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문제 정의
- 따라서 방조제의 최종 끝막이 단면은 해수의 유입을 차단하여 유속이 저감되기는 하나, 구성재료가 불규칙하고 간극이 크기 때문에 일반적인 지반내의 침투흐름보다 상당히 빠른 침투가 발생되므로 끝막이 후의 후속공정인 필터공, 성토공 등에 많은 영향을 미친다. 본 연구에서는 방조제 끝막이 후 축조된 사석단면과 후속공정을 통하여 축조되는 방조제단면에 대한 실내 침투모형 시험을 수행하여 침투거동을 예측 및 분석하였다. 침투모형시험 장치는 높이 1.
- 해안 및 항만구조물은 일반적으로 경계조건이 복잡하기 때문에 수리모형시험이 유효한 수단으로 활용된다. 본 연구에서는 수리모형시험 기법을 이용한 방조제 침투모형시험을 수행함으로써 끝막이 후 방조제에서 발생될 수 있는 제 현상에 대하여 분석하였다(김남영, 1999). 수리모형시험에서는 모형에서의 현상이 일정한 규정에 따라서, 실물에서의 현상을 나타내는 것이 요구된다.
- 상기 기술한 침투모형시험 결과에 의하면 근고공 선시공 및 근고공 필터매트를 시공할 경우, 1차 사석단면을 통과하는 침투유속을 저감시킬 수 있으며 쇄석필터공의 시공 시 충분한 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서는 근고공 필터매트의 효율적인 적용을 위하여 근고공 필터매트 설치심도에 따른 침투모형시험을 수행하였다. 근고공 필터매트의 설치위치는 그림 16에 보는 바와 같이 1차 사석단면에서 5.
제안 방법
- 본 연구에서는 방조제 끝막이 후 축조된 사석단면과 후속공정을 통하여 축조되는 방조제단면에 대한 실내 침투모형 시험을 수행하여 침투거동을 예측 및 분석하였다. 침투모형시험 장치는 높이 1.8m, 길이 5.0m, 수로 1.0×1.0×1.0m 크기이며 유속제어 및 조위재현을 위한 자동 유량 및 압력조절장치를 장착하였다. 다양한 조위변화를 재현하여 사석단면내의 유속변화, 침윤선 분포 등을 계측하여 침투거동을 분석하였다.
- 0m 크기이며 유속제어 및 조위재현을 위한 자동 유량 및 압력조절장치를 장착하였다. 다양한 조위변화를 재현하여 사석단면내의 유속변화, 침윤선 분포 등을 계측하여 침투거동을 분석하였다. 끝막이 1차 사석단면이 막히고 나면 내외수위차가 커지고 사석제의 공극이 크기 때문에 사석제를 통과하는 흐름은 난류(turbulent flow) 상태가 된다.
- 본 연구에서는 1차 사석끝막이 후, 후속 공정인 필터공, 성토물막이 공정의 원활한 수행과 안정한 방조제 단면축조를 위하여 끝막이 후 방조제단면에 대한 침투모형시험을 수행하였으며, 조위변화에 따른 동수경사변화, 침투유속(discharge velocity) 및 침윤선 분포 등을 측정하였다. 또한, 1차 사석단면 끝막이 후속공정으로 진행되는 근고공 필터매트, 근고공 시공에 따른 침투유속 저감효과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 1차 사석끝막이 후, 후속 공정인 필터공, 성토물막이 공정의 원활한 수행과 안정한 방조제 단면축조를 위하여 끝막이 후 방조제단면에 대한 침투모형시험을 수행하였으며, 조위변화에 따른 동수경사변화, 침투유속(discharge velocity) 및 침윤선 분포 등을 측정하였다. 또한, 1차 사석단면 끝막이 후속공정으로 진행되는 근고공 필터매트, 근고공 시공에 따른 침투유속 저감효과를 분석하였다. 그림 1은 본 연구의 침투모형시험을 수행한 방조제 단면을 도시한 것이다(농업기반공사, 1999).
- 방조제 침투모형시험 장치는 높이 : 1.8m, 길이 : 5.0m, 수로: 1.0×1.0×1.0m 크기이며, 유속제어 및 조위재현을 위한 자동 유량 및 압력조절장치를 장착하였다. 그림 2는 방조제 침투모형시험 장치의 측면을 나타낸 것이며, 그림 3은 자동유량 및 압력조절장치를 나타낸 것이다.
