[국내논문]지오텍스타일 튜브공법을 적용한 새만금방수제의 거동분석 및 시험시공 사례 - 설계과정 및 시공성 검토 중심으로 - Behavior Analysis of the Saemangum Waterproof Embankment Applying Geotextile Tube Method and Example of Field Test - In Concentration of Reviewing the Construction and Design Process -원문보기
Recently, geotextile tube method can be widely applied to the river, costal and marine in the construction field, such as embankment, groin, breakwater, dyke structures and so on, in advanced countries of the world. And that has been constructed at the temporary road for incheon, ilsan-bridge constr...
Recently, geotextile tube method can be widely applied to the river, costal and marine in the construction field, such as embankment, groin, breakwater, dyke structures and so on, in advanced countries of the world. And that has been constructed at the temporary road for incheon, ilsan-bridge construction and coast erosion protection in republic of korea. Geotextile tube is a tube shaped geotextile product and hydraulic pumping filled with dredged soils. In this paper, the numerical analysis was performed to investigate the behavior of geotextile tube with various properties of material character, shape condition, construction pressure and so on. Also, the field test was conducted in order to identify the construction ability of Samangum waterproof embankment using geotextile tube. According to the applied of field test, geotextile tube was 65 m long and 4.0 m diameter. Also, the permeability coefficient and ultimate tensile strength of geotextile tube is $1.6{\times}10^{-1}$ cm/sec and 205.26 kN/m, respectively. As a result of filed test, when filled, geotextile tube does not attain the same as its unfilled theoretical diameter, but may reach approximately of 55 percent of the theoretical diameter. At the time, geotextile tubes were 12.56 m in circumference and filled to a height of about 2.2 m. This paper presents case study on field application and behavior analysis of the saemangum waterproof embankment donggin 1 division construction using geotextile tube.
Recently, geotextile tube method can be widely applied to the river, costal and marine in the construction field, such as embankment, groin, breakwater, dyke structures and so on, in advanced countries of the world. And that has been constructed at the temporary road for incheon, ilsan-bridge construction and coast erosion protection in republic of korea. Geotextile tube is a tube shaped geotextile product and hydraulic pumping filled with dredged soils. In this paper, the numerical analysis was performed to investigate the behavior of geotextile tube with various properties of material character, shape condition, construction pressure and so on. Also, the field test was conducted in order to identify the construction ability of Samangum waterproof embankment using geotextile tube. According to the applied of field test, geotextile tube was 65 m long and 4.0 m diameter. Also, the permeability coefficient and ultimate tensile strength of geotextile tube is $1.6{\times}10^{-1}$ cm/sec and 205.26 kN/m, respectively. As a result of filed test, when filled, geotextile tube does not attain the same as its unfilled theoretical diameter, but may reach approximately of 55 percent of the theoretical diameter. At the time, geotextile tubes were 12.56 m in circumference and filled to a height of about 2.2 m. This paper presents case study on field application and behavior analysis of the saemangum waterproof embankment donggin 1 division construction using geotextile tube.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에 적용될 지오텍스타일 튜브구조물에 대하여 GeoCoPS를 활용하여 지오텍스타일 튜브의 거동을 분석하고, 지오텍스타일 튜브공법에 대한 시공성을 검증하기 위하여 시험시공을 실시하여 현장적용성을 분석, 검토하고자 한다.
본 연구는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에 적용될 지오텍스타일 튜브구조물에 대하여 전용해석 프로그램인 GeoGoPS를 활용하여 거동특성을 분석하였으며, 지오텍스타일 튜브공법의 현장 적용성을 검증하기 위하여 시험시공을 실시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
35 kg/cm2)를 초과하지 않토록 압력조절용 밸브와 압력게이지를 설치하여 주입시 압력을 조절하도록 한다. 준설토사가 지오텍스타일 튜브 내부의 완전한 채움을 위해 1단 1열, 2열을 균일하게 주입되도록 잠수부를 통해 선형과 높이를 확인하며 적정압력으로 주입한다. 튜브에 주입량을 정확하게 하고 길이가 긴 튜브속에 준설물이 일정하게 채워지도록 하기 위하여 채우는 마지막 순간에는 주입압력을 점차적으로 감소시켜야 하고 주입이 완료된 주입구는 주입토사가 유출되지 않토록 말거나 접어서 견고하게 묶는다.
