KR101769352B1 - 충진식 싱크홀 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법에 대한 것으로서, 상기 지표침하계는 지표에 측량 포인트(Point)를 설치한 후 정기적인 측량을 실시하여, 터널굴착이나 성토 등에 따른 지반의 침하 거동량을 파악하여 지표침하로 인한 영향이 있을 위험요소를 미연에 방지하기 위한 목적으로 설치된다.

Description

충진식 싱크홀 측정방법{sinking-measuring method}

본 발명은 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법에 대한 것이다. 일반적으로 지표침하계는 지표에 측량 Point를 설치하여 정기적인 측량으로 터널굴착 및 성토 등에 따른 지반 거동량을 파악하여 지표침하로 인한 주변 구조물의 안정성 파악 등의 목적으로 설치되는 계측기이다.

연약지반이라고 하면 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반을 말하는 것으로, 예를 들어 연약한 점토, 느슨한 사질토 및 유기질토 등이 이에 속한다.

연약한 점성토나 유기질토로 구성된 지반 위에 공항, 항만, 도로, 교량, 건물 등을 그대로 건설하게 되면, 지반의 침하량이 과대하여지고, 지지력이 부족하여 안전사고의 문제가 발생하게 된다.

보통, 연약지반의 경우에는 지진, 폭파 등의 진동이나 홍수, 장마 등으로 갑작스런 지반침하가 생길 수 있다. 그래서 고속도로, 공항, 항만 또는, 공업단지 및 신시가지와 같은 부지를 조성하기 위한 토목공사를 하기 위해서는 연약지반 위에 흙을 성토하여 연약지반을 다진 후, 토목공사를 진행하게 되는 것이다.

하지만, 성토를 하였다 하더라도 성토층 위로 중장비 등의 중량이 큰 장비들이 지속적으로 이동하거나, 과도한 지진, 홍수 등에 의해서 연약지반이 조금씩 침하되는 현상이 지속적으로 발생할 수 있다.

따라서, 조금씩 진행되는 연약지반의 침하는 항상 계측을 통하여 측정을 실시하여 대형 사고를 미연에 방지할 필요가 있는 것이다.

전술된 지반의 지표침하를 계측하기 위한 장치로는 여러 가지 종류가 개발되어 사용되고 있다.

통상적으로 사용빈도가 높은 지표침하계는 지표에 측량 포인트(point)를 설치하여 정기적인 측량으로 터널굴착 및 성토 등에 따른 지반 거동량을 파악하여 지표침하로 인한 주변 구조물의 안정성 파악 등의 목적으로 설치되는 계측기이다. 이러한 지표침하계는 하나의 관(Pin)으로 되어 있어 아스팔트와 같은 강성 연속체에 설치할 경우 강성 차이로 인해 공극(cavity)이 생겨서 정확한 침하량이 측정되지 않는 문제점은 물론, 공극 발생여부 확인이 어려워 교통사고 등의 원인이 되기도 한다. 또한, 터널 및 굴착부 등의 붕괴를 예견하기 어려워 대형 안전사고의 위험을 한고 있다.

전술된 위험요소를 해소하기 위하여 등록특허 제1235746호(2013.02.15)에서는 이중관 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법이 제공되고 있다. 상기 이중관 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법은 도 1 및 도 2의 예시에서,

이중관 지표침하계는 마개(10)와, 내관(20)과, 외관(30)으로 크게 구성되는 데, 마개(10)는 상부면에 홈(15)을 포함하고, 내관(20)은 외경에 나사 형상을 포함하며, 외관(30)은 내부가 비어 있어 상기 내관(20)을 포함할 수 있는 형상으로, 내경에 상기 내관(20)의 나상 형상과 맞물리도록 형성된 나사 형상을 포함한다.

여기에서 마개(10)와 내관(20), 외관(30)은 나사형태로 서로 맞물려있으며, 분리할 경우 가운데 상기 홈(15)을 통해 드라이버로 분리할 수 있다. 즉 도6에서 보는 바와 같이 상기 마개(10)와 내관(20), 외관(30)은 상기 홈(15)을 통해 내관(20)과 외관(30) 사이에 틈이 발생하도록 드라이버로 분리할 수 있다.

또한 상기 내관(20) 두부에는 측침을 세워 측량기법으로 측정위치의 절대 침하량을 파악할 수 있다. 도면의 예시에서, A 부분은 측침이고, B는 레벨기이며, C는 침하영향이 없는 기준점이다.

또한 상기 내관(20)과 외관(30)의 상대변위로 캐비티(cavity) 규모를 아래 수학식과 같이 계산한다.

