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문제 정의
- 따라서 최근「삼척항 준설토 투기장 월파방지 실시설계용역(삼척시, 2009)」수행시 S-Profile Berm과 이중곡면 반파공(Flare Shaped Seawall)을 병행한 공법적용으로 마루높이 보강을 최소화할 수 있었고, 또한 경관성 유지 및 친수공간 확보, 경제성 제고 등이 가능하였다. 이에 상기용역을 수행하면서 실시한 단면 수리모형실험에서 얻어진 SProfile Berm 및 이중곡면 반파공의 곡률반경에 따른 월파량의 저감효과에 대해 소개하고자 한다.
제안 방법
- 66를 추가하였다. S-Profile Berm의 연장은 기존 울산 신항방파제 1단계(1공구)축조공사(삼성물산주식회사, 1999) 설계시 검토한 결과를 참고로 하여 Berm의 배치를 TTP 4열과 5열에 대하여 시행 하였다. 또한 금회 공사성격이 기존시설의 보강공사인 점을 고려하여 공사비 절감이 가능토록 40.
- 따라서 , 에서와 같이 파력의 저감 및 파랑의 처오름 높이를 최소화 할 수 있는 S Profile Berm 및 이중곡면 반파공을 병행하는 공법 (단면)을 적용하였다.
- S-Profile Berm의 연장은 기존 울산 신항방파제 1단계(1공구)축조공사(삼성물산주식회사, 1999) 설계시 검토한 결과를 참고로 하여 Berm의 배치를 TTP 4열과 5열에 대하여 시행 하였다. 또한 금회 공사성격이 기존시설의 보강공사인 점을 고려하여 공사비 절감이 가능토록 40.0TON 급 T.T.P 2열을 보강하는 단면형태를 추가 검토하였으며, 마루높이는 DL.(+)8.
- 모형의 축척은 실험파 제원, 수조의 크기, 수심 및 구조물의 마루높이 등을 종합적으로 고려하여 연직 및 수평 모두 1/47의 정상모형을 적용하였으며, 모형의 축척 현황은 에 나타내었다.
- 설계파 재산정시 수치모형실험의 정확도 제고를 위하여 기존 방파호안 전면부 900m범위를 10m간격으로 수심측량(L=104.0km)을 시행하였다. 심해설계파 제원은 한국해양연구원(2005)의 전해역 심해설계파 추정보고서Ⅱ를 적용하였다.
- 금회 단면 수리모형실험은 한라대학교 수공학 연구실에서 시행하였고, 조파기의 제원은 <표 5>와 같다. 수조의 바닥경사는 현 지형과 동일하게 1/10로 조성하여 시행하였다. 파랑은 최대파고 30cm, 주기 0.
- 첫째, 수리모형실험에 의한 월파량에 대한 결과를에 정리하였다.
대상 데이터
- 검토하기 위한 단면은 현재 삼척항 준설토 투기장 (방파)호안 단면형태를 포함하여 11개 단면을 대상으로 수리모형실험을 시행하였으며, 이중 곡면 반파공의 곡률반경은 기존 국내 시공시에 적용된 D/B=0.46의 형태를 포함하여 금회 수정형태인 D/B=0.66를 추가하였다. S-Profile Berm의 연장은 기존 울산 신항방파제 1단계(1공구)축조공사(삼성물산주식회사, 1999) 설계시 검토한 결과를 참고로 하여 Berm의 배치를 TTP 4열과 5열에 대하여 시행 하였다.
- 금회 단면 수리모형실험은 한라대학교 수공학 연구실에서 시행하였고, 조파기의 제원은 와 같다.
- 단면 수리모형실험시의 설계파 제원은 <표 7>과 같다. 주기(T1/3)는 설계파 주기인 13sec를 포함하여 10sec, 12sec, 15sec의 4종류를 적용하였으며, 파고는 각각의 주기에 대해 설계파고(H1/3)인 6.5m를 포함하여 5.64m, 4.70m, 3.30m의 4종류를 적용하였다. 조위는 고극조위인 DL.
이론/모형
- 심해설계파 제원은 한국해양연구원(2005)의 전해역 심해설계파 추정보고서Ⅱ를 적용하였다. 또한 적용한 프로그램은 설계파 산정 범용 수치모델인 SWAN-Model 을 이용하였다. 설계파 재산정 결과는 <표 2>와 같으며 재산정 설계파는 주파향 E, 파고(H1/3) 6.
