[논문]지반물성치 측정을 위한 인흘탄성파시험

목영진; 김영수; 유창연; 한만진

문제 정의

인홀 시험은 앞서 말한 크로스홀 시험과 다운홀 시험 방법의 장.단점을 보완하여 저렴한 비용과 일반 기술자들이 용이하게 사용할 수 있게 하기 위해 개발되었다. Fig.
이때 발진자와 감지기를 서로 연결하는 연결재의 강성이 지반의 강성보다 크면 지반을 통해 전달되는 탄성파 신호가 연결재를 통해 전달되는 탄성파 신호에 묻히게 되어 지반을 통해 전달된 탄성파의 도달 시점을 식별하기 어렵다. 이 때문에 발진자와 감지기 사이를 연결하는 연결재의 중요성을 인식하고 인홀 시험에 있어 최적의 연결재를 개발하였다. Table 1은 일반적인 지반의 전단파의 속도이다 (기초 구조물/지중 구조물, 1998).

제안 방법

Fig. 1(a)와 같이 발진자와 감지기를 한 검측공에 설치하여 공벽 뒤의 지층을 따라 수직으로 전파되는 탄성파를 계측한다. 기존의 서스펜션 P-S logginge Sonde라고 부르는 인홀 프로브(probe)를 물이나 벤토나이트 슬러리로 채워진 검측공에 띄워 탄성파를 계측하였다(Fig.
경희대 풍화토 지반의 시험부지에서 깊이 2.8 m 까지 인홀시험을 수행하였다. 인홀 프로브의 발진자와 감지기는 연결재를 사용하여 1 m 간격으로 조합하였고, 케이싱의 영향을 배제하기 위해 케이싱은 설치하지 않았다.
1(a)와 같이 발진자와 감지기를 한 검측공에 설치하여 공벽 뒤의 지층을 따라 수직으로 전파되는 탄성파를 계측한다. 기존의 서스펜션 P-S logginge Sonde라고 부르는 인홀 프로브(probe)를 물이나 벤토나이트 슬러리로 채워진 검측공에 띄워 탄성파를 계측하였다(Fig. 1(b)).
내진 설계에 필요한 동적 물성치 측정을 위한 인홀 프로브를 개선하고 그 성능을 확인하였다. 발진자의 트리거 장치를 수동식에서 전기식으로 개량하여 조작이 편리하게 되었고, 최적의 연결 재를 장착한 인홀 프로브를 개발하였다.
이 프로브를 이용하여 크로스홀 시험과 다운홀 시험의 장.단점을 보완한, 저렴한 비용으로 일반 기술자들이 용이하게 사용할 수 있는 인홀 시험법을 개발하고 토사층 및 암반에서 그 신뢰성을 입증하였다. 또한 BX크기(직경 54 mm) 에서도사용할 수 있도록 소형화하여 터널 막장의 장약공에서 직접 인홀 시험을 수행하여 지반조사를 위한 별도의 검측공 없이도 터널 막장의 전단파 속도 주상도를 획득하였다.
단점을 보완한, 저렴한 비용으로 일반 기술자들이 용이하게 사용할 수 있는 인홀 시험법을 개발하고 토사층 및 암반에서 그 신뢰성을 입증하였다. 또한 BX크기(직경 54 mm) 에서도사용할 수 있도록 소형화하여 터널 막장의 장약공에서 직접 인홀 시험을 수행하여 지반조사를 위한 별도의 검측공 없이도 터널 막장의 전단파 속도 주상도를 획득하였다. 수평방향인 장약 공에서 인홀 시험을 수행함으로써 수직공 뿐만 아니라 다양한 형태의 공에서도 시험이 가능함을 알 수 있었으며, 다양한 지반에서의 적용성을 확인하였다.
개량한 장비를 이용하여 터널시공 시 장약설치를 위해 점보드릴(직경 45 mm)로 천공하는 장약공에서 직접 탄성파 시험을 수행하여 지반조사를 위한 별도의 검측공 없이도 데이터를 획득하였다. 또한, 수직공 뿐만 아니라 수평방향의 검측 공에서 시험을 수행하여 적용성을 평가하였다. 현장은 가덕~회북간 고속도로 현장에 위치하고 있는 회북터널에서 시험을 수행하였으며 시험단면은 터널시점 1300 m 지점의 청주방면 3개소, 상주방면 1 개소이다(Fig.
발진자의 트리거 장치를 수동식에서 전기식으로 개량하여 조작이 편리하게 되었고, 최적의 연결 재를 장착한 인홀 프로브를 개발하였다. 이 프로브를 이용하여 크로스홀 시험과 다운홀 시험의 장.
이 두 현장은 전단파 속도 분포가 2, 200 ~ 3, 000 m/sec로 나타나는 양질의 경암으로 판명되었다. 섬진강댐과 도암댐에서 수행한 인홀시험의 신뢰성을 확인하기 위하여 인홀 시험을 수행한 동 현장 암반에서 크로스홀 시험, 다운홀 시험, 을 수행하여 비교하였다 (Fig. 3). 크로스홀 결과가 인홀 결과와 아주 근접하여 인홀 시험의 신뢰성을 뒷받침하고 있다.
, 2003). 이 연구에서는 이전 장비의 수동식 트리 7-1 (trigger) 장치를 서보-모터 트리거 장치로 대체하여, 조작이 간편한 우수한 장비로 개량하였다. 또한 이 장비에 최적의 댐퍼를 개발하여 토사층에서도 사용할 수 있게 하였으며 암반 및 터널 막장에서의 적용성을 확인하였다.
한 단면의 장약공에 장약을 모두 설치하는데 대략 40분 정도가 소요된다. 이 짧은 시간동안 시공에 지장을 주지 않으면서 탄성파 시험을 하였다.
8 m 까지 인홀시험을 수행하였다. 인홀 프로브의 발진자와 감지기는 연결재를 사용하여 1 m 간격으로 조합하였고, 케이싱의 영향을 배제하기 위해 케이싱은 설치하지 않았다. Fig.
전단파의 초동시점은 고주파수의 압축파가 끝나고 에너지가 큰 저주파의 파형이 시작되는 시점이다. 인홀시험 결과를 검증하기 위하여 홀 간격을 2.68 m로 하여 추가로 굴착하여 크로스홀 시험을 수행하였다. 발진자와 감지기는 인홀 프로브에 사용한 것을 그대로 사용하였다.