(S1 : 내관 두부의 처음 위치(A부분), S2 : 내관 두부의 침하 위치(B부분))

이중관 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법은 먼저, 터널 굴착 전에 지반에 천공 후 페이브먼트(Pavement)에 외관을 삽입 고정한다. 그리고 마개를 분리 후, 내관을 외관과 분리시킨다. 계속하여 상기 내관이 지반의 침하에 따라 거동하게 되어 측량기법으로 측정위치의 절대 침하량을 파악하고, 상기 내관과 외관의 상대변위로 캐비티 규모를 파악한다. 즉 터널 굴착 후에 지반의 변형이 일어날 때 본 발명에 따른 내관이 지반의 거동과 일치하므로 정확하게 지반의 침하를 측정할 수 있다.

여기에서 상기 내관이 지반의 침하에 따라 거동하게 되어 측량기법으로 측정위치의 절대 침하량을 파악하는 단계는, 상기 내관 두부에 측침을 세워 측량기법으로 측정위치의 절대 침하량을 파악하는 단계이다.

이러한 방법에 따르면 도로 페이브먼트의 강성에 영향을 받지 않고 지반의 침하에 따라 거동하게 되므로 내관의 두부침하가 실제침하와 정확히 일치하게 되는 작용효과가 있다고 기재되어 있다.

그런데, 상기 이중관 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법은 종래의 다른 지표침하계들의 문제점을 일정부분 해소한 면은 있으나,

내관과 외관의 상대변위로 캐비티 규모를 측정하게 되는데, 상기 내관의 하단이 접촉하는 지반의 침하 깊이를 측정할 수는 있지만, 실제 발생하는 케비티의 전체 부피를 정확하게 반영할 수 없다.

또한, 외관과 내관의 접촉면이 넓어서 이물질이 침투하거나 겨울철 결빙이 발생하는 등으로 외관의 내경에 내관이 고착될 확률이 커서 지반침하에 따른 공극, 케비티가 발생하더라도 내관이 유효하게 하강하지 못할 수 있어서, 지반침하의 측정이 용이하게 이루어지지 않을 수가 있다.

본 발명은 전술된 문제점들을 해소하여 정확한 침하량을 측정할 수 있는 측정 방법이나 수단을 제공하고자 한다.

전술된 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법은,

페이브먼트를 지반까지 수직으로 천공하는 단계;

상하로 길이를 갖는 파이프 형상을 취하고 측벽에는 충진부재의 높이를 알리는 표시부가 형성된 외관을, 상기 천공된 페이브먼트에 끼워 매설하는 단계;

상기 외관에 충진부재를 상기 표시부의 높이까지 충진하는 단계;

상기 외관의 상단에 내관을 삽입하는 단계;

를 통하여 설치하고, 상기 지반의 침하로 캐비티가 발생하면,

충진부재가 하강하여 상기 케비티를 충진하는 단계;

상기 캐비티의 부피에 맞추어 상기 내관이 하강하는 단계;

상기 내관의 높이변화를 측정하는 단계;

를 통하여 지반 침하량을 구하게 된다.

본 발명의 지표침하계를 이용한 침하량 측정 방법에 따르면,

지반의 침하에 따른 케비티의 실제 부피측정을 실시할 수 있어서, 전체 케비티의 규모 및 침하량을 바로 알 수 있고,

내관에 있어서는, 종래의 이중관침하계의 것보다 그 길이를 짧게 형성하므로, 내관의 외경과 외관의 내경에 대한 접촉면을 줄일 수 있어서, 이물질 등에 의한 저항을 적게 받아 내관의 거동에 신뢰도를 높일 수 있고,

또한, 케비티의 넓은 면적의 부피에 대하여, 외관의 좁은 면적에 충진된 충진부재의 부피가 대응하므로, 내관의 하강, 거동이 커서 지반침하의 변화를 보다 민감하고 확실하게 반영할 수 있다.

따라서, 지반침하의 빠른 발견 및 이에 대한 신속한 조치를 기대할 수 있는 것이다.

