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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.35 No.1 pp.29-40
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.1.29

Application of DC Resistivity Survey from Upper Portion of Concrete and Geostatistical Integrated Analysis

Heuisoon Lee1, Seokhoon Oh2, Hojoon Chung3, Myounggun Noh2*, Yoonsoo Ji2, Taegyu Ahn1, Sung-Ho Song4, Hwan-Ho Yong4
1Geolux Inc., Chuncheon, Gangwon 200-701, Korea
2Department of Energy and Resources Engineering, Kangwon National University, Chuncheon, Gangwon 200-701, Korea
3Human & Earth Inc., Seoul 138-800, Korea
4Rural Research Institute, Korea Rural Community Corporation, Ansan, Gyeonggi 426-908, Korea
Corresponding Author: nmg1024@kangwon.ac.kr; Tel: +82 33 257 6254; Fax: +82 33 254 6255
December 9, 2013 January 2, 2014 January 20, 2014

Abstract

A DC resistivity survey was performed to detect anomalies beneath concrete pavement. A set of high conductive media and planar electrodes were used to lessen the effect’s a high contact resistance of concrete. Results of the resistivity survey were analyzed and compared with those of other geophysical surveys such as Ground Penetration Radar (GPR), Impulse Response (IR), and Multi channel Analysis of Surface Waves (MASW), which were carried out in the same location. The results of resistivity survey showed a high resistive distribution in the section of sink and pavement where a pattern of reinforcement was observed through the GPR survey. Also, a comparison of results between the IR and resistivity surveys indicated that the high resistivity was produced by the high dynamic stiffness in the reinforced section. The co Kriging of both the results of DC resistivity and MASW surveys at the same location showed that an integrated geostatistical analysis is able to give more accurate description on the anomalous subsurface region than can a separate analysis of each geophysical approach. This study suggests that the integrated geostatistical approaches were used for a decision making process based on the geophysical surveys.


콘크리트 상부에서 전기비저항 탐사 적용 및 지구통계학적 복합 해석

이 희순1, 오 석훈2, 정 호준3, 노 명근2*, 지 윤수2, 안 태규1, 송 성호4, 용 환호4
1(주)지오룩스, 200-701, 강원도 춘천시 강원대학길 1 보듬관 605호
2강원대학교 에너지·자원공학과, 200-701, 강원도 춘천시 강원대학길 1
3(주)휴먼앤어스, 138-800, 서울특별시 송파구 송이로 17길
4한국농어촌공사 농어촌연구원, 426-908, 경기도 안산시 상록구 해안로 870

초록

콘크리트 도로 하부의 이상대를 찾기 위해 전기비저항 탐사를 수행하였다. 콘크리트의 접지저항효과를 줄이기 위해 전기전도성이 좋은 매질과 평판 전극을 이용하였다. 전기비저항 탐사 결과를 분석하고 같은 장소에서 수행한 지하투과레 이더 탐사, 충격응답기법, 다중채널 표면파 탐사 결과와 비교하였다. 전기비저항 탐사 결과는 함몰과 포장 구간에서 높은 비저항 분포를 보였으며, 지하투과레이더 탐사 결과는 보강으로 인한 형태를 보였다. 또한 충격응답기법과 전기비저항 탐 사 결과의 비교를 통하여 보강 구간에서의 높은 동적강성도가 높은 비저항 분포의 원인임을 확인하였다. 동일한 장소에서 수행한 전기비저항 탐사와 다중채널 표면파 탐사 결과를 공동 크리깅한 결과, 지구통계학적 복합 해석이 각 지구물리 탐사 결과에 대한 개별적인 분석보다 더 명확하게 이상대를 확인 할 수 있었다. 이 연구는 지구물리 탐사에 기초한 의사결정 과 정에서 지구통계학을 이용한 복합 해석 결과의 활용 가능성을 제시한다.


