표제지

제출문

보고서 요약서

[요약]

CONTENTS

요약문

목차

제1장 연구개발과제의 개요 42

제1절 연구개발의 목적 및 필요성 42

제2절 연구개발의 내용 및 범위 44

제2장 국내외 기술개발현황 45

제1절 연속다짐평가 연구개발 동향 45

제2절 IT를 이용한 건설장비 연구개발 동향 51

1. 관련 특허 동향 51

2. 첨단 건설장비 개발 현황 52

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 62

제1절 연구 개발 개요 62

제2절 GPS/통신 시스템 65

1. 국내 통신환경 분석 65

1.1. 광역 통신망(WAN)의 종류와 특징 65

1.2. 사용 가능한 무선망 검토 68

2. 통신시스템 71

2.1. 광역 통신 시스템 71

2.2. 국지 통신시스템 74

3. GPS 기술을 이용한 위치측정 기법 81

3.1. GPS 개요 81

3.2. GPS의 원리 81

3.3. GPS의 구성 82

3.4. GPS 측위법 및 오차보정 방법 85

3.5. 가상 기준점 시스템 (Network RTK) 93

3.6. 위치정보시스템의 정확도 분석 97

제3절 이동국용 단말기 103

1. 하이브리드(Hybrid)식 이동국 단말기 103

1.1. 개요 103

1.2. 하드웨어 제작 103

1.3. 소프트웨어 제작 110

2. 임베디드(Embedded) 식 이동국용 단말기 시스템 114

2.1. 개요 114

2.2. 단말기 시스템 구조 118

2.3. 단말기 개발 126

제4절 관리 시스템 143

1. 개요 143

2. 관리시스템 개발 143

2.1. 후처리 방식 143

2.2. 실시간 방식 155

제5절 다짐도 평가 171

1. 기존의 성토체 다짐평가방법 171

2. 기존의 성토체 다짐평가기준 179

3. 새로운 다짐평가방법 186

3.1. 지오게이지(Geogauge)를 이용한 흙의 강성 평가 186

3.2. 간이지지력 시험기를 이용한 흙의 강성 평가 189

3.3. 동평판재하시험기를 이용한 흙의 강성 평가 196

3.4. 동적콘관입시험을 이용한 흙의 강성평가 202

3.5. 진동로울러를 이용한 흙의 강성평가 204

4. 실내시험을 통한 다짐방법 평가 210

4.1. 연구 개요 210

4.2. 시험에 사용된 장비와 재료 210

5. 모형시험을 통한 다짐방법평가 226

5.1. 모형시험 (I) 226

5.2. 모형시험(II) 246

5.3. 모형시험(III) 255

5.4. 모형시험(IV) 262

6. 현장시험(I)을 통한 다짐방법평가 283

6.1. 현장시험 (I) 개요 283

6.2. 시험 계획 283

6.3. 시험장비 준비 286

6.4. 시험 결과 분석 291

7. 연속다짐평가 장치 개발 방안 314

제6절 연속다짐평가 316

1. 연속다짐평가 원리 316

2. 가속도계를 이용한 모형시험 323

2.1. 모형시험 (V) 323

2.2. 모형시험 (VI) 330

3. 가속도계를 이용한 현장시험 341

3.1. 현장시험 (II) 341

4. 새로운 지반강성 평가방법 제안 369

5. 연속다짐평가기기 개발 및 검증 373

5.1. 연속다짐 평가 프로그램 시작품 제작 373

5.2. 모형시험 (VII) 375

5.3. 현장시험 (III) 381

5.4. 하드웨어 제작 400

5.5. 소프트웨어 403

5.6. 현장시험 (IV) 406

제7절 성토다짐관리시스템을 이용한 시공 사례 415

1. 후처리 방식을 이용한 현장시험 (V) 415

1.1. 공사 개요 415

1.2. 시공 현황 415

1.3. 시공 결과 419

2. 실시간처리 방식을 이용한 현장시험(VI) 421

2.1. 개요 421

2.2. 위치 정밀도 분석 423

2.3. 다짐도 분석 426

2.4. 다짐 진동수 427

2.5. 로울러 운행 속도 428

제8절 연속다짐평가 사용방안 제안 430

제9절 연속다짐평가 시스템의 경제성 평가 442

1. 다짐시험 빈도 기준 442

2. 경제성 비교 443

제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 450

1. 연구개발목표 달성도 450

2. 관련분야에의 기여도 451

제5장 연구개발결과의 활용 계획 452

1. 지속적인 연구 필요성 452

2. 활용전망 및 기업화 추진방안 452

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 455

제7장 참고문헌 457

부록 462

판권기 483

표 2.1. 다짐로울러 제작사별 채택하고 있는 연속다짐평가 기술 48

표 2.2. 국내 건설 IT 관련 특허 등록현황 51

표 2.3. BAUMA 2007에 전시되었던 IT 융합 건설장비 현황 52

표 2.4. INTERMAT 2009에 전시되었던 IT융합 건설장비 현황 55

표 3.1. PCS의 특징 및 일반사항 65

표 3.2. 셀룰러 망의 특징 및 일반사항 66

표 3.3. TRS의 특징 및 일반사항 67

표 3.4. Wibro의 특징 및 일반사항 68

표 3.5. 각 무선망 비교 검토 69

표 3.6. Wibro망 서비스 시험 (2007년 12월 10일) 69

표 3.7. 통신망 서비스 업체별 분석 70

표 3.8. BSM-860 I/F PIN 71

표 3.9. 회선접속과 패킷접속 72

표 3.10. 프리웨이브 모뎀의 주요 제원 76

표 3.11. HPS-120 주요 제원 77

표 3.12. GPS측량의 종류 93

표 3.13. 가상 기준점 측량방식 95

표 3.14. 시험에 사용한 GPS사양 97

표 3.15. GPS BD 750 주요 사양 106

표 3.16. GGA 형식의 내용 107

표 3.17. VTG 형식의 내용 108

표 3.18. ZDA 형식의 내용 108

표 3.19. 연차별 이동국 단말기 개발 상황 114

표 3.20. 이동국 단말기 운용가능 데이터 수집 모드 115

표 3.21. 성토다짐 단말기 구성 119

표 3.22. RMI Alchemy AU-1200 시리즈CPU 비교표 122

표 3.23. 노바텔 OEMV-3 사양서 123

표 3.24. ANYDATA사의 DTL-800C CDMA모뎀의 사양 124

표 3.25. 단말기 파트리스트 135

표 3.26. GPS 측정결과 필터링의 단계와 적용한 필터들의 종류 156

표 3.27. 칼만필터의 구현에 사용한 상태변수와 조정변수들(Novatel, 2006) 157

표 3.28. 흙의 최대 입자 지름에 대한 시험 구멍의 최소 체적 172

표 3.29. 온도 10~32℃에서의 물 1g당 체적 173

표 3.30. 평판재하시험 기록의 보기 175

표 3.31. 도로설계편람(건설교통부, 2001)에 규정된 성토 기준 179

표 3.32. 철도공사전문시방서 및 철도표준시방서(철도청, 1999)에 규정된 성토 기준 180

표 3.33. 도로설계요령(한국도로공사, 2002)에서 규정된 성토 기준 180

표 3.34. 고속도로공사 전문시방서(한국도로공사, 2001)에 규정된 성토 기준 180

표 3.35. 다짐시험의 판정기준 181

표 3.36. 진동로울러 드럼의 구동방식(Adam and Kopf, 2000) 183

표 3.37. 재료에 따른 포아송비 187

