JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS. October 2018. 751-760
https://doi.org/10.12652/Ksce.2018.38.5.0751


ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 이론적 고찰

  •   2.1 Intelligent Compaction Roller

  •   2.2 Compaction Meter Value

  •   2.3 Compaction Meter Value의 적용 기준

  • 3. 지능형 다짐 시스템 개발

  •   3.1 시스템 하드웨어 개발

  •   3.2 시스템 소프트웨어 개발

  • 4. 현장 적용 테스트

  •   4.1 타당성 검증 테스트

  •   4.2 다짐정보 시각화

  • 5. 결 론

1. 서 론

다짐공사에서 지반의 역학적 특성을 고려하여 다짐 두께를 산정하고 다짐장비의 운용을 계획하는 것은 대부분 체계적인 평가 및 관리시스템의 부재로 작업자 자신의 인위적인 판단에 의해 작업이 진행된다. 이러한 문제는 다짐 품질을 평가하기 위한 시료 채취의 위치 문제, 일점시험에 의한 대표성 문제, 시험자의 오차 및 토질 종류에 따른 역학적 특성 등 지반공학적으로 고려해야 할 중요한 요소가 많음에도 불구하고 단지 장비의 일정한 다짐횟수에 의해 충분히 다져진다고 간과할 수 있다.

이와 같은 단점을 보완하기 위해 지난 30년 동안 유럽, 미국 등을 중심으로 연속다짐관리(CCC: Continuous Compaction Control)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연속다짐관리 방법은 다짐시공 시 다짐평가를 동시에 연속적으로 수행할 수 있는 방법으로 진동 다짐 롤러에 가해지는 진동과 이로 인한 지반 반발력의 관례로 지반강성을 측정하는 방법이다. 이러한 연속다짐관리 기술을 적용한 롤러를 IC 롤러라 칭하고 있으며, 외국의 경우 이미 IC 롤러에 대한 많은 시방기준들이 제시되고 있는데 대표적인 예로 스웨덴의 “ROAD94”, 오스트리아의 “Technical Contract Stipulation RVS 8S.02.6, Earthworks, Continuous Compaction Integrated Compaction- Proof (Proof of compaction)” 등이 있으며, 미국의 경우 2007년 “Compaction by IC, LFWD & Test Rolling-Pilot Specification for Embankment Grading Materials”이 미네소타주 교통국(Mn/ DOT)에 의해 시방기준을 제시하고 있다(Kim and Park, 2010). 이외에도 유럽, 미국, 일본 등에서는 간편성, 신속성, 경제성, 접근성 등이 우수한 새로운 다짐평가장비인 지오게이지(Geogauge), 동적콘관입시험기(Dynamic Cone Penetrometer, 이하 DCP), 동평판재하시험기(Light Weight Falling Deflectometer, 이하 LFWD) 등을 개발하여 사용하고 있다.

IC 롤러는 GPS와 가속도계를 이용하여 위치정보와 품질정보인 CMV를 도출하고 이를 통해 연속다짐관리, 즉, 연속 다짐강도 측정을 한다. CMV를 통한 연속 다짐강도 측정방법은 1970년에 최초로 제안되었으며, 다양한 현장 품질시험과 비교하여 가장 높은 상관관계를 보이고 있다. 따라서 지반의 다짐강도를 연속적으로 측정하는 방법에 대표적으로 사용되고 있다. IC 롤러를 통한 다짐공사는 전 공사 지역에서 다짐이 부족한 지역을 정확히 알 수 있으며, 동일지역에 다짐횟수 및 다짐경로를 알 수 있으므로 정밀다짐 여부를 모니터링 할 수 있기 때문에 지반 품질관리에 용이하다.

본 연구는 선행연구 조사를 통한 국내외 IC 롤러의 현황을 검토하고, 하드웨어, 소프트웨어를 개발 및 구축하였다. 현장 품질시험과 비교하여 개발한 IC 시스템의 사용 타당성을 검증하였고, IC 시스템을 실제 토공현장에 적용하여 다짐정보(위치정보, 품질정보)를 시각화하였다. 다짐정보의 시각화 방법으로는 국토교통과학기술진흥원 산하 “ICT를 활용한 건설장비 관제 및 스마트 시공 기술 개발” 과제를 통해 개발된 Web-GIS 기반 토공관제프로그램을 기반으로 하였으며, 시스템에 IC Control 기능을 추가 개발하여 현장관리자는 각각의 다짐정보를 모니터링하고 현장 다짐기준에 적합한지 분석할 수 있도록 하였다.