도1은 종래발명에 따른 지표침하관의 실시를 보인 예시도.
도2는 종래발명에 따른 이중관 지표침하계 및 수준측량의 실시를 보인 예시도.
이하, 본 발명에 따른 실시를 예시한 것으로서,
도 3 A는 외관의 사시도 및 측단면도; 도 3 B는 내관의 사시도 및 측단면도;
도 4는 페이브먼트에 외관이 매설된 상태를 보인 측단면도;
도 5 A는 충진부재를 충진하는 예시를 보인 측단면도; 도 5 B는 충진부재가 충진된 상태를 측단면으로 보인 상태도;
도 6 A 및 도 6 B는 충진부재를 충진하는 다른 예시를 측단면으로 보인 실시도.
도 7 A는 내관을 끼워 삽입하는 과정을 측단면으로 도시한 예시도; 도 7 B는 내관이 외관에 삽입된 상태를 측단면으로 보인 상태도;
도 8 A는 지표의 지반침하 전 상태를 측단면으로 보인 상태도; B는 지반침하로 캐비티가 발생한 상태를 측단면으로 보인 상태도;
도 9 A는 캐비티를 채우기 위해 충진부재가 하강하는 상태를 측단면으로 보인 예시도; 도 9 B는 캐비티의 부피를 구하기 위한 수학공식 및 내관이 하강된 상태를 측단면으로 보인 상태도;

이하, 첨부된 도면의 예시와 함께 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3A는 본 발명 지표침하계의 외관(100) 및 상기 외관의 내부(110)를 측단면으로 보인 것이고, 도 3 B는 상기 외관의 상단(a1)에 삽입되어 상기 외관의 하단(a2) 방향으로 하강할 수 있는 내관(200) 및 그 측단면을 보인 것이다.

상기 외관(100)은 상하로 길이를 갖는 파이프(pipe, 관)의 형태를 취하며, 그 측벽에는 내부(110)를 채울 충진부재(300)의 높이를 알려서 안내하는 표시부(120)를 형성한다. 상기 표시부(120)의 형태는 통상적으로 단순히 표시하는 방법 외에도 상기 외관(100)의 측벽에, 도면의 예시처럼, 천공을 가하여 구멍을 형성하거나, 수평방향으로 소정의 길이만큼 절개하여 형성할 수 있다. 이러한 구멍, 절개의 목적은 필요시에 충진부재(300)를 밖으로 자연스럽게 배출해서 상기 표시부(120)에 상기 충진부재(300)의 높이를 맞추기 위해서다.

상기 내관(200)은 상기 내관의 상단(b1)에 측침고정부(210)가 형성되어서 예컨대, 상기 측침고정부에 홈을 내고 상기 홈에 측침을 꽂는 등의 방법으로 측침을 고정할 수가 있다. 상기 내관의 하단(b2)은 그 아래에 접촉하게 될 충진부재(300)를 자체 중량의 일정한 압력으로 가압하거나, 상기 충진부재(300)에 떠받들여질 수 있는 면의 형태를 취한다.

상기 내관(200)의 외경은 상기 외관(100)의 내경에 대응하도록 형성되고, 그 수직 길이는 이물질 등으로부터 간섭을 덜 받도록 가능한 짧게 하여 최소화 하는 것이 바람직하다. 그리고 유효한 압력을 아래로 가하여 캐비티(ca) 발생시에 유효하게 하강이 이루어질 수 있도록 납과 같은 금속 등 중량이 큰 부재를 채택하는 것이 바람직하다.

시공시에는, 도 4의 예시처럼, 포장도로 페이브먼트(pa)에 상기 외관(100)의 외경에 맞는 수직 구멍을 천공하고, 상기 외관(100)을 끼워 고정한다. 이때, 가능한 상기 외관의 하단(a2)이 지반(gr)에 잘 밀착될수 있도록 한다.

다음, 도 5 A의 예시처럼, 상기 외관의 상단(a1)으로부터 상기 외관의 내부(110)를 채울 충진부재(300)를 부어서 상기 표시부(120)의 높이(di)까지 채운다.

상기 충진부재(300)는 모래, 구슬과 같은 입상(粒狀)으로서 빈 공간을 스며들어 채울 수 있는 부재를 채택한다. 모래처럼 입자가 작은 경우에는 캐비티(ca)의 좁은 공간에도 잘 파고들거나 스며들기가 용이한 잇점이 있고, 구슬처럼 입자가 큰 경우에는 관리가 용이하며, 자체중량이 크고 구형상을 취해서 거동하는 데에 저항 요소가 발생하더라도, 저항을 이겨내고 거동에 용이한 잇점이 있다.

