KR20110084596A - 부유물 계측 장치 - Google Patents

Abstract

부유물 계측 장치는 제 1 내지 제 4 전극을 포함하는 복수의 전극을 구비한 전극부, 제 1 및 제 2 전극에 전류를 공급하는 전원 공급부, 제 3 및 제 4 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 제 1 및 제 2 전극을 전원 공급부에 접속시키고, 제 3 및 제 4 전극을 전압 측정부에 접속시키는 스위칭 제어부 및 전원 공급부를 통해 공급되는 전류와 측정된 전압에 기초하여 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출하는 저항 산출부를 포함한다.

Description

부유물 계측 장치{APPARATUS FOR MEASURING FLOAT}

본 발명은 부유물 계측 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부유물 잔류여부를 판단하는 부유물 계측 장치에 관한 것이다.

일반적으로 토목이나 건축물을 시공함에 있어서 지반의 침하를 막기 위한 기초공사를 실시하게 된다. 이때 말뚝기초를 설치하는 것은 기초공사 중에서 가장 보편적으로 사용되는 것이다. 말뚝기초는 공장에서 제작된 강관말뚝이나 콘크리트말뚝과 같은 기성말뚝을 항타장비 등을 이용하여 현장에서 직접 지중에 설치하는 항타말뚝과, 지반을 미리 굴착하고 그 속에 철근망을 삽입한 후, 콘크리트를 타설하는 현장타설말뚝으로 분류될 수 있다.

항타말뚝과 현장타설말뚝은 시공현장의 지반상태 및 작업여건에 따라서 그에 적합한 것을 선택하여 시공하게 되며, 구조물이 고층화 및 대형화 되어감에 따라 기초공사시 환경공해 및 근접건물의 피해를 최소화하기 위해 소음이나 진동이 없는 현장타설말뚝의 사용이 증가하고 있다. 이러한 현장타설말뚝을 시공하기 위해서, 먼저 지반에 소정의 직경과 길이로 시추공을 뚫고, 시추공의 하부에 쌓인 슬라임을 제거한 후, 시추공에 콘크리트를 타설 및 양생하게 된다.

여기서, 슬라임은 지반을 굴착하면서 발생되는 토사와 돌조각이 물과 뒤섞여 시추공의 바닥면에 쌓이거나 부착되는 퇴적물이다. 만약, 슬라임을 제거하지 않은 상태에서 시추공에 콘크리트를 타설하여 말뚝을 시공하게 되면, 말뚝의 지지력이 약화되어 건축물의 하부기초가 부실해지는 원인이 된다. 또한, 이러한 현장타설말뚝의 지지력 약화는 슬라임의 두께가 두꺼울수록, 현장타설말뚝의 길이가 짧을수록 더욱 커지게 된다.

따라서 시추공의 굴착이 완료되면, 반드시 슬라임 제거작업을 행하게 되는데, 시추공에 대한 슬라임 제거작업이 빠를수록 그만큼 공사기간을 단축할 수 있다. 종래에 주로 사용되고 있는 시추공의 슬라임 제거방법으로는 에어리프트 펌프방식, 워터제트 방식, 제트 석션(Suction)방식, 약액방식 등이 있으며, 실질적으로 현장에서 가장 많이 이용되는 방식으로는 에어리프트 펌프방식이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 에어리프트 펌프방식을 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 에어리프트 펌프방식은 지중에 천공된 시추공(10)의 바닥면(11)으로 고압 컴프레셔(20)를 통하여 고압 공기를 불어넣어 시추공(10)의 하부에 침전된 슬라임(S)을 부상시킴으로써 시추공(10)에 순환되어 공급되는 물(30)과 슬라임(S)을 혼합시킨다. 그리고, 양수펌프(40)를 가동시켜 슬라임이 혼합된 물(30)을 양수관(50)을 통하여 시추공(10) 외부로 배출시켜 침전조(60)에 투입시키고, 이 침전조(60)에서 슬라임은 침전시키고 물은 방류하는 방식으로 슬라임을 제거할 수 있도록 구성된다.

이러한 종래 기술에 있어서 제거되지 못하고 남아 있는 슬라임 잔량에 대한 측정은 끈으로 묶여있는 추를 시추공의 내부에 낙하시켜 추의 무게 변화를 감지하는 방식으로 측정되고 있다. 하지만, 이러한 방법은 사용자의 주관적인 판단으로 슬라임의 잔량이 판단되어 정확한 깊이를 측정하기에는 한계가 있다.

