연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치{A sampler picker for soft soil ground}
본 발명은 시료채취기의 손상을 방지할 수 있는 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치에 관한 것이다.
일반적으로 퇴적층에 시추공을 형성하면서 퇴적층의 시료를 채취하는 공정은 모든 토목공사 등의 설계에 필요한 최적조건을 결정하기 위하여 반드시 수행되어야 하는 것으로, 이러한 지층 시추조사는 지층의 물리 화학적 특성과 구조 등 다양한 자료를 얻기 위해서 시료채취 공정이 필수적으로 수행되어 왔다. 이 같은 시료채취 고정은, 동력수단과 연결된 상태에서 타격 또는 회전력을 전달받은 관 형상의 채취기가 지층 내부로 관입해 가면서 채취기 내부에 관입된 깊이만큼의 지층이 채워지게 되는데, 이때 채취기를 지상으로 뽑아내어 시료의 지층을 외부에서 확인하는 것이다. 공개실용신안 1998-0059576호에 의하면, 원통형 외부관(1)과, 외부관 하단부에 결합하여 관입저항을 부담하는 비트(2)와, 선단이 비트(2)의 상단 면에 걸리도록 외부관 내부에 삽입되는 투명플라스틱재질의 원통형 바렐(3)과, 외부관의 상단에 결합하여 바렐(3)을 움직이지 않도록 고정하는 캡(4)으로 구성되어 내부의 바렐만 교체하여 줌으로서 연속적인 시추와 시료채취가 이루어지도록 하고 있다. 하지만, 상기와 같은 종래 기술은 외부관을 지상으로 인양하는 과정에 원통형의 바렐 내에 충전된 시료가 하부로 흘러 정확한 최적물의 지층을 확인할 수 없는 문제가 있었다. 따라서, 상기와 같은 문제를 해소하자고 안출된 것으로는 등록특허 10-0848876호가 있으며, 이를 간략하게 설명하면, 동력수단의 제1연결장치에 연결되어 지층에 관입 또는 인입되는 외측관과, 상기 외측관의 내부에서 동력수단의 제2연결장치이 연결되어 지층에 관입 또는 인양되며, 적어도 하나 이상으로 상하 분할되는 내측관과, 상기 내측관 내부에 삽입되는 샘플관, 및 상기 내측관 내부 및 샘플관의 하부에 구비되어 상기 내측관의 인양시 상기 샘플관 내의 시료가 흘러내기는 것을 방지하는 코어캐처로 이루어진 것으로서, 채취된 시료를 지상으로 인양할 때 하부로 시료가 흘러내리지 않도록 차단할 수 있다. 하지만, 상기 시료채취기 역시 지중에 강제 인입되는 방식이기 때문에 시추공의 측벽이 퇴적물 붕괴를 유발할 수 있어 깊은 지역까지 시료를 채취할 수 없는 근본적인 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 시료채취에 사용되는 시료채취기의 손상을 방지할 수 있으면서도 회전하면서 지중으로 삽입되기 때문에 퇴적물 붕괴를 유발을 최소화할 수 있는 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상단부 둘레면에'ㄴ'자 형상의 결합홈(11)이 구비된 시료채취관과; 나선홈에 체결되는 나선돌기와, 결합홈에 착탈가능하게 결합되는 결합돌기와, 제1가압부재 및 제2가압부재가 안착되는 단턱을 갖추고서, 시료채취관에 착탈가능하게 결합되는 연결부재와; 둘레면을 따라 형성되는 나선홈과, 하단부에 형성되는 원추형상의 비트와, 상단부에 형성되며 제1가압부재의 고정홈에 삽입되어 고정되고, 제1가압부재 제거시 인발부재와 체결수단을 매개로 착탈가능하게 고정되는 고정돌기를 갖춘 스크류와; 고정돌기의 상단으로 노출되어 인발부재의 접속단자와 전기적으로 접속되는 접속단자를 갖추고서, 비트 상에 설치되어 연결부재의 위치를 감지하여 감지신호를 제어부로 출력하는 위치감지수단와; 시료채취관과 연결부재 및 스크류가 지중에 삽입되도록 수직하게 가압하는 제1가압부재와; 하단에 접속단자와 