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문제 정의
- 새만금 신설 방수제(총 125km)는 총 축제량이 8,000만㎥ 이상의 막대한 양이 필요하여 사업지구의 준설토를 성토재료로 활용하여야 하는데, 대부분이 실트질 세사인 준설토는 사면안정, 침투, 침식 등에 불리한 특성을 가지고 있으므로 방수제를 이로부터 안정한 단면으로 만들어야 할 필요가 있다. 따라서, 본 연구는 새만금 지구의 현장조사를 통하여 토질특성을 분석하고, 방수제 표준단면 및 보강대책을 제시하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 새만금지구 신설 방수제를 축조하는데 있어, 준설해사를 사용한 방수제 단면을 최종적으로 4가지 형태로 제안하였다. TYPE-A 단면은 담수호 구간에 적용되며, 원지반의 경도가 높아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지될 수 있는 곳은 TYPE-A1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮은 곳은 사석제체 밖으로 압사석을 두는 TYPE-A2 단면을 제안하였다. 하천구간에는 제체사석을 두지 않는 Type-B 단면을 적용하며, 원지반의 경도가 높아 외측, 내측 사면경사가 1 : 3으로 유지될 수 있는 곳은 TYPE-B1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮은 곳은 내측 사면경사를 1 : 6으로 두는 TYPE-B2 단면을 제안하였다.
- 담수호구간에서 원지반의 경도가 높아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지될 수 있는 곳은 TYPE-A1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지되지 않는 곳은 TYPE-A2 단면을 제안하였다. 하천구간에서 원지반의 경도가 높아 외측, 내측 사면경사가 1 : 3으로 유지될 수 있는 곳은 TYPE-B1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮아 내측 사면경사를 1 : 6을 두는 TYPE-B2 단면을 제안하였다.
- 방수제 외측 홍수위와 내측 저류 수위의 내외 수위차가 5m 이상 되는 구간이 있을 경우, 침투수량이 허용치보다 커지는 문제점이 있다. 따라서, 침투수량을 저감시킬 수 있는 대책으로는, 단면의 폭을 늘려서 침투유로를 길게 하거나, 일방향 배수필터를 설치하여 외측에서 내측방향으로의 차수를 하는 방법, 시트파일을 설치하여 차수를 하는 방법들을 검토하였다. 침투해석을 통해 검토한 결과는 다음과 같다.
- 침투해석 결과와 사면안정해석 결과를 종합하여, 다음과 같은 4가지 형태의 표준단면을 제안하였다. 방수제의 담수호 구간은 수심이 깊고 담수호 내 파랑의 영향을 받는 곳으로 담수호측에 제체사석을 두는 TYPE-A를 제안하고, 만경강과 동진강의 하천구간은 수심이 낮거나 지반고가 하천의 평수위(관리 수위 일 때)보다 낮아 유속이나 파랑의 영향을 받지 않는 곳은 TYPE-B를 제안하였다.
- 본 방수제 비탈면의 안정검토에서 해측은 홍수위의 정상침투상태를 고려하고, 수위가 강하하는 수위급강하상태를 각각 고려하여 가장 불리한 측면에서의 비탈면 안정해석을 수행하여 단면 형상을 결정하였다. 침투해석 결과와 사면안정해석 결과를 종합하여, 다음과 같은 4가지 형태의 표준단면을 제안하였다.
- 본지구의 기 채취된 시료 대부분이 심도 10m이하의 점성토로서 실내실험 결과자료로부터 방수제단면 토질정수를 대표하기에는 자료가 다소 부족하여 현장 표준관입시험 결과를 이용 기초지반 사질토의 내부마찰각 값을 산정하였고 점성토는 실험결과치와 경험식을 이용하여 강도정수(C, Φ)값을 산정하였다.
- 새만금지구 신설 방수제를 축조하는데 있어, 준설해사를 사용한 방수제 단면을 최종적으로 4가지 형태로 제안하였다. TYPE-A 단면은 담수호 구간에 적용되며, 원지반의 경도가 높아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지될 수 있는 곳은 TYPE-A1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮은 곳은 사석제체 밖으로 압사석을 두는 TYPE-A2 단면을 제안하였다.
- 준설해사로 성토를 하였을 경우, 노상토의 지내력(CBR)이 낮아 포장층이 두꺼워져서 보조기층의 골재량이 증가하므로, 포장두께를 줄이면서 새만금지구의 부족한 쇄석을 대체할 수 있는 방법을 검토하였다.
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2.1 침투해석
침투수압 발생으로 인한 제방의 안정성이 확보되어야 하므로, 우선 침투해석을 수행하여 단면 형상을 결정하였다
. 홍수위를 외수위로 취하고, 정상침투시, 홍수시, 수위급강하시의 경우에 대하여 침투해석을 수행하였으며, 내수위 결정은 토지이용계획을 기준으로 용지별 침수분석을 통한 최저수위는 E. - 본 방수제 비탈면의 안정검토에서 해측은 홍수위의 정상침투상태를 고려하고, 수위가 강하하는 수위급강하상태를 각각 고려하여 가장 불리한 측면에서의 비탈면 안정해석을 수행하여 단면 형상을 결정하였다. 침투해석 결과와 사면안정해석 결과를 종합하여, 다음과 같은 4가지 형태의 표준단면을 제안하였다. 방수제의 담수호 구간은 수심이 깊고 담수호 내 파랑의 영향을 받는 곳으로 담수호측에 제체사석을 두는 TYPE-A를 제안하고, 만경강과 동진강의 하천구간은 수심이 낮거나 지반고가 하천의 평수위(관리 수위 일 때)보다 낮아 유속이나 파랑의 영향을 받지 않는 곳은 TYPE-B를 제안하였다.
