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Executive Summary
목차
제1장 서론 15
1. 연구개발의 필요성 15
2. 연구목표 및 연구내용 17
제2장 국내외 현황 19
1. 국내외 액상화위험 지도 기술 현황 분석 19
2. 국내외 액상화보강 공법 기술 현황 분석 20
2.1. 다짐공법 20
2.2. 배수공법 24
2.3. 고결공법 24
2.4. 지하수위 저하공법 28
2.5. 치환공법 28
2.6. 기타 29
3. 국내외 3차원 GIS 기술 및 지반정보 관련 기술 현황 분석 30
3.1. 3D GIS 동향 30
3.2. 액상화 GIS 분석 동향 37
제3장 액상화 평가 및 자동화 프로그램 고도화 40
1. 액상화 평가 프로그램 고도화 개요 40
2. 1차원 등가선형해석결과 검증 40
3. 지진응답해석 고도화 44
제4장 적정 지하수위 결정방법 개발 49
1. 액상화평가 시 지하수위의 중요성 49
2. 시추공의 지하수위를 이용하는 방법 49
3. 지하수관측정의 수위정보를 이용하는 방법 50
4. 지하등수위선 및 시추공 지하수위 활용 52
제5장 액상화 위험지도 통합관리시스템 구축 및 국토지반정보 포털시스템 연계 액상화 위험지도 제공·관리체계 개발 59
1. 국토지반정보 실시간 연계 기반의 3D 액상화 위험지도 통합관리 시스템 구축 및 검증 59
1.1. 국토지반정보DB 실시간 연계체계 기반의 액상화 분석용 시추정보 추출 59
1.2. SHAKE 알고리즘 기반의 액상화 분석 63
1.3. 지형보간 및 경계조건 선택 등 액상화 위험지도 구축 초기조건 선택 64
1.4. 액상화 위험지도 구축 핵심정보 산출 67
1.5. 3D 기반 액상화 위험도 분석 및 가시화 69
1.6. 2D·3D 액상화 위험지도 제작 및 출력 71
1.7. 3D GIS 기술 기반의 액상화 위험지도 통합관리시스템 72
1.8. 액상화 위험지도 통합관리시스템 산출 액상화 위험 및 피해예측 지도 정밀성 비교 검증 73
2. Standalone 기반의 액상화 위험지도 분석·가시화시스템 79
2.1. 2D·3D 액상화 위험지도 로딩 모듈 구축 79
2.2. 3차원 액상화 위험도 분석 모듈 80
2.3. 3차원 액상화 위험 및 피해예측 지도 가시화 모듈 구축 80
2.4. Standalone 기반의 액상화 위험지도 분석·가시화 시스템 81
제6장 고효율·저비용 액상화 보강공법 83
1. 고효율·저비용 액상화 보강공법 개요 83
2. 당해연도(3차년도) 연구목표 및 연구내용 86
3. 고효율·저비용 액상화 보강공법의 실용화 기반 조성 87
3.1. 액상화 보강용 방향성 굴착 장비 완성 87
3.2. 현장 실험을 통한 개발 공법 검증 98
3.3. 개발공법 적용에 따른 경제성 및 효율성 분석 116
3.4. 수평 약액 그라우팅 침투형상, 영향범위 분석 및 주입 가이드라인 정립 120
3.5. 수평 압밀 그라우팅 이방성 변화 등 구근 형상 분석 및 현장적용 설계 126
제7장 결론 135
참고문헌 137
서지자료 140
Bibliographic Data 141
판권기 142
표 3.1. 지반응답해석에 활용한 지진파 목록 45
표 5.1. 지층정보(layer.csv) 62
표 5.2. 시험정보(layer.csv) 63
표 5.3. Estimation_result3D 텍스트 파일 정보 65
표 5.4. Estimation_result2D 텍스트 파일 정보 68
표 5.5. Estimation_result3D 텍스트 파일 정보 68
표 5.6. 시추정보 데이터 검토 및 필터링 73
표 5.7. 추출된 시추공데이터(2D) 76
표 5.8. 추출된 시추공데이터(3D) 77
표 5.9. 데이터 비교 결과 값(2D) 77
표 5.10. 데이터 비교 결과 값(3D) 78
표 5.11. Export 데이터에 대한 상용프로그램 별 비교 결과 78