- 0km)을 시행하였다. 심해설계파 제원은 한국해양연구원(2005)의 전해역 심해설계파 추정보고서Ⅱ를 적용하였다. 또한 적용한 프로그램은 설계파 산정 범용 수치모델인 SWAN-Model 을 이용하였다.
성능/효과
- 둘째, <표 10>에 제시된 바와 같이 S-Profile Berm의 연장 변화에 따른 월파량을 분석해 보면, 동일 마루높이인 DL.(+)8.0m, D/B=0.66 상태에서 Berm의 연장에 따른 월파량은, 제1안인 Berm 연장이 4열의 경우가 Berm이 없는 경우에 비해 월파량 Q1이 47%정도 감소되었고, Berm 연장이 5열인 경우가 4열의 경우에 비하여 월파량 Q1은 55% 정도, Q2는 63% 정도 감소되었다. 또한, 동일 마루높이에서 D/B=0.
- 4안의 월파량은 (Q1=1.47×10-3m3/m·s, Q2=1.92×10-3m3/m·s) 이중곡면 반파공(곡률반경 D/B=0.66)을 적용한 1-1안의 경우 Q1=1.19×10-3m3/m·s, Q2=1.96×10-3m3/m·s와 매우 유사한 월파량 규모를 보여 이중곡면 반파공만 적용하여도 1.0m의 마루높이 저감이 가능한 것으로 나타났다.
- 둘째, S-Profile Berm의 경우 Berm의 연장을 확장함에 따라 월파량 저감효과가 크게 나타났으나, 적정 마루높이 수준에서의 저감율은 급속히 감소되었다. 결과적으로 마루높이 저감효과 측면에서는 Berm의 연장보다 이중곡면 반파형태의 상치콘크리트 높이조정에 의한 효과가 상대적으로 더욱 우수하였다.
- 46인 2-1안의 월파량을 비교한 결과 1-1안이 Q1이 15%, Q2가 5% 정도의 월파량 저감 효과를 나타내었다. 그러나 S-Profile Berm이 있을 경우 평균 25%이상의 월파량 감소효과를 나타내어 S-Profile Berm공법과 병행한 이중곡면 반파공 적용시 곡률반경 증가에 의한 효과가 배가되는 것으로 나타났다.
- 둘째, S-Profile Berm의 경우 Berm의 연장을 확장함에 따라 월파량 저감효과가 크게 나타났으나, 적정 마루높이 수준에서의 저감율은 급속히 감소되었다. 결과적으로 마루높이 저감효과 측면에서는 Berm의 연장보다 이중곡면 반파형태의 상치콘크리트 높이조정에 의한 효과가 상대적으로 더욱 우수하였다.
- 46인 제2안의 경우 Berm의 연장이 4열일 경우 Berm이 없는 경우에 비해 제1안과 유사한 규모인 월파량 Q1은 48% 정도 감소하였고, Berm의 연장이 5열일 경우는 4열에 비해 월파량 Q1은 34%정도, Q2는 35%정도 감소하였다. 따라서 이러한 결과에 의하면 Berm이 있는 경우(4열기준)가 없는 경우에 비해 월파량이 47%~48%정도 감소되는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, Berm의 연장이 5열인 경우는 4열의 경우에 비해 월파량이 34%~55% 정도 감소될 정도로 감소효과가 큰 것으로 분석되었다.