- TYPE-A 단면은 담수호 구간에 적용되며, 원지반의 경도가 높아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지될 수 있는 곳은 TYPE-A1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮은 곳은 사석제체 밖으로 압사석을 두는 TYPE-A2 단면을 제안하였다. 하천구간에는 제체사석을 두지 않는 Type-B 단면을 적용하며, 원지반의 경도가 높아 외측, 내측 사면경사가 1 : 3으로 유지될 수 있는 곳은 TYPE-B1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮은 곳은 내측 사면경사를 1 : 6으로 두는 TYPE-B2 단면을 제안하였다.
- 담수호구간에서 원지반의 경도가 높아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지될 수 있는 곳은 TYPE-A1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮아 외측 사면경사가 1 : 3이 유지되지 않는 곳은 TYPE-A2 단면을 제안하였다. 하천구간에서 원지반의 경도가 높아 외측, 내측 사면경사가 1 : 3으로 유지될 수 있는 곳은 TYPE-B1 단면을, 수심이 깊거나 원지반 경도가 낮아 내측 사면경사를 1 : 6을 두는 TYPE-B2 단면을 제안하였다.
- 침투수압 발생으로 인한 제방의 안정성이 확보되어야 하므로, 우선 침투해석을 수행하여 단면 형상을 결정하였다. 홍수위를 외수위로 취하고, 정상침투시, 홍수시, 수위급강하시의 경우에 대하여 침투해석을 수행하였으며, 내수위 결정은 토지이용계획을 기준으로 용지별 침수분석을 통한 최저수위는 E.L(-)2.0m로 검토하였다.
대상 데이터
- 방수제 노선을 따라 총 104공의 시추조사(시추 및 표준관입시험)를 실시하였다. 본 지구의 방수제 노선별 지층 특성은 전반적으로 지층의 상부는 대부분 사질토층이 분포하고, 그 하부로 0～15m의 점성토층이 존재하는 형태이다.
이론/모형
- 압밀침하 대책으로는 크게 압밀촉진 대책과 침하순응 시공 및 시공후 유지관리 방안이 있는데, 압밀촉진 대책으로는 선행압밀 재하공법(Preloading공법)과 연직배수공법을 적용 가능하다. 본 연구에서는 연직배수공법 중 PBD(Plastic Borad Drain)공법을 적용하여 검토하였다.
성능/효과
- 검토 결과, 대부분의 구간이 무처리시 제체 성토후 45개월 이내 허용침하량 이내로 압밀이 종료되지만, 필요시에 연직드레인(PBD) 설치간격을 2.0m로 시공하였을 경우 압밀기간을 3개월 이내로 줄일 수 있는 것으로 검토되었다. 또한, 프리로딩 공법만으로도 압밀촉진이 충분할 것으로 판단된다.
- 방수제 노선의 각 구간별로 지층 및 토질 조건에 따라 제시된 4가지 단면 형태에 따라 수심과 지층이 평균적인 표준단면에 대해 검토를 수행한 결과를 표 3에 나타내었으며, 방수제 시공중 방치기간을 30개월로 가정한다면 대부분 압밀침하는 공기내 완료되는 것으로 검토되었다. 그러나, 공기(포장 이전)내 침하가 완료되지 않는 구간이 있을 경우, 선행압밀하중공법과 같은 별도의 안정대책이나 안정관리 대책이 필요하다.
- 원지반 상부 사질토층의 표준관입시험 결과치인 N치에 의해, N ≤ 4 이하 구간과 N > 4 이상 구간으로 나누어 검토 수행한 결과, TYPE-A의 경우, 원지반 상태에 상관없이 외측 사면경사가 1 : 3, 내측사면경사가 1 : 6일 때 침투에 안정한 것으로 나타났다.
후속연구
- 액상화 검토 결과, 설계지진규모 6.5의 지진하중 적용시 만경방수제1 상부층(N값=1)을 제외하고 나머지 방수제는 기준안전율인 1.5를 상회하는 상태로 평가되었으며, 안전율이 1.5 이하인 곳은 향후, 동적물성을 구하여 동적 실험 및 상세평가가 필요하다.
- 토질정수는 상기 이유와 같이 본 조사결과로부터 정확히 산정하는데 어려움이 있기 때문에, 향후 콘관입시험 등의 보다 정밀한 조사가 이루어져야 하며, 정확한 토질조사 및 재료의 시험에 의하여 토질정수를 산정하여야 할 것이다.
- TYPE-B의 경우, 원지반 모래층 N > 4 이상 구간은 외측, 내측 사면경사가 모두 1 : 3일 때, N ≤ 4 구간은 내측 사면경사가 1 : 6 일 때, 침투에 안정한 것으로 나타났다. 향후 상세 검토시, 침투수량이 허용치보다 많을 경우에는 차수매트 또는 시트파일 설치 등의 별도의 차수대책이 필요하다
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