    Korea Meteorological Administration

    서 론

    방조제는 간척지 개발에 필수적인 외곽시설로, 해 안의 조석 영향 차단 및 내수위 조절을 통한 농경지 의 안정적 확보를 위한 필수 시설물이다. 그러나 방 조제는 조간대의 연약지반 위에 수 km 이상의 길이 로 축조되기 때문에, 각 지점별 연약지반 성질에 따 른 침하량 차이와 성토단면 이음구간의 불연속면 등 에서 취약부분이 발생할 수 있다(Song et al., 2009). 방조제의 도로부에 사용되는 콘크리트는 다른 건설재 료에 비해 내구성 및 내열성이 우수하고 여러 형상 의 구조물을 용이하게 시공할 수 있다는 장점 때문 에 건설 분야에 널리 이용되고 있다(Ahn, 2003).

    콘크리트 시설물들은 그 규모가 상당히 크고 시공 할 시에는 많은 노동력과 비용이 발생하게 되는데, 사회·경제적 문제로 시공되어 있는 콘크리트 구조물 에 대한 개축이나 철거가 용이하지 않아 안전관리에 대한 관심이 높은 실정이다. 일반적으로 내부 결함 및 콘크리트 하부에 대한 결함을 찾기 위해서는 단 면을 직접 육안으로 관찰하는 방법이 유용하나 구조 물이 파괴되어 사용이 불가능해 진다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 다양한 비파괴 검사를 통해 내부 결함이나 하부의 이상대에 대한 정보를 획득하여 보 강을 수행하게 된다(Noh et al., 2009; Noh and Oh, 2011).

    최근에 콘크리트의 내부 결함 및 보강 상태를 파 악하기 위해 콘크리트 비파괴 검사에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중 전기비저항 탐사는 콘 크리트의 강도가 높아 상부에 천공을 한 후 지면에 전극 봉을 설치하여 하부 구조를 파악하는 방식인데 이는 콘크리트의 피로를 누적시켜 파괴를 유발하는 단점을 내포하고 있다. 또한 콘크리트 상부에서의 전 기비저항 탐사는 적용 시 높은 접지 저항의 문제로 인해 정확한 콘크리트 하부 구조를 파악하기에 용이 하지가 않다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 상부에 서의 전기비저항 탐사 적용성의 문제를 보완하고자 일정한 모양·크기의 전기 전도성 매질인 알루미늄 평판 전극과 소금물이 첨가된 스펀지를 이용하여 탐 사를 수행하였다. 이는 전기 전도도가 높은 소금물이 콘크리트와의 접지 저항을 낮추는 역할을 하고, 전극 판을 이용함으로서 콘크리트 상부 면과 밀착되어 전 류를 흘려보내는 것이 용이할 것으로 사료되었다.

    콘크리트 상부에서 측정된 전기비저항 탐사 자료의 신뢰도를 확인하기 위해 이종 물리탐사 자료를 이용 하였다. 전기비저항 탐사 측선과 동일한 위치(함몰 구간, 도로부 재포장 구간)에서 지하투과레이더(Ground Penetration Radar, GPR)와 충격응답기법(Impulse Response, IR)을 측정하여 비교·분석을 수행하였다. 그 결과 콘크리트의 건전도 및 하부의 상태를 상호 확인하고, 전기비저항 탐사 측정 자료의 신뢰도를 규 명하였다.

    물리탐사 자료는 복합 해석이 단일 자료 해석보다 신뢰도가 높은 정보를 제공할 수 있는 장점을 가지 고 있다(Kwon et al., 2000). 이를 이용해 이종의 탐 사 자료에 대한 공간적 특성을 연결고리로 하여 각 각의 자료가 가지고 있는 공간 분포 특성을 동시에 반영하는 지구통계학적 해석이 필요하다. 보다 명확 한 콘크리트 하부 구조를 확인하기 위해 전기비저항 탐사 자료와 다중채널 표면파탐사(Multi-channel Analysis of Surface Wave, MASW) 자료에 대한 지 구통계학적 복합 해석을 수행하였다. 전기비저항 탐 사와 MASW 탐사 자료에서 산출되는 물성 값인 전 기비저항(Ω m)과 탄성파 속도(Vs, ms−1 ) 간의 높은 상관성이 나타나 추정하는 변수의 불확실성에 대한 정보를 제공하여 해석에 대한 신뢰도를 증대시켰다. 이를 통해 일부 함몰·균열·보강 지역 등의 연약 구 간 혹은 새로운 이상대에 대한 파악 및 단일 해석 시에 발생하는 자료의 한계점을 보완할 수 있었다.