표 5.12. 메타데이터 테이블 형식 79
표 6.1. 개발 공법의 핵심기술별 기존 기술과의 차별성 86
표 6.2. 액상화 보강을 위한 방향성 굴착장비 제작 사양 89
표 6.3. 일반적으로 상용되는 굴착 로드 표준사양 96
표 6.4. 일반적으로 상용되는 굴착 로드 표준사양 97
표 6.5. 현장실험 대상지반의 지층별 기본 물성치 100
표 6.6. 현장실험에 사용된 수평굴착 탐사기 주요 사양 106
표 6.7. 굴착 위치 및 방향 모니터링 결과 107
표 6.8. BGM 공법의 주요특징 109
표 6.8. BGM 표준배합비(물시멘트비 150%) 111
표 6.9. 그라우팅 고결체 강도실험 결과 112
표 6.10. 경제성 분석대상 학교 건축물의 개요 116
표 6.11. 기존 수직방향 보강공법 공사비 산정 118
표 6.12. 수평방향 보강공법(개발공법) 공사비 산정 119
표 6.13. 수치해석에 적용된 물성치 121
표 6.14. 임계포화도에 따른 추세값(a, b 및 a', b') 125
표 6.15. 그라우트 구근 형상 분석 실험의 조건과 결과 130
표 6.16. 타원형 그라우트 구근을 가정한 CGS 주입 간격 설계 예시 134
그림 1.1.1. 액상화 메커니즘 16
그림 1.1.2. 액상화 피해 사례 16
그림 1.2.1. 연구 목표 17
그림 2.1.1. 통합 사면붕괴 및 액상화 지진 재해도 19
그림 2.2.1. 모래다짐말뚝 공법 개념도 21
그림 2.2.2. 바이브로플로테이션 공법 사진 22
그림 2.2.3. 바이프로플로테이션 공법 개념도 22
그림 2.2.4. 동다짐 공법 사진 23
그림 2.2.5. 동다짐 공법 개념도 23
그림 2.2.6. 쇄석기둥 공법 24
그림 2.2.7. 압밀 그라우팅 공법 개념도 25
그림 2.2.8. TCS 공법 26
그림 2.2.9. Helica Pile 공법 26
그림 2.2.10. 벌룬 그라우팅 공법 27
그림 2.2.11. HSM Beam 공법의 개념도 및 시공 전경 27
그림 2.2.12. Deep well 공법 28
그림 2.2.13. 치환공법 28
그림 2.2.14. 나무 말뚝 공법 29
그림 2.2.15. 지오그리드 보강 공법 30
그림 2.3.1. 공간정보의 개념 31
그림 2.3.2. 지하공간 통합지도 시범구축 사업의 개념도 31
그림 2.3.3. Geospatial Platform 32
그림 2.3.4. Ordnance Survey의 공개정보 홈페이지 화면 33
그림 2.3.5. 일본 국토지리원 포털 33
그림 2.3.6. 브이월드의 3차원 지도 화면 34
그림 2.3.7. Google의 Google Earth 35
그림 2.3.8. Skyline의 TerraExplorer 36
그림 2.3.9. 액상화 예측도 작성의 흐름 37
그림 2.3.10. 정보 통합의 예 38
그림 2.3.11. 일본 도쿄도의 액상화 예측도 38
그림 2.3.12. 일본 도쿄도의 액상화 예측도 39
그림 2.3.13. NIED의 3D 지진 진원지 분포도 39
그림 3.2.1. 지반모델의 전단파속도 주상도 41
그림 3.2.2. Loma Prieta 지진파 가속도 시간이력 및 응답스펙트럼 41
그림 3.2.3. 기반암에서의 가속도 응답스펙트럼 42
그림 3.2.4. 지표면에서의 가속도 응답스펙트럼 42
그림 3.2.5. 지표면에서의 가속도시간이력 43
그림 3.2.6. 심도별 최대가속도 분포 43
그림 3.3.1. 표준설계응답스펙트럼에 매칭한 7개 지진파 가속도 시간이력 45
그림 3.3.2. 표준설계응답스펙트럼에 매칭한 지진파의 응답스펙트럼(지진재현주기 500년 예시) 46
그림 3.3.3. 7개 지진파를 활용한 지반응답해석에 따른 심도별 최대가속도 결과 예시(재현주기 2400년) 47
그림 3.3.4. 7개 지진파를 활용한 지반응답해석에 따른 액상화 안전율 평가 결과 예시(재현주기 2400년) 47