표 3.38. 성토지반 특성에 따른 지오게이지와 FWD 값 188

표 3.39. 현장다짐시험조건 199

표 3.40. B의 값 203

표 3.41. CMV에 따른 흙의 종류 207

표 3.42. 시험에 사용된 흙의 기본 물성치 210

표 3.43. 지오게이지 측정 결과(상대밀도 변화) 215

표 3.44. 지오게이지 측정결과(함수비 변화) 216

표 3.45. 간이지지력시험기 측정결과(상대밀도 변화) 217

표 3.46. 간이지지력시험기 측정결과(함수비 변화) 217

표 3.47. 동평판재하시험기(LFWD) 측정결과(상대밀도 변화) 219

표 3.48. 동평판재하시험기(LFWD) 측정결과(함수비 변화) 219

표 3.49. 동적콘관입시험기(DCP) 측정결과(상대밀도 변화) 221

표 3.50. 동적콘관입시험기(DCP) 측정결과(함수비 변화) 221

표 3.51. 시험에 사용된 흙의 물성치 228

표 3.52. 현장들밀도 시험결과(Layer 1) 233

표 3.53. 현장들밀도 시험결과(Layer 2) 233

표 3.54. 다짐횟수와 시험구역에 따른 지오게이지 시험결과 234

표 3.55. 다짐횟수와 시험구역에 따른 동평판재하시험결과 235

표 3.56. 다짐횟수와 시험구역에 따른 간이지지력 시험결과 236

표 3.57. 다짐횟수와 시험구역에 따른 DCP 시험결과 237

표 3.58. 다짐횟수와 시험구역에 따른 DCP-PR을 이용하여 계산된 EPLT(MPa)(이미지참조) 238

표 3.59. 진동핸드로울러 사양 240

표 3.60. 다짐 횟수에 따른 CMV값(layer 1) 241

표 3.61. 다짐 횟수에 따른 CMV(layer 2) 242

표 3.62. CMV 변동계수(Coefficient Of Variation) - Layer 1 243

표 3.63. CMV의 변동계수(Coefficient Of Variation) - Layer 2 243

포 3.64. 지반의 건조단위중량-시험결과(Layer 1) 244

표 3.65. 지반의 건조단위중량-시험결과(Layer 2) 244

표 3.66. 시험에 사용된 시료의 물성치 249

표 3.67. 모형시험(II)-A 들밀도 시험결과 250

표 3.68. 모형시험(II)-B 들밀도 시험결과 250

표 3.69. 시험부지와 다짐횟수에 따른(다른) 지오게이지 시험결과 251

표 3.70. 시험부지와 다짐횟수에 따른(다른) 동평판재하시험 결과 252

표 3.71. 시험부지와 다짐횟수에 따른(다른) 간이지지력시험결과 253

표 3.72. 시험부지와 다짐횟수에 따른(다른) DCP 시험결과 254

표 3.73. 위치별 시험조건 (모형시험(III)) 256

표 3.74. 각 위치별 시험 조건 (모형시험(IV)) 263

표 3.75. 시험에 사용된 흙의 물성치 264

표 3.76. 현장들밀도 시험결과(모형시험 (IV)-A) 265

표 3.77. 현장들밀도 시험결과(모형시험 (IV)-B) 265

표 3.78. 현장들밀도 시험결과(모형시험 (IV)-C) 265

표 3.79. 평판재하시험결과(모형시험 (IV)-A) 266

표 3.80. 평판재하시험결과(모형시험 (IV)-B) 267

표 3.81. 평판재하시험결과(모형시험 (IV)-C) 267

표 3.82. 오실로스코프 측정결과 268

표 3.83. 지오게이지 시험결과 275

표 3.84. 동평판재하시험(LFWD) 결과 276

표 3.85. 간이지지력시험기 결과 277

표 3.86. 동적콘관입시험기(DCP) 시험결과 278

표 3.87. 모형지반의 건조단위중량-시험결과 280

표 3.88. 모형지반의 'PLT결과-시험결과' 281

표 3.89. 현장시험 (I)의 시험 조건 283

표 3.90. 시험에 사용된 흙의 물성치 285

표 3.91. 들밀도시험 결과(현장시험(I)- A) 297

표 3.92. 들밀도 시험결과(현장시험(I)- B) 297

표 3.93. 들밀도 시험결과(section C) 298

표 3.94. 평판재하시험결과(현장시험 (I)-A) 300

표 3.95. 평판재하시험결과(현장시험 (I)-B) 300

표 3.96. 평판재하시험결과(현장시험 (I)-C) 300

표 3.97. 지오게이지 시험결과 : 현장시험(I)-A 302

표 3.98. 지오게이지 시험결과 : 현장시험(I)-B 302

표 3.99. 지오게이지 시험결과 : 현장시험(I)-C 302

표 3.100. 동평판재하시험 결과 : 현장시험(I)-A 304

표 3.101. 동평판재하시험 결과 : 현장시험(I)-B 304

표 3.102. 동평판재하시험 결과 : 현장시험(I)-C 305

표 3.103. 간이지지력시험 결과 : 현장시험(I)-A 306

표 3.104. 간이지지력시험 결과 : 현장시험(I)-B 306

표 3.105. 간이지지력시험 결과 : 현장시험(I)-C 306

표 3.106. DCP 시험결과 : 현장시험 (I)-A 307

표 3.107. DCP 시험결과 : 현장시험 (I)-B 308

표 3.108. DCP 시험결과 : 현장시험 (I)-C 308

표 3.109. 표층함수비(ω, %)변화에 대한 지오게이지, 동평판재하시험, 간이지지력 시험 결과 변화 313

표 3.110. 다양한 다짐평가방법의 등급 314

표 3.111. 흙의 종류에 따른 CMV 318

표 3.112. 시험에 사용된 흙의 물성치 330

표 3.113. 현장시험(II) 시험조건 341

표 3.114. 시험에 사용된 흙의 물성치 343

표 3.115. 다짐로울러 SV500 (SAKAI) 제원 345

표 3.116. PLT 시험결과 348

표 3.117. 현장들밀도시험 시험결과 348

표 3.118. PLT 시험결과 352

표 3.119. 현장들밀도시험 시험결과 353

표 3.120. PLT 시험결과 356

표 3.121. 현장들밀도시험 시험결과 357

표 3.122. PLT 시험결과 360

표 3.123. 현장들밀도시험 시험결과 361

표 3.124. 시험조건 (현장시험(III)) 381

표 3.125. 현장시험(III)에 사용된 흙의 물성치 383

표 3.126. 지반 재료에 따른 다짐도 평가 값 통계해석 결과 397

표 3.127. 주파수에 따른 다짐도 평가 값 통계해석 결과 399

표 3.128. 데이터 저장 포맷 404

표 3.129. 진동다짐로울러 사양 (Hamm 2320) 407

표 3.130. 다짐 로울러 종류에 따른 다짐도 평가 값 통계해석 결과 414

표 3.131. Dynapac CA251 제원 416

표 3.132. 장비 투입현황 418

표 3.133. 컴팩토미터를 이용한 다짐로울러의 진동수 427

표 3.134. 국산 연속다짐평가장치를 이용한 다짐로울러의 진동수 428

표 3.135. 건설공사 품질시험기준 (2008) 442

표 3.136. 각 다짐평가 시험방법별 단가 비교 (광역지역, 토공량 2,276,000㎥) 443

표 3.137. NVR 이용 상세비용 444

표 3.138. CMS 시스템 구성 단가 (추정) 446

표 3.139. CMS 사용 옵션별 소요 비용 446

표 3.140. 현장 개요 447

표 3.141. 북경남 변전소 부지 공사 추정 CMS 소요비용 (원) 448

표 3.142. 아산시 국도대체우회도로 공사 추정 CMS 소요비용 (원) 449

표 4.1. 연구개발 목표 달성도 (2009년 12월 16일) 450