- 여기서, m과 p는 모형(model)과 실물(prototype)을 의미하는 첨자이며, F는 힘, W는 무게, γ는 단위중량, L은 축적을 의미한다. 방조제 구성 재료에 대한 상사는 1차 사석 단면 최소입경 150mm(돌망태 최소입경) 이상, 근고공 : 최대입경 150mm, All size을 적용하였으며, 방조제 끝막 이에 직접 투입될 재료를 선정하여 시험을 수행하였다. 그 림 4는 1차 사석단면의 침투모형시험 경계조건을 나타낸 것이며 그림 5는 근고공의 설치장면을 나타낸 것이다.
- 그 림 4는 1차 사석단면의 침투모형시험 경계조건을 나타낸 것이며 그림 5는 근고공의 설치장면을 나타낸 것이다. 본 연구의 침투모형시험단면 및 시험조건은 수위조건에 따른 단면 내 침윤선 분포 및 수압분포, 수위조건에 따른 유출(Discharge) 유속, 수심별 유속분포, 유속계측에 따른 투수 계수 산정, 근고공 매트 설치심도에 따른 유속 분포 등 4가지 항목에 대하여 분석하였다. 본 연구의 침투모형시험에 사용된 계측장치는 수위계(간극수압계) 10조, 유속계 2조이며, 전체 데이터 수집은 Data logger(TDS-602)를 통하여 수집 분석하였다.
- 침투유속 저감을 위한 근고공 필터매트의 재질선정을 위하여 현재 방조제에 사용되고 있는 토목섬유 시료에 대하여 투수특성시험을 수행하였다. 본 연구의 근고공 필터 매트 투수특성 분석에 사용된 시료는 크게 부직포와 복합포가 있으며, 부직포는 2tf/m, 3tf/m 인장강도의 시료와 3tf/m, 5tf/m, 10tf/m의 복합포 시료에 대하여 근고공 필터 매트 적용성 시험을 실시하였다.
- 침투유속 저감을 위한 근고공 필터매트의 재질선정을 위하여 현재 방조제에 사용되고 있는 토목섬유 시료에 대하여 투수특성시험을 수행하였다. 본 연구의 근고공 필터 매트 투수특성 분석에 사용된 시료는 크게 부직포와 복합포가 있으며, 부직포는 2tf/m, 3tf/m 인장강도의 시료와 3tf/m, 5tf/m, 10tf/m의 복합포 시료에 대하여 근고공 필터 매트 적용성 시험을 실시하였다. 근고공 필터매트의 투수 특성 분석방법은 원시료와 양방향조위 흐름 시험(상재하중 1.
- 본 연구의 근고공 필터 매트 투수특성 분석에 사용된 시료는 크게 부직포와 복합포가 있으며, 부직포는 2tf/m, 3tf/m 인장강도의 시료와 3tf/m, 5tf/m, 10tf/m의 복합포 시료에 대하여 근고공 필터 매트 적용성 시험을 실시하였다. 근고공 필터매트의 투수 특성 분석방법은 원시료와 양방향조위 흐름 시험(상재하중 1.0tf/m2 , 1.9tf/m2) 후 시료의 투수성을 비교분석하여 검토하였다. 그림 8은 양방향 조위흐름 시험장치를 나타낸 것이며, 그림 9는 토목섬유 투수시험 장치를 나타낸 것이다.
- 또한, 본 연구에서는 근고공 필터매트의 효율적인 적용을 위하여 근고공 필터매트 설치심도에 따른 침투모형시험을 수행하였다. 근고공 필터매트의 설치위치는 그림 16에 보는 바와 같이 1차 사석단면에서 5.0m의 회차로 및 사면조성 후 포설하는 것으로 구성하였으며, 설치심도의 검토는 EL -3.0m, -5.0m, -7.0m, -10.0m에 대하여 검토하였다. 그림 17은 근고공 필터매트 설치심도에 따른 1차 사석단면 침투유속변화(최대동수경사 발생시 EL +3.
