| 연구개발개요 |
1. 최근 우리나라뿐만 아니라 전 세계에서 도심지 씽크홀(Sinkhole) 발생 사고 뉴스가 보도되고 있으며, 이러한 사회적 문제는 곧바로 국민의 불안감을 가중시켜 그 해결 방안 마련을 요구하고 있음. 도심지에서 발생되고 있는 씽크홀의 주요 원인은 지하공간 개발(지하철, 공동구, 자하차도, 지하주차장 등) 과정에서 나타난 지하수 유출에 따른 지반약화, 지반침하가 주요 원인으로 지적되고 있고, 이러한 지하수 유출 원인은 지하 건축물의 대부분이 방수 조치가 되어있지 않아 실내로 유입된 지하수를 영구유도배수로 배출하기 때문임. 지난 2014년 언론보도 자료에서는 서울시 지하수위 지역에 따라 최대 16.1m가 낮아졌고, 특히 지하철 주변 지하수위는 13년간 평균 1.7m 낮아진 것으로 보도되고 있으며, 서울지하철, 건축물, 전력구, 통신구 등에서 하루 유출되는 지하수의 양은 약 17만 톤으로 추정하고 있음. 이렇게 유출되는 지하수는 주로 하수나 하천 등으로 방류되고 있고, 이는 2차적으로 지하수 고갈로 이어짐. 본 자료는 2014년에 통계된 자료이며, 2019년인 현재는 더 심각한 수준일 것으로 판단됨. 이와 같은 지하수 유출 방지는 결국 지하구조물 공사 시에 흙막이벽(토류벽, 차수벽 등)에서의 지하수 차단 및 방수 기술의 도입과 영구배수공법의 개선(비배수공법으로 전환)에서 해답을 찾을 수 있음. 2. 지하구조물의 누수는 일반적으로 균열 또는 조인트(이어치기부, 익스펜션조인트 등)를 통하여 외부지하수가 실내로 유입되는 형태로 진행되며, 이는 반복적, 지속적으로 구조체를 훼손(철근 부식, 콘크리트의 알칼리 성분 용출로 인한 물성변화, 누수 통로로 유입된 물에 의한 동결과 융해의 구조체 파괴 등) 시켜 장기적으로 구조적 안전성을 위협하고 있음. 지하구조물의 구조체에 발생하는 균열 및 조인트는 지하수 실내 유입의 직접적인 통로임. 지하구조물의 균열은 콘크리트의 수축과 팽창, 내외부 온도차, 진동, 부등침하, 시공 부실 등에 의하여 발생하며, 항상 존재함. 또한 이들 균열은 구조체 수축과 팽창(내·외부 온도차로 콘크리트 구조물의 일부가 가열되거나 냉각되어 온도 영향에 따른 콘크리트 인장 혹은 전단 응력으로 거동 발생), 차량 혹은 사람의 보행, 지진, 태풍 등에 의한 진동이 작용함. 또한 구조물에는 Construction joint, Control joint, Isolation joint, Settlement joint, Connection Joint, Expansion Joint, Delay Joint 등이 존재하며, 이는 항상 누수 가능 개소 임. 따라서 이를 차단하는 방수기술의 도입이 지하수 유출 방지 및 구조체 안정성 훼손 방지를 위한 유일한 수단 임.3. 지금 국제적으로 미래 도시개발을 위한 국가적 전략으로 지하 공간 확대를 위한 대규모 프로젝트가 수립되고 있음. 우리나라에서도 지하도시(공간) 개발에 따른 법제도 정비 및 안전기준 마련(강화)을 위하여 노력하고 있는 현시점에서 지하 공간 개발과정에서 뒤따르는 지반침하, 씽크홀, 지하수 고갈의 원인을 제거하기 위한 기술적 조치로써 지하구조물 합벽과 지하구조체를 대상으로 방수 및 보수·보강 기능을 융합한 비 배수 내진형 고분자 복합재료를 이용한 방수기술 적용이 필요한 실정임.