본 연구는 지오텍스타일 튜브의 채움작업시 발생되는 극한 인장강도와 튜브의 단면형상, 펌핑압력 등을 분석하기 위해 2차원 평면해석을 실시하였다. 미국의 ADAMA engineering.
지오텍스타일 튜브가 설치될 지역을 측량 후 튜브를 손상시킬 수 있는 모든 장애물을 제거하였으며, 이후 저면매트를 포설하면 이때 포설된 부위에 미리 준비한 샌드백 (10∼15 kg/ea)을 투하하여 조류에 의한 매트의 변위를 최대한 방지하고 포설 후 부력에 의해 뜨지 않게 눌러준다.
Table 8은 시공압에 따른 설계변수 분석으로 시공 가능한 최대 펌핑압을 주었을 때 나타나는 기하학적 형상 및 요구되는 극한 인장강도에 대하여 분석하였다. 지오텍스타일 튜브 시공시 일반적으로 적용하는 최대펌핑압 5 psi (0.35 kg/cm2) 전후까지 주었을 때 형상변화를 분석하였다. 시공압을 100 % 전후까지 주었을때 수위의 변화에 따라 모두 타원형이 아닌 원형의 형상을 보여주고 있으며, 수위에 관계없이 모두 같은 형상을 보여주고 있다.
대상 데이터
본 연구의 대상지역은 새만금방수제 동진1공구 건설공사인 전북 부안군 계화면, 하서면 일원 주변 공유수면내에 위치하고 있다. 방수제 시점부는 동진강 2호 방수제 No.
본 연구에 사용된 지오텍스타일 튜브 (GT400)는 네달란드의 N사에서 생산된 P.P (Polypropylene) 재질로 극한 인장강도가 경사 205.26 kN/m, 위사 203.16 kN/m 및 투수계수는 1.6×10－1 cm/sec의 제품을 사용하였으며, 지오텍스타일 튜브의 재료성질은 Table 3과 같다.
본 연구에 사용된 준설토사는 시공현장의 인근 새만금 담수호에서 준설한 대부분 가는모래 또는 실트질 모래이었으며, 통일분류법에 의해 SP∼SM으로 구성 있고 Sand 90.4 %, Silt 6.2 % 및 Clay 3.4 %로 분류된다.
본 연구대상 구간의 수심분포는 최대수심 5.7 m (EL.－7.3 m)에서 최저수심 3.9 m (EL.－5.5 m)이며, 평균수심 4.8 m (EL.－6.4 m)로서 해저면은 평탄한 지형경사를 나타내고 있다. 새만금 담수호의 시공 중 관리수위는 방수제의 시공조건, 수질, 생태, 비산먼지 방지대책과 환경관리 및 배후지 침수 등의 유지관리 부분을 고려하여 EL (－)1.
본 연구대상 지역의 지반조건은 퇴적토층 (점성토, 사질토, 자갈), 풍화토층 (실트, 실트질모래), 풍화암층, 기반암 순으로 구성되어 있다. 기초지반은 퇴적층이 깊게 분포하고 있으며, N값 10이상의 사질토가 우세하고 표층에는 N값 10 이하의 연약사질토층이 얇게 분포하고 있다.
지오텍스타일 튜브의 시험시공 위치는 동진강 2호 방수제 No. 273∼No.274 근처에서 실시하였으며, Fig. 2에 나타낸바와 같다.