    콘크리트 전기비저항 탐사

    콘크리트 구조물의 안전성 여부를 파악하기 위해서 유형 및 형태, 강도, 변형 등에 대한 사전 조사 및 평가하는 일환으로 비파괴 검사를 수행한다(Kim, 2001). 따라서 균열과 함몰 등의 원인이 되는 사항들 을 분석하고 보수·보강 대책을 마련하기 위해 비파 괴 검사는 필수적이다. 하지만 콘크리트 특성으로 인 해 다양한 물리탐사 기법을 적용하는데 있어 한계점 이 있다. 특히 제방 및 댐 등의 대형 콘크리트 구조 물은 지반의 변화로 인해 콘크리트의 변형이 발생하 기 때문에 이를 확인할 수 있는 탐사 심도를 설정해 야한다. 이를 위해 콘크리트 상부(함몰 구간, 도로부 재포장 구간)에서 전기비저항 탐사를 수행하였다(Fig. 1).

    일반적으로 전기비저항 탐사는 토양 및 연약 지반 지역에서는 지면과의 접지 전극으로 전기 전도성이 높은 금속 재질의 전극 봉을 사용하여 인공적으로 지하에 전류를 흘렸을 때 발생하는 전위를 측정하는 방법으로 지하의 지질구조 및 지반 상태를 확인하는 물리탐사 기법이다. 일반적으로 지면에 전극 봉 설치 는 접지저항이 낮을 때 유용하게 이용되지만 콘크리 트에서는 접지저항이 높고, 전극 봉 설치가 용이하지 않다. 그래서 콘크리트 상부에 천공을 수행하여 전극 봉을 설치하는데 이는 콘크리트 자체에 대한 강도가 저하되는 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 전극 봉에 의한 콘크리트 전기비저항 탐사의 한계점을 보 완하기 위해 전극 봉의 대체물로 사용 가능한 알루 미늄 재질의 금속 전극 판을 제작하였으며, 전도성이 높은 소금물이 포함된 스펀지를 지면과 금속판의 접 촉 매질로 사용하여 탐사를 수행하였다(Fig. 2).

    전기비저항 탐사는 ABEM(社)의 전자동 전기비저 항 측정 장비 시스템인 Terrameter-LS를 사용하였으 며 쌍극자 배열(Dipole-dipole array)을 적용하였다. 수행된 모든 측선에 대한 제원은 Table 1과 같다.

    측정된 전기비저항 탐사 자료는 역산 프로그램인 Dipro for Windows를 이용하여 2차원 구조를 확인하 였다. Line 2, Line 5 (측점 5 m 간격)에 대해서는 단일 자료처리 및 분석을 수행하였으며 Line 1, Line 3, Line 4 (측점 1, 2 m 간격)은 이종 탐사 자 료처리 결과와의 비교 분석 및 지구통계학적 복합 해석을 수행하였다.

    예비 실험

    전극 봉과 평판 전극의 비교 실험

    일반적으로 전류를 흘려보내기 위해 전극 봉을 사 용하게 되지만, 본 연구 대상인 콘크리트에서는 전극 봉의 설치가 용이하지 않으므로 평판 전극을 이용하 여 콘크리트의 하부 구조를 파악하고자 하였다. 이에 평판 전극을 이용한 전기비저항 탐사를 수행하기에 앞서 전극 봉과 평판 전극에 따른 오차 및 적용 여 부를 규명하기 위한 예비 실험이 요구되었다. 예비 실험은 지반에 전극 봉과 평판 전극을 동일한 측선 에서 1 m 간격으로 전극을 설치하여 측정을 수행하 였다.