그림 4.2.1. 지반DB에 포함되는 지층정보 50
그림 4.3.1. 국가지하수정보센터내의 지하수관측정 위치 및 지하수위 정보 51
그림 4.3.2. 국가지하수정보센터 지하수데이터 신청화면(포항시 예시) 51
그림 4.3.3. 포항시 지하수위 관측정의 수위 변화(2015~2017년) 52
그림 4.4.1. 국가지하수정보센터 지하수지도(지하등수위선) 예시(부산광역시) 53
그림 4.4.2. 공간보간(Kriging기법)을 통해 얻어진 지하수위등고선 55
그림 4.4.3. 각 시추공위치에서의 지하수위 추출 56
그림 4.4.4. 시추정보에서 추출한 지하수위와 광역지하수지도에서 추출한 지하수위 57
그림 4.4.5. 지하수위 등고선에서 추출한 지하수위와 시추DB에서 추출한 지하수위 비교(예) 58
그림 5.1.1. DB 접속정보 설정화면 60
그림 5.1.2. 기초데이터 추출을 위한 지역 선택 화면 60
그림 5.1.3. 기초데이터 품질 관리 절차 61
그림 5.1.4. 기초데이터 기본 저장 폴더 및 Output 파일정보 62
그림 5.1.5. layer.csv(좌)와 testing.csv(우) 예시 63
그림 5.1.6. 행정경계(feature.shp) 및 시추공(holeCode.shp) 63
그림 5.1.7. LiqueEvalDLL.dll 프로그램 연동 화면 64
그림 5.1.8. 보간법 옵션 상세 설정화면 65
그림 5.1.9. 액상화 평가 보간 결과(전체영역) 66
그림 5.1.10. 액상화 평가 보간 결과(행정영역) 66
그림 5.1.11. Point-in-Polygon 알고리즘 67
그림 5.1.12. 일정거리 및 일정표고 데이터 필터링 67
그림 5.1.13. Estimation_result2D.txt(좌)와 Estimation_result3D.txt(우) 예 68
그림 5.1.14. OpenGL 상태 머신(State Machine) 구조 69
그림 5.1.15. 2D 기반 액상화 위험지도 LPI(좌) 및 LSN(우) 69
그림 5.1.16. 3차원 기반 액상화 위험지도 FL(좌) 및 침하량(우) 70
그림 5.1.17. 회색 채색 기반의 음영기복도 70
그림 5.1.18. 위험도에 따른 분포도 70
그림 5.1.19. 도면의 구성도 71
그림 5.1.20. 액상화 위험지도 출력 예시 71
그림 5.1.21. Configuration 화면 72
그림 5.1.22. Home 화면 대시보드 72
그림 5.1.23. 프로그램 흐름 및 신뢰성 검증 지점 73
그림 5.1.24. 시추정보 추출 데이터 정확도 검증 75
그림 5.1.25. 비교 검증을 위한 추출된 시추공위치 76
그림 5.1.26. 데이터 보간(Krging) 77
그림 5.1.27. shp, dxf 파일 추출 78
그림 5.2.1. 위험지도 DBF 항목 추가 79
그림 5.2.2. 액상화 위험지도 데이터 리스트 및 다운로드 80
그림 5.2.3. 국토지반정보 포털시스템 액상화 위험지도 서비스 사용자 인터페이스 80
그림 5.2.4. 세종특별자치시 LPI 위험지도(좌) 및 LSN 위험지도(우) 81
그림 5.2.5. 부산광역시 LPI 위험지도(좌) 및 LSN 위험지도(우) 81
그림 5.2.6. 액상화 위험지도 전용 viewer 프로그램 설치 및 실행 82
그림 5.2.7. LPI(좌) LSN(우) 82
그림 6.1.1. 방향성 굴착장비를 이용한 액상화 보강공법 시공 순서도 84
그림 6.1.2. 고효율·저비용 액상화 보강공법 개발을 위한 핵심기술 85
그림 6.3.1. 굴착 진입각도를 고려한 최대 곡률 반경 및 보강 영역 길이 88
그림 6.3.2. 액상화 보강을 위한 방향성 굴착장비 시제품(2차년도 제작) 88
그림 6.3.3. 굴착 로드 자동 공급 및 회수 예시 90
그림 6.3.4. 굴착 로드 자동 공급 및 회수 장치 설계도면 91
그림 6.3.5. 굴착 로드 자동 공급 및 회수 장치가 장착된 굴착장비 전경 91