그림 2.1. 상대다짐 관리시스템 (Geodynamik) 45

그림 2.2. 다짐전략계획 참가 현황 (미국) 47

그림 2.3. 다짐전략계획에 참여하고 있는 다짐로울러 제작사 47

그림 2.4. 심포지움 전경 59

그림 3.1. 성토다짐관리시스템 개요도 62

그림 3.2. 성토다짐관리시스템 상세도 64

그림 3.3. HSDPA와 Wibro 속도비교 68

그림 3.4. Wibro망 서비스 시험에 사용한 K601B UM-PC 69

그림 3.5. BSM-860S 71

그림 3.6. CDMA 통신테스트 블럭도 73

그림 3.7. CDMA 통신에 사용된 데이터 73

그림 3.8. 프리웨이브 모뎀 상품 군 74

그림 3.9. 모뎀 설정메뉴 74

그림 3.10. 프리웨이브 모뎀 FGR09xx 75

그림 3.11. 프리웨이브 통신 시험도 75

그림 3.12. 기지국용 데이터모뎀 구성사진 75

그림 3.13. 설계 검증을 위한 현장 통신 테스트 (대구 발전소 부지) 78

그림 3.14. 프리웨이브 통신 lay-out 79

그림 3.15. 통신 테스트 화면 79

그림 3.16. 시험에 사용된 HPS-120 80

그림 3.17. 시험에 사용된 HPS-120설정화면 80

그림 3.18. GPS 신호 82

그림 3.19. GPS 위성의 배치 82

그림 3.20. GPS 관제소의 운영 84

그림 3.21. GPS 단독측위 방식의 개념 85

그림 3.22. GPS 단독측량 방식과 상대측량 방식 87

그림 3.23. DGPS 측위의 다양한 방식들 87

그림 3.24. 반송파의 위상과 파수 89

그림 3.25. 반송파측량에서 경로차 측정에 의한 기선벡터의 계산 90

그림 3.26. 불확정 정수에 의한 불확정 90

그림 3.27. 위성간 위상차와 수신기간 위상차의 개념 91

그림 3.28. 이중 위상차 92

그림 3.29. GPS 측량 방식 94

그림 3.30. 국토지리정보원 Network RTK 웹서버 화면 95

그림 3.31. Network RTK 측량 개념도 96

그림 3.32. Network RTK의 구성 96

그림 3.33. GPS 정밀도 시험을 위한 시험장치 98

그림 3.34. 2009년 5월 22일 GPS 위성 수신상태 98

그림 3.35. x, y 값의 변화 (후처리 방식 DGPS) 99

그림 3.36. z값의 변화 (후처리 방식 DGPS) 100

그림 3.37. x, y 값의 변화 (Network RTK) 101

그림 3.38. z값의 변화 (Network RTK) 101

그림 3.39. 하이브리드식 이동국용 단말기 하드웨어 구성도 103

그림 3.40. Trimble BD750 GPS 105

그림 3.41. GPS 구성 105

그림 3.42. BD750 설정용 프로그램 105

그림 3.43. SUB 보드 도면 109

그림 3.44. 하이브리드식 단말기 하드웨어 109

그림 3.45. PE의 위치 110

그림 3.46. PE빌더 플러그인 111

그림 3.47. 포팅 완료된 Bart PE 화면 111

그림 3.48. 이동국용 GPS Capture 112

그림 3.49. 다짐도 평가 운영 소프트웨어 (CAP-1) 113

그림 3.50. 실시간 DGPS 좌표데이터 수집모드 116

그림 3.51. 후처리 DGPS 좌표데이터 수집모드 116

그림 3.52. RTK 좌표데이터 수집모드 117

그림 3.53. SBAS 좌표데이터 수집모드 118

그림 3.54. 임베디드 타입 단말기 개발을 위한 블록도 119

그림 3.55. RMI Alchemy AU-1200 CPU 120

그림 3.56. RMI Alchemy AU-1250 CPU 블록도 121

그림 3.57. 노바텔 OEMV-3 GPS 123

그림 3.58. ANYDATA사의 DTL-800C CDMA모뎀 124

그림 3.59. ANYDATA사의 DTL-800C CDMA모뎀 Interface 125

그림 3.60. ORCAD 도면 126

그림 3.61. PCB 도면 (all layer) 130

그림 3.62. PCB 도면 (layer 1) 131

그림 3.63. PCB 도면 (layer 2) 132

그림 3.64. PCB 도면 (layer 3) 133

그림 3.65. PCB 도면 (layer 4) 134

그림 3.66. 케이스 기구 도면 (전면) 138

그림 3.67. 케이스 기구 도면 (윗면) 138

그림 3.68. 임베디드 타입 단말기 내부 구조 139

그림 3.69. 임베디드 타입 단말기 외부 구성 (전면) 140

그림 3.70. 임베디드 타입 단말기 외부 구성 (후면) 141

그림 3.71. 이동국 위치 데이터 분석 144

그림 3.72. 30cm 층다짐을 하는 경우 층 구분 예 145

그림 3.73. 관리프로그램의 구성 (NVR) 146

그림 3.74. 작업창 147

그림 3.75. 작업창 입력예 147

그림 3.76. Center Point 입력 148

그림 3.77. 로울러 정보 입력창 149

그림 3.78. 창보기 창 149

그림 3.79. 옵션 창 150

그림 3.80. 색 변경 150

그림 3.81. 도움말 창 150

그림 3.82. 상태표시영역 입력 예 (1) 151

그림 3.83. 상태표시영역 입력 예 (2) 152

그림 3.84. 상태표시영역 입력 예 (3) 153

그림 3.85. 검증시험 평면도 153

그림 3.86. 후처리 관리시스템 검증 결과 (첫번째 층) 154

그림 3.87. 성토다짐 분석을 위한 프로세스 155

그림 3.88. GPS 속도기반 칼만필터의 효과 159

그림 3.89. 다짐관리를 위한 공간객체 모델 159

그림 3.90. 포인트 객체를 셀 객체로 변환하는 방법 160

그림 3.91. 포인트 객체를 셀 객체로 변환한 예 160

그림 3.92. 중첩법의 적용 161

그림 3.93. 공분산함수 결정 162

그림 3.94. least squares collocation 적용예 163

그림 3.95. SCAN 클래스 다이아그램 164

그림 3.96. 자료입력화면 165

그림 3.97. 입력한 지점객체를 이용하여 분석 기본 단위 객체를 생성 166

그림 3.98. 다짐횟수 분석결과 화면 166

그림 3.99. 흙의 밀도시험 장치 171

그림 3.100. 시험 개념도와 하중강도-침하량 곡선 예시 175

그림 3.101. 밀도검층의 개요도 176

그림 3.102. RI 장비를 이용한 흙의 밀도 측정(한국도로공사 제공) 177

그림 3.103. 감마 검층의 결과 예 178

그림 3.104. 정적로울러 (BOMAG 브로슈어) 182

그림 3.105. 진동로울러와 Oscillatory 로울러(Adam and Kopf, 2000) 183

그림 3.106. Double jump가 발생한 경우 진동로울러 드럼 하부의 다양한 깊이에서의 연직방향 변형 양상 183

그림 3.107. VARIO 로울러 드럼의 진동 방향과 다짐효과(Adam and Kopf, 2000) 185

그림 3.108. Humboldt 지오게이지 187

그림 3.109. 지오게이지 작동 원리 187

그림 3.110. 간이지지력 시험기의 구조 189

그림 3.111. 가속도계부터 CPU까지의 회로도 190

그림 3.112. 가속도계의 출력파형 190

그림 3.113. 충격가속도와 점착력의 관계 191

