[논문]무독성 호안 블록의 수리적 안정성

오준오; 전상미; 박재현

doi:10.17820/eri.2015.2.2.161

초록
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최근 생태하천 복원 사업용으로 개발된 호안 공법에 대한 수리학적 설계기준이 부적절하여 이 공법이 적용된 하천에서 홍수기에 큰 경제적 손실을 유발하고 있다. 본 연구에서는 생태복원용으로 개발된 무독성 호안 블록을 실규모 수로에 설치하여 최고 유량 $3.0m^3/s$, 최고 유속 3.0 m/s에서 수리적 안정성을 평가하였다. 설치된 무독성 호안 블록은 실험 조건에서 상하 ${\pm}3mm$ 정도로 미미하게 이동하였다. 그러므로 실험에 적용한 무독성 호안 블록은 고유속에서 대규모 이동, 블록 파괴, 침상 침하 등이 나타나지 않는 것으로 보아 충분한 안정성을 확보한 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The inappropriate hydraulic design criteria on the new revetment technique for the ecological river restoration project happens to lead to economic loss during the flood season. In this study, the hydraulic stability of the developed non-toxic revetment was evaluated at a maximum discharge of $...

The inappropriate hydraulic design criteria on the new revetment technique for the ecological river restoration project happens to lead to economic loss during the flood season. In this study, the hydraulic stability of the developed non-toxic revetment was evaluated at a maximum discharge of $3.0m^3/s$ and a maximum velocity of 3.0 m/s in a real scale experimental channel. The vertical movement of the non-toxic revetment block was in the range of ${\pm}3mm$ mm in the experimental conditions. The results show that the non-toxic revetment block was sufficiently hydraulically secured.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기 개발된 무·저독성 호안블록에 대하여 홍수시 발생하는 고유속에서의 수리적 안정성을 평가하기 위하여, 실규모 수로에서 실제 블록을 설치하고 설계 유량과 유속을 각각 2.5 m3/s와 1.5 m/s로 설정하여 이 블록의 침하 또는 침상의 정도를 측정하였다.
본 연구에서 수리적 안정성 검토 방법은 미국 ASTM D7277-08 (ASTM 2014)을 참조하여 목표 유량을 4시간 이상 지속하여 공급했을 경우에 블록의 안정성 여부를 평가 하였다. 설계 유량과 유속은 각각 2.
본 연구에서 호안 블록의 수리적 안정성 평가를 위하여 유량, 유속, 수심 및 블록의 침하·침상 여부의 총 4가지 항목을 측정하였다.

제안 방법

본 연구에서 사용한 무·저독성 호안블록은 일정크기의 골재와 폴리올과 이소시아네이트를 혼합한 폴리우레탄 용액을 교반하여 제작하는 투수성 블록의 제조 방법 (특허등록번호 1010847080000)을 기초로 하여 제작하였다.
블록의 안정성 평가를 위하여 실험 전·후의 블록의 침상·침하 여부를 측정하였다 (Appendix 1).
설치된 호안블록은 평균입경 (d50) 15 mm 골재를 사용하여 가로 1.0 m × 세로 1.0 m × 두께 0.15 m의 블록 2개, 가로 1.0 m × 세로 1.0 m × 두께 0.20 m의 블록 2개, 가로 1.0 m × 세로 1.0 m × 두께 0.25 m의 블록 2개를 제작하여 설치하였다.
수심은 호안 블록 설치 지점 좌·우안에 설치되어 있는 수위표를 목측하였다, 블록의 침상·침하 여부는 제작블록 구간 6.0 m에 대하여 실험 전후 사면 측정기 및 스타프를 이용하여 측정하였으며, 블록 내 측정지점은 Fig. 3과 같다.
본 연구에서 호안 블록의 수리적 안정성 평가를 위하여 유량, 유속, 수심 및 블록의 침하·침상 여부의 총 4가지 항목을 측정하였다. 유량 측정은 상류부 웨어를 통하여 1차 측정한 뒤 유속과 수심을 측정하여 연속방정식의 유량공식 (Q=AV)을 이용하여2차 검토하였다. 유속 측정을 위하여 총 2가지 유속계를 이용하였는데, flow tracker 유속계로 2회, 전자파 표면 유속계로 5회에 걸쳐 측정하고 평균값을 산정하였다.
유량 측정은 상류부 웨어를 통하여 1차 측정한 뒤 유속과 수심을 측정하여 연속방정식의 유량공식 (Q=AV)을 이용하여2차 검토하였다. 유속 측정을 위하여 총 2가지 유속계를 이용하였는데, flow tracker 유속계로 2회, 전자파 표면 유속계로 5회에 걸쳐 측정하고 평균값을 산정하였다. 수심은 호안 블록 설치 지점 좌·우안에 설치되어 있는 수위표를 목측하였다, 블록의 침상·침하 여부는 제작블록 구간 6.
(Table 2). 유속과 수심 측정 결과를 바탕으로 유량을 재산정하였다. Flow tracker의 평균 유속 (1점법)으로 유량 산정시 평균 유량은 3.

대상 데이터

본 연구는 기 개발된 무·저독성 호안블록 (Kim et al. 2013)의 수리적 안정성 검토를 위하여 한국건설기술 연구원 하천실험센터 급경사 수로인 A1 수로에서 실시하였다 (Table 1).
블록이 설치된 포트의 크기는 1.5 m × 10.0 m로 본 연구에서는 블록형 호안공은 6.0 m, 현장타설 호안공은 4.0 m로 설정하였다 (Fig. 2).
실험에 사용된 무·저독성 호안블록은 거푸집 제작, 양생, 거푸집 탈형의 과정을 거쳐 제작하였다 (Fig. 1).