    Fig. 3은 Dipro for windows 프로그램을 이용하여 전극 봉과 평판 전극 두 방식의 전기비저항 탐사 자 료처리 결과를 나타낸 것이다. 결과를 보면 일부 고 비저항대와 저비저항대가 나타나는 부분과 전체적인 비저항 분포가 유사한 양상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 두 전극 방식에 의해 발생하는 차이 점이 거의 없다는 것을 의미하며, 추가 분석을 위해 각 결과에서의 비저항 값을 따로 추출하여 상관관계 그래프를 도출하였다.

    Fig. 4는 전극 봉과 평판 전극 방식에 따라 도출된 탐사 결과에서 전기비저항 값만을 도출하여 상관관계 그래프를 나타낸 것이다. 각 비저항 값에 로그스케일 (Log scale)을 변환하여 두 전극 방식의 비저항 값 모두 최소 2-3.1 (Ω m) 사이의 범위를 보였다. 또한 각 값의 분포 양상이 비교적 좁은 비례 그래프를 나 타내어 두 결과에 대한 상관관계가 좋다는 것을 확 인할 수 있었다.

    평판 전극 방식의 반복 측정 결과

    Fig. 5는 반복 측정에 의한 오차 및 문제점을 파악 하고자 평판 전극 방식으로 실제 콘크리트에 대하여 실증 검증을 수행하여 나타낸 결과이다. 4회 반복 측 정을 수행한 결과, 평균 비저항 값이 193.63 (Ω m) 이고 각 횟수별 측정 비저항 값은 평균값과의 편차 가 거의 없는 유사한 양상으로 측정되었다. 이를 통 해 평판 전극의 모양·변성 또는 스펀지의 수분량에 따라서는 결과 변화에 거의 영향이 미치지 않음을 확인할 수 있었다. 이처럼 예비 실험에서 전극 변화 에 따른 영향 및 오차가 작게 나타나는 것을 통해 본 연구에서는 알루미늄 재질의 평판을 전극으로 적 용하였으며, 실제 연구 지역의 콘크리트 하부 구조를 보다 명확히 확인할 것으로 예상하였다.

    콘크리트 전기비저항 탐사 결과

    Fig. 6a는 함몰 구간 측선의 전기비저항 탐사결과로 측점간격은 5m이며, 21 ch로 수행되었고 유한요소법 (FEM) 역산 방식을 이용하여 도출한 결과이다. 자료 처리를 통해 도출된 역산 결과를 살펴보면 우수관로가 존재하는 구간에서는 우수관로의 영향으로 천부에서 주변의 비저항보다 높게 나타났다. 그러나 콘크리트 상부에서 하부 심도 10m까지 저비저항대가 나타났다.

    지반의 지층 구분이 명확한 경우, 전기비저항 분포 가 층상형태로 나타난다. 하부의 기반암이 존재할 경 우 높은 비저항을 나타내지만, 함몰 및 해수침투 등 의 이상대의 영향으로 Fig. 6a의 검은색 박스 구간 (함몰 구간)과 같이 하부로 움푹 파인 저비저항대가 나타난다. 이는 전기비저항 탐사의 특성상 측점 간격 이 조밀할 때는 직하부에 대한 정보만 획득하지만 Fig. 6a와 같이 측점이 적정 간격으로 멀어지면 동심 원 형태로 퍼져서 발생하기 때문에 직하부와 더불어 측면에 대한 영향 요소까지 고려를 해주어야 한다. 따라서 불균질한 구간 및 그 상부의 저비저항대의 넓은 분포는 해수의 거동 양상 혹은 균열로 인한 침 투로까지 판단할 수가 있다. 향후 안정성 확보를 위 해 이 구간에 대한 추가적인 정밀 조사가 필요할 것 으로 사료된다.