첫째, 지오텍스타일 튜브의 둘레와 설계높이가 주어질 경우 지오텍스타일의 강도를 계산하는 방법 둘째, 지오텍스타일 튜브의 둘레와 강도가 주어질 경우 수리학적 펌핑압력을 계산하는 방법 셋째, 지오텍스타일 튜브의 둘레와 수리학적 펌핑압력이 주어질 경우 튜브의 형태와 지오텍스타일의 강도를 계산하는 방법이다. 본 해석에 사용된 지오텍스타일의 RFID는 시공시 손상에 의한 계수로서는 일반적으로 가장 많이 사용되는 값인 1.3을 사용하였고, RFCR는 크리프변형과내구성 계수로써 여러 가지 지오텍스타일과 안전치를 고려하여 각각 2.0과 1.5의 값을 사용하였다. 또한 RFBC는 생화학적 분해에 의한 계수로서 화학적 침식은 슬러리가 응고하기 까지 건설 시에만 필요하고 생물학적 침식은 거의 없는 것으로 판단되어 1.
본 연구대상 지역의 시험시공 현장은 새만금 담수호 공유수면에 위치하고 있는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에서 시험시공을 실시하였다. 본 시험시공에 사용한 지오텍스타일 튜브 (GT 400)는 길이가 65 m, 채움전 직경 4.
본 연구대상 지역의 시험시공 현장은 새만금 담수호 공유수면에 위치하고 있는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에서 시험시공을 실시하였다. 본 시험시공에 사용한 지오텍스타일 튜브 (GT 400)는 길이가 65 m, 채움전 직경 4.0 m, 채움높이는 2.2 m 정도이었다. 지오텍스타일 튜브의 시공개요도는 Fig.
지오텍스타일 튜브 내부의 채움토사는 펌프준설선에 의한 펌핑 진행동안 채움재료의 혼합비율은 1：4∼1：5 (물：토사) 정도로 슬러리 상태를 유지하였다. 지오텍스타일 튜브의 채움작업을 위한 준설장비는 최대준설토출량 300 m3/hr의 배송펌프를 장착한 펌프준설선 (2,000 HP)을 이용하였으며, 채움토사는 시공현장의 인근 담수호 해저에서 준설한 준설토사를 배사관을 통하여 지오텍스타일 튜브 내부에 직접 충진하였다. 준설파이프와 주입구의 직경은 25 cm이며, 주입압력은 5 psi (0.
데이터처리
and Leshchinsky, O.의 이론을 바탕으로 개발한 평면변형 해석이론에 의한 지오텍스타일 튜브 전용해석 프로그램인 GeoCoPS (Version3.0)을 활용하였다. 해석과정에서 지오텍스타일 튜브의 강도감소계수를 고려하여 해석하는 방법으로는 크게 3가지로 구분할 수 있다.
이론/모형
본 연구에서 사용된 지오텍스타일 튜브는 한국산업규격 (KS K-ISO)과 미공병단 (US army corps of engineers)에서 제안한 지오텍스타일 튜브 (GT400)의 관련 시방기준을 바탕으로 시험항목 및 최소한의 품질규격은 Table 5와 같다.
성능/효과
7 m로 나타났다. 또한 수위가 높아짐에 따라 최대높이 및 최종높이는 증가하고 최대폭은 감소하였다. GT400의 극한 인장강도가 200.
또한 수위가 높아짐에 따라 최대높이 및 최종높이는 증가하고 최대폭은 감소하였다. 펌핑압은 수위가 높아질수록 값이 높게 나타났으나, 한계 펌핑압 34.47 kPa (0.35 kg/m2) 이하로 모두 안전측으로 해석되었다. 수위가 높아짐에 따라 튜브의 높이는 높아지는 반면 접지폭은 감소되는 값을 나타내는데 이는 수위가 높아짐에 따라 구속압이 작용하여 측면의 처짐은 줄어드는 반면 아래로 작용하는 힘이 더 증가하기 때문으로 판단된다.
