KR20180135577A - 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치 및 이를 이용한 연약 지반 판단 방법 - Google Patents

콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치 및 이를 이용한 연약 지반 판단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치에 관한 것이고, 또한 이러한 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용하여 대상 지반에 대해 연약 지반인지 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 지반 내 공동 발생 시 이완영역을 탐지하여 위험도를 판단할 수 있고, 이완영역의 범위 파악을 통해 보다 정확한 복구 및 보강작업을 가능하게 하여 경제적 손실을 경감시킬 수 있다.

Description

콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치 및 이를 이용한 연약 지반 판단 방법 {APPARATUS FOR JUDGING WEAKNESS GROUND USING CONE TIP AND METHOD OF JUDGING WEAKNESS GROUND USING THEREOF}
본 발명은 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치에 관한 것이고, 또한 이러한 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용하여 대상 지반에 대해 연약 지반인지 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 지반 함몰이나 싱크홀과 같은 지반침하 문제가 대두되고 있다. 특히 이러한 지반침하가 과거와는 다르게 도심지에서 발생하고 있으며, 국내 역시 도심지에서 지반침하 발생 빈도가 증가하며 사회적으로 큰 문제가 되고 있는 현실이다.
콘 관입시험(CPT)은 원추 모양의 콘 프로브(cone probe)를 지반에 일정한 속도로 관입하면서 발생하는 저항력을 측정하여 지반의 공학적 성질을 추정하는 원위치 시험의 일종이다. 국내에서도 연약 지반 조사의 중요성이 인식되면서 사용빈도가 급속히 증가하고 있는 추세이다.
콘관입시험기의 표준형 콘팁은 단면적 10cm2 및 표준 직경 35.7mm이며 소형 콘관입시험기의 경우에는 단면적 2cm2의 콘팁을 가지고 있다. 이러한 기존의 콘 관입시험기를 사용하여 연약지반의 지지력 측정 시 연약지반이 붕괴되는 등 문제가 발생한다. 따라서 연약지반의 붕괴 없이 지지력을 측정할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 지반 내 이완영역을 탐지하여 공동발생시 위험도를 판단할 수 있으며 보다 정확한 복구 및 보강작업을 가능하게하여 경제적 손실을 경감시킬 수 있다.
본 발명은 지반의 지지력 측정을 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따르면, 콘 팁(cone tip)을 이용하여 콘의 지지력과 지반의 최대 전단계수 값을 추정할 수 있는 장치를 제공하고, 이를 통해 대상 지반이 연약 지반인지 여부를 최종적으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치는, 선단에 콘 팁(cone tip)이 배치되며 지반에 압입 또는 인발되는 로드(rod); 상기 로드의 콘 팁이 배치된 선단의 반대편에 배치되며 저항력을 측정하는 로드셀(load cell); 상기 콘팁에 압입 또는 인발력을 인가할 수 있는 동력 장치; 및 상기 로드셀의 저항력을 이용해 연약 지반 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 로드셀의 신호를 읽어들이는 측정부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 로드셀의 저항력을 이용해 상기 로드의 변위값을 확인하고, 최대전단계수 값을 추정한다. 상기 추정된 최대전단계수 값에 따라 상기 콘 팁의 관입 속도를 조절하면서 연약 지반 여부를 판단한다.
상기 콘 팁은 선단각이 60도이고 단면적이 0.071cm2인 것이 바람직하다.
한편, 상기 로드의 이동을 위한 레일을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법은, 선단에 콘팁이 배치되며 상기 선단의 반대편에 저항력을 측정하는 로드셀이 배치된 로드를 탐지하고자 하는 대상 지반에 하중 재하하는 단계; 상기 대상 지반에 하중 재하가 이루어진 경우 상기 로드셀이 저항력을 측정하는 단계; 상기 측정된 저항력이 측정부에 입력되는 단계; 상기 측정부에 입력된 저항력을 이용해 제어부에서 최대전단계수 값을 추정하는 단계; 및 상기 최대전단계수 값을 이용해 연약 지반 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이 경우 대상 지반의 위치를 변경하면서 상기 단계들을 반복하여 대상 지역의 이완 영역의 범위를 추정할 수 있다.
상기 추정된 최대전단계수 값에 따라 상기 콘 팁의 관입 속도를 조절하면서 연약 지반 여부를 판단한다.
본 발명에 따르면, 지반 내 공동 발생 시 이완영역을 탐지하여 위험도를 판단할 수 있고, 이완영역의 범위 파악을 통해 보다 정확한 복구 및 보강작업을 가능하게 하여 경제적 손실을 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치의 추가적인 구성도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법의 순서도를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 지반의 지지력 측정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 콘팁(cone tip)을 이용하여 콘의 지지력과 지반의 최대 전단계수 값을 추정할 수 있는 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치의 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치의 추가적인 구성도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치는, 선단에 콘 팁(cone tip)이 배치되며 지반에 압입 또는 인발되는 로드(rod); 상기 로드의 콘 팁이 배치된 선단의 반대편에 배치되며 저항력을 측정하는 로드셀(load cell); 상기 콘팁에 압입 또는 인발력을 인가할 수 있는 동력 장치; 및 상기 로드셀의 저항력을 이용해 연약 지반 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치는 콘팁(10); 로드(20); 로드셀(30); 동력장치(40); 데이터로거(50); 및 제어부(60)를 포함한다.
