Vol. 30, No 임 원 회 장 부 회 장 이 사 감 사 이승호(상지대) 강휴택(동부ENG) 권오균(계명대) 김동수(한국과학기술원) 백승철(안동대) 이우진(고려대) 정상섬(연세대) 정충기(서울대) 최용규(경성대) 황제돈( 에스코컨설턴트) 강인규

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2 Vol. 30, No 임 원 회 장 부 회 장 이 사 감 사 이승호(상지대) 강휴택(동부ENG) 권오균(계명대) 김동수(한국과학기술원) 백승철(안동대) 이우진(고려대) 정상섬(연세대) 정충기(서울대) 최용규(경성대) 황제돈( 에스코컨설턴트) 강인규( 브니엘컨설턴트) 고경환(삼성물산 토목사업본부) 곽기석(한국건설기술연구원) 김기석( 희송지오텍) 김낙영(한국도로공사) 김대홍(한국전력) 김동규(한국건설기술연구원) 김범주(동국대) 김병일(명지대) 김상환(호서대) 김양재( 한양) 김영욱(명지대) 김오경(진흥기업) 김용현(한국기초주식회사) 김운형( 다산컨설턴트) 김응태(삼성물산 건설부문) 김재권(용인경량전철 ) 김제경( 경동엔지니어링) 김진만(부산대) 김진홍( 동명기술공단) 김창용(한국건설기술연구원) 김학규(두산건설 ) 남관우(대보건설 ) 남현우( 서영엔지니어링) 박광준( 대정컨설턴트) 박두희(한양대) 박성완(단국대) 박수홍(LH공사) 박영목(영남대) 박영호( 현대건설) 박인준(한서대) 박정순(국토교통과학기술진흥원) 박종호(평화지오텍 ) 박충화(대전대) 백 용(한국건설기술연구원) 서복남( 대우건설) 석재덕(대림산업 ) 송평현( 세일지오텍) 신승목( 새길이엔시) 신은철(인천대) 안태봉(우송대) 양태선(김포대) 여규권(삼부토건 ) 오세준( 이원이엔지) 오영석(한국시설안전공단) 우종태(경복대) 유광호(수원대) 유충식(성균관대) 유한규(한양대) 윤길림(한국해양과학기술원) 이강일(대진대) 이명재( 도담이앤씨) 이상헌( 다산이엔지) 이석원(건국대) 이승래(한국과학기술원) 이승철(강원대) 이용수(한국건설기술연구원) 이용주(서울과학기술대학교) 이익효(전남대) 이재국(경동기술공사) 이택희 임영덕(한국전력) 장범수(한국시설안전관리공단) 장용채(목포해양대) 전석원(서울대) 전제성(인덕대) 전한용(인하대) 정남훈( 지원지오텍ENG) 정문경(한국건설기술연구원) 정승용( 지구환경전문가그룹) 정헌철( 비엠에스이앤씨) 조 현(쌍용건설 ) 조계춘(한국과학기술원) 조두희( 삼안) 조성민( 평원ENG) 조성민(한국도로공사) 조성한(GS건설 ) 조천환(삼성물산 ) 최승철(한국수자원공사) 최인걸( 유신) 최정환(한국철도시설공단) 한우선(해공환경) 한중근(중앙대) 홍선택( 삼전건설) 홍순택(씨지이앤씨 ) 황선근(한국철도기술연구원) 황영철(상지대) 김동민(한국종합기술) 이광열(동서대) (가나다순) 편집위원회 위 원 장 간 사 위 원 이석원(건국대) 고성일(단우기술단) 고태영(SK건설) 김대현(조선대) 김도형(삼성물산(주)) 김동규(한국건설기술연구원) 김동현(대한건설ENG) 김윤태(부경대) 문준식(경북대) 박민수(단우기술단) 박시삼(GS건설) 서경원(대우건설) 송기일(인하대) 신영완(하경엔지니어링) 심영종(LH공사) 안재훈(부산대) 이석진(롯데건설) 이용주(서울과학기술대) 이재국(경동엔지니어링) 임형덕(대림산업 ) 장석부(삼성물산 ) 장일한(한국건설기술연구원) 정경식(에스텍컨설팅그룹) 정경한(도담이앤씨) 정일택(코오롱글로벌) 조계춘(한국과학기술원) 최기훈(두산건설) 최항석(고려대) 김낙영(한국도로공사) 김범주(동국대) 김영상(전남대) 김영석(한국건설기술연구원) 김제경(경동엔지니어링) 김종민(세종대) 배경태(대우건설) 사공명(한국철도기술연구원) 신동훈(한국수자원공사) 여규권(삼부토건) 우상백(평화지오텍) 윤찬영(강릉원주대) 이성진(한국철도기술연구원) 이승원(현대건설) 이철주(강원대) 정영훈(경희대) 조성한(GS건설) 채광석(GS건설) (가나다순) 4 地 盤 발 행 처 사단법인 한국지반공학회 ( ) 서울특별시 서초구 서운로 19. (서초월드오피스텔 1202호) 전 화 (02) , 전 송 (02) kgssmfe@chollian.net 발 행 인 이승호 편 집 인 이석원 편집담당 박지승 인 쇄 처 (주)씨아이알 02) 인 쇄 발 행 월간/비매품

3 시론 6 지천명( 知 天 命 )을 지나며... 김병일 기술기사 제체의 차수 및 보강을 위한 SCB(Soil-Cement-Bentonite) 지중연속벽 공법 김승욱, 박헌구, 우제근, 김홍택 8 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 고려사항 김상규, 김윤태, 김재홍 15 흙, 돌 그리고 나 Geo Atlanta 2014를 통해 본 Bio-soil 연구의 최근 동향 장일한, 조계춘 25 케임브리지로부터의 통신 5 - 원심모형시험에 대한 약간의 비판적인 견해 이철주 30 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 후기 조 현 34 함께하는 지반여행 49 Q&A 이종건 문화광장 51 자연의 언어로 말하는 사면과의 대화 소식통 국제학술회의 소식 53 해외매거진 소개 62 국제 Project 56 논문집 개요 소개 66 신간안내 61 천재시낭 69 인정에 얽매이지 않은 사귐 우리들의 시간 원기춘 위원회소식 73 회원동정 75 편집후기 고태영 76 광 고 회비납부안내 Vol.27, No.12 5

4 시론 Opinion 지천명( 知 天 命 )을 지나며... 김 병 일 우리학회 기술위원회 전담이사 명지대학교 토목환경공학과 교수 일 년에 3~4권정도 주로 방학 때를 이용하여 종류에 관계없이 책을 읽 는다. 최근에는 미치 앨봄이 쓴 모리와 함께 한 화요일(Tuesdays with Morrie) 과 파울로 코엘류가 쓴 연금술사 를 읽었다. 모리와 함께 한 화요 일 은 루게릭 병으로 죽어가는 대학교수 모리가 죽기 전 10여주 동안 저자인 제자와 화요일마다 여러 가지 주제로 대화를 나눈 것을 책으로 엮은 것으로 인생에 대해 많은 점을 느끼게 하는 책이다. 죽음을 앞둔 노교수가 제자에게 전하는 인생에 대한 충고, 사랑, 일, 가족, 용서, 결혼, 죽음 등에 관한 모리교 수의 한말 한말도 마음을 움직였지만 점점 몸이 굳어가 꼼짝도 못하면서 죽 어가는 한 인간의 모습에 눈물이 절로 흘렀다. 지난 가을인가 출근 길 버스창가 너머로 보이는 노랗게 물든 은행나무를 보 며 이전과는 다르게 쓸쓸함을 느끼며 오십이 넘은 내 인생을 되돌아보며 스 마트폰에 몇 문장 끌적거리던 생각이 난다. 모리가 이야기 한 여러 가지 말 중 그가 가장 강조한 말은 시인 오든(Wystan H. Auden)이 말한 서로 사랑하 지 않으면 멸망하리 이다. 이 말을 제일 좋아하는 모범적인 삶을 살아온 모리 에게도 후회하는 일이 있었다. 동생과의 갈등을 오랫동안 해결하지 못하다가 죽기 전에야 해결했고, 그렇게 가깝게 지냈던 한 친구부부와는 죽기 전까지 후회하면서도 결국 화해하지 못하고 죽었다. 아직 모리보다 훨씬 젊은 나이 지만 나도 생각해보았다. 미워하는 사람은 없는가? 얼굴보기 싫어 애써 외면 하는 친척은 없는가? 내 주변에 있는 사람들에게 사랑을 베풀고 있는가? 내 아내, 내 부모, 내 자식들, 처가, 누나들, 친척들, 친구들에게 잘하고 있나? 너 무 욕심스럽게 나만을 위해 살고 있지는 않나? 뒤돌아보게 되었다. 또 나는 그 때 앞으로 내 인생에서 중요한 것은 무엇인가 생각해보았다. 연 구, 강의, 봉사, 가족, 건강, 친구, 돈... 이제까지 주로 신경을 써온 연구와 강 의보다는 가족(아내, 부모, 자식), 친구 등 사람이 제일 중요하고 기본은 건강 이라는 평범한 결론에 도달하였다. 평생 아무리 슬퍼도 눈물을 거의 흘리지 않았던 내가 언제부터인가 여성 6 地 盤

5 호르몬이 많이 분비되는지 약간만 슬픈 영화를 봐도 나도 모르게 눈물이 주루룩 흘러내린다. 당뇨와 고지혈증으로 매일 아침마다 약을 4개나 먹는다. 4년 전에는 요로결석으로 고생을 하고, 2년 전부터 눈이 잘 안보여 책을 읽으려 면 안경을 벗어야 한다. 나이를 먹어가는 것이 슬프다. 육체적 감성적으로 약해진 것이 사실이다. 남은 인생을 잘 살 기 위해서는 어떻게 해야 하나 고민스럽다. 앞으로 최소 30년은 더 살아야 하는데... 몸 여기저기가 하나씩 고장 나 는 것은 어쩔 수 없을 것 같다. 다만 그 시기를 늦춰야겠지. 피는 건강한 가계에서 태어났다. 친가와 외가쪽 조부모 중 90대 후반까지 사신 분이 두 분이나 계시다. 아버지도 평생 당뇨약을 드시고 있지만 아주 건강하시고, 33년생인 아 버지와 36년생인 어머니는 친구부부와 함께 요즘도 매년 1번씩 거의 한 달 동안 태국으로 골프여행을 떠나신다. 부 모님을 보니 건강의 비결은 꾸준한 운동이 기본이다. 주변 사람들과 같이 건강해야 더 행복할 것 같다. 연금술사 는 코엘류의 대표작으로 자신의 꿈을 찾아 떠나는 한 소년의 이야기를 축으로, 신비로운 체험과 심오한 생의 물음들을 던져준다. 내가 제일 좋아하는 책으로 나에게 오는 대학원생에게 자주 권하는 책이다. 이번에 아들놈 이 대학을 갔는데 읽어보라고 하면서 나도 또 다시 읽어보았다. 양치기 소년은 보물을 찾기 위한 이집트까지의 여행 과정에서 많은 것을 잃고 또 더 많은 것을 얻는다. 인생을 막 출발하는 소년의 씩씩한 기상과 용기, 그리고 아내와 보 물을 얻는 여정이 매우 흥미진진하게 펼쳐진다. 나름 목표를 향해 달려온 내 인생을 뒤돌아보게 한다. 반환점을 지난 나에게 약간의 열정을 다시 생기게 한다. (크게 열정이 생기지는 않는다.) 웃기는 건 이십대 초반의 열혈청년인 내 아 들놈은 이 좋은 책을 읽고 억지로 독후감을 썼지만 별다른 감흥이 없나보다. 결국은 뭐든 본인이 느껴야 하나 보다. 몇 년 전 고등학교 선배님이 선물로 주어 읽은 해프타임 이란 책이 생각난다. 기독교 색채가 강하여 약간 거부감 도 있었는데 인생이 반 지난 시점에서 이제부터 중요한 것은 주변에 대한 봉사라는 저자의 주장이 아직도 생생하다. 우리 학교 어느 교수 연구실에 갔더니 이름도 낯선 아프리카 아이들 사진이 책장에 가득하다. 한 사람 한 사람 한 달 에 3만원씩 후원하다보니 이제 10명이 되었다고 한다. 매번 생각만 하지 실천을 못하는 내가 부끄러웠고, 그 교수가 다시 보였다. 얼마 전에 이탈리아 총리가 된 39세 마테오 렌치 는 취임사에서 난 두 갈래의 길 중 적게 간 길을 택하 겠다 고 했단다. 로버트 프로스트의 The Road Not Taken 이란 시를 모두 알고 있지만 누구나 적게 간 길 을 택하기는 쉽지 않을 것 같다. 주변 사람에게도 사랑 을 베풀면서 또 열심히 인생을 살아야겠다 Vol.30, No. 5 7

6 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.8~14 제체의 차수 및 보강을 위한 SCB (Soil-Cement-Bentonite) 지중연속벽 공법 김 승 욱 박 헌 구 우 제 근 김 홍 택 (주)KER컨설턴트 대표이사 대진SCB 대표이사 (주)KER컨설턴트 팀장 홍익대학교 토목공학과 교수 1. 서 론 저수지 제체 및 하천제방 등의 노후화로 인해 누수 가 발생할 경우 현재까지 이를 보강하는 공법은 일반 적으로 차수 그라우팅 공법이 보편적인 안으로 적용 되고 있는 실정이다. 차수 그라우팅 공법이 효율적인 대안의 하나이나 공법의 내구성 문제와 지반의 공극 을 통해 충진 되는 그라우팅 공법의 특성상 정확한 보 강범위 검증 및 파악이 불가능하다는 한계를 극복하기 위해 다양한 그라우팅 공법이 개발되어 적용되고 있 다. 본 고를 통해 소개하고자 하는 SCB 지중연속벽체는 설계시 계획된 깊이와 폭을 굴착하는 동시에 정해진 재료로 치환하므로 일반적인 그라우팅공법에 비해 차 수성에 대한 정확한 예측과 시공결과에 대한 성과 검 증이 용이한 장점이 있다. SCB 지중연속벽체의 시공성 및 경제성 개선을 위해 암파쇄용 웨지가 장착된 Long Boom 백호를 이용한 차수벽체 시공방법 개발로 시공기간 단축 및 보다 확 실한 차수, 제체의 보강과 더불어 경제성 향상을 도모 할 수 있을 것으로 판단된다. 2. 지중연속벽체의 계획 및 시공방법 2.1 SCB 지중연속벽체의 계획 일반적으로 SCB 지중연속벽체는 차수를 목적으로 사용되며, 오염된 지하수를 차단하기 위한 차수벽 또 는 댐 기초지반의 하부로 누수 되는 것을 방지하기 위 8 地 盤

