KR100356283B1 - 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반조사시 시료의 질이 우수한 비교란 시료를 점성토뿐만 아니라, 사질토 지반에서도 채취할 수 있는 샘플러를 개발하여 구조물의 기초설계시 필요한 지반정수를 보다 정확하게 얻을 수 있는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러에 관한 것이다.

본 발명은, 지반에 관입시키기 위해 외부로부터 동력을 인가받아 회전하며, 그 저면에 지반을 굴착하기 위한 비트가 구비된 아웃튜브; 상기 아웃튜브의 내측 하부에 위치되어 자중으로 지반에 관입되며, 상기 비트의 회전굴착에 의해 발생하는 교란으로부터 시료를 보호하는 시료보호수단; 상기 시료보호수단의 자중력에 의해 인발되어진 시료를 담아 위치시키기 위한 샘플링 튜브; 상기 시료보호수단의 내부면에 설치되어 그를 통해 인발된 시료를 절단하면서 채취된 시료가 샘플링 튜브의 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 샘플링 튜브의 하부를 차폐하는 커팅수단; 지상의 조작장치로부터 승강력을 제공받아 상기 샘플링 튜브와 시료보호수단을 승강동작시키는 승강수단; 및 상기 아웃튜브와 지상의 보링장치간을 연결하는 아웃로드를 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러를 제공한다.

Description

비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러{omnipotent sampler be able to gather undistruded a sample}

본 발명은 대지내의 토층, 토질, 지하수위, 지반의 내력, 장애물상황등을 조사하기 위한 지반조사시, 점성토뿐만 아니라 사질토 지반에서 교란되지 않은 원상태로 시료를 채취할 수 있는 대구경 샘플러에 관한 것이다.

최근 산업의 급속한 발달과 국토의 전역에 걸친 개발이 시작되면서 토목, 건축, 환경시설물등에 대한 건설공사가 더 이상 양호한 지반에서만 이루어지기 어려운 상황에 직면하였다. 즉, 해안가, 산악 암반지대, 쓰레기 매립지, 도심지 기존구조물 근접부 등 종래의 건설공사 입지선정시 제외되었던 악조건 현장에서도 공사를 수행해야만 되는 경우가 날로 늘어나고 있다. 이에 따라, 구조물을 안전하고도 경제적으로 설계, 시공하기 위해서, 또 기존 구조물의 유지, 보수 및 안전진단을 위해서는 반드시 정확한 지반조사를 통한 지반 정보의 획득과 분석평가가 요구되고 있다.

이러한 지반조사는 기능적인 구조물을 가급적 안전하면서도 경제적으로 건설하며, 유지, 관리하는데 필요한 기초자료, 즉 지반의 특성 및 지층의 상태, 침하량 산정에 필요한 기본자료등을 준비하는데에 그 목적이 있다.

특히, 구조물을 설계할 때에는 구조물 하중에 의한 지반의 침하를 허용치 이내로 하고, 기초에 가해지는 하중이 허용 지지력을 초과하지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 지반조사를 통하여 지반침하의 계산에 필요한 자료와 구조물의 안전에 영향을 미칠 수 있는 지반에 대한 모든 정보를 취득해야 한다.

또한, 지반 조사작업은 세심하게 수행되어야 하며, 구조물과 기초의 종류, 시공방법, 건설재료등을 결정할 수 있도록 조기에 실시해야 한다. 지반조사가 늦어지면 공사기일에 쫓겨서 지반조사를 상세하게 수행할 수 없게 되어 경제적인 해결책을 찾기 어렵게 된다. 지반조사의 비용은 전체 공사비의 1∼2%에 불과하나 이 비용을 아끼면 전체 구조물이 손상되는 피해를 입을 수 있다.

그래서, 선진국에서는 연약지반에서 비교란 시료를 채취하는 샘플러의 개발에 많은 투자와 연구가 진행되고 있다. 그 이유는 시료를 채취하는 샘플러에 따라 지반정수가 변화하기 때문이다. 캐나다의 라벨(laval)대학에서 만든 대구경 라벨샘플러로 채취한 것이 일본의 피스톤 샘플러로 채취한 것보다 교란이 작게된다는 연구결과가 발표된 바 있다.