대상 데이터

사용할 수 있도록 소형화하였다. 개량한 장비를 이용하여 터널시공 시 장약설치를 위해 점보드릴(직경 45 mm)로 천공하는 장약공에서 직접 탄성파 시험을 수행하여 지반조사를 위한 별도의 검측공 없이도 데이터를 획득하였다. 또한, 수직공 뿐만 아니라 수평방향의 검측 공에서 시험을 수행하여 적용성을 평가하였다.
(2) 암반

암반에서의 인홀 시험을 수행하기 위하여 전라북도 정읍시에 있는 섬진강댐과 강원도 평창군에 있는 도암댐을 선정하였다. 두 현장 모두 검측공의 크기는 NX이며 깊이는 섬진강댐이 14 m 이고, 도암댐이 12 이이다.
또한, 수직공 뿐만 아니라 수평방향의 검측 공에서 시험을 수행하여 적용성을 평가하였다. 현장은 가덕~회북간 고속도로 현장에 위치하고 있는 회북터널에서 시험을 수행하였으며 시험단면은 터널시점 1300 m 지점의 청주방면 3개소, 상주방면 1 개소이다(Fig. 4). 점보드릴이 천공을 마치면, 발파를 위해 장약을 장약공에 설치하였다.

성능/효과

이 연구에서는 이전 장비의 수동식 트리 7-1 (trigger) 장치를 서보-모터 트리거 장치로 대체하여, 조작이 간편한 우수한 장비로 개량하였다. 또한 이 장비에 최적의 댐퍼를 개발하여 토사층에서도 사용할 수 있게 하였으며 암반 및 터널 막장에서의 적용성을 확인하였다.
Table 1은 일반적인 지반의 전단파의 속도이다 (기초 구조물/지중 구조물, 1998). 본 연구에서 채택한 진공호스를 연결재로 사용하였을 때 연결 재를 통해 전달되는 속도가 74.5 m/sec로 일반적인 토사지반에 적용할 수 있을 만큼 충분히 느리다는 것을 알 수 있다.
또한 BX크기(직경 54 mm) 에서도사용할 수 있도록 소형화하여 터널 막장의 장약공에서 직접 인홀 시험을 수행하여 지반조사를 위한 별도의 검측공 없이도 터널 막장의 전단파 속도 주상도를 획득하였다. 수평방향인 장약 공에서 인홀 시험을 수행함으로써 수직공 뿐만 아니라 다양한 형태의 공에서도 시험이 가능함을 알 수 있었으며, 다양한 지반에서의 적용성을 확인하였다.
인흘의 전단파 속도 차이가 8 % 이내로, 크로스홀 시험 결과와 잘 일치하고, 전단파 초동 판별이 용이한 우수한 전단파 신호를 얻을 수 있어 만족할 만한 인홀 프로브 성능을 입증하였다. 이 속도의 차이는 두 기법 사이의 전단파 진행 방향이 다르고(크로스홀은 수평방향, 인홀은 수직 방향), 토사층의 이방성, 시험방법의 차이에서 기안하는 것으로 사료된다.
따라서 변환되고 굴절된 전단파(P-S-P파)를 계측하게 된다. 토사 층에서는 그리 성과가 좋지 않은 것으로 나타났으며 암반에서 적합한 것으로 판명되었다. 이러한 단점을 극복하고자, 인흘 프로브는 물을 사용하지 않고 공기주머니(air bag) 또는 판스프링(plate spring)으로 공벽에 밀착시키도록 고안하였다.

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