7 제체의 차수 및 보강을 위한 SCB(Soil-Cement-Bentonite) 지중연속벽 공법 그림 1. long boom 백호 그림 2. 암파쇄용 웨지가 장착된 버킷 한 용도로는 시멘트를 첨가하지 않는 SB 재료를 사용 하는 것이 경제적인 측면에서 매우 유리한 것으로 보 고되고 있다. SCB 지중연속벽은 보다 특수한 상황에 적합하며, 일반적인 원지반 흙-벤토나이트 혼합물의 강도가 기초 하중을 지탱하기에 부족한 상황에서, 지 하수의 흐름을 차단할 수 있는 차수벽을 설치할 목적 으로 최근 몇 년 동안 사용 빈도가 증가하고 있다. 뒤채 움 혼합물에 시멘트를 추가하게 되므로, 가중되는 더 큰 하중을 지탱할 수 있는 더욱 견고한 지중연속벽을 형성하게 된다. SCB 지중연속벽은 기존의 원지반 흙-벤토나이트 재료 보다 많은 장치 및 품질 관리가 필요하다. 뒤채움 믹싱, 샘플링 및 테스팅의 전 과정에서 더욱 정밀한 시 공이 이루어져야 하기 때문에 원지반 조사, 배합설계, 품질시험 등이 요구된다. 가. 원지반조사 뒤채움재료로 사용되는 흙은 잘 부스러져서 혼합 이 용이하여야 하며 유기물, 쓰레기 또는 해로운 이물 질이 없어야 하므로, 사전에 굴착 토사에 대한 입도분 석을 통하여 원재료로의 사용가능성을 확인하여야 한 다. 뒤채움재료의 입도는 표 1과 같다. 표 1. 뒤채움재료의 입도 체 규격 건조상태 통과율 비고 7.62 cm 100% NO. 200 > 20% 표 2. 뒤채움재료의 구성비 구분 벤토나이트 시멘트 물 비고 용량 18~89kg/m3 30~89kg/m3 35% 단위체적(m3) 당 나. 배합설계 지중연속벽체의 재료로 사용할 수 있는 원지반 흙의 종류와 지반상태, 혼합재료의 가격과 설계 등의 여러 가지 요인으로 SCB 지중연속벽에 사용되는 뒤채움재 의 배합설계가 필요하며, 일반적인 SCB 지중연속벽 뒤채움재의 구성비는 표 2와 같다. 2.2 SCB 지중연속벽체의 시공방법 SCB 지중연속벽체의 가장 큰 장점은 시공공정이 단 순하여 빠른 시공속도로 긴급공사에도 적용이 용이하 고 지상에서 굴착작업을 시행한 후 굴착구역을 SCB재 Vol.30, No.5 9

8 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.8~14 료로 치환을 하므로 확실한 품질관리가 가능하다는 점 과 시공과정 전반에 대한 관리감독 및 시공성과에 대 한 검측이 용이하다는 점을 들 수 있다. SCB 지중연속벽체의 시공개요 및 시공절차는 다음 그림 3과 같다. 3. 시공사례 및 품질관리 3.1 시공사례 1 Trench 굴착 2 안정액 주입+굴착토 반출 3 추가 굴착+굴착토 반출 4 SCB 배합물 타설+굴착 5 최종 굴착+굴착토 반출 그림 3. SCB 지중연속벽체 시공개요도 6 SCB 지중연속벽체 완성 그림 4. SCB 지중연속벽체 시공절차 10 地 盤

9 제체의 차수 및 보강을 위한 SCB(Soil-Cement-Bentonite) 지중연속벽 공법 가. Watkins Dam의 보수를 위한 지중연속벽 설치공사 Utah주 북부 Ogden시 근교에 위치한 어스필댐 길이 : 22.5km, 제체고 : 12.0m 2006년11월, 기초지반 침식에 의한 유로형성 및 파이핑 현상 발생 댐의 저수량 원상복구 및 완벽한 차수를 위해 CB Slurry Wall 적용 시멘트-벤토나이트 차수벽 시공: - 총연장 : 8.0km, 깊이 : 약15.3m, 폭 : 76.0cm 그림 8. 시공전경 및 현장현황, BHP제철소 - 실측 연속벽체 투수계수 k= cm/s - 시공속도 : 840m2이상/day 시공기간 : 착공일로부터 5개월 그림 5. Watkins Dam, Utah, USA 나. 호주 Hunter River SB 지중연속벽 호주 뉴사우스웨일즈의 메이필드시에 위치한 BHP제철소 부지 제철소에서 발생한 오염된 지하수가 Hunter River로 흘러 들어가는 것을 차단하기 위하여 SB 지중연속벽을 설치 차수벽 규모 : 총넓이 : 48,000m2, 폭 : 91.0cm, 깊 이 : 49.0m 공사 기간 : 2006년 05월~12월 원지반흙과 벤토나이트를 혼합하여 목표 투수계 수 cm/sec 달성 제철소에서 발생하는 금속물질과 폐화학물질이 확산하는 것을 막아 자연환경을 보호하는 좋은 선례가 됨 그림 6. 제방단면 모식도 그림 7. 차수보강 단면 다. Palm Beach 저수지 건설을 위한 SB 지중연 속벽 설치 미국 플로리다 남부의 수자원 관리 구역에서 저수 지로 전환할 목적으로 골재채석장(Aggregates Quarry)을 매입 저수지로 재개발하기 위해 채석장 측면에 Soil- Bentonite 차수벽을 설치 채석장 바닥면은 물이 침투하기 힘든 기반암 위에 위치하므로 기반암 위에서 안정적으로 Slurry 벽 체가 설치됨 Vol.30, No.5 11

10 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.8~14 그림 9. 시공 완료된 저수지 전경, Loxahatchee 그림 10. Everglades 습지 공사, Miami, Lakeland FL, USA 차수벽 규모 : 총 넓이 69,677m2, 폭 : 76.0cm, 깊 이 : 24.4m 공사기간 : 2005년 06월~2006년 02월 부에서 밑바닥까지 수직으로 통과할 수 있는지) 및 굴 착 깊이를 측정하여 확인하며, 굴착토사에 대한 시험 등을 통해 확인할 수 있다. 라. CB Slurry wall Installation L-31N Canal 미국 플로리다 남부 Everglades 습지에서 L-31 수로로 지하수 침투 방지를 위해 Cement- Bentonite 차수벽체의 시험시공 시행 기존의 제방의 하단에는 유공성 석회암이 존재하 여 제방 하단으로 상당량의 습지의 물이 침투하 는 상황이었음 단단한 석회암을 암반파쇄장비를 이용하여 먼저 파쇄한 후, 트랜치 굴착을 시행하며 Slurry 벽체 를 설치함 차수벽 규모 : 총 넓이 1,680m2, 폭 : 60.0cm, 깊 이 : 5.4m 3.2 품질관리 가. 굴착 굴착작업이 연속적으로 이루어져야 하고 설계심도 까지 굴착하도록 하며, 이에 대한 검증은 현장에서 굴 착장비의 움직임(1 굴착되지 않은 원지반에 걸리지 않고 굴착방향으로 장비이동이 가능한지, 2 굴착상 나. 재료 1) 벤토나이트, 시멘트 : 현장에 사용하는 재료는 시 방규격에 적합한 재료로써, 제조사의 품질보증서 를 받도록 함 2) 물 : 재료의 배합에 사용되는 물은 매회 검수함 3) 굴착 토사 : 굴착 중간 깊이에서 채취하여 시방규 격에 적합한지 품질시험을 실시함 4) SCB 뒤채움재 : 시방규격에 적합한 슬럼프와 밀 도를 확보해야 하며, 시공전 품질시험을 완료하여 야 함 다. 관입시험 및 투수시험 관입시험은 매 3.0~6.0m 마다 굴착방향으로 실시 하며, 특히 시공이음부의 경사면과 굴착되는 지반의 바닥부분을 관측함으로써, 굴착면의 붕괴 및 과도한 침전 발생시 대처할 수 있도록 한다. 시공된 지중연속벽체의 투수계수는 현장에서 SCB 뒤채움시 시료를 채취하여 실내시험을 통해 투수계수 를 측정한다. 12 地 盤

11 제체의 차수 및 보강을 위한 SCB(Soil-Cement-Bentonite) 지중연속벽 공법 표 3. 굴착 및 뒤채움재료에 대한 자료정리 항목 항목 기준 시험 회수 비고 YP/PV 비율 > 3 1회/트럭 벤토 나이트 점도 > 30 1회/트럭 여과손실 < l 1회/트럭 함수량 < 10 % 1회/트럭 잔류>75μm < 4 % 1회/트럭 미국 석유협회 오일-웰 드릴링액의 원료에 대한 규격 ph 6~8 1/Source 미국 석유협회 오일-웰 드릴링액의 물 경도(Hardness) < 100 ppm 1/Source 원료에 대한 규격 전 용해물질 < 500 ppm 1/Source 환경기준 초기단계 벤토나이트 슬러리 점도 > 40 seconds 2/shift API 수계 드릴링액의 현장시험을 위한 권고 실행 기준절차 농도 >1,025 kg/m3 2/shift 슬러리의 농도측정 여과손실 < l 2/shift API 수계 드릴링액의 현장시험을 위한 권고 실행 기준절차 벤토나이트 함유량 > 5 % 1/프로젝트 - 슬럼프 10.16~15.24 cm 1/shift Con c 슬럼프 측정 SCB 뒤채움 재료 입도 15<#200<85 % 1/2000cy 체가름 시험 농도 24 kg/m3 > 1/shift 슬러리의 농도측정 투수성 < cm/sec 1/2000cy 투수시험 라. 자료정리 본 시공에 관련된 품질시험 결과 아래의 기준에 적 합해야 하며 발주자의 승인을 받아야 한다. 굴착 깊이 와 뒤채움경사 등에 대한 설계도면은 지속적으로 관리 하도록 하며 매일 작업종료 후 연장된 굴착과 뒤채움 에 대한 내용을 기록하도록 한다. 4. 활용방안 및 제언 본 고에서 소개된 공법은 노후화로 인해 기능성이 저하되는 수리시설의 개보수사업에 적용함으로써 내 구성 증진 및 재해에 대한 대비를 할 수 있을 것으로 판 단되며, SCB 지중연속벽 공법을 적용함으로써 다음 의 효과가 기대된다. 시공성이 개선된 신공법 적용으로 개보수 기간 단 축 및 경제성 향상 도모 합리적인 품질관리 및 성과검증 방안 제시로 개보 수 비용의 효율적 집행 가능 경제적인 보수 보강 공법개발을 통해 국가예산 및 유지관리비용 절감 도모 아울러 효과적인 SCB 지중연속벽공법 적용을 위한 토목재료의 개발(배합비 및 시공두께 등) 및 신속한 시 공을 위한 장비 및 시공기법의 개발에 대한 연구가 진 행되어야 할 것으로 판단된다 Vol.30, No.5 13

12 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.8~14 1. Ruffing, D. G., and Evans, J. C., (2010) In Situ Evaluation of a Shallow Soil Bentonite Slurry Trench Cutoff Wall Proceedings of the 6th International Congress on Environmental Geotechnics, New Delhi, India 2. Brandt Demars, P.E., Curt Pledger, P.E., Bruce Barrett, P.E. (2009) A.V. WATKINS DAM MODIFICATION: CEMENT- BENTONITE SLURRY CUTOFF WALL Proceedings ofthe United States Society on Dams 29th Annual Meeting and Conference in Nashville, TN, in April Ruffing, D. G., Evans, J. C., and Malusis, M. A., (2010) Prediction of Earth Pressures in Soil-Bentonite Cutoff Walls, ASCE GeoFlorida 2010 Advances in Analysis, Modeling and Design GSP 199, pp Christopher R. Ryan P.E. and Charles A. Spaulding P.E. (2008) Strength and Permeability of a Deep Soil Bentonite Slurry Wall Strength and Permeability of a Deep Soil Bentonite Slurry Wall The Challenge of Sustainability in the Geo-Environment Proceedings of the Geo-Congress 2008 ASCE New Orleans LA 14 地 盤

