일주문 주변 지반의 지반 구조 및 상태를 파악하고 복원시 보존, 보수의 방향 및 설계자료를 제공하기 위해, 탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 등의 비파괴 지구물리탐사를 수행하였다. 전기비저항탐사결과, 전반적인 전기비저항분포는 50-1300 ohm-m의 범위를 보여주고 있다. 또한 일주문 석주 남쪽 1m, 석주 3번과 4번 사이, 석주 2번과 3번 북쪽 1m 위치에서 주위보다 비교적 낮은 전기비저항 이상을 보여주고 있다. 석주 3번과 4번 사이에서 나타나는 낮은 전기비저항 이상은 탄성파 반사법 탐사결과에서 나타나는 이상구간과 일치함을 보여주고 있다. 평판재하시험 결과 허용지지력은 $10.70tf/m^2$이상이며, 이때의 침하량은 19.635mm로 산정되었다. 일주문 복원시 설계하중은 가정치를 적용하여 계산한 결과 $16.37t/m^2$로 계산되었으며, 이는 허용지지력을 훨씬 상회하므로 기초지반에 대한 강화대책이 반드시 필요한 것으로 판단된다.
일주문 주변 지반의 지반 구조 및 상태를 파악하고 복원시 보존, 보수의 방향 및 설계자료를 제공하기 위해, 탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 등의 비파괴 지구물리탐사를 수행하였다. 전기비저항탐사결과, 전반적인 전기비저항분포는 50-1300 ohm-m의 범위를 보여주고 있다. 또한 일주문 석주 남쪽 1m, 석주 3번과 4번 사이, 석주 2번과 3번 북쪽 1m 위치에서 주위보다 비교적 낮은 전기비저항 이상을 보여주고 있다. 석주 3번과 4번 사이에서 나타나는 낮은 전기비저항 이상은 탄성파 반사법 탐사결과에서 나타나는 이상구간과 일치함을 보여주고 있다. 평판재하시험 결과 허용지지력은 $10.70tf/m^2$이상이며, 이때의 침하량은 19.635mm로 산정되었다. 일주문 복원시 설계하중은 가정치를 적용하여 계산한 결과 $16.37t/m^2$로 계산되었으며, 이는 허용지지력을 훨씬 상회하므로 기초지반에 대한 강화대책이 반드시 필요한 것으로 판단된다.
We performed a non-destructive geophysical survey such as an elastic wave survey, electric specific resistance survey, plate loading test, etc. in order to grasp the structure and status of the ground around the pillar gate and to provide the directions and design data for preservation and maintenan...
We performed a non-destructive geophysical survey such as an elastic wave survey, electric specific resistance survey, plate loading test, etc. in order to grasp the structure and status of the ground around the pillar gate and to provide the directions and design data for preservation and maintenance during reconstruction. The result of electric specific resistance survey shows 50-1300 ohm-m range of general electric specific resistance distribution. Besides, the positions around 1m south of stone pillars, between stone pillar No.3 and 4, and 1m north of stone pillar No.2 and 3 show abnormality of relatively lower electric specific resistance than their surroundings. The abnormality of low electric specific resistance appearing between stone pillar No.3 and 4 shows consistency with the abnormal section appearing from the result of elastic wave reflection survey. The result of a plate loading test shows that allowable bearing force is over $10.70tf/m^2$, and the settlement amount at this time was calculated as 19.635mm. The design load during reconstruction of pillar gates was calculated as $16.37t/m^2$ by applying assumption values, which is far more than the allowable bearing force, so it is judged that a measure to strengthen the foundation ground is necessary.
We performed a non-destructive geophysical survey such as an elastic wave survey, electric specific resistance survey, plate loading test, etc. in order to grasp the structure and status of the ground around the pillar gate and to provide the directions and design data for preservation and maintenance during reconstruction. The result of electric specific resistance survey shows 50-1300 ohm-m range of general electric specific resistance distribution. Besides, the positions around 1m south of stone pillars, between stone pillar No.3 and 4, and 1m north of stone pillar No.2 and 3 show abnormality of relatively lower electric specific resistance than their surroundings. The abnormality of low electric specific resistance appearing between stone pillar No.3 and 4 shows consistency with the abnormal section appearing from the result of elastic wave reflection survey. The result of a plate loading test shows that allowable bearing force is over $10.70tf/m^2$, and the settlement amount at this time was calculated as 19.635mm. The design load during reconstruction of pillar gates was calculated as $16.37t/m^2$ by applying assumption values, which is far more than the allowable bearing force, so it is judged that a measure to strengthen the foundation ground is necessary.