- 본 연구에서는 방조제 끝막이 후 축조된 사석단면과 후속공정을 통하여 축조되는 방조제단면에 대한 실내 침투 모형시험을 수행하였으며, 조위변화 및 근고공 필터매트의 시공에 따른 동수경사변화, 침투유속(discharge velocity) 및 침윤선 분포 등을 분석하였다. 또한, 사석단면 끝막이후속공정으로 진행되는 근고공, 근고공 필터매트 시공에 따른 침투유속 저감효과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 방조제 끝막이 후 축조된 사석단면과 후속공정을 통하여 축조되는 방조제단면에 대한 실내 침투 모형시험을 수행하였으며, 조위변화 및 근고공 필터매트의 시공에 따른 동수경사변화, 침투유속(discharge velocity) 및 침윤선 분포 등을 분석하였다. 또한, 사석단면 끝막이후속공정으로 진행되는 근고공, 근고공 필터매트 시공에 따른 침투유속 저감효과를 분석하였다. 침투모형시험을 통한 방조제 단면에 대한 침투거동에 대한 연구결과 총괄 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
- 그림 2는 방조제 침투모형시험 장치의 측면을 나타낸 것이며, 그림 3은 자동유량 및 압력조절장치를 나타낸 것이다. 총 수압 펌프용량은 펌프량 : 1500ℓ/min, 최대압력 : 10kg/cm2인 펌프를 사용하였다.
- 침투모형시험에서 적용한 방조제 단면의 모형축척은 조위변동의 제원, 수로의 크기, 펌프 성능 등을 고려하여 정상모형의 1/15로 선정하였다. 압력과 무게는 다음 식 (3) 에서 보는 바와 같이 축척의 세제곱에 의하여 상사법칙이 적용되므로 축척의 비가 작더라도 상당한 압력과 무게가 작용한다.
- 본 연구의 침투모형시험단면 및 시험조건은 수위조건에 따른 단면 내 침윤선 분포 및 수압분포, 수위조건에 따른 유출(Discharge) 유속, 수심별 유속분포, 유속계측에 따른 투수 계수 산정, 근고공 매트 설치심도에 따른 유속 분포 등 4가지 항목에 대하여 분석하였다. 본 연구의 침투모형시험에 사용된 계측장치는 수위계(간극수압계) 10조, 유속계 2조이며, 전체 데이터 수집은 Data logger(TDS-602)를 통하여 수집 분석하였다. 그림 6과 그림 7은 침투모형시험에 사용된 간극수압계와 유속측정 장면을 나타낸 것이다.
성능/효과
- 그림 10～11은 해측 수위조건에 따른 1차 사석단면 침투유속분포를 도시한 것이다. 시험결과에서 보는 바와 같이 동수경사 최대(EL3.0m/EL -3.0)일 때, 1차 사석단면 유출유속 범위는 약 1.71～0.52m/sec로 분포되었다. 또한, 침투유속 및 동수경사 변화 분석에 따른 1차 사석단면 투수계수는 1.
- 757m/sec로 나타났다. 최대 유출유속은 최대 수위차(최대 동수경사)조건에서 1.7 m/sec로 발생되었으며, 본 구간에서는 불규칙한 와류발생 및 큰 유속변화가 측정되었다. 이러한 현상은 1차 사석단면이 국부적으로 간극율이 크거나 해측으로 부터의 직접적인 유로가 형성되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 7%까지 감소되는 것으로 볼 수 있다. 즉, 1차 사석단면 해측사면에 필터매트를 포설할 경우, 조위변동에 따른 해수침투에 대한 간섭을 통하여 유속저감 효과를 얻을 수 있는 것으로 도출되었다.
- 그림 14～15는 1차 사석단면과 근고공만 시공하였을 경우, 유출유속분포를 나타낸 것이다. 근고공 시공에 따라 53.2%～63.8%의 유출유속감소 효과가 나타나는 것으로 도출되었다. 따라서 근고공과 근고공 매트를 동시에 시공할 경우, 약 75%～85%의 유출유속 감소효과를 얻을 수있을 것으로 판단된다.
- 8%의 유출유속감소 효과가 나타나는 것으로 도출되었다. 따라서 근고공과 근고공 매트를 동시에 시공할 경우, 약 75%～85%의 유출유속 감소효과를 얻을 수있을 것으로 판단된다. 또한, 표면침투유속을 제외하고 수심이 깊어질수록 침투유속은 급격히 감소하여 EL -4.
- 따라서 근고공과 근고공 매트를 동시에 시공할 경우, 약 75%～85%의 유출유속 감소효과를 얻을 수있을 것으로 판단된다. 또한, 표면침투유속을 제외하고 수심이 깊어질수록 침투유속은 급격히 감소하여 EL -4.0m 이하에서 침투유속이 약 0.1m/sec 이하로 급격히 감소하는 것으로 나타났다.
- 상기 기술한 침투모형시험 결과에 의하면 근고공 선시공 및 근고공 필터매트를 시공할 경우, 1차 사석단면을 통과하는 침투유속을 저감시킬 수 있으며 쇄석필터공의 시공 시 충분한 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서는 근고공 필터매트의 효율적인 적용을 위하여 근고공 필터매트 설치심도에 따른 침투모형시험을 수행하였다.