13 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.15~24 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 고려사항 김 상 규 동국대학교 명예교수 김 윤 태 부경대학교 교수 김 재 홍 K-water 연구원 책임연구원 1. 서론 최근 국가산업의 발전과 국민경제의 활성화에 따라 부족한 산업부지 확충과 새로운 건설부지 확보 차원에 서 준설 매립된 인공지반 뿐만 아니라 해안 연약지반 의 활용이 점차 증가하고 있다. 국내에서는 1972년 여 수국가공업단지를 시작으로 그동안 해안을 매립하는 공사가 많이 시행되어져 왔다. 특히, 1990년대 초반부 터 부산 신항만을 계기로 낙동강 델타지역의 개발이 이 루어졌고 앞으로도 이 지역에서 계속적인 개발이 예상 된다. 이렇게 부지조성을 위해 해안 연약지반을 매립 할 경우 성토하중에 의해 압밀침하가 발생하고 이 압밀 침하를 빨리 진행시키고 후속작업인 도시기반시설(도 로, 상 하수 관로, 하천개수 등)의 안정된 작업을 추진 하기 위하여 필히 지반개량을 수행하여야 한다. 지반개량 방법에는 여러 가지가 있으나 대부분 시 공의 편리성이나 경제성 등으로 기성품의 연직배수재 (P.V.D)공법을 많이 적용하는데, 연직배수재 설계시 타설 심도를 지지층까지 도달하도록 설계한다. 연약 지반이 불과 10~20m 정도의 얕은 곳은 크게 문제되 지 않지만 50~60m 정도의 대심도 연역지반인 경우 에도 지지층까지 설계를 적용하는 실정(표 1)이다. 그 러나 대심도 연약지반 하부에 존재하는 피압대수층, 용탈효과, 횡방향 토압에 의한 통수능 감소현상, 시공 장비의 연직도 관리 등을 고려할 때 과연 지지층까지 적용이 필요한가에 대하여 논의되어져야 한다(김재 홍, 2013). 본고에서는 대심도 연약지반의 연직배수재 설계 시 스미어 존이나 Well Resistance 같은 일반적인 연직 배수재 설계에서 고려할 사항은 언급하지 않기로 하 고, 대심도 연직배수재의 개량깊이에 대해서만 논하 기로 한다 Vol.30, No.5 15

14 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.15~24 표 1. 낙동강델타지역 연직배수재 설계 현황 사 업 명 총공사기간 연약지반처리기간 연직배수재 간격(m) 처리심도(m) 부지조성면적(천m2) 도로 12개월 화전지구(1공구) 38개월 단지 12개월 녹지 12개월 1.5m~2.0m 20~ 도로 15개월 화전지구(2공구) 39개월 단지 15개월 녹지 30개월 1.6m~2.0m 20~ 화전지구(3공구) 39개월 도로 12~16개월 단지/녹지 18개월 1.4m~2.0m 20~ 부산신항 배후국제산업 물류도시 48개월 도로/단지 19개월 녹지 무처리 1.1m~2.0m 15~48 5,600 도로 12개월 명지지구 50개월 단지 12개월 녹지 30개월 1.7m~3.0m 29~51 4, 지반조건 2.1 피압(분수압, Artesian pressure) 서해안 연약지반의 경우 연약점토가 지표면에 가깝 게 형성되어 있지만, 낙동강하구 델타지역의 연약점토 는 대부분 지표면에서 하부 약 10~15m는 사질토로 형 성되어 있고, 그 하부에 연약점토가 두껍게 퇴적되어 있는 형상으로 이와 같은 퇴적특성은 해침 및 해퇴의 영향을 많이 받았다(그림 1). 이러한 지반조건은 대심 도 연약지반의 연직배수재 설계 시 참고되어야 한다. 그림 1. 낙동강 하구 지층 단면의 개략도(김상규, 2010) 피압수압은 투수층내의 수압이 지표면의 지하수위 보다 높은 수압이다. 피압을 받은 사질토 층내의 담수 는 상방향으로 흐르며, 점토층의 염분을 용탈하는 작 용을 한다. 피압이 존재하는 연약지반의 유효응력은 피압만큼 작기 때문에 압밀침하량 계산 시 피압을 고려하지 않 아 예상보다 큰 침하가 발생되는 사례가 있다. 또, 피 압이 존재하는 지반에서는 연직배수재를 타설 시 상재 하중의 재하 전에 배수재 타설만으로도 압밀침하가 발 생한 사례도 있다(김상규 등, 1999). 반면, 연직배수재 가 피압 대수층의 관통 시에는 연직배수재 통수능을 초과하는 현상이 발생하여 압밀이 지연되는 사례도 있 는 것으로 보고되고 있다. 장연수 등(2000)은 피압이 존재하는 연약점성토에 서의 연직배수재 타설깊이에 대해서 3차원 수치흐름 모델을 이용하여 피압대수층이 관통되었을 때 지하수 량이 배수재를 통한 점성토내의 지하수 배수를 방해할 정도의 큰 수량이 아님을 시사하고 배수재의 관입깊이 16 地 盤

15 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 고려사항 는 피압대수층까지 1m 미만을 남길 정도로 근접시공 하여도 무리가 없다는 결과를 제시하였다. 또한, 피압수가 존재하는 연약점성토 지반내의 연직 배수재의 부분 및 완전관입에 따른 압밀거동을 관찰하 기 위한 수치해석에서 연직배수재가 부분 관입된 경우 는 일면배수형태로 압밀이 진행되고 과잉간극수압이 아주 늦게 소산되었다. 완전관입인 경우 양면배수형 태로 안정적이고 압밀이 빠르게 진행된 것으로 나타났 고, 부분관입인 경우 초기 피압의 소산으로 인하여 완 전관입된 경우보다 침하량이 크게 발생한다고 하였다 (진형식 등, 1998). 이러한 사유로 선행압밀하중의 정확한 분석은 매우 중요하다. 그러면, 피압수압의 존재를 어떻게 알수 있 을까? 유효상재응력과 선행압밀응력과의 차이가 피 압수압으로 고려하면 된다. 표 2는 낙동강하구 델타지역 내 피압 수두의 현황이 다. 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 피압을 고려 하지 않으면 압밀침하량이 작게 계산되어 장기 압밀 침하면에서는 불리 할 것이다. 반면, 피압 고려 시에는 피압 대수층까지 연직배수재의 타설 연장이 증가됨에 따른 재료비 상승과 상재하중 증가로 토공물량에도 영 향을 끼친다. 토공 물량은 대단위 토취장 개발과도 관 련이 있다. 토취장 개발로 자연파괴 및 관련기관 협의 에도 많은 어려움이 따른다. 설계 구역의 피압수압에 대한 분석과 설계반영 여부를 고려할 필요가 있다. 2.2 용탈작용(Leaching) 연약지반은 주로 해침 시에 퇴적되었으므로 지반 내 염분이 포함되어 있다. 상기 피압에 의해 담수의 상향 침투로 염분의 용탈효과가 나타날 수 있다(Kim & Do, 2011). 지반 내 염도가 감소하면 액성한계가 감소하고 액성지수가 1보다 커지고, 예민비가 커지며, 전단강도 는 감소한다. 그림 2는 낙동강 하구델타지역의 탈염작용이 발생 한 깊이를 추정한 것이다. 하부로 갈수록 탈염이 증대 한다. 이는 역으로 이야기하면 하부지반으로 갈수록 그림 2. 낙동강 하구 델타지역의 탈염작용이 발생한 깊이 (김상규, 2010) 표 2. 낙동강하구 델타지역내 피압 수두의 비교 위 치 GL. 아래 표고(m) 최대 피압수두(m) 참고 문헌 양산 대우 엔지니어링(1998) 부산 신항 허(2003) 가덕도 방파제 부산 신항(1998) 조정 경기장 대우 엔지니어링(1998) 신호 Chung et al.(2003) Vol.30, No.5 17

16 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.15~24 탈염으로 인해 지반의 예민비나 민감도가 증가된다는 의미이다. 그림 3은 해성점토와 염분이 용탈된 점토에 대한 압 밀시험을 수행한 결과이다. 염분이 용탈되면 점토의 미세 흙구조, 선행압밀하중에 영향을 줄 뿐만 아니라 압축지수와 팽창지수가 증가 하는 것으로 나타났다. 따라서 염분은 용탈이 점토의 압축성에 악영향을 주는 것으로 나타났다(Kim & Do, 2011; 김윤태, 2008). 연 약지반 개량시 용탈효과가 지반의 압축성, 선행압밀 하중, 침하량 등에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구 가 필요하다. 2.3 Sand seam Seam이 존재하는 것으로 추측한다. 그러나, 국내에서 는 Sand seam의 효과에 대한 연구는 거의 전무한 실 적으로 실내실험이나 수치해석을 시행하더라도 경계 조건 설정이 상당히 어려운 실정이다. 낙동강 델타 구역은 Sand Seam이 많이 발달해 있 다. Sand Seam의 확인은 일반 시추조사가 아닌 피에 조 콘이나 Sampler를 4~5m 간격으로 채취하는 것이 아닌 전 구간에 대하여 Sampler를 적용하면 가능하 다. 물론, 공사비가 상당히 증가하므로 필요한 구간에 서만 적용하도록 한다. 상기와 같은 조사로 Sand Seam의 존재여부가 확 인되면 Sand Seam이 수평배수층으로서 역할이나 설 계 반영방법에 대한 연구를 진행하여야 한다. 현장에서 연직배수재 타설후 연직배수재를 통해 하 부 연약지반의 물이 배출되는 현상이 확인되는데, 동 일구간에서도 어떤 구간에서는 지반내 물이 전혀 배출 되지 않는 현상이 종종 나타난다. 이런 현상이 발생할 경우 시공시 간극수 배출이 원할한 곳과 별다르지 않 게 시공하였는데도 발생한다. 원인 분석을 위해 간극 수압계, 지하수위계, 강우일자 등을 고려하여도 이런 현상에 대해서 마땅히 원인을 찾지 못하는 게 현실이 다. 여러가지 원인이 있을 수 있으나 하부지반에 Sand 3. 연직배수재 3.1 구속압에 의한 통수능 연직배수재 설계시 영향인자들 가운데 여러 가지가 있으나 가장 중요한 것이 통수능이다. 특히 심도가 깊 어질수록 구속압이 커지고, 증가된 구속압은 배수재 의 통수능에도 영향을 미친다. 구속압력이 클 경우, 필터재의 변형이 매우 크게 발 Void ratio,e kPa kPa 1.0 Leached 0.8 Unleached Log effective stress (kpa) (a) 염분용탈에 따른 압축성의 변화 (b) 염분용탈에 따른 선행압밀하중의 변화 그림 3. 탈염작용이 점토의 압축성(a)과 선행압밀하중(b)에 미치는 영향(Kim and Do, 2011) 18 地 盤

17 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 고려사항 생하여 구속압력에 의해 필터가 코어쪽으로 밀려들어 가 배수재의 통수능을 크게 저하시키게 된다. 국내에 서는 통수능 시험시 구속압력에 대한 특별한 고려없이 일률적인 값을 적용하고 있다. 시방기준외 현장조건 이 반영된 구속압력을 적용하여 시험을 실시하여야 하 는 것으로 밝혔다(백원진 등, 2008). 정승용 등(2005)은 PBD와 FD 제품에 대하여 구속 압과 재하응력에 따른 배수재별 통수능 변화를 측정 하여 FD의 경우에는 통수능 감소 속도가 PBD에 비해 더욱 크고 구속압에 의해서 통수능이 저하하는 사실을 제시하였다. 심도는 구속압으로 가정하여 계산하면 가능하다. 향 후, 낙동강 델타지역의 연약지반 심도를 고려한 구속 압으로 연직배수재 통수능 실험을 시행하여 대심도에 따른 통수능 저하에 따른 효율성으로 경제적인 연직배 수재 타설길이 산정이 필요할 것으로 사료된다. 3.2 연직배수재 종류 연직배수재는 지반에 설치후 압밀과정에서 휘어지 거나(Bending), 접히거나(Folding)하여 이로 인한 배 수성능이 저하된다(박영목, 1996). 하모니커 코어를 가진 배수재가 요철형보다 통수능이 좋은 것으로 제시 하였는데(신은철 등, 2005), 대심도 연직배수재 설계 시 유리한 연직배수재 종류에 대해서 논하고자 한다. 설계 연직배수재의 종류에 따라 대심도 연약지반 개 량에 차이를 줄 수 있다. 연직배수재 종류에 관한 의견 은 연구자별로 차이가 있다. 대심도 연약지반의 지반개량에 적합한 배수재를 선 정하고자 시행한 통수능 시험 결과 단일코어 PBD보 다 이중코어 PBD가 효과적인데, 이중코아의 경우 중 앙유로의 확보로 클로킹에 유리한 것으로 확인되었다 (변요셉 등, 2009). 연직배수재의 통수능이 대심도 연약지반의 압밀거 동에 미치는 영향을 평가하기 위해 횡방향 토압에 의 한 통수능 감소현상을 고려하여 통수능을 향상시킨 이 중코어 PBD를 시험구역에 설치하고 기존 단일코어 PBD와 계측 비교를 위해 수치해석으로 연직배수재의 통수능에 따른 압밀 거동양상을 비교 분석한 결과 단 일코어와 이중코어 연직배수재의 배수능 차이는 미미 하다고 밝혔다(최항석 등, 2008). 연직배수재 종류에 대한 연구는 구속압에 따른 통수 능 연구처럼 대심도 적용에 따른 연구가 필요하다. 3.3 타설 장비 연직도 신뢰성 연직배수재 타설시 Mandrel에 Anchor Plate를 정 착하여 타설하기전 아무리 완벽하게 연직도를 확보하 여 타설하더라도 Mandrel이 지반내 관입후에 타설과 정에서 정확한 연직성 확보가 어려운 실정이다. 연직 배수재가 연직도를 확보하지 못하면 압밀 지연이 발생 한다. 연직배수재 타설장비에 배수재의 시공 심도, 압력, 수직도를 자동측정하여 작업자가 실시간으로 모니 터링 할 수 있고 시공결과를 자동 저장하는 시스템을 개발하여, 실제로 현장에 적용되고 있다(김민호 외, 2011). 하지만, 이에 대한 검증시스템은 아직 개발되지 않 은 실정으로 많은 논란이 되고 있다. 가령, 말뚝기초처 럼 말뚝기초를 설치후 말뚝의 설계마찰력이나 건전성 사진 1. 연직배수재 타설 기록 장치(김민호 외, 2011) Vol.30, No.5 19

