1. 2012년 구조물담당자 전문화 교육
2012. 3. 9
A/C 경계면
상,하부철근
바닥판하면

2. 순 서
1 점검과학화
8 강교도막 진단시스템
2 취약부재 : 교량 바닥판
9 박스내부점검
3 현장조사 : 교면상태
10 터널스캐너
4 현장조사 : 내부상태
11 수중구조물점검
5 교면상태와 내부상태 비교
12 기타활용사례
6 노출 바닥판의 상태평가
13 기대효과
7 바닥판의 하면 영상점검

3. 1 점검과학화

4. 교량 붕괴
사망 7명
사망 13명 부상 3명
부상 100명

5. 교량 붕괴
객차 2개

6. 교량 붕괴 원인(미국토목학회 저널, 2003)
관리부실 자연 재해
구분 계
소계 결함 세굴 충돌 화재 기타 소계 홍수 지진
개소 503 296 98 78 59 16 45 207 190 17
(%) 100 56 20 15 12 3 9 41 38 3

7. 고속도로의 변화
인력 점검/진단의 문제점
• 교통차단 불가
• 포장내부 바닥판 상태조사 불가
• 고소교량의 증가
• 특수교량의 증가
• 안전성, 편의성, 신뢰성 결여 서울영업소 교통량 증가
• 체계적인 DB확보 곤란
관리연장증가
교통차단으로인한 지체 포장내부 손상심화 고소교량의 증가 인천대교 등장

8. 구조물 안전관리 정부정책 강화
 1995년 : 『시설물의 안전관리에 관한 특별법』제정
 1996년 : 1,2종 시설물 정밀안전진단 관리주체 직접 실시 금지
 2002년 : 하자만료전 마지막 정밀점검 관리주체 직접 실시 금지
안전진단결과 사후 평가 제도 도입
 2003년 : 진단결과 중대결함 조치기간 설정(3년 이내 완료)
 2006년 : 정밀안전진단 주기 강화
(최초진단 : 준공 15년→준공11년, 진단주기 : 10년→5년)
※ 정밀안전진단 시행 현황
년 도 2007년 이전 평균 2007 2008 2009 비 고
개 소 9 116 172 96 2007년 이후 진단대상
금액(억) 7 60 72 55 급격히 증가

9. 유지관리 환경
점검 인원 점검 외주화 비용(억원/년)
구분 적정 과부족 과부족
정원 전면
인원 인원 부분
계 322 129 193 473 282
정밀점검(본부) 110 24 86 156 122
정기점검(지사) 212 105 107 317 160

10. 2 취약부재(교량바닥판)

11. 교량 손상
청계고가 바닥판 보수, 철거 병천2교 펀칭파괴 교대변위에 따른 받침손상
[2000년] (준공 1993년, 2008년 보수) (준공 1983년, 2008년 보강)
TV 보도 받침거동 불량으로른 코핑파손
신문 보도
(청계고가) (준공 1970년, 2008년 보수)
(진부교)

12. 콘크리트 교량 바닥판
교량바닥판 내구수명이 설계수명 보다 짧아
경제적 손실 발생
교량 손상 발생 교량 보수 시행
- 241개소(전체의 3.9%) - 년간 200억원 소요 (’07년)
40년 미달

13. 관리 구조물의 급격한 증가 및 노후화
최근 10년간 관리구조물 2.4배 증가
유지관리비용 4.5배 증가
교면재포장, 교면개량이 전체비용의 57% 차지
전면개량
년도 계 점검,진단 보수,보강
암거확장
8
2001년 275 (100%) 159 (58%) 108 (39%)
(3%)
2011년 1,242 (100%) 178 (14%) 147 (12%) 917 (74%)
증가율
비용 : 4.5배 비용 : 8.5배
(10년대비)

14. 교량 바닥판의 손상 : 과거
1단계 4단계
2단계 5단계
3단계 6단계

15. 콘크리트 교량 바닥판의 손상
제설제염화물 살포
교면포장손상
방수층손상
콘크리트 열화
방수기능저하

16. 콘크리트 바닥판의 손상과정
초기결함 유해물질침투 손상표출 내부손상 바닥판손상
포장균열 우수침투 표면백태 콘크리트열화 바닥판함몰
포트홀 염분침투 A/C 경계분리 상부철근부식 펀칭파괴

