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문제 정의
- 본 과업에서는 지반 특성 분석에 필요한 현장 및 실내시험 외에 설계 신뢰도 상향을 위하여 제주도 모래침하특성실험을 수행하였다. 지층분포 특성, 구성광물 분석에 의한 모래의 성분 및 표면특징, 압축시험을 통한 모래의 침하 특성, 1단계 서방파제 구간의 계측데이타 분석을 통한 침하 경향을 파악하는 종합적인 분석을 실시하였다.
제안 방법
- 비교, 검토하였다. SEEP/W에 의해 검토된 잔류수위는 국제유람선부두지역에서 D.L(+) 1.365m, 일반화물부두지역에서 D.L(+) 1.308m로 나타났으나, 외해측 조위차의 1/2에 해당되는 항만설계기준값(D.L(+) 1.475m)o| 안전 측이므로 이를 잔류수위로 적용하였다.
- 과업 지역에서 지진 발생 시 구조물의 피해를 최소화할 수 있도록 내진설계 기준 및 목표를 설정하고지진응답해석을 수행하여 지진에 대한 지반거동을분석하였다. 액상화평가(입도 분포, 상세예측, 파랑), 2차원(FLAC) 및 3차원(PENTAGON) 수치해석과같은 동적해석을 수행하고, 진동대시험을 통하여 구조물의 거동특성을 보완, 검증하였다.
- 인근지역의 기초공법 적용 사례 검토, 서방파제 계측자료분석을 통하여 기초사석침하방지 대책으로 선행재하공법을선정하였다. 구조물 기초의 활동 및 지지력검토, 시공단계별 안정성 검토, 침하 해석과 같은 정적해석과 지진 응답해석 , 액상화 평가, 진동대시험과 같은 동적해석을 병행하여 계획된 구조물기초의 안정성을 평가하고, 안정성, 시공성, 경제성에 기초한구조물 기초계획을 수립하였다
- 구조물기초의 안정성은 상부 구조물의 하중 및 지층조건이 가장 취약한 구역에 대하여 수행하였으며, 구간별로 지지력, 원호 활동 및 잔류수위에 대해 중점적으로 검토한 결과 전 구간에서 기준안전율을 만족하였다 지지력은 Bishop에 의한 간편법과 하중분산법에 의해 검토하였으며, 원호활동은 STABL5M, SLOPE/W, TALREN97을 이용하여상호 비교, 검토하였다. SEEP/W에 의해 검토된 잔류수위는 국제유람선부두지역에서 D.
- 국제유람선부두 300m 구간은 현장여건을 고려하여 시공성 및 경제성에서 유리한 선행재하공법을적용함으로써 케이슨 거치 후 기초사석의 소성침하가 조기에 종료되도록 계획하였다. 과업지역의 모래지반은 서방파제 계측분석 결과와 같이 허용침하량을 10cm로 할 경우 침하량의 95%가 1년 이내에 발생하는 점에 착안하여 상치 콘크리트 타설시기를 케이슨 거치 1년 이후로 조정하여 잔류침하를 방지하였다.
- 기본물성시험을 통하여 획득한 원지반 사질토층의 물리적특성은 그림 4와 같다 실내시험㈤접전단시험, 삼축압축시험, 대형전단시험, 실내 S-PS실험)과 원치위시험 자료를 비교 분석하여 안전측의내부마찰각을 산정하였다. 내부마찰각은 심도 10m 이내에서는 31°, 10m 이상에서는 32°인 것으로 나타났다.
- 기초지반이 사질토로 구성된 유사 지역에 대해 N 치, 세립분 함유율, 내부마찰각 및 변형계수에 대해비교 분석하였다. 내부마찰각은 비교적 분산범위가적고, 평균 30。정도로 분석되었다.
- 적용하였다. 동방파제, 호안 구간, 국제유람선 부두 구간은 지층이 양호한 모래층으로이루어져 별도의 기초처리를 반영하지 않고 직접기초공법을 적용하였으며, 일반화물 부두 및 승하선용램프구간은 기초지반이 양호하나, 원지반이 계획수심보다 높아 준설 후 시공하는 것으로 계획하였다.
- 내부마찰각은 심도 10m 이내에서는 31°, 10m 이상에서는 32°인 것으로 나타났다. 동적특성은 현장시험(S-PS검층)과 실내시험 (공 진주시험, 진동삼축시험)으로 평가하였다.
- 본 과업에서는 시설물 평면배치계획에 따라 외곽시설, 접안시설 및 호안 구간으로 구분하고, 모래층의 두께 및 침하 특성, 상부 구조물 형식을 고려한 기초계획을 수립하였다
- 본과업에서는 제주 외항에 외곽시설, 접안시설, 호안시설 등 길이2,374m의 시설물이 계획되었고, 구조물기초 계획에 상부구조물의 형식뿐만 아니라제주 사질토의 지반 특성을 중점적으로 반영할 수 있도록 모래의 장기침하특성 분석, 지질학적 분석, 구성광물 분석 등 다양한 검토를 수행하였다. 인근지역의 기초공법 적용 사례 검토, 서방파제 계측자료분석을 통하여 기초사석침하방지 대책으로 선행재하공법을선정하였다.
