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문제 정의
- 즉, 파도에 의해 발생된 파압에 대하여 활동, 전도, 지지력에 대한 안정성을 검토하여야 한다. 본 연구에서는 해안선의 침식방지와 토사 퇴적을 유도하기 위하여 국내 최초로 지오텍스타일 튜브 공법이 적용된 영진만의 지오텍스타일 튜브에 대하여 시공 시 현장 계측을 실시하였으며, 이론적 방법을 통한 안정성 분석과 수리모형시험을 통한 안정성 검토를 실시하였다. 현장 시공계 측으로는 채움 토사의 특성 분석, 시공과정에서의 유효높이 변화, 지오텍스타일 튜브 채움에 따른 설치지반의 응력변화 등에 대하여 계측을 실시하였으며, 수리모형시험을 통하여 지오텍스타일 튜브의 안정성과 지오텍스타일에 발생되는 변형율에 대하여 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 해안선의 침식방지와 토사 퇴적을 유도하기 위하여 국내 최초로 지오텍스타일 튜브공 법이 적용된 영진만의 지오텍스타일 튜브에 대하여 시공 시 현장 계측을 실시하였다. 시공 시 현장계측 으로는 시공과정을 비롯하여 시공 시 지오텍스타일 튜브의 거동에 대하여 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 해안선의 침식방지와 토사 퇴적을 유도하기 위하여 국내 최초로 지오텍스타일 튜브 공법이 적용된 영진만의 지오텍스타일 튜브에 대하여 시공 시 현장 계측을 실시하였으며, 이론적 방법을 통한 안정성 분석과 수리모형시험을 통한 안정성 검토를 실시하였다. 현장 시공계 측으로는 채움 토사의 특성 분석, 시공과정에서의 유효높이 변화, 지오텍스타일 튜브 채움에 따른 설치지반의 응력변화 등에 대하여 계측을 실시하였으며, 수리모형시험을 통하여 지오텍스타일 튜브의 안정성과 지오텍스타일에 발생되는 변형율에 대하여 연구를 수행하였다.
- 본 연구대상 지역인 영진 만은 강원도 강릉시 연곡동 영진해수욕장 지역으로 만을 이루고 있어, 조수의 이동과 파도로 인하여 백사장이 해마다 침식되는 지역이다. 따라서, 해안선의 침식방지와 토사 퇴적을 유도하기 위하여 테트라포트(Tetrapod)와 지오텍스타일 튜브 공법이 복합적으로 설계 및 시공되었다. 그림 2.
- 0m이며, 테트라포트 2개소, 지오텍스타일 튜브는 길이 50m, 2열 4개소를 설치하여 총 240m의 해역을 담당하도록 설계되었다. 지오텍스타일 튜브의 채움 전 직경은 3.0m, 채움 후 유효높이는 1.8m이며, 지오텍스타일 튜브 바닥에는 규격 20mx60m의 침식방지용 매트를 설치하도록 하였다. 그림 2.
- 3은 설치 상세도를 나타낸 것이다. 지오텍스타일 튜브의 채움 작업은 최대용량 50psi의 배송 펌프를 장착한 준 설선을 이용하였으며, 크레인 작업 및 기타 효율적인 시공작업을 위하여 폭 15m, 길이 49m의 무동력식 바지선을 이용하여 채움 작업을 수행하였다.
- 해안구조물로 사용되는 지오텍스타일 튜브의 안정성 분석은 외력으로 작용하는 파도에 대한 수리동 역학적 파압이론과 지반 공학적 안정해석이론을 바탕으로 하여 안정성 분석을 실시한다. 본 연구에서는 이론적 방법에 의한 지오텍스타일 튜브의 안정성을 분석하였으며, 안정해석조건은 지오텍 타일 튜브의 채움 비율과 유의파고(Significant wave height)에 따른 안정성 분석을 실시하였다.