17. 3 현장조사 : 교면상태

18. 기존 조사방법

19. 노면촬영

20. 노면촬영 조사결과
1차로
2차로
3차로
갓길

21. 교면상태등급
100
2007년 2008년 합계
상태 관리등급 실제등급
등급 관리 실제 관리 실제 관리 실제 80
등급 등급 등급 등급 등급 등급
A 68 0 60 25 128 25
교량비율(%)
60
B 40 27 18 37 58 64
40
C 19 72 0 16 19 88
20
D 0 20 0 0 0 20
0
E 0 8 0 0 0 8
A B C D E
계 127 127 78 78 205 205 교량상태등급

22. 교면상태등급
호남선
호남선 25% 영동선
13% 37%
88선 영동선
6% 25%
중부선
12%
경부선
44% 경부선
38%
노선별 상태등급 D,E 분포 현황
5년이하
30년이상
6% 30년이상 6~10년
38%
6~10년 50% 37%
31%
21년~25년
6% 11년~15년 21년~25년
16년~20년
6% 13%
13%
공용연수별 상태등급 D,E 분포 현황

23. 교면 손상위치 분석
손상 상태등급(3×10M)
위치 조사개소
개수 면적(M2) 손상비율 A B C D E
1차로 1745 619.35 9.21 31 38 70 34 31
2차로 2104 1241.76 18.50 13 21 69 41 61
20
갓길 1557 592.38 11.18 39 28 47 54 37
합계 5406 2453.49 13.07 83 87 186 129 129
1200 20.0 80
3×10M 면적상 상태등급 개소
1차로
900 15.0 2차로
60
갓길
손상면적(M2)
손상율(%)
600 10.0 40
300 5.0 20
0 0.0 0
1차로 2차로 갓길 A B C D E
손상면적 손상율 상태등급
차로별 손상등급 분포현황

24. 4 현장조사 : 내부상태

25. 기존 조사방법

26. 차량탑재형 GPR
• 차량통제가 필요없음
• 정상속도로 주행하면서 1회당 폭 2M 조사가능
• 포장 및 바닥판의 내부 상태 조사 가능

27. GPR 활용

28. 측정순서
전자파 방사 VOLTS
- +
경계면에서의 반사 및 투과 발생
수신파의 크기와 전달시간 측정
A
각 층의 유전율 평가 C
반사위치 및 심도계산
D
시간
(NS)
A : 교면
C : A/C 경계면
D : 철근
교량 바닥판 수신파

29. 수신데이터 분석
지표내부탐사
포장두께측정
철근위치측정
바닥판 두께 측정
유전율측정
건전 : 6~12 A/C 경계면
불량 : 6이하,
12이상 상,하부철근
바닥판하면
데이터 분석 예

30. 차량탑재형 레이더 조사
아스팔트 포장두께 분포도(8경간)
상부철근 피복두께 분포도(8경간)
포장 내부 바닥판 콘크리트 상면 손상 분포도(8경간)

31. 조기손상교량
3% 횡구배
영동선 S교
2% 횡구배
중앙선 M교

32. 배수불량으로 인한 손상사례

33. 5 교면상태와 내부상태 비교

34. 외관조사와 레이더 조사결과 비교(32개소)
E A B
D
6% 0% 19% 40
19%
C 30
56%
손상율(%)
20
교면조사 상태등급
A B 10
0% 12%
E
C 0
47%
28%
D 1차로 2차로 갓길
13% 외관조사결과 비파괴조사결과
내부조사 상태등급

35. 콘크리트 내부상태 분석결과
영동선 D교 노면촬영결과(손상면적 66M2)
영동선 D교 내부상태 조사결과(손상면적 952M2)

36. 콘크리트 내부상태 분석결과
콘크리트 내부상태 분석결과
중부선 S교 노면촬영결과 (손상면적 96M2)
중부선 S교 내부상태 조사결과 (손상면적 864M2)

37. 외관조사결과 비교

38. 교면 및 내부상태 조사결과 비교
교면조사장비 : 손상면적 591m2 (손상율 9%)
1차로
2차로
갓길
차량탑재형 레이다 손상면적 1,085m2 (손상율 16%)
1차로 손상
2차로 양호
갓길
손상