Fig. 1은 본 연구의 전체 범위 및 방법을 나타낸다.

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Fig. 1.

Scope and Method of IC System Research

롤러의 내·외부에 GPS 컨트롤러와 가속도계를 설치한다. GPS로부터 얻을 수 있는 NMEA-0183 (National Marine Electronics Association-0183)프로토콜 데이터와 가속도계 데이터로거로부터 얻을 수 있는 시간당 가속도 데이터를 DB (Data Base)화 한다. Web-GIS 기반 토공관제프로그램에 추가 ERD (Entity Relationship Diagram) 작성 및 시스템 알고리즘을 설계하고 IC 롤러를 컨트롤 할 수 있는 UI (User Interface)를 구성한다. NMEA-0183 표준에서 제시하는 여러 데이터 규격 중 GGA 포맷을 통해 위도, 경도, 및 시간 정보를 추출하고, 가속도 데이터를 FFT (Fast Fourier Transform) 하여 시간, CMV 정보를 추출함과 동시에 해당 정보를 매치시켜 GIS 맵 상에 표시한다.

개발 결과의 검증을 위하여 두 곳의 시험 장소를 선정하고 시스템 타당성 검증 테스트를 실시한다. 타당성 검증 테스트를 위하여 다짐 횟수에 따른 CMV의 변화와 다짐 횟수에 따른 현장 품질시험 값(지지력계수)의 변화를 확인하고 CMV와 현장 품질시험 값과의 상관관계를 비교한다. 또한, 개발 된 시스템을 활용하여 롤러의 다짐정보를 GIS-Web 상에 시각화한다.

2. 이론적 고찰

2.1 Intelligent Compaction Roller

IC 롤러는 현재 미국 연방도로관리청에서 일단위로 진척도를 확인할 만큼 중요한 기술로 분류되며, 기술사용을 널리 확장시키기 위해 기술 개발, 교육 등과 같은 많은 투자가 이루어지고 있다. 2004년에 Minnesota에서 시험도로(MnRoad)에 시행한 것을 시작으로 2015년 현재까지 약 140개 현장에서 사용되어 왔고, Minnesota, Texas, California, Pennsylvania주에서 대부분 시행되고 있다. 인디애나주는 2009년 Trans Tec, FHWA, INDOT 공동으로 IC 롤러를 이용하여 약 2마일 정도의 아스팔트 도로에 시험시공을 했다. 이후 인디애나주에서는 시행자 책임의 시공품질관리 공사에 한하여, 노상층이나 아스팔트층 시공 시 IC 롤러를 선택적으로 사용할 수 있도록 하고 있다(Lee, 2015).

IC 롤러는 실시간으로 지반의 다짐을 제어하는 기술로 데이터의 연속적 수집이 가능하다. 또한, 다짐공사에서 다짐공정과 품질관리를 분리하여 진행하던 공정을 다짐 진행과 동시에 다짐에 따른 품질관리를 연속적으로 수행할 수 있는 다짐방법이다. IC 롤러는 GPS, 가속도계, 온도센서, 모니터장치가 탑재되어 있고 모바일과 웹에 연동되어 있어 작업자와 현장관리자가 포장 다짐을 하면서 실시간으로 포장상태의 모니터링이 가능한 것이 가장 큰 장점이다. 이러한 모니터링을 통해 구간별 롤러 통과 횟수, 포장 온도, 다짐강도와 같은 정보를 알 수 있기 때문에 균등한 포장 품질과 최적의 포장상태로의 다짐 시공이 가능하다. 특히 야간작업 시 모니터를 통해 실시간 다짐 범위와 상태를 운전자가 확인 가능하기 때문에 기존의 다짐장비에 비해 향상된 다짐 품질을 보장받을 수 있다. 또한, 현장 품질시험에 있어 인원 및 장비의 과다 소요를 방지 할 수 있고 공사 중 실시간 품질관리가 가능하여 부등침하 발생구간에 대한 즉각 적인 대처가 가능하다.

