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문제 정의
- 기존 세굴보호공에 비해 더 안정적이고 경제적인 세굴대책공법을 개발하기 위하여 지오백(geobag)과 골재를 채움재로 사용하는 새로운 개념의 세굴보호공법을 제안하였고 이에 대한 기초연구를 수행하였다 (곽기석 등, 2004). 골재를 채움재로 이용한 지오백 세굴보호공법의 기본 개념은 그림 1어서 보는 바와 같이 부직포로 제작한 지오백 속에 골재를 채워 세굴이 발생한 교각주위에 일정 범위만큼 포설하는 것이다.
- 모래질 하상은 하상재료 입자간 점착력이 거의 없고 입자의 세굴 저항력이 낮아서 세립토 하상이나 자갈질 하상에 비해서 상대적으로 세굴 가능성이 높고 홍수시 단기간에 최대 세굴심에 도달하기 때문에 세굴에대한 기초의 안정성이 낮다. 따라서 본 연구에서는 상대적으로 세굴 안정성이 낮은 화상교와 주수교에 대해서 세굴보호공법 시험시공을 위한 현장 상세조사를 실시하였으며 그 결과는 표 4와 같다.
- 본 연구에서는 국내 실정에 맞는 경제적이고 안정성이 높은 세굴보호공법의 개발 및 이에 대한 설계 . 시공 기준을 제시하기 위해 전년도에 제안되어 재료에 대한 기본 물성 실험과 해석적 연구를 통해 안정성이 입증된 지오백과 골재를 이용한 세굴보호공법을 실제 교량 현장에 시공하여 현장 적용성 평가를실시하였다.
제안 방법
- 대상 교각의 주위에 지오백을 포설할 경우 하상지반의 정리가 필요하므로 가물막이 작업과 터파기 작업이 선행되어야 하며, 동시에 골재 반입 및 지오백의 재봉이 병행되어야 한다. 골재 채움 후 봉합 및 인양, 거치 작업을 원활히 하고 홍수 시 골재 입자의 유동적인 움직임을 가능하게 하기 위해서 지오백의 체적은 약 0.7 皿3가 되게 재봉하였으며, 지오백 체적의 70~80% 정도인 0.新静내외의 골재를 채워 지오백을 재봉한 후 대상 교각 주위에 포설하였다. 지오백은 두 층으로 포설하였으며 하부층과 상부층의 지오백을 엇갈리게 배치하여 맞물림 (interlocking) 효과를 얻도록 하였다.
- 기존 세굴보호공법에 비해 더 안정적이고 경제적인 세굴대책공법의 개발을 위하여 지오백과 골재를 채움재로 사용한 새로운 개념의 세굴보호공법을 제안하였으며 국내 실정에 맞는 설계 . 시공 기준을 제시하기 위해 실제교량에 대한 현장 적용성 평가를 실시하였다.
- 보호공의 세굴에 대한 안정성을 확인하기 위해서 수심측정용 막대(pole)와 디지털 카메라를 사용하여 지오백 세굴보호공이 포설된 교각 주위의 세굴심을 측정하였다(그림 5, 그림 6). 세굴심 측정 결과 세굴 보호공이 설치된 부분은 수심의 변화가 거의 없어 보호공의 안정성 및 세굴 안정성을 확인할 수 있었으며, 세굴보호공이 설치되지 않은 부분 중 교대쪽 하상은 수심의 큰 변화 없이 세굴에 대해 안정적인 모습을 보였다.
- 새로운 개념의 세굴보호공법을 제안하였으며 국내 실정에 맞는 설계 . 시공 기준을 제시하기 위해 실제교량에 대한 현장 적용성 평가를 실시하였다. 지오백으로 사용되는 토목섬유는 교량의 세굴방지를 위해서 장섬유 폴리에스터(PET)부직포를 선정하였으며, 시험시공 대상 교량은 교량관리시스템과 현장 상세조사를 통해서 화상교로 선정하였다.
- 시공 기준을 제시하기 위해 전년도에 제안되어 재료에 대한 기본 물성 실험과 해석적 연구를 통해 안정성이 입증된 지오백과 골재를 이용한 세굴보호공법을 실제 교량 현장에 시공하여 현장 적용성 평가를실시하였다.