    Fig. 6b는 도로부 재포장 구간 측선의 전기비저항 탐사에 대해 동일한 제원과 역산방법을 이용하여 도 출한 결과이다. Fig. 6a와 같이 우수관로가 존재하는 구간에서는 비저항이 높게 나타났으며, 콘크리트 상 부에서 하부 심도 10 m까지 주변의 전기비저항 값보 다 낮게 측정되었다.

    전극 15번 이전의 구간에서는 하부 심도 10 m 하 부에 위치하는 단단한 암반의 영향으로 매우 고비저 항대가 나타났고, Fig. 6a와 같은 구조를 나타내고 있다. 하지만 Fig. 6b에서 전극 번호 15-17번 구간(물 음표 표시 구간)에서만 하부의 암반층으로 예상되는 전기비저항 값보다 낮은 비저항이 나타났다. 천부의 저비저항의 분포가 하부까지 연장되는 것을 확인할 수 있다. 이는 Fig. 6a에서의 설명과 동일한 원인으 로 해당 구간에 대한 다양한 자료가 필요할 것으로 판단된다.

    이종 물리탐사 자료의 비교·분석

    본 연구에서 획득한 전기비저항 탐사 자료의 신뢰 도를 확인하기 위해 GPR 탐사 자료와 IR 탐사 자료 와의 비교·분석을 수행하였다. 동일한 위치에서의 각 자료의 변화 양상을 확인하여 신뢰도를 평가하였다.

    전기비저항 탐사와 GPR 탐사

    GPR 탐사는 국내외에서 콘크리트 구조물에 대한 적용성이 높아, 콘크리트 배면의 공동 조사 및 터널 라이닝, 댐 등 대형구조물에 이용되고 있는 탐사법이 다. 탐사원리는 송신안테나로부터 방출된 전자기파가 전기적 물성이 다른 물체를 만나 반사되는 신호를 수신안테나에서 탐지하여, 이를 처리하고 해석하는 탐사법이다(John, 2003). 이에 본 연구에서는 GPR 탐사 특성상 주변 시설물에 대한 잡음 영향 및 보강 유무를 파악하는 것에 탁월하여 전기비저항 탐사 자 료와 비교·분석이 용이할 것이라 판단하였다. GPR 탐사는 송·수신 안테나 각각 250, 500MHz를 장착 한 PulseEKKO PRO 장비를 이용하여 함몰 구간은 108 m, 도로부 재포장 구간은 132 m로 측정하였다.

    Fig. 7은 함몰 구간 GPR 탐사 자료와 저기비저항 탐사 자료를 비교한 것이며 GPR 탐사 자료에서 그 라우팅의 효과로 인해 하부의 반사 이벤트는 보이지 않고, 상부의 반사 이벤트가 명확히 보이는 것을 확 인할 수 있다. 이를 통해 함몰 후 보수 및 보강이 이 루어졌음을 확인하였고, 전기비저항 탐사 자료에서는 상부에 비저항이 크게 나타났다. 특히 상부에서 0.5m 의 하부까지의 천부에 대해서는 GPR 탐사의 반사 이벤트가 뚜렷이 나오고 있으며, 이는 전기비저항 탐 사 자료에서도 주변의 비저항 보다 높게 나타나고 있어 동일한 위치에서 함몰이 발생한 것으로 예상되 었다. GPR 탐사 자료 하부 구간에서는 함몰 구간 상 부의 강한 반사 이벤트와 반대로 불연속면이 발생하 고 있다. 동일한 구간의 전기비저항 탐사 결과를 살 펴보면 해수침투로 인해 저비저항대 분포가 나타났지 만, 일부 구간에서는 해수침투로 인해 나타난 전기비 저항 값보다 높은 값을 나타내고 있다. 이는 해당 구 간에 대한 보강 효과로 인해 하부의 지반의 강도가 높아짐에 따라 발생한 것으로 판단된다.