- 해안구조물로 사용되는 지오텍스타일 튜브의 안정성 분석은 외력으로 작용하는 파도에 대한 수리동 역학적 파압이론과 지반 공학적 안정해석이론을 바탕으로 하여 안정성 분석을 실시한다. 본 연구에서는 이론적 방법에 의한 지오텍스타일 튜브의 안정성을 분석하였으며, 안정해석조건은 지오텍 타일 튜브의 채움 비율과 유의파고(Significant wave height)에 따른 안정성 분석을 실시하였다.
- 3에 나타낸 바와 같다. 안정성 분석 시, 지오텍스타일 튜브의 기하학적 형태, 채움 토사 특성 및 하부기초지반 특성은 영진만 현장과 동일하게 하며, 내부 채움 비율 및 유의파고의 크기를 변화시키며 안전율 값을 비교 분석하였다. 각각의 분석 결과에서 보는 바와 같이, 지오텍스타일 튜브의 채움 비율과 유의파고가 커질수록 활동, 전도, 지지력에 대한 안전율이 감소하는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 해안선의 침식방지와 토사 퇴적을 유도하기 위하여 국내 최초로 지오텍스타일 튜브공 법이 적용된 영진만의 지오텍스타일 튜브에 대하여 시공 시 현장 계측을 실시하였다. 시공 시 현장계측 으로는 시공과정을 비롯하여 시공 시 지오텍스타일 튜브의 거동에 대하여 연구를 수행하였다. 그림 3.
- 조파수로는 조파기 후면과 수로 말단부에 경사식 소파 장치 시설을 갖추고 있으며, 조파기는 피스톤형으로 Servo Motor 구동 방식으로 작동된다. 본 시스템은 정현파와 불규 칙파를 발생시킬 수 있으며, 발생 파고의 결정 및 보정을 자동계측시스템을 통한 시산법을 이용하여 설 계유의파고를 발생시킬 수 있다. 표 4.
- 영진만 지오텍스타일 튜브의 수리모형시험의 상사는 기하학적 축척 1/50으로 축소하였으며, 중량에 대한 상사 는 기하학적 상사율의 세제곱에 의하여 모형상사를 실시하였다. 시험조건은 채움 비율 85%, 유의파고, 2.
- 영진만 지오텍스타일 튜브의 수리모형시험의 상사는 기하학적 축척 1/50으로 축소하였으며, 중량에 대한 상사 는 기하학적 상사율의 세제곱에 의하여 모형상사를 실시하였다. 시험조건은 채움 비율 85%, 유의파고, 2.0~5.0m까지 재현하여 안정성 분석 및 지오텍스타일에서 발생되는 변형율을 측정하였으며, 그림 4.2는 축소모형 지오텍스 타일 튜브에 파고겨）, 파압계, 스트레인 게이지를 설치한 모습을 나타낸 것이다. 그림 4.
- 0m의 파고 자료를 나타낸 것이다. 안정 성분 석은 유의파고 재현 후, 지오텍스타일 튜브의 변위량을 계측하였으며, 지오텍스타일의 변형 율은 지오텍스타일 튜브의 중심을 기준으로 파도의 작용 방향으로 90° 위치와 45° 위치에 설치하여 직각 방향과 수평 방향의 변형 율을 측정하였다.
- 영진만 지오텍스타일 튜브의 시공 시계 측과 이론 및 수리모형시험에 따른 안정성 분석 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상 지역인 영진 만은 강원도 강릉시 연곡동 영진해수욕장 지역으로 만을 이루고 있어, 조수의 이동과 파도로 인하여 백사장이 해마다 침식되는 지역이다. 따라서, 해안선의 침식방지와 토사 퇴적을 유도하기 위하여 테트라포트(Tetrapod)와 지오텍스타일 튜브 공법이 복합적으로 설계 및 시공되었다.
- 1은 영진 만에 설계된 테트라포트와 지오텍스타일 튜브의 평면도를 나타낸 것으로, 설치 위치는 해안선으로부터 약 100~150m 위치이다. 평균수심이 약 4.0m이며, 테트라포트 2개소, 지오텍스타일 튜브는 길이 50m, 2열 4개소를 설치하여 총 240m의 해역을 담당하도록 설계되었다. 지오텍스타일 튜브의 채움 전 직경은 3.
