1. 서 론
2. 콘크리트매트의 공동보강 효과
3. 콘크리트매트의 보강 효과 분석
3.1 콘크리트매트 보강에 따른 응력발생 특성 분석을 위한 실내실험
3.2 수치해석을 이용한 응력감소율 예측
4. LFWD 실험에 의한 콘크리트매트 보강 지반의 변형 분석
5. 결 론
1. 서 론
최근 주요 도심지를 중심으로 도로 및 인도 등이 갑자기 주저 않는 이른바 지반함몰(ground subsidence) 현상이 빈번히 발생하고 있다. 불과 몇 해 전까지만 해도 지반함몰 혹은 싱크홀(sinkhole)이라는 단어는 일반 사람들에게 매우 생소한 단어였을 뿐만 아니라 이와 관련된 전문 종사자에게도 자주 사용되지 않았던 용어라 할 수 있다. 싱크홀이란 용어는 석회암 지대에서 발생하는 자연적 현상에 의한 지반함몰로서 현재 국내에서 문제 되고 있는 도심지 지반함몰과 구분하여 정의하고 있다. 도심지에서 발생하고 있는 지반함몰은 지중시설물의 노후화, 지하공간의 개발과 과다한 지하수 이용 등과 같은 인위적인 원인이 대부분으로 발생회수가 증가하는 추세이다. 이에 따라서 지반함몰현상에 의한 인적 및 재산 피해를 최소화하기 위해 지반공동의 탐사, 공동 발생 매커니즘, 공동 복구, 복구된 공동의 유지관리에 관한 실험 및 수치해석적 연구가 활발히 진행되고 있다(Han et al., 2018; Han et al., 2017; Kim et al., 2017; Lee et al., 2017; You et al., 2017)
지반함몰에 의한 피해 저감을 위해 지반함몰의 원인 규명, 장기적인 유지관리 및 계획 등도 중요하지만, 지반함몰을 유발하는 지중 공동의 복구방안이 무엇보다도 중요하다. 이와 같은 공동의 복구 방법은 크게 개착식 및 비개착식으로 구분할 수 있다. 비개착식 공동복구 방법은 그라우팅 공법을 예로 들 수 있으며, 이 방법은 비개착이라는 용이함과 지반 내 간극까지 충진 가능한 장점이 있지만 환경오염 등의 문제점을 발생시킬 수 있다. 즉, 시멘트계 충진재와 약액을 함께 사용하고 주입방식에 따라 작용 면적을 제어할 수 없는 단점이 있으며, 중금속 유출의 우려가 있다. 또한 검증되지 않은 충진재료 사용으로 발암물질중 하나인 6가 크롬(Cr)의 유출사례가 보고된 바 있다(Yu et al., 2017).
비개착식 공법의 장점을 부각시키고 지반의 환경적인 영향을 최소하기 위한 방안으로 공동내부 충진재에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있다. Yu et al.(2017)은 포켓형태의 수용성 폴리머 파우치와 무기질계 혼화재인 초속경시멘트를 사용하여 토사와 유사한 지반강도를 구현 할 수 있는 방안을 제안한 바 있다. Lee et al.(2018)은 산업부산물인 저회(bottom ash)를 이용하여 고유동성 채움재에 대한 연구를 수행하였다. 한편, 폴리올(polyol)을 주성분으로 하는 주제와 이소시아네이트(isocyanate)를 주성분으로 하는 2액형 약액을 적용하는 방법 또한 연구된 바 있다. 이는 약액간의 반응으로 고결 및 팽창이 발생하며 배합비에 따라 발포시간, 발포배율, 강도 등이 조절 가능한 것으로 보고되었다(Lee et al., 2018). Kang et al.(2017), Han et al. (2017)은 일축압축강도시험을 통해 팽창약액의 시간에 따른 강도 발현 특성, 경화시간에 따른 강도 특성 등을 규명하였고, Park et al.(2018)은 휠트래킹 시험을 이용하여 포켓형 팽창재료의 거동특성을 연구한 바 있다.