Fig. 2는 다짐공사에서 IC 롤러의 활용 개요이다. GPS에서의 위치정보, 가속도계에서의 지반 품질정보를 수신 받아 다짐관리 프로그램에 색상별 단계화하고, 작업관리자와 운전자는 이를 모니터링 함으로서 롤러의 체계적인 작업 계획을 수립할 수 있다. Fig. 2의 ⓐ는 위치정보를 색상별 단계화한 것으로 전체 지반의 다짐강도 확인 후 추가 다짐 구역 및 다짐 횟수를 산정하여 운전자에게 제공한다. ⓑ는 품질정보를 색상별 단계화한 것으로 지반의 다짐 강도를 나타낸다. 비다짐 구간 또는 과다짐 구간에 대하여 분석할 수 있으며, 이를 정량화 하여 기록한다. ⓒ의 경우 다짐관리 프로그램에 필요한 롤러의 규격을 정의한다. 해외 중장비 회사인 AMMANN은 Map Grid Size를 드럼 폭의 1/10, Relation Distance를 0.5m, Machine (Route Line) Width를 드럼 폭에 맞춰 사용한다(FHWA Report, 2011).

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Fig. 2.

Overview of the IC Rollers Uses

2.2 Compaction Meter Value

CMV는 Eq. (1)과 같으며 진동롤러에 가해지는 진동과 진동으로 인한 반발력의 관계를 이용하여 지반의 강도를 측정하는 방법이다.

CMV=C·A2ΩAΩ  (1)

여기서, C = 상수(지반과 관련 있는 상수로 300으로 주로 사용됨; Mooney and Adam, 2007); A𝛺 = 첫 번째 조화성분의 가속도 크기; 그리고 A2𝛺 = 기본주파수 성분의 가속도 크기.

즉, CMV는 지반의 강도를 도출하는 방법으로서 응력의 변화량과 지반의 침하량에 의해 결정 되며, 응력의 변화량은 가속도계에서 측정되는 수직가속도에 비례하기 때문에 롤러에 가속도계를 장착하여 각 진동원에 의한 가속도를 측정하고, FFT하여 CMV 값을 도출함으로서 지반의 다짐강도를 간접적으로 측정한다(Radowski, 2008).

진동롤러의 진동주기에 따른 힘과 지반반력은 지반의 강성에 따라 다양한 형태로 나타나며, 여기서 얻어진 진동 가속도 값에 대해 FFT를 적용하여 주파수 파워스펙트럼(진폭)을 이용한 CMV를 도출한다.

FFT는 프랑스의 수학자 푸리에(J.B.A. Fourier)가 발견한 FT (Fourier Transform)의 변형 이론으로, 어떠한 신호 파형이라도 그 파형에 반복이 있으면 여러 가지 주파수의 삼각함수(sin파, cos파)로 분해할 수 있다는 이론이다. 이 이론의 발견으로 소리나 진동 등의 시간 신호를 주파수 성분별로 분해할 수 있게 되어 이를 응용한 기계, 전자분야의 많은 발전을 이루게 되었다. FT 자체만으로는 계산량이 많아 주파수를 성분별로 분해하는데 시간이 많이 걸리기 때문에 현재에는 빠른 속도로 주파수 성분 분해가 가능한 FFT 알고리즘을 사용하는 것이 일반적이다.

2.3 Compaction Meter Value의 적용 기준

Table 1은 지오다이내믹 사에서 사용하는 다양한 지반에 대한 CMV의 판단 범위를 나타낸다. 즉, 측정된 CMV의 값과 비교하여 지반의 상태를 유추할 수 있으며, 지반의 다짐강도를 판단하는 척도로 사용된다.

Table 1. Criteria for Compaction Meter Value

Soil TypeCompaction Meter Value
Rock fill60 ~ 100
Gravel30 ~ 80
Sand20 ~ 50
Clay and Silt 5 ~ 30

일반적으로 다짐공사의 경우 실내시험을 통한 지반의 토질 분석을 실시하고 그에 따른 최대 지지력계수 기준치를 산정한다. 또한, 현장 품질시험을 실시하여 측정된 지지력계수가 기준치 이상을 만족하는지 파악함으로써 다짐공정을 마무리한다. CMV를 활용한 다짐공사의 경우는 CMV와 지지력계수의 상관관계가 매우 밀접하기 때문에 현장시험을 통해 얻어진 지지력계수 대신 CMV 값을 이용하여 흙의 다짐정도를 판단할 수 있다.