콘 팁(10)은 지반에 하중 재하를 이룰 때 지반과 직접 닿는 끝단 부분으로써 콘 형상의 모양을 갖고 있다. 기존 콘 관입 시험기의 콘 팁은 선단각 60도, 단면적 10cm2로 콘의 지지력(qc)과 주면마찰력(fs)을 측정한다. 본 발명은 선단각 60도, 단면적 0.071cm2의 더 작은 콘 팁으로 구성되어 있어 시중에 제작 판매되는 콘 관입시험기보다 더 연약한 지반의 지지력 측정이 가능하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁은 선단각이 60도이고 단면적이 0.071cm2인 것이 바람직하다.
로드(20)는 긴 막대 형상으로써 그 선단에 콘 팁이 배치되고, 그 반대편에는 저항력을 측정하는 로드셀이 배치된다. 이러한 로드는 지반에 압입 또는 인발되는 부분이다. 로드는 직경 2.3mm, 전체 길이 700mm로 공동 발생부의 강도를 측정하여 이완영역을 추정할 수 있다.
로드셀(30)은 로드를 지반에 압입 또는 인발시 저항력을 측정하는 부분으로써 도 1과 같이 ㄹ 형상을 이루고 있다. 이러한 로드셀에 지반에 콘팁을 압입시 위로부터의 압력이 인가되고, 또한 지반으로부터의 반발력이 반대로 인가되며 이를 통해 저항력을 측정하게 되는 것이다.
한편, 콘팁을 가진 로드를 압입 또는 인발하기 위한 힘을 인가하는 동력 장치(40)를 포함한다. 동력 장치는 다양한 힘을 인가할 수 있는 장치면 무엇이든 가능하며 이에 대한 특별한 제한은 없다.
제어부(60)는 로드셀의 저항력을 이용해 최종적으로 연약 지반 여부를 판단하는 부분이다. 이러한 연약 지반 여부를 판단하는 구체적인 내용에 대해서는 후술하는 연약 지반 판단 방법에서 추가적으로 자세히 설명하도록 하겠다.
간단히 정리하면, 제어부(60)는 로드셀(30)에서 측정된 저항력 값을 이용해 로드(20)의 변위값을 계산하여 확인하고, 이를 통해 최대전단계수 값을 계산하여 추정하게 된다. 또한, 제어부(60)에서 추정된 최대전단계수 값에 따라 콘 팁의 관입 속도를 조절하면서 연약 지반 여부를 최종적으로 판단하게 된다.
또한, 로드셀(30)의 저항력에 관한 신호를 수신하여 읽어들이는 데이터로거를 포함한 측정부(50)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 측정부는 데이터로거를 포함하며 로드셀의 저항력을 읽어들이는 역할을 수행한다. 이를 위해 도 1에서 보는 것처럼 측정부(50)는 로드셀(30)과 신호 계통으로 연결되어 있다.
한편, 도 2에서 보는 것처럼, 로드의 이동을 위한 레일(70)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 레일(70)에 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치가 장착되어 상하로 이동 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기본관을 포함한 장치가 부드럽게 내려오며 하중을 재하할 수 있도록 모터의 회전력을 일정한 방향(중력방향)으로 변위 제어하는 엔코더, 하중을 전기적 신호로 변환하는 로드셀, 깊은 깊이까지 측정 가능한 로드를 포함한다. 또한 기본관은 전체를 버티고 있는 고정장치와 레일로 연결되어 있다.
본 발명의 장치의 실제 제작시, 일 실시예에 따른 장치의 크기는 전체 높이 1340mm, 폭 260mm이며 앞쪽의 콘팁과 압입 또는 인발하는 로드(rod), 저항력을 측정하는 로드셀, 로드셀의 신호를 읽어 들이는 데이터로거(측정부), 전체 시스템을 고정하는 고정장치, 소형 모형 토조 위에서 마찰력을 최소화하며 움직일 수 있는 레일, 콘팁에 압입 및 인발력을 줄 수 있는 동력장치, 관입 속도를 조절하고 변위값을 확인할 수 있는 전기판넬(제어부)을 포함한다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치에 대해서 설명하였으며, 이하에서는 이러한 장치를 이용해 연약 지반을 판단하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법의 순서도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법은, 선단에 콘팁이 배치되며 상기 선단의 반대편에 저항력을 측정하는 로드셀이 배치된 로드를 탐지하고자 하는 대상 지반에 하중 재하하는 단계(S 310); 상기 대상 지반에 하중 재하가 이루어진 경우 상기 로드셀이 저항력을 측정하는 단계(S 320); 상기 측정된 저항력은 측정부에 입력되는 단계(S 330); 상기 부측정부에 입력된 저항력을 이용해 제어부에서 최대전단계수 값을 추정하는 단계(S 340); 및 상기 최대전단계수 값을 이용해 연약 지반 여부를 판단하는 단계(S 350)를 포함한다.
