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최근 국내에서 신설, 확장되는 도로나 철도는 직선화된 노선 형태를 가지므로 터널과 교량의 비율이 증가하는 추세이다. 특히 교량의 경우 건설재료의 발전, 시공능력의 향상, 구조해석 및 설계기술의 진보 등에 힘입어 그 구조가 장지간화, 대형화되는 특성을 가진다. 일반적으로 교량의 형식이라 함은 상부구조를 일컫는 말이지만 상부구조에서 작용하는 하중을 지반에 안전하게 전달하는 교대/교각의 하부구조가 교량의 안정성 측면에 중요하므로 지반상태를 정확히 파악하는 것이 교량의 설계시 우선적으로 필요하다. 교량의 대규모화에 따라 기초지반 확보, 하부구조 선정, 보강방법 고려 등 교량의 안정성과 관련된 지반조사의 역할이 더욱 커질 수밖에 없으므로, 이를 적극 활용하여 실제 설계에 접목시켜야한다.
 
국내의 석회암은 하부 고생대층 조선누층군의 소위 ‘대석회암통’의 석회암류가 주를 이루며 국부적으로 선캠브리아기 및 상부 고생대 층내에서 일부 석회암층이 분포한다. 대석회암통의 석회암층은 옥천대내의 북동부 지역을 대상으로 넓게 분포하며, 대표적인 분포 지역은 남쪽에서부터 문경, 단양, 제천, 영월, 평창, 정선 등으로 중부내륙고속도로와 중앙고속도로가 이 지역을 통과하고 있다. 이 카르스트 지대에 신설되는 교량은 석회공동 분포로 인해 설계 및 시공에 많은 문제점을 발생시킨다. 교량기초 하부의 석회 공동에 대한 대책마련을 위해서는 선행적으로 석회공동의 분포 특성에 대한 이해와 정확한 석회공동의 분포양상을 탐지하는 합리적인 조사 설계가 이루어져야 한다.
교량기초부에 분포하는 석회공동조사는 적용시기 및 목적에 따라 개략조사(reconnaissance survey)와 정밀조사(detail survey), 확인조사로 구분할 수 있다.
 
카르스트 지역의 교량 기초 설계를 위한 조사법의 활용
구 분 목적 지질조사/시험 물리탐사
개략조사 - 주변 지질도의 작성
- 단층대 등 주구조의 분석
- 공동/연약대의 분포 파악
- 지표지질조사
- 시추 조사
- 전기비저항 탐사
- GPR 탐사
- 탄성파, 중력, 자력탐사 등
정밀조사 - 상세 지질(단면)도의 작성
- 공학적 지질 특성 분석
- 기초 하부 공동 분포상태
- 지지층 심도의 분석
- 상세 지표지질조사
- 시추조사
- 물성시험
- 시추공텔레뷰어 등
- 탄성파 토모그래피 탐사
- 비저항 토모그래피 탐사
- 레이다 토모그래피 탐사
확인조사 - 지질분포 및 구조 확인
- 지반 보강효과의 검증
- 현장 타설 말뚝의 분석
- 기초절취면 상세 조사 - 각종 토모그래피 탐사
   (그라우팅 보강 공법)
- 현타 말뚝 건전도시험
   (타설말뚝 기초 형식)
 
개략조사는 주로 지표탐사가 주를 이루는데 국내에서는 쌍극자 배열법(dipole-dipole array)에 의한 2차원 전기비저항 탐사와 GPR탐사가 응용되었으며 국외에서는 반사법 탄성파탐사, 정밀중력탐사(micro-gravity), 전자탐사 등을 적용한 예가 있다. 이상의 탐사 방법은 표토층의 물리적 성질, 현장 여건 등에 따라 적용방법의 조합을 다르게 구성할 수 있으나 가능하면 복합적으로 운용하는 것이 석회공동의 정성적인 특성을 규명하는데 유리하다.

정밀조사에서 가장 널리 이용되는 방법은 시추공 단면 사이의 영상정보와 물성정보를 동시에 획득할 수 있는 토모그래피(tomography)탐사이다. 현재 국내외적으로 이용 가능한 토모그래피탐사 방법은 영상정보와 함께 심도별 탄성파속도(P파 중심)의 정보를 제공하는 탄성파 토모그래피, 지하의 전기 전도도 분포를 알 수 있는 비저항 토모그래피, 지하의 유전율에 의한 전자파 속도 정보를 제공하는 레이다 토모그래피 등이 있으며, 적용방법의 선택은 부지의 특성과 탐사 목적에 따라 단일 방법 또는 복합적으로 적용할 수 있다. 확인조사 단계에서 이용되는 물리탐사에는 그라우팅에 의한 보강이 이루어진 후 정밀조사의 토모그래피 탐사를 동일하게 실시하여 시공전후 비교를 통한 그라우팅 효과를 검증하는 방법이 있으며, 현장 타설말뚝을 기초로 사용하는 경우는 석회암 지반의 불균질성 때문에 콘크리트 타설 시 문제가 발생될 가능성이 크므로 건전도 시험을 통한 품질확인 방법이 있다.
 