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문제 정의
본 연구는 문화재라는 대상에 지구물리학적 탐사를 적용하여 우리 문화유산의 보존, 보수의 방향 및 설계자료로 활용을 목적으로 하였다(류제라, 서만철, 2001). 일주문 주변지반의 지반 구조 및 상태를 파악하고 복원시 보존, 보수의 방향 및 설계자료를 제공하는데 그 목적이 있다.
석조문화재에 대한 지구물리학적 접근은 석조물을 중심으로 지구물리탐사를 통하여 지반 구조와 지층 상태를 파악한다(류제라, 서만철, 2001; 최희수, 서만철, 오진용, 2003). 본 연구는 일주문 주변 지반의 지반 구조 및 상태를 파악하고 복원시 보존, 보수의 방향 및 설계자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 기초야외자료는 일주문 주변의 지반의 특성을 파악하기 위하여 탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 등의 비파괴 지구물리탐사를 수행하였다.
석조문화재에 대한 지구물리학적 접근은 석조물을 중심으로 지구물리탐사를 통하여 지반 구조와 지층 상태를 파악한다(류제라, 서만철, 2001; 최희수, 서만철, 오진용, 2003). 본 연구는 일주문 주변 지반의 지반 구조 및 상태를 파악하고 복원시 보존, 보수의 방향 및 설계자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 기초야외자료는 일주문 주변의 지반의 특성을 파악하기 위하여 탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 등의 비파괴 지구물리탐사를 수행하였다.
제안 방법
환성사 일주문 부지의 전반전인 전기비저항 분포도를 파악하기 위해 일주문 석주를 중심으로 E1, E2, E3, E4, E7의 측선(남북방향)을 설치하고, 또한 부지 외곽에 동서방향 E5, E6, E8을 설치하여 수평 탐사 웨너배열(Wenner Array)을 실시하였다. 각 측선에 대해서 전극간격은 0.5m, 측점간의 간격은 0.5m로 유지한 후, 이동하는 전류전극(C1, C2) 전위전극(P1, P2)을 실시하였고 자료의 신뢰성을 높이기 위해 한 측점에서 4 회씩 반복 측정하였으며, 측정수치가 일정치 않을 경우 8회 반복 측정으로 조사의 정확성을 기하였다. 수직탐사에서도 전극간격을 0.
탄성파 측선에 따라 얻어진 정방향과 역방향의 야외자료는 현장에서 디지털 자료로 저장된다(최희수, 서만철, 오진용, 2003). 굴절법 자료는 가각의 측점자료를 실내에서 적절한 크기로 출력하여 각각의 초동시각(first arrival time)을 읽어 주시곡선을 작성하였다. 측점별 주시곡선에서 기울기가 달라지는 구간을 나누어 최소자승법을 이용한 최적 직선의 기울기와 절편을 구하여 측점 구간의 탄성파 속도와 각 층의 두께를 구하였다.
본 연구는 일주문 주변 지반의 지반 구조 및 상태를 파악하고 복원시 보존, 보수의 방향 및 설계자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 기초야외자료는 일주문 주변의 지반의 특성을 파악하기 위하여 탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 등의 비파괴 지구물리탐사를 수행하였다.
탐사자료의 분석은 앞서 언급한 웨너배열에 맞는 겉보기 비저항(apparent resistivity)공식을 유도하여 측정값을 겉보기비저항치로 전환하고, 전환된 값들을 이용하여 심도별 비저항의 분포와 지하의 물성 변화경향을 도시함으로써 이루어진다(김기현, 오진용, 김희란, 2005). 또한 겉보기 비저항치를 각 측선별로 정리하여 전기비저항도를 작성하였다(김기현, 서만철, 2001).
측점별 주시곡선에서 기울기가 달라지는 구간을 나누어 최소자승법을 이용한 최적 직선의 기울기와 절편을 구하여 측점 구간의 탄성파 속도와 각 층의 두께를 구하였다. 또한, 본 연구에서는 상용프로그램을 이용하여 연속 측점들의 주시곡선으로부터 전체 측선의 2차원 탄성파 속도분포도를 작성하였다(류제라, 서만철, 2001; 류제라, 서만철, 2003; 최희수, 서만철, 오진용, 2005). 단일채널 탄성파 반사단면도 작성을 위한 자료처리에 앞서 우선 모든 탄성파 측점자료에서 0.
5m로 하였다(Table 1). 사용된 에너지원은 2kg 해머를 사용하였으며, 1회 타격 후 도달되는 파형을 관찰하고 자료를 기록하여 속도분석에 활용하였다. 수진기는 100 Hz의 수신기(geophone)을 이용하였으며 탄성파기록은 Geometrics사의 STRATA View system(24 channel)을 이용하였다.