18 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.15~24 사진 2. 지표면 침하판 변형 광경 등을 확인하는 말뚝재하시험처럼 연직배수재를 지반 내 타입한후 연직도를 확인할수 있는 방법은 아직까지 개발이 되지 않은 상태로 이에 대한 추가적인 연구개 발이 필요하다. 3.4 지반 변형 에 대해서 SCP 개량지반에 대하여 실내모형실험을 통 하여 모델점토지반에 간극수압계, 토압계, 다이얼계 이지등을 설치하여 개량효과에 대한 압밀침하량과 응 력분담비등을 측정하여 미관통 지반의 압밀침하량은 관통 지반의 압밀 침하량 보다 더 크게, 응력분담비는 적었음을 확인하였다(정종범 등, 1999). 또한, 압밀도 에 따른 미관통 SCP공법과 관통 SCP 공법을 병용한 복합지반의 압밀침하 거동을 수치해석을 통해 미관통 SCP의 하단부에는 응력집중효과가 발휘되지 않았으 며 응력분담비는 압밀도에 관계없이 거의 일정한 양상 을 보인 것으로 나타났다(이강일 등, 2012). 연잭배수재의 응력집중 및 압밀도를 고려하여 지지 층까지의 설계시 고려할 사항이다. 단, 다짐말뚝에 대해서는 다짐말뚝이 어느 정도 규 격이 있지만 불과 폭 10cm, 두께 0.5cm 정도의 PBD 제 품에서 미관통 효과의 신뢰성을 확보하기 위하여 수치 해석이나 실내실험이 가능한지에 대해서는 많은 연구 가 필요할 것이다. 연직배수재를 설계에 맞게 설치하더라도 성토에 의 한 압밀침하 과정에서 발생하는 지반 변형으로 연직배 수재의 연직도가 유지되기 어렵다. 이는 지표면 침하 판을 보더라도 쉽게 알수 있다(사진 2). 지표면에서 불 과 몇 m 안 되는 성토과정에서도 압밀침하와 작업차 량 및 다짐장비 운행의 영향등으로 강재 재료로 설치 한 지표면 침하판도 연직도가 변하는데 하물며 하부지 반 몇십 m의 플라스틱 재료의 연직배수재 연직도 확 보는 더욱 불리해진다. 대심도 연직수재 설계시 지반 변형으로 연직도 확보가 어려운 것을 감안하여 설계하 여야 한다. 4. 미관통 효과 연직배수재 설계시 연약지반 전 심도를 관통한 설 계와 일정부분에 대해서만 관통한(미관통) 설계효과 5. 2차 압밀 1990년 초반에 매립을 시작한 부산신항만 배후부지 의 경우 오래 기간에 걸친 침하로 일부도로에서는 국 부적으로 침하에 따른 변형이 나타난 부분도 있다. 그 러면, 2차 압밀에 대한 장기침하량과 이에 따른 연직 배수재 설계시 고려할 사항은 무엇일까? 이론적으로는 1차 압밀후 Creep에 의한 2차 압밀이 진행된다고 하나 실질적으로는 현장에서는 1차압밀 과 2차 압밀은 동시에 발생되며 명확히 구분하기 어렵 다. 2차 압밀을 판단할 자료는 성토후 침하계측자료인 데 영구적인 토목 구조물과 달리 도로나 단지 성토에 서 국내에서는 준설매립지반을 제외하고 퇴적연약지 반의 경우 1,000여일이 넘게 침하계측은 거의 이루어 지지 않는 실정이다(준설매립지반의 경우 고함수비에 의한 압밀지연으로 약 1,000~1,500일 가량 계측 기록 20 地 盤

19 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 고려사항 이 있음). 압밀침하량을 계산하기 위한 방법에서 가장 중요 하면서도 의견이 분분한 사항은 2차압축 침하를 어 떻게 산정할 것인가에 있다. 2차압축량을 산정하는 방법에 따라 압밀침하 해석방법은 표 3과 같이 가정 A(Hypothesis A)와 가정 B(Hypothesis B)로 나뉘어 진다(Ladd 등, 1977; Jamiolkowski 등, 1985; 김윤 태 & Leroueil, 2001). 가정 A에서는 1차압밀(primary consolidation)이 끝난 후에 2차압축이 일어난다고 가정하고, 1차압밀 과 2차압축을 구분하여 침하량을 개별적으로 산정한 다. Mesri & Choi(1985a, b)는 일차압밀 종료시(end of primary consolidation, EOP)에서 변형은 유일하 다고 보고하였다. 즉 크리프는 과잉 간극수압이 완전 히 소산된 후에만 유발된다고 가정하고, 점토의 거동 을 간극비와 유효응력에 대한 e-logσ v의 관계식으로 표현하였다. 반면 가정 B에서 2차압축은 1차압밀과 관계없이 압밀 전체 과정 동안에 일어난다고 가정하 여 압밀침하량을 계산한다. EOP 응력-변형률 곡선은 시료두께에 의존하고, 일차압밀 동안에도 크리프 변 형이 유발된다. 또한 선행압밀하중의 크기는 압밀속 도에 의존한다. 따라서 현장에서 구한 응력-변형거동 과 압밀실험에서 구한 응력-변형 거동이 차이나며, 현 장침하량은 실내압밀실험에서 예측한 침하량보다 일 반적으로 크다. Leroueil 등(1985)은 실험실에서 구한 EOP 곡선은 현장침하량을 과소평가하고, EOP 응력 변형관계는 유일하지 않으며 일차압밀기간에 의존한 다고 보고하였다. 가정 A의 경우, 침하량은 2차압축을 고려하는 시점 차이로 인하여 배수재가 설치된 지반의 침하량이 항상 무처리 지반의 침하량보다 큼을 알 수 있다. 그러나 가 정 B를 바탕으로 계산된 침하량은 과잉 간극수압이 모 두 소산된 이후에는 배수재 설치유무에 관계없이 동일 함을 알 수 있다. 따라서 연직 배수재의 강성도를 무시 하는 경우 가정 B를 바탕으로 해석한 결과가 타당하다 (김윤태, 2005). 대심도 연약점토의 압밀특성과 장기적인 압밀특성 을 파악하기 위하여 낙동강 하구 부산점토를 대상으로 연직 및 수평배수 방향의 CRS 시험과 장기간의 하중 단계 압밀시험을 실시한 결과(김윤태 등, 2005)에 의 하면, 부산점토에 대한 정규압밀영역에서의 이차압축 지수와 압축지수의 관계는 선형적이며 C α/c c는 평균 으로 Mesri와 Castro(1987)가 제안한 비유기 질 점토에 대한 값 C α/c c = 0.04±0.01과 유사한 결과 를 나타내었다. 정규압밀지반의 C α/c c의 개념과 동일 하게 과압밀영역의 이차압축지수와 재압축지수(또는 팽창지수)의 관계도 선형적이며 C α(oc)/c s는 0.051의 값 을 가진다. 또한 C α(oc)/c s는 0.006의 값을 가진다. 따라서, 부산점토의 장기적인 거동특성을 보다 정확 히 분석하기 위해서는 가정B를 바탕으로 응력수준(정 규압밀영역과 과압밀영역)에 따른 물성치를 바탕으로 압밀해석을 수행할 필요가 있다. 표 3. 가정 A와 B의 비교(김윤태, 2005) 구 분 Hypothesis A Hypothesis B 크리프 변형 유발 시점 1차압밀이 완료된 후 2차압축 유발 압밀 전과정 (1차압밀 동안에도 유발) 응력-변형률 관계 EOP(end of primary consolidation)에서 유효응력-변형률 곡선은 일정함 압밀기간(시료두께)에 의존 침하량에 대한 시료두께의 영향 없음 시료두께가 커지면 침하량 커짐 침하량 계산 전체침하량=1차압밀 침하량+2차 압축 침하량 수치계산 필요 Vol.30, No.5 21

20 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.15~24 6. 수평배수층(Sand Mat or Gravel Mat) 낙동강델타 지역의 대심도 연직배수재 설계시 연직 배수재의 직접적인 문제와 별개로 상부 수평배수층과 P.E.T mat 설치에 대해서도 고려하여야 한다. 서해안 연약지반의 경우 그림 4(a)와 같이 대부분 연 약점토가 지표면에 노출되었거나 지표면 직하부에 위 치한 경우와 달리 낙동강델타 지역의 특성은 그림 4(b) 와 같이 10~15m 퇴적사질토 지반 아래에 연약지반이 존재하여 수평배수층과 작업 차량 진행의 원활한 주행 성 목적으로 설치하는 P.E.T mat의 설치에 대해서 검 토하여야 한다. 서해안 과압밀 연약지반에서 P.E.T mat의 상재 하중에 따른 지지력 실험(박민철 등, 2013)과 종전의 Sand mat 설치에서 재료공급의 한계성과 단가 상승 에 따른 Gravel mat의 대체설치로 상부성토층과 수 평배수층의 재료혼입 방지를 위한 P.P mat설치에 따 른 통수능 연구(김재홍 등, 2013)에 대해서 낙동강 델 타지역에서도 동 연구가 필요한 실정이다. 연직배수재에서 상부 수평배수층으로 이동시 이미 퇴적사질토 지충에서 자연적으로 배수가 되는데 굳이 수평배수층과 P.E.T mat 설치가 필요한가에 대한 검 토가 필요하다. 특히, 환경 문제로 인하여 불필요한 토 목섬유 설치에 대해서 다시 한번 고려하여야 할 사항 이다. 결 론 연직배수재에 대해서는 그동안 수많은 연구가 시행 되었으나, 대심도 연약지반에 설치되는 연직배수재에 대한 보다 정확한 설계와 해석을 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 낙동강 델타지역은 국내 최고의 초 연약지반 지역으로 동지역에 대단위 부지조성시 필요 한 연직배수재 설계를 일반적인 연직배수재 설계 관점 이 아닌 대심도에 설계시 고려할 사항에 대한 결론은 다음과 같다. 지표면에서 약 30m를 기준으로 지반현황이 상이함 에 따라 피압수, 용탈, Sand Seam등에 대한 정확한 규명이 필요하고 설계반영 방법에 대한 연구가 필요하 다. 대심도에 따른 구속압의 영향과 연직배수재를 지지 (a) 서해안 (b) 낙동강 하구 델타 그림 4. 연약지반 분포 현황(Scale : None) 22 地 盤

21 대심도 연약지반 연직배수재 설계시 고려사항 층까지 설계하지 않더라도 관통하였을 경우와 유사한 효과를 나타내는 미관통효과도 고려하여야 한다. 현재는 연직배수재 타설후 연직도 확인을 위한 방법 이 개발되지 않아 연직도 신뢰성에 많은 의문점이 있 다. 이론적 연구의 향상만큼 신뢰성 있는 시공을 위하 여 장비개발도 필요하다. 낙동강델타 지역의 지반조건과 여러가지 여건에 의 해서 하부 지지층까지 연직배수재를 설계하더라도 예 산 투입을 고려하면 지반개량 효과는 미미하다 할 수 있으므로 향후, 동지역의 연직배수재 설계시 적절한 경제적이고 신뢰성 있는 타설심도를 적용하여야 할 것 이다. 향후 과제 국내의 연약지반 분포를 위한 지반연대도 작성이 시 급한 실정이다. 해안연약지반 뿐만 아니라 하천을 따 라 발달된 연약지반에서도 현재까지 시행된 각종 국가 기반시설 설계나 수없이 조사된 자료를 기반으로 지반 에 대해서도 지질연대도처럼 지반의 퇴적 및 생성에 대한 연대도를 작성하여 각 지반의 지층조건, 지하수 위, 피압분포 및 압밀상태를 쉽게 파악하여 향후 국가 시설물 계획수립시 기준서로 활용되게 하여야 한다. 1. 김민호, 문상돈, 김항영, 김태영(2011), 연약지반 개량을 위한 PBD 시공품질 자동측정시스템 개발, 한국산학기술학회논문집, Vol. 12, No. 2 pp. 605~ 김상규(2010), 연약지반의 공학적 이해. 청문각. 3. 김상규, 김호일, 홍병만, 김현태(1999), 피압수압을 고려한 연 직배수공법의 압밀해석. 한국지반공학회 연약지반처리위원회 99 학술발표회. pp. 62~ 김윤태(2005), 배수재가 설치된 연약지반의 2차압축을 고려한 축대칭 비선형 압밀해석, 한국지반공학회논문집 제 21권 3호, pp. 133~ 김윤태, 조상찬, 조기영(2005), 부산점토의 변형률 속도 의존적 인 압밀특성, 한국지반공학회, 제 21권, 제6호, pp 김윤태(2008), 고화준설토의 역학적 특성에 대한 염분의 영향, 한국지반공학회논문집 제 27권 9호, pp. 47~ 김재홍(2013), 대심도 연약지반 연직배수재 설계 닥터 컨퍼런 스 결과 보고서. 8. 김재홍, 임은상(2013), 토목섬유 적용에 따른 통수능 평가. 대 한토목학회 학술발표회. pp.2806 ~ 박민철, 임은상, 김재홍, 한희수(2013),쇄석배수층에 적용된 토 목섬유의 효율성에 대한 실험적 검증, 한국지반공학회논문집, 제 29권 11호, pp.17~ 박영목(1996), 현장조건을 고려한 플라스틱 보드 드레인의 성 능평가, 토목섬유학술발표회 논문집, pp. 91~ 변요셉, 안병제, 천병식(2009), 대심도 연약지반에 적용되는 PBD의 통수능에 관한 연구. 한국지반공학회논문집. 제 25권 9 호. pp.67~ 백원진, 김주현(2008), 연직배수재의 통수능 산정시 주요영향 인자에 대한 분석. 한국지반공학회지, 제 24권 9호, pp.62~ 신은철, 박정준, 김종인(2005), 영향인자를 고려한 연직배수재 의 통수능 평가. 한국지반공학회지 제 21권 9호. pp. 13~ 이강일, 이재욱, 임은상, 주경원(2012), 압밀도 및 치환율 변화 에 따른 미관통 SCP 지반의 압밀해석, 한국토목섬유학회논문 집 제11권 2호 2012년 6월 pp. 11~ 장연수, 강영우(2000), 3차원 수치흐름모델을 이용한 피압이 존재하는 연약 점성토에서의 연직배수재 타설깊이에 관한 연 구. 한국지반공학회논문집. 제20권 제1호. pp. 39~ 정승용, 한상재, 신현영, 김수삼(2005), 현장조건을 고려한 연 직배수재의 통수능 시험, 대한토목학회 논문집, Vol.25 No.5C pp. 313~ 정종범, 이강일, 강권수, 박병기(1999), 미관통 및 관통 샌드 컴 팩션 파일 지반의 압밀거동에 관한 실내 모형 실험 한국지반공 학회, 15권 3호. pp.3~ 진현식, 정성교, 김문규, 허대영, 유갑용(1998), 피압수가 존재 하는 연약점토지반내에 연직배수재의 부분 및 완전관입에 따 Vol.30, No.5 23