전기적으로 접속연결되는 연결단자를 갖추고서, 스크류와 체결수단을 매개로 착탈가능하게 고정되어 스크류를 인발해 시료채취관과 연결부재를 지상으로 꺼내는 인발부재와; 하단부에 베어링을 갖추고서, 나선홈을 따라 시료채취관과 연결부재가 회전되면서 지중에 파고들어 시료를 채취할 수 있도록 연결부재의 단턱을 수직하게 가압하는 제2가압부재와; 접속단자 및 연결단자를 매개로 위치감지수단로부터의 감지신호를 전달받아 경보수단을 동작제어하는 제어부와; 제어부에 의해 동작제어되어 경고음 및 불빛을 외부로 방출하는 경고수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 위치감지수단과 제어부 및 경보수단을 통해 연결부재 및 스크류가 지나친 체결력에 의해 손상되는 문제를 원천적으로 해소할 수 있으며, 또한, 시료채취관이 연결부재 및 스크류를 매개로 회전을 하면서 지중으로 파고들기 때문에 시료채취관의 선단부를 보호할 수 있으면서도 선단부 저항을 최소화할 수 있어 보다 용이하게 지중을 파고들어 시료를 채취할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치에서 제1가압부재가 적용된 도면의 분해도.
도 2는 도 1의 결합된 상태의 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치에서 인발부재 및 제2가압부재가 적용된 도면.
도 5는 도 4의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치의 각 구성요소 간의 전기적인 연관관계를 도시한 블록도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치의 사용상태를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 연약지반조사를 위한 회전식 지반시료수집장치는, 시료채취관(10)과 연결부재(20), 스크류(30), 위치감지수단(40), 제1가압부재(50), 인발부재(60), 제2가압부재(70), 제어부(80) 및 경보수단(90)으로 구성되어, 기초공사를 위한 지반의 상태를 확인하기 위한 용도로 사용된다. 상기 시료채취관(10)은 내부가 상하로 개구된 관으로서, 하단부는 시료채취를 위해 지중에 삽입시 저항이 최소화되도록 경사진 형태를 이루고 있고, 상단부에는'ㄴ'자 형상의 결합홈(11)이 상호 대향되게 형성되어 이후에 설명될 연결부재(20)의 결합돌기(22)와 착탈가능하게 결합된다. 상기 연결부재(20)는 시료채취관(10)과 스크류(30)를 상호 연결시켜 주기 위한 부재이다. 본 실시 예의 경우, 상기 연결부재(20)는 전체적으로 원형의 관 형태를 이루되, 내주면의 중앙에는 내향으로 돌출되어 제1가압부재(50) 및 제2가압부재(70)가 안착되는 단턱(23)이 형성되고, 단턱(23)를 기준으로 하부 내주면에는 스크류(30)의 나선홈(31)에 대응되게 체결되는 나선돌기(21)가 일체로 형성되며, 외주면에는 시료채취관(10)의 결합홈(11)에 착탈가능하게 결합되는 결합돌기(22)가 일체로 형성된다. 상기 스크류(30)는 지반굴착시에는 시료채취관(10)의 선단부를 보호하는 역할을 하고, 시료채취시에는 시료채취관(10)이 연결부재(20)를 매개로 회전되면서 지중에 삽입될 수 있도록 중심축 역할을 한다. 본 실시 예의 경우, 상기 스크류(30)는 전체적으로 원기둥형태를 이루되, 둘레면에는 길이방향을 따라 나선홈(31)이 형성되고, 하단부에는 굴착을 위한 원추형상의 비트(32)가 일체로 형성되며, 상단부에는 고정돌기(33)가 일체로 형성된다. 여기서, 상기 고정돌기(33)는 제1가압부재(50)의 고정홈(51)에 삽입되어 고정되고, 제1가압부재(50) 제거시 인발부재(60)와 체결수단을 매개로 착탈가능하게 고정된다. 