S 310 단계는 선단에 콘팁이 배치되며 상기 선단의 반대편에 저항력을 측정하는 로드셀이 배치된 로드를 탐지하고자 하는 대상 지반에 하중 재하하는 단계이다. 이와 같이 대상 지역에 로드를 하중 재하 함으로써 로드셀에 걸리는 저항력을 측정하게 된다.
S 320 단계에서는 대상 지반에 하중 재하가 이루어진 경우 로드셀이 저항력을 측정하게 된다. 로드가 대상 지반에 하중을 재하하면 로드셀에는 저항력이 걸리게 되고 이러한 저항력을 로드셀이 측정하게 된다. 로드셀은 위에서 설명한 것처럼, ㄹ 자 형상을 갖는 것이 바람직하다.
S 330 단계에서는 S 320 단계에서 로드셀이 측정한 저항력을 측정부에 입력하게 된다. 측정부는 데이터로거가 이용될 수 있다.
S 340 단계에서는 측정부에 입력된 저항력을 이용해 제어부에서 저항력 값에 대한 최대전단계수 값을 계산하여 추정하게 된다.
S 350 단계에서는 최대전단계수 값을 이용해 대상 지반이 연약 지반인지 여부를 최종적으로 판단하게 된다.
본 발명은 로드의 관입속도를 조절하여 일정한 방향으로 하중재하하여 대상 지역의 지지력 측정이 가능하다. 측정된 콘의 지지력(
Figure pat00001
) 값으로부터 최대전단계수(
Figure pat00002
) 값을 추정할 수 있다. 이를 통해 이완영역을 탐지하여 위험도를 판단할 수 있다. 또한, 추정된 최대전단계수 값에 따라 상기 콘 팁의 관입 속도를 조절하면서 연약 지반 여부를 판단한다.
본 발명은 로드의 관입속도를 조절하여 일정한 방향으로 하중재하하여 대상 지역의 지지력 측정이 가능하다. 이는 대상 지반의 위치를 변경하면서 S 310 내지 S 350 단계를 반복함으로써 가능하다. 이와 같은 반복에 의해 대상 지역의 이완 영역의 범위를 추정하게 된다.
본 발명에 따르면, 콘 팁(cone tip)을 이용하여 콘의 지지력과 지반의 최대 전단계수 값을 추정할 수 있는 장치를 제공하고, 이를 통해 대상 지반이 연약 지반인지 여부를 최종적으로 판단할 수 있다. 본 발명에 따르면, 지반 내 공동 발생 시 이완영역을 탐지하여 위험도를 판단할 수 있고, 이완영역의 범위 파악을 통해 보다 정확한 복구 및 보강작업을 가능하게 하여 경제적 손실을 경감시킬 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 선단에 콘 팁(cone tip)이 배치되며 지반에 압입 또는 인발되는 로드(rod);
    상기 로드의 콘 팁이 배치된 선단의 반대편에 배치되며 저항력을 측정하는 로드셀(load cell);
    상기 콘팁에 압입 또는 인발력을 인가할 수 있는 동력 장치; 및
    상기 로드셀의 저항력을 이용해 연약 지반 여부를 판단하는 제어부를 포함하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드셀의 신호를 읽어들이는 측정부를 추가로 포함하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 로드셀의 저항력을 이용해 상기 로드의 변위값을 확인하고, 최대전단계수 값을 추정하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추정된 최대전단계수 값에 따라 상기 콘 팁의 관입 속도를 조절하면서 연약 지반 여부를 판단하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘 팁은 선단각이 60도이고 단면적이 0.071cm2인,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드의 이동을 위한 레일을 추가로 포함하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치.
  7. 선단에 콘팁이 배치되며 상기 선단의 반대편에 저항력을 측정하는 로드셀이 배치된 로드를 탐지하고자 하는 대상 지반에 하중 재하하는 단계;
    상기 대상 지반에 하중 재하가 이루어진 경우 상기 로드셀이 저항력을 측정하는 단계;
    상기 측정된 저항력이 측정부에 입력되는 단계;
    상기 측정부에 입력된 저항력을 이용해 제어부에서 최대전단계수 값을 추정하는 단계; 및
    상기 최대전단계수 값을 이용해 연약 지반 여부를 판단하는 단계를 포함하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    대상 지반의 위치를 변경하면서 상기 단계들을 반복하여 대상 지역의 이완 영역의 범위를 추정하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 추정된 최대전단계수 값에 따라 상기 콘 팁의 관입 속도를 조절하면서 연약 지반 여부를 판단하는,
    콘 팁을 이용한 연약 지반 판단 장치를 이용한 연약 지반 판단 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR102504377B1 (ko) * 2022-05-27 2023-03-02 대한민국 액자형 치구를 이용한 판상형 구조재의 전단계수 측정방법

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