- 현장 시험시공을 화상교에 대해서 실시하였다. 주 하도 상에 위치한 두 기의 교각 중 한 곳에세굴보호공을 설치하여 그 적용성을 평가하였다. 세굴보호공의 포설 범위는 교각 및 푸팅의 크기를 고려하여 결정하였으며, 포설 범위에 대한 골재의 소요량은 표 6.
- 지오백 재봉 후 직육면체의 형태를 유지하여 맞물림 효과는 물론 미관상의 우수성을 높이도록 하였으며, 현장에서 기계봉합을 한번 더 함으로써 내부의 골재를 보호하고 지오백자체의 안정성도 확보하도록 하였다. 지오백 내에 소요량의 골재를 채우기 위해서 계량대를 설치하여 골재 채움을 하였으며 지오백의 인양 및 포설시에 골재의 파손을 막기 위하여 판위에 지오백을 올려놓고 백호우를 사용하여 인양하였다. 대상 위치에 골재를 채운 지오백을 인양한 후 엇갈림 배치를 하기 위해서 인력 작업으로써 지오백을 안정화 하였다(그림 4).
- 로 평행하게 재봉하였다. 지오백 재봉 후 직육면체의 형태를 유지하여 맞물림 효과는 물론 미관상의 우수성을 높이도록 하였으며, 현장에서 기계봉합을 한번 더 함으로써 내부의 골재를 보호하고 지오백자체의 안정성도 확보하도록 하였다. 지오백 내에 소요량의 골재를 채우기 위해서 계량대를 설치하여 골재 채움을 하였으며 지오백의 인양 및 포설시에 골재의 파손을 막기 위하여 판위에 지오백을 올려놓고 백호우를 사용하여 인양하였다.
- 지오백과 골재를 채움재로 사용한 세굴보호공법의 현장 적용성 평가를 위하여 강릉국도 관내의 국도 교량에 대해서 시험시공을 실시하였다. 강릉국도 관내 교량의 경우 산지에 위치한 경우가 많아서 상대적으로 높은 하상 경사로 인해 홍수시 유속이 급속히 증가하는 경향을 보이며 상류부로부터의 유송 잡물이 집적되어 월류 및 교량 전도의 가능성이 높다.
- 화상교의 설계 홍수사상을 고려하여 지오백의 크기 및 체적을 결정하였고 교각 및 기초폭을 고려하여 지오백 포설 넓이를 결정하였다. 지오백은 두 층으로 엇갈리게 포설하여 맞물림 효과를 얻도록 하였고 시공 후 지오백의 상부 높이가 기존 및 주위의 하상고보다 높지 않도록 부지정리 작업을 실시하여 하천 불안정성 및 부가적인 세굴 발생 요인을 제거하였다. 시험시공 후 홍수에 의한 지오백 세굴보호공의 안정성을 확인하기 위하여 세굴심 측정 및 지오백의 안정성 여부를 확인한 결과 지오백의 침식, 이동 및 유실 흔적은 없었으며 일정 깊이 이상의 확정적인 세굴심의 발생도 없었다.
- 新静내외의 골재를 채워 지오백을 재봉한 후 대상 교각 주위에 포설하였다. 지오백은 두 층으로 포설하였으며 하부층과 상부층의 지오백을 엇갈리게 배치하여 맞물림 (interlocking) 효과를 얻도록 하였다.
- 대상 위치에 골재를 채운 지오백을 인양한 후 엇갈림 배치를 하기 위해서 인력 작업으로써 지오백을 안정화 하였다(그림 4). 지오백이 지오텍스타일 소재로서 설치 형태에 따라 가변적 형상을 보이므로 백호우의 버켓을 이용하여 지오백의 상하좌우면을 다지는 작업을 실시하여 지오백의 형상을 유지하였다. 포설 넓이는 교각폭의 주위로 교각폭의 두 배 이상의 폭만큼 포설하도록 하며, 세굴보호공으로서 포설된 지오백의 상부 높이는 주위의 하상고보다 높지 않아야 하므로 부지정리를 통해 하상 지반고와 동일하게 다졌다.
- 하절기 태풍 및 집중호우 등 홍수에 의한 세굴보호공의 안정성을 확인하기 위하여 2005년 9월말 시험시공 교량인 화상교를 방문하여 세굴심 측정 및 지오백의 안정성 여부를 확인하였다. 시험시공 후 강원도 지역은 장마와 집중호우 및 태풍 '나비'의 영향을 받았으며, 일 최대 강수량 190岫를 기록한 바 있다(기상청, http://www.
