현장타설말뚝의 건전도시험 (crosshole sonic logging) 방법과 평가

 

 

 

 

현장타설말뚝의 건전도시험 (crosshole sonic logging) 방법과 평가

 

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1. 시험의 개요

현장타설말뚝의 시험방법은 PIT (Pile Integrity Test) 방법과, CSL 공대공 초음파시험 (Cross hole Sonic Logging)방법이 있다. PIT는 현장타설말뚝의 단면변화, 선단예측에 적합하다. PIT의 장점은 저 비용으로 말뚝의 단면형상을 예측할 수 있어 매우 유용한 시험이나 말뚝의 부분적 강도에 대해서는 알 수 없다. CSL은 시공 시에 tube를 미리 시공해야 하는 단점이 있지만 부분단면의 결함을 측정하는 데 이상적이며 비교적 해석방법이 간단하다. CSL 시험은 콘크리트 타설 전 말뚝에 최소 2개의 tube를 등 간격으로 설치하고, 콘크리트 타설 후 한쪽의 tube에서 보낸 초음파를 다른 tube에서 받아 도달시간 및 신호의 크기를 측정하여 현장 타설말뚝의 건전도, 공극, 결함의 위치를 조사한다. 불 균질한 콘크리트나 약한 콘크리트, 공극이 있는 콘크리트는 도달시간이 길어지고 감소된 신호크기를 보인다.

 

말뚝에서의 초음파 이론

말뚝의 직경보다 작은 파장의 초음파를 사용하므로 말뚝의 1차원 파동이론을 따르지 않는다.

① 초음파는 압축파와 전단파로 이동한다.

② 압축파 속도 (Cp)

E : 탄성계수 ,  : 밀도,    : 포아송비

( Cp는 1차원 파동보다 약 10%정도가 빠르다. )

 

 

④ 콘크리트 내 공극은 압축파의 반향(reflection)을 유발한다.

⑤ 콘크리트 내 이물질(철근)은 압축파의 부분반사와 부분굴절을 일으킨다.

⑥ 콘크리트 내 공극이나 이물질(다른 매질)은 그 주위에서 파의 회절을 유발한다.

 

# 위의 원칙에서 다음의 결과를 예측할 수 있다.

◦ 결함이 송신기와 수신기의 사이에 있을 때 송신된 파는 직접 수신기에 도달하지 않는다.

◦ 만일 공극 주변에서 회절 된다면 초음파는 감소된 에너지로 수신기에 도달한다.

◦ 파의 대수 감쇄 때문에 송신기에서 큰 에너지가 필요하며 측정 가능거리가 증가하면 큰 에너지가 소요된다.

 

2. Cross Hole sonic Analyzer (CHA)의 구성

최소한 12 bit A/D converter 와 최소한 50,000Hz의 Sampling 가능하고 모든 신호를 저장할 수 있다. 2개의 독립적인 심도측정 sensor는 송신기와 수신기의 심도를 독립적으로 측정할 수 있어 송신기와 수신기의 거리를 항상 확인 할 수 있다.

① 실시간으로 수신된 형태를 보여 주어 현장에서 결과를 볼 수 있다.

② 에너지와 최초 도달 시간을 보여준다.

③ 최초 도달 시간의 선택은 임의의 최초시점과 Pulse Amplitude를 비교하여 결정한다.

④ 2개의 pulley(심도측정기)로 심도별 큰 결함의 위치를 알 수 있다.

 

3. 시험방법 및 유의점

3.1 시험방법

① 송신기와 수신기를 tube 하부까지 내린다.

② 송신기와 수신기를 동시에 올린다.

③ 송신기에서 발생한 초음파를 콘크리트를 통하여 수신기에 도달한다.

④ 수신된 signal은 12 bit A/D card를 통하여 측정된다.

⑤ 도달시간이 증가하거나 에너지가 감소하면 결함의 표시이다.

⑥ 의심스런 구간은 반복 시험한다.

⑦ 결함의 심도는 모니터를 통하여 알 수 있다.

 

 

 

매설된 관내에서 송신기에서 발신된 초음파를 동일 수평위치에 있는 수신기에서 최초 도달시간을 측정한다.

1 콘크리트, 2 송신기, 3 수신기, 4 심도계, 5 CHA,  6. 도달시간이 느리고 작은 에너지이면 부실한 콘크리트로 판단.

 

 

3.2 시험의 시기

시험은 시공 후 3일 이후에 하고 본 말뚝은 시공 후 45일 이내에 해야 한다. CSL시험은 시공 후 최소 2시간 후에 할 수 있다. 오랜 시간이 경과할 경우 tube와 concrete의 결합력이 작아질 수 있다.

 

3.3 시험상의 유의점

CSL시험은 결함이 발견되지 않은 경우 평행선의 tube에서 동일한 수평선상에서 송신기와 수신기가 있어야 한다. 의심되는 곳은 송신기와 수신기의 높이를 달리하여 결함을 평가한다. 송신기와 수신기의 tube 조합은 인접tube나 대각선tube로 한다. 4개 이상의 tube에서 결함이 발견될 경우 다른 대각선상에서 시험하여 결함의 크기를 평가해야 한다. 긴 도달시간, 낮은 Amplitude, 낮은 에너지는 결함을 의미한다. 결함이 발견될 경우 추가적인 시험은 CSL tomography, Pile Integrity Test (PIT), 재하시험, Concrete coring등이 있다.

 

4. 해석방법 및 판정기준

4.1 최초도달시간 선택 및 에너지 결정

도달 signal의 전체 에너지와 도달시간을 계산한다. CHA는 도달시간 선택과 에너지를 자동적으로 조절 할 수 있다.

4.2 최초 도달시간 해석(first arrival time, FAT)과 에너지에 의한 결함분석

콘크리트의 강도가 크고 공극이 없을 때 최초 도달 시간은 작고 에너지는 크다. 콘크리트가 부실하거나 공극이 있으면 최초 도달 시간은 길어지고 에너지는 작아진다.

 

4.3 평가기준 (미국 PDI사)

 

평가	초기도달시간 증가		에너지 감소
(G) Good	0 to 10%	and	< 6 dB
(Q) Questionable	11 to 20%	or	6 to 9 dB
(P/F) Poor/Flaw	21 to 30%	or	9 to 12 dB
(P/D) Poor/Defect	> 31%	or	> 12 dB

 

 

 

 

결함이 없는 부분에서 수신signal	결함이 있는 부분에서 약한 수신signal

 

 

최초도달시간 milli sec(좌측) 에너지 bolt * milli sec (우측) DOWN : 하향으로 시험   UP : 상향으로 시험	심도별 3차원 Sonic map Z축 심도 m, X축 시간 milli sec, Signal 강도 흰색 0 volt 검정 -10 Volt 녹색 10Volt

 

 

1-2	2-3	1-3