39. 실제 코어 데이타와의 비교
중분대 포장내부 모습 갓길 포장내부 모습
1차로
양호 손상
2차로
갓길 손상

40. 차량탑재형 레이다 조사결과
인천 강릉
1차로
손상 양호
2차로
갓길
손상
인천 아스팔트 포장 손상 강릉
손상
1차로
2차로 양호
갓길
손상
포장 내부 콘크리트손상

41. 차량탑재형 레이더 조사결과(아스팔트 포장 손상)
인천 강릉
양호
손상
인천 2005년 강릉
양호
손상
2010년

42. 중앙선 D교(2년 공용)
- 2년 공용한 PSC S 교
- 교면포장 : 차륜부 전면에 망상균열, 포트홀 발생
- 포장하면 바닥판 상부 콘크리트 1cm이상 열화
교면포장 현황 차륜부 균열 및 내부열화(1cm)

43. 레이다 조사결과(포장두께)
- 아스콘 포장 : 설계두께 8cm
- 레이더 조사결과 : 평균두께 4.02cm, 표준편차 1.19cm
- 전체면적의 99.9%가 설계두께 이하로 시공
- 5cm 이하의 작은 포장두께가 넓게 분포함
100%
75%
-5.0 50%
25%
-10.0
0%
60 65 70 75 80 85 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
8cm이상 8cm- 5cm 5cm이하
아스팔트 포장두께 조사결과(3경간) 포장두께 분포도

44. 레이다 조사결과(피복두께)
- 상부피복두께 : 설계두께 6.0cm
- 레이더 조사결과 : 평균두께 6.46cm, 표준편차 2.72cm
- 평균은 설계치에 근사하나 표준편차가 상당히 크게 남
- 설계피복이하로 시공된 면적이 전체의 40%이상임
100%
75%
50%
-5.0
25%
-10.0 0%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
60 65 70 75 80 85 90 6cm이상 6cm- 4cm 4cm이하
상부피복두께 조사결과(3경간) 피복두께 분포도

45. 레이다 조사결과(유전율)
- 건전한 콘크리트의 유전율은 8-10
- 유전율이 12이상이면 우수유입에 의한 콘크리트 손상우려
- JJ교의 콘크리트 유전율은 평균 13.14, 표준편차 4.90
- 공극율이 큰 포장체로부터 우수유입, 콘크리트 열화
100%
-5.0 50%
-10.0
0%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 합계
60 65 70 75 80 85 90
12이상 12이하
콘크리트 유전율 조사결과(3경간) 유전율 분포도

46. 경부선 W교
PSCI Beam
5
PSCI Beam
0 5 10 15 20 25 30 35 40
a b
구분
조사값 코어 설계값 조사값 코어 설계값
포장 12- 14 13- 14 5 11 11- 12 5
상부철근
7 5 7 3
피복두께
콘크리트
14 -
상대유전율

47. 6 노출 바닥판의 상태평가

48. 콘크리트 노출 바닥판의 손상단계
손상과정 교량상태
상부철근 피복두께 부족 및 균열 발생
염화물 살포, 침투
상부철근의 부식, 철근팽창
바닥판 상면 박락, 박리 발생, 손상확대

49. 중부선 P교
• 1986년에 준공한 중부선 콘크리트 노출 바닥판 교량
• 1경간의 SBG와 4경간의 PSCI로 구성
• 교면에 균열, 박락, 철근노출 등이 발생, 일부 보수
← 하남방향
(1)
(2)
(6) (7) (5)
(3.4)
(14)
(8) CORE2
(17)
(15)
(9) (12) (25)
(10) (11) (13)
(24) (27)
(21)
(18) (19) (20) (26)
(22) (23)
(28)
CORE1
P2 통영방향→ P3
PSCI 3경간 하남방향(피복 2.5cm, 부식) 외관망도(PSCI 3경간)

50. P교 상태평가
전체면적 손상부 비율 하남방향 통영방향
구분
(M2) (M2) (%) 구분 표준 표준
평균 편차 평균 편차
1SBG 448 11.00 2.46
2PSCI 336 2.35 0.70 1SBG 10.04 1.73 9.34 1.49
하
3PSCI 336 65.89 19.61 2PSCI 5.72 1.24 6.28 1.34
남
방 4PSCI 336 16.83 5.01 3PSCI 5.69 3.48 6.66 1.21
향
5PSCI 336 8.85 2.63 4PSCI 6.68 1.75 6.52 1.28
합계 1792 104.92 5.85 5PSCI 7.58 1.95 6.35 1.32
1-SBG 2-PSCI 3-PSCI 4-PSCI 5-PSCI

