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제 출 문

[ 목  차 ]
제1장 과업개요 18
 1. 과업내용 18
  1.1 과업명 18
  1.2 과업 배경 및 목적 18
  1.3 과업내용 18
  1.4 과업공정 19
  1.5 과업수행조직 20
  1.6 조사장비 21
 2. 사업의 배경 및 추진 방향 22
  2.1 사업배경 22
  2.2 사업추진 방향 26
제2장 사례 및 문헌조사 29
 1. 사각지대 공동탐사 29
  1.1 사각지대 물리탐사 문헌조사 29
  1.2 사각지대 LFWD 시험 문헌조사 32
 2. 위험도 평가 및 관리기준 사례 36
  2.1 모델링방법 및 물성선정 문헌조사 36
  2.2 보도 공동 위험도 평가 문헌조사 38
  2.3 서울시 차도 공동관리 사례 분석 39
제3장 조사원리 43
 1. 조사원리 43
  1.1 GPR탐사 43
  1.2 전기비저항탐사 54
  1.3 소형충격재하시험(LFWD : Light Falling Weight Deflectometry) 56
제4장 모델링 및 위험도 평가 60
 1. 모의공동구간 모델링 60
  1.1 모의공동구간 물성 추정 60
  1.2 사각지대(보도한정) 위험도 평가를 위한 FEM 해석모델 구축 61
  1.3 모의공동 시험결과를 이용한 FEM 해석모델 구축 및 검증 66
 2. 공동의 크기와 위치에 따른 거동분석 DB 구축 74
 3. 블록포장 보도를 기준으로 하는 위험도 관리기준 제안 83
  3.1 해외(일본) 위험도 관리기준과 처짐비와의 관계 분석 83
  3.2 사각지대(보도구간) 위험도 기준 정립 86
  3.3 사각지대(보도구간)의 위험도 관리기준 제안 89
제5장 모의공동탐사 93
 1. 모의공동탐사 준비 93
  1.1 모의공동 설계 93
  1.2 탐사법 설계 98
 2. 모의공동 탐사 1단계 - 최적탐사 방안 파악 101
  2.1 GPR탐사 101
   2.1.1 단일채널 GPR탐사 101
   2.1.2 멀티챈러 GPR탐사 112
  2.2 전기비저항탐사 116
 3. 모의공동 탐사 2단계 - 블라인드 테스트 119
  3.1 GPR탐사 119
   3.1.1 단일채널 GPR탐사 119
   3.1.2 멀티채널 GPR탐사 127
  3.2 전기비저항탐사 130
 4. 모의동공 탐사 종합 131
제6장 탐사법 적용성평가 및 기준정립 132
 1. LFWD 시험 적용성 평가 132
  1.1 모의공동 구간의 LFWD 시험결과 132
  1.2 LFWD 시험의 탐사 보완, 대체 가능성 평가 136
  1.3 LFWD 보도시험절차서(안) 개발 139
 2. GPR 탐사 적용성 평가 140
  2.1 모의공동 구간 GPR탐사 결과 종합 140
  2.2 GPR 탐사 적용성 평가 140
 3. 전기비저항탐사 적용성 평가 141
  3.1 모의공동 구간의 전기비저항탐사 결과 종합 141
  3.2 전기비저항탐사 적용성 평가 141
 4. 사각지대(보도구간) 공동탐사 기준 정립 141
  4.1 GPR탐사 보도구간 공동탐사 기준 141
  4.2 LFWD 시험 기준 142
 5. 차도구간 대비 사각지대(보도구간) 공동탐사 비교 142
제7장 결론 144
참고문헌 151
부록1. 시료채취 및 실내시험을 통한 물성 추정 153
 1. 실험 목적 153