3. 지능형 다짐 시스템 개발

시스템 하드웨어 개발에는 GPS와 가속도계가 핵심 모듈로 장착되며, 두 모듈에서 수신되는 데이터를 서버에 수신하기 위한 무선 네트워크 환경을 구축한다. 수신된 두 종류의 데이터는 Time log 형식으로 매치되어 Web-GIS 기반 토공관제프로그램에서 모니터링이 가능하다. 본 연구에서 개발한 연속다짐관리 시스템은 Web 기반 관제 형식이기 때문에 인터넷이 가능한 어느 곳이든 사용 가능하며, 이는 공용성 측면에서 높이 평가할 수 있다. 작업관리자의 사무실, 모바일 및 작업자의 작업환경에서 별도의 시스템 추가 구축 없이도 모니터링이 가능하다. 본 시스템을 활용하면 기존에 개발된 시스템들의 구축 소요비용 감소 및 편의성을 증대시킬 수 있다. 또한, Google Map을 기반하기 때문에 최신 지도 정보를 갖고 있으며, DB 내 저장된 정보를 날짜 및 시간 별로 확인할 수 있다.

3.1 시스템 하드웨어 개발

고정밀 DGPS 안테나 1개와 연동된 GPS 컨트롤러로부터 정밀한 위치 데이터를 전송받아 NMEA에서 정의한 NMEA-0183 표준을 UTC (Coordinated Universal Time: 협정세계시) 시간 별로 Web-GIS 기반 토공 관제프로그램에 DB화한다. 여기서, NMEA 0183 표준에서 제시하는 여러 데이터 규격 중 GGA 포맷을 이용하여 위도, 경도 및 UTC 시간 정보를 추출할 수 있으며, 이를 DB화 하고 GIS 맵 상에 표현한다.

또한, 롤러 드럼의 회전축에 가속도계를 부착하고 가속도 데이터를 0.01초마다 전송받아 FFT 분석을 실시한다. 측정된 결과의 1초 간격 내에서 기본 주파수 성분의 가속도크기와 첫 번째 조화성분의 가속도 크기를 나누어 UTC 시간에 따른 CMV 정보를 DB화한다. 시스템 하드웨어 전체 구성 및 환경은 Fig. 3과 같다.

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Fig. 3.

Entire Structure and Environment of the System Hardware

3.2 시스템 소프트웨어 개발

GPS 위치정보를 이용하여 각 장비의 시간 로그 정보를 분석할 수 있는 Web-GIS 기반 토공관제프로그램은 Google Map 및 JAVA Script API 기술을 활용하여 어느 위치에서나 웹 서버의 GIS 응용 프로그램 서버에 엑세스하여 관리할 수 있는 Web-GIS 기술로 만들어졌다(Lee et al., 2018).

본 연구에서는 GPS 위치정보의 이용뿐만 아니라 가속도계로부터 취득되는 가속도정보의 이용을 고려하였다. Fig. 4는 본 시스템의 알고리즘 설계도이며 롤러의 이동경로를 판단하기 위하여 시간에 따른 위치정보를 취득하고 가속도계로부터 얻어지는 데이터 분석을 통해 두 데이터의 타임매치를 실시한다. CMV의 기준척도로 100 이상의 데이터는 분석 결과에서 제외하였으며, 100 이내의 결과는 등급별 색상을 입혀 표현하였다.

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Fig. 4.

Design of the System Algorithm

설계된 알고리즘을 통하여 Web-GIS 기반 토공관제프로그램에 IC Control 기능을 추가 개발하였다. 개발환경은 GPS 컨트롤러와 데이터 로거를 무선 라우터에 연동하여 Web-GIS 기반 토공관제프로그램 서버와 실시간 연계하고 장비의 위치정보 및 품질정보 관련 데이터를 송수신하도록 하였다. 여기서 위치정보의 UI는 IC Control이고 품질정보의 UI는 CMV라 표현하였으며, 저장된 정보는 프로젝트 단위별, 날짜별로 확인이 가능하다.

최초로 사용자는 프로젝트를 등록하고 관련 정보(프로젝트 명칭, 주소, 작업관리자, 운전기사, 현장사진 등)를 등록한다. 다음으로 해당 프로젝트 내에 Geo-Fence기능을 사용하여 맵에 직접 폴리라인을 그려서 폴리곤 형태의 영역정보를 입력한다. 시스템에 기본적으로 프로젝트 구역, 롤러 경로 등이 인식자로 설정되어 있으며, 사용자가 추가 하여 맵에 정보화 할 수 있다. 또한, 프로젝트에 활용되는 롤러의 제원을 등록할 수 있으며, 사전에 다른 프로젝트에 활용되었던 롤러의 위치정보와 품질정보도 DB에 저장되어 있어 불러올 수 있다.