51. 중부선 P교 : 수신파 특징
하남방향
통영 하남
PSCI SBG
통영방향
통영 하남
PSCI SBG

52. 중부선 P교 : 3경간 분석결과
하남방향
10
5
70 75 80 85 90 95 100
P2 통영방향 P3
-5
-10
70 75 80 85 90 95 100

53. 깊이별 염화물 측정결과
콘크리트 노출 바닥판 깊이별 염화물 분석 결과
8.0 박락(피복 5.5cm) 요천3교 C2
요천3교 C3
7.0 유촌교
금호대교
6.0 묘현교
삼가교
염분함유량(kg/ m )
3
5.0
성산교
정읍철육교
4.0
균열(피복 5.5cm) 정읍천교
광지원2교
3.0
손상 평동육교, T- C1
(피복 3.0cm) 부식임계염화물량(1.2) 평동육교, T- C3
2.0
건전 평동육교, H- C1
부식기준치
1.0 평동육교, H- C2
평동육교, H- C3
0.0 화원IC교
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
깊이(cm)

54. 염소이온 침투저항성능
9000
: 무시할만 함(100이하)
8000
: 매우 낮음(100-1000)
7000 : 낮음(1000-2000)
: 중간(2000-4000)
6000 : 높음(4000이상)
Coulombs
5000
4000
3000
2000
1000
0
A B C D E F G H I
요천3교 유촌교 금호대교 화원IC교 정읍천교 정읍철육교 묘현교 성산교 광지원2교
남원 군위 전주 광주 경안
88선 구마선 호남선 중부선

55. 교량별 부식임계연한 산정결과
표면염화물농도 겉보기 확산계수 바닥판의 5% 피복 부식연한
교량명
(k g/m 3) (cm 2/y r ) (M2) (년)
요천3교(0~ 3cm) 3.60 0. 283 6.01 71
요천3교(3cm이상) 1.80 3.452 6.01 28
유촌교 - - 6.65 *
금호대교 - - 5.00 *
화원I C교 - - 8.10 *
정읍천교 8. 30 0.347 4. 34 13
정읍철육교 - - - -
묘현교 4. 65 2. 100 5. 00 5
성산교 4.00 1.085 7.07 21
광지원2교 0.135 0.347 6.58 *
평동육교(건전부) 1.77 0. 145 4.61 421
평동육교(손상부) 8.50 0.165 4.61 30
주) * : 염화물 침투량이 매우 작아 부식연한을 계산하지 않음

56. 7 바닥판 하면 영상점검

57. 기존 조사방법

58. 전체시스템
Data Acquisition System Camera Module 2
GPS Receiver Ultra-Sonic
Disto
& Lighting
Camera Module 1
Data Analysis System
Super Structure (Deck)
Control Room Remote Control
Robot
Robot Carrier Boom
Data Process System
Inspection Result Data
Drawing

59. 전체시스템

60. 시스템 구성
GPS 위치인식 원격제어 로봇
이송 붐
Ubiquitous
Bridge
Inspection
U-BIROS RObot
System
이미지 획득 및 처리 프로그램 자주식 구동장치 및 영상감지 시스템

61. 시스템 초기위치
현장조사 이미지 조합 및 화상처리

62. 불규칙한 환경 대응방안
 장애물 회피 방법
 적외선 센서를 이용한 장애물 감지
 Pan/Tilt 가 가능한 CCD 카메라를 이용한 교량 하부 상황 모니터링
Pan/Tilt
장애물 회피를 위한 적외선 센서
CCD

63. 인력조사에 의한 외관망도
무인교량영상점검에 의한 조사결과

65. 8 강교도막진단시스템

66. 육안관찰에 의한 도막상태 평가 기준
도막열화도 평가
등급 상태
(상세 평가)
A ․도장 변색, 표면양호
필요 없음
B ․도장탈락 및 녹발생 면적 2% 미만
․도장탈락 및 녹발생 면적 2～10%
C
․누수 취약부에 국부적부식
․도장탈락 및 녹발생 면적 10～20%
D 평가 시행
․배수구, 신축이음 주변에 심한 부식 발생
․도장탈락 및 녹발생 면적 20%이상
E
․부식깊이가 단면의 20%이상 진행