한편, 개착식 지반함몰 복구 방법은 공동이 생긴 도로 주변을 통제한 후 지반공동이 발생한 도로를 개착하여 공동에 흙을 메우고 다짐한 후 상부구조물을 재시공하는 방법이 주로 적용되고 있다. 이 방법은 개착으로 인한 주변지반의 교란, 재료분리, 다짐불량 등에 따라 지반의 강도저하가 우려될 수 있으며, 복구된 토사의 재유실로 인하여 공동이 재차 발생할 위험이 있다. 이러한 단점에도 불구하고, 노후된 지중매설물이나 관로의 손상 등에 의해 지반함몰이 발생할 경우, 관로 교체 등의 이유로 지반함몰 발생지역의 개착은 불가피한 실정이다.
따라서 이 연구에서는 지중 공동에 대하여 개착식으로 복구할 수 밖에 없는 경우, 기존의 복구 방법에서 발생할 수 있는 문제점을 보완하기 위한 목적으로 콘크리트매트를 이용하는 복구 방법을 제시하고자 하였다. 즉, 콘크리트매트를 이용한 개착식 복구방법은 일반적으로 다짐관리가 잘 이루어질 수 없는 협소한 구역이나, 공동이 재차 발생하여 갑작스런 지반함몰을 방지하기 위한 목적으로 활용될 수 있다. 이에 콘크리트매트에 대한 공동복구 및 보강효과를 분석하기 위해 평판재하시험을 활용한 응력발생 특성 및 LFWD를 활용한 지반변형계수에 대한 분석을 수행하였다.
2. 콘크리트매트의 공동보강 효과
콘크리트매트는 다짐관리가 쉽지 않아 지반의 강도저하가 발생할 수 있는 구역을 보강함으로서 상재하중에 대하여 저항할 수 있는 보강재로서 사용된다. 콘크리트매트는 길이 및 폭을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에 지반 공동 발생 구역, 혹은 상․수관로의 누수 및 파손으로 인한 토사유실 구역 등과 같이 복구대상 지반에 따라 적용성이 매우 간편하다. 콘크리트매트는 지반신소재와 시멘트로 구성되며, 지반신소재 사이에 시멘트가 속채움 되어 있는 형태로서, 시공 이후, 살수를 통해 빠른 시간에 강도확보가 이루어 질 수 있다.
Fig. 1은 콘크리트매트를 이용한 개착식 지반공동 복구 방법 및 원리에 대하여 모식도로 나타낸 것이다. Fig. 1(a)는 관로 손상으로 인해 소규모의 공동이 발생하고, 시간경과에 따라 지속적인 토사유실로 기인한 공동 확장과 함께 지표에 하중이 작용할 경우 지반함몰이 발생하는 과정을 나타낸 것이다. Fig. 1(b)는 기존의 토사 되메움 방법과 콘크리트매트를 이용한 공동복구 방법을 구분하여 나타낸 것이다. 두 복구 방법의 차이는 토사를 되메움하는 과정에서, 일정깊이에 보강효과를 발현할 수 있는 콘크리트매트의 설치유무이다.
Fig. 1(c)는 토사로 되메움된 복구지반과 콘크리트매트로 보강된 복구지반에서 다짐불량이나 기존 되메움재료의 이질성, 관로의 재손상 등의 이유로 공동이 재발생 하였을 경우에 콘크리트매트 적용 유무에 따른 복구효율에 대하여 나타낸 것이다. 즉, 토사로 뒤채움 되었을 경우, 공동이 확장되어 상부에 하중이 발생하면 단순히 거치되어 있던 도로포장층이 파괴됨에 따라 지반함몰 발생의 가능성이 매우 크다. 그러나 콘크리트매트로 보강되었을 경우, 관로 주변에서 발생한 공동이 콘크리트매트가 보강된 위치 이상으로 확장하지 못하며 상부에서 하중이 발생한 경우, 콘크리트매트 자체의 강성으로 인하여 갑작스런 지반함몰을 방지할 수 있다. 이러한 콘크리트매트의 보강효과는 복구된 공동을 유지관리 하는 과정에서 공동이 재차 발생하더라도 인적 및 재산적 피해를 최소화 할 수 있는 장점을 갖게 된다.