사례(PDF : 831Kb)
 
근래에는 국토의 합리적인 활용방안으로 육지와 섬 혹은 섬과 섬을 잇는 대규모 해상교량의 건설이 활성화되고 있다. 해상교량의 주요 기능은 쾌적하고 안전한 도로로서의 역할을 하는 것이지만, 주변 환경과 조화를 이루는 미관도 갖추어야 한다. 미려함이 고려된 장대교량은 현수교나 사장교가 주를 이루는데, 이들 교량은 주탑에 대부분의 하중이 집중되므로 주탑의 하부지반 특성이 교량의 안정성을 좌우하는 중요한 요소가 된다. 따라서 교량 상부구조의 안정적인 설계를 위해서는 충분한 사전조사와 검토에 의해 노선과 주탑의 위치를 선정하는 등 조사와 설계를 적극적으로 연계시켜야 한다. 해상구간의 장대교량을 설계하기 위해서는 노선 주변에 대한 선구조 및 단층파쇄대와 지층상태에 대한 조사가 실시되어야한다. 이를 위해서는 체계적인 조사시스템을 구성해야 하는데 조사는 예비조사, 개략조사, 정밀조사의 3단계로 구분된다.
 
대규모 해상교량의 기초 설계를 위한 조사법의 활용
구 분 목적 지질조사/시험 물리탐사
예비조사 - 광역 지질의 인지
- 주요 선구조 분석
- 광역 단층대 분석
- 지질도 및 문헌 조사
- 항공사진 분석
- DEM자료 분석
- 항공 중력탐사
- 항공 자력탐사
개략조사 - 주변 수심도 작성
- 주변 지질도 작성
- 단층대 등 지질구조 분석
- 지표지질조사(인근 육상)
- 예비시추
- 수심측량
- 다중빔 음향측심(MBES)
- 천부 지층탐사(SBP)
- 해상 반사법탐사
- 해상 굴절법탐사
정밀조사 - 상세 지질(단면)도 작성
- 공학적 지질특성 분석
- 기초부 정밀 지질조사
- 지지층의 심도 분석
- 시추조사
- 시추공 영상스캔
- 각종 검층시험
- 탄성파 토모그래피
 
예비조사는 광역적인 지질구조선 파악에 의해 노선을 선정하는 단계로, 위상영상분석과 지표지질조사를 이용하여 육상에서 확인되는 선구조/단층의 해상으로의 연장상태를 파악한다. 즉 광역 위성사진과 음영기복도에 의한 선구조분석에 의해 노선과 직접적으로 교호하며 구조물에 영향을 줄 수 있는 주요 선구조의 특성을 파악하는 것이 필요하다.

개략조사는 선정된 노선주변의 지질상태를 상세히 파악하고 주탑의 위치를 선정하기 위한 단계로, 해상 반사법탐사, 해상 굴절법탐사, 확인시추 등을 이용하여 안정된 지반구조를 파악한다. 주탑을 포함하는 교각의 위치 선정을 위해서는 노선주변의 해저면과 기반암의 심도 분포를 정밀하게 파악해야 하는데, 범용적인 조사법은 해양 반사법탐사이다. 자원개발 분야로부터 응용된 해상
반사법탐사는 다중채널을 이용하므로 지층의 속도구조를 자체적으로 계산할 수 있으나, 연근해에서의 해상 반사법탐사는 여러 가지 제약조건으로 인해 단일채널에 의한 탐사법이 주를 이룬다, 따라서 해상교량의 기초부에 대한 탄성파속도 정보는 노선방향에 대한 해상 굴절법탐사로 얻을 수 있으며, 이 정보는 단일채널에 의한 해상 반사법탐사를 보완하는데 이용된다. 한편 해상 구조물이 장대교량인 경우 육상의 자료에 국한된 선구조분석만으로는 지질구조를 정확하게 파악하기 어려우므로, 다수의 해상 반사법탐사 측선을 이용하여 노선과 관련된 주변의 지질구조를 3차원적으로 해석한다.

정밀조사는 확정된 주탑위치에서 구조물 형태와 공법결정을 위한 단계로, 시추조사, 탄성파 토모그래피탐사 및 각종 시추공시험을 이용하여 지반의 제반 물성을 획득하는 과정이다. 교량의 하중을 전담하는 주탑의 기초부에서는 기반암의 심도변화에 따라 기초형식을 결정할 수도 있으므로 3차원 탄성파 토모그래피탐사를 이용하면 효율적으로 기초부를 설계할 수 있다.
 
사례(PDF : 470Kb)
 
육상교량은 구조물의 안정성이 최우선적으로 고려되어야 하므로 교량의 기초면에 대한 토목지질학적 분석이 요구된다. 교량기초의 형식과 근입심도 결정을 위해서는 기반암선 분포파악이 중요하나, 노선의 일부구간만을 사교하는 지질구조선의 파악도 사전에 고려되어야 한다. 한편 교량구조물의 내진특성 분석을 위한 지반정보 획득은 현지의 여건에 맞는 탄성파탐사법과 밀도검층을 이용하여 해결할 수 있다.

육상교량구간의 설계에서 중요한 변수는 지질 구조선, 기반암선, 각종 동적특성 등이다. 교량의 기초부에 대한 설계에는 계곡부와 관련된 파쇄대, 단층 등의 지질구조선과 기초부의 형식과 관련된 기반암선의 분포패턴이 필요한데 일반적으로 전기비저항탐사와 굴절법 탄성파탐사를 이용한다. 교량 구조물의 내진설계는 탄성파속도(P파와 S파)와 밀도값에 의한 각종 동적물성값을 이용하는데 탄성파속도를 얻는 방법은 SASW, MASW와 같은 지표에서의 표면파탐사나 시추공을 이용한 SPS검층, 하향식탄성파탐사 등이 있으며 밀도값은 밀도검층을 이용하여 구할 수 있다.
 
 
 
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