그림 3,114. 충격가속도와 전단저항각의 관계 191

그림 3.115. 충격가속도와 CBR의 관계 192

그림 3.116. 충격가속도와 지반반력계수의 관계 193

그림 3.117. 충격가속도와 콘지수의 관계 193

그림 3.118. 시험위치 계획 194

그림 3.119. 흙의 종류에 따른 지반반력계수 195

그림 3.120. 동평판재하시험 (ZFG2000) 196

그림 3.121. 동평판재하시험 예비평가를 위한 하수관거 설치 지반의 단면도 198

그림 3.122. 다짐에 사용한 다짐장비들 198

그림 3.123. 동평판재하시험 예비평가를 위한 하수관거 설치 지반의 종단면도 199

그림 3.124. 되메우기에 사용한 모래와 토사의 실내다짐곡선 200

그림 3.125. 다짐횟수별 다짐기기별 들밀도시험 결과 200

그림 3.126. 모래와 토사의 건조단위중량과 동적변형계수 관계 201

그림 3.127. 동적콘관입시험 (Dynamic Cone Penetrometer, DCP) 202

그림 3.128. BOMAG 다짐로울러 204

그림 3.129. AMMANN 다짐로울러 205

그림 3.130. Caterpillar 다짐로울러 206

그림 3.131. Geodynamik사의 컴팩토미터 207

그림 3.132. Sakai사의 다짐관리 디스플레이 장치 207

그림 3.133. 국내 제작 다짐도 측정기 모식도 208

그림 3.134. 가속도계를 부착 모습 208

그림 3.135. 로울러 운전실 내의 표시부 208

그림 3.136. 다짐재료별 로울러 통행횟수에 따른 다짐기 측정값 209

그림 3.137. 다짐재료별 로울러 통행횟수에 따른 건조단위중량 209

그림 3.138. 시험에 사용된 흙의 입도분포곡선 211

그림 3.139. 시험에 사용된 흙의 다짐곡선 211

그림 3.140. 시험에 사용된 램머 212

그림 3.141. 핸드브레이커(표면 정리용) 212

그림 3.142. 시험에 사용된 모형토조 212

그림 3.143. 모형토조 제원 212

그림 3.144. 함수비 조절 213

그림 3.145. 모형지반 조성 214

그림 3.146. 다짐평가장비 측정 위치 214

그림 3.147. 지오게이지 측정 모습 214

그림 3.148. 상대다짐도에 따른 EG의 변화(이미지참조) 215

그림 3.149. 함수비에 따른 EG의 변화(이미지참조) 216

그림 3.150. 상대다짐도에 따른 K30의 변화(이미지참조) 217

그림 3.151. 함수비에 따른 K30의 변화(이미지참조) 218

그림 3.152. 상대다짐도에 따른 ELFWD의 변화(이미지참조) 219

그림 3.153. 함수비에 따른 ELFWD의 변화(이미지참조) 220

그림 3.154. 상대다짐도에 따른 DCP-PR의 변화 221

그림 3.155. 함수비에 따른 DCP-PR의 변화 222

그림 3.156. EG-K30의 상관관계 분석결과(이미지참조) 223

그림 3.157. EG-DCP-PR의 상관관계 분석결과(이미지참조) 223

그림 3.158. EG-ELFWD의 상관관계 분석결과(이미지참조) 224

그림 3.159. K30-DCP-PR의 상관관계 분석결과(이미지참조) 224

그림 3.160. K30-ELFWD의 상관관계 분석결과(이미지참조) 225

그림 3.161. ELFWD-DCP-PR의 상관관계 분석결과(이미지참조) 225

그림 3.162. 진동핸드로울러에 컴팩토미터를 설치한 모습 226

그림 3.163. 모형시험(I)을 위한 시험 구덩이 굴착 227

그림 3.164. 시험에 사용된 흙의 입도분포곡선 228

그림 3.165. 모형시험(I)에 사용된 흙의 다짐곡선 229

그림 3.166. 모형시험(I) 단면 229

그림 3.167. 각 다짐층에 대한 시험방법 적용 위치 230

그림 3.168. 가속도계를 이용한 CMV 측정 모습 230

그림 3.169. 모형시험(I)에 사용한 시험방법틀 231

그림 3.170. 다짐횟수에 따른 지오게이지 시험결과(Layer 1) 234

그림 3.171. 다짐횟수에 따른 지오게이지 시험결과(Layer 2) 234

그림 3.172. 다짐횟수에 따른 동평판재하시험결과(Layer 1) 235

그림 3.173. 다짐횟수에 따른 동평판재하시험결과(Layer 2) 235

그림 3.174. 다짐횟수에 따른 간이지지력시험결과(Layer 1) 236

그림 3.175. 다짐횟수에 따른 간이지지력시험결과(Layer 2) 236

그림 3.176. 다짐횟수에 따른 평균 DCP 시험결과(Layer1) 238

그림 3.177. 다짐횟수에 따른 평균 DCP 시험결과(Layer2) 238

그림 3.178. 다짐 2회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 1) 238

그림 3.179. 다짐 4회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 1) 238

그림 3.180. 다짐 6회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 1) 239

그림 3.181. 다짐 8회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 1) 239

그림 3.182. 다짐 2회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 2) 239

그림 3.183. 다짐 4회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 2) 239

그림 3.184. 다짐 6회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 2) 239

그림 3.185. 다짐 8회 실시 후 깊이에 따른 DCP 시험결과(Layer 2) 239

그림 3.186. 진동핸드로울러 정면/측면도 240

그림 3.187. layer 1 다짐횟수에 따른 CMV(전진) 241

그림 3.188. layer 1 다짐횟수에 따른 CMV(후진) 241

그림 3.189. layer 2 다짐횟수에 따른 CMV(전진) 242

그림 3.190. layer 2 다짐횟수에 따른 CMV(후진) 242

그림 3.191. '지반의 건조단위중량-시험결과' 관계(Layer 1) 245

그림 3.192. '지반의 건조단위중량-시험결과' 관계(Layer 2) 245

그림 3.193. 지오게이지-동평판재하시험 상관관계 246

그림 3.194. 지오게이지-간이지지력 상관관계 246

그림 3.195. 간이지지력-동평판재하시험 상관관계 246

그림 3.196. DCP-지오게이지 상관관계 246

그림 3.197. DCP-동평판재하시험 상관관계 246

그림 3.198. DCP-간이지지력 상관관계 246

그림 3.199. 모형시험(II)-A시험 종류별 측정위치 247

그림 3.200. 모형시험(II)-B 시험 종류별 측정위치 247

그림 3.201. 모형시험(II)-A 시험 부지 전경 248

그림 3.202. 모형시험(II)-B시험 부지 전경 248

그림 3.203. 소형진동로울러 248

그림 3.204. 들밀도시험 전경 248

그림 3.205. 시험에 사용된 시료의 입도분포곡선 249

그림 3.206. 시험에 사용된 시료의 다짐곡선 249

그림 3.207. 지오게이지 시험 결과 (모형시험(II)) 251

