노후 콘크리트 교량 하부구조의 재사용을 위한 상태평가 기법에 대한 연구 = A Study on Condition Assessment Methods for the Reuse of Substructures of Aging Concrete Bridges

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 우리나라 교통 인프라의 급속한 노후화가 진행되는 상황에서 노후 교량 하부구조의 재사용성을 평가하기 위한 기술적 판단 근거를 제시하는 것을 목적으로 수행되었다. 2023년 기준 우리나라 도로의 약 52.9%가 준공 후 30년 이상 경과한 노후 도로이며, 30년 이상 경과한 노후 교량의 비율은 약 23%에 이른다. 또한 향후 10년 이내에 약 1만 개소 이상의 교량이 30년 이상 노후 교량으로 분류될 것으로 예상됨에 따라, 기존 교량에 대한 지속 사용, 보강·보수 또는 철거 및 신설 교량 건설에 대해 효율적으로 대응할 필요성이 커지고 있다. 특히 노후 교량의 경우 하부구조물의 구조적 건전성을 객관적으로 평가하여 재사용 가능 여부를 판단할 수 있는 체계적인 검토 방법과 가이드라인의 마련이 시급한 실정이다. 이에 본 연구에서는 노후 교량 하부구조물 및 하부지반의 형상과 재료적/구조적 건전성 등의 상태와 지지력, 침하량. 내적 안정성 등의 성능을 평가하기 위한 구체적인 가이드라인을 제안하고자 하였다.

본 연구에서는 먼저 국내·외 관련 기준과 선행연구를 조사·분석하여 교량 하부구조 재활용과 관련된 평가 개념과 방법론을 체계적으로 정리하였다. . 우리나라에서 주로 활용하고 있는 현장 조사 및 시험 기법 들을 중심으로 강청교, 위천교, 덕목육교 및 만경강교를 대상으로 외관조사, 시추조사, 비파괴시험 등을 수행하였고, 채취한 콘크리트 및 기초 지반의 코어 시료에 대한 여러 실내시험을 적용하는 시범 평가를 수행하였다. 이를 바탕으로 노후교량의 기존 하부구조의 형상, 재료 특성, 내·외부 건전성 및 구조적 안전성을 종합적으로 평가할 수 있는 재사용성 평가 가이드라인 및 작업에 대한 흐름도를 제안하였다

본 연구에서 제시한 평가 절차와 분석 결과는 노후 교량 하부구조 재활용에 수반되는 기술적 불확실성을 완화하고, 합리적인 의사결정을 지원하는 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 아울러 향후 노후 교량 하부구조 재활용을 고려한 설계 및 유지관리 정책 수립에 기여할 수 있으며, 건설 비용 절감과 환경적 부담 저감 측면에서도 의미 있는 기술적 근거를 제공할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was conducted to provide a technical basis for decision-making regarding the reuse of aging bridge substructures under conditions of rapid deterioration of transportation infrastructure in Korea. As of 2023, approximately 52.9% of roads in Korea have been in service for more than 30 years, and about 23% of bridges are classified as aging bridges with service lives exceeding 30 years. Furthermore, it is anticipated that more than 10,000 bridges will be categorized as aging bridges within the next decade. Accordingly, there is an increasing need to respond efficiently through continued use, rehabilitation and strengthening, or demolition and construction of new bridges. In particular, for aging bridges, there is an urgent need to establish systematic evaluation methods and guidelines that enable objective assessment of the structural integrity of substructures and determination of their reusability. To this end, this study proposes detailed guidelines and a reusability assessment model for evaluating the structural integrity of aging bridge substructures and the bearing capacity of the underlying ground.

First, relevant domestic and international standards and previous studies were reviewed and analyzed to systematically organize the concepts and methodologies related to bridge substructure reuse. Based on this review, a reusability assessment flow chart was proposed to comprehensively evaluate the geometry, material properties, internal and external integrity, and structural safety of existing substructures. For practical application, field investigations and tests were conducted on Gangcheong Bridge, Wicheon Bridge, Deokmok Overpass, and Mangyeonggang Bridge using investigation and testing techniques commonly applied in Korea. These included visual inspections, laboratory tests using concrete and foundation ground core specimens, and various nondestructive testing methods applicable in the field. In addition, for existing bridge substructures considered for reuse, the bearing capacity, settlement, and seismic performance were evaluated based on the assessment results to determine whether the current design performance requirements specified in prevailing design codes are satisfied.