또한, 상기 고정돌기(33)에는 위치감지수단(40)과 전기적으로 연결되는 접속단자(41)가 노출되게 설치되고, 스크류(30)의 내부에는 위치감지수단(40)과 접속단자(41)를 전기적으로 상호 연결하는 전선이 매설되어 있다. 상기 전선을 스크류(30)에 매설하는 방법은 해당분야에서 널리 공지된 기술이므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다. 상기 위치감지수단(40)는 공지의 초음파센서로서, 본 실시 예의 경우 스크류(30)의 비트(32) 상에 설치되어 연결부재(20)의 위치를 감지하며 연결부재(20)가 비트(32)의 상면에 근접하게 접근할 경우 이를 위치감지수단(40)이 감지하여 감지신호를 출력하게 된다. 참고로, 위치감지수단(40)을 통해 출력된 감지신호는 접속단자(41)와 연결단자(61)를 통해 제어부(80)로 입력되며, 이를 도 6과 같이 도시하였다. 상기 제1가압부재(50)는 통상의 크레인에 설치되어 시료채취관(10)과 연결부재(20) 및 스크류(30)가 지중에 삽입되도록 수직하게 가압하는 역할을 한다. 특히, 상기 제1가압부재(50)의 중앙에는 고정홈(51)이 형성되며, 여기서 고정홈(51)은 고정돌기(33)와 상호 결합되어 스크류(30)가 지중을 파고들 때에 스크류(30)의 회전을 차단하는 기능을 한다. 본 실시 예의 경우, 상기 고정돌기(33)와 고정홈(51)을 직육면체형태로 형성하였다. 본 실시 예에 따르면, 상기 제1가압부재(50)를 매개로 시료채취관(10)과 연결부재(20) 및 스크류(30)를 가압하게 되면, 수직하게 작용하는 힘에 의해 시료채취관(10)과 연결부재(20) 및 스크류(30)는 지중에 강제로 삽입된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 인발부재(60)는 크레인에 고정되며 제1가압부재(50)를 제거한 이후에 사용되는 부재로서, 본 실시 예의 경우 스크류(30)의 고정돌기(33)와 체결수단(볼트)을 매개로 착탈가능하게 고정되어 스크류(30)를 고정하거나 스크류(30)를 인발해 시료채취관(10)과 연결부재(20)를 지상으로 꺼내는 역할을 한다. 특히, 상기 인발부재(60)의 하단에는 위치감지수단(40)의 접속단자(41)와 전기적으로 접속되는 연결단자(61)가 일체형으로 형성되며, 인발부재(60)의 내부에는 제어부(80)와 연결단자(61)를 전기적으로 상호 연결하는 전선이 매설되어 있다. 상기 전선을 인발부재(60)에 매설하는 방법은 해당분야에서 널리 공지된 기술이므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다. 상기 제2가압부재(70)는 인발부재(60)를 감싸며 크레인에 고정되는 부재로서, 본 실시 예의 경우 하단부에 베어링(71)을 갖추고서, 나선홈(31)을 따라 시료채취관(10)과 연결부재(20)가 회전되면서 지중에 파고들어 시료를 채취할 수 있도록 연결부재(20)의 단턱(23)을 수직하게 가압하는 역할을 한다. 여기서, 상기 베어링(71)은 연결부재(20)가 제2가압부재(70)에 의해 회전될 때에 마찰저항을 최소화하기 위한 용도로 이용된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 사용상태를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 연결부재(20)의 나선돌기(21)와 스크류(30)의 나선홈(31)을 매개로 상호 체결시켜 준 상태에서 시료채취관(10)의 상단을 통해 스크류(30) 및 연결부재(20)를 삽입시켜 준 다음, 연결부재(20)의 결합돌기(22)를 시료채취관(10)의 결합홈(11)에 삽입하여 결합시켜 준다. 