    Fig. 8은 도로부의 재포장 구간의 GPR 탐사 자료 와 전기비저항 탐사 자료를 비교한 것이며 GPR 탐 사 자료에서 주파수 500 MHz의 자료가 250MHz 자 료보다 명확하게 천부 구조를 구분함을 확인할 수 있다. 이외의 획득 자료의 전체 구간에서는 연속적인 반사이벤트가 확인되었다. 이는 콘크리트 하부에 불 연속면이 존재하지 않음을 나타내며 콘크리트 상부에 대한 상태를 동시에 확인할 수 있다. GPR 탐사 단면 자료에서 도로부 재포장 구간은 30-46 m 구간으로서 주변의 반사이벤트 양상이 하부로 움푹 파인 결과를 나타냈다. 이는 도로부 재포장 구간에 대한 함몰이 존재했음을 의미하며, 그 상부에 대한 포장재의 영향 으로 강한 반사 이벤트가 나타남을 확인할 수 있었 다. GPR 탐사 자료를 통해 확인된 이상대 구간에 대 해 전기비저항 탐사 자료와의 비교·분석을 수행하였 다. 전기비저항 탐사 자료를 살펴보면 9-16 m 구간에 서 도로포장의 영향으로 상부에 고비저항대가 나타났 지만 하부의 비저항은 낮게 나타났다. 이는 GPR 탐 사 자료에서 하부로 움푹 파인 반사이벤트가 나타난 구간과 유사하게 나타났음을 확인할 수 있다. 동일한 콘크리트 상부의 비저항 값이 하부보다 높게 나타나 는 것을 확인 할 수 있어, 상부의 도로 포장 상태는 좋은 것으로 판단된다. 하지만 도로 재포장 구간 하 부에 저비저항대가 나타나는 것으로 보아 해수 침투 로 인한 연약지반에 대한 보수 및 보강이 필요할 것 으로 사료된다.

    전기비저항 탐사와 충격응답(IR) 기법

    충격응답(Impulse Response, IR) 기법은 말뚝 건전 도 시험을 위한 진동조사법으로부터 발전되었으며 (Davis and Dunn, 1974; Davis et al., 2005), 적용대 상이 말뚝뿐만 아니라 판상의 벽, 슬래브 등의 콘크 리트 구조물 등으로 확장되어 판상 구조물의 내부 결함 및 배면의 공동 또는 잘 다져지지 않는 영역을 찾는 문제에 적용되고 있다(Davis, 2003). 충격응답기 법은 콘크리트가 이용되는 교량, 도로, 댐 등의 안전 진단 방법으로 적용될 수 있으며, 콘크리트의 균열, 콘크리트 하부의 공동, 그라우팅 성과분석 등을 비파 괴적으로 조사할 수 있다. 국외의 연구 사례를 보면, 교량이나 콘크리트 도로, 대단위 구조물 안전 진단에 적용되어 좋은 결과를 나타내고 있다(Davis, 2003). 이에 본 연구에서는 전기비저항 탐사 자료와의 비 교·분석을 위해 동일한 두 구간(함몰 구간, 도로부 재포장 구간)에서 Chung et al. (2013)이 개발한 판 상 구조물용 비파괴 검사를 위한 충격응답시험기를 이용하여 1 m 간격으로 총 46 m를 측정하였으며 동 적강성도(Dynamic stiffness)를 산출하여 비교·분석을 수행하였다. 동적강성도는 운동성 그래프에서 운동성 이 선형으로 증가하는 주파수 80 Hz 이하 구간 기울 기의 역수로 정의되며, 측정 지점 주변의 유연성 (Flexibility)을 나타내고 조사대상체의 질, 판의 두께, 판의 지지상태에 따라 달라진다(Chung et al., 2013).

    Fig. 9와 같이 동적강성도를 통해 타격 측점별 값 의 변화를 파악할 수 있었다. 각 구간의 위치를 동일 하게 하여 전극 간격을 2 m로 설정한 전기비저항 탐 사 자료와 비교·분석한 결과, 동적강성도가 낮은 구 간에서 대체로 전기비저항도 낮게 나타나는 현상이 정성적으로 관찰되었다. 충격응답기법 자료에서 9- 13 m 구간은 동적강성도가 낮게 나타나며 전기비저 항 탐사 자료도 다른 구간의 결과에 비해 심부의 전 기비저항이 낮게 나타나는 것을 볼 수 있는데 이는 해수 침투에 의한 영향으로 예상된다. 그러나 정량적 인 분석을 수행하기 위해서는 추가적인 연구가 필요 할 것으로 사료된다.