The evaluation procedures and analytical results presented in this study are expected to reduce technical uncertainties associated with the reuse of aging bridge substructures and to serve as fundamental data supporting rational decision-making. Moreover, the findings of this study are anticipated to contribute to the establishment of future design and maintenance policies considering the reuse of aging bridge substructures, as well as to provide meaningful technical grounds for reducing construction costs and mitigating environmental impacts.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 제2장 노후교량 하부구조 시스템의 재사용성 평가 과정 4
• 2.1 개요 4
• 2.2 노후교량 하부구조 시스템의 재사용성 평가 작업 개요 5
• 2.3 형상 및 건전성 평가를 위한 조사 방법 개요 7
• 제3장 시범 조사 대상 교량 10
• 3.1 조사대상 교량 개요 10
• 3.1.1 강청교 11
• 3.1.2 위천교 14
• 3.1.3 덕목육교 16
• 3.1.4 만경강교 17
• 제4장 형상 평가 18
• 4.1 개요 18
• 4.2 하부구조의 형상 자료 획득 및 분석 과정 18
• 4.3 자료 및 문헌 조사 23
• 4.4 외관 조사(육안 조사, 드론 조사) 23
• 4.4.1 드론 조사 방법 개요 24
• 4.4.2 드론 조사의 원리 및 방법 25
• 4.4.3 강청교 조사 결과 28
• 4.4.4 위천교 조사 결과 29
• 4.4.5 덕목육교 조사 결과 31
• 4.5 시추조사(시추주상도, 코어시료 회수, 공내촬영) 32
• 4.5.1 시추조사 방법 개요 32
• 4.5.2 시추조사 원리 및 방법 33
• 4.5.3 시추조사 위치 35
• 4.5.4 초음파 주사 검층 기법 36
• 4.5.5 시추공 영상 촬영 기법 37
• 4.5.6 흙과 암반의 분류 39
• 4.5.7 강청교 시추조사 및 결과 53
• 4.5.8 강청교 초음파 주사 검층 및 시추공 영상 촬영 결과 60
• 4.5.9 위천교 시추조사 결과 68
• 4.5.10 위천교 시추공 영상 촬영 결과 78
• 4.5.11 덕목육교 시추조사 결과 89
• 4.5.12 덕목육교 시추공영상촬영 결과 96
• 4.6 밀도검층 105
• 4.6.1 밀도검층 조사 방법 105
• 4.6.2 강청교 시추공 밀도검층 결과 108
• 4.6.3 위천교 시추공 밀도검층 결과 110
• 4.6.4 덕목육교 시추공 밀도검층 결과 112
• 제5장 하부구조 시스템의 건전도 평가 114
• 5.1 개요 114
• 5.2 기초 재사용 시 건전도 평가 과정 114
• 5.2.1 현장 조사 필수 항목 및 세부 기준 120
• 5.2.2 콘크리트 압축강도의 결정 122
• 5.2.3 콘크리트 탄성계수의 결정 125
• 5.2.4 콘크리트 비파괴 강도 추정 126
• 5.3 다운홀 시험 128
• 5.3.1 다운홀 시험 방법 개요 128
• 5.3.2 현장 탐사 129
• 5.3.3 자료 처리 및 해석 130
• 5.3.4 강청교 다운홀 시험 결과 134
• 5.3.5 위천교 다운홀 시험 결과 136
• 5.3.6 덕목육교 다운홀 시험 결과 137
• 5.4 탄성파 토모그래피 139
• 5.4.1 탄성파 토모그래피 탐사 개요 139
• 5.4.2 탐사 원리 및 방법 139
• 5.4.3 자료처리 및 해석 143
• 5.4.4 강청교 탄성파 토모그래피 탐사 결과 145
• 5.4.5 위천교 탄성파 토모그래피 탐사 결과 149
• 5.4.6 덕목육교 탄성파 토모그래피 탐사 결과 151
• 5.5 고주파 펄스 시험 154
• 5.5.1 고주파 펄스 시험 개요 154
• 5.5.2 측정 원리 및 방법 154
• 5.5.3 강청교 고주파 펄스 시험 결과 156
• 5.5.4 위천교 고주파 펄스 시험 결과 159
• 5.5.4.1 위천교 교각 상부 159
• 5.5.4.2 위천교 교각 하부 162