3. 콘크리트매트의 보강 효과 분석
3.1 콘크리트매트 보강에 따른 응력발생 특성 분석을 위한 실내실험
전술한 바와 같이, 개착식 지반공동 복구방법은 공동발생 지역을 개착하여 공동에 흙을 메워 상부구조물을 재시공 하는 방법이다. 이 복구방법은 재료분리, 주변지반의 교란, 다짐불량 등의 단점이 있음에도 불구하고 관로 누수 및 지중구조물 파손에 의한 공동발생의 경우에는 개착이 반드시 필요하기 때문에, 기존의 복구방법에 대한 개선이 필요하다. 이에 공동이 복구된 후 시간경과에 따른 토사의 재유실 등이 발생하여 공동의 재발생 가능성을 최소화할 수 있도록 콘크리트매트를 적용하였다. 콘크리트매트는 휨강도와 상부 하중에 대한 저항력으로 도로가 갑작스럽게 함몰되는 현상을 방지할 수 있기 때문에, 콘크리트매트의 정량적인 보강효과를 분석하기 위해 KS F 2444(2018)의 시험법을 응용하여 실내실험을 수행하였으며, 이를 바탕으로 콘크리트매트 보강유무에 따른 응력발생 특성을 분석하였다.
3.1.1 실험방법 및 내용
시험에 사용한 흙 시료는 상부하중으로부터 응력이 고르게 전달도록 입도가 균질한 주문진 표준사를 사용하였다. Table 1은 주문진 표준사의 공학적 특성을 나타낸 것이다. 애터버그시험 결과, 흙시료는 소성이 없는 것으로 나타났고, 통일분류법에 의해 입도분포가 고르지 않은 빈입도 모래인 SP로 분류되었다.
Table 1. Physical properties of soil
| Specific gravity | Sieve analysis | Compaction test | USCS* | ||
| Cu | Cg | 𝛾d(max) (kN/m3) | wopt (%) | ||
| 2.61 | 3.75 | 0.98 | 16.2 | 7.8 | SP** |
** Poorly graded sands and gravelly sands, little or no fines
Fig. 2는 공동의 개착식 복구 시, 콘크리트매트 보강유무에 따른 응력발생량 확인을 위한 실험절차를 나타낸 것이다. 먼저, Fig. 2(a)는 실험모식도를 나타낸 것으로서 모형지반은 최대한 조밀하도록 최적함수비 및 다짐도를 각각 7.8%와 95%이상으로 모사하였다. 또한 응력발생 정도를 확인하기 위한 토압계는 토조의 중심부를 기준으로 G.L.-10cm∼G.L.-60cm의 범위에서 10cm간격으로 설치하였고, 토조의 최하단부인 G.L.-90cm에도 토압계를 설치하여 하중에 따른 응력발생 최대깊이를 측정하였다. 이 때, 토압계는 지름 5cm로서 최대 500kPa까지 측정이 가능할 수 있도록 하였다. Fig. 2(b)는 모형지반 내 계획된 심도에 토압계를 설치한 전경을 나타낸 것이며, Fig. 2(c)는 콘크리트매트 설치 전경으로서 토조의 크기를 고려하여 정방형으로 90cm를 적용하였다. 콘크리트매트 및 토압계 설치와 함께 모형지반 조성이 완료된 후, 하중 재하를 위하여 평판을 설치하였으며, 이 때 수평계를 이용하여 평판재하 시에 편심이 작용하지 않도록 하였다(Fig. 2(d)). 그리고 Fig. 2(e)와 같이 반력빔(reaction beam)과 함께 유압램(oil pressure ram)을 거치한 후, 하중재하에 따른 지반침하를 측정하기 위한 목적으로 총 3개의 LVDT(linear variable differential transformer)를 설치하였다(Fig. 2(f)). 실험종료 후, 하중재하 단계에 따른 지반침하는 3개의 침하량 측정값을 산술평균하였다.