- 14m3 가 됨을 알 수 있다. 화상교가 위치한 화상천의 100년 빈도 홍수에 대한 설계 유속은 약 2.5m/s 이지만 2002년 태풍 '루사' 때와 같은 극대 홍수에 대한 안정성을 확보하기 위하여 본 연구에서는 3.5m/s~4.0m/s 설계 유속에 대해서 지오백의 크기 및 골재량을 결정하였다.
- 화상교의 경우 평수 시 주 하도 상에 두 기의 교각이 위치하고 있으므로 평수 시는 물론이고 홍수 시 흐름에 의한 세굴 영향 평가를 두 교각에 대해서 동일한 기준으로 실시할 수 있으므로, 지오백 세굴보호 공법의 현장 시험시공을 화상교에 대해서 실시하였다. 주 하도 상에 위치한 두 기의 교각 중 한 곳에세굴보호공을 설치하여 그 적용성을 평가하였다.
- 지오백으로 사용되는 토목섬유는 교량의 세굴방지를 위해서 장섬유 폴리에스터(PET)부직포를 선정하였으며, 시험시공 대상 교량은 교량관리시스템과 현장 상세조사를 통해서 화상교로 선정하였다. 화상교의 설계 홍수사상을 고려하여 지오백의 크기 및 체적을 결정하였고 교각 및 기초폭을 고려하여 지오백 포설 넓이를 결정하였다. 지오백은 두 층으로 엇갈리게 포설하여 맞물림 효과를 얻도록 하였고 시공 후 지오백의 상부 높이가 기존 및 주위의 하상고보다 높지 않도록 부지정리 작업을 실시하여 하천 불안정성 및 부가적인 세굴 발생 요인을 제거하였다.
대상 데이터
- 반면에 지오텍스타일은 필터기능, 분리기능, 보강기능, 배수기능 등 다양한 우수성으로 인해 제방과 하상의 침식안정, 파괴된 제방의 복구, 제방 코아, 제방축조, 지하구조물, 쓰레기 매립장 등 그 적용분야를 넓혀가고 있다. 본 연구에서는 수중의 하상에 거치되어 세굴방지 효과뿐만 아니라 그 자체의 구조적 안정성 확보를 위해서 필터, 분리, 배수 기능이 우수한지 오텍 스타일을 지오백의 재료로써 선정 하였다.
- 따라서 교량 관리시스템(건설교통부, 2000) 내에 등록되어 관리되고 있는 강릉국도 관내 교량 중 강릉 . 양양 지역에 위치한 교량에 대해서 사전조사를 실시하여(표 3) 시험시공을 실시할 교량을 선정하였다.
- 시공 기준을 제시하기 위해 실제교량에 대한 현장 적용성 평가를 실시하였다. 지오백으로 사용되는 토목섬유는 교량의 세굴방지를 위해서 장섬유 폴리에스터(PET)부직포를 선정하였으며, 시험시공 대상 교량은 교량관리시스템과 현장 상세조사를 통해서 화상교로 선정하였다. 화상교의 설계 홍수사상을 고려하여 지오백의 크기 및 체적을 결정하였고 교각 및 기초폭을 고려하여 지오백 포설 넓이를 결정하였다.
이론/모형
- 세굴보호공법 시험시공을 위한 지오백의 크기 결정을 위해서 하천설계기준(2005)에서 추천하고 있는 사석 크기 결정식 Richardson 경험식(2001)을 적용하였다. 이 식은 미국연방도로국(FHWA)의 HEC-18 (Richardson and Davis, 2001)에서 제안하고 있는 공식이며, 교각 형상계수와 교각부 유속(m/s), 사석의 비중을 고려한 식이다.
성능/효과
- 지오백 내에 소요량의 골재를 채우기 위해서 계량대를 설치하여 골재 채움을 하였으며 지오백의 인양 및 포설시에 골재의 파손을 막기 위하여 판위에 지오백을 올려놓고 백호우를 사용하여 인양하였다. 대상 위치에 골재를 채운 지오백을 인양한 후 엇갈림 배치를 하기 위해서 인력 작업으로써 지오백을 안정화 하였다(그림 4). 지오백이 지오텍스타일 소재로서 설치 형태에 따라 가변적 형상을 보이므로 백호우의 버켓을 이용하여 지오백의 상하좌우면을 다지는 작업을 실시하여 지오백의 형상을 유지하였다.