상기와 같이 조립이 완료되면 지반확인지역에 상기 조립체를 수직하게 배치시켜 준 상태에서 제1가압부재(50)를 시료채취관(10) 및 연결부재(20)의 상단에 결합시켜 준다. 이때, 상기 제1가압부재(50)의 고정홈(51)은 스크류(30)의 고정돌기(33)와 상호 결합하여 스크류(30)가 지면을 파고들 때에 회전되지 않도록 함이 바람직하다. 그리고, 크레인(미도시)을 이용하여 제1가압부재(50)를 수직하게 하강시켜 주게 되면, 시료채취관(10)과 연결부재(20) 및 스크류(30)는 수직하게 가압되는 제1가압부재(50)에 의해 지중으로 삽입되며, 이를 도 7a와 같이 도시하였다. 상기와 같이 시료채취관(10)과 연결부재(20) 및 스크류(30)가 지중에 일정깊이로 삽입되면, 제1가압부재(50)를 제거한다. 상기 제1가압부재(50)가 제거되면 제2가압부재(70)와 인발부재(60)를 순차적으로 배치시켜 준다. 상기 인발부재(60)의 결합을 먼저 설명하면, 스크류(30)에 인발부재(60)를 설치하되, 인발부재(60)의 일단(하단)으로 노출된 연결단자(61)를 고정돌기(33)의 상단으로 노출된 접속단자(41)에 결합하여 전기적으로 연결(접속)시켜 준 상태에서 체결수단(볼트)을 매개로 인발부재(60)의 하단부와 고정돌기(33)를 고정시켜 주고, 타단은 크레인(미도시)에 고정시켜 준다. 참고로, 상기 연결단자(61)에 설치된 전선은 제어부(80)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 인발부재(60)의 설치가 완료되면 인발부재(60)가 회전되지 않도록 크레인(미도시)에 고정한다. 그리고, 상기 제2가압부재(70)를 연결부재(20)의 단턱(23)에 밀착시켜 준 상태에서 크레인(미도시)을 이용하여 제2가압부재(70)를 수직하게 하강시켜 주게 되면, 수직하게 가압되는 제2가압부재(70)에 의해 시료채취관 (10) 및 연결부재(20)가 나선돌기(21)를 매개로 스크류(30)의 나선홈(31)을 따라 서서히 회전함과 동시에 하강하면서 지중의 시료를 시료채취관(10)이 채취하게 되며, 이를 도 7b 및 7c와 같이 도시하였다. 여기서, 주목할 점은 상기 시료채취관(10)이 연결부재(20) 및 스크류(30)를 매개로 회전을 하면서 지중으로 파고들기 때문에 시료채취관(10)의 선단부를 보호할 수 있으면서도 선단부 저항을 최소화할 수 있어 보다 용이하게 지중을 파고들 수 있는 이점이 있다. 특히, 상기 연결부재(20)의 하단부가 스크류(30)의 비트(32) 상에 근접하게 접근하게 되면 이를 위치감지수단(40)이 감지하여 감지신호를 출력하게 되고, 출력된 감지신호는 접속단자(41) 및 연결단자(61)를 통해 제어부(80)로 입력되며, 제어부(80)는 감지신호를 입력받아 경보수단(90)을 동작제어하게 된다. 여기서, 경보수단(90)은 공지의 벨 및 경광등으로서, 제어부(80)에 의해 동작된 경보수단(90)은 주변으로 경고음 및 불빛을 방출하여 작업자에게 이를 경고하게 된다. 따라서, 작업자는 상기 경고신호를 참고하여 제2가압부재(70)가 동작되지 않도록 신속하게 조치를 취함으로써, 연결부재(20) 및 스크류(30)가 지나친 체결에 의해 손상되는 문제를 해소할 수 있게 된다. 한편, 상기 시료채취관(10)에 의한 시료채취가 완료되면 크레인(미도시)을 이용하여 인발부재(60)를 매개로 스크류(30)를 인발하여 시료채취관(10)과 연결부재(20)를 지상으로 꺼내면 된다. 상기와 같은 방법으로 원하는 지역을 확인하면 된다.
10: 시료채취관 20: 연결부재 21: 나선돌기
30: 스크류 31: 나선홈 40: 위치감지수단
41: 접속단자 50: 제1가압부재 60: 인발부재
61: 연결단자 70: 제2가압부재 80: 제어부
90: 경보수단 |