그러나, 국내의 연약지반 현장에서는 주로 수압식 피스톤 샘플러를 이용하여 비교란 시료를 채취하고 있으며, 사질토 지반에 대해서는 비교란 시료를 채취하지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지반조사시 시료의 질이 우수한 비교란 시료를 점성토뿐만 아니라, 사질토 지반에서도 채취할 수 있는 샘플러를 개발하여 구조물의 기초설계시 필요한 지반정수를 보다 정확하게 얻을 수 있는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 샘플링 튜브내에 절단 및 시료 유출 차단기능을 수행하는 커터를 설치하여 점착력이 없는 시료가 유출되지 않고 지표면까지 들어올릴 수 있도록 한 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러를 제공함에 다른 목적이 있다.

도1은 본 발명에 의한 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러의 전체 구성도.

도2는 본 발명에 의한 대구경 샘플러의 절단부 구성을 나타낸 단면도.

도3은 본 발명에 의한 대구경 샘플러의 두부 구성을 나타낸 단면도.

도4는 본 발명의 요부인 절단부의 구성을 나타낸 사시도.

도5a 내지 도5e는 본 발명의 절단부의 작용상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 아웃튜브 2: 비트

3: 슈 4: 익스텐션 튜브

5: 샘플링 튜브 6: 샘플링 헤드

7: 커터 8: 가이드 튜브

9: 커팅로드 10: 커팅링

11: 이너로드 12: 아웃로드

13: 베어링 14: 스프링

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반에 관입시키기 위해 외부로부터 동력을 인가받아 회전하며, 그 저면에 지반을 굴착하기 위한 비트가 구비된 아웃튜브; 상기 아웃튜브의 내측 하부에 위치되어 자중으로 지반에 관입되며, 상기 비트의 회전굴착에 의해 발생하는 교란으로부터 시료를 보호하는 시료보호수단; 상기 시료보호수단의 자중력에 의해 인발되어진 시료를 담아 위치시키기 위한 샘플링 튜브; 상기 시료보호수단의 내부면에 설치되어 그를 통해 인발된 시료를 절단하면서 채취된 시료가 샘플링 튜브의 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 샘플링 튜브의 하부를 차폐하는 커팅수단; 지상의 조작장치로부터 승강력을 제공받아 상기 샘플링 튜브와 시료보호수단을 승강동작시키는 승강수단; 및 상기 아웃튜브와 지상의 보링장치간을 연결하는 아웃로드를 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러는 점성토 지반 뿐만 아니라, 점착력이 없는 사질토 지반에서도 교란되지 않은 시료를 효과적으로 채취할 수 있도록 구현한 것으로, 본 실시예에 따른 구성을 도1 내지 도3을 통하여 살펴보면, 도면에 도시한 바와 같이 외부로부터 동력을 인가받아 회전하며 그 저면에 지반을 굴착하기 위한 비트(2)가 구비되어 지반에 관입시키기 위한 아웃튜브(1)와, 상기 아웃튜브(1)의 내측 하부에 위치되어 자중으로 지반에 관입되며 상기 비트(2)의 회전굴착에 의해 발생하는 교란으로부터 시료를 보호하는 슈(3)와, 상기 슈의 내부와 샘플링 헤드(6)를 연결하며 슈(3)의 관입동작시 수축되는 익스텐션 튜브(4)와, 상기 익스텐션 튜브(4)의 내주면에 끼워져 슈(3)에 의해 채취된 시료를 담기 위한 샘플링 튜브(5)와, 상기 샘플링 튜브(5)의 상부에 설치되어 시료 상부에 존재하는 슬라임을 배출시키는 샘플링 헤드(6)와, 상기 슈(3)의 내주면에 설치되어 그의 자중력에 의해 인발되어진 시료를 절단하며 채취된 시료가 외부로 유출되는 것을 방지하는 커터(7)와, 상기 커터(7)의 내부면에 설치되어 채취된 시료가 그에 의해 교란되는 것을 방지하는 가이드 튜브(8)와, 상기 슈(3)의 외측에 직립되게 설치되며 그 내면에 상기 슈(3)를 고정한 상태에서 승강동작하는 커팅로드(9)와, 상기 슈(3)의 하부에 위치되어 커팅로드(9)와 커터(7)를 연결하는 커팅링(10)과, 그 일측은 상기 샘플링 헤드(6)의 내측으로 삽입되며 그 타측은 지상의 조작장치와 연결되는 이너로드(11)와, 상기 아웃튜브(1)와 지상의 보링장치(도면에 도시하지 않음)간을 연결하는 아웃로드(12)와, 상기 이너로드(11)의 외부면에 설치되어 상기 아웃튜브(1)의 회전을 원활히 시키면서 상기 샘플링 튜브(5)와 연결된 슈(3)의 회전동작이 이루어지지 않도록 하는 베어링(13)과, 지반의 강도에 따라 상기 아웃튜브(1)의 비트(2)와 슈(3)의 상대적인 위치차이를 가질 수 있도록 탄성동작하여 상기 비트(2)의 회전굴착에 의해 채취되는 시료를 교란되지 않도록 조절하는 스프링(14)으로 구성된다.