  1.1 실험 내용 153
  1.2 현장분석 153
 2. 시료의 통인분류법실험 153
  2.1 체가름 실험 154
  2.2 흙의 분류(통일분류법) 157
  2.3 액성&소성 한계실험 158
 3. 실내다짐시험 159
 4. 인공신경망 탄성계수추출 161
 5. 실험결과 및 물성 추정값 162
부록2. LFWD 보도시험 절차서(안) 163
 1.  LFWD 보도시험절차서(안) 개발 163
 2.  LFWD 보도시험절차서(안) 164
부록3. 공동탐사 자료 167
 1. GPR탐사 167
  1.1 서초구 양재동 167
  1.2 종로구 가회동 173
  1.3 은평구 불광동 178
  1.4 관악구 신림동 185
 2. 전기비저항탐사 194
  2.1 서초구 양재동 194
  2.2 종로구 가회동 196
  2.3 은평구 불광동 196
  2.4 관악구 신림동 197

[ 표 목 차 ]
표 1-1. 조사장비 21
표 2-1.  LFWD 관련 국내외 문헌 및 논문 33
표 2-2. 위험도 모델링 관련 국내외 문헌 및 논문 37
표 2-3. 보도블럭의 층별 물성값 38
표 2-4. 서울시 공동 등급 분류기준 40
표 2-5. 서울시 도로함몰 안전관리 정책 41
표 2-6. 도로법 시행령 개선방안 42
표 3-1. 매질의 전기전도도 44
표 3-2. 상대유전율(Reynolds, 1997) 44
표 3-3. 층의 재료 종류에 따른 재하판의 직경 57
표 3-4. 층 종류에 따른 탄성계수의 기대치 범위 57
표 4-1. 다짐시험결과 60
표 4-2. 물성추정결과 61
표 4-3. 표 2-1. FWD 및 실내실험을 통해 측정된 콘크리트 블럭의 탄성계수 범위 63
표 4-4. 서초구 유한요소 해석 시 입력변수 : 건전구간 66
표 4-5. 서초구 LFWD 시험결과 정리 67
표 4-6. 서초구 FEM 해석결과 및 LFWD 현장시험결과와 비교 68
표 4-7. 종로구 유한요소 해석시 입력변수 : 건전구간 70
표 4-8. 종로구 FEM 해석결과 및 LFWD 현장시험결과와 비교 71
표 4-9. 은평구/관악구 모의공동구간 평균 LFWD시험결과와 FEM 해석결과의 비교 72
표 4-10. 모의공동구간 LFWD 시험결과와 FEM 해석결과 비교 72
표4 -11. 해석단면 선정 및 단편물성 75
표 4-12. 공동의 위치와 형상에 따른 LFWD 처짐비 76
표 4-13. 공동의 크기와 위치에 따른 처짐비 변화 DB 77
표 4-14. 위험도 기준에 따른 공동의 형상 및 해석 단면 선정 83
표 4-15. 해석단면 선정 및 단면물성 84
표 4-16. LFWD 처짐비에 따른 역해석물성의 지지력비 산정 88
표 5-1. 본 과업 비교 탐사에 사용된 멀티채널 GPR탐사장비 100
표 5-2. 서초구(양재동) 모의공동1 구역 단일채널 GPR탐사 결과 102
표 5-3. 서초구(양재동) 모의공동2 구역 단일채널 GPR탐사 결과 103
표 5-4. 서초구(양재동) 모의공동3 구역 단일채널 GPR탐사 결과 104
표 5-5. 종로구(가회동) 모의공동1 구역 단일채널 GPR탐사 결과 105
표 5-6. 종로구(가회동) 모의공동2 구역 단일채널 GPR탐사 결과 106
표 5-7. 종로구(가회동) 모의공동3 구역 단일채널 GPR탐사 결과 107
표 5-8. 서초구(양재동) 모의공동3 구역 단일채널VS멀티채널 GPR탐사 결과 112