시험 종류는 콘크리트매트의 적용유무에 따라 수행하였으며, 콘크리트매트 적용의 경우에는 지표면으로부터 각각 G.L.-10cm, G.L.-20cm, G.L.-30cm에 설치하여 총 4종류의 실험을 실시하였다. 또한 하중재하는 지반파괴에 의한 응력감소의 영향을 배제하기 위하여 낮은 응력수준으로 시험을 수행하고자 각각 4kPa, 8kPa 및 12kPa의 재하단계를 적용하였다.
3.1.2 실험결과
Fig. 3은 콘크리트매트 보강깊이에 따라 깊이별 응력발생 증가량을 나타낸 것이다. Fig. 3(a)는 콘크리트매트가 적용된 지반과의 응력발생 특성 비교를 위한 목적으로 수행된 콘크리트매트 미적용의 경우에 대한 결과로서, 깊이가 증가할수록 모든 하중단계에서 비선형적으로 응력발생량이 감소하는 결과를 확인할 수 있었다. 또한 응력단계가 4kPa∼12kPa로 증가함에 따라 깊이에 따른 응력발생량의 감소정도가 큰 것으로 나타났다. Fig. 3(b)∼Fig. 3(d)는 콘크리트매트가 각각 G.L.-10cm∼G.L.-30cm위치에 설치되었을 때, 깊이에 따른 지반 내 응력발생량을 나타낸 것이다. 이를 바탕으로 콘크리트매트가 보강된 위치를 기준으로 깊이가 증가할수록 응력발생량은 현저하게 감소하는 것을 알 수 있었다.
Fig. 4는 실험결과를 이용하여 콘크리트매트의 응력증분에 대한 감소율을 나타낸 것이다. 응력을 측정하기 위한 토압계는 콘크리트매트가 설치된 깊이에서 콘크리트매트 하부와 상부의 인접하여 설치․측정되었는데, 식 (1)과 같은 방법으로 응력감소율을 산정하여 Fig. 4(a)에 도시하였다.
| $$\frac{\triangle\sigma_{toc}-\triangle\sigma_{boc}}{\triangle_{toc}}\times100=R_{\triangle\sigma}(\%)$$ | (1) |
여기서, △𝜎toc는 콘크리트매트 상부에서 측정된 토압, △𝜎boc는 콘크리트매트 하부에서 측정된 토압, R△𝜎은 △𝜎toc와 △𝜎boc에 의해 산정된 응력감소율을 나타낸다.
Fig. 4(a)에서 콘크리트매트의 응력감소율은 G.L.-10cm에 보강된 경우, 하중단계에 따라 평균 61%의 감소율을 보였으며, G.L.-20cm 및 G.L.-30cm의 경우에는 각각 평균 62%와 59%의 감소율이 나타나는 것으로 분석되었다. 특히, G.L.-10cm와 G.L.-20cm에 콘크리트매트가 설치된 경우에는 하중단계가 증가할수록 응력감소율이 증가하는 경향을 보였지만, 그 차이가 미소하기 때문에, 콘크리트매트 설치깊이에 관계없이 약 60%의 응력감소율로 판단하였다. Fig. 4(b)는 콘크리트매트 보강유무에 따라 지반의 동일한 토압 계측 지점에서 응력감소율 산정결과를 나타낸 것으로서, 응력감소율은 식 (2)와 같은 방법으로 나타내었다.
| $$\frac{\triangle\sigma_{(non-reinfocement)}-\triangle\sigma_{(reinfocement\;of\;each\;dept)}}{\triangle\sigma_{non-reinfocement}}\times100=R_{\triangle\sigma}(\%)$$ | (2) |
여기서, △𝜎(non-reinfocement)는 하중재하 시 콘크리트매트 미적용 지반의 깊이별 토압증분, △𝜎(reinfocement of each dept)는 콘크리트매트 적용 지반의 깊이별 토압증분, R△𝜎 응력감소율을 나타낸다.