여기서, 상기 익스텐션 튜브(4)는 그의 저면이 소정직경의 라운드부(4a)로 이루어져 있으며, 상기 커터(7)는 도4에 도시한 바와 같이 그 상단이 오각형 형상으로 형성되며 소정부분이 중첩된 상태로 상기 커팅링(10)의 외주면에 장착되며, 상기 커터(7)와 커팅링(10)은 볼트와 같은 체결구(22)에 의해 고정된다.

상기의 구조를 갖는 커터(7)는 도5a에 도시한 바와 같이 커팅링(10)에 고정된 상태에서 상기 가이드 튜브(8)와 익스텐션 튜브(4) 사이 속에 위치하고 있다가 도5b 및 도5c에 도시한 바와 같이 이너로드(11)를 지표면에서 잡아당기게 되면, 상기 커터(7)의 선단부, 즉 오각형 형상의 선단부가 익스텐션 튜브(4)의 라운드부(4a)의 안내를 받아 샘플링 튜브(5)의 내측으로 인출되면서 서로 포개어지며, 도5d 및 도5e에 도시한 바와 같이 사진기의 셔터가 폐합되는 형식으로 폐합된다. 따라서, 상기 커터(7)의 폐합은 상기 샘플링 튜브(5)의 하부를 차폐함으로서 상기 샘플링 튜브(5)에 위치된 시료가 이탈되는 것을 방지하게 되는 것이다.

또한, 도6a 및 도6b에 도시한 바와 같이 상기 슈(3)는 비트(2)의 끝단부보다 소정 길이만큼 더 돌출된 구조로 되어 있다. 이는 지반의 조건에 따라 스프링(14)의 작용으로 비트(2)와 슈(3)의 상대적인 위치 차이(간격)를 주어 지반을 굴착한다. 즉, 연약지반일 경우, 상기 스프링(14)의 탄성력에 의해 상기 비트(2)와 슈(3)의 위치차이를 크게 하고, 암반과 같은 단단한 지반일 경우 상기 스프링(14)이 압축되어 상기 비트(2)와 슈(3)의 위치차이(간격)를 작게한 상태에서 굴착할 수 있도록 한다. 이에따라 상기 비트(2)의 굴착동작에 따른 교란을 슈(3)가 차단하여 채취된 시료를 보호할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

도면에 도시한 바와 같이 점성토나 점착력이 없는 사질토와 같은 지반을 대상으로 비교란 시료를 채취하기 위하여 먼저, 지반에 아웃튜브(1)의 비트(2)를 위치시킨다. 그리고, 외부로부터 회전력을 상기 아웃튜브(1)에 인가하게 되면, 상기 비트(2)가 지반을 굴착하면서 관입되게 된다. 이때, 상기 비트(2)의 끝단부보다 더 돌출된 슈(3)가 자중력에 의해 지반내로 관입되게 되며, 상기 슈(3)는 비트(2)의 굴착동작에 의해 교란되어지는 토양을 차단하여 슈(3)내로 유입되는 시료가 교란되는 것을 방지한다. 또한, 상기 슈(3)의 관입동작시 익스텐션 튜브(4)가 수축하면서 샘플링 튜브(5)를 함께 관입시키게 된다.

필요로 하는 시료가 샘플링 튜브(5)내에 담겨지게 되면, 상기 이너로드(11)를 들어올리고, 이 과정에서 상기 익스텐션 튜브(4)와 가이드 튜브(8) 사이의 홈에 위치된 커터(7)의 선단부가 상기 홈을 따라 인출되면서 시료를 절단하여 샘플링 튜브(5)의 하부를 차폐하여 상기 시료의 유출을 방지하게 된다.