위치정보는 총 12개의 색상으로 표현되며 동일 지반에 대한 롤러의 다짐 횟수 및 프로젝트 전 범위에서의 이동경로를 파악할 수 있다. 그리고 품질정보는 총 5개의 색상으로 표현되며 롤러가 프로젝트 전 범위에서 다짐을 완료하면 사용자는 표현된 색상정보를 통하여 다짐정보를 확인할 수 있으며 다짐정보를 통해 롤러의 이동횟수, 중첩횟수, 이동경로, 지반품질 상태 등을 체크할 수 있다.

시스템 소프트웨어 실행 화면은 Fig. 5와 같다.

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Fig. 5.

Screen of the System Software

4. 현장 적용 테스트

Table 2와 같이 테스트는 총 두 곳의 현장에서 실시되었다. 오염토 치환공사 현장과 행사장 조성공사 현장 모두 동일한 롤러로 테스트를 진행하였으며, 투입된 롤러에는 지능형 다짐 시스템이 구축되어있다. 지능형 다짐 시스템의 핵심 모듈에는 Leica DGPS와 RADIAN 가속도계가 있으며, 그 외 전력공급 모듈, 베이스스테이션, 데이터 로거가 있다.

Table 2. Experimental Environment for Applying the Roller to the Spot

ClassificationDetails
Project nameContaminated soil replacementEvent stadium construction
Project whole viewhttp://static.apub.kr/journalsite/sites/ksce/2018-038-05/N0110380513/images/Figure_KSCE_38_5_13_T2-1.jpghttp://static.apub.kr/journalsite/sites/ksce/2018-038-05/N0110380513/images/Figure_KSCE_38_5_13_T2-2.jpg
Ground extent8,300m211,500m2
Equipment informationhttp://static.apub.kr/journalsite/sites/ksce/2018-038-05/N0110380513/images/Figure_KSCE_38_5_13_T2-3.jpghttp://static.apub.kr/journalsite/sites/ksce/2018-038-05/N0110380513/images/Figure_KSCE_38_5_13_T2-4.jpg
Attached GPS deviceLeica DGPS (GPS 80 controller + iCG 60 antenna)
Attached AccelerometerRADIAN ARE-A (with Data Logger)

전체적인 시스템 동작진행은 먼저 현장 다짐강도 시험을 대신하여 CMV를 적용하기 위한 타당성 검증 테스트가 이루어 졌으며, CMV와 GPS로 측정된 위치정보와 품질정보를 Web-GIS 기반 토공관제프로그램에 표시하고 분석하였다.

4.1 타당성 검증 테스트

본 타당성 검증 테스트에 사용된 평판재하시험의 적용 방법은 아래와 같다.

① 시험지반을 수평하게 고른 후 재하판 및 측정 장치 설치

② 0.35kg/cm2의 하중을 가해 재하판을 지면에 안정시키고 게이지를 ‘0’으로 조정

③ 0.35kg/cm2씩 하중을 가하여 각각의 하중과 침하량 기록

④ 침하량이 1.5cm에 달하거나 하중강도가 지반의 항복점을 넘을 때 종료

⑤ 0.25cm에서의 하중강도를 구하고 지지력계수(kgf/cm3)를 구하여 평판재하시험 판정기준과 비교

평판재하시험의 지지력계수 산정을 위한 판정기준은 Table 3의 한국도로교통공사표준시방서에 의거하였으며, 서로 다른 지반의 성질을 갖는 두 개의 현장에서 실시하였다. 현장의 특정 구간에서 롤러가 1회 다짐 시 3회에 걸쳐 평판재하시험을 실시하였으며, 롤러가 지나간 1초~3초대 구간, 8~10초대 구간, 18~20초대 구간으로 분류하여 총 24회 실시하였다. 침하량 0.25cm에서 종료하였고 그 수치는 시험 기록일지에 기재하였다.