Fig. 4(b)에 나타낸 바와 같이, 지반의 응력감소율은 각각의 콘크리트매트가 적용된 위치에서 61%(G.L.-10cm), 56%(G.L.-20cm), 54%(G.L.-30cm) 최대감소율을 보였다. 이를 바탕으로 콘크리트매트가 적용된 깊이가 깊어질수록 원지반과 대비하여 해당 깊이에서의 응력감소율은 감소하는 경향을 알 수 있었다.
3.2 수치해석을 이용한 응력감소율 예측
3.2.1 해석모델의 검증
콘크리트매트의 보강효과를 분석하기 위해 콘크리트매트 적용유무에 따른 실내실험을 수행하였으며, 콘크리트매트에 의한 응력감소율은 약 60%인 것으로 확인되었다. 콘크리트매트 미적용의 경우와 비교하였을 때, 보강깊이가 깊어질수록 응력감소율이 감소하여 보강효과 또한 감소하는 것을 알 수 있었다. 따라서 콘크리트매트의 보강 한계 깊이를 분석하기 위해 실내실험 적용범위인 G.L.-10cm ∼G.L.-30cm 이상의 깊이에서는 수치해석을 통하여 응력감소율을 분석하였다.
수치해석은 유한요소해석 프로그램인 Plaxis 2D를 사용하였다. G.L.-40cm 이상 깊이의 콘크리트매트 보강 효과를 분석하기 위하여, 먼저 실내실험을 기반으로 수치해석모델을 구성하고, 실제 실험결과를 모사하여 수치해석 모델을 검증하였다.
해석모델의 검증은 콘크리트매트의 미적용 지반과 G.L. -10cm에 적용한 지반에 대한 실내실험 결과에서 응력감소율 60%와 상부에서 발생한 지표침하량을 기준으로 하였다. Fig. 5는 해석모델을 나타낸 것으로서, 해석은 평면변형률 모델을 바탕으로 응력제어법을 적용하였다. 이 때, 평판을 모사하기 위해서는 볼륨을 가지고 있는 원형 블록으로 모델링해야 하지만, 해석조건상 이를 반영하기가 어렵기 때문에 정방형 형태로 모사하였다. 즉, 모델링에 의한 편차를 최소화하기 위해 원형판에 재하되는 등분포하중을 정방형에 작용하는 등분포하중으로 역산하여 단계하중을 적용하였다. 콘크리트매트의 재료특성은 먼저 무보강지반에 대한 실내실험결과와 해석결과를 비교하여 검증한 후, G.L.-10cm의 실험결과와 해석결과를 비교하는 과정에서 역추적한 값을 사용하였다. Table 2는 수치해석에 입력한 지반과 콘크리트매트의 재료특성을 나타낸 것이며, Fig. 6는 무보강지반과 G.L.-10cm에 보강한 지반의 실내실험결과와 해석결과를 비교한 것이다. Fig. 6에서 보는 바와 같이, 실험과 해석결과를 비교한 결과, 수치해석을 통하여 G.L.-40cm∼G.L.-60cm 위치에 콘크리트매트를 보강한 결과에 대하여 수치해석을 통해 충분히 확인할 수 있는 것으로 판단하였다.