수위가 높아짐에 따라 튜브의 높이는 높아지는 반면 접지폭은 감소되는 값을 나타내는데 이는 수위가 높아짐에 따라 구속압이 작용하여 측면의 처짐은 줄어드는 반면 아래로 작용하는 힘이 더 증가하기 때문으로 판단된다. 따라서, 본 검토대상 튜브 구조물을 축조하기 위한 튜브의 극한 인장강도 200 kN/m에서 시공시 펌핑압은 11.7 kPa 이하에서 가능하고, 튜브의 인장강도 120 kN/m에서 펌핑압은 13.5 kPa 이하에서 시공이 가능한 것으로 도출되었다. GeoCoPS를 활용한 지오텍스타일 튜브 (GTD400)의 재료특성에 따른 시공 후 침하거동 해석결과는 Fig.
0 kN/m로 나타내어 극한 인장강도 200 kN/m의 43 % 정도임을 알 수 있다. 지오텍스타일 튜브의 전용 해석 프로그램인 GeoCoPS를 활용하여 소요 인장강도를 산정한 결과, 각각의 튜브 종류별 소요 인장강도가 GT400은 185 kN/m, GT350은 154 kN/m, GT300은 101 kN/m, GT250은 64 kN/m, GT200은 36 kN/m 작용하는 것으로 검토되었다. 현재 시방규정에서 명시된 지오텍스타일 튜브의 극한 인장강도 GT350∼400은 200 kN/m 및 GT200∼300은 120 kN/m 이상으로 규정되어 있어 허용 인장강도 값 이내로 모두 만족하였다.
2 m까지 낮아짐을 확인할 수 있었다. 또한 GT350의 경우 74.3 % 채움시 최대높이는 2.3 m 압밀 후의 높이는 2.0 m, GT300의 경우 73.6 % 채움시 최대높이는 1.9 m 압밀 후의 높이는 1.7 m, GT 250의 경우 71.2 % 채움시 최대높이는 1.6 m 압밀 후의 높이는 1.4 m, GT200의 경우 70.0 % 채움시 최대높이는 1.2 m 압밀 후의 높이는 1.1 m로 나타났다. 지오텍스타일 튜브의 시공 후 침하량은 10～40 cm의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 침하의 양상은 장기간 압밀에 의한 침하가 발생하는 것이 아니라 지오텍스타일 튜브를 채운 후 모래의 침강 및 간극수 배제에 따라 즉각적으로 발생되는 침하량으로 판단된다.
1 m로 나타났다. 지오텍스타일 튜브의 시공 후 침하량은 10～40 cm의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 침하의 양상은 장기간 압밀에 의한 침하가 발생하는 것이 아니라 지오텍스타일 튜브를 채운 후 모래의 침강 및 간극수 배제에 따라 즉각적으로 발생되는 침하량으로 판단된다. GeoCoPS를 활용한 지오텍스타일 튜브 (GT400)의 형상조건에 따른 시공 후 침하거동 해석결과는 Fig.
1개의 지오텍스타일 튜브를 설치하는데는 약 1∼2일 소요되었으며, 시공초기의 시행착오로 인한 사소한 문제점이 노출되어 적절한 조치를 통하여 보완한다면 포설 및 주입시간 단축이 가능하다고 판단된다.
지오텍스타일 튜브의 극한 인장강도 GT350∼GT400은 200 kN/m이었고, GT200∼GT300은 120 kN/m 이상으로 규정되어 있어 허용 인장강도 값 이내로 모두 만족하였다.
2. GeoCoPS를 활용하여 시공압을 분석결과, 34.10∼35.9 kpa(0.348∼0.366 kg/m2) 범위의 압력에서 튜브 구조물의 파손되어 펌핑압을 견디지 못함을 알 수 있었다.
1. GeoCoPS를 활용하여 소요 인장강도를 산정한 결과, 튜브 종류별 소요 인장강도가 GT400은 185 kN/m, GT350은 154 kN/m, GT300은 101 kN/m, GT250은 64 kN/m, GT200은 36 kN/m 작용하는 것으로 분석되었다. 지오텍스타일 튜브의 극한 인장강도 GT350∼GT400은 200 kN/m이었고, GT200∼GT300은 120 kN/m 이상으로 규정되어 있어 허용 인장강도 값 이내로 모두 만족하였다.