- 일반적으로, 지오텍스타일의 배수 및 필터 기능 만족하고 시공 후 유효높이의 변화가 거의 없는 조립질 모래가 지오텍스타일 튜브의 채움 토사로 가장 효율적이다. 영진만 지오텍스타일 튜브의 채움 토사는 시공 현장의 인근 해저에서 준설한 모래를 사용하였으며, 준설선과 배송 관을 활용하여 준설과 동시에 지오텍스타일 튜브 내부에 충진하였다. 영진만 지오텍스타일 튜브 채움 토사의 공학적 특성시험 결과는 표 2.
- 본 연구에서 사용한 수리모형시험 장비는 국립 군산대학교의 수리모형시험 장비로 폭 7m, 길이 30m, 깊이 1.5m의 수로를 이용하였다. 조파수로는 조파기 후면과 수로 말단부에 경사식 소파 장치 시설을 갖추고 있으며, 조파기는 피스톤형으로 Servo Motor 구동 방식으로 작동된다.
이론/모형
- 지오텍스타일 튜브에 작용하는 파압의 산정 방법은 해안의 소파 구조물에 작용하는 파압산정이론을 바탕으로 한다. 경험적으로 가장 많이 사용되는 수리학적 파압산정이론은 Hiroi식, Minikin식, Honma식, Goda식 등이 있으며, 특히 Hiroi식은 일본과 아시아지역에서 많이 적용되며 Minikin식은 미국과 유럽에서 주로 적용된다.
- 경험적으로 가장 많이 사용되는 수리학적 파압산정이론은 Hiroi식, Minikin식, Honma식, Goda식 등이 있으며, 특히 Hiroi식은 일본과 아시아지역에서 많이 적용되며 Minikin식은 미국과 유럽에서 주로 적용된다. 본 연구에서는 다음 식 (1) 과 같은 Hiroi식에 의하여 파압을 산정하였다
성능/효과
- 지오텍스타일 튜브의 채움 토사는 지오텍스타일의 배수 및 필터 특성(유효 입경), 시공 후의 유효높이의 확보, 배송 펌프의 종류를 고려하여 선정하여야 하며, 지오텍스타일 튜브 공법의 최대장점인 신속한 시공을 위하여 현장 준설 토사를 바로 준설하여 사용하는 것이 효율적이다. 일반적으로, 지오텍스타일의 배수 및 필터 기능 만족하고 시공 후 유효높이의 변화가 거의 없는 조립질 모래가 지오텍스타일 튜브의 채움 토사로 가장 효율적이다.
- 안정성 분석 시, 지오텍스타일 튜브의 기하학적 형태, 채움 토사 특성 및 하부기초지반 특성은 영진만 현장과 동일하게 하며, 내부 채움 비율 및 유의파고의 크기를 변화시키며 안전율 값을 비교 분석하였다. 각각의 분석 결과에서 보는 바와 같이, 지오텍스타일 튜브의 채움 비율과 유의파고가 커질수록 활동, 전도, 지지력에 대한 안전율이 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 지지력에 의한 안 전율은 유의파고와 채움 비율에 따라 선형적인 변화를 보이나, 활동 및 전도에 의한 안전율은 유의파고, 유효높이, 지오텍스 타일 튜브 등가폭 등의 복합적인 상관관계로 비선형 변화를 보인다.
- 각각의 분석 결과에서 보는 바와 같이, 지오텍스타일 튜브의 채움 비율과 유의파고가 커질수록 활동, 전도, 지지력에 대한 안전율이 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 지지력에 의한 안 전율은 유의파고와 채움 비율에 따라 선형적인 변화를 보이나, 활동 및 전도에 의한 안전율은 유의파고, 유효높이, 지오텍스 타일 튜브 등가폭 등의 복합적인 상관관계로 비선형 변화를 보인다. 영진만 지오텍스타일 튜브의 활동에 대한 안전성은 유의파고 3.