그림 3.208. 동평판재하시험 결과 (모형시험(II)) 252

그림 3.209. 간이지지력시험기를 이용한 시험 결과- 모형시험(II) 253

그림 3.210. 동적콘관입시험결과- 모형시험(II) 254

그림 3.211. 성토재의 입도분포 곡선-모형시험(III) 255

그림 3.212. 모형시험(III) 평면도 256

그림 3.213. 모형시험(III) 전경 256

그림 3.214. 평판재하시험 결과 257

그림 3.215. 지반강성 평가장치 시험 결과 257

그림 3.216. 다짐횟수 증가에 따른 지반강성 평가 결과 258

그림 3.217. 함수비 증가에 따른 지반강성 평가 결과 259

그림 3.218. 다짐층 두께 증가에 따른 지반강성 평가 결과 260

그림 3.219. 모형시험(IV) 평면도와 단면도 262

그림 3.220. 모형시험(IV) 조성 모습 263

그림 3.221. 시험에 사용된 흙의 입도분포곡선 264

그림 3.222. 평판재하시험결과(모형시험(IV)-A) 266

그림 3.223. 평판재하시험결과(모형시험(IV)-B) 267

그림 3.224. NI사의 USB-6251 DAQ 268

그림 3.225. 디지털 컴팩토미터의 구조 268

그림 3.226. 가속도계 다짐기에 부착 모습 269

그림 3.227. 디지털화 한 가속도계용 단말기 269

그림 3.228. 모형시험(IV) A-1에 대한 가속도계 결과 269

그림 3.229. 모형시험(IV) A-2에 대한 가속도계 결과 270

그림 3.230. 모형시험(IV) A-3에 대한 가속도계 결과 270

그림 3.231. 모형시험(IV) B-1에 대한 가속도계 결과 271

그림 3.232. 모형시험(IV) B-2에 대한 가속도계 결과 272

그림 3.233. 모형시험(IV) B-3에 대한 가속도계 결과 272

그림 3.234. 모형시험(IV) C-1에 대한 가속도계 결과 273

그림 3.235. 모형시험(IV) C-2에 대한 가속도계 결과 273

그림 3.236. 모형시험(IV) C-3에 대한 가속도계 결과 274

그림 3.237. 모형시험(IV) C-4에 대한 가속도계 결과 274

그림 3.238. 모형시험(IV) C-5에 대한 가속도계 결과 274

그림 3.239. 모형시험(IV) C-6에 대한 가속도계 결과 275

그림 3.240. 지오게이지 시험결과 276

그림 3.241. 동평판재하시험(LFWD) 결과 277

그림 3.242. 간이지지력시험 결과 278

그림 3.243. 동적콘관입시험기(DCP) 시험결과 279

그림 3.244. 모형지반의 건조단위중량-시험결과 280

그림 3.245. 모형지반의 PLT결과-시험결과 281

그림 3.246. 평균 CMV와 평판재하시험 결과 비교 (모형시험 A) 282

그림 3.247. 평균 CMV와 평판재하시험 결과 비교 (모형시험 B) 282

그림 3.248. 성토다짐 시험시공 평면도 284

그림 3.249. 시험시공지역 전경 284

그림 3.250. 현장시험(I)에 사용한 흙 종류 284

그림 3.251. 시험에 사용된 흙의 입도분포곡선 285

그림 3.252. 시험에 사용된 흙의 다짐곡선 286

그림 3.253. 현장시험(I)에서 사용한 진동 다짐 로울러 286

그림 3.254. 기준국 시스템 287

그림 3.255. 이동국 시스템 287

그림 3.256. 관리시스템 288

그림 3.257. 현장시험 계통도 288

그림 3.258. 가속도계 설치 모습 289

그림 3.259. 반도체 가속도계의 구조 및 칩 샘플 289

그림 3.260. 반도체 칩 가속도계 290

그림 3.261. 현장시험(I)에서 수행한 다짐도 평가 방법들 291

그림 3.262. 다짐 로울러의 이동 궤적 분석 292

그림 3.263. 다짐 로울러의 다짐횟수 분석 292

그림 3.264. 다짐로울러의 이동속도 분석 293

그림 3.265. 다짐로울러의 다짐두께 분석 293

그림 3.266. 시간에 따른 위치별 CMV 분포 294

그림 3.267. A-1에서의 로울러의 진동수와 지반의 CMV 295

그림 3.268. A-2에서의 로울러의 진동수와 지반의 CMV 295

그림 3.269. B-1에서의 로울러의 진동수와 지반의 CMV 295

그림 3.270. B-2에서의 로울러의 진동수와 지반의 CMV 295

그림 3.271. C-1에서의 로울러의 진동수와 지반의 CMV 295

그림 3.272. C-2에서의 로울러의 진동수와 지반의 CMV 295

그림 3.273. 디지털 컴팩토미터와 반도체 가속도계 결과 비교 296

그림 3.274. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 들밀도시험결과 298

그림 3.275. PLT의 '하중-침하' 그래프를 이용한 EPLT(i) 산정(이미지참조) 299

그림 3.276. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 K30의 변화(이미지참조) 301

그림 3.277. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 EPLT(i)의 변화(이미지참조) 301

그림 3.278. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 지오게이지 탄성계수(EG) 변화(이미지참조) 303

그림 3.279. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 동평판재하시험 동적탄성계수(ELFWD) 변화(이미지참조) 305

그림 3.280. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 간이지지력 시험의 K30 변화(이미지참조) 307

그림 3.281. 다짐횟수, 다짐층 두께에 따른 DCP-PR(mm/blow) 변화 308

그림 3.282. EPLT(i)(MPa), K30(MN/㎥)와 새로운 다짐평가장비의 상관관계(이미지참조) 309

그림 3.283. EPLT(i)와 탄성 계수 EG의 상관관계(이미지참조) 310

그림 3.284. EPLT(i)와 동적탄성계수 ELFWD의 상관관계(이미지참조) 310

그림 3.285. K30(PLT)와 K30(간이지지력)의 상관관계(이미지참조) 311

그림 3.286. EPLT(i)와 DCP-PR의 상관관계(이미지참조) 312

그림 3.287. 표층 함수비(ω, %)변화에 대한 지오게이지, 동평판재하시험, 간이지지력 시험결과 증가율 313

그림 3.288. 진동로울러의 힘의 평형 316

그림 3.289. 진동 주기에 따른 힘과 지반반력 316

그림 3.290. 지반강성에 따른 지반 반력의 변화 양상 (AMMANN, 2008) 317

그림 3.291. 다짐횟수 증가에 따른 주파수 파워스펙트럼 317

그림 3.292. 실시공에 의한 가속도계 다짐도(CCV)와 RI 측정 다짐도 (Dc) 관계 319

그림 3.293. 평판재하시험의 원리와 EVIB의 원리(이미지참조) 320

그림 3.294. BOMAG에서 개발한 EVIB(이미지참조) 320

그림 3.295. 진동로울러와 지반의 상호작용에 관한 이론 (Anderegg, 2000) 321

그림 3.296. 드럼에 가해지는 힘과 이와 관련된 하중루프 (from Kloubert's presentation at TRB 2004, BOMAG). 321