Table 3. Criteria for Plate Bearing Test (Standard specification of Korea Road Transport Cooperation (KS F 2310))

DivisionPavement of cement concretePavement of asphalt concrete
Settlement (cm)0.1250.25
Bearing coefficientsEmbankment10 or more15 or more
On ground15 or more20 or more
Auxiliary substratum, back filling20 or more30 or more

테스트 결과는 Fig. 6의 그래프와 같으며 오염토 치환공사 현장의 경우 8회 다짐 시 지지력계수가 12 이상임을 확인하였으며, 이는 시멘트 콘크리트 포장의 노체 10이상에 만족한다. 행사장 조성공사 현장의 경우 3회 다짐 시 지지력계수가 15 이상임을 확인할 수 있으며, 이는 비교적 잘 다져진 지반이라 판단할 수 있다.

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Fig. 6.

Change of the Bearing Capacity Coefficients according to the Times of Compaction

또한, 두 현장을 비교하면 행사장 조성공사 현장의 테스트 구간이 비교적 잘 다짐되었으며 오염토 치환공사 현장의 경우 5회 다짐 시 측정한 지지력계수보다 3회 다짐 시 측정한 지지력계수가 비교적 높게 나왔기에 테스트 구간 내 모든 지반이 균일하게 다짐되지 않았음을 확인하였다.

이와 비교하기 위하여 CMV 데이터를 분석한 결과는 Fig. 7의 그래프와 같으며, 오염토 치환공사 현장 보다 행사장 조성공사 현장의 CMV가 매우 높게 나왔다. 평판재하시험과 동일하게 CMV 또한 행사장 조성공사 현장에서 더 높게 측정되었으며, 평판재하시험과 같이 오염토 치환공사 현장의 5회 다짐 시 CMV보다 3회 다짐 시 CMV가 더 높게 나왔음을 확인하였다. 이는 CMV와 지지력계수가 서로 비례하게 증가하고 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 두 결과 값의 연관성이 매우 높음을 증명한다.

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Fig. 7.

Change of CMV according to the Times of Compaction

Fig. 8과 같이 두 개의 현장에 CMV와 지지력계수에 대한 회귀분석을 실시한 결과, CMV와 지지력계수가 비례하고 통계적으로 조밀한 분포를 나타내고 있어 상관관계가 매우 높음을 확인하였다. 즉, 기존 재래식 방법을 대체할 수 있는 연속 다짐강도 측정 방법인 CMV의 활용 타당성을 확인하였다.

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Fig. 8.

Correlation between CMV and Bearing Coefficients

4.2 다짐정보 시각화

Fig. 9는 개발된 프로그램을 기반 하여 위치정보를 이용한 롤러의 이동경로를 시각화한 결과이다. 총 12회 다짐 횟수를 Step 별 색상으로 구분하고 1회 다짐한 롤러의 이동구간은 파란색으로 표시되며, 다짐 횟수가 증가함에 따라 빨간색으로 표시된다. 표시된 선의 굵기는 1.8m로 롤러 드럼의 폭과 동일하며 맵 Grid Size는 0.18m, 롤러의 Relation Distance는 0.5m로 설정하였다.

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Fig. 9.

Results of Visualizing the Position

해당 시스템을 활용하여 작업관리자와 운전자는 계획 다짐지반의 비다짐 구간 및 과다짐 구간을 판단할 수 있으며, 실시간 모니터링이 가능하기 때문에 즉각적 다짐계획 변경 및 롤러의 작업현황에 대한 파악이 가능하다. 또한, 품질정보 데이터와 비교하여 각각의 현장 특성에 맞게 다짐횟수를 조정할 수 있다.

두 개의 현장 모두 대부분의 지반 다짐작업 횟수가 5회 이내이며 다짐구간 바깥구역은 안쪽구역에 비하여 상대적으로 다짐횟수가 적음을 알 수 있다. 이는 운전자가 모든 구간에 대하여 동일 다짐횟수를 적용했다고 판단할 수 있는 경험적 오차를 예방할 수 있다.

Fig. 10은 총 5개의 범위 내 CMV 결과를 Step 별 색상으로 구분한 결과이다. 0~20의 CMV는 파란색으로 표시하였으며, CMV가 증가할 때마다 초록색, 갈색 등으로 변하여 마지막 80~100의 범위는 빨간색으로 표시하였다.

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Fig. 10.