표 5-9. 종로구(가회동) 모의공동3 구역 단일채널VS멀티채널 GPR탐사 결과 113
표 5-10. 공동탐지 비교에 사용된 멀티채널 GPR탐사 장비 115
표 5-11. 은평구 불광동 모의 공동3 구역 GPR탐사 결과 127
표 5-12. 관악구 신림동 모의 공동 구역 GPR탐사 결과 128
표 5-13. 모의공동 탐사 종합 131
표 6-1. 보도블록간 처짐값 변화 136
표 6-2. 서초구/종로구 LFWD 시험결과분석을 통한 대체가능성 평가 138
표 6-3. 은평구/관악 LFWD 시험결과분석을 통한 대체가능성 평가 139
표 6-4. 차도탐사와 보도탐사 비교 143
표 A1-1. 시험 1회당 필요한 시료의 최소 분량 기준 154
표 A1-2. 체가름실험 결과 값 155
표 A1-3. 서울시 도로표준시방서 흙쌓기 재료의 품질기준 155
표 A1-4. 통일분류법 157
표 A1-5. 액성 소성한계씰험 결과값 158
표 A1-6. 포장하부구조 다짐 판정기준 159
표 A1-7. 다짐실험 결과값 160
표 A1-8. 인공신경망 범위 값 161
표 A1-9. 은평구 관악구 탄성계수 추출 값 161
표 A1-10. 탄성계수 추정값 162

[ 그 림 목 차 ]
그림 1-1. 사업수행 조직도 20
그림 1-2. 서울 용산 공사현장앞 보도 함몰 22
그림 1-3. 용인시 수지구청역 1번출구 보도 함몰 23
그림 1-4. 서울 동작구 모델하우스 인근도로 함몰 23
그림 1-5. 중국 란저우시 공동에 의한 보도 함몰 24
그림 1-6. 중국 하얼빈 버스정류장 보도 함몰 24
그림 1-7. 일본 모의공동시험 현장 25
그림 1-8. 국내 건설기술연구원내 모의공동시험 계획도 25
그림 1-9. 서울시 도로 하부 공동탐사 결과 정리 26
그림 2-1. 도로하부 침하 탐사법(Wightman 등, 2003) 31
그림 2-2. 지표물리탐사 선정 지침(ASTM D6429) 32
그림 2-3. 모의공동구간 위험도 평가 일본기준 적용 38
그림 2-4. 일본 간선도로 공동 관리기준(지오서치 수정, 2014) 39
그림 2-5. 서울시 도로함몰 위험도평가와 굴착현장조사 결과 차이점분석 41
그림 3-1. GPR탐사 원리 - 반사와 반사신호 43
그림 3-2. 물리탐사 가탐심도와 분해능 45
그림 3-3. 동일한 위치의 동일 대상체에 대한 GPR 단면 (a) 균질 모래층, (b) 불균질 층 (Takahashi 등, 2013) 46
그림 3-4. 파장과 수직분해능 (a) 지층모델, (b) 반사신호 48
그림 3-5. Fresnel Zone 과 수평분해능 49
그림 3-6. 회절점 근사법에 의한 전자기파 속도 결정 모식도 50
그림 3-7. 회절점 근사법에 의한 전자기파 속도 결정  사례 51
그림 3-8. 반사파형 극성에 따른 이상체 해석 52
그림 3-9. 단일채널 GPR탐사 53
그림 3-10. 멀티채널 GPR탐사 자료 해석 - 공동(화살표 부분)탐지 경우 54
그림 3-11. 전기비저항탐사의 대표적인 배열과 각 배열의 겉보기 비저항 55
그림 3-12. 지반침하현장 전기비저항탐사 반응 55
그림 3-13. 소형충격재하실험기(LFWD)의 외형 및 구성 56
그림 3-14. 소형충격재하실험기(LFWD) 현장시험 58
그림 3-15. LFWD 결과값 사례 59
그림 4-1. 채분석결과 60
그림 4-2. 2D 축대칭 유한요소망 구축 일례(서초구 모의공동1) 62
