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문제 정의
- 아울러 지역별, 음양지 조건별, 포장방법의 종류별로 동결깊이 산정식이 어떻게 다른지 분석하였다. 또한 국내에서 기존에 이용하고 있던 동결깊이 산정식 및 외국의 동결깊이 산정식들과 그 결과가 어떻게 다르게 나타나는지 분석하였다.
제안 방법
- 경북지역은 총 12개 지점 100개 동결심도 실측값과 6개 측후소에서 산출한 동결지수를 사용하여 분석하였다.
- 동결깊이를 측정하는 방법에는 몇 가지가 있지만, 본 연구에서 사용한 동결심도계는 Methylene Blue용액의 동결특성을 이용하여 한국건설기술연구원에서 자체 제작한 것이다.
- 동결지수는 동결심도 측정지점과 인근한 측후소에서 측정한 일평균온도자료를 사용하여 구하였으며, 이렇게 구한 동결지수는 표고차를 고려하여 보정동결지수(Fm)로 환산한 후 동결깊이와의 관계식 산정시 이용하였다.
- 경기지역은 서울지역과 경기북부, 경기남부지역의 지형적 특성이 크게 다르며 인구밀집지역으로 도심부의 영향을 많이 받는다. 따라서 본 연구에서는 경기지역을 크게 3구간(경기중북부, 경기남부, 서울도심부)으로 나누어 분석하였다.
- 본 연구를 통하여 다년간 실제 포장국도에서 측정한 동결깊이 자료를 이용하여 KICT 동결깊이 산정식(안)을 만들었다.
- 본 연구에서는 이러한 방법으로 측정한 동결깊이와 기상청 측정 기온으로부터 산정한 동결지수를 함수로 하여 최신 동결깊이 산정식(안)을 만들었다.
- 본 연구에서는 전국 89개 동결심도계에 대한 매설지점의 음양조건을 고려하여 각각 일사량이 전혀없는 음지에 위치한 동결심도계와 반나절 동안만 일사량이 있는 반음지, 하루 종일 일사량이 있는 양지 조건으로 구분하여 각각에 대한 동결심도-동결지수 상관관계를 분석하였다.
- 89개 동결심도계 중에서 3개 지점(철원 가평 춘천)은 콘크리트 도로에 매설한 것이고, 나머지는 아스팔트 도로에 매설한 것이다. 아스팔트 도로와 비교하기 위하여 2005년에 콘크리트 도로에 동결심도계를 매설하한 후 2006년도부터 동결심도를 측정하였다.
- 아울러 지역별, 음양지 조건별, 포장방법의 종류별로 동결깊이 산정식이 어떻게 다른지 분석하였다.
- 제주지역은 한라산에 매설한 2개 지점에서 총 20개의 동결심도를 측정한 후 동결지수와의 상관관계를 도출하였다.
- 충남지역은 총 7개 지점 64개 동결심도 실측값과 3개의 측후소에서 산출한 동결지수 자료를 사용하여 동결심도산정식을 구하였으며 식(4.8)과 같다.
- 충북지역은 총 8개 지점 71개의 동결심도 측정치와 3개 측후소에서 도출한 동결지수의 상관관계를 분석하였다. 이 결과로부터 얻어지는 정수 C는 식 4.
대상 데이터
- 6에 도시하였다. 경기중북부지역은 11개 지점 80개 실측치를 사용하였고, 경기남부지역은 4개 지점 28개 실측치를 사용하였다.
- 남부지역 (경남, 전남)은 총 11개 지점 86개 실측값과 7개 측후소에서 산출한 동결지수를 사용하였다.
- 서울·경기지역에서는 총 20개 지점 158개 동결심도 실측값과 9개 측후소에서 산출한 보정동결지수를 사용하여 분석하였다.
- 동결깊이를 측정하는 방법에는 몇 가지가 있지만, 본 연구에서 사용한 동결심도계는 Methylene Blue용액의 동결특성을 이용하여 한국건설기술연구원에서 자체 제작한 것이다. 장비의 구성은 그림 2.1과 같이 직경 25.4mm의 아크릴 외관, 직경 15mm의 아크릴 내관, 직경 10mm의 고무튜브, 보호용 철제몸통 및 덮개로 구성되어 있다. 아크릴 파이프는 예상되는 동결깊이를 초과하는 깊이(150cm로 제작)까지 연직으로 관입한 보오링공 속에 삽입한다.
- 전북지역은 총 5개 지점 42개 실측값과 5개 측후소에서 산출한 동결지수를 사용하여 분석하였다.
성능/효과
- 본 연구를 통하여 지구 온난화에 따라 1990년대 중반부터 전국 동결지수선도가 확실히 변화하는 것을 알 수 있다. 반면, Methylene Blue를 이용하여 도로상에서 직접 측정한 동결깊이는 과거 국립건설시험소에서 맨땅에서 측정한 것보다 오히려 깊게 나타나는데, 그 원인은 서론에서 살펴본 바와 같이 포장도로는 다짐작업을 거쳤기 때문에 공기가 추줄되어 열전도율이 더 크고 따라서 동결깊이가 과거식과는 다르게 나타나고 있기 때문으로 해석된다.
후속연구
- 43으로 나타나 콘크리트 포장체가 아스팔트 포장체보다 약간 컸다. 그러나 콘크리트 도로에서의 측정치가 매우 적어 향후 더 많은 자료를 축적한 후 그 결과를 비교 분석할 예정이다.
- 이렇게 할 경우 국내 도로 동상방지층의 경제적, 합리적 설계 및 시공이 가능해지고, 겨울철 매설관의 파손 방지에도 기여할 수 있으며, 개성공단 등 국내 건설업체의 북한 진출시에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 향후 동결심도계가 매설된 도로의 노상의 함수비 상태를 실측하여 함수비 변화에 따라 동결깊이가 어떻게 달라지는지 추가로 분석할 예정이며, 이러한 보완을 하고, 공청회 등을 거친 후 본 연구 결과를 실제 도로 동상방지층 설계시 활용할 수 있도록 확정 공포할 계획이다.
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