- 액상화평가(입도 분포, 상세예측, 파랑), 2차원(FLAC) 및 3차원(PENTAGON) 수치해석과같은 동적해석을 수행하고, 진동대시험을 통하여 구조물의 거동특성을 보완, 검증하였다.
- 인근지역의 기초공법 적용 사례 검토, 서방파제 계측자료분석을 통하여 기초사석침하방지 대책으로 선행재하공법을선정하였다. 구조물 기초의 활동 및 지지력검토, 시공단계별 안정성 검토, 침하 해석과 같은 정적해석과 지진 응답해석 , 액상화 평가, 진동대시험과 같은 동적해석을 병행하여 계획된 구조물기초의 안정성을 평가하고, 안정성, 시공성, 경제성에 기초한구조물 기초계획을 수립하였다
- 제주 외항 서방파제, 제주항, 서귀포항 외항 등 인근지역 기존 모래 지반에서의 기초계획을 검토하고본 과업에서는 상부 구조물 특성 및 규모등에 따라직접기초공법을 적용하였다. 동방파제, 호안 구간, 국제유람선 부두 구간은 지층이 양호한 모래층으로이루어져 별도의 기초처리를 반영하지 않고 직접기초공법을 적용하였으며, 일반화물 부두 및 승하선용램프구간은 기초지반이 양호하나, 원지반이 계획수심보다 높아 준설 후 시공하는 것으로 계획하였다.
- 수행하였다. 지층분포 특성, 구성광물 분석에 의한 모래의 성분 및 표면특징, 압축시험을 통한 모래의 침하 특성, 1단계 서방파제 구간의 계측데이타 분석을 통한 침하 경향을 파악하는 종합적인 분석을 실시하였다.
성능/효과
- 모래의 장기침하실험은 항 내 모래의 침하특성을살펴보기 위하여 대형공시 체를 이용하여 상대밀도 7C%에 대해 최대 6.4kg/cnf 하중까지 재하하여 실험을 실시하였다 압축실험 중 하중재하에 따른 입자의 파쇄정도를 알아보기 위해 시험 후 사용된 시료에 대한 입도분석 결과 입자 유효 입경이 작아져 입자파쇄가 발생했음을 알 수 있었으며, 압축지수는 0.116으로 제주외항의 모래는 약간의 압축특성이있는 것으로 나타났다. 설계적용 시 즉시침하와 입자파쇄 및 재배열에 의한 침하가 약 45cm 정도 발생하는것으로 추정되었다.
- 본 과업 구간의 지층구성 상태는 상부로부터 해성퇴적층, 화산쇄설성 퇴적층, 현무암의 연암 및 경암순으로 분포되어 있으며, 일부에서는 해성퇴적층과암반사이에 붕적층이 존재하는 것으로 나타났다. 해성퇴적층은 실트질 모래(SM) 등으로 구성되어 있으며 전반적으로 느슨함 내지 중간 상태의 상대밀도를 나타내었다.
- 의한 것으로 추정된다. 본과업에 계측자료적용시 기초사석 구간은 2개월 이내에 즉시침하가발생하며, 기초사석과 모래 구간은 약 2년에 걸쳐 장기침하가 발생하나, 케이슨 거치 1년 이내에 95% 정도 침하가 완료되는 것으로 분석되었다.
- 116으로 제주외항의 모래는 약간의 압축특성이있는 것으로 나타났다. 설계적용 시 즉시침하와 입자파쇄 및 재배열에 의한 침하가 약 45cm 정도 발생하는것으로 추정되었다.
- 송이는 생성과정과 풍화 정도에 따라 입경이 미세 입자로부터 10cm 이상 되는 다양한 분포를 보이며, 제주외항의 시추결과에서도 이 점을 증명하듯 다양한 토성을 가진 화산 쇄설성 퇴적층이 존재하였다 XRF 시험기를 이용한 화학분석 결과 SiQ, A1A 昭Q가전체 성분의 70~77%로 대부분을 차지하고 있으며, 전단강도는 송이의 색깔에 따라 황색은 24° ~28°, 적색은28°~36°, 검정색은 33°~38°로 다양한분포를 보였다. 송이는 파쇄가 쉽게 일어나는 특징을 갖고 있는데 특히 황갈색 송이는 암회색의 송이에 비해 입자가 작고 파쇄가 훨씬 쉽게 일어나는 특징이 있는것으로 밝혀져 있다
- 제주 외항 1단계 서방파제 계측자료를 분석한 결과계측 시작 후 약 100일 이내에 전체 침하의 70-80% 정도가 발생되었다 이 부분의 침하량은 서방파제 기초지반(해성퇴적층, 화산쇄설성 퇴적층, 시석층)의탄성침하에 의한 것으로 판단되며, 100일 이후부터변곡점이 생기며, 약 350일까지 추가적으로 발생되는 침하는 지층을 구성하는 입자들의 파쇄와 입자의 재배열에 의한 것으로 추정된다. 본과업에 계측자료적용시 기초사석 구간은 2개월 이내에 즉시침하가발생하며, 기초사석과 모래 구간은 약 2년에 걸쳐 장기침하가 발생하나, 케이슨 거치 1년 이내에 95% 정도 침하가 완료되는 것으로 분석되었다.
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