그림 4-3. 2D 모델과 3D 모델의 해석결과 비교 일례(서초구 모의공동1) 62
그림 4-4. 정적 및 동적하중에 의한 블록의 거동(임무광. 2015) 64
그림 4-5. 콘크리트 블록포장 모델링 방법에 따른 LFWD 하중에의한 거동의 차이 64
그림 4-6. 콘크리트 블록포장 모델링 방법에 따른 해석결과의 차이 65
그림 4-7. 모의공동구간의 FEM 해석방안 일례(서초구 양재 모의공동) 66
그림 4-8. 서초구(양재) 모의공동 설치위치 개요 67
그림 4-9. 서초구(양재) FEM 처짐 해석결과 67
그림 4-10. 서초구(양재) FEM 연직응력 해석결과 68
그림 4-11. 종로구(가회동) 모의공동 설치위치 개요 69
그림 4-12. 종로 보도일반구간 단면도 69
그림 4-13. 평균크기 40cm 블록과 20cm 블록의 LFWD 시험 모델링 결과 비교 70
그림 4-14. 종로구 FEM 처짐 및 연직응력 등고선도 71
그림 4-15. 블록보도의 종류에 따른 표면 최대 처짐과 처짐비 변화 74
그림 4-16. 공동의 위치와 너비 변화 75
그림 4-17. 공동의 위치와 형상에 따른 처짐비 76
그림 4-18. 공동형상과 처짐비의 관계 DB 82
그림 4-19. 공동폭/토피고' 와 처짐비의 관계 82
그림 4-20. 공동상태에 따른 위험도 기준(일본) 및 FEM 해석을 통한 처짐비 83
그림 4-21. 보도블록 6cm일 때 일본위험도 기준대비 FEM 해석을 통한 처짐비 결과 84
그림 4-22. A-B Line (위험-주의 경계) 공동형상에 따른 처짐 해석결과 - 평균 처짐비 1.85 85
그림 4-23. B-C Line (주의-양호 경계) 공동형상에 따른 처짐 해석결과 - 평균 처짐비 1.12 85
그림 4-24. 보도블록 10cm일 때 일본위험도 기준대비 FEM 해석을 통한 처짐비 결과 86
그림 4-25. 처짐비 기반 위험도기준 분석 87
그림 4-26. 긴급보수구간 선정 논리 (a) 응력전달범위 내 공동 존재 유무에 따른 상태, (b) 긴급구간의 선정 논리 89
그림 4-27. 일본기준 모의공동 적용 90
그림 4-28. 전체 모델링결과를 활용한 처짐비를 고려한 보도 사각지대 위험도 평가모델 91
그림 4-29. 서울시 보도 위험도 관리기준(안) 제안 92
그림 5-1. 서초구(양재동) 모의공동 구간 위치도 93
그림 5-2.  서초구(양재동) 모의공동 매설 상황 종·단면도 94
그림 5-3.  서초구 모의공동 강남대로 보도 (a) 공사전, (b) 공사후 94
그림 5-4.  서초구(양재동) 모의공동 매설 장면 95
그림 5-5. 종로구(가회동) 모의공동 구간 위치도 95
그림 5-6. 종로구(가회동) 모의공동 매설 상황 종·단면도 96
그림 5-7. 종로구 모의공동 북촌로 보도 (a) 공사전, (b)공사후 96
그림 5-8. 종로구(가회동) 모의공동 매설 장면 97
그림 5-9. 은평구(불광동) 모의공동 구간 위치도 97
그림 5-10. 관악구(신림동) 모의공동 구간 위치도 98
그림 5-11. 본 과업에 사용된 단일채널 안테나 모습 99
그림 5-12 GPR탐사에서 측선간격 99
그림 5-13. 본 과업에 적용된 전기비정항탐사 배열법 100
그림 5-14. 본 과업에 적용된 전기비정항탐사 전극형태 101
그림 5-15. 서초구 모의공동1 구역에서 측정한 단일채널GPR탐사 대표단면 102
