[논문]제체 그라우팅 효과 평가를 위한 HWAW방법의 적용성 평가

노희관; 박형춘

doi:10.7843/kgs.2016.32.5.15

제체 그라우팅 효과 평가를 위한 HWAW방법의 적용성 평가
Evaluation of Applicability of HWAW (Harmonic Wavelet Analysis of Waves) Method in Determining Grouting Effect in Dam and Embankment 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.32 no.5, 2016년, pp.15 - 26

초록
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댐 제방과 같은 제체는 매우 중요한 토목구조물로서 이러한 제체의 유지 보수에는 그라우팅 공법이 많이 사용된다. 그라우팅을 사용한 유지 보수를 통해 제체 안정성을 확보하기 위해서는 그라우팅 시공 결과의 건전성이 확보되어야 한다. 따라서 그라우팅을 사용한 유지 보수에 있어 그라우팅 결과의 건전성 평가는 매우 중요하다. 그라우팅 시공에 따른 제체의 전단파 속도 변화량은 그라우팅 시공 결과의 건전성 평가에 효과적으로 사용될 수 있다. 전단파 속도는 대상 매질의 강성을 나타내며, 그라우팅은 대상 매질의 강성을 변화 시키기 때문에 전단파 속도 변화량 측정을 통해 그라우팅 효과의 정성적인 평가가 가능하다. 이를 위해서는 시공 전 후 제체 단면의 공간에 따른 전단파 속도 분포를 결정할 수 가 있어야 한다. 본 연구에서는 HWAW(Harmonic Wavelet Analysis of Waves)방법을 전단파 속도 결정을 통한 그라우팅 시공 결과의 건전성 평가에 적용하였다. HWAW방법은 단순한 장비를 사용하여 대상 시스템의 강성변화에 민감하다. 또한 높은 공간 해상도를 가지는 전단파 속도 분포 결정이 가능한다. 제안된 방법의 타당성을 검토하고자 수치모의 실험과 현장 적용실험을 수행하였으며, 이를 통해 제안된 그라우팅 효과 평가 방법의 적용성을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Dam and embankment are very important civil structures. Grouting is widely used to repair and maintain dam and embankment, and it is important to evaluate the effect of grouting for dam safety. The non-destructive method based on determination of wave velocity in the dam or embankment is effectively used to evaluate grouting effect because wave velocity is identical with stiffness and grouting increases local stiffness in a dam. In this paper, HWAW (Harmonic wavelet analysis of waves) method was applied to evaluate the grouting effect. HWAW method can determine two-dimensional shear wave velocity map with good spatial resolution and the shear velocity profile by the proposed method is sensitive to a variation of stiffness of target system. Through numerical simulation and field tests, the applicability of HWAW method in determining grouting effect is shown.

주제어

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문제 정의

, 2015)을 제체 그라우팅 효과 평가에 적용하였다. 본 논문에서는 HWAW기법에 대해 설명하고 HWAW방법의 그라우팅 효과 평가 적용의 타당성을 검토하고자 수치 모의 실험을 수행하였다. 또한 실제 그라우팅이 이루어진 제체에 HWAW방법을 적용하여 그라우팅 효과를 평가하였다.
본 연구에서는 댐･제방과 같은 제체의 유지 보수에 많이 사용되는 그라우팅 공법의 시공 효과 평가에 있어 HWAW방법의 적용성을 평가하였다. HWAW방법은 대상 시스템의 강성 변화에 대한 민감도가 뛰어나기 때문 에 그라우팅 시공에 의해 발생하는 제체 단면에서의 강성 변화를 깊이에 따른 전단파 속도 증가량 및 증가율의 형태로 효과적으로 결정할 수 있다.