그림 3.297. 모형시험 (V) 현장 323

그림 3.298. 진동로울러와 가속도계 장착 324

그림 3.299. 모형시험 수행 324

그림 3.300. 모형시험에 사용한 흙의 입도분포 324

그림 3.301. 다짐횟수 증가에 따른 모형시험체의 강성 변화 325

그림 3.302. 가속도계 데이터와 FFT 분석 결과 326

그림 3.303. CMV와 다짐도 평가시험결과 비교 327

그림 3.304. CMV-A와 다짐도 평가시험결과 비교 327

그림 3.305. CCV1과 다짐도 평가시험결과 비교 327

그림 3.306. CCV2와 다짐도 평가시험결과 비교 328

그림 3.307. PWRI와 다짐도 평가시험결과 비교 328

그림 3.308. 컴팩토미터 결과(CMV)와 가속도계 분석 결과 비교 328

그림 3.309. 모형시험 (VI) 현장 330

그림 3.310. 모형시험(VI)에 사용한 흙의 입도분포 331

그림 3.311. 모형시험(VI)에 사용한 풍화토의 다짐시험곡선 331

그림 3.312. 모형시험 (VI)의 평면도 및 단면도 331

그림 3.313. 다짐횟수 증가에 따른 기준 다짐평가시험결과 (느슨한 화강풍화토 지반) 332

그림 3.314. 다짐횟수 증가에 따른 기준 다짐평가시험결과 (중간정도 화강풍화토 지반) 333

그림 3.315. 다짐횟수 증가에 따른 기준 다짐평가시험결과 (쇄석 지반) 333

그림 3.316. 다짐횟수 증가에 따른 쇄석지반 파쇄 현상 333

그림 3.317. 화강풍화토 지반의 다짐시험 결과 335

그림 3.318. 쇄석 지반의 다짐시험 결과 336

그림 3.319. 화강풍화토 지역의 연속다짐평가 값 비교 337

그림 3.320. 쇄석 지역의 연속다짐평가 값 비교 338

그림 3.321. CMV와 CMV-A의 상관관계 339

그림 3.322. 현장시험(II) 시험조건 및 다짐평가시험 시험위치 342

그림 3.323. 시험부지 전경 342

그림 3.324. 다짐로울러를 이용한 시험모습 342

그림 3.325. 현장시험(II)에 사용된 흙의 입도분포곡선 343

그림 3.326. 현장시험(II)에 사용된 흙의 다짐곡선 343

그림 3.327. Trimble 4700 344

그림 3.328. 시험에 사용된 다짐로울러(SV500) 344

그림 3.329. 가속도계 부착 모습 344

그림 3.330. 동평판재하시험(LFWD) 전경 346

그림 3.331. 동적콘관입시험(DCP) 전경 346

그림 3.332. 지오게이지(geogauge)시험 전경 346

그림 3.333. 평판재하시험(PLT) 전경 346

그림 3.334. 현장들밀도시험 전경 346

그림 3.335. JO-1 컴팩토미터(Compactometer)결과 347

그림 3.336. CMV와 EPLT의 변화(이미지참조) 348

그림 3.337. CMV와 건조단위 중량, 함수비의 변화 349

그림 3.338. CMV와 EG의 변화(이미지참조) 349

그림 3.339. CMV와 ELFWD의 변화(이미지참조) 350

그림 3.340. CMV-C와 1/DCP-PR ×200의 변화 350

그림 3.341. JO-2 컴팩토미터(Compactometer)결과 351

그림 3.342. CMV와 EPLT의 변화(이미지참조) 352

그림 3.343. CMV와 건조단위중량, 함수비의 변화 353

그림 3.344. CMV-C와 EG의 변화(이미지참조) 353

그림 3.345. CMV와 ELFWD의 변화(이미지참조) 354

그림 3.346. CMV와 1/DCP-PR ×200의 변화 354

그림 3.347. JO-3 컴팩토미터(Compactometer)결과 355

그림 3.348. CMV와 EPLT의 변화(이미지참조) 356

그림 3.349. CMV와 건조단위중량, 함수비의 변화 357

그림 3.350. CMV와 EG의 변화(이미지참조) 357

그림 3.351. CMV와 ELFWD의 변화(이미지참조) 358

그림 3.352. CMV와 1/DCP-PR ×200의 변화 358

그림 3.353. JO-4 컴팩토미터(Compactometer)결과 359

그림 3.354. CMV와 EPLT의 변화(이미지참조) 360

그림 3.355. CMV와 건조단위중량, 함수비의 변화 361

그림 3.356. CMV와 EG의 변화 361

그림 3.357. CMV와 ELFWD의 변화(이미지참조) 362

그림 3.358. CMV와 1/DCP-PR ×200의 변화 362

그림 3.359. JO-5 컴팩토미터(Compactometer)결과 363

그림 3.360. CMV와 EG의 변화(이미지참조) 363

그림 3.361. CMV와 ELFWD의 변화(이미지참조) 364

그림 3.362. CMV와 1/DCP-PR ×200의 변화 364

그림 3.363. JO-1의 CMV와 CMV-A 결과 366

그림 3.364. JO-5의 CMV와 CMV-A 결과 366

그림 3.365. JO-5의 CMV와 CMV-A 결과 367

그림 3.366. JO-5의 거리에 따른 CMV, CCV1, CCV2, PWRI의 변화 368

그림 3.367. 다짐과정에 따른 흙입자배열변화 모식도 및 가속도기록 370

그림 3.368. 본 연구에서 제안한 다짐도 평가 현장시험결과 372

그림 3.369. CMV와 CV 비교 372

그림 3.370. 연속다짐평가 기기 개발 과정 373

그림 3.371. 연속다짐평가 프로그램 시작품 화면 374

그림 3.372. 모형시험(VII) 수행 위치 375

그림 3.373. 모형시험(VII) 평면도 375

그림 3.374. 모형시험(VII) 현장 375

그림 3.375. 동평판재하시험 결과 376

그림 3.376. CMV 분포 양상 (흙 바닥) 377

그림 3.377. 동평판시험결과와 CMV 비교 (흙 바닥) 377

그림 3.378. CMV와 CMVxG 비교 378

그림 3.379. 동평판시험결과와 CMVxG 비교 378

그림 3.380. 잔디 위에서의 CMVxG, CMV, 동평판재하시험 결과 379

그림 3.381. 콘크리트 위에서의 CMVxG, CMV, 동평판재하시험 결과 380

그림 3.382. 현장조건 및 시험방법 382

그림 3.383. 다짐평가장비의 시험위치 382

그림 3.384. 현장시험(Ill)에 사용된 흙의 입도분포곡선 383

그림 3.385. 현장시험(Ill)에 사용된 흙의 다짐곡선 383

그림 3.386. 현장시험 (III)에 사용된 다짐로울러 384

그림 3.387. 연속다짐평가장치 장착 384

그림 3.388. 정밀 GPS 시스템 384

그림 3.389. CMS를 이용한 현장시험 (III) 오전 시험 결과 (다짐횟수) 385

그림 3.390. CMS를 이용한 현장시험 (III) 오후 시험 결과 (다짐횟수) 385

그림 3.391. CMS를 이용한 현장시험 (III) 오전 시험 결과 (CMV) 386

그림 3.392. CMS를 이용한 현장시험 (Ill) 오후 시험 결과 (CMV) - 흙지반 386

그림 3.393. JN-1 거리와 다짐횟수에 따른 CMV 변화 387

그림 3.394. JN-1의 CMV와 LFWD, 지오게이지시험결과 388