    전기비저항 자료와 MASW 자료의

    복합 해석

    본 연구에서는 전기비저항 탐사의 물성인 전기비저 항(Ω m)과, MASW 탐사의 물성인 전단파 속도(Vs, m s−1 )를 이용하여 서로 다른 물성에 대한 지구통계학 적 복합해석을 적용하였다. 일반적으로 현장 조사 자 료는 공간적으로 산재된 소수의 지점에서 획득하는 경우가 많아 지구통계학적 복합해석을 통해 자료의 신뢰성을 높여야 한다. 이러한 현장 조사 자료로부터 대상 지역의 모든 지점에서 값을 추정하는 공간 예 측을 적용한 이후 분석을 수행한다. 지구통계학적 복 합 해석 기법 중의 일부인 크리깅(Kriging)은 다른 결정론적 공간 예측 방법과 다르게 자료 통합을 수 행할 수 있는 방법론을 제공한다. 그 중의 한 기법인 공동 크리깅은 일반적으로 부가 자료가 전역적으로 얻어진 경우와 그렇지 않은 경우 모두 적용 가능한 다변량 크리깅 기법으로, 부가 자료가 샘플 자료와 연관성이 존재하면서 보다 많은 지점에서 샘플링되어 야 한다. 또한, 공동 크리깅은 N(N+1)/2개의 베리오 그램과 교차 베리오그램값의 모델링 과정을 모두 필 요로 하기 때문에 실제로 계산 과정에서 많은 계산 량을 요구한다(Goovaerts, 1997). 기존 연구에 따르면 공동 크리깅은 샘플 자료와 부가 자료가 동일 위치 에서 얻어지는 경우에 부가 자료 이용 효과가 크지 않다고 보고되었다. 따라서 공동 크리깅은 부가 자료 가 샘플 자료보다 많은 위치에서 얻어지고, 부가 자 료가 샘플 자료에 대한 많은 정보를 제공할 수 있도 록 서로의 상관성이 높아야 실제 적용의 효과를 볼 수 있다(Oh, 2011).

    샘플자료인 전기비저항 탐사 자료의 부가자료로 이 용되는 MASW 탐사는 표면파를 이용하여 수십 m 내외의 이상대 탐지(Anomaly detection) 즉, 연약대 탐지(Weak zone detection), 빈 공간 탐지(Void detection), 균열대 탐지(Fracture detection)에 활용되 고 있다. 시험공이 필요 없이 지표에서 표면파 특성 을 이용한 탐사로서, 표면파의 분산(Dispersion)특성 을 나타내는 주파수 또는 위상속도(Phase Velocity)간 의 관계를 나타내는 분산곡선을 결정한 후 이에 대 한 역산 과정을 통해 지반의 전단파 속도를 얻는 탐 사 방법이다. 이는 굴곡이 있는 지형에서는 탐사가 어 려운 단점이 있으며(Burger, 1992), 본 연구에서는 스 트리머 방식을 적용하여 소스 오프셋 5 m, 지오폰 간 격 1 m로 설정하여 도로포장 구간에서의 탐사 자료 를 취득하였다.

    이를 통해 비교적 적은 자료의 개수를 포함한 전기 비저항 탐사 자료(Primary hard data) 및 비교적 많은 자료의 개수를 포함한 MASW 탐사 자료(Secondary hard data)를 이용하여 지구통계학적 복합 해석 기법 인 공동 크리깅을 적용시켜 보았다(Fig. 10).