22 기술기사 한국지반공학회지 Vol.30, No.5 pp.15~24 른 압밀거동, 대한토목학회 1998년도 학술발표회 논문집(II). pp.319~ 최항석, 이우진, 양정훈, 홍성진, 김형섭(2008), 연직배수재의 통수능이 대심도 연약지반의 압밀거동에 미치는 영향 평가, 대 한토목학회 2008년도 정기 학술대회 논문집. pp.2139~ 최항석, 양정훈, 김태훈, 윤지남, 최은석(2009), 하부 피압수가 존재하는 연약지반 상에 도로확장을 위한 연직배수재 공법의 적용성 평가, 대한토목학회 2009년도 정기 학술대회 논문집. pp.1916~ 최항석, 이우진, 양정훈, 홍성진, 김형섭(2008), 연직배수재의 통수능이 대심도 연약지반의 압밀거동에 미치는 영향 평가. 대 한토목학회 학술발표회. pp. 2139~ Kim, Y.T. and Do, T.H. (2011). Experimental Evaluation Of Leaching Effects On The Compressibility Of Marine Clay And Its Strain Rate Dependency. Marine Georesources & Geotechnology 29(1) Kim, Y.T. and Leroueil S. (2001). Modeling the viscoplastic behavior of clays during consolidation: application to Berthierville clay in both laboratory and field conditions. Canadian Geotechnical J., Vol. 38, No. 3, June pp Jamiolkowski, M., Ladd, C.C., Germaine, J.T. and Lancelotta, R. (1985). New developments in field and laboratory testing of soils, General report, Proc. 11th ICSMFE, San Francisco, Vol.1, pp Ladd, C.C., Foott, R., Ishihara, K., Schlosser, F. & Poulos, H.J. (1977). Stress-deformation and strength characteristics, Proc. 9th ICSMFE, Tokyo,pp 회비 납부 안내(지로 및 온라인) 학회 사무국에서는 연중 수시로 학회비를 수납하고 있사오니, 홈페이지에 로그인 하시어 연회비 및 미납회비 확인 후 납부하여 주시기 바랍니다. 회원여러분의 적극적인 협조를 부탁드리며, 문의 사항이 있으면 사무국으로 연락하여 주시기 바랍니다. 은행 무통장(타행) 입금 국민은행 계좌번호 : 예금주 : (사)한국지반공학회 카드결제 홈페이지 하단 회비납부 로 들어가서 결제하시기 바랍니다. (본인정보필수) 지로용지 기입시 유의점 - 지로 장표상의 금액과 납부자 관련정보(회원번호, 성명, 납입금 종류 등)는 흑색볼펜으로 글씨체는 정자로 표기해 주시기 바랍니다. - 납부금액란에는 정확한 위치에 정자로 아라비아 숫자만 기입합니다. 납부금액 앞뒤에 특정기호(, -, * 등)를 표시 할 수 없습니다. 지로용지가 필요하신 분은 지반공학회 사무국( /박소영)으로 전화주세요 24 地 盤

23 흙, 돌 그리고 나 Geo Atlanta 2014를 통해 본 Bio-soil 연구의 최근 동향 장 일 한 한국건설기술연구원 수석연구원 조 계 춘 KAIST 건설및환경공학과 교수 필자들은 지난 2014년 2월 23일부터 26일까지 미 국 남부의 산업 물류 중심지인 애틀란타(Atlanta) 에 서 개최된 미국 ASCE (America Society of Civil Engineers)의 Geo-Institute에서 주최하는 Geo- Congress 2014에 참가하였다. Geo-congress는 지 반공학 분야에 종사하고 있는 사람에게는 친숙한 학회 로써, 엄밀히 말하면 미국의 국내 학회 성격이 짙지만, 그 규모 특성상 아시아 및 남미국가들에서도 적잖은 그림 1. Geo-Congress 2014 Program 수의 논문들이 발표되는 학술대회이다. Bio-soil Session 본 학회의 첫 날인 2월24일 월요일, 학회를 시작 하는 Keynote lecture가 있었다. 보통의 학회는 Keynote lecture는 Plenary session으로 하나의 기 조강연이 진행되지만, Geo-Congress는 두 개의 Keynote lectures 들이 동시에 진행되는 점이 흥미로 웠다. 최근 Bio-Soil 관련 연구에 관심 및 R&D 투 자 확대의 추세를 반영하듯, 기존 Geo-Congress 들에서는 Special session 또는 Environmental geotechnology session 내에 몇 편 발표되는 수준이 었던 반면, 이번 Geo-Congress 2014에서는 두 세션 에 나뉘어서 총 12편의 논문이 발표되어, Bio-soil 연 구에 대한 최근의 높아진 관심을 실감할 수 있었다. Bio-soil 관련 session은 Geophysicochemcial and Vol.30, No.5 25

24 흙, 돌 그리고 나 Biological Properties of Soils for Geoengineering Applications 이라는 주제로 월요일 오전(10:00~ 11:30)과 오후(13:00~14:30)에 걸쳐 Part I, II로 나 뉘어 진행되었는데, Part I은 주로 Pasteurli 미생물 에 의한 탄산칼슘 고결(Microbial Induced Calcite Precipitation; 일명 MICP)에 관한 연구들이 주로 소 개되었으며, Part II에서는 그 외의 바이오 재료 또는 처리 방법에 대한 논문들이 발표되었다. Part I의 논문들은 MICP에 초점이 맞춰져 있어, 미 국 UC Davi의 Prof. Jason DeJong 연구진의 연구성 그림 2. Bio-soil session 발표 논문 목록 과들을 시초로 하는 파생적 연구들이 주로 소개된 점 이 흥미로웠다. 즉, Jason DeJong 연구진이 2006년 에 발표한 논문 (Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 132(11), )에서 도입한 미 생물 처리법을 기본으로 하여, Calcite 생성량과 내구 성 향상을 위한 실험적 연구들(주로 요소(urea) 처리 법 개선 및 암모니아 회수율을 증진시키는 방법 등)이 소개되었고(e.g., Ureolysis and MICP with model and native bacteria: Implications for treatment strategies by Gat et al.; Microbial induced calcite precipitation (MICP) using surfactants by Dawoud et al.), Particulate material 관점에서 MICP 처리 흙의 강도를 평가하기 위한 단순하면서도 효과적인 실험법이 소개( Measurement of bonding strength between two glass beads treated by microbial-induced calcite precipitation (MICP) by Lin et al.)되어 매우 흥미로웠다. 한참 연구개발이 진행중인 신수종 분야답게 각 발표 후에 이루어진 Q&A 시간에서는 열띤 토론과 논의가 이어졌다. 특히 MICP 과정에서 필수불가결로 발생하 는 암모니아(NH 4)의 회수 및 처리 문제와 CaCO 3의 특 성상 산(acid)에 대한 내식성과 최근 보편화된 산성비 에 대한 대책 수립 방안에 대한 질의응답이 꾸준하게 이어져 MICP 연구의 현장 실용화 및 적용, 그리고 기 술의 확산을 위해서 위에서 언급한 문제들에 대한 검 토 및 극복이 필요함을 확인할 수 있었다. 잠깐의 Lunch break 동안 미국적 느낌의 샌드위치 로 가볍게 허기를 해결하며 전시장(Exhibition Hall) 에 마련된 전시부스들을 잠시 돌아보며 머리를 식히 고, 실험 장비에 대한 끊임없는 관심과 갈증은 실험연 구를 업으로 삼고 있는 연구자로서 어쩔 수 없는 본능 의 발로라 여기며 기분 전환을 할 수 있었다. 오후에 이어진 Part II에서는 MICP 외의 연구들에 대한 발표가 있었다. 첫 번째 발표로 필자들은 미생물 26 地 盤

25 Geo Atlanta 2014를 통해 본 Bio-soil 연구의 최근 동향 그림 3. MICP의 강도 평가를 위한 시험법 소개(Lin et al. 2014). 그림 4. Bio-soil session에서의 필자 발표(좌)와 질의응답(우) 기반 다당류를 이용한 지반처리 기술에 대한 발표를 하였다. 많은 청중들이 외부 배양 미생물 부산물(Biopolymer)의 일종인 다당류(Polysaccharide)를 이용한 지반 처리에 많은 관심을 가져주었다. 특히, MICP에 비 해 간편하고, 빠르며, 무엇보다 목표성능 수준에 맞게 지반을 처리할 수 있다는 사실에 놀라면서도, Calcite 와는 달리 친수성을 지닌 Polysachharid의 흡습(water adsorption) 및 팽창(swelling) 현상이 가지고 있는 지 반 연화(softening) 가능성에 대한 질문과 조언들이 많아 또 하나의 학문적 숙제가 생기게 되었다. 이 밖에 KAIST 권태혁 교수 연구팀에서는 미생물 기반 Biofilm 일종인 Dextran을 이용한 지반 강성 증진 효과를 탄성파 탐사를 통해 규명하는 연구 ( Preliminary study on geophysical monitoring of bioclogging caused by bacterial biopolymer accumulation in sands by Xuan Ta et al.)를 소 개하였으며, University of Illinois at Chicago의 Prof. Reddy 연구진은 식생을 이용한 토양 중금속 제거( Synergistic effects of organic and metal contaminant on Phytoremediation by Chirakkara Vol.30, No.5 27

26 흙, 돌 그리고 나 and Reddy)라는 흥미로운 주제를 발표하였다. 마지막 에는 Boise University의 Prof. Arvin Farid가 발표 한 전자기장을 이용한 주입수(주로 지하수 및 하천의 BOD 희석 및 용존산소량 증진을 위한 수중 주입) 확 산 유도에 대한 연구( Electromagnetically induced transportation in water for geoenvironmental applications by Farid et al.)도 매우 흥미로웠다. 이번 Geo-Congress에서 발표된 논문들을 토대로 미국에서의 Bio-soil 연구 흐름은 크게 다음과 같이 요약될 수 있다. 1) 미생물 기반 탄산칼슘 고결(MICP) 관련 기술은 꾸준한 발전을 이루어 현재는 사질토의 경우 흙의 총 중량대비 15% 수준까지 탄산칼슘을 생성할 수 있는 수준으로 도달. 2) 탄산칼슘 생성을 촉진시키기 위한 요소(Urea) 기 법의 경우, 탄산칼슘 생성 시간 단축 및 생성량 증 가에 크게 기여를 하나, 부산물인 암모니아 처리 가 중요한 과제로 남아있음. 3) 특히 산성비 등 환경에 대한 취약성은 다른 재료 에 대한 관심으로 발전하여 최근 Biopolymer 또 는 Biofilm에 대한 연구 사례가 점점 증가하고 있 음. 4) 하지만, Biopolymer 및 Biofilm 등은 분자량이 매 우 높기 때문에 장기 내구성 우수하나, 역으로 생 성에 있어 더 오랜 시간과 비용이 소요될 수 있음. 5) 따라서 Biopolymer 및 Biofilm 처리 기술의 상용 화/실용화를 위해서는 미생물을 지반에 주입하는 법과 더불어, 외부에서 따로 배양/생산한 후 흙에 주입 또는 교반하는 two-track 접근도 필요함. The 50 th Karl Terzaghi Lecture by Prof. J. Carlos Santamarina 필자들이 왕복 30 시간의 비행 시간을 마다하지 않 고 Geo-congress 2014에 참석한 또 다른 이유는 사 적으로 사제의 연을 맺고 있는 Georgia Institute of Technology의 J. Carlos Santamarina 교수께서 이번 Geo-Congress 2014에서 제50회 Terzaghi lecture를 하게 되어서이다. 그래서인지, 필자들 외 에 많은 한국 분들도 Geo-Congress 2014에서 함 께하였는데, 고려대 이종섭 교수, 국민대 김현기 교 수, 연세대 윤태섭 교수, 부산대 안재훈 교수, 울산대 신호성 교수, 전남대 이창호 교수, KAIST 권태혁 교 수 등도 Terzaghi lecture에 모두 참석하였다. 전 세 계적으로 대표적인 지반-융합 분야 연구의 선구자인 Prof. Santamarina의 Terzaghi lecture 주제도 바로 Energy Geotechnology 였다. 에너지 측면에서 지 반공학을 바라보는 관점은 청중들의 깊은 관심을 얻기 에 충분하였다. 특히 기존의 USCS 흙 분류법을 현실 적으로 재해석하여 조립질, 세립질 구성에 따른 구현 그림 5. Terzaghi lecture에서 필자들(좌). Prof. Santamarina의 Terzaghi lecture를 축하하며(우) 28 地 盤

