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문제 정의
- 본 연구에서는 포항 원료합리화 사일로(silo) 사전공사 중 원료처리설비이고 대단면 철근콘크리트 특수구조물인 Crusher & Screen 구조물의 해체에 발파해체공법을 적용한 사례를 기술하고자 한다.
가설 설정
- 대단면 철근콘크리트 기둥은 철근 사이의 배근간격이 좁고, 일부 기둥은 복근으로 배근되어 있어 위한 완전 파쇄가 어려우며, 긴 천공장으로 인한 천공오차의 증가는 불완전파쇄 및 부분파쇄를 발생시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 또한 대단면 부재의 낙하로 인한 충격 진동의 발생은 주변 시설물에 큰 영향을 미칠 것이 것이다.
제안 방법
- 50T-골함석을 설치하였다. 2차 방호는 발파대상 구조물 주변으로 200 g/m2의 장섬유 부직포와 구갑망으로 하였으며, 인접한 전기실과의 사이에 높이 6 m의 외줄비계를 설치하고 구갑망으로 3차 방호를 하였다.
- 주요 보안물건으로는 전기실이 있으며, 발파 대상 구조물로부터 약 30 m 이격되어 있는 철근콘크리트 구조물이다. 따라서 발파해체시 전기실에 대한 진동 및 비산, 분진 등 환경위해요소를 최소화하기 위해 발파대상 구조물의 북동 방향으로 붕괴방향을 설정하였으며 상부붕락공법을 적용하였다.
- 천공은 3열의 격자형 천공을 하였으며, 천공 중 철근이 위치해 있을 경우에는 산소절단 등을 실시하여 천공오차를 최소화하였다. 또한 환경위해요소인 지반진동을 최소화하기 위해 동일한 발파기둥 내에서 발파시차와 발파구역별 평면시차 및 발파층별 입면시차를 조절하여, 구조물의 붕괴가 진행되면서 파쇄물을 연속적으로 쌓이게 함으로써 충격진동을 감소시켰다.
- 발파대상 구조물을 구성하고 있는 철근콘크리트 기둥이 대단면이고, 발파대상 구조물의 사하중이 작고 구조적 강성이 상대적으로 크기 때문에 자중에 의한 파쇄가 용이하지 않으므로 2차 파쇄를 용이하게 하기 위해 모든 층의 기둥에 대해 발파를 수행하였다.
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5.1 시험발파
발파대상 구조물의 구조적 안정성을 고려하여 1층 3개의 기둥에 대하여 시험발파를 실시하였다. Type 1에서 상부 2공의 비장약량은 0.
- 천공은 레그 드릴을 사용하여 ø38 mm로 천공하였으며, 천공위치에 철근이 위치해 있을 경우 천공오차를 최소화하기 위해 철근을 산소절단하고 천공하였다. 발파대상 기둥의 단면, 높이 및 배근 상태가 다르므로 각각의 Type을 설정하여 천공하였다. 다음 Table 3은 층별 천공 제원을 나타낸 것이다.
- 분진을 제어하기 위해 구조물 내부를 사전에 청소 및 살수를 하였으며, Fig. 9와 같이 발파대상 구조물 외부에 직사 관창을 장착한 살수건을 6~12 m 간격으로 설치하여 발파 5분전부터 살수를 하였다.
- 이러한 문제점을 해결하기 위해 복근으로 배근된 기둥의 경우 기둥 하단부의 부분파쇄 및 철근의 일부를 절단하는 사전취약화 작업을 수행하였다. 천공은 3열의 격자형 천공을 하였으며, 천공 중 철근이 위치해 있을 경우에는 산소절단 등을 실시하여 천공오차를 최소화하였다.
- 본 현장은 포항시 남구 포스코 내에 위치한 포항 원료합리화 사일로 사전공사(철거 및 해체) 현장으로서 원료처리설비인 Crusher & Screen 구조물의 해체에 발파해체공법을 적용하였다. 제한된 시간 내에 해체작업이 수행되어야 하며, 주변 시설물들이 인접되어 있어서 환경위해요소를 최소화하고 안전하고 효율적인 해체공사가 진행될 수 있도록 발파패턴 설계 및 환경공해 최소화를 위한 방안을 계획하였다.
- 주변 보안물건인 전기실을 중심으로 발파해체시에 발생되는 지반진동을 측정하였다. Instantel사의 MiniMate Plus 3대를 전기실 외부에 설치하였으며, BlastMate II/ 477 1대를 현장 내에 설치하였다.
- 천공은 레그 드릴을 사용하여 ø38 mm로 천공하였으며, 천공위치에 철근이 위치해 있을 경우 천공오차를 최소화하기 위해 철근을 산소절단하고 천공하였다.