    Fig. 10에서와 같이 천부의 저비저항대가 연속적으 로 분포하고 있는 것을 확인하였으며, 특히 빨간색 점 선으로 표시한 구간에서 다른 부분의 평행한 저비저 항 분포에 비해 다소 불균질한 양상이 부각되는 것을 확인 할 수 있었다. 이와 같은 지구통계학적 복합 해 석을 통해, 연약대 등의 이상대를 보다 면밀하게 유추 하는 것이 가능하였다. 향후, 잡음이 적은 MASW 탐 사 자료의 추가적인 확보가 필요할 것으로 판단되며, 이를 이용한 두 종류 이상의 물리탐사 자료 간의 지 구통계학적 복합 해석을 수행한다면 보다 신뢰도 높 은 결과를 도출할 수 있을 것으로 사료된다.

    결 론

    본 연구에서는 OO방조제의 콘크리트 상부(함몰 구 간, 도로부 재포장 구간)에서 전기비저항 탐사를 수 행하여 이종 물리탐사 자료간의 비교·분석을 수행하 였다. 이 후 지구통계학적 복합 해석(Co-Kriging)을 수행하여 보다 정확하고 신뢰도 있는 하부 구조를 규명하였다.

    접지 저항이 높은 콘크리트 접촉면에 대해 전기전 도성이 좋은 매질과 평판 전극을 이용하여 전기비저 항 탐사에 적용한 결과 콘크리트 하부의 지질 구조 를 파악할 수 있었다. 전기비저항 분포를 통해 콘크 리트 상태에 대한 파악 및 지하의 해수침투, 공동의 흔적을 볼 수 있었다.

    콘크리트 전기비저항 탐사 자료의 신뢰성을 확인하 기 위해 이종 물리탐사인 GPR 탐사와 충격응답기법 과 비교 분석을 수행하였다. GPR 탐사와 충격응답기 법에서 나타난 변화 양상이 전기비저항 탐사에서도 나타나는 것을 볼 수 있었다. 이를 통해 콘크리트 상 부에서 전기비저항 탐사의 적용성이 높을 것으로 예 상되었다. 또한 측선간격에 의한 탐사 심도가 높아 하부의 지질 변화 양상도 관측할 수 있을 것으로 예 상되었다.

    최종적으로 이종 탐사 자료간의 비교·분석 및 지 구통계학적 복합 해석만의 강점을 이용하여 함몰·균 열·보강 지역 등의 연약 구간 혹은 새로운 이상대에 대한 파악이 종합적으로 가능하였으며, 이를 통해 단 일 해석 시 발생하는 자료 해석의 한계를 보완할 수 있었다. 이는 안전 및 경제적 측면에서 콘크리트의 내부 구조를 파악하는데 비교적 유용한 기법이라 판 단이 되며, 안전 관리 및 보강·보수 공사에 대한 의 사 결정의 일부분으로 제시될 수 있을 것이라 사료 된다. 향후 방조제의 연약 구간에 대해 더욱 정확한 예측과 점검을 수행하기 위해서는 모니터링 개념을 바탕으로 한 지속적·추가적인 복합 탐사 자료의 확 보가 필수적이라 예상된다.

    Figure

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    Picture of study area. (a) Sink section and (b) Pavement section.

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    Picture of the DC resistivity survey using Terrameter LS on the upper concrete. (a) DC resistivity survey in pavement section and (b) Aluminum flat electrode and sponge.

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    Comparison of two electrode methods. (a) Conventional (Pole) electrode and (b) Flat electrode.

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    Correlation result of resistivity from two electrode methods.

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    Result of repeated measurement using flat electrode method.

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    Inversion result of DC resistivity survey in this study area. (a) Including sink section and (b) Including pavement sec tion.

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    Comparison of GPR survey result and DC resistivity survey inversion result in sink section.

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    Comparison of DC resistivity survey and GPR survey data in pavement section.

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    Comparison of DC resistivity survey data with 2 m electrode spacing and dynamic stiffness data from Impulse Response method.

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    Application result of geostatistical integrated analysis method (co Kriging) using MASW survey result and DC resistiv ity survey in pavement section.

    Table

    Specification of the DC resistivity survey in two sections

    Reference

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