또한, 물을 순환시켜 슬라임을 배출하는 RCD(Reverse Circulation Pile) 공법은 대부분 객관적인 데이터를 바탕으로 슬라임을 제거하지 않고 관행적으로 30분 내지 1시간 정도 물을 순환시켜 슬라임을 제거시키는 방법으로, 부정확한 슬라임 제거로 인해 부실시공의 우려가 있다.

본 발명의 일부 실시예는 시추공 내측에 존재하는 부유물의 잔류여부 및 잔류량을 객관적인 데이터를 통해 판단함으로써 구조물의 장기 침하 및 부동 침하를 예방할 수 있는 부유물 계측 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일부 실시예는 복수의 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출하고 이를 통해 부유물 잔류여부 및 잔류량을 각 전극부가 설치된 높이에 따라 판단하는 부유물 계측 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은 제 1 내지 제 4 전극을 포함하는 복수의 전극을 구비한 전극부, 제 1 및 제 2 전극에 전류를 공급하는 전원 공급부, 제 3 및 제 4 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부, 제 1 및 제 2 전극을 전원 공급부에 접속시키고, 제 3 및 제 4 전극을 전압 측정부에 접속시키는 스위칭 제어부 및 전원 공급부를 통해 공급되는 전류와 측정된 전압에 기초하여 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출하는 저항 산출부를 포함하는 부유물 계측 장치를 제공한다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 시추공 내측에 존재하는 부유물의 잔류여부 및 잔류량을 객관적인 데이터를 통해 판단함으로써 구조물의 장기 침하 및 부동 침하를 예방할 수 있는 장점이 있다.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출하고 이를 통해 부유물 잔류여부 및 잔류량을 각 전극부가 설치된 높이에 따라 판단할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 에어리프트 펌프방식을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유물 계측 제어부를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전극을 포함하는 전극부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어부의 동작에 따라 전원 공급 및 전압 측정이 이루어지는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유물 계측 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부의 형태의 예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부의 형태의 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유물 계측 장치를 이용한 수질 상태를 측정하는 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유물 계측 제어부를 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 부유물 계측 장치(200)에 구성되는 부유물 계측 제어부(201)는 전극부(220), 스위칭 제어부(210), 측정부(230) 및 모니터링부(240)를 포함한다.

전극부(220)는 복수의 전극(예컨대 제 1 내지 제 4 전극)을 포함한다. 이때, 전극부(220)는 미리 설정한 높이 차를 갖도록 배치될 수 있다.

스위칭 제어부(210)는 제 1 및 제 2 전극을 전원 공급부(232)에 선택적으로 접속시키고, 제 3 및 제 4 전극을 전압 측정부(230)에 선택적으로 접속시킨다.

그리고, 측정부(230)는 전원 공급부(232), 전압 측정부(234) 및 저항 산출부(236)를 포함한다.

여기서 전원 공급부(232)는 전극부(220)에 포함된 제 1 및 제 2 전극에 전류를 공급한다. 여기서, 제 1 및 제 2 전극은 서로 인접한 전극이고, 제 3 및 제 4 전극은 제 1 및 제 2 전극과 인접한 전극일 수 있다.

전압 측정부(230)는 전극부(220)에 포함된 전극 중 제 1 및 제 2 전극을 제외한 두 전극(예컨대 제 3 및 제 4 전극)에 인가되는 전압을 측정한다.

저항 산출부(236)는 전원 공급부(232)를 통해 공급되는 전류 및 측정된 전압에 기초하여 전극부(220)가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출한다.

또한, 모니터링부(240)는 산출된 전기비저항을 표시한다. 이때, 모니터링부(240)는 산출된 전기비저항을 각 전극부(220)별로 표시할 수 있다.

그리고, 부유물 잔류 판단부(250)는 전기비저항과 기준값과의 차이가 임계값 이상인지 여부에 따라 부유물 잔류여부를 판단한다. 이때, 부유물 잔류 판단부(250)는 전기비저항에 기초하여 각 전극부(220)가 설치된 높이에서의 부유물의 양을 판단할 수 있다.

예컨대, 부유물 잔류 판단부(250)는 전기비저항이 클수록 해당 전극부(220)가 설치된 높이에서의 부유물의 양이 많다고 판단할 수 있으며, 전기비저항이 작을수록 해당 전극부(220)가 설치된 높이에서의 부유물의 양이 적다고 판단할 수 있다.