그림 6.3.6. 그라우팅 주입관 자동화 삽입 장치 개념도 92
그림 6.3.6. 그라우팅 주입관 자동화 삽입 장치 설치 전경 92
그림 6.3.7. 수평그라우팅용 방향성 굴착 전용 비트 및 비트 회수 장치 개념 설계 93
그림 6.3.8. 이중 구조형 비트 및 회수 장치 고안을 반영한 시제품 94
그림 6.3.9. 액상화 지반 보강용 첨단비트 선단부 상세 설계도면 94
그림 6.3.10. 방향성 굴착 및 액상화 보강을 위한 특수 첨단비트 95
그림 6.3.11. 특수 첨단비트의 굴착 공정에 따른 작동 순서 96
그림 6.3.12. 굴착 로드 설계도면 97
그림 6.3.13. 굴착 로드 시제품 전경 98
그림 6.3.14. 액상화 보강공법 현장실험 위치 98
그림 6.3.15. 현장실험 대상지반 시추주상도 99
그림 6.3.16. 액상화 보강공법 현장실험 과정 101
그림 6.3.17. MASW 실험장비 구성 모식도 102
그림 6.3.18. 표면파 유형과 전파 방향 (a) 레일리파 (b) 102
그림 6.3.19. 다중 채널 표면파 탐사 실험위치 102
그림 6.3.20. 다중 채널 표면파 탐사 실험전경 103
그림 6.3.21. 시간이력 표면파 데이터 103
그림 6.3.22. 역산을 통한 전단파속도 주상도 104
그림 6.3.23. 2D 전단파속도 주상도 104
그림 6.3.24. 방향성 굴착을 위한 투입 장비 105
그림 6.3.25. 수평굴착 탐사기(HDD Guidance System) 적용 개념도 106
그림 6.3.26. 로케이터(리시버)와 트랜스미터(센서) 페이링 및 보정 107
그림 6.3.27. 굴착 시공 중 수평굴착 탐사기를 이용한 굴착 상황 모니터링 107
그림 6.3.28. 액상화 취약지반 보강을 위한 방향성 굴착 전체 시공 프로세스 108
그림 6.3.29. 액상화 보강용 그라우팅 시공과정 110
그림 6.3.30. 액상화 보강용 수평 그라우팅 주입시스템 110
그림 6.3.31. 액상화 보강용 그라우팅 전경 110
그림 6.3.32. 지반의 전단파속도 주상도; (a) 그라우팅 전, (b) 그라우팅 후 112
그림 6.3.33. 수평방향 그라우팅 고결체 육안확인 과정 113
그림 6.3.34. 수직방향 그라우팅 고결체 육안확인 과정 114
그림 6.3.35. 수평방향 그라우팅 고결체 강도실험 115
그림 6.3.36. 액상화 보강공법 경제성 분석 대상 구조물의 외형조건 및 보강조건 117
그림 6.3.37. 액상화 보강공법 경제성 분석 대상 구조물의 보강물량 산정 117
그림 6.3.38. 액상화 보강공법의 경세성 및 효율성 분석보고서 119
그림 6.3.39. 3차원 수평 약액 그라우팅 모델 120
그림 6.3.40. 지반의 투수계수 이방성이 그라우트 구근의 형태에 미치는 영향 121
그림 6.3.41. 지반 내 공극률에 따른 그라우트의 침투 범위 122
그림 6.3.42. 지반 투수계수 이방성에 따른 침투 범위 123
그림 6.3.43. 시간에 따른 임계포화도 10%, 50%, 90%의 유효 반경 변화 123
그림 6.3.44. 포화도에 따른 수평 방향 유효 반경((a)~(c))과 연직 방향 유효((d)~(f)) 124
그림 6.3.45. 축소 모형을 이용한 수평 압밀그라우팅 현장조건 모사 127
그림 6.3.46. 그라우트 구근 형상 분석 128
그림 6.3.47. 그라우트 주입량에 따른 그라우트 구근 형상 분석 예시(σ16Q27) 129
그림 6.3.48. 각 실험 68㎠ 단면적의 구근과 타원 곡선 접합, 구근 중심 및 장축 131
그림 6.3.49. 상부 하중에 따른 그라우트 구근의 장축과 단축의 반경 비(a/b ratio) 132
그림 6.3.50. 상부 하중에 따른 그라우트 구근의 변화 132
그림 6.3.51. 사질토 시료의 초기 상대밀도에 따른 구근 형상 변화 133