27 Geo Atlanta 2014를 통해 본 Bio-soil 연구의 최근 동향 가능한 입자 구조를 토대로 액성한계를 재해석한 새로 운 제안은 매우 흥미로웠다. Terzaghi lecture에 참가하면서 느낀 감회는 크게 세 가지이다. 보통 학회의 가장 중요한 기조강연은 첫 째 또는 둘째 날 오전에 하는 것이 우리가 생각하는 일반적인 관례이나, Geo-Congress 2014의 main event인 Terzaghi lecture는 둘째 날(2월 25일 화요 일) 오후 5시에 개최된 점이 우선 새로웠으며, 두 번 째로 늦은 시간임에도 불구하고 입추의 여지없이 넓 은 Ballroom을 가득 채운 학회 참석자들, 특히 저명한 senior들도 망설임 없이 착석하여 강연을 경청하는 모 습이 매우 경외로웠다. 마지막으로, 강연의 질적 수준은 물론 전체적인 청중들의 집중도 및 적극적인 참여하는 분위기, 즉 atmosphere가 특히 부러웠다. 이러한 감흥과 감동 을 가슴에 새기고, 짧지도 길지도 않았던 이번 Geo- Congress 2014는 개인적으로 상당히 많은 추억과 수 확을 건진 값진 기회였다. 이상 기후로 인해 영하권의 날씨를 보였던 Atlanta에서의 마지막 날, 현대-기아 자동차 미국 현지 공장 유치로 인해 근사하게 꾸며진 Harts-Field Jackson 국제 공항에서 작별을 고하고 봄이 성큼다가온 한국으로의 귀환으로 본 여정을 마무 리하였다 Vol.30, No.5 29

28 흙, 돌 그리고 나 케임브리지로부터의 통신 5 - 원심모형시험에 대한 약간의 비판적인 견해 이 철 주 강원대학교 토목공학과 부교수 (cj32@kangwon.ac.kr) 1. 원심모형시험에 간단한 소개 글을 시작하기에 앞서 원심모형시험(geotechnical centrifuge technology)은 지반공학분야에서 이론과 실무 사이의 간극을 메워줄 수 있는 대단히 훌륭한 시 험기법이라는 점을 강조하고자 한다 (단 실험이 제대 로 수행된다는 전제하에...). 필자는 12년 전 원심모형 시험에 대한 글을 썼던 일이 있었다 (이철주 2002). 그 러나 이후 원심모형시험과의 인연이 이어지지는 못했 다. 그럼에도 불구하고 아직까지는 어디서, 누가, 무슨 연구를 하는지 정도는 대강 알고 있으니 본 기사를 작 성할 자격이 없지는 않다고 생각한다. 원심모형시험은 1/n으로 축소된 흙이 포함된 시험 용기(container)에 중력가속도 n배 크기의 원심력이 발생하도록 이를 고속회전 시켜 현장조건과 유사한 응력장(stress field)을 모델에 유발시켜 흙의 거동 혹 은 구조물-지반 상호거동을 모사하는 기법이다. 원심 모형시험은 당초 구 소련에서 1930년대에 개발되어 40여 년간 외부세계에 거의 알려지지 않은 가운데 주 로 군사적인 목적으로 이용되어 왔고, 1973년이 되어 서야 모스크바에서 개최된 국제 토질역학 및 기초공 학 학회를 통해 처음으로 서방세계에 알려지게 되었 다. 그러나 구 소련의 원심모형시험 관련 연구는 1980 년대 이후로는 그 흔적을 찾기 어려울 정도로 많이 위 축되었고, 현재는 영국, 미국, 일본 등을 중심으로 연 구가 진행 중에 있으며 최근에는 중국의 급성장이 주 목할 만하다. 그 가운데 원심모형시험 연구의 중심 에는 단연 케임브리지 대학교 지반그룹이 있다고 할 수 있다. 원심모형시험의 양대 기둥이라고 할 수 있 는 Schofield 교수님과 Bolton 교수님에 의해 1970 년대 초반부터 UMIST(University of Manchester Institute of Science and Technology)에서 시작된 원심모형시험 연구는 이후 두 분이 케임브리지로 자 리를 옮기면서 그 중심이 이동되었다. 케임브리지에 30 地 盤

29 케임브리지로 부터의 통신 5 - 원심모형시험에 대한 약간의 비판적인 견해 서는 1960년대 후반부터 Roscoe 교수와 Wroth 교수 에 의해 원심모형시험기가 제작되고 초기연구가 수행 되었으나, 본격적인 연구는 1974년 Schofield 교수님 이 케임브리지로 부임하신 후 시작되었고, 6년 후 합 류하신 Bolton 교수님과 함께 두 분의 지휘 하에 40여 년 동안 성공적으로 수행되어 왔다. 현재도 원심모형 시험을 이용해 연구를 수행중인 박사과정 학생이 최 소한 15명은 되는 것 같다. 최근에 널리 이용되고 있 는 image 해석기법의 일종인 PIV(Particle Image Velocimetry) 역시 White 박사에 의해 개발되어 지금 은 표준기법으로 인정되고 있다. 2. 원심모형시험의 어려움 원심모형시험을 통한 연구를 성공적으로 수행하기 위해서는 기초적인 지반공학 지식과 함께 기계, 전기, 재료 등에 대한 다 방면의 지식이 요구된다. 여기에 재 정 및 행정지원은 필수적인 요소라고 할 수 있다. 지반 공학을 이해하는 사람이라면 조금만 관심을 가진다면 누구나 원심모형시험을 기획할 수 있다. 그러나 이를 실험으로 구체화시키기 위해서는 계측기 및 각종 기 계/전자 장비 등에 대한 철저한 계획을 수립해야 해야 한다. 원심모형시험에서는많은 경우, 삼축시험 장비 와 같이 기 제작되어 구매가 가능한 완제품 혹은 완제 품에 가까운 수준의 장비를 이용하는 것이 아니라, 특 정실험에 필요한 장비를 연구자 본인이 직접 설계하고 제작해야 한다는 점에서 큰 어려움이 존재한다. 따라 서 세계적 연구기관의 경우 보통 이를 지원해주는 기 사 (technician) 및 행정요원이 5명 이상은 배치되어 있다. 즉 연구자는 시험에 대한 기본계획을 수립하고 이에 관련된 각종 문제는 그들이 해결해 준다. 이런 지 원인력이 없는 가운데 제대로 된 연구가 수행될 수 없 음은 자명하다. 물론 그럼에도 불구하고 연구자가 스 스로 해결해야 할 문제가 대단히 많이 존재한다. 더구 나 이런 힘든 과정을 극복하고 원심모형시험을 성공적 으로 수행했다고 하더라도, 여기에 지반공학에 대한 고민이 그렇게 많이 포함되어 있지 않은 경우가 많기 때문에, 관련 연구자의 지반공학 분야의 지식이 탁월 함을 절대로 보장해 줄 수는 없다. 필자 역시 박사과정 재학시 소설책 몇 권 분량정도의 어려움을 겪었는데, 유감스럽게도 이를 통해 지반공학 분야의 지식이 별로 향상되었던 것 같지는 않다. 간단한 예를 들어 기존에 존재하는 말뚝 인근에 터 널굴착을 실시하는 경우를 검토해 보자. 이를 위해 모 형지반을 조성하고, 모형말뚝에 변형률계를 설치해야 하고, 지반손실률(volume loss)을 적절히 고려하면서 터널굴착 과정을 3차원 조건으로 모사해야 하고, 말 뚝의 변위, 지표면 및 지중침하를 측정해야 한다. 또한 실험 중 시험대상 지반의 강도(전단강도 상수)을 측정 해야 한다. 이 가운데 모형말뚝의 제작 및 변형률계의 설치, 모형터널의 제작 그리고 터널굴착을 적절히 모 사하는 것은 대단히 어렵고 많은 검토를 필요로 한다. 특히 점토 혹은 습윤사질토 지반을 대상으로 수행되는 실험이라면 간극수의 유출과 관련된 복잡한 문제가 발 생한다. 물론 이외에도 수많은 고려항목이 존재한다. 터널 인근 지반을 보강하는 것을 모사하는 것은 아직 까지 제대로 시도된 바가 없는 것으로 알고 있는데, 곰 곰이 생각해보니 몇 가지 아이디어가 떠오르긴 하지만 실험에서 이를 용이하게 구현할 수 있을지는 장담하지 못하겠다. 3. 오류의 요소 흔히들 원심모형시험 기법에 내포된 다양한 오류요 소에 대해 비판을 하는데 이는 대체로 시료내의 중력 가속도가 일정하지 않은 문제, 전향력 (coriolis force), human error, 흙 입자의 크기효과(size effect) 등이 다. 그러나 이러한 요소는 시험결과에 결정적인 영향 을 주지는 못하기 때문에 보통 무시할 수 있다. 모형지 반의 형성과정 및 말뚝이나 터널 등 구조물 설치로 인 Vol.30, No.5 31

30 흙, 돌 그리고 나 한 지반의 교란 및 응력이력(stress history)의 변경 그 리고 지중에 삽입되는 계측기에 의한 (의도하지 않은) 지반보강효과 등은 흙의 거동에 큰 영향을 주는데 이 를 정량적으로 분석하는 것은 매우 어렵다. 더구나 교 란시료를 사용한다는 것 그리고 시공과정을 충분히 모 사하지 못한다는 것은 여전히 해결되어야 할 과제로 남아 있다. 예를 들어 풍화암에서 실시되는 터널굴착 을 원심모형시험으로 모사할 때 일반적으로 모래 혹은 풍화토를 이용해서 모형지반을 조성하고(모래 혹은 풍 화토를 인공재료와 혼합하여 풍화암과 유사한 특성을 가지는 재료를 조성하기도 한다), 터널굴착은 단순하 게 2차원 평면변형률 조건에서 실시되는데 이는 실제 터널시공조건과는 크게 다르다. 이러한 과정을 통해 현장의 터널굴착을 모사하는 것은 근본적으로 많은 오 류발생의 요소를 포함하고 있다. 따라서 현장지반의 특성 및 터널굴착의 복잡한 과정을 원심모형시험에서 충분히 모사하는 것에는, 기존이론/수치해석 및 현장 실측을 통해서 이를 어느 정도 보완할 수는 있겠으나, 현재의 기술로는 명백하게 한계가 존재한다. 이와 같이 원심모형시험을 실시하기 위해서는 위 에서 열거한 매우 복합적인 요인들을 충분히 고려해 야 한다. 물론 Almeida(1984), Springman(1989) 같 이 훌륭한 연구도 있긴 하지만 이는 제대로 잘 수행 된 실험을 제대로 잘 분석했기 때문이다. 그러나 실 무 설계와 같이 정량적 분석이 요구되는 경우 앞서 언 급한 바와 같이 현장을 대표하지 못하는 교란시료를 사용한다는 점 그리고 시공과정을 모사하는데 있어 서의 한계 등으로 인해 시험결과에 대한 신뢰성이 높 다고 말하기는 어렵다. 원심모형시험을 통해 예측된 10mm(scaling law가 고려된)의 지표면 최대 침하가 현장조건에서도 동일하게 발생할 가능성은 극히 낮 다. 물론 특정한 실무프로젝트와 관련이 없는 순수한 학술연구를 목적으로 하는 실험이라면 이러한 점들이 크게 문제될 것은 없다고 본다. 다시 말하자면 원심모 형시험 결과는 기본적으로 제대로 수행된 것이 아니라 면 정성적인 측면위주로 분석되어야 하고, 정량적으 로 분석하는 것은 바람직하지 못하다. 4. 비판적인 의견 케임브리지에서는 우수한 학생들이 최고의 지원을 받으며 원심모형연구를 수행하고 있다. 현재 수행중 인 연구를 살펴보면 대부분 지반-구조물 상호거동이 나 지진과 관련된 연구로, 다양한 최첨단 계측장비가 이용되고 있는데(이를 보면서 매우 부럽다는 생각을 자주한다), 사실 지반공학에 대한 지식은 부족해도 연 구를 진행하는데 별다른 문제가 없지만, 케임브리지 같이 거의 모든 게 갖춰져 있는 연구기관에서조차 연 구자에게 원심모형시험기법 및 계측과 관련된 충분한 전문지식이 없다면 제대로 할 수 있는 일이 별로 없다. 각고의 노력 끝에 몇 번의 실험이 성공적으로 수행되 었을 때 아직까지 알려지지 않은 새로운 지반-구조물 상호거동이나 지반공학 관련 문제에 대한 이해를 향상 시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고 이런 일련의 과정을 통해 연구자의 지반공학 분야지식이 크게 향상되었다 고 보장할 수 없다. 연구자가 대부분의 시간을 지반공 학이 아닌 다른 문제를 고민하면서 보냈기 때문이다. 기술자로서 공학의 여러 분야를 접해보는 것은 물론 의미 있는 일이지만, 지반기술자가 지반공학에 대한 지식을 향상시키는 것이 훨씬 더 중요하다! 케임브리 지에서 원심모형연구로 학위를 받은 사람 가운데 세계 적으로 우수한 연구자가 다수 배출된 것이 사실인데, 이는 원심모형시험과는 크게 관련 없는 당사자들의 끊 임없는 노력의 결과라고 생각한다. 사실 원심모형시 험은 토목전공자가 아닌 기계, 전기, 전자공학 전공자 가 계획하고 수행하는 게 더 적합하다고 할 수 있다 (실 제로 이런 경우가 가끔 있다). 해외에서 원심모형시험은 많은 경우 학술연구를 목 적으로 실시되지만, 산업체 용역이 수행되는 경우도 있다. 홍콩 Stonecutter 교의 선박충돌에 대한 설계 가 네덜란드에서 수행된 원심모형시험 결과를 반영하 32 地 盤