또한, 부유물 잔류 판단부(250)는 각 전극부(220)에서의 전기비저항과 기준값과의 차이가 임계값 미만인 경우, 부유물이 제거되었다고 판단될 수 있다. 만약, 각 전극부(220)에서의 전기비저항과 기준값과의 차이가 임계값 이상인 경우에는 아직 부유물이 충분히 제거되지 않고 상당량이 잔류되어있는 상태로 판단될 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 통해 각 구성요소에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전극이 설치되는 전극부의 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 A1 내지 A8까지의 전극들이 전극부(220)의 측면 둘레에 배열되어 있다. 여기서, A1과 A2 전극은 서로 인접한 전극이고, A1과 A2 전극을 제외한 나머지 전극 중 두 전극 즉 A3, A8 전극은 A1과 A2 전극과 인접한 전극이다.

전원 공급부(232)는 전극부(220)에 포함된 A1과 A2 전극에 전원을 인가시킬 수 있으며, 전압 측정부(230)는 전극부(220)에 포함된 전극 중 A1과 A2 전극을 제외한 두 전극 즉 A3, A8 전극에 인가되는 전압을 측정할 수 있다.

이때, 전원 공급부(232)를 통해 공급되는 전류 및 측정된 전압에 기초하여 해당 전극부(220)가 설치된 높이에서의 전기비저항이 산출될 수 있다. 이하, 도 4를 통해 보다 구체적으로, 전극부(220)의 전기비저항을 측정하는 방법에 대해서 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어부의 동작에 따라 전원 공급 및 전압 측정이 이루어지는 개념도이다.

상술된 내용에 이어서 설명하자면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 전극부(220)에 A1 내지 A8까지의 전극들이 설치되어 있는 경우, 전원 공급부(232)는 스위칭 제어부(210)에 포함된 스위치 SW1, SW2를 통해 전극부(220)에 설치된 전극 중 두 전극(예를 들어 A1, A2)에 전원을 인가시킬 수 있다.

그리고, 전압 측정부(230)는 스위치 SW3, SW4를 전극부(220)에 포함된 전극 중 A1, A2 전극을 제외한 두 전극(예를 들어 A3, A8)에 연결하여 인가되는 전압을 측정할 수 있다. 이와 같이, 전원 공급부(232)를 통해 공급되는 전류 및 측정된 전압에 기초하여 제 1 전극부(220)가 설치된 높이에서의 전기비저항이 산출될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유물 계측 장치의 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 부유물 계측 장치(200)는 예컨대 현장타설말뚝을 시공하는 데에 있어서 슬라임 잔량을 측정하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 부유물 계측 장치(200)는 후술될 해수에서의 오염도 등을 측정하는 데에 이용될 수도 있다.

구체적으로 부유물 계측 장치(200)는 복수의 전극이 설치된 각 전극부(220a~220c)가 연결 수단(204)을 통해 수직 방향으로 서로 연결된 형태로서, 각 전극부(220a~220c)는 내측이 중공부가 형성된 튜브 형태로 구성될 수 있다.

여기서, 각 전극부(220a~220c)는 상술된 부유물 계측 제어부(201)의 전극부(220)에 해당되고, 각 전극부(220a~220c)에 설치되는 전극은 전극부(220a~220c)의 측면 둘레에 이격거리를 두고 배열될 수 있다. 그리고, 각 전극은 개별적으로 전선으로 부유물 계측 제어부(201)와 연결될 수 있다. 이러한 전선들은 연결 수단(204) 내측으로 설치되도록 하여 부유물 계측 장치(200)의 외양이 깔끔하게 처리되도록 할 수 있다.

또한, 전극의 배열 형태에는 단극 배열, 쌍극자 배열, 단극 및 쌍극자 배열, 웨너배열(Wenner array), 슐럼버져배열(Schlumberger array) 등이 포함될 수 있다. 그리고, 전극의 재질로서 강철, 알루미늄, 구리 등이 포함될 수 있다.

또한, 전극부(220a~220c)는 상, 중 및 하단부(205a~205c)로 연결 수단(204)을 통해 상호 연결되도록 구성되어, 각 위치에 존재하는 부유물(예컨대 슬라임)의 잔량이 효율적으로 측정되도록 구성될 수 있다. 이때, 전극부(220a~220c)의 하단 부위(205c)에는 지면을 대하도록 설치된 전극(2)들과 하단의 측면 둘레에 설치된 전극(1)들을 포함하여 다중으로 전극들이 구성될 수 있다.

따라서, 전극부(220a~220c)의 하단 부위(205c)에 설치된 다중의 전극들을 통해 시추공 내측의 바닥에 깔린 슬라임의 두께 및 특성이 보다 정확하게 측정될 수 있다. 이와 같이 전극부(220a~220c)는 상술된 부유물 계측 제어부(201)와 연결되고, 또한 공지된 슬라임 제거를 위해 투입되는 슬라임 제거 장치에 부착되어 슬라임 잔량 제거 상태를 측정하는 데에 이용될 수 있다.