- 또한 충분한 S-Profile Berm연장이 확보될 경우 이러한 효과가 더욱 커진다는 결론을 도출할 수 있다. 또한 S-Profile Berm과 이중곡면 반파공의 병행적용 공법은 해저경사가 비교적 급하고 쇄파대에 위치하여 파랑의 영향이 큰 수역에서의 외곽시설에 대한 마루높이 저감을 위해 매우 효과적인 공법으로 판단되며, 이중곡면 반파공의 적정 곡률반경에 따라 마루높이 저감효과를 더욱더 증대시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 66)가 작은 경우에 비해 월파저감효과가 상대적으로 우수하다. 또한 충분한 S-Profile Berm연장이 확보될 경우 이러한 효과가 더욱 커진다는 결론을 도출할 수 있다. 또한 S-Profile Berm과 이중곡면 반파공의 병행적용 공법은 해저경사가 비교적 급하고 쇄파대에 위치하여 파랑의 영향이 큰 수역에서의 외곽시설에 대한 마루높이 저감을 위해 매우 효과적인 공법으로 판단되며, 이중곡면 반파공의 적정 곡률반경에 따라 마루높이 저감효과를 더욱더 증대시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 46)에 비해 월파량 저감효과가 우수한 것으로 검토되었으며, 전면부 SProfile Berm에 의한 파력감쇄시 월파량 저감효과가 더 커지는 것으로 나타났다. 또한 파랑의 주기가 15sec의 경우, 13sec의 경우보다 월파량 저감 효율성 측면에서는 약간 저하되지만 뚜렷한 효과가 있는 것으로 확인되었다.
- 따라서 이러한 결과에 의하면 Berm이 있는 경우(4열기준)가 없는 경우에 비해 월파량이 47%~48%정도 감소되는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, Berm의 연장이 5열인 경우는 4열의 경우에 비해 월파량이 34%~55% 정도 감소될 정도로 감소효과가 큰 것으로 분석되었다.
- 따라서 <그림 2>, <표 3>에서와 같이 파력의 저감 및 파랑의 처오름 높이를 최소화 할 수 있는 S Profile Berm 및 이중곡면 반파공을 병행하는 공법 (단면)을 적용하였다. 또한, 금회 용역에서는 이중 곡면반파기능의 효율을 향상시키기 위하여 반파공의 곡률반경((D/B, D는 반파공 폭, B는 반파공 높이를 나타냄)을 기존의 일반적인 값인 0.46에서 0.66으로 상향조정하여 월파방지를 위한 기능의 효율성을 도모하였다.
- 66 상태에서 Berm의 연장에 따른 월파량은, 제1안인 Berm 연장이 4열의 경우가 Berm이 없는 경우에 비해 월파량 Q1이 47%정도 감소되었고, Berm 연장이 5열인 경우가 4열의 경우에 비하여 월파량 Q1은 55% 정도, Q2는 63% 정도 감소되었다. 또한, 동일 마루높이에서 D/B=0.46인 제2안의 경우 Berm의 연장이 4열일 경우 Berm이 없는 경우에 비해 제1안과 유사한 규모인 월파량 Q1은 48% 정도 감소하였고, Berm의 연장이 5열일 경우는 4열에 비해 월파량 Q1은 34%정도, Q2는 35%정도 감소하였다. 따라서 이러한 결과에 의하면 Berm이 있는 경우(4열기준)가 없는 경우에 비해 월파량이 47%~48%정도 감소되는 효과를 얻을 수 있었다.
- 상기 월파량은 현재단면에 대한 월파량의 4.1%에 불과하여 월파량 저감효과가 매우 우수하다는 것을 보여준다.
- 설계파 재산정 결과는 와 같으며 재산정 설계파는 주파향 E, 파고(H1/3) 6.5m, 주기(T1/3) 13.0sec로 산정되었고 이는 기존의 설계 파고(H1/3) 5.1m에 비해 1.4m정도 상향된 값이다.
- 셋째, 이중곡면 반파공의 곡률반경(D/B)을 변경 하여 검토한 1, 2안의 경우, 월파량 저감효과는 D/B=0.66인 1안이 D/B=0.46인 2안에 비해 13%~42% 정도 큰 것으로 나타났다. 특히 이중곡면 반파공의 곡률반경이 클수록 월파량 저감효과가 증대되었고, S-Profile의 Berm 연장이 길수록 그 효과는 크게 나타났다.
- 셋째, 이중곡면 반파공의 곡률반경이 큰 형태 (D/B=0.66)가 작은 경우(D/B=0.46)에 비해 월파량 저감효과가 우수한 것으로 검토되었으며, 전면부 SProfile Berm에 의한 파력감쇄시 월파량 저감효과가 더 커지는 것으로 나타났다. 또한 파랑의 주기가 15sec의 경우, 13sec의 경우보다 월파량 저감 효율성 측면에서는 약간 저하되지만 뚜렷한 효과가 있는 것으로 확인되었다.