- 이러한 결과는 부직포의 인장발생으로 유효입경이 증가하였기 때문인 것으로 판단된다. 복합포 시료는 양방향 조위흐름과 상재하중 재하에 따른 투수계수가 감소하는 것으로 나타났다. 외겹 직포의 강도보강으로 인장발생이 적으며, 세립분의 구멍막힘현상 발생하여 투수계수가 감소하는 것으로 사료된다.
- 1. 1차 사석단면을 통과한 유출유속은 와류발생지역 3지점을 제외한 구간의 최대유속은 약 0.757m/sec로 나타났다. 반면, 최대 유출유속은 최대 수위차(최대 동수경사)조건에서 1.
- 757m/sec로 나타났다. 반면, 최대 유출유속은 최대 수위차(최대 동수경사)조건에서 1.7m/sec로 발생되었으며, 일부구간에서는 불규칙한 와류발생 및 큰 유속변화가 측정되었다. 이러한 현상은 1차 사석단면이 국부적으로 간극률이 크거나 해측으로 부터의 직접적인 유로가 형성되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 방조제 끝막이 완료 후에도 불균질한 사석단면 형성으로 인하여 국부적인 유속증가 및 와류현상이 발생될 수 있으며, 이러한 현상이 장기적으로 지속되어 끝막이 단면의 안정성에 영향을 미치지 않도록 면밀한 모니터링과 즉각적인 대책이 요구된다. 반면, 근고공과 근고공 매트를 동시에 시공할 경우, 약 75%～85%의 유출유속 감소효과를 얻을 수 있는 것으로 실험결과 도출되었다.
- 3. 근고공 필터매트를 EL -5.0m까지는 침유유속이 크게 감소하나, EL -5.0m 이상에서는 포설심도가 증가하여도 침투유속의 저감효과가 크지 않은 것으로 도출되었다. 이러한 결과는 EL -5.
- 0m이하에서는 침투유속이 급격이 감소하여 근고공 필터매트의 포설효과가 크게 발생되지 않는 것으로 사료된다. 또한, 침투흐름 간섭을 통하여 침투유속 저감을 목적으로 하는 근고공 필터매트는 복합포 재질이 효과적일 것으로 판단되며, 강도는 끝막이 침투조건 및 근고공 내에 설치되어 하므로 인장강도가 큰 10tf/m가 적합할 것으로 판단된다.
- 4. 물막이 사석단면은 단기간 내에 규모가 큰 돌망태와 사 석재를 혼합하여 시공하는 관계로 설계 사면대로 유지 되지 않고 울퉁불퉁한 사면이 될 수밖에 없다. 따라서, 큰 공극을 메우고 사면의 평탄성을 유지하기 위하여 해측 근고공을 5m 정도 폭으로 시공한 후 사면매트를 포설할 경우, 침투량 및 침투유속을 효과적으로 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 물막이 사석단면은 단기간 내에 규모가 큰 돌망태와 사 석재를 혼합하여 시공하는 관계로 설계 사면대로 유지 되지 않고 울퉁불퉁한 사면이 될 수밖에 없다. 따라서, 큰 공극을 메우고 사면의 평탄성을 유지하기 위하여 해측 근고공을 5m 정도 폭으로 시공한 후 사면매트를 포설할 경우, 침투량 및 침투유속을 효과적으로 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 이러한 현상은 1차 사석단면이 국부적으로 간극율이 크거나 해측으로 부터의 직접적인 유로가 형성되었기 때문인 것으로 판단된다. 따라서, 방조제 1차 사석 끝막이 완료 후에도 불균질한 사석단면형성으로 인하여 국부적인 유속증가 및 와류현상이 발생될 수 있으며, 이러한 현상이 장기적으로 지속되어 끝막이단면의 안정성에 영향을 미치지 않도록 면밀한 모니터링과 즉각적인 대책이 요구된다.
- 2. 방조제 끝막이 완료 후에도 불균질한 사석단면 형성으로 인하여 국부적인 유속증가 및 와류현상이 발생될 수 있으며, 이러한 현상이 장기적으로 지속되어 끝막이 단면의 안정성에 영향을 미치지 않도록 면밀한 모니터링과 즉각적인 대책이 요구된다. 반면, 근고공과 근고공 매트를 동시에 시공할 경우, 약 75%～85%의 유출유속 감소효과를 얻을 수 있는 것으로 실험결과 도출되었다.
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