그림 3.395. JN-1의 CMV와 DCP시험결과 389

그림 3.396. JN-2 거리와 다짐횟수에 따른 CMV 변화 390

그림 3.397. JN-2의 CMV와 CMVxG 비교 391

그림 3.398. JN-3 거리와 다짐횟수에 따른 CMV 변화 391

그림 3.399. JN-3의 CMV와 CMVxG 비교 392

그림 3.400. JN-4 거리와 다짐횟수에 따른 CMV 변화 393

그림 3.401. JN-4의 CMV와 LFWD, 지오게이지, DCP시험결과 394

그림 3.402. JN-5 거리와 다짐횟수에 따른 CMV 변화 394

그림 3.403. CMS를 이용한 현장시험 (III) 오후 시험 결과 (CMV) - 자갈지반 395

그림 3.404. JN-5의 CMV와 LFWD시험결과 396

그림 3.405. JN-5의 CMV와 CMVxG 비교 396

그림 3.406. 두 번째 다짐레인(JN-2)의 CMV와 CMVxG 상자그림 397

그림 3.407. 세 번째 다짐레인(JN-3)의 CMV와 CMVxG 상자그림 398

그림 3.408. 자갈 지반(JN-5)의 CMV와 CMVxG 상자그림 398

그림 3.409. 다짐진동주파수 변화에 따른 CMV-xG 분포 399

그림 3.410. 다짐진동주파수 변화에 따른 CMV 분포 399

그림 3.411. 가속도계 센서 400

그림 3.412. 터치스크린식 소형컴퓨터 401

그림 3.413. 데이터로거와 일체형 시스템 402

그림 3.414. 일체형 시스템의 측면모습 403

그림 3.415. 연속다짐평가 시뮬레이터 403

그림 3.416. 저장 형태 404

그림 3.417. 완성된 연속다짐평가 시스템 405

그림 3.418. 진동다짐로울러 (Hamm 2320) 406

그림 3.419. 현장시험(IV) 개요 408

그림 3.420. CMS를 통한 진동횟수 관리-현장시험(IV) 408

그림 3.421. 연속다짐평가 장치 장착 408

그림 3.422. CMS를 통한 다짐횟수 관리-현장시험(IV) 409

그림 3.423. 다짐레인(11)의 CMV와 CMVxG 비교 410

그림 3.424. 다짐레인(12)의 CMV와 CMVxG 비교 410

그림 3.425. 다짐레인(12-1)의 CMV와 CMVxG 비교 411

그림 3.426. 다짐레인(13)의 CMV와 CMVxG 비교 411

그림 3.427. 다짐레인(14)의 CMV와 CMVxG 비교 411

그림 3.428. 다짐레인(15)의 CMV와 CMVxG 비교 412

그림 3.429. 다짐레인(16)의 CMV와 CMVxG 비교 412

그림 3.430. CMS를 통한 CMV 관리 -현장시험(IV) 413

그림 3.431. 다짐로울러 종류에 따른 CMV와 CMVxG 상자그림 414

그림 3.432. 756kV 북경남 변전소 조감도 415

그림 3.433. 현장시험(V)에 사용한 다짐로울러 (Dynapac CA251) 416

그림 3.434. 하이브리드 타입 단말기 (SBAS) 416

그림 3.435. GPS 안테나 416

그림 3.436. 2009년 8~9월에 수행한 성토다짐관리 지역 417

그림 3.437. 다짐 후 모습 (A지역) 417

그림 3.438. 다짐 후 모습 (B지역) 417

그림 3.439. 다짐궤적 예 (2009년 9월) 419

그림 3.440. 다짐횟수 예 (2009년 9월) 419

그림 3.441. 다짐속도 예 (2009년 9월) 420

그림 3.442. 현장시험(VI)에 사용한 GPS 종류 421

그림 3.443. 현장시험(VI)에 사용한 다짐로울러 (Dynapac CA251) 422

그림 3.444. GPS 안테나 장착 모습 422

그림 3.445. 연속다짐평가센서 장착 422

그림 3.446. 연속다짐평가 시뮬레이터 장착 422

그림 3.447. 기지국 422

그림 3.448. 기지국내 관리시스템 422

그림 3.449. 다짐시험 평면도 - 현장시험(VI) 423

그림 3.450. 위치 정밀도 분석 (SBAS vs. RTK) 424

그림 3.451. CMS를 이용한 로울러 다짐횟수 (SBAS) 425

그림 3.452. CMS를 이용한 로울러 다짐횟수 (RTK) 425

그림 3.453. CMV와 CMVxG 비교 426

그림 3.454. CMS를 이용한 CMV 분포도 427

그림 3.455. CMS를 이용한 진동수 분포도 428

그림 3.456. CMS를 이용한 로울러의 운행속도 분포도 429

그림 3.457. 연속다짐 시공 순서 437

그림 3.458. 연속다짐 설계기준값 산정 절차 438

그림 3.459. 기존 다짐평가방법의 소요비용 448

I. 제목

텔레매틱스를 활용한 지능형 성토다짐관리시스템 개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

토목공사에서 성토 작업은 흙을 쌓아 넓은 부지를 조성하거나 도로 등을 건설하는데 반드시 필요한 주요공정이다. 성토의 목적은 각 공사의 목적이나 종류에 따라 다른데, 넓은 부지를 조성하는 경우, 주위 지역과 고저차를 일치시켜 부지 사용상에 편의를 제공하기 위해 성토를 수행하며, 토로의 경우에는 하부에 전달되는 하중을 분산시키거나 연약지반을 미리 압밀시키기 위해 성토를 수행한다. 성토공정에서는 성토 흙 확보를 위한 절토 및 토취 공정, 토취장에서 성토 위치까지의 흙 운반 및 포설 공정 그리고 성토체가 일정한 강도를 가지고 과도한 침하가 발생하지 않도록 하기 위해 성토재료를 일정한 사용 기준 이상의 값을 갖도록 다짐하는 것이 핵심 공정이라 할 수 있다. 이와 같은 일련의 핵심 공정들은 전체 공사비, 공사시간 등에 막대한 영항을 미치나, 대부분 체계적인 관리시스템의 부재로 작업자 자신의 인위적인 판단에 의해 작업이 진행되는 것이 대부분이다. 따라서 현재까지도 인력에 의해 개별적으로 관리되어 왔던 성토관리공정에 첨단기술을 접목시켜 체계적으로 관리하는 종합 시스템으로의 전환이 필요하다. 특히, 국내 성토 다짐공정관리는 평판 재하시험 (KS F 2310)이나 현장에서 모래 치환법에 의한 흙의 밀도 시험방법 (KS F 2311), 흙의 다짐 시험방법 (KS F 2312) 등을 이용한 일점시험(spot test)으로 전체의 성토다짐을 관리하고 있어 현재의 시험관리 방법으로는 전체 성토 부지의 다짐도를 판단할 수 없다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 최근 유럽, 미국 그리고 일본을 중심으로 연속다짐관리 (Continuous Compaction Control, CCC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 다짐공정과 다짐 평가를 분리하여 진행하던 공정을 다짐진행과 동시에 다짐평가를 연속적으로 수행할 수 있는 획기적이며 혁신적인 다침 관리방법이다. 기존 다짐 설계시에 일정한 로울러 통과 횟수, 로울러의 속도 등이 계획되었다 하더라도, 실제 현장에서 흙의 함수비 차이나 다양한 흙의 종류 등의 원인으로 일정한 다짐도를 얻을 수 없는 경우가 많다. 즉, 설계시에 계획한 로울러의 통과횟수 및 일정한 로울러 계수 등에만 의존하는 경우 공사지역에 따라 과다짐 되고 일부분은 과소 다짐이 되는 부분이 있기 때문이다.