예컨대, 전극부(220a~220c)는 도 1의 양수관(50) 주위에 부착되어, 순환되는 물을 통해 슬라임이 제거될 때, 부유물 계측 장치(200)가 실시간으로 전극부(220a~220c)가 위치한 영역의 슬라임 잔량 상태를 판단하여 슬라임 제거가 보다 객관적인 데이터에 의해 제거될 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 슬라임을 보다 완벽하게 제거할 수 있으며, 이를 통해 슬라임 잔량으로 인한 구조물의 장기침하 및 부등침하를 방지할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부의 형태의 예를 도시한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 전극부(220a~220c)는 복수로 구성될 수 있고, 이때 연결수단(204)을 통해 서로 결합되거나 분리가능한 튜브 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 전극은 전극부(220a~220c)의 측면 둘레에 구성될 수 있다

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 전극부(220a~220c)는 접이식 형태로 구성되어 예컨대 제 3 전극부(220c)가 제 2 전극부(220b)에 포개어지고, 제 2 전극부(220b)가 제 1 전극부(220a)에 포개어지도록 구성될 수 있다.

여기서, 전극은 일정한 이격거리를 두고 전극부(220a~220c)에 수직 방향으로 배열되어 설치될 수 있다. 이러한 접이식 형태는 상술된 슬라임의 잔량 상태를 측정하는 데 이용될 수 있을 뿐 아니라, 수심에 따라 전극부(220)를 추가로 부착하여 후술될 도 8과 같이 수심의 깊이에 따라 수질의 상태를 측정하는 데에 이용될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유물 계측 장치를 이용한 수질 상태를 측정하는 개념도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상술된 부유물 계측 장치(200)는 해수의 오염도 등을 측정하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 부유물 계측 장치(200)는 보트 등의 배에 연결되어 수중에 투입되며, 수심의 깊이 및 측정 목적에 따라 전극부(220)가 추가로 설치될 수 있다.

그리고, 부유물 계측 장치(200)는 도 7에서 상술된 바와 같이 접이식 형태의 전극부(220)를 포함할 수 있고, 각 전극이 전극부(220)에 일정한 이격거리를 두고 수직 방향으로 일렬로 설치되어 수중에 전극부(220)가 투입되었을 때, 수중의 심도에 따라 효과적으로 부유물로 인한 해수의 오염도 등과 관련된 수질의 상태가 측정될 수 있다.

도 2에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

201: 부유물 계측 제어부 210: 스위칭 제어부
220: 전극부 230: 측정부
232: 전원 공급부 234: 전압 측정부
236: 저항 산출부 240: 모니터링부
250: 부유물 잔류 판단부

Claims (7)

1. 부유물 계측 장치에 있어서,
   제 1 내지 제 4 전극을 포함하는 복수의 전극을 구비한 전극부,
   상기 제 1 및 제 2 전극에 전류를 공급하는 전원 공급부,
   상기 제 3 및 제 4 전극에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부,
   상기 제 1 및 제 2 전극을 상기 전원 공급부에 접속시키고, 상기 제 3 및 제 4 전극을 상기 전압 측정부에 접속시키는 스위칭 제어부 및
   상기 전원 공급부를 통해 공급되는 전류와 상기 측정된 전압에 기초하여 상기 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출하는 저항 산출부
   를 포함하는 부유물 계측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 산출된 전기비저항을 표시하는 모니터링부를 더 포함하는 부유물 계측 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기비저항과 기준값과의 차이가 임계값 이상인지 여부에 따라 부유물 잔류여부를 판단하는 부유물 잔류 판단부를 더 포함하는 부유물 계측 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 부유물 잔류 판단부는 상기 전기비저항에 기초하여 상기 설치된 높이에서의 부유물의 양을 판단하는 부유물 계측 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 4 전극을 포함하는 전극부를 하나 이상 더 포함하되,
   상기 각 전극부는 미리 설정한 높이 차를 갖도록 배치되고,
   상기 저항 산출부는 상기 각 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항을 산출하는 것인 부유물 계측 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전기비저항과 기준값과의 차이가 임계값 이상인지 여부에 따라 부유물 잔류여부를 판단하는 부유물 잔류 판단부를 더 포함하고,
   상기 부유물 잔류 판단부는 상기 각 전극부가 설치된 높이에서의 전기비저항에 기초하여 상기 각 전극부가 설치된 높이에서의 부유물의 양을 판단하는 부유물 계측 장치.
7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 전극은 서로 인접한 전극이고, 상기 제 3 및 제 4 전극은 상기 제 1 및 제 2 전극에 인접한 전극인 것인 부유물 계측 장치.

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