제안 방법

HWAW방법에 의해 결정되는 분산곡선의 하부지반 물성 변화에 대해 민감도를 평가하기 위해 Table 1에 주어진 바와 같이 2개의 층으로 구성된 지반 모델에 대해 수치모의 실험을 수행하였다. 수치모의 실험은 Dynamic stiffness matrix 방법(Kausel and Roset, 1981; Kausel and Peck, 1982)에 기반을 둔 컴퓨터 프로그램 Fit7(Joh, 1996]을 사용하여 수행되었다.
이러한 지도는 그라우팅 효과의 공간적･정량적 평가에 효율적으로 사용될 수 있다. HWAW방법의 그라우팅 효과 평가에서의 적용성을 평가하기 위해 수치 모의 실험과 실제 그라우팅 시공이 수행된 제방에서 HWAW 방법을 이용한 그라우팅 효과 평가가 수행되었다. 수치 모의 실험을 통해 제안된 방법이 그라우팅에 의한 하부 지반 물성 변화에 민감하게 반응함을 알 수 있었다.
HWAW방법의 현장 적용성을 평가하기 위하여 그라우팅에 의한 보수가 이루어진 D 저수지 제방에서 HWAW 방법에 의한 그라우팅 효과 평가 시험이 수행되었다. D 저수지 제방은 총길이 234m, 높이 7m이다.
두 번째 전단파 속도 변화에 따른 분산곡선의 변화를 평가하기 위한 기준 분산곡선은 첫 번째 층과 두 번째 층 모두 400m/s의 전단파 속도를 가지는 homogeneous 한 수치모델에서 얻어진 분산곡선을 사용하였다. 기본적으로 분산곡선의 결정은 주파수 영역에서 이루어지며, 따라서 민감도 분석을 위한 지반물성 변화에 따른 분산곡선 변동 크기 평균은 주파수 영역에서 결정되었다.
두 번째 층의 전단파 속도는 400m/s를 기준으로 ±5% (380m/s, 420m/s), ±10%(360m/s, 440m/s), ±15%(340m/s, 460m/s)의 변동을 가지는 6개의 경우로 구성되어 있다. 민감도 분석을 위해 두 번째 층 속도 변화에 따른 분산 곡선 6개를 결정하였다. 분산곡선 결정을 위한 실험 구성은 HWAW방법의 경우 2.
4(a)에 보여진 바와 같이 제체 중심을 기준으로 1m 간격을 가지는 두 개의 측선을 따라 2m 간격으로 시공되었다. 본 제방에는 2차에 걸쳐 그라우팅이 시공되었다. 1차 그라우팅은 월류부를 기준으로 길이 방향으로 120m까지 수행되었으며(Fig.
영역 I에서의 HWAW시험 위치는 월류부 끝 지점에서 12m 떨어진 지점을 시작으로 하여 10～20m 정도 간격을 가지는 5곳의 위치한다(H1, H2, H3, H4, H5). 영역 II에서는 10～20m 정도 간격을 가지는 4곳의 위치(H6, H7, H8, H9)에서 HWAW시험이 수행되었다.
3장에서 제시된 짧은 감지기 간격 실험구성(감지기 1 : 6m, 감지기 2 : 7m)을 사용하였다. 일반적인 표면파 시험과 비교를 위하여 주어진 지반 모델에 대해 far field 분산곡선을 결정하였다. Far field 분산곡선 결정을 위한 실험구성은 감지기 1은 가진원으로부터 6m, 감지기 2는 12m에 위치시켰다.

대상 데이터

수치모의 실험은 Dynamic stiffness matrix 방법(Kausel and Roset, 1981; Kausel and Peck, 1982)에 기반을 둔 컴퓨터 프로그램 Fit7(Joh, 1996]을 사용하여 수행되었다. 실험 모델의 첫 번째 층은 전단파 속도 400m/s를 가지며 층의 두께는 6m이다. 두 번째 층의 전단파 속도는 400m/s를 기준으로 ±5% (380m/s, 420m/s), ±10%(360m/s, 440m/s), ±15%(340m/s, 460m/s)의 변동을 가지는 6개의 경우로 구성되어 있다.
6은 그라우팅 시공 전 수행된 HWAW시험에 의해 결정된 전단파 속도 주상도 들이다. 앞에서 언급하 바와 같이 그라우팅 시공 전 시험은 시험 위치 H6, H7, H8, H9에서만 수행되었다. 그림을 보면 전단파 속도 주상도들은 깊이 3～4m 이내에서는 대략 50～150m 사이의 전단파 속도값을 보이며, 그 이상의 깊이에서는 200m/s 전후의 속도값을 가지는 전체적으로 유사한 모습을 보이나 위치에 따라 동일 깊이에서 전단파 속도는 서로 다른 값을 가짐을 볼 수 있다.

이론/모형

반복 수행은 이론분산곡선과 실험분산곡선이 일정 수준 이상으로 일치할 때까지 수행된다. HWAW 방법에서는 유전자 알고리즘을 이용한 자동화된 역산기법(Park and Hwang, 2012; Park, 2012)을 사용한다.
본 논문에서는 HWAW기법에 대해 설명하고 HWAW방법의 그라우팅 효과 평가 적용의 타당성을 검토하고자 수치 모의 실험을 수행하였다. 또한 실제 그라우팅이 이루어진 제체에 HWAW방법을 적용하여 그라우팅 효과를 평가하였다.
민감도 분석을 위해 두 번째 층 속도 변화에 따른 분산 곡선 6개를 결정하였다. 분산곡선 결정을 위한 실험 구성은 HWAW방법의 경우 2.3장에서 제시된 짧은 감지기 간격 실험구성(감지기 1 : 6m, 감지기 2 : 7m)을 사용하였다. 일반적인 표면파 시험과 비교를 위하여 주어진 지반 모델에 대해 far field 분산곡선을 결정하였다.
HWAW방법에 의해 결정되는 분산곡선의 하부지반 물성 변화에 대해 민감도를 평가하기 위해 Table 1에 주어진 바와 같이 2개의 층으로 구성된 지반 모델에 대해 수치모의 실험을 수행하였다. 수치모의 실험은 Dynamic stiffness matrix 방법(Kausel and Roset, 1981; Kausel and Peck, 1982)에 기반을 둔 컴퓨터 프로그램 Fit7(Joh, 1996]을 사용하여 수행되었다. 실험 모델의 첫 번째 층은 전단파 속도 400m/s를 가지며 층의 두께는 6m이다.