본 연구에서는 기존 방법에 비해 여러가지 장점이 있는 연속다짐평가 시스템과 이 시스템을 좀 더 효율적으로 현장에 적용하기 위한 텔레매틱스(Telematics) 개념의 접목을 최초로 시도하였다. 텔레매틱스 개념을 도입하면 현장에서 움직이는 건설기계의 위치를 추적하여 다수의 건설기계의 움직임과 경로 등을 한자리에서 파악할 수 있어 공정관리에 매우 효과적인 도구로 사용할 수 있다. 따라서 이 기술들을 연속다짐관리 기법과 융합하여 시스템화 한다면, 기존 토목기술과 첨단 기술과의 융합으로 인해 결과물의 중요성은 한층 더 커지며 가까운 미래에 실질적으로 사용되는 실용 미래 건설기술로 각광 받게 될 것으로 기대된다. 또한, 텔레매틱스를 이용한 건설 IT는 그 적용 가능 범위가 넓어 또 성토와 관련된 다양한 건설장비에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

본 연구는 총 2개의 연구내용으로 구성되어 있다.

o 제 1 과제

- 제 1 과제 연구의 최종 목표는 국내 실정에 맞는 연속다짐평가시스템의 도출이다. 실제로 성토체의 다짐도를 직간접적으로 시험할 수 있는 방법이라면 어떠한 시험방법도 연속다짐관리기법에 사용할 수 있다. 본 연구에서는 최근 해외에서 각광받고 있는 가속도계(Accelometer)를 이용하여 다양한 실내, 현장 조건에서의 시험을 수행하고 각 시험기의 특징과 도출결과를 분석한다. 가속도계를 이용한 시험 결과와 국내외에서 연구로서 진행되는 일점법 다짐도 평가시험인 지오게이지(Geogauge), 동적콘관입시험기(Dynamic Cone Penetration test, DCP), 동평판재하시험(Light Falling Weight Deflectometer, LFWD) 등의 시험 결과를 비교 분석한다. 또한 기존의 시험 방법은 평판재하시험이나 현장밀도시험 결과 등과 비교 분석을 통해 연속다짐관리기법에 적용할 수 있는 최적의 시험방법들을 유추한다. 궁극적으로 최적의 연속다짐평가 방법으로 선택된 방법을 이용하여 시제품을 제작하고 이에 대한 검증을 수행한다.

o 제 2 과제

- 제 2 과제는 연속다짐평가 장비에 설치하는 단말기 시제품과 현장에 운영되는 로울러의 시공이력 전체를 관리하는 연속다짐관리시스템을 개발하는 것이다. 개발하는 단말기의 주요 기능은 정밀 GPS를 사용하여 로울러의 궤적을 추적하고 연속다짐평가 센서에서 얻은 지반 다짐결과를 획득하는 것으로 궁극적으로는 이 두 자료를 기지국의 성토다짐 관리시스템에 전송하여 관리하는 시스템을 제작한다. 관리시스템은 현장 다짐로울러의 다짐횟수 및 다짐상태를 감리자, 작업자, 시공자에게 제공하도록 제작한다. 단말기 시제품은 최근 소형화 추세의 단말기 개발에 맞추어 소형화, 소전력 시스템 구현이 가능하도록 임베디드 방식을 기본으로 하여 개발한다. 기지국과 이동국을 연결하는 무선통신은 시공상황에 적합하도록 소규모지역 또는 광대역 통신이 모두 가능하도록 제작한다.

IV. 연구개발결과

본 연구를 통해 도출된 결과는 다음과 같다.

■ 유럽, 미국 그리고 일본 등의 선진국을 중심으로 연속다짐평가 방법에 대한 다양한 관점의 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 선진국을 중심으로 첨단 IT와 결합한 성토다짐관리 시스템을 개발하고 현장결과 데이터베이스 구축을 통한 신기술의 현장 확대에 많은 노력을 꾀하고 있음을 확인하였다.

■ 최적의 연속다짐평가 방법 선정을 위해 실내시험 1회, 현장모형시험 7회, 현장시험 6회를 수행하였으며, 이를 통해 가속도계를 이용하는 방법이 가장 효율적인 연속다짐평가방법임을 확인하였으며, 기준시험으로 동평판재하시험(LFWD)을 기존 다짐도 평가방법인 평판재하시험이나 들밀도시험방법 등을 대체할 수 있음을 확인하였다.

■ 본 연구에서 수행한 실내, 현장 시험결과를 근거로 다짐도 기준시험으로 동평판재하시험(LFWD)과 간이지지력시험기(CASPfOL)가 시험 결과의 신뢰성과 시험방법의 편리성 등에서 매우 만족할 만한 결과를 나타내는 것으로 확인하였다. 지오게이지는 다른 시험에 비해 시험결과가 상대적으로 민감한 것으로 나타났다. 동적콘관입시험(DCP)은 비교적 안정된 다짐도 평가 결과를 제공하고 있지만, 동평판재하시험(LFWD)에 비해 시험 속도가 느리고 시험이 상대적으로 불편한 것으로 나타났다.

■ 가속도계를 이용하여 지반의 반발력을 측정하여 다짐도를 평가하는 방법을 이용하여 지반다짐정도를 평가한 결과 흙의 종류, 로울러의 속도, 로울러의 진동수 등 여러 가지 요인에 의해 가속도계가 다양하게 반응하는 것으로 나타났으며, 주파수 분석을 통해 얻은 다짐도 평가 값과 기준시험인 평판재하시험 결과와 비교적 잘 일치하는 결과를 나타내고 있다.

■ 다양한 규모의 실내 및 현장시험을 수행하여 신속성, 편리성, 숙련도 면에서 가속도계가 연속다짐평가에 가장 적합한 장치로 판단되었으며, 가속도계에서 얻은 로울러의 진동과 이에 따른 지반 반력에 대한 주파수 분석을 통해 연속다짐평가 장치 시제품을 개발하였다.

■ 본 연구에서 제작한 연속다짐평가 장치 시제품을 기존 상용 장치와 비교 분석한 결과 상당히 신뢰성이 높은 결과를 얻을 수 있었으며, 다양한 수식을 이용하여 다양한 연속다짐평가 측정값을 함께 얻을 수 있도록 제작하였다.

■ 연속다짐평가 장치 시제품은 터치식 단말기를 이용하여 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 개발하였으며, 게인(gain) 값과 가속도계 민감도를 조절할 수 있는 진동주파수의 역치(threshold)를 입력할 수 있도록 하여 대상 지반에 대한 다짐도 변별력이 가능하도록 제작하였다.

■ 다짐로울러에 장착되는 단말기는 이동체의 궤적과 연속다짐평가를 통한 다짐도 정보를 처리하도록 제작하였다. 이동체 궤적은 SBAS와 RTK 방식이 사용가능하도록 하였으며, 통신은 소규모 지역통신과 광대역 통신인 CDMA를 사용할 수 있도록 구성하였다.

■ 관리시스템은 관리자가 현장다짐로울러의 작동상태를 파악할 수 있는 시스템으로 구성하였으며, 후처리 방식의 관리시스템인 Navigation for Vibratory Rollers(NVR)와 실시간 방식이 가능한 Compaction Monitoring System(CMS)를 제작하였다.

■ 본 연구에서 개발한 연속다짐평가 장치 및 이동국 위치추적시스템 그리고 관리시스템을 가동하여 현장시험을 수행한 결과 안정적으로 연속다짐평가 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

■ 본 연구에서 개발한 성토관리시스템의 경제성을 분석한 결과 공기가 빠르고 성토량이 많은 부지조성 지역의 다짐 지역에는 경제성이 높을 것으로 예상되었다.

■ 연속다짐평가방법을 채택한 성토다짐관리시스템을 효율적으로 사용하기 위해 사용방안을 제안하였다.

V. 연구개발결과의 활용계획

■ 본 연구에서 개발한 성토다짐 관리시스템과 이에 대한 사용방안을 현장에 제공하여 연속다짐평가가 가능한 성토다짐 관리시스템의 현장 적용을 확대하고 관련 현장 데이타를 축적하여 본 첨단 기술의 실용화를 앞당기고자 한다.

■ 본 연구결과는 현장실무자들에 대한 첨단 성토관리시스템 사용에 대한 인식제고를 위해 학술발표회나 세미나를 통해 본 연구결과를 지속적으로 발표할 계획이다.

■ 또한, 본 연구에서 습득한 첨단융합기술을 토공현장에 투입되고 있는 도우저, 그레이더, 로더 등 다양한 현장장비에도 적용할 수 있도록 활용할 계획이다.