이와 같이, 상기 샘플링 튜브(5)내로 교란되지 않은 상태의 시료를 채취함으로서 구조물의 기초 설계시 필요한 지반 정수를 보다 정확하게 얻을 수 있게 되는 것이다. 여기서, 지반정수라 함은 흙의 성질을 점착력, 내부마찰각, 강도, 압밀지수, 압밀계수등을 통합하여 일컫는 것로서, 구조물 및 교량 기초, 옹벽등을 설계하기 위해 필요한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 점성토나 점착력이 없는 사질토의 시료 채취시 굴착과정에서 교란될 수 있는 시료를 슈로 차단하여 보호하면서 시료의 절단과 샘플링 튜브의 하부 차폐기능을 수행하는 커터를 구비함으로서 비교란 상태의 시료를 용이하게 채취할 수 있으며, 이에따라 구조물의 기초설계시 필요한 지반정수를 보다 정확하게 얻을 수 있는 효과를 가진다.

Claims (9)

1. 지반에 관입시키기 위해 외부로부터 동력을 인가받아 회전하며, 그 저면에 지반을 굴착하기 위한 비트가 구비된 아웃튜브;

   상기 아웃튜브의 내측 하부에 위치되어 자중으로 지반에 관입되며, 상기 비트의 회전굴착에 의해 발생하는 교란으로부터 시료를 보호하는 시료보호수단;

   상기 시료보호수단의 자중력에 의해 인발되어진 시료를 담아 위치시키기 위한 샘플링 튜브;

   상기 시료보호수단의 내부면에 설치되어 그를 통해 인발된 시료를 절단하면서 채취된 시료가 샘플링 튜브의 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 샘플링 튜브의 하부를 차폐하는 커팅수단;

   지상의 조작장치로부터 승강력을 제공받아 상기 샘플링 튜브와 시료보호수단을 승강동작시키는 승강수단; 및

   상기 아웃튜브와 지상의 보링장치간을 연결하는 아웃로드

   를 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 시료보호수단은 그 하부가 예리한 각도로 형성된 원통형상의 슈로 이루어진 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 시료보호수단의 내부에 설치되어 그의 자중력에 의해 지반에 관입될 때, 신축동작하는 익스텐션 튜브; 및

   상기 커팅수단의 내부면에 설치되어 채취된 시료가 그에 의해 분산되는 것을 방지하는 가이드 튜브

   를 더 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 익스텐션 튜브는 그의 저면이 소정직경의 라운드부로 이루어진 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 커팅수단은

   상기 시료보호수단의 하부에 위치되는 원형형상의 커팅링;

   상기 커팅링의 외주면에 그 하단부가 장착되며, 상기 승강수단의 하강동작에 따라 그 선단부가 익스텐션 튜브의 라운드부의 안내를 받으면서 사진기 셔터의 폐합형식으로 오무라드는 동작을 수행하여 시료보호수단의 하부를 폐합시키는 커터;및

   상기 커팅링에 커터를 고정하기 위한 체결수단

   을 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 커터는 그의 끝단부가 예각의 날카로운 면으로 이루어지며, 서로 소정 간격만큼 중첩되어진 상태로 상기 커팅링에 장착되는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 승강수단은

   상기 시료보호수단의 외측에 직립되게 설치된 커팅로드; 및

   일측은 상기 샘플링 튜브에 연결되고, 타측은 상기 커팅로드와 연결되며, 지상의 조작장치로부터 승강력을 제공받는 이너로드

   를 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 샘플링 튜브의 상부에 설치되어 시료 상부에 존재하는 슬라임을 배출시키는 샘플링 헤드를 더 포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 이너로드의 외부면에 설치되어 상기 아웃튜브의 회전을 원활히 시키면서 상기 샘플링 튜브와 연결된 슈의 회전동작이 이루어지지 않도록 하는 베어링; 및

   지반의 강도에 따라 상기 아웃튜브의 비트와 슈의 상대적인 위치차이를 가지도록 탄성동작하여 상기 비트의 회전굴착으로부터 채취되는 시료를 교란되지 않도록 조절하는 스프링

   을 더포함하는 비교란 시료 채취가 가능한 대구경 샘플러.