성능/효과

3은 두 번째 층의 속도값 변화에 따른 분산곡선의 평균 변동 크기이다. 그림을 보면 두 번째 층의 전단파 속도 변화에 의한 HWAW방법에 의해 결정된 분산곡선의 평균 변동의 크기가 일반적인 표면파기법에서 얻어지는 Far field 분산곡선의 평균 변동의 크기에 비해 상대적으로 큰 값을 보임을 알 수 있다. 즉 짧은 감지기 간격을 사용하는 HWAW방법은 긴 감지기 간격을 사용하는 일반적인 표면파 기법과 비교하여 하부 지반의 물성 변화를 상대적으로 보다 민감하게 평가할 수 있음을 알 수 있다.
HWAW방법의 그라우팅 효과 평가에서의 적용성을 평가하기 위해 수치 모의 실험과 실제 그라우팅 시공이 수행된 제방에서 HWAW 방법을 이용한 그라우팅 효과 평가가 수행되었다. 수치 모의 실험을 통해 제안된 방법이 그라우팅에 의한 하부 지반 물성 변화에 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 현장 적용을 통해 제안된 방법이 높은 공간 해상도를 가지는 제체 단면의 2차원 전단파 속도 지도의 결정 및 이를 통한 그라우팅 전･후의 제체 단면의 상태 평가, 그리고 제체 단면에서 공간에 따른 전단파 속도 증가량, 증가율 결정을 통해 그라우팅 효과 평가를 효율적으로 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
현장 적용을 통해 제안된 방법이 높은 공간 해상도를 가지는 제체 단면의 2차원 전단파 속도 지도의 결정 및 이를 통한 그라우팅 전･후의 제체 단면의 상태 평가, 그리고 제체 단면에서 공간에 따른 전단파 속도 증가량, 증가율 결정을 통해 그라우팅 효과 평가를 효율적으로 수행할 수 있음을 알 수 있었다. 이를 통해 그라우팅 시공 효과 평가에 있어서 제안된 방법의 적용성을 확인할 수 있었다.
수치 모의 실험을 통해 제안된 방법이 그라우팅에 의한 하부 지반 물성 변화에 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 현장 적용을 통해 제안된 방법이 높은 공간 해상도를 가지는 제체 단면의 2차원 전단파 속도 지도의 결정 및 이를 통한 그라우팅 전･후의 제체 단면의 상태 평가, 그리고 제체 단면에서 공간에 따른 전단파 속도 증가량, 증가율 결정을 통해 그라우팅 효과 평가를 효율적으로 수행할 수 있음을 알 수 있었다. 이를 통해 그라우팅 시공 효과 평가에 있어서 제안된 방법의 적용성을 확인할 수 있었다.