Table 2. Materials property
3.2.2 수치해석에 의한 응력감소율 분석
Fig. 7은 검증된 해석모델을 이용하여 콘크리트매트가 G.L.-40cm～G.L.-60cm깊이에 설치되었을 때, 하중단계에 대한 응력발생량을 나타낸 것이다. 이를 바탕으로 각각의 보강깊이에서 발생된 응력에 대하여 콘크리트매트에 의한 감소율은 실험결과와 마찬가지로 약 60%인 것을 알 수 있었다. Fig. 8(a)는 Fig. 4(b)와 같은 방법으로 식 (2)를 이용하여 무보강 지반에 대한 결과와 콘크리트매트가 G.L.-40cm～G.L. -60cm에 보강되었을 때의 해석결과를 비교하여 응력감소율을 나타낸 것이다. 그 결과, 콘크리트매트가 G.L.-40cm, G.L.-50cm 및 G.L.-60cm에 설치되었을 때의 응력감소율은 각각 약 40%, 39% 및 30%인 것으로 분석되었다. Fig. 8(b)는 콘크리트매트의 보강깊이에 따른 응력감소율과 12kPa 하중단계에서의 지표 침하량을 함께 도시한 것으로서, G.L.-10cm～G.L.-30cm은 실험결과, G.L.-40cm～G.L.-60cm은 해석결과를 적용하였다. 최종침하량은 무보강지반의 경우 약 2.9mm로 나타났으며, 콘크리트매트가 G.L.-10cm에 보강되었을 때 침하량은 약 1.7mm로 가장 작은 침하량을 보였다. 또한 콘크리트매트의 보강깊이가 증가함에 따라 지표에서 발생하는 침하량은 점점 증가하여 G.L.-50cm～G.L.-60cm의 범위에서 무보강지반의 침하량과 거의 비슷한 수준으로 침하가 일어나는 것으로 나타났다. 즉, 콘크리트매트의 설치깊이가 G.L.-50cm 이상인 경우에는 보강되지 않은 경우와 유사하기 때문에, 보강효과가 거의 없는 것으로 분석되었다. 이와 같은 결과를 앞서 분석한 응력감소율과 함께 고찰한 결과, 콘크리트매트의 설치 한계깊이는 G.L.-40cm 보다 작아야 될 것으로 판단되었다.
4. LFWD 실험에 의한 콘크리트매트 보강 지반의 변형 분석
FWD(falling weight deflectometer)실험은 평판재하시험(plate loading test)에 의한 변형률계수 산정방법보다 빠르게 지반의 강성을 평가할 수 있는 방법으로 이미 포장도로 분야에서 품질관리 방법으로 사용되고 있다. FWD의 장비는 대형 차량을 이용한 장비이기 때문에 폭넓게 적용하기 어려움이 있어, 최근에는 이와 같은 적용성에 대한 한계를 보완하고자 활용성이 높은 LFWD(light falling weight deflectometer)가 적용되고 있다. Choi et al.(2011)은 지반재료가 토사인 경우, LFWD 시험결과와 반복평판재하시험에서 변형계수와의 상관관계는 신뢰도 82∼89%로 높은 상관성이 있는 것으로 밝힌 바 있다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트매트의 보강효과에 따른 변형계수를 산정하기 위하여 LFWD를 이용한 실내실험을 실시하였다. 이 때, 콘크리트매트 설치깊이는 3.2.2절에서 분석된 설치 한계깊이(G.L.-40cm)를 바탕으로 G.L.-10cm～G.L.-40 cm으로 적용하였다.
Fig. 9는 LFWD를 이용하여 콘크리트매트가 보강된 지반의 변형계수 측정을 위한 실험 과정을 나타낸 것이다. 모래의 유출부가 직경 10mm의 일정 간격을 갖는 다공판으로 이루어진 강사장치(Fig. 9(a))를 이용하여 표준사의 최소건조단위중량을 산정한 결과, 13.4kN/m3인 것으로 확인되었다. 이를 이용하여 60cm×60cm×60cm의 크기의 토조에 상대밀도 80%(낙하고 70cm)의 조밀한 지반을 모사하였다(Fig 9(b)). 그리고 50cm 크기의 정방형으로 해당 깊이에 매설하고(Fig. 9(c)), 토조의 중앙에 LFWD를 거치하여 실험을 수행하였다(Fig. 9(d)). LFWD실험은 낙하높이를 10cm～50cm의 범위로 조정할 수 있으며 이 연구에서는 매우 큰 낙하에너지에 의한 지반의 교란을 방지하기 위해 10cm의 높이로 낙하고를 산정하고 낙하추의 직경은 100mm로 선정하였다. 낙하횟수는 5번으로 하여 초기 값을 제외한 나머지 값을 평균으로 하여 지반변형계수(ELFWD)를 식 (3)을 통해 산정하였다.