그림 5-16. 서초구 모의공동2 구역에서 측정한 단일채널GPR탐사 대표단면 103
그림 5-17. 서초구 모의공동3 구역에서 측정한 단일채널GPR탐사 대표단면 104
그림 5-18. 종로구 모의공동1 구역에서 측정한 단일채널GPR탐사 대표단면 105
그림 5-19. 종로구 모의공동2 구역에서 측정한 단일채널GPR탐사 대표단면 106
그림 5-20. 종로구 모의공동3 구역에서 측정한 단일채널GPR탐사 대표단면 107
그림 5-21. RADAR 방사패턴과 측선간격 108
그림 5-22. 종로구 모의공동1 구역에서 측정한 여러 측선 단일채널 GPR탐사 단면 109
그림 5-23. 서초구 모의공동1 구역에서 측정한 GPR탐사 대표단면 110
그림 5-24. 서초구 모의공동2 구역에서 측정한 GPR탐사 대표단면 111
그림 5-25. 서초구 모의공동3 구역에서 측정한 GPR탐사 대표단면 111
그림 5-26. 서초구 모의공동3 구역 단일채널vs멀티채널 GPR탐사 대표단편 112
그림 5-27. 종로구 모의공동1 구역 단일채널vs멀티채널 GPR탐사 대표단편 113
그림 5-28. 종로구 모의공동2 구역 단일채널vs멀티채널 GPR탐사 대표단편 114
그림 5-29. 종로구 모의공동3 구역 단일채널vs멀티채널 GPR탐사 대표단편 114
그림 5-30. 공동탐지 비교에 사용된 멀티채널 GPR장비 탐사장면 115
그림 5-31. 서초구(양재동) 쌍극자-쌍극자 배열 전극간격 0.5.m 결과단면 116
그림 5-32. 서초구(양재동) 쌍극자-쌍극자 배열 전극간격 1.0.m 결과단면 116
그림 5-33. 서초구(양재동) Wenner 배열 전극간격  0.5m 결과단면 117
그림 5-34. 서초구(양재동) Wenner 배열 전극간격  1.0m 결과단면 117
그림 5-35. 서초구(양재동) Modified Pole-pole 배열 전극간격 1m 결과단면 117
그림 5-36. 종로구(가회동) 쌍극자 배열 전극간격 0.5m 결과단면 118
그림 5-37. 종로구(가회동) 쌍극자 배열 전극간격 1.0m 결과단면 118
그림 5-38. 은평구(불광동) 모의공동1 구역에서 측정한 GPR탐사 단면 119
그림 5-39. 은평구(불광동) 모의공동2 구역에서 측정한 GPR탐사 단면 121
그림 5-40. 은평구(불광동) 모의공동3 구역에서 측정한 GPR탐사 단면 122
그림 5-41. 관악구(신림동) 모의공동1 구역에서 측정한 GPR탐사 단면 124
그림 5-42. 관악구(신림동) 모의공동2 구역에서 측정한 GPR탐사 단면 125
그림 5-43. 관악구(신림동) 모의공동3 구역에서 측정한 GPR탐사 단면 126
그림 5-44. 은평구(불광동) 모의공동3 구역에서 측정한 멀티채널 GPR탐사 대표단면 127
그림 5-45. 관악구(신림동) 모의공동2 구역에서 측정한 멀티채널 GPR탐사 대표단면 128
그림 5-46. 관악구(신림동) 모의공동3 구역에서 측정한 멀티채널 GPR탐사 대표단면 129
그림 5-47. 은평구(불광동) 쌍극자 배열 전극간격 1.0m 결과단면 130
그림 5-48. 관악구(신림동) 쌍극자 배열 전극간격 1.0m 결과단면 130
그림 6-1. 서초구 양재동 모의공동 LFWD시험 133
그림 6-2. 종로구 가회동 모의공동 LFWD시험 133
그림 6-3. 은평구 불광동 모의공동 LFWD시험 134