67. 강교 도막 진단시스템 67

69. - 교량의 상부구조 하면(거더 및 바닥판)의 손상부위 영상조합에 의한 외관조사 및 열화부위 상태평가.
열화부위
교량 현황조사 열화부위 화상처리 열화부위 상태평가 경간별 손상집계 보수시기 예측
이미지획득
경간 구분 및 경간별 손상등급 부여
경간구분
손상등급
부여

72. 9 박스내부점검

74. 박스형식 교량은 PSC Box 교량 점검의
고속도로 중/장경간 문제점
교량의 대표적 형식
내부 밀폐공간
고속도로 유지관리 대상교량(2008년 기준)
작업 여건 열악
총 6,663개소 / 연장 780km
많은 시간과 인력이 요구
점검결과의 신뢰성 부족
780km 중 50%가 PSC Box 및 Steel Box
유지관리용 DB 구축 미흡
PSC Box : 280개소 132km
Steel Box : 1227개소 258km
Data 획득 시스템
Data 분석 시스템
Box 교량 무인점검시스템
DB 저장 및 활용
Box 교량 무인점검 로봇
영상획득 시스템 Data
화상 및 영상을 이용한 Box 내부 점검
결과처리 시스템

75. PC
영상 Data 및
현재 상태 Camera
초음파 거리 센 레이저 거리 센
서 서
<카메라의 영상획
카메라 제어 S/W
득>
CCD/IR 카메라 Width_
h
화상획득용 디 ② ③
상부
지털 카메라 슬래브
Camera 회
Height ① 전 ④
α
무선 안테나 °
원격제어기 하부
Tilting 장치 예 Width_
(UMPC) 슬래브
영상/데이터 메인 제어기 l
전송장치 모터 드라이
버 <Box교량 내부의 영상획득>
 카메라 제어  영상획득 방식
• USB2.0을 이용한 고속 통신(최대 480Mbps) • 로봇 양 측면에 모터구동이 가능한 Tilting장치와 카메라 장
• PC to Camera : 카메라 제어 명령 전송 착
• Camera to PC : 촬영영상 및 현재 카메라 상태 전송 • Box교량 내부의 측정영역 분할
• 1대 PC로 최대 25대의 카메라 제어 가능 • 사다리꼴 형태의 교량을 FOV 고려하여 적절히 분할
• PC상에서 렌즈의 Zoom In · Out 배율 조절 • Tilting 유닛이 분할된 영역을 회전하며 영상 획득
• PC상에서 조명, 노출, ISO등의 촬영조건 설정

76. P-BIROS 현장조사
외관조사망도 작성

77. 10 터널스캐너

78. 기존조사방법과의 비교
• 육안조사방법
■ 최종 결과물
■ 많은 인력과 시간 소요 ■ 수기에 의한 균열 표시
■ 고압선으로 조사자 위험노출 ■ 주관적 판단
■ 장기적 교통 흐름 방해 ■ 작업 기간 30일 ~ 200일이상
• 터널스캐너
■ 전용 SW를 이용한 신속한 균열처리 ■ 3차원 입체 구조를 이용한 데이터 베이스 유지관리
■ 작업시간 - 10km/1hr ■ 0.1mm 이상 검출 및 정확한 위치 및 길이산출 ■ 공사 완료 시점 초기상태, 보수/보강 전후 상태 검증가능
■ 육안조사 대비 약150배 ■ 이미지 데이터 오버랩에 의한 균열 진행성 여부 판단용이 ■ 터널의 생애주기비용(LCC)중에 따른 경제적 효과 기대

79. 터널스캐너 구성
영상촬영.팬틸트 16분할모티터링
레이져 화각교정
줌.레코딩 컨트롤
프레널 라이트 팬.틸트 컨트롤

80. 터널스캐너 구성

81. 균열 폭 자동 측정 결과

82. 균열 폭 자동 측정 결과
0.3 mm 이상 0.5 mm 미만
0.5 mm 이상 1.0 mm 미만
1.0 mm 이상
원화상 전개도 균열 추출 화상 전개도

83. 11 수중 구조물 점검

84. 기존 조사방법

85. 서울시 수중조사장비

86. 서울시 수중조사장비

87. 점검항목

88. 서울시 수중조사장비

89. 서울시 수중조사장비

90. 수중점검 표준매뉴얼

91. 12 기타활용사례