- 또한, 지지력에 의한 안 전율은 유의파고와 채움 비율에 따라 선형적인 변화를 보이나, 활동 및 전도에 의한 안전율은 유의파고, 유효높이, 지오텍스 타일 튜브 등가폭 등의 복합적인 상관관계로 비선형 변화를 보인다. 영진만 지오텍스타일 튜브의 활동에 대한 안전성은 유의파고 3.0m까지는 안정성을 확보하나 유의파고 3.0m 이상 에서는 채움 비율에 관계없이 불안정한 것으로 나타났다
- 7은 시공 시 계측 장면과 채움 작업 진행에 따른 지오텍스타일 튜브 하부의 응력변화를 나타낸 것이다. 지오텍스타일 튜브의 시공은 각각의 주입구에 대한 단계별 주입으로 진행하였으며, 그림 3.7의 계측 결과에서 보는 바와 같이, 채움 작업 진행 및 유효높이 증가에 따라 지오텍스타일 튜브 하부에 작용하는 응력이 증가하며, 각각의 주입구의 채움 작업 진행에 따라 주변으로 토사가 분산되어 채워지는 것을 알 수 있다.
- 0m의 재현 후 변위량을 측정하고 있는 모습을 나타낸 것이다. 안정성 시험 결과, 영진만의 지오텍스타일 튜브는 유의파고 4.0m까지 육안조사에 의한 변위량이 발생하지 않아 안정성을 유지하였으나, 유의파고 5.0m에서 8.0mm의 변위가 발생하였다. 유의파고 재현에 따른 지오텍스타일의 변형율 측정 결과는 그림 4.
- 7에 나타낸 바와 같다. 변형율 측정 결과에서 보는 바와 같이, 지오텍스 타일 튜브의 부위에 따른 변형율은 90° 위치의 변형 율이 45° 위치의 변형율 보다 작게 발생되었으며, 전 방 튜브에 비하여 후방튜브의 변형율이 크게 나타났다. 이러한 결과는 천단고의 영향과 월파에 의한 파에너지 중첩으로 인한 것으로 판단된다.
- 이러한 결과는 천단고의 영향과 월파에 의한 파에너지 중첩으로 인한 것으로 판단된다. 또한, 유의파고에 따른 변형율은 유의파고 증가에 따라 변형율도 증가하였으며, 직각 방향의 변형율 보다 수평 방향의 변형율이 크게 발생되었다.
- 1. 영진만 지오텍스타일 튜브의 이론적 안정해석 결과, 2열 배치로 인하여 전도 및 지지력에 대한 안정성은 확보하였으나, 활동에 대한 안전율은 유의파고 3.0m 이상일 경우, 안정성을 상실하는 것으로 나타났다.
- 2. 시공 시 계측 결과, 채움 작업 진행 및 유효높이 증가에 따라 지오텍스타일 튜브 하부에 작용하는 응력이 증가하며, 각각의 주입구의 채움 작업 진행에 따라 주변으로 토사가 분산되어 채워진다.
- 3. 안정성 시험 결과, 영진만의 지오텍스타일 튜브는 유의파고 4.0m까지 변위량이 발생하지 않아 안 정성을 유지하였으나, 유의파고 5.0m에서 8.0mm의 변위가 발생하였다.
- 4. 지오텍스타일 튜브의 부위에 따른 변형율은 90° 위치의 변형율이 45° 위치의 변형율 보다 작게 발생되었으며, 전방 튜브에 비하여 후방튜브의 변형율이 크게 나타났다. 또한, 유의파고 증가에, 따라 변형율도 증가하였으며, 직각 방향의 변형율 보다 수평 방향의 변형율이 크게 발생되었다.
- 지오텍스타일 튜브의 부위에 따른 변형율은 90° 위치의 변형율이 45° 위치의 변형율 보다 작게 발생되었으며, 전방 튜브에 비하여 후방튜브의 변형율이 크게 나타났다. 또한, 유의파고 증가에, 따라 변형율도 증가하였으며, 직각 방향의 변형율 보다 수평 방향의 변형율이 크게 발생되었다.
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