5m로 유지한 후, 이동하는 전류전극(C1, C2) 전위전극(P1, P2)을 실시하였고 자료의 신뢰성을 높이기 위해 한 측점에서 4 회씩 반복 측정하였으며, 측정수치가 일정치 않을 경우 8회 반복 측정으로 조사의 정확성을 기하였다. 수직탐사에서도 전극간격을 0.5~3.5m로 점차 증가시키는 웨너배열법을 활용하여 일주문 지하의 2차원 전기비저항 분포를 파악하였다.
재하판에 하중을 가하는 방법은 여러 가지가 사용되고 있으나 본 연구에서는 하중을 일정하게 증가시키며 침하량을 측정하는 등시차 재하법을 사용한다. 이때 침하량 측정은 재하 직후 1, 2, 4, 8, 15, 30, 45, 60분마다 측정하며 각 단계별로 침하량의 증분이 거의 정지되었다고 판단될 때 이를 종료시점으로 하였다.
일주문을 중심으로 8측선을 설치하여 일주문 부지의 전반적인 전기비저항 수평적 변화를 살펴보기 위해서 수평 탐사 웨너배열을 수행하였다. 전기비저항탐사결과, 전반적인 전기 비저항분포는 50～1300 ohm-m의 양상을 보여주고 있다.
5m의 송수신 간격을 갖는 트레이스를 취합하였다. 취합된 자료에 대하여 이득 조절과 필터링을 통하여 일주문 주변 지반에 대한 단일채널 반사파단면도를 제시하였다.
굴절법 자료는 가각의 측점자료를 실내에서 적절한 크기로 출력하여 각각의 초동시각(first arrival time)을 읽어 주시곡선을 작성하였다. 측점별 주시곡선에서 기울기가 달라지는 구간을 나누어 최소자승법을 이용한 최적 직선의 기울기와 절편을 구하여 측점 구간의 탄성파 속도와 각 층의 두께를 구하였다. 또한, 본 연구에서는 상용프로그램을 이용하여 연속 측점들의 주시곡선으로부터 전체 측선의 2차원 탄성파 속도분포도를 작성하였다(류제라, 서만철, 2001; 류제라, 서만철, 2003; 최희수, 서만철, 오진용, 2005).
탄성파 탐사에 이용된 에너지원-수진기 배열방식은 end-on spread방법을 이용하였으며, 굴절법 탐사 R1, R2, R3, R4, R5, R6(남북방향) 및 반사법 탐사는 r7, r8(남북방향)를 설정하였으며, 각 측선에 대한 전체 Spread(발파점-최종수진기) 길이는 12 m로 설정하였다. 수진기 간격은 0.
환성사 일주문 주변의 지내력을 파악하기 위해 전기비저항 탐사 결과, 상대적으로 저비 저항의 이상을 보이는 4개소에 대하여 평판재하시험을 수행하였다. 평판재하시험을 수행하기 위해 조사위치의 유기물이 번성하여 있는 표토층을 약 10~15cm 겉어낸 후 재하시 휘지 않을 정도의 두께를 가진 원형의 30cm인 재하판을 설치하였으며, 재하장치로 포크레인을 사용하였다. 평판재하시험을 시행하기 위한 제반 준비가 끝나면 재하판을 지반에 밀착시키기 위하여 약간의 압력(0.
환성사 일주문 부지의 전반전인 전기비저항 분포도를 파악하기 위해 일주문 석주를 중심으로 E1, E2, E3, E4, E7의 측선(남북방향)을 설치하고, 또한 부지 외곽에 동서방향 E5, E6, E8을 설치하여 수평 탐사 웨너배열(Wenner Array)을 실시하였다. 각 측선에 대해서 전극간격은 0.
환성사 일주문 주변의 지내력을 파악하기 위해 전기비저항 탐사 결과, 상대적으로 저비 저항의 이상을 보이는 4개소에 대하여 평판재하시험을 수행하였다. 평판재하시험을 수행하기 위해 조사위치의 유기물이 번성하여 있는 표토층을 약 10~15cm 겉어낸 후 재하시 휘지 않을 정도의 두께를 가진 원형의 30cm인 재하판을 설치하였으며, 재하장치로 포크레인을 사용하였다.
환성사 일주문 지반에 대한 정보를 얻기 위해 전기비저항 탐사, 탄성파 굴절법탐사, 반사법 탐사를 수행하였으며, 지반의 허용지내력 및 설계자료를 위해 평판재하시험을 수행하였다.
