[논문]석션압을 이용한 원형강관 가물막이 현장설치 실험

김재현; 신진화; 이주형

doi:10.7843/kgs.2020.36.10.5

석션압을 이용한 원형강관 가물막이 현장설치 실험
Field Installation Test of the Circular Steel Cofferdam Using Suction Pressure 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.36 no.10, 2020년, pp.5 - 19

김재현 (강원대학교 문화.예술공과대학 건축토목환경공학부 토목공학전공) , 신진화 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 이주형 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
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해상(또는 수상) 구조물 시공수요가 증가됨에 따라 해양구조물 시공을 용이하게 하는 임시구조물 수요가 증가하고 있다. 가물막이(cofferdam)는 임시구조물로 해상 작업 시 외부로부터 물을 막아 육상과 동일한 작업환경을 제공한다. 하지만, 물 유입을 차단하기 위한 별도의 시공공정이 필요하기 때문에 공사지연과 건설비 증가의 주원인이 되고 있다. 최근 재래식 가물막이의 문제점을 해결하고 경제성을 높이기 위해 석션압(suction pressure)을 이용해 신속하고 경제적으로 시공이 가능한 대구경 원형강관 가물막이 공법이 제안되었다. 본 공법은 원형강관 가물막이 상부가 수면위로 노출된 상태에서 석션압을 이용해 해저면에 관입되고, 시공 후 내부의 물을 외부로 배출하여 강관자체를 가물막이로 활용한다. 본 연구에서는 원형강관 가물막이 공법을 검증하기 위해 직경 5m인 원형강관 가물막이를 제작하고 새만금 지역에서 실증실험을 실시하였다. 실험 중 원형 강관에 작용하는 석션압, 연결부 누수유무, 수직도(경사도), 구조체의 변형을 각각 계측하였으며 실험결과를 분석하였다. 본 연구를 통해 석션압을 이용한 원형강관 가물막이 공법을 검증하였으며, 석션 설치공법이 다양한 해양 구조물 시공에 활용 될 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

With increasing demand for offshore structures, the demand for temporary structures to help the offshore construction work has increased. A cofferdam is a temporary barrier to stop the inflow of water in the construction site and allows working in the dry condition when the construction is done within the water. However, it is a major cause of construction delays and increased costs because additional works are required to block the water inflow. Recently, in order to overcome the limitations of the conventional cofferdam methods and to increase economic efficiency, a large-diameter steel cofferdam method has been proposed which can be installed quickly in the seabed by using the suction pressure. In this circular steel cofferdam method, the top side of the cofferdam including the top-lid is always exposed above the sea level in order to use it as a water barrier, unlike the conventional suction bucket foundation. After installation, the top-lid of the cofferdam is removed and the water filled inside the cofferdam is discharged to make the interior dry condition. In this study, the circular steel cofferdam with a 5 m inner diameter was fabricated and the installation tests were conducted at the Saemaguem test site. During the experiment, variation of suction pressure, leakage between connections, structure deformation, and inclination of the steel cofferdam were measured and post-analyzed. This study verified the new circular steel cofferdam method and confirmed that the suction installation method can be successfully used for various purposes on offshore structures.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Conceptual diagram for large-diameter steel cofferdam method (modified after Vicent et al., 2017)
그림 Fig. 2. Ejector type suction pump system
표 Table 1. Geotechnical properties of the site estimated from the in-situ tests
그림 Fig. 3. CPT profiles
그림 Fig. 4. Schematic diagram of 5 m diameter steel cofferdam for field test
그림 Fig. 5. Manufactured 5m diameter steel cofferdam: (a) upper part; (b) lower part; (c) top lid; (d) guide key at the connection part
그림 Fig. 6. Preparation of the test pit for the installation of circular steel cofferdam
표 Table 2. Details of cofferdam dimensions
그림 Fig. 7. Field testing procedures for the circular steel cofferdam
그림 Fig. 8. Suction installation of circular steel cofferdam: (a) suction pressure with depth; (b) penetration rate with depth
그림 Fig. 9. Variation of excess pore pressure ratio with penetration depth (Case 2)
그림 Fig. 10. Behavior of the circular steel cofferdam during the installation: (a) strain (Case 1); (b) inclination (Case 1); (c) strain (Case 2); (d) inclination (Case 2) (positive values in x-axis indicate the extension of the strain gauge)
표 Table 3. Variation of tilting during installation of cofferdam
그림 Fig. 11. Visual inspection inside the circular steel cofferdam after suction installation

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가물막이 어떤 구조물인가?	해상교량, 해양항만 시설물, 부유식 구조물 등 해상(또는 수상) 구조물 수요가 증가됨에 따라 해상건설을 위한 대규모 가시설이 요구되고 있다. 가물막이(cofferdam)는 하천 바닥이나 해저면에 접근하여 토목구조물을 시공할 수 있도록 외부로부터 물을 차단하는 구조물이다. 가물막이는 임시구조물로 분류되지만 파괴 시 인명 및 장비 피해로 막대한 경제적 손실을 발생시키기 때문에 영구구조물에 준하는 안정성이 확보되어야 한다.
	종래에 널리 활용되는 가물막이 공법의 종류로는 어떤 것들이 있는가?	가물막이는 임시구조물로 분류되지만 파괴 시 인명 및 장비 피해로 막대한 경제적 손실을 발생시키기 때문에 영구구조물에 준하는 안정성이 확보되어야 한다. 종래에는 박스(box) 식, 케이슨(caisson) 식, 시트파일(sheet pile) 식, 셀(cell) 식 등이 널리 활용되고 있으나 이러한 공법은 설치 및 해체에 많은 비용과 시간이 필요하며 전체 공사비를 증가시키는 원인이 된다. 시트파일 공법의 경우, 해상공사에서 가장 보편적으로 사용되고 있으나 지반 관입에 의한 시트파일 손상과 개별 부재 연결 작업의 어려움으로 내적 및 외적 안정성 확보에 문제가 있다.
	원형강관 가물막이 공법의 장점은 무엇인가?	이러한 문제점을 해결하기 위해 경제적이고 안전한 원형강관 가물막이 공법이 제안되었다(KAIA, 2015). 원형강관 가물막이 공법은 1) 석션압을 이용하여 신속한 설치가 가능하고, 2) 여러 개의 원형강관 세그먼트(segment)로 분절될 수 있어 각 부재의 무게를 최소화 할 수 있고, 3) 원형의 단일 부재로 이루어져 구조적으로 안정적이며, 4) 가물막이 사용 후 석션압을 역으로 작용시켜 해체가 용이한 장점이 있다(Fig. 1).

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