| $$E_{LFWD}=\frac{2(1-v^2)P}{\mathrm\pi rD}$$ | (3) |
여기서, v는 포아송비(0.3), P는 최대하중, r은 낙하추의 반경, D는 최대변위를 나타낸다. Fig. 10은 콘크리트매트의 보강깊이에 따른 지반변형계수와 무보강 지반 대비 각 보강 깊이에 대한 지반변형계수의 증가율을 나타낸 것이다.
지반변형계수의 증가율은 보강깊이가 G.L.-20cm까지 큰 폭으로 증가하는 경향을 나타냈으며, G.L.20cm보다 깊이 설치한 경우에는 증가율이 점차 감소하는 것으로 확인되었다. 또한, 콘크리트매트를 G.L.-20cm에 보강하였을 때의 지반변형계수가 약 5.44MPa로 가장 크게 나타났으며, 이는 무보강 대비 약 87%의 증가율을 보이는 것으로 분석되었다.
5. 결 론
이 연구에서는 지중에서 공동발생 시, 기존의 개착식 공동복구 방법을 개선하기 위하여 콘크리트매트를 적용한 복구방법을 마련하기 위하여, 콘크리트매트의 보강효과에 관한 실험적 및 해석적 연구를 수행하였다. 즉, 콘크리트매트 보강 효과를 분석하기 위하여 평판재하시험, 수치해석 및 지반변형계수 평가를 위한 LFWD실험을 수행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
(1) 지중에서 발생한 공동의 복구를 위하여 콘크리트매트 적용유무에 따른 평판재하시험 결과, 콘크리트매트의 인접지반에서 발생하는 응력은 약 60%의 감소율을 나타냈으며, 이는 보강깊이가 깊어질수록 응력감소율이 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 실내실험과 수치해석 결과를 바탕으로, 지반침하량과 응력감소율을 고려하면, 콘크리트매트 설치깊이가 G.L.-10cm～G.L.-20cm일 때, 보강효과가 가장 큰 것으로 판단된다.
(2) 콘크리트매트의 보강깊이가 G.L.-50cm보다 깊은 경우의 지표 침하량은 콘크리트매트 미적용 시의 지표침하량과 유사한 것으로 확인되었으며, 이는 콘크리트매트의 설치 한계깊이를 G.L.-40cm로 적용하는 것이 합리적인 것으로 분석되었다. 즉, G.L.-50cm보다 깊은 경우에 콘크리트매트를 설치하게 되면, 응력감소 정도가 현저하게 작아질 것으로 판단된다.
(3) 지반변형계수 측정을 위한 LFWD실험 결과, 콘크리트매트가 G.L.-20cm에 보강되었을 때, 가장 큰 값이 나타났으며, 이를 응력감소율 및 LFWD실험 결과와 함께 고려하면 콘크리트매트의 보강 최적 깊이는 G.L. -20cm가 가장 적당한 것으로 판단된다.
앞선 결론을 바탕으로, 콘크리트매트를 개착식 지반공동 복구방법에 활용한다면 지중환경 조건의 변화에 따라 공동이 재발생 하더라도 콘크리트매트 자체의 강성으로 인한 갑작스런 지반함몰을 방지할 수 있을 것으로 판단된다. 이 연구에서는 제한적인 실험조건에 따른 연구를 수행하였기 때문에, 추후 현장조건을 모사하여 콘크리트매트 보강 지반의 지지력 평가, 동결깊이 이내에 설치되는 콘크리트매트의 기후환경 영향성 분석 등을 추가적으로 수행할 필요가 있으며, 이를 통해 콘크리트매트 적용에 따른 공동 복구방법에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 것이라 판단된다.