- 시험시공 후 홍수에 의한 지오백 세굴보호공의 안정성을 확인하기 위하여 세굴심 측정 및 지오백의 안정성 여부를 확인한 결과 지오백의 침식, 이동 및 유실 흔적은 없었으며 일정 깊이 이상의 확정적인 세굴심의 발생도 없었다. 따라서 지오백 세굴보호공법의 보호공 자체의 구조적 안정성뿐만 아니라 하상 세립토의 유실을 방지하여 홍수시 세굴에 대한 안정성 역시 우수한 것으로 확인하였다.
- 세굴보호공이 포설된 교각 주위의 세굴심을 측정하였다(그림 5, 그림 6). 세굴심 측정 결과 세굴 보호공이 설치된 부분은 수심의 변화가 거의 없어 보호공의 안정성 및 세굴 안정성을 확인할 수 있었으며, 세굴보호공이 설치되지 않은 부분 중 교대쪽 하상은 수심의 큰 변화 없이 세굴에 대해 안정적인 모습을 보였다. 다만 세굴보호공이 설치되지 않은 부분 중 세굴보호공이 설치되지 않은 하행 방향 3번째 교각쪽 일부는 유심부에 위치하고 홍수시 유속이 큰 흐름의 영향으로 인해 다소간 침식이 발생된 것으로 보인다.
- 지오백은 두 층으로 엇갈리게 포설하여 맞물림 효과를 얻도록 하였고 시공 후 지오백의 상부 높이가 기존 및 주위의 하상고보다 높지 않도록 부지정리 작업을 실시하여 하천 불안정성 및 부가적인 세굴 발생 요인을 제거하였다. 시험시공 후 홍수에 의한 지오백 세굴보호공의 안정성을 확인하기 위하여 세굴심 측정 및 지오백의 안정성 여부를 확인한 결과 지오백의 침식, 이동 및 유실 흔적은 없었으며 일정 깊이 이상의 확정적인 세굴심의 발생도 없었다. 따라서 지오백 세굴보호공법의 보호공 자체의 구조적 안정성뿐만 아니라 하상 세립토의 유실을 방지하여 홍수시 세굴에 대한 안정성 역시 우수한 것으로 확인하였다.
- 이상의 세굴보호공 현장 모니터링 결과, 지오백 세굴보호공법은 보호공 자체의 구조적 안정성이 확보되었을 뿐만 아니라, 홍수시 세굴에 대한 안정성 역시 우수한 것으로 확인되었다.
후속연구
- 이를 통해 제안된 세굴보호공법의 장 . 단점을 정확히 파악하고 수정, 보완 작업을 거쳐 국내 현장 특성에 적합한 세굴보호공법으로 발전시키고 이에 대한 설계 및 시공 기준이 제시되어야 할 것이다.
- 다만 세굴보호공이 설치되지 않은 부분 중 세굴보호공이 설치되지 않은 하행 방향 3번째 교각쪽 일부는 유심부에 위치하고 홍수시 유속이 큰 흐름의 영향으로 인해 다소간 침식이 발생된 것으로 보인다. 따라서 이 부분은 장기간의 주기적인 모니터링을 통해 세굴 안정성에 대한 면밀한 분석 및 검토가 이루어져야 할 것이다.
- 포설 넓이는 교각폭의 주위로 교각폭의 두 배 이상의 폭만큼 포설하도록 하며, 세굴보호공으로서 포설된 지오백의 상부 높이는 주위의 하상고보다 높지 않아야 하므로 부지정리를 통해 하상 지반고와 동일하게 다졌다. 시험 시공 후 하천의 흐름 양상에 대한 변화와 지오 백의 안정성 및 타 교각의 세굴 발생 여부에 대한 주기적인 관측과 모니터링이 필요하다.
- 향후 다양한 조건의 교량 현장에 적용되어 장기간에 걸친 홍수 전후의 세굴 안정성과 인접 교각의 세굴 발생 양상에 대한 주기적인 비교, 검토를 통해 최적의 효과를 발휘할 수 있는 공법이 되도록 추가연구가 수행되어야 할 것이다. 이를 통해 제안된 세굴보호공법의 장 .
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