31 케임브리지로 부터의 통신 5 - 원심모형시험에 대한 약간의 비판적인 견해 여 변경된 사례가 보고된 바 있다. 국내에서도 인천대 교 충돌방지공의 설계와 관련되어 원심모형시험이 수 행된 바 있다. 국내에서는 약 20여 년간 원심모형연구 가 수행되어 왔는데, 대부분이 학술목적이 아닌 구조 물-지반 상호 거동과 관련된 산업체 프로젝트이었다. 그러나 대단히 유감스럽게도 기술적인 문제는 물론이 고, 여러 가지 아름답지 못한 복합적인 이유들로 인해 원심모형시험이 관련 프로젝트의 설계 및 시공과정에 서 제 역할을 다하지 못했다. 향후 원심모형시험이 산 업체 용역에서 그 역할을 다하기 위해서는 충분한 사 전 검토를 통해 실험이 제대로 수행되어야 하며(특히 시험의 당위성에 대한 철저한 사전검토는 필수적이 다), 그 결과도 정성적 관점 위주로 분석되어야 할 것 이다. 만약 그렇지 못하다면 시간, 인력, 자원 낭비에 지나지 않는다. 오히려 다른 설계기법을 활용하는 것 이 훨씬 경제적이고 합리적이다. Bolton 교수님의 표 현을 빌자면 우리는 복잡한 실험을 단지 재미로 하지 는 말아야 한다. 예전에 일본의 어떤 원심모형시험의 대가가 했다는 이야기를 들었던 기억이 나는데 흙의 특성을 분석하 는 데는 삼축시험이 가장 훌륭하다. 라는 주장에 필자 역시 어느 정도 동감한다. 실험이 제대로 수행되는 특 별한 경우가 아니라면 구조물-지반 상호거동 문제의 분석에 있어서 1g 조건의 시험이 더 효율적일 수 있다 고 생각한다. 물론 적절한 장비를 이용하고, 적절한 기 술/재정/행정지원을 받는 조건에서 충분한 검토를 통 해 제대로 수행되는 원심모형시험은 삼축시험이나 1g 시험을 뛰어넘는 훌륭한 결과를 도출할 수 있을 것이 다. 더구나 원심모형시험 결과를 수치해석/기존이론 및 시공시 관찰된 자료와 같이 비교 분석하여 이를 상 호보완 한다면 금상첨화라 하겠다. 문제의 핵심은 원 심모형시험을 제대로 실시하고 그 결과를 제대로 분석 해야 한다는 점이다! 원심모형시험이 대단히 훌륭한 시험기법이라는 주장은 이 경우에만 유효하다. 1. 이철주. (2002). Geotechnical centrifuge technology 소개, 한 국지반공학회지, 18(8), Almeida, M. S. S. (1984). Stage constructed embankment on soft clays, PhD thesis, University of Cambridge. 3. Springman, S. M. (1989), Lateral loading on piles due to simulated embankment construction, PhD thesis, University of Cambridge Vol.30, No.5 33

32 흙, 돌 그리고 나 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 후기 조 현 쌍용건설(주) 상무 우리학회 국제전담이사 1. 서언 본 원탁회의(Korea-Japan Round Table Meeting) 는 한국과 일본의 지반공학회 대표자들이 참석하여 양 국 지반공학계의 현황 및 문제점 해결방안 등을 논의 하기 위한 목적으로 결성되었다. 제1회 원탁회의 는 2011년 12월 2일 제주 엘리시 안 리조트의 세미나실에서 개최되었다. 참석자는 우 리학회를 대표하여 김수삼 고문, 당시 장연수 회장, 이 영남 감사, 김동수 국제전담이사 및 서원석 박사, 일 본지반공학회를 대표하여 일본 동경대 Towhata 교 수, 일본 다이세이건설 Hirokoshi 연구부 부장 등으 로서 지반공학의 미래 (The Future of Geotechnical Engineering)라는 주제 하에 우리학회는 한국지반공 학의 학계, 산업계, 연구계 현황을 분석하고 토론하였 으며, 일본학회는 일본지반공학계의 시급한 문제점 13 가지를 발굴하여 그 해결사항에 대하여 토론하였다. 금회의 제2회 원탁회의 행사는 2014년 4월 25일 오전 9시에서 12시까지 우리학회 회의실에서 실시되 었다. 참석자는 우리학회를 대표하여 김수삼 고문, 이 승호 회장, 이태식 한양대 교수, 유충식 국제전담이사, 강인규 이사, 김성훈 태성SNI 대표이사, 강현옥 사무 국장 및 국제전담이사인 필자, 일본지반공학회를 대 표하여 동경대학 Towhata 교수, 오사카대학 Yabuki 교수, 항만공항기술연구소 Watabe 박사 등이었다. 금회의 대주제(Main Theme)는 지반공학과 IT 융 합 기술의 현재와 미래 (The Present and Future of Fusion Technology between Geotechnical Engineering and IT)로서, 이의 주요 기술인 BIM(Building Information Modeling), 자동화계측 시스템(Automatic Measurement System), 재난관 리시스템(Disaster Management System), 3D 지질 모델링(3D Geomodeling System), 로봇기술(Robot Technology) 등에 대해서 발표 및 토론을 실시하였다. 34 地 盤

33 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 후기 또한 대주제 외에 부주제(Sub Theme)로서 인구감소 (Population Decrease), 구조물의 내구성 및 유지관 리(Durability and Maintenance of Structures), 사 용 후 핵연료의 저장(Repository of Used Nuclear Fuels), 새로운 생활양식의 제안(Proposal of New Life Style) 등에 대해서도 발표 및 토론하였다. 표 1.1 에 금회 원탁회의의 주요 현황을 나타내었다. 우리학회 30주년 기념행사의 일환으로 실시된 본 행사는 김수삼 고문과 이승호 회장의 깊은 관심 하에 필자가 행사준비에 일조하였으며, 행사시 회의진행을 담당하였다. 2. 환영행사 및 개회식 금회 원탁회의의 일정은 일본측 참가자들의 한국 도 착을 환영하는 4월 24일의 Welcome Dinner' 에서부 터 시작되었다. 한국측은 김수삼 고문 및 이승호 회장 표 1.1 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 주요 현황 구 분 대주제 (Main Theme) 내 용 지반공학과 IT 융합 기술의 현재와 미래 (The Present and Future of Fusion Technology between Geotechnical Engineering and IT) 부주제 (Sub Theme) 인구감소(Population Decrease) 구조물의 내구성 및 유지관리(Durability and Maintenance of Structures) 사용 후 핵연료의 저장(Repository of Used Nuclear Fuels) 새로운 생활양식의 제안(Proposal of New Life Style) 등 한국측 일본측 참석자 김수삼 우리학회 고문(성균관대 석좌교수) 이승호 우리학회 회장(상지대 교수) 이태식 한양대 교수 조 현 우리학회 국제전담이사(쌍용건설(주) 상무) 유충식 우리학회 국제전담이사(성균관대 교수) 강인규 우리학회 이사(브니엘컨설턴트 대표이사) 김성훈 태성SNI 대표이사 강현옥 우리학회 사무국장 Ikuo Towhata 교수(동경대, ISSMGE 부회장) Nobuyoshi Yabuki 오사카대 교수 Yoichi Watabe 항만공항기술연구소 박사 발표 (토론 포함) 순서 개회식(Opening Ceremony) 개회사(Opening Speech) : 이승호 회장 인사말 1(Introductory Speech 1) : 김수삼 고문 인사말 2((Introductory Speech 2) : Ikuo Towhata 교수 축사(Congratulatory Speech) : Ikuo Towhata 교수 주제 발표(Presentations including Discussions) Application of Civil BIM, Integrated DB for National Geotechnical Information and Fusion with IT in Geotechnical Engineering : 강인규 이사 Robotics for Lunar Exploration : 이태식 교수 Scope for the Future of Construction Engineering : Ikuo Towhata 교수 Trend and Issues in Applications of ICT to Geotechnical Engineering : Nobuyoshi Yabuki 교수 The Present and Future of Civil BIM for Domestic and Oversea Projects - Focused on Geotechnical Engineering : 김성훈 대표이사 Vol.30, No.5 35

34 흙, 돌 그리고 나 등 6인, 일본측은 Towhata 교수 등 3인이 참석하였으 며, 그간의 개인 근황과 더불어 양국 지반공학회의 활 동 현황과 계획에 대하여 담소를 나누는 등 명일에 예 정된 행사의 성공적인 개최를 기원하는 뜻 깊은 자리 를 함께 했다(그림 2.1 참조). 드디어 4월 25일 제2회 원탁회의 의 서막이 올랐다. 우리학회를 대표한 한국측은 김수삼 고문, 이승호 회 장, 이태식 교수 등 8인, 일본지반공학회를 대표한 일 본측은 Towhata 교수 등 3인의 총 11인이 참석하였 다(그림 2.2 ~그림 2.4 참조). 공식언어는 영어로 하였 으며, 필자의 사회와 진행으로 시작된 개회식에서, 먼 저 우리학회 이승호 회장의 개회사를 필두로 김수삼 고문의 인사말, 그리고 Towhata 교수의 인사말 및 축 사가 이어졌다. 이승호 회장은 개회사를 통하여 본 행사는 한국 과 일본 지반공학회가 함께하는 2번째 Round Table Meeting 입니다. 올해로 30주년을 맞은 한국지반공 학회는 다양한 학술행사를 준비하고 있으며, 본 행사 도 이 중의 하나입니다. 본 행사를 통해 한국과 일본의 기술자들이 다양한 의견을 공유함으로써 지반공학의 발전에 기여하길 바랍니다. 라고 했다. 이어 김수삼 고문은 인사말을 통하여 한국지반공 학회는 지난 30년 동안 한국 지반기술 발전을 이끌어 왔으며, 그 과정에서 일본 지반공학자들과 다양한 교 류와 협력을 시행해온 바 있습니다. 이번 모임의 주 제는 지반공학에서 IT 또는 Digital 기술의 응용에 대 해 논의하는 것으로 선정되었습니다. 우리 생활 모 든 부분에서 정보화 기술은 영향을 미치고 있지만 특 히 지반 기술부문에서도 새로운 시도가 일어나고 있 습니다. 주변 기술과의 협력과 융합은 창의적인 발전 을 유도하는 새로운 조류로 인식되고 있으며, 오늘 모 임이 지반공학과 IT의 융합에 의한 새로운 지반공학 기술을 생각하는 모임이 되길 기대합니다. 따라서 우 리들은 구조물설계에서 BIM 활용, Smart 구조를 위 한 Monitoring, Robotic 기술의 활용 등의 토픽을 가 지고 지반공학의 미래를 전망하고자 합니다. 이 모임 의 특징은 자유로운 토론을 통해 형식에 얽매이지 않 고 한 일 양국의 현실을 진단하고 미래에 다가올 지 반공학의 문제들을 논의하는 것입니다. 제한된 시간 에 모든 것을 논의할 수는 없겠지만 양국 학자들 간에 허심탄회한 논의 속에 서로를 이해하고 공동으로 노력 할 주제들이 정리되길 바랍니다. 다양한 기술들이 탄 생하고 소멸되는 이 시대에 지반공학의 미래를 논의함 은 지반 기술자들의 역할과 지식 체계를 설정함에 있 어 중요한 시도하고 생각합니다. 라고 했다. 다음으로 Towhata 교수는 인사말을 통하여 20세 기 지반공학 기술은 교량, 철도 및 도로 등 다양한 구조 물의 건설과 함께 나날이 발전을 거듭해 왔습니다. 그 러나 금세기 21세기에는 더 많은 변화가 있을 것으로 예상됩니다. 또한 대부분의 기술자들은 토목공학을 더욱 발전시킬 수 있는 많은 생각과 의견이 있음에도 불구하고, 현업에 바쁜 관계로 기술자들의 참신한 아 이디어가 학계와 학회에 제대로 전달되지 못하고 있는 실정입니다. 이 자리에 참석하지 못한 지반공학 기술 자들을 대표하여, 앞으로 한국과 일본의 지반공학회 가 나아가야 할 발전 방향과 비전을 제시해 보도록 합 시다. 라고 했다. 이어서 Towhata 교수는 우리학회가 학회 창립 30 주년 기념의 일환으로 준비 중인 지반의 날 행사에 대 한 축하의 메시지를 보냈다. 축사를 통하여 현재 저는 국제지반공학회(ISSMGE) 부회장을 맡고 있으며, 올 해 6월 일본지반공학회 회장에 취임 예정입니다. 먼저 한국지반공학회의 Round Table Meeting 개최를 축 하드리며, 한국지반공학회 관계자 여러분들께 감사의 말씀을 드립니다. 한국지반공학회가 지반의 날 을 제 정한 것은 지반공학 기술자들의 긍지와 자부심을 향상 시킬 수 있는 상당히 좋은 아이디어라고 생각합니다. 한국지반공학회는 국내외 지반공학 분야 발전에 공헌 하기 위해 많은 노력을 하고 있는 것으로 알고 있습니 다. 특히 IS-SEOUL 이라는 국제컨퍼런스의 경우 한 국지반공학회가 수 차례 주관하여 개최하고 있으며, 지반공학 분야의 최대 국제행사인 제19차 국제지반공 36 地 盤

35 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 후기 학회 학술대회(ICSMGE) 의 2017년 서울 개최와 관련 하여 전 세계 지반공학 기술자들은 본 학술대회가 성 공적인 국제 컨퍼런스가 되길 기대하고 있습니다. 같 은 아시아 사람으로서 지반공학에 대한 한국인의 열 정과 능력을 전 세계에 보여줄 수 있는 좋은 기회가 되 길 염원하며 헌신적이고 성공적인 한국지반공학회의 모습을 기대합니다. 학자들과 엔지니어들이 지반공학 에 대한 각자의 편협된 사고로 서로 협력하지 못하고 있는 현 시점에서 지반의 날 제정은 지반공학 기술자 들에게 매우 의미있는 날이 될 것입니다. 지반공학 기 술자들의 발전된 아이디어를 통해 지반공학 분야의 새 시대를 이끌어 나가기 위해서 학자들과 엔지니어들은 각자의 생각과 아이디어를 서로 공유하고 협력해야 한 다고 생각합니다. 한국지반공학회가 이제껏 해왔던 열정으로 앞으로도 더욱 발전된 방향으로 나아가길 바 라며, 한국지반공학회의 성공적인 모습을 보여주길 기대합니다. 지반의 날 제정을 다시 한번 축하드리며, 여러분들의 성공을 기원합니다. 라고 함으로써 개회 식을 마무리 했다. 3. 대주제(Main Theme)에 대한 발표 대주제는 서언에서 나타낸 바와 같이 지반공학과 IT 융합 기술의 현재와 미래 (The Present and Future of Fusion Technology between Geotechnical Engineering and IT)로서 한국측 3편, 일본측 1편의 총 4편에 대한 주제발표가 있었다. 그림 2.1 환영행사(Welcome Dinner) 그림 2.2 선물 증정 그림 2.3 주제발표 후 토론 현황 그림 2.4 양국 참가자 단체사진 Vol.30, No.5 37

