최근 대한민국 국민들에게 인명, 재산 피해는 물론 불안감을 야기시키는 도로함몰이 사회적으로 큰 이 슈가 되고 있다. 최근 5년간 대한민국의 수도 서울에서 발생한 도로침하, 동공발생, 도로함몰 건수는 총 3,328건이며, 점점 증가하는 추세인 것으로 나타났다. 이러한 도로함몰의 원인은 포장하부에 발생한 동 공의 크기가 커짐에 따라 노상의 지지력이 포장 상부의 하중을 견디지 못해 발생하는 것이며, 이를 예방 하기 위해 사전에 의심구간을 탐사하고 대책을 마련해야 한다. 따라서, 국토교통부에서는 각 지자체에 동 공이 의심되는 구간을 접수 받아 한국건설기술연구원에 협조 요청하여 지표투과탐사장비(GPR)를 이용해 현장조사 하였고, 동공이 탐지되는 구간은 즉시 보수하기로 협의하였다.
지표투과 탐사장비 중 가장 널리 사용되는 GPR(Ground Penetrating Radar)은 대상체에 전자기파를 발 사하여 재료의 성질이 바뀌는 경계면에서 파의 에너지 일부가 반사되고 나머지는 통과하는 특성을 이용한 장 비다. 또한 포장 하부의 상태를 비파괴적이고, 연속적으로 파악할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 GPR 을 이용한 탐사는 주파수에 따라 그 특성이 달라지며, 김대상 외(2004)는 조사심도 0m 에서 1.5m 이내에서 는 500MHz~1,600MHz의 안테나가 가장 적합하다고 보고하였다. 본 조사는 대한민국 전국 일반국도 10개 노선의 총 19개 지점에서 진행하였고, 포장하부 동공 의심구간에 한국건설기술연구원에서 보유한 500MHz와 1,600MHz의 레이더를 탑재한 GPR 장비로 그림 1과 같이 계측을 수행하였다. 그림 2와 같이 동공이 의심되 는 구간을 파악하여 주파수 별 결과 값을 비교하고, 포장하부 동공탐사에 적합한 주파수 영역을 제시하였다. 향후 본 연구원에서 제작한 실대형 모의동공 Test Bed에서 본 조사에서 획득한 결과를 검증할 예정이다.
안테나 기술 및 데이터 처리 기술의 발전으로 인하여 비파괴 시험 장비인 GPR(Ground Penetration Radar; 지표투과탐사장비) 장비의 적용이 확대되고 있다. GPR 장비는 송신기에서 지표면으로 전자기파 를 송출하고, 송출된 전자기파가 매질의 유전율에 따라 수신기로 반사되거나 회절 또는 산란되어 돌아오 는 시간 영역에서의 특성에 기초하여 지표 하부의 층구조 및 매설물을 조사할 수 있는 장비이다. 이러한 GPR 장비는 현재 포장층 두께조사, 지하 동공 및 지질조사, 터널 라이닝 및 구조조사 등 여러 분야에서 적용되고 있다.
외국에서는 GPR 장비의 적용분야 가운데 도로포장분야에서 GPR 장비를 포장층 두께 측정, 박리의 위 치조사, 포장층 밀도예측, 다우웰바 탐지 등에 적용할 수 있다고 알려져 있으나 아직 많이 활성화되어 있 지는 않은 상황이다. 국내에서는 일반국도 도로포장관리시스템(Pavement Management System; PMS) 에서 주로 포장층 두께 측정을 위해 GPR 장비를 활용하면서 그 적용범위를 확대하고자 노력하고 있으며, 500MHz 주파수의 접촉식 GPR 장비와 1.0GHz 주파수의 비접촉식 GPR 장비가 사용되고 있다.
최근 사회적으로 이슈화되고 있는 도로함몰 예방을 위한 동공 조사에 현재 도로포장분야에서 활용중인 GPR 장비를 적용하기 위해서는 먼저 각 주파수별 측정 깊이의 파악이 필요하다. 왜냐하면 측정 주파수가 높으면 해상도는 좋아지지만 전자기파의 측정 깊이가 작아지고, 측정 주파수가 낮으면 해상도는 낮아지지 만 전자기파의 측정 깊이가 커지기 때문이다. 따라서 주파수별로 어느 정도 깊이까지 전자기파가 침투할 수 있는지, 측정된 데이터의 해상도가 어떻게 나타나는지 확인하여 사용목적에 적합하게 사용할 필요가 있다.
본 연구에서는 포장표면에서부터 깊이별로 스티로폼으로 모사한 동공을 설치하고 250MHz, 500MHz, 800MHz 주파수의 접촉식 GPR 장비와 1.0GHz 주파수의 비접촉식 GPR 장비를 사용하여 동일한 구간을 측정한 후, 각각의 B-scan 결과를 비교하였다. 그 결과, 포장층 두께 정도의 깊이를 조사하기 위해서는 1.0GHz 주파수의 비접촉식 안테나를 사용하는 것이 가능하지만, 1.5m 깊이 부근까지의 동공 여부를 조 사하기 위해서는 500MHz 주파수 정도의 접촉식 안테나를 사용해야 하는 것으로 나타났다.