상기 충진부재(300)를 상기 표시부(120)에 정확히 맞추기 어려운 경우에는 상기 외관(100)을 페이브먼트(pa)에 매립하기 전에 미리, 도 6 A의 예시처럼, 외관(100)의 내부(110)에 충진부재(300)를 채우고 상기 표시부(120)를 넘어서 남는 여분은 상기 표시부(120)의 구멍 밖으로 자연스럽게 통과해서 배출(300`)될 수 있도록 한다. 그리고, 도 6 B의 예시처럼. 보관용기(400)에 상기 충진부재(300)를 옮겨 담은 후, 도 4의 예시와 같이, 상기 외관(100)을 페이브먼트(pa)에 천공된 구멍에 끼워 매립한다. 그 후에, 도 5의 예시와 같이, 상기 보관용기(400)의 충진부재(300)를 다시 상기 외관(100)의 내부(110)에 부어서 충진하면 상기 표시부(120)에 정확히 맞추어진 충진량의 충진부재(300)를 충진할 수 있다.

전술된 바와 같은 작업을 수행한 뒤에 상기 충진부재(300)가 정확히 충진되면, 도 7 A 및 도 7B의 예시처럼, 상기 내관(200)의 외경을 상기 외관의 상단(a1)의 내경에 끼워맞춰 삽입한다.

도 8 내지 도 9의 예시는 본 발명의 현장에서 작용을 설명하기 위하여 예시한 것이다.

먼저, 지반(gr)이 도 8 A와 같은 초기 상태로부터 도 8 B와 같이 침하하여 캐비티(ca)가 발생하면, 도 9 A와 같이 충진부재(300)가 중력의 방향을 따라 아래로 하강 거동(f1)하여 상기 케비티를 충진하기 시작한다. 이때, 상기 충진부재(300)에 의하여 상기 내관(200)의 하단이 떠받들여지고 있는 관계로, 상기 내관(200)은 상기 내관(200) 내부(110)의 상기 충진부재(300)의 하강을 따라 함께 아래로 하강 거동(f2)하게 된다.

종국에는, 도 9 B의 예시처럼, 상기 충진부재(300)는 상기 캐비티(ca)를 충진하게 되고, 상기 캐비티(ca)를 충진하기 위해 빠져나간 충진부재(300)의 부피만큼 상기 내관(200)은 하강하여 어느 위치에 멈춰서 자리잡게 된다.

일반적으로 상기 캐비티(ca)는 상기 내관(200) 하단의 단면적보다 훨씬 넓은 면적으로 발생하므로, 더 넓은 면적을 채우기 위하여, 상기 캐비티(ca)의 실제 깊이보다 상기 내관(200)의 하강 정도가 더 깊게 된다. 다시 말해서, 상기 내관(200)의 위치변동은 약간의 캐비티(ca) 발생에도 보다 민감하게 반응하여 지반(gr)침하를 빠르고 크게 반영할 수 있는 것이다. 여기에서, 발생한 캐비티(ca)의 부피는 도 9 B의 상단에 기재된 수학식과 같이 표시된다.

Vca = π*(d/2)2*Δh

(Vca=캐비티부피; π=원주율; d=외관직경; Δh=내관높이변화)

즉, 내관(200)이 쓸고 내려간 원기둥의 부피가 상기 캐비티(ca)의 부피가 되는 것이다.

상기 내관높이변화는 상기 외관(100)을 매설하여 둔 장소에 직접 가서 확인하거나 또는, 도 2의 예시와 같이, 상기 내관(200)에 측침을 고정하여 설치하여 두고 통상의 수준측량을 실시하여 구할 수가 있다.

외관(100); 내부(110); 표시부(120); 외관의 상단(a1); 외관의 하단(a2);
내관(200); 측침고정부(210); 내관의 상단(b1); 내관의 하단(b2);
충진부재(300);
보관용기(400);

Claims (1)

1. 페이브먼트를 지반까지 수직으로 천공하는 단계;
   상하로 길이를 갖는 파이프 형상을 취하고 측벽에는 충진부재의 높이를 알리는 표시부가 형성된 외관을, 상기 천공된 페이브먼트에 끼워 매설하는 단계;
   상기 외관의 내부에 입상(粒狀)의 충진부재를 상기 표시부의 높이까지 충진하는 단계;
   상기 외관의 상단에 내관을 삽입하는 단계;
   를 통하여 설치하고,
   지반의 침하로 캐비티가 발생하면,
   충진부재가 하강하여 상기 캐비티를 충진하는 단계;
   상기 캐비티의 부피에 맞추어 상기 내관이 하강하는 단계;
   상기 내관의 높이변화를 측정하는 단계;
   지반 침하량(캐비티부피)을, Vca = π*(d/2)2*Δh (Vca=캐비티부피; π=원주율; d=외관직경; Δh=내관 높이변화)의 식에서 구하는 단계;
   를 통하여 지반 침하량을 구하는 것을 특징으로 하는 충진식 싱크홀 측정방법.

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