36 흙, 돌 그리고 나 아래에 발표된 주요 내용을 요약하여 기술하였다. 3.1 지반공학에서의 BIM의 적용, 국토지반정보 통합DB 및 지반공학에서의 IT 융합 본 주제발표는 우리학회 이사이며, 브니엘컨설턴 트 대표이사인 강인규 박사가 발표하였다. 먼저 '지 반공학에서의 BIM의 적용'(Application of BIM in Geotechnical Engineering)에서는 Civil BIM의 소 개, CAD에서 BIM으로의 변천과정, BIM Tool을 이용 한 다양한 설계검토 사례, 가설구조물 설계시 BIM의 활용, 해외 및 국내 구조물에서의 BIM 설계 적용 사례 및 도전 과제 등에 대한 내용을 주로 하여 소개하였다 (그림 3.1 및 그림 3.2 참조). 다음으로 국토지반정보 통합DB (Integrated DB for National Geotechnical Information)에 대하여 소개하였다. 현재 국토교통부는 전 국토의 지반시추 정보를 체계적으로 관리 및 재활용하기 위한 목적으로 2003년에 한국건설기술연구원을 지반정보 전문기술 지원기관으로 선정하여 국토지반정보 통합DB센터 를 운영하고 있다. 이는 전 국토의 건설현장에서 생산 되는 시추보링성과를 DB화하고 통합관리 함으로써 지반시추성과 정보서비스를 제공하고자 함이며, 이러 한 지반시추성과와 관련된 각종 조사 관측자료와 시 험자료의 효율적인 수집, 관리 및 활용을 위한 DB구 축, 시스템 운영 관리, 지반정보 활용방안 및 국토지 반정보 통합DB센터 운영현황 등을 상세히 소개하였 다(그림 3.3 참조). 마지막으로 지반공학에서의 IT융합 (Fusion with IT in Geotechnical Engineering)에서는 도로 인접 그림 3.1 BIM의 설계 검토 사례 그림 3.2 해외 및 국내 BIM 적용 사례 38 地 盤

37 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 후기 그림 3.3 국토지반정보 통합DB 운영현황 및 기대효과 그림 3.4 도로 인접 암반사면 관리를 위한 차량탑재조사시스템의 운영 현황 및 분석사례 그림 3.5 서울시 사면 유지관리를 위한 정보전략계획 암반사면 관리를 위한 차량탑재조사시스템 (Vehicle Mounted Survey System for Rock Slope adjacent to Roads)과 서울시 사면 유지관리를 위한 정보전 략계획 (Information Strategy Planning for Slope Maintenance of Seoul)에 대한 현황을 소개하였다. 첫 번째 도로 인접 암반사면 관리를 위한 차량탑재 조사시스템 은 국책연구과제로 기 시행된 강원권역 지 역특성 연구개발사업 중 낙석 및 산사태 방지를 위한 차세대 신기술 개발 과제의 세부과제 중 하나로서, 이 는 도로변 등 인공 및 자연의 위험지역 비탈면에 대한 지속적인 유지관리와 정보 제공을 위한 이동형 현장정 보수집차량 개발과 함께 스테레오 사진측량기법을 차 량탑재 방식으로 개선한 암반절리구조 조사시스템과 더불어 비탈면 유지관리시 일상점검의 육안판정 보조 도구인 동영상 모니터링 시스템 개발 등을 포함한다 (그림 3.4 참조) Vol.30, No.5 39

38 흙, 돌 그리고 나 두 번째의 서울시 사면 유지관리를 위한 정보전 략계획 은 사면통합관리시스템(Slope Integrated Management System), 실시간원격모니터링시스템 (Real-time Remote Monitoring System), 현장조사 시스템(Site Survey System) 및 실시간상황관리시스 템(Real-time Situation Management System) 등 의 내용을 포함한다(그림 3.5 참조). 풍부한 토목공학자의 역할이 얼마나 중요한지를 깨닫 게 해준다. 현재 여러 나라에서 달, 화성, 포보스, 소행성을 3.2 Robotics for Lunar Exploration 한양대 이태식 교수는 Robotics for Lunar Exploration'이란 제목으로 주제발표를 하였다. 본 발 표에서는 건설기술 또는 지반공학기술이 새로운 개척 지인 동토, 극서지, 심해, 우주 등의 극한환경에서 어 떻게 적용될 수 있으며, 이를 위한 자동화의 필요성에 대해 다루고자 하였다. 특히 여러 극한환경 중에서도 달을 탐사하고 개발하고자 하는 달 탐사에 초점을 두 어 소개하였다. 여러 선진국에서는 우주를 탐사하고 개발하고자 하 며 이는 크게 세 가지 목적으로 요약된다. 첫째, 지구 상의 한정된 에너지 자원을 대체할 새로운 자원 탐사 및 개발, 둘째, 지구의 오염, 증가하고 있는 자연재해, 소행성 충돌의 위험성, 기후의 변화 등 인류에게 닥칠 큰 재앙에 대한 대비 및 인류를 보존하기 위한 새로운 거주지의 개발, 셋째, 인류의 기원, 우주에 대한 이해 를 넓히고 심우주 탐사를 위한 전초기지의 개발이다. 이러한 우주탐사는 영화 아마겟돈, 더 문 등을 통 해 간접적으로 접할 수 있고 지반공학기술이 왜 필요 한지에 대해서도 발견할 수 있다. 아마겟돈 에서는 지 구에 충돌할 소행성을 저지하기 위해 석유 시추 전문 가가 선발되어 소행성 표면에 시추공을 굴착하고 핵폭 탄을 설치한다. 또한 더 문 에서는 달의 자원개발을 위 해 주인공이 휴머노이드와 함께 거주하며 자동화 굴착 장비 등을 통해 자원 채취를 한다(그림 3.6 참조). 이렇 듯 행성탐사와 같은 다른 토질 및 환경에서 굴착 및 시 추가 중요한 기술이며 토질을 제대로 이해하고 경험이 그림 3.6 영화에 등장하는 행성탐사 자동화 굴착 및 시추 장비 그림 3.7 ISRU 탐사 및 개발 순환도 그림 3.8 진공챔버 내에서 시험 중인 Honeybee Robotics의 자동화 드릴(좌), NASA Resource Prospector Mission의 자동화 탐사 장비(우) 40 地 盤

39 제2회 Korea-Japan Round Table Meeting 후기 우주자원의 보고로 보고 있으며 유인탐사를 통한 자원 뿐만 아니라 상업적인 개발을 위해 우주국 및 민간에 서 여러 계획을 수행하고 있다. 특히, 달의 탐사 및 자원개발을 위해서는 달 현지에 서 장기간의 임무를 수행하여야 한다. 그러나 지구에 서 달로 수송할 수 있는 자원의 양에는 한계가 있기에 NASA 등에서는 달 현지 자원활용(In-Situ Resource Utilization, ISRU)을 전제로 모든 탐사 로드맵을 준 비하고 임무를 설계하고 있다. 그림 3.7의 ISRU 탐사 및 개발 순환도에서 알 수 있 듯이, 모든 임무는 지구상에서의 자원개발 과정과 유 사하다. 자원의 존재여부를 현장조사를 통해 확인하 고, 굴착 및 시추를 통해 자원을 채취하며, 자원 가공 플랜트 및 기타 인프라시설의 건설이 요구되며, 모든 활동의 근원이 되는 태양 에너지 발전 및 저장 시설의 건설이 필요하다. 이들은 지구상에서 건설인들이 주 로 하고 있는 건설사업들이기에 극한환경에 대한 이해 와 달 탐사의 목적만 이해하면 우리의 뛰어난 기술을 펼칠 새로운 시장이 개척될 것으로 기대된다. 또한 대 부분의 임무들에 있어 인간의 접근이 어려운 환경에서 진행되기에 원격, 자동화가 필수적으로 요구되며 극 한환경에 대한 이해를 통해 자동화 시공장비를 개발하 기 위한 노력들이 이어지고 있다(그림 3.8 참조). 이러 한 연구개발을 통해 신시장 개척에서 우리 토목인들이 활약할 수 있으며 반대로 지구상의 건설사업에 스핀오 프 함으로써 우리의 건설기술을 한 단계 더 진보시킬 수 있을 것으로 기대된다. 3.3 한국 국내외 Civil BIM 설계 현황 및 미래 태성SNI의 김성훈 대표이사는 The Present and Future of Civil BIM for Domestic and Oversea Projects -Focused on Geotechnical Engineering 이란 제목으로 한국의 국내외 Civil BIM의 설계 현황 및 미래에 대하여 지반공학 측면을 중심으로 하여 주 제발표를 하였다. 국내 Civil BIM은 아직 의무적용사항이 아니기 때 문에, 일부 대형건설사 및 발주처 주도로 원가절감이 나 효과적인 공사관리의 목적으로 활용되어 왔다. 그 러나, 최근 1~2년 사이에 국내 건설사가 상당수 진출 해 있는 해외의 Infrastructure 프로젝트에 BIM이 의무사항으로 도입되기 시작했으며, 그 수가 급격히 증가하고 있는 실정으로서, 기존에 적용되어온 Civil BIM의 국내외 현황과 개발 중이거나 향후 적용될 관 련 기술에 대하여 소개하였다. 기존 Civil BIM의 적용은 주로 엔지니어링 업무의 지원을 위해 3차원 현황검토(그림 3.9 참조), 도면이 나 수량의 정확성 검토, 프로젝트의 공정 상황을 효과 적으로 파악하기 위한 용도로 활용되었다. 그러나, 최 근 해외 발주처의 BIM Requirement에서는 계획단계 부터 하나의 통합된 모델을 통해 체계적인 협업 시스 템을 구축하도록 하고 있으며, BIM 관련 매니저와 엔 지니어의 현장상주 근무를 의무사항으로 규정하고 있 다. 이러한 BIM 관련 의무사항이 발주 프로젝트에 점 차 확대됨에 따라 관련 기술에 대한 이해 및 기술자의 양성이 매우 중요하게 되었다. 그리고 설계나 시공단계에서 구축된 Civil BIM 사용을 극대화하기 위하여, BIM 기반의 Virtual Construction 시스템이 활용되고 있다. 그림 3.10 및 3.11과 같이 3차원 가상현장 내에서 가상장비를 통해 사전 시공성 검토나 안전사항을 확인할 수 있으며, 이 러한 시스템은 온라인 기반으로 구축이 되어 다수의 관련자가 동시에 검토하고 의견을 교환할 수 있다. 또한 BIM과 다양한 IT 기술의 융합을 통해 다양한 효과를 얻을 수 있다. 그림 3.12와 같이 실시간 모니터 링 데이터를 BIM과 연계하여 재난관련 사전 예측시스 템으로 활용될 수 있고, 최근에는 레이저 스캐닝을 이 용하여 기존 시설물에 대한 BIM의 구축 및 준공용 모 델의 검증에 활용되기도 한다. 결론적으로 볼 때 현재까지는 국내에서의 Civil 분 야 BIM은 선택사항이었다. 관련 기술자도 부족하 고 기술에 대한 이해도도 부족했던 것이 사실이다 Vol.30, No.5 41

40 흙, 돌 그리고 나 그림 3.9 3차원 지반모델을 이용한 지하시설물 계획 검토 그림 3.10 가상장비를 이용한 시공성 검토 그림 3.11 BIM 기반 아바타 안전관리 시스템 그림 3.12 실시간 강우 데이터와 BIM 연계 시스템 그러나, 최근 국내 건설 프로젝트의 수가 감소하고 해 외로의 진출이 필수인 시점에 이미 대다수 국가에서 의무 적용사항으로 규정하고 있는 BIM의 도입과 활용 은 더 이상 선택사항이 될 수 없다. 최신 기술 동향에 대한 지속적인 파악과 더불어 BIM에 대한 활용을 극 대화하기 위한 준비가 필요하다. 3.4 Trend and Issues in Applications of ICT to Geotechnical Engineering 일본의 오사카대 Nobuyoshi Yabuki 교수는 Trend and Issues in Applications of ICT to Geotechnical Engineering'이란 제목으로 지반공학에 정보통신기 술(Information and Communication Technology, ICT)을 적용하기 위한 최신 경향과 이슈들에 관한 주 제발표를 하였다. 먼저 BIM 및 인프라 BIM(Construction Information Modeling, CIM)에 대해 소개하였다. 일본의 건설업계가 현재 직면하고 있는 문제점들, 즉 생산성 (Productivity) 저하 및 노령화에 대해 설명하고 이러 한 문제점을 해결하기 위한 방안 중의 하나로 BIM을 적용하게 된 배경에 대해 설명하였으며, 시공만을 위 한 것이 아닌, 프로젝트 계획에서 유지관리까지 BIM 을 적용하는 것에 대해 소개하였다. 또한, 향후 3차원 모델을 기반으로 각 분야의 협업이 필요하게 되는 패 러다임의 변화에 따라 일본 국토교통성의 인프라 BIM 시범발주 현황 및 향후계획과 더불어 서로 다른 종류 의 소프트웨어에서 정보교환이 가능하도록 하기 위해 만들어진 국제표준포맷인 IFC와 도로 및 교량의 BIM 표준모델 작성사례를 소개하였다(그림 3.13 참조). 42 地 盤