• 5.5.5 덕목육교 고주파 펄스 시험 결과 164
• 5.5.5.1 덕목육교 탄성파 표면 속도 측정 165
• 5.5.5.2 덕목육교 투과 속도 측정 168
• 5.5.6 만경강교 고주파 펄스 시험 결과 171
• 5.6 열화상 영상 시험 175
• 5.6.1 열화상 영상 시험 개요 175
• 5.6.2 측정 원리 및 방법 175
• 5.6.3 위천교 시험 결과 176
• 5.7 슈미트해머 콘크리트 반발경도 시험 178
• 5.7.1 슈미트해머 콘크리트 반발경도 시험 개요 178
• 5.7.2 측정 원리 및 방법 178
• 5.7.3 강청교 시험 결과 179
• 5.7.4 위천교 시험 결과 181
• 5.7.5 덕목육교 시험 결과 183
• 5.7.6 만경강교 시험 결과 185
• 5.8 임피던스해머 반발경도 시험 188
• 5.8.1 임피던스해머 반발경도 시험 개요 188
• 5.8.2 측정 원리 및 방법 188
• 5.8.3 위천교 시험 결과 190
• 5.8.4 덕목육교 시험 결과 192
• 5.8.5 만경강교 시험 결과 193
• 5.9 콘크리트 탄산화 측정 시험 195
• 5.9.1 콘크리트 탄산화 과정 195
• 5.9.2 콘크리트 탄산화 발생 요인 및 대책 196
• 5.9.3 콘크리트 탄산화 측정 방법 196
• 5.9.4 탄산화속도계수 산정 197
• 5.9.5 탄산화 깊이 측정 결과 197
• 5.9.6 잔여 수명 산정 결과 199
• 5.10 코어시료에 대한 실내 시험 202
• 5.10.1 코어 시료 압축강도 시험 202
• 5.10.2 코어 시료 초음파(탄성파) 속도 측정 202
• 5.10.3 실내 시험 코어 채취 위치 204
• 5.10.4 초음파(탄성파) 속도 측정 결과 207
• 5.10.5 압축강도 시험 결과 210
• 5.10.6 실내 시험 종합 결과 212
• 제6장 하부구조 시스템의 성능 평가: 지지력, 침하량, 내적(구조/내진) 안정성 220
• 6.1 개요 220
• 6.2 안정성 평가 기준의 설정 221
• 6.3 기초 재사용 시 지지력 평가 과정 222
• 6.3.1 노후교량 기초의 재하시험 실시에 대한 가이드라인 223
• 6.3.2 지지력 산정 현행 규정 224
• 6.3.3 얕은 기초의 지지력 및 침하량 산정에 대한 설계 규정 224
• 6.3.3.1 얕은 기초의 설계 시 고려사항 및 안정성 검토 항목 224
• 6.3.3.2 얕은 기초의 지지력 산정 기준 225
• 6.3.3.3 얕은 기초의 침하량 산정 기준 226
• 6.4 노후 교량 하부구조의 내진 안정성 평가 227
• 6.4.1 개요 227
• 6.4.2 교량의 내진 성능 평가 매뉴얼 228
• 6.4.3 현재 상태를 반영한 구조성능 및 내진안전성 평가 232
• 6.4.4 재사용 여부의 판단 235
• 6.5 조사대상 교량의 콘크리트 설계정수 산정 237
• 6.5.1 탄성계수 산정 방법 237
• 6.5.2 탄성계수 산정 결과 238
• 6.5.3 탄성계수 산정 결과 비교 242
• 6.6 조사대상 교량의 기초 지지력 산정 사례 244
• 6.6.1 기초의 지지력 산정 사례: 강청교 244
• 6.6.2 기초의 지지력 산정 사례: 위천교 246
• 6.6.3 기초의 지지력 산정 사례: 덕목육교 249
• 6.7 노후교량 하부구조의 성능이 부족한 경우 대처 방안 253
• 제7장 결론 254
• 참고문헌 256
• ABSTRACT 258
• 부록. 노후교량 하부구조의 재사용성 평가 사례: 강청교 260
• 1. 개요 260
• 2. 기존 하부구조 시스템의 형상 및 재료 특성 평가 262
• 2.1 자료 분석 263
• 2.1.1 긴급안전점검 보고서 (2023) 263
• 2.1.2 신규교량 설계를 위한 지반조사 보고서 (2024) 267
• 2.2 형상 및 재료 특성 평가 269
• 2.2.1 외관조사 269
• 2.2.2 파괴적 방법으로 하부구조 시스템 형상 분석 270
• 2.2.3 비파괴적 방법으로 하부구조 시스템 형상 분석 271
• 2.2.4 하부구조 시스템 재료 특성 평가 277
• 3. 기존 하부구조 시스템의 내/외부 건전성 평가 과정 281
• 3.1. 콘크리트 설계 정수 산정 283
• 3.1.1 압축강도 산정 283
• 3.1.2 탄성계수 산정 287
• 4. 기존 하부구조 시스템의 성능평가 과정 288
• 4.1 강청교 교각 기조 하부지반의 지지력 산정 288
• 5. 강청교 하부구조의 재사용성 평가 결과 291