- 기폭방법은 비전기식 뇌관을 이용하였으며, Cut-off를 방지하기 위해 결선시 연결용 뇌관(TLD)을 부직포로 감쌌다. 최초 기폭은 전기뇌관을 이용하여 기폭하였다.
대상 데이터
- 주변 보안물건인 전기실을 중심으로 발파해체시에 발생되는 지반진동을 측정하였다. Instantel사의 MiniMate Plus 3대를 전기실 외부에 설치하였으며, BlastMate II/ 477 1대를 현장 내에 설치하였다. 다음 Fig.
- 발파대상 구조물의 구조적 안정성을 고려하여 1층 3개의 기둥에 대하여 시험발파를 실시하였다. Type 1에서 상부 2공의 비장약량은 0.29 kg/m3, 하부 2공은 0.39 kg/m3으로 하였으며, 방호재는 350 g/m2의 장섬유 부직포와 #8-아연도금 능형철망, 일부 구간에 0.50T-아연도금강판인 골함석을 설치하였다. Type 2의 비장 약량은 Type 1과 동일하며 방호재로 350 g/m2의 장섬유 부직포, #8-아연도금 능형철망, 다목적 방호재인 물백을 설치하였다.
- 50T-아연도금강판인 골함석을 설치하였다. Type 2의 비장 약량은 Type 1과 동일하며 방호재로 350 g/m2의 장섬유 부직포, #8-아연도금 능형철망, 다목적 방호재인 물백을 설치하였다. Type 3의 경우 비장약량은 0.
- 1과 같이 대단면 철근콘크리트 기둥과 보, 슬라브, 벽체로 이루어진 철근콘크리트 라멘 구조물이다. 가로 28.5 m, 세로 32.5 m, 높이 22.5 m인 3층 구조물로서 각 층마다 부재의 규모 및 형태가 다르다. 기둥의 단면은 상부로 갈수록 점차 작아지며, 최대 기둥 단면은 1,700×1,700 mm이며, 최소 기둥 단면은 1,000×1,000 mm이다.
- 본 발파대상 구조물은 대단면 철근콘크리트 부재를 가지고 있는 Crusher & Screen 특수구조물로써 발파해체를 통해 안전하게 붕괴시켰다.
- 본 발파대상 구조물의 발파해체에 사용된 폭약은 MegaMITE I(다이너마이트) ø28 mm이며, 본당 중량은 125 g, 약장은 180 mm이다.
- 본 발파대상 구조물인 Crusher & Screen은 Fig. 1과 같이 대단면 철근콘크리트 기둥과 보, 슬라브, 벽체로 이루어진 철근콘크리트 라멘 구조물이다.
- 본 현장은 포항시 남구 포스코 내에 위치한 포항 원료합리화 사일로 사전공사(철거 및 해체) 현장으로서 원료처리설비인 Crusher & Screen 구조물의 해체에 발파해체공법을 적용하였다.
- 4와 같다. 주요 보안물건으로는 전기실이 있으며, 발파 대상 구조물로부터 약 30 m 이격되어 있는 철근콘크리트 구조물이다. 따라서 발파해체시 전기실에 대한 진동 및 비산, 분진 등 환경위해요소를 최소화하기 위해 발파대상 구조물의 북동 방향으로 붕괴방향을 설정하였으며 상부붕락공법을 적용하였다.
이론/모형
- 본 현장의 충격진동 예측은 중국 과학 아카데미의 모멘트 계산식(Wang, 2007)을 적용하였다.
성능/효과
- 이것은 첫째, 발파대상 구조물의 1층 기둥이 외부공과 내부공간의 시차에 의해 기둥이 한번에 붕괴되지 않으며, 구역별로 평면시차에 의한 서로 다른 시간에 지면에 접촉하게 됨으로써 충격진동이 완화된 것으로 사료된다. 둘째, 입면시차에 의해 2층과 3층의 파쇄물이 1층의 파쇄물 위에 쌓이면서 지면에 직접적인 충격을 가하지 못하였기 때문에 지반진동 측정값이 충격진동 예측값보다 작게 측정된 것으로 사료된다.
- 시험발파 후 콘크리트의 파쇄 및 비산 정도와 방호재의 상태를 육안으로 판단하여 분석한 결과, Type 1과 Type 2는 약장약으로 전체적인 파쇄가 미흡하였으나, Type 2의 하부는 천공오차로 인한 장약집중 현상 때문에 한쪽 방향으로 비산이 발생하였다. Type 3의 경우 전체적인 파쇄는 적합하였으나 Type 2의 하부와 동일하게 천공오차로 인한 장약집중 현상이 발생하였다.
- 측정된 지반진동의 최대속도는 0.33 cm/s이었으며, 1회성 진동이므로 보안물건인 전기실에 대해 물리적인 영향이 없을 것을 사료된다.
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