3. 현장 시험시공 결과, 지오텍스타일 튜브의 높이는 원형직경의 55 % 정도에서 단면이 형성되었다. 이때 지오텍스타일 튜브의 최종 유효높이는 2.
4. 현장 시험시공을 통한 채움작업은 지오텍스타일 튜브 (GT400) 내부단면의 73.2 % 분량의 재료가 충진완료 되었다. GeoCoPS에 의하여 해석한 결과와 시험시공 결과를 비교 검토한바 거의 잘 일치함을 알 수 있었다.
2 % 분량의 재료가 충진완료 되었다. GeoCoPS에 의하여 해석한 결과와 시험시공 결과를 비교 검토한바 거의 잘 일치함을 알 수 있었다. 이는 펌프준설선에 의한 수리학적 채움작업의 효율성과 시공성을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구의 대상지역은 새만금방수제 동진1공구 건설공사인 전북 부안군 계화면, 하서면 일원 주변 공유수면내에 위치하고 있다. 방수제 시점부는 동진강 2호 방수제 No.205＋00과 접하여 있으며 종점부는 새만금방수제 동진2공구 건설공사와 연결되며 방수제 진행방향의 우측은 농업용지로서 복합곡물단지와 원예, 화훼단지로 개발될 예정이다. 만경강과 동진강 하구의 새만금방수제 건설공사의 위치는 Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
새만금방수제 건설 방법인 지오텍 스타일 튜브공법은 어떠한 건설 방법인가?
지오텍스타일 튜브공법은 고강도 토목섬유인 지오텍스타일을 이용하여 튜브형태의 긴 포대로 만들어 내부에 준설토사를 기계적 방법이나 수리학적 방법으로 채워 넣어 하천 및 해안구조물, 제방 등 광범위하게 활용하고 있다. 선진외국에서는 1970년대부터 네달란드의 델프트 (Delft) 수공학 연구소에서 최초로 개념적 연구가 시작되어, 1980년대 초반 브라질에서 최초의 현장적용이 시도된 이래 네달란드와 독일, 미국을 비롯한 세계 각국에서 설계/시공되어 왔다.
새만금방수제란 어떤 구조물인가?
새만금방수제는 세계에서 가장 긴 방조제 (L＝33.9 km)를 막아 만들어진 내부지역의 담수호와 간척지인 농경지 경계를 구분 짓고 내부토지를 홍수피해로부터 보호하기 위해서 담수호 주변에 쌓는 제방구조물로써, 방수제 (L＝54.2 km, 9개공구)건설을 2010년 9월에 착공하여 2015년까지 완공할 계획이며, 기타 2개공구는 방수제 축조여부검토와 개발시기를 고려하여 단계적으로 추진할 예정이다.
새만금방수제의 건설 일정은 어떠한가?
새만금방수제는 세계에서 가장 긴 방조제 (L＝33.9 km)를 막아 만들어진 내부지역의 담수호와 간척지인 농경지 경계를 구분 짓고 내부토지를 홍수피해로부터 보호하기 위해서 담수호 주변에 쌓는 제방구조물로써, 방수제 (L＝54.2 km, 9개공구)건설을 2010년 9월에 착공하여 2015년까지 완공할 계획이며, 기타 2개공구는 방수제 축조여부검토와 개발시기를 고려하여 단계적으로 추진할 예정이다. 새만금방수제 동진1공구 건설공사는 당초 실시설계시 방수제 축조에 필요한 사석에 대해 인근지역 석산을 개발하여 공급할 계획이었으나, 사석채취에 따른 석산주위 환경 파괴로 인한 지역 주민들의 적극반대로 석산개발이 장기간 지연되고 있어 원활한 공정추진을 위하여 사석을 대체할 수 있는 지오텍스타일 튜브공법 (Geo-textile tube method) 적용을 채택하게 되었다.
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