- 여섯째, 이중곡면 반파공을 적용하지 않은 경우에 대해 월파량을 분석해보면 에 나타난 바와같이 이중곡면 반파공을 적용하지 않은 현재안 및 제4안의 경우 반파공만 적용한 1-1안, 2-1안, 3-1안에 비하여 월파량이 현저히 크게 나타났으며, 특히 제4안의 경우 마루높이가 DL.
- 이러한 결과를 종합해보면, 제체 전면부의 SProfile Berm 및 이중곡면 반파공을 병행하는 공법이 월파량 저감을 위하여 매우 효과적이며, 또한 같은 S-Profile의 Berm 연장일 경우에는 이중곡면 반파공의 곡률반경이 큰 형태(D/B=0.66)가 작은 경우에 비해 월파저감효과가 상대적으로 우수하다. 또한 충분한 S-Profile Berm연장이 확보될 경우 이러한 효과가 더욱 커진다는 결론을 도출할 수 있다.
- 첫째, S-Profile Berm 및 이중곡면반파 상치콘크리트의 형태를 병행한 공법은 기존의 T.T.P. 피복직립상치콘크리트 형태에 비해 마루높이를 1.0~1.5m 저감할 수 있었으며, 마루높이 산정식에 의한 마루높이 결과에 비해서는 최대 2.5m정도 저감할 수 있었다.
- 특히 우리나라 동해안의 경우 이상조위 현상이 빈번히 발생되는 삼척, 동해, 묵호항 등의 지역에서 기존 구조물의 마루높이로는 월파방지에 대한 효과에 문제가 있는 것으로 나타났다. 따라서 최근「삼척항 준설토 투기장 월파방지 실시설계용역(삼척시, 2009)」수행시 S-Profile Berm과 이중곡면 반파공(Flare Shaped Seawall)을 병행한 공법적용으로 마루높이 보강을 최소화할 수 있었고, 또한 경관성 유지 및 친수공간 확보, 경제성 제고 등이 가능하였다.
- 46인 2안에 비해 13%~42% 정도 큰 것으로 나타났다. 특히 이중곡면 반파공의 곡률반경이 클수록 월파량 저감효과가 증대되었고, S-Profile의 Berm 연장이 길수록 그 효과는 크게 나타났다. 특히, 상대적으로 파력이 충분히 감쇄된 상태에서는 이중곡면 반파공의 곡률반경(D/B)이큰 경우가 작은 경우에 비해 평균 25%이상의 월파량 저감효과가 발휘되는 것으로 분석되었다.
- 특히 이중곡면 반파공의 곡률반경이 클수록 월파량 저감효과가 증대되었고, S-Profile의 Berm 연장이 길수록 그 효과는 크게 나타났다. 특히, 상대적으로 파력이 충분히 감쇄된 상태에서는 이중곡면 반파공의 곡률반경(D/B)이큰 경우가 작은 경우에 비해 평균 25%이상의 월파량 저감효과가 발휘되는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 넷째, Kataoka et al.(1999)에 의하면 이중곡면 반파공의 적용시 직립형태의 상치콘크리트 마루높이의 2/3까지 하향조정이 가능하기 때문에 향후 조위상승 및 장주기 파랑에 의한 기존 외곽시설물의 월파방지 대책수립시 상기공법의 적용이 바람직 할 것으로 판단된다. 그렇지만 비교적 파랑이 큰 해역에서의 S-Profile Berm과 이중곡면 반파공의 병행에 의한 월파방지 효율성 제고를 위해서는 좀 더 다양한 단면 수리모형실험이 필요할 것으로 판단된다.
- (1999)에 의하면 이중곡면 반파공의 적용시 직립형태의 상치콘크리트 마루높이의 2/3까지 하향조정이 가능하기 때문에 향후 조위상승 및 장주기 파랑에 의한 기존 외곽시설물의 월파방지 대책수립시 상기공법의 적용이 바람직 할 것으로 판단된다. 그렇지만 비교적 파랑이 큰 해역에서의 S-Profile Berm과 이중곡면 반파공의 병행에 의한 월파방지 효율성 제고를 위해서는 좀 더 다양한 단면 수리모형실험이 필요할 것으로 판단된다.
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