Results of Visualizing the Quality Information

본 시스템은 지반의 다짐강도를 확인할 수 있으며, 롤러 운용계획 수립을 통하여 다짐횟수 조정이 가능하다. 오염토 치환공사 현장의 경우 대부분의 지반이 40~60의 CMV로 표현되며, 특정 구간은 20~40의 CMV를 갖는다. 이는 행사장 조성공사 현장과 비교할 경우 상대적으로 낮은 수치를 보인다. 실제 두 개의 현장 모두 동일한 다짐횟수를 적용하여 진행하였으나 다짐강도는 차이를 보이므로 오염토 치환공사 현장에서는 해당 시스템을 이용하여 롤러의 추가 다짐운용 계획을 수립할 필요가 있다.

또한, Fig. 8 행사장 조성공사 현장의 상관관계 그래프는 CMV가 40 이상일 경우에 지지력계수의 기준치(노체:15) 이상임을 확인하였다. 따라서 Fig. 10의 행사장 조성공사 현장의 품질정보 화면은 모든 지반이 CMV 40 이상을 만족하므로 최적의 다짐시공을 진행했다 볼 수 있다.

5. 결 론

본 연구에서는 연속 다짐강도 측정 방법인 지능형 다짐 시스템을 개발하였으며, 해당 시스템 사용 타당성을 입증하고 롤러의 위치정보와 품질정보를 시각화하였다. 시스템 개발은 크게 하드웨어와 소프트웨어 부분으로 나뉘며, 하드웨어의 핵심 요소는 GPS와 가속도계가 있다. GPS와 가속도계를 통하여 수신 받는 위치정보와 품질정보는 개발 소프트웨어 화면에 표기되어 사용자에게 제공된다. 개발한 지능형 다짐 시스템의 타당성 검증 방법은 총 3가지 단계로 구성된다. 재래식 다짐강도 측정방법을 활용한 품질평가 테스트, CMV를 활용한 품질평가 테스트를 진행하고 마지막으로 두 테스트 결과의 상관관계 도출 및 회귀분석을 진행하였다.

회귀분석을 위한 두 시험은 특정 구역을 선정하고 롤러의 반복다짐과 평판재하시험을 동시에 진행한다. 회귀분석 결과 CMV와 지지력계수가 비례하고 통계적으로 조밀한 분포를 나타내고 있어 상관관계가 매우 높음을 확인하였다. 즉, CMV가 재래식 방법을 대체하여 활용 할 수 있는 타당성을 입증하였다.

또한, 두 시험조건에서 실제 현장규모로 다짐을 수행한 후 연속 다짐강도 측정방법의 결과를 Web-GIS 기반 토공관제프로그램 IC Control에 위치정보와 품질정보로 구분하여 표현하였다. 위치정보는 총 12회 다짐 횟수를 Step 별 색상으로 구분하였으며, 1회 다짐부터 12회 다짐까지 파란색에서 빨간색으로 색상화 하였다. 품질정보에서는 CMV의 결과를 Step 별 색상으로 구분하고 0~20, 21~40, 40~60, 60~80, 80~100의 CMV까지 총 5개의 구간으로 색상화 하였다. 색상화 하여 표시한 선의 굵기는 1.8m로 롤러 드럼의 폭과 동일하며 맵 Grid Size는 0.18m, 롤러의 Relation Distance는 0.5m로 설정하였다.

품질정보 분석결과 오염토 치환공사 현장은 대부분의 지반이 40~60의 CMV로 표현되며, 특정 구간은 20~40의 CMV를 갖는다. 이는 행사장 조성공사 현장과 비교할 경우 상대적으로 낮은 수치이며, 다짐작업이 고르게 이루어지지 않음을 확인하였다. 결과적으로 오염토 치환공사 현장의 품질정보 분석결과는 다짐횟수를 증가시킬 필요가 있음을 확인하였다. 행사장 조성공사 현장에서 두 결과 값의 상관관계는 CMV가 40이상일 경우 지지력계수 15이상을 만족한다. 행사장 조성공사 현장의 품질정보는 모든 지반에서 CMV 40 이상을 만족하므로 최적의 다짐시공을 진행했다 볼 수 있다.

본 연구 개발은 다짐공사의 체계적인 공정관리에 큰 도움을 줄 것으로 기대되지만, 현재 지반의 종류에 따른 CMV의 허용 기준치에 대한 기준은 확립되지 않는다. 향후 수많은 연구가 다양한 종류의 지반에서 이루어지고 그 결과를 통해 지반의 종류에 따른 CMV의 허용 기준치가 확립되면, 한국도로교통공사표준시방서에 기재돼 우리나라 전 범위 다짐공사에서 이용 가능할 것으로 사료된다.

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