이론/모형
일주문 주변지반의 지지력 및 침하량을 산정하여 구조물 기초설계 하중에 대한 지내력 확인 및 기초공사의 제반자료를 제공하기 위해, 일주문 복원부지에 대한 허용지지력은 하중(P)-침하(S) 곡선법을 사용하여 산정하였다. 분석결과 상재하중을 42.
5t/m2)을 재하판에 가했다가 제거한 후 다이알 게이지의 영점을 조정한다. 재하판에 하중을 가하는 방법은 여러 가지가 사용되고 있으나 본 연구에서는 하중을 일정하게 증가시키며 침하량을 측정하는 등시차 재하법을 사용한다. 이때 침하량 측정은 재하 직후 1, 2, 4, 8, 15, 30, 45, 60분마다 측정하며 각 단계별로 침하량의 증분이 거의 정지되었다고 판단될 때 이를 종료시점으로 하였다.
성능/효과
2. 탄성파 굴절법탐사의 결과, 환성사 일주문 지반의 분포 양상을 보면 1층은 104~698 m/sec의 풍화토층에 해당하는 탄성파속도를 가지며, 2층은 701~1176m/sec의 탄성파 속도를 갖는 풍화암(Weathered rock)층, 3층은 1212~1890m/s의 탄성파 속도를 갖는 연암(Soft rock)층에 해당하며, 4층은 1904.0~m/s의 탄성파 속도를 갖는 보통암층에 해당한다. 층간 경계면 분포를 살펴보면 1층과 2 층간 경계면은 지표하 0.
3. 전기비저항탐사결과, 전반적인 전기비저항분포는 50-1300ohm-m의 범위를 보여주고 있다. 또한 일주문 석주 남쪽 1m, 석주 3번과 4번 사이, 석주 2번과 3번 북쪽 1m 위치에서 주위보다 비교적 낮은 전기비저항 이상을 보여주고 있다.
4. 평판재하시험 결과 허용지지력은 10.70tf/m2이상이며, 이때의 침하량은 19.635mm로 산정되었다. 일주문 복원시 설계하중은 가정치를 적용하여 계산한 결과 16.
635mm의 침하량을 보이므로 본 기초지반에서의 항복하중을 측정하지 못하였다. 따라서 본 기초지반의 최종하중을 항복하중으로 할 경우 허용지지력은 10.70tf/m2 이상으로 판단되며, 이때의 침하량은 19.635mm로 측정되었다.
일주문 주변지반의 지지력 및 침하량을 산정하여 구조물 기초설계 하중에 대한 지내력 확인 및 기초공사의 제반자료를 제공하기 위해, 일주문 복원부지에 대한 허용지지력은 하중(P)-침하(S) 곡선법을 사용하여 산정하였다. 분석결과 상재하중을 42.46tf/m2 까지 단계적으로 재하하여도 절점압력을 보이지 않고, 일정한 침하율로 총 19.635mm의 침하량을 보이므로 본 기초지반에서의 항복하중을 측정하지 못하였다. 따라서 본 기초지반의 최종하중을 항복하중으로 할 경우 허용지지력은 10.
635mm로 산정되었다. 일주문 복원시 설계하중은 가정치를 적용하여 계산한 결과 16.37t/m2로 계산되었으며, 이는 허용지지력을 훨씬 상회하므로 기초지반에 대한 강화대책이 반드시 필요한 것으로 판단된다.
0~m/s의 탄성파 속도를 갖는 보통암층에 해당한다. 층간 경계면 분포를 살펴보면 1층과 2 층간 경계면은 지표하 0.10~5.44 m, 2층과 3층간 경계면은 지표하 1.39~5.63m 깊이, 3 층과 4 층간 경계면은 지표하 1.59~7.29m 깊이에서 확인된다(Table 2).
후속연구
5. 탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 결과, 일주문 복원시 기초지반에 대한 문제점이 나타났으며, 이에 따른 기초지반에 대한 보강기초공법이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 또한 보강기초공법 적용시, 전통양식을 계승하여야 하는 문화재인 점을 감안하여 전통기초보강방식인 터다지기(입사지정, 판축지정, 강회다짐) 등을 적용해야할 것으로 판단된다.
탄성파 탐사, 전기비저항탐사, 평판재하시험 결과, 일주문 복원시 기초지반에 대한 문제점이 나타났으며, 이에 따른 기초지반에 대한 보강기초공법이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 또한 보강기초공법 적용시, 전통양식을 계승하여야 하는 문화재인 점을 감안하여 전통기초보강방식인 터다지기(입사지정, 판축지정, 강회다짐) 등을 적용해야할 것으로 판단된다.
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