후속연구

이러한 높은 공간 해상도는 댐･제방과 같은 대상 시스템의 그라우팅 효과 평가시 구체적으로 어느 위치에서 효과적인 보강이 이루어졌는지를 평가 할 수 있게 해준다. 또한 그라우팅 시공 후 수행된 HWAW 시험에 의해 얻어진 제체 단면에서의 전단파 속도 값(또는 탄성계수)은 시공 전 의도한 강도 증진 기준과 같은 그라우팅 효과가 달성되었는지 평가하는데 유용하게 사용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	그라우팅 공법이 활용되고 있는 분야는?	노후화된 제체의 유지･보수는 그라우팅 공법을 사용하여 수행될 수 있다. 그라우팅 공법은 기초 지반, 터널, 사면, 연약지반의 보강 및 댐･제방의 누수방지 등과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다(Society for the research of civil engineering construction method, 2003). 일반적으로 그라우팅 시공 결과의 건전성 평가를 위해서는 코어링을 통한 시료 채취 및 압축강도 측정 등이 주로 이용되고 있으나, 이러한 평가 방법의 경우 대상 구조물에 대한 손상이나 교란을 유발 할 수 있다.
	댐･제방에 수행된 그라우팅 보강 효과 평가를 위해서 비파괴적인 기법의 적용이 필요한 이유는?	일반적으로 그라우팅 시공 결과의 건전성 평가를 위해서는 코어링을 통한 시료 채취 및 압축강도 측정 등이 주로 이용되고 있으나, 이러한 평가 방법의 경우 대상 구조물에 대한 손상이나 교란을 유발 할 수 있다. 특히 댐･제방과 같은 경우 이러한 코어링은 댐･제방에 대한 손상을 유발 할 수 있기 때문에 적용하기가 어렵다. 따라서 댐･제방에 수행된 그라우팅 보강 효과 평가를 위해서는 비파괴적인 기법의 적용이 필요하다.
	HWAW방법이란?	HWAW방법은 매질을 따라 전파하는 일반적인 파의 위상･그룹속도 결정을 위해 개발된 방법이다. HWAW 방법은 각 감지기에서 얻어진 신호를 하모닉 웨이브릿 변환을 통해 시간영역에서 각 주파수 성분으로 분해한 후(Fig.

참고문헌 (17)

Joh, S.H. (1996), Advanced in interpretation and analysis techniques for spectral analysis of surface waves (SASW) measurements. PhD Dissertation, The Unversity of Texas at Austin.
Kim, D.S., Bang, E.S., and Kim, W.C. (2004), "Evaluation of Various Down Hole Data Reduction Methods to Obtain Reliable VS Profile", Geotechnical Testing Journal, Vol.27, No.6, pp.585-597.
Kim, D.S., Kim, J.T., Park, H.J., Bang, E.S., and Park, H.C. (2015), "Verification Study for Surface Wave Method bsed on Harmonic Wavelet Analysis Waves Using a Large-scale Model Test Site", J. of Applied Geophysics, 113, pp.74-85.

상세보기
Kausel, E. and Roesset, J.M. (1981), Stiffness matrices for layered soils, Bull Seismol Soc Am, 71, pp.1743-1761.
Kausel, E. and Peek, R. (1982), Dynamic loads in the interior of a layered stratum: an explicit solution, Bull Seismol Soc Am, 72, pp.1459-1481.
Park, C.B., Miller, R.D., and Xia, J. (1999), "Multi-channel Analysis of Surface Waves", Geophysics, Vol.64, No.3, pp.800-808.

상세보기
Park, H.C. and Kim, D.S. (2001), Evaluation of the Dispersive Phase and Group Velocities using Harmonic Wavelet Transform, NDT&E International, Vol.34, No.7, pp.457-467.

상세보기
Park, H.C. and Kim, D.S. (2004a), "Development of Seismic Characterization Method Using HWAW(Harmonic Wavelet Analysis of Wave) Method (I)", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.24, No.2C, pp.105-115.
Park, H.C. and Kim, D.S. (2004b), "Development of Seismic Characterization Method Using HWAW(Harmonic Wavelet Analysis of Wave) Method (II)", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.24, No.2C, pp.117-124.
Park, H.C., Kim, D.S., and Lee, B.S. (2004), "Field Application of New Seismic Site Characterization Using HWAW (Harmonic Wavelet Analysis of Waves) Method", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.20, No.6, pp.1-9.
Park, H.C., Kim, D.S., Bang, E.S., and Kim, J.T. (2007), Seismic Site Characterization using HWAW(Harmonic Wavelet Analysis of Waves) Method, 4th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece.
Park, H.C. and Hwang, H.J. (2012), "Development of Automated Inversion Method for HWAW Method Using Genetic Algorithm", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.28, No.8, pp.55-63.
Park, H.C. (2012), HWAW (Harmonic Wavelet Analysis of waves) Analyzer v2.0 User's Manual, ChungNam National University.
Song, S.H., Jang, W.W., Kim, J.H., Kim, J.S. and Kim, J.C. (2002), "Electrical Resistivity Survey for Evaluation of Reinforced Region by Cement Grouting in Dike", Engineering Geology, Vol.12, No.1, pp.63-73.
Society for the research of civil enginnering construction method (2003), Practical Grouting Method, Construction Information Co.
Stokoe, K. H. and Woods, R. D. (1972), "In Situ Shear Wave Velocity by Cross-hole Method, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Divisions", ASCE, Vol.98, No.SM5, pp.443-459.
Stokoe, K.H., Wright, S.G., Bay, J.A., and Roesset, J.M. (1994), Characterization of geotechnical sites by SASW method. In: Woods RD, editor. Geotechnical characterization of sites, New Delhi, India: Oxford and IBH Publishing Co., pp.15-26.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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