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| 연구내용 및 범위 |
1. 방수 및 보수·보강 기능을 융합한 비 배수 내진형 고분자 복합재료 개발○ 일반적으로 방수공사는 신축 혹은 기존 구조물에서 외부로부터 유입되는 물을 막아 낸다는 개념의 접근 방식이고, 보수공사는 기존 구조물에 하자(균열, 탈락, 박리, 누수 등)가 발생하였을 때 수리하는 개념임. 보강공사는 신축 혹은 기존 구조물에 재료 및 시공적 측면에서 더 보태거나 채워서 튼튼하게 만드는 것을 의미함. ○ 현재의 지하구조물 건설공사에서는 위에서 열거한 방수, 보수, 보강공사를 각각 분리하여 별개의 개념으로 진행하고 있음. ○ 이에 본 연구에서는 지하철, 지하도로, 공동구, 복합시설, 지하주차장 등 미래 도시개발 및 지하 공간 확대에 있어서 지하수 유출 및 씽크홀 발생을 예방하고, 반복적, 지속적인 누수로부터 구조체 훼손을 방지하기 위하여 “방수+보수+보강 기능을 융합한 단일 개념의 소재 개발을 주요 개발 목표로 설정함. ○ 또한, 현재 지하구조물에서 발생되는 다양한 문제(수압, 토압, 유속 등의 가혹 환경, 협소한 도심지의 합벽구간 방수시공 불가 등)로 방수재료 및 공법 적용이 현실적으로 어려움. ○ 이러한 상황에서 지하수의 배출을 위해 사용되고 있는 영구배수공법(강재배수)은 많은 양의 지하수를 외부로 유출시켜 씽크홀 발생을 유발하고 있음. ○ 이에 본 연구에서는 이를 개선 할수 있는 방법으로 비 배수 형태의 외방수 적용 가능한 고성능 방수재료 및 시공기술을 개발하고자 함.2. 도심지 지하수 유출 및 씽크홀 예방을 위한 지하구조물 합벽구간 외방수 시공기술 개발○ 기존의 지하구조물(지하철, 지하보도, 공동구, 공동주택 지하층 등)의 건설은 시공환경 및 경제적 부담을 구실로 합벽구간 혹은 콘크리트 구조체를 대상으로 직접 외방수 공사를 적용하지 않거나(주로 건축물 지하공사의 경우), 해당 구조물의 요구 성능에 부합하지 않는 재료 및 공법이 사용되어 왔음(주로 토목시설물의 경우). 이로 인한 지하 공간에서의 누수는 심각한 지하수 유출 문제와 구조체 내구 안전성 저하 등의 사회적 문제로 야기됨.○ 한 그동안 지하구조물에 사용된 방수공법은 재료 및 시공환경을 반영하지 않고, 단순히 재료적 물성에만 의존하였기 때문에 내구수명에 있어도 그 한계점에 달할 수밖에 없는 상황이며, 특히 지하라는 지리적 환경에 대한 고려가 없었음. ○ 이에 본 연구에서는 그동안의 재료적, 기술적 한계를 극복할 수 있고, 지하 환경(토압, 수압, 거동, 온도 변화)에 종합적 대응이 가능한“합벽구간 외방수 기술”을 개발하고자 함. 3.비 배수 내진형 고분자 복합재료 및 외방수 시공기술의 품질관리 방법 개발○ 지하구조물 합벽구간에 적용되는 방수·보수·보강 기능을 융합한 복합재료 및 시공기술은 기존 재료 물성과 시공 한계를 극복하고, 지하라는 가혹 환경에 대응하는 성능과 시공성을 갖추어야 함. ○ 이는 기존의 품질관리방법(시험방법)으로는 평가 및 검증에 한계가 있으며, 특히 방수·보수·보강 기능(내진+외방수 적용)을 융합한 복합재료 및 시공기술의 종합적 품질관리에는 어려움이 있음. ○ 따라서 본 연구에서는 기존 방수재료 및 보수재료, 보강재료의 품질시험 검증 방법을 조사·분석하여 그 적용을 파악한 후 비 배수 내진형 고분자 복합재료 및 외방수 시공기술에 적합한 표준 품질관리 검증 시험 방법을 개발하고자 함.
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