성능/효과

4에서 볼 수 있듯이 실험 후각 블록의 상하 이동은 약 ±3 mm로서 미미하였다. 6개 실험 블록 중에서 1, 2, 3 실험 블록의 경우 블록내 측정 지점의 높이가 평균 1.41－2.58 mm 하강한 것으로 보아 블록 하부 기초 쇄석의 세굴로 블록 침하가 발생한 것으로 판단되었다. 한편 4, 5, 6 실험 블록의 경우 블록 내 측정 지점의 높이가 평균 0.
유속과 수심 측정 결과를 바탕으로 유량을 재산정하였다. Flow tracker의 평균 유속 (1점법)으로 유량 산정시 평균 유량은 3.09 m³/s이었고 전자파 표면 유속계의 표면 유속으로 유량 산정시 평균 유량은 2.84 m³/s로서, 상류부 웨어 측정값인 3.01 m3/s와 -5%－+3%의 오차율을 나타내었다.
본 연구에서 실시한 무·저독성 호안블록의 수리적 안정성 검토 실험의 결과에 따르면 최고 유량 3.0 m3/s, 최고 유속 3.0 m/s에서 수리적 안정성을 확보하는 것으로 평가되었다.
유속 측정은 실험 블록이 설치된 포트 후방에서 실시하였으며, 유속 측정 결과 flow tracker의 평균 유속은 3.09 m/s, 전자파 표면 유속계의 평균 유속은 2.99 m/s이었다. (Table 2).
이에 본 연구에서 평가한 무·저독성 호안 블록이 본 연구에서 실시한 흐름 (유속, 소류력 등)에 대한 안정성이 충분히 확보되는 것으로 판단된다.

후속연구

이에 본 연구에서 평가한 무·저독성 호안 블록이 본 연구에서 실시한 흐름 (유속, 소류력 등)에 대한 안정성이 충분히 확보되는 것으로 판단된다. 또한 향후 블록 연결부의 안정성에 대한 추가적인 연구와 실험이 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 개발된 생태복원공법의 실태는 어떠한가?	호안공법의 적용에 대한 객관적이고 구체적인 설계기준이 없어 설계자의 주관적인 판단이나 소류력 검토를 통해 공법을 결정하고 있으나, 수충부, 비수 충부 등의 환경 특성을 반영한 구체적인 설계기법의 개발이 미흡한 실정이다 (Hwang and Lee 2008). 또한 최근에 개발된 다양한 생태복원공법은 주로 중소업체에서 충분한 기술적인 검토를 거치지 않고 양산하고 있는 실정이어서, 각 공법에 대한 구조적, 수리적인 안정성 검토와 식생 활착성 등이 제대로 평가되고 있지 않은 실정이다 (Kim 2006).
	최근 하천관리는 기존의 효율 위주 정책에서부터 무엇으로 변화하고 있는가?	최근 들어 치수 기능만을 위한 공학적 효율 위주의 하천관리 정책에서 벗어나, 이수, 환경, 친수 기능 개선을 포함한 생태하천으로의 복원사업이 이루어지고 있다 (Kim et al. 2013).
	콘크리트 제품에 의한 호안공법이 하천 고유 특성을 잘 반영하지 못하는 단점을 극복하기 위해 어떠한 조치를 취했으며 그 한계는 무엇인가?	콘크리트 제품에 의한 호안공법은 획일화 된 형태로 인해 생태 및 친수 공간으로서의 하천 고유 특성을 잘 반영하지 못하고 있다. 이와 같은 문제점을 보완하기 위해 사석, 목재, 식생 등의 다양한 재료를 이용한 생태호안공법을 개발하여 시공하고 있으나, 수리적 안정성에 대해 정량적인 평가가 이루어지지 못 하고 있다 (Choi 2001).

참고문헌 (7)

ASTM. 2014. Standard Test Method for Performance Testing of Articulating Concrete Block Revetment Systems for Hydraulic Stability in Open Channel Flow. American Society for Testing and Materials International Designation, D7277-08, Pennsylvania, USA.
Choi, H.S. 2001. Hydraulic stability analyses of embankment block. Journal of Production Technology 10: 57-74. (in Korean)
Hwang, K.W. and Lee, M.H. 2008. Comparative analysis on hydraulic stability formulae of riprap. Journal of Korean Society of Hazard Mitigation 8: 449-459. (in Korean)
Kim, J.H. 2006. Hydraulic stability and vegetation rooting of revetment works. Journal of Korean Water Resources Association 18: 1102-1106. (in Korean)
Kim, S.W., Koo, Y.M., Kim, Y.D. and Park, J.H. 2013. An Experimental study on hydraulic Stability of nontoxic revetment block. Journal of the Korean Society of Civil Engineering 33: 987-995. (in Korean)

원문보기 상세보기
Lee, D.H. and Tae, D.H. 2011. Revetment blocks repair characteristics of the test method from Abroad. Journal of Korean Water Resources Association 44: 66-74. (in Korean)
Park, G.H. 2009. Experimental Formulae Development about Hydraulic Stability for Riprap. MS Thesis, Sangji University, Weonju, Korea. (in Korean)

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