그림 6-4. 관악구 신림동 모의공동 LFWD시험 134
그림 6-5. 멀티채널 GPR탐사 단면에서 나타난 공동 추정 이상 반응 135
그림 6-6. GPR탐사 해석 이상지점 대비 LFWD 시험 건전지점에 대한 확인 (a) LFWD시험, (b) 천공작업 ,(c) 내시경 135
그림 6-7. 보도블록간 영향검토위치 136
그림 6-8. LFWD 하중영향범위 분석 (a) 서초구 양재동 해석결과, (b) 관악구 신림동 해석결과 137
그림 7-1. 사각지대 공동탐사 및 위험도 평가기술 개발을 위한 로드맵 149
그림 7-2. 본 연구의 모의공동구간 모델링내용 및 추후 연구내용 150
그림 A1-1. 시료채취 및 체분석 153
그림 A1-2. 시료의 체가름 시험순서 및 전경 154
그림 A1-3. 관악구 0m~1m체분석 시험값 결과 156
그림 A1-4. 은평구 0~0.5m 체분석 실험값 결과 156
그림 A1-5. 은평구 0.5~1m 체분석 실험값 결과 156
그림 A1-6. 통일분류법 157
그림 A1-7. 액성&소성 한계실험 장면 158
그림 A1-8. 다짐 실험 과정 159
그림 A1-9. 다짐시험결과 160
그림 A1-10. 관악구 0~1m 탄성게쑤 예측 161
그림 A2-1. 보도구간 LFWD 시험 측정 장면 163
그림 A2-2. 공동예상 지점의 깊이에 따른 분석 방법 결정 164
그림 A2-3. LFWD 시험 위치 165
그림 A2-4. GPR탐사로 공동반응이 없을 시 LFWD 시험법 166
그림 A3-1. 서초구 양재동 GPR탐사 결과단면(단일채널 200MHz) 167
그림 A3-2. 서초구 양재동 GPR탐사 결과단면(단일채널 500MHz) 168
그림 A3-3. 서초구 양재동 GPR탐사 결과단면(단일채널 750MHz) 169
그림 A3-4. 서초구 양재동 GPR탐사 결과단면(단일채널 RAMAC(500MHz)) 170
그림 A3-5. 서초구 양재동 GPR탐사 결과단면(다채널200~3000MHz) 171
그림 A3-6. 종로구 가회동 GPR탐사 결과단면(200MHz) 173
그림 A3-7. 종로구 가회동 GPR탐사 결과단면(500MHz) 174
그림 A3-8. 종로구 가회동 GPR탐사 결과단면(750MHz) 175
그림 A3-9. 종로구 가회동 GPR탐사 결과단면(다채널 200~3000MHz) 176
그림 A3-10. 은평구 불광동 시점부 GPR탐사 결과단면(단일채널 500MHz) 178
그림 A3-11. 은평구 불광동 종점부 GPR탐사 결과단면(단일채널 500MHz) 179
그림 A3-12. 은평구 불광동 GPR탐사 결과단면(다채널 200~3000MHz) 181
그림 A3-13. 관악구 신림동동 GPR탐사 결과단면(단일채널 500MHz) 185
그림 A3-14. 관악구 신림동동 GPR탐사 결과단면(다채널 200~3000MHz) 188
그림 A3-15. 전극간격 0.5m 결과단면 194
그림 A3-16. 전극간격 1.0m 결과단면 194
그림 A3-17. 전극간격 0.5m 결과단면 195
그림 A3-18. 전극간격 1.0m 결과단면 195
그림 A3-19. 전극간격 1.0m 결과단면 195
그림 A3-20. 전극간격 0.5m 결과단면 196
그림 A3-21. 전극간격 1.0m 결과단면 196
그림 A3-22. 전극간격 1.0m 결과단면 197
그림 A3-23. 전극간격 1.0m 결과단면 197