[공학저널 전찬민 기자] ‘수동’ 연약지반 계측이 이제는 ‘자동’으로 흐름이 변하고 있다. 자동 연약지반 계측 기술은 터널이나 사면, 댐까지 측정할 수 있고, 도심지의 굴착지반의 배면까지 층별로 침하를 측정할 수 있어 그 활용 범위가 넓어지고 있다. 현장에서 이 기술은 ‘기존의 측정방식을 탈피한 기술’로 평가받고 있다.
기술의 명칭은 ‘홀센서 기반의 심도별 자력감지 시스템’. 기술개발의 주인공은 ㈜호승이앤씨다. 건설신기술 643호로 지정되며 기술력을 인정받았다.
국내 대부분의 기존 연약지반 개량 현장에서는, 장래침하거동 분석과 압밀도 판정 등에 있어 지표침하 위주의 계측관리를 수행하고 있는 것이 현실이다. 지표침하는 철제 침하판을 지표면에 설치하고 수동으로 그 레벨을 측량하는 방식으로 대부분 수행되고 있다.
초기의 낮은 전단강도와 고함수비 특성을 보이는 연약지반은 지반 개량공사 중 상부 성토, 연직배수재 타입 등의 각종 시공내용으로 인해 잦은 융기와 전단변형 등의 지반변형을 수반하게 된다.
하지만 주 1~2회 정도 주기로 지반침하를 측정하는 기존 수동 계측방식으로는 이러한 분석이 불가능하다는 것이 업계와 학계의 정설이다.
주 1회 측정주기의 수동계측 결과에는 1주일간의 다양한 전단변형과 압밀침하가 복합적으로 포함돼 있기 때문에, 이러한 계측 결과로부터 적정 압밀침하량을 추출하는 것은 현실적으로 한계를 가질 수밖에 없다.
또한 연약지반 침하계측에 있어, 기존의 수동계측 방식은 시공영향 등으로 인한 전단변형 보정에 필요한 계측주기 단축에 한계가 있다. 특히 레벨측량에 의한 수동계측은 현장 시공여건과 기상변화에 따라 측정이 불가한 경우가 발생할 수 있으며, 측량 시 기준점을 침하영향이 없는 대상부지 외곽의 설치로 인한 측량시간 증가와 오차누적 등의 기술적 문제점을 내포하고 있다. 이러한 이유에서 연약지반 침하과정에 대한 연속적 모니터링과 계측결과의 신뢰성 확보를 위한 자동 침하계측의 필요성이 꾸준히 대두 돼왔다.
이러한 점을 볼 때, ‘홀센서 기반의 심도별 자력감지 시스템’은 기존의 수동 계측방식을 완벽하게 탈피했다고 볼 수 있다.
별도의 기준점 없이 지표침하와 다수 층별침하를 동시에 측정할 수 있는 원위치 지반침하 자동 계측시스템을 구축했기 때문이다. 시공성과 시공속도, 경제성, 운용관리상의 효율성 등이 월등히 높아졌다고 할 수 있으며, 필요시 손쉽게 재설치가 가능하다는 장점도 가지고 있다.
호승이앤씨 이근호 대표이사(사진)는 “현장을 대상으로 자동 계측시스템을 적용한 결과, 모든 현장에서 장기간 안정적 지반침하 데이터를 취득할 수 있었으며, 동일지점에 대한 수동계측 결과와도 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다”며 “현장적용 과정을 통해 압밀침하량이 매우 크게 발생하는 현장의 경우, 자력감지 시스템을 임의 길이로 현장에서 연결할 수 있도록 개선했으며, 탈기된 실리콘 엘라스토머 충진을 통해 방수성능과 내구성도 향상시킬 수 있었다”고 설명했다.
일반적으로 연약지반의 압밀거동을, 설계 단계에서 정확히 예측하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이다. 연약지반 압밀거동 예측은 설계 단계에서의 확정 설계 개념이 아닌, 장기간 지반개량중의 실제 압밀침하 데이터를 취득하고 이를 이용해 향후 압밀침하 거동을 재예측 하는 방식으로 수행돼야 하기 때문이다.
이때 가장 중요한 기술적 부분은 신뢰성 있는 압밀침하 데이터의 연속적 취득을 위한 현장 계측과, 이를 이용한 계측관리다. 대부분의 연약지반 침하계측은 수동계측 방식으로 수행되고 있지만 과거부터 수동계측 방식의 단점을 보완하고 계측관리의 연속성과 신뢰성을 향상시키기 위한 대안으로서 자동계측에 대한 필요성이 꾸준히 제시 돼왔다. 이러한 계측시장에서 ‘홀센서 기반의 심도별 자력감지 시스템’이 자동 계측의 큰 획을 그은 것이다.
이러한 기술 개발을 통해, 호승이앤씨는 한국수자원공사가 발주한 여수산업단지의 연약지반 개량현장, 광양현장의 순환골재를 재활용한 친환경 지반개량 등 다수의 현장에 적용하며 그 기술력을 인정받았다.
호승이앤씨는 지반침하 계측 기술뿐만 아니라 철도 현장의 다양한 경험과 축적된 기술을 기반으로 국내 최초로 레일의침하를 직접 측정하는 ‘도상침하계’를 개발했다. 도상침하계는 도상에 종방향·횡방향 변위계를 설치해 레일의 면틀림이나 수평틀림, 그리고 도상의 침하 정도를 모두 계측할 수 있다. 특히 자갈·콘크리트 도상에 모두 적용할 수 있고, 침목을 고정시키기 위해 보강빔을 설치한 현장에도 맞춤형 시공이 가능하다는 것이 장점으로 손꼽힌다.
또한 측정이 필요한 균열부에 균열 측정기구를 설치하고, 카메라(휴대폰 등)로 사진 촬영해 균열의 폭을 측정하는 기술도 개발했다. 이 기술은 아루코 마커(Aruco Marker)가 표시된 판형 구조의 균열 측정기구를 이용해 균열 폭을 측정하는 기술로서 현재 건설신기술지정을 위한 신청이 진행되고 있다.
이처럼 호승이앤씨는 새로운 기술개발을 통해 다양한 건설현장의 여건에 적합하고 효율성 있는 새로운 메커니즘의 자동화계측 모니터링 시스템을 구축하고자 심혈을 기울이고 있다. 현재까지 많은 프로젝트를 성공리에 수행해 왔듯이, 앞으로도 건설현장 계측분야의 발전을 도모할 수 있도록 최선을 다할 예정이다.
