PLAXIS-2D 및 3D를 이용한 2차원 및 3차원 수치해석을 통하여 본 연구에서 제안한 국부 분할식 순차적 증심공법 적용성을 평가하였다. 정적수치해석을 통해 다양한 공법 적용 조건 에 대해 케이슨 구조물의 안정성을 평가하여 국부 분할식 증심을 위한 적정 단위굴착 폭을 산정하였으며, 안벽구조물 하부 사석마운드 그라우팅 보강범위에 따른 영향을 평가하였다.
증심공법 적용시 케이슨 안벽구조물의 안정성 평가는 상단의 최대 수평변위가 항만 및 어항 설계기준(2014)에서 제시한 안벽구조물 허용횡변위인 10cm 이내에서 나타나는 경우를 안정 한 것으로 판단하였다.
PLAXIS-3D를 이용하여 국부 분할식 순차적 증심공법의 3차원 구속효과를 구현한 수치해
석을 수행하여 적정 굴착 폭을 산정하였다. 해석 결과 굴착 폭이 4 m일 때, 안벽의 변위가
10 cm 내에서 발생하는 것으로 나타나 안정하다고 판단하였다. 해석 결과를 통해 국부 분할
식 증심공법 적용시 2m 증심 조건에서의 적정 단위 굴착폭은 4m로 산정하였으며, 사석마운 드 보강을 전제로 최대 4~6m범위에서 단위 굴착이 가능한 것으로 평가되었다.
증심 후 보강단면에서 보강 범위에 따른 안벽의 변위 거동을 3차원 수치해석을 통해 평가 하였다. 해석 결과, 연속 굴착이 진행되었을 때 보강 범위를 굴착 면 하부까지 확장한 조건 에서는 케이슨 하부만 보강한 조건에 비해서 변위량이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 최 대 굴착 폭인 6m를 적용해서 해석한 결과에서 보강 범위를 확장함으로써 안벽의 변위량을 감소시켜 허용횡변위 이내에서 변위가 발생하는 것으로 나타났다. 따라서, 적정 단위 굴착 폭을 6m보다 작게 적용하고, 보강 범위를 굴착 면까지 확장한다면 국부 분할식 순차적 증심 공법 적용시 시공중 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 단, 이는 수치해석에 의한 결과이므로 실제 현장적용을 위해서는 모형실험이나 현장실험을 통한 검증이나 실증연구가 필요할 것으로 생각된다.
제4절 원심모형실험을 통한 증심공법 적용성 평가
1.
서론
중력식 안벽 증심공법의 현장적용성검토를 위하여 원심모형실험을 수행하여 중력식 안벽 증심공법의 안정성을 검토하였다.
중력식안벽 증심공법 적용시 부분굴착이 이루어지고 전면 보강판 및 그라우팅이 적용되기 전의 상태가 매우 취약하여 이때의 안정성평가가 중요하다. 또한, 중력식 안벽 증심공법의 완성을 위해서는 모든 공정이 완료된 최종단계의 안정성도 평가되어야 한다.
따라서, 부분굴착 단계와 시공완료 후 최종단계를 모사하는 실험시스템과 안벽 모형체와 지반모형체를 설계하고 제작하고, 원심모형실험을 수행하여 시공 중 안정성과 증심공법 완공 후 최종단계의 안정성을 평가하였다.
연구범위는 크게 다음 2가지로 구성하였다.
- 증심공법을 위한 부분굴착단계 안정성 평가 - 증심공법을 적용 완료 후 최종단계 안정성 평가
실험대상은 기존에 적용하여 운영중인 중력식 안벽 설계단면을 적용하였다(그림 3.4.1, 그 림 3.4.2). 주어진 실험대상 중력식 안벽을 1/60의 상사비로 축소하여 원심모형실험 단면을 설 계하였다. 안벽의 안정성 평가의 기준이 되는 변위량을 모니터링하기 위하여 안벽 및 주변 지반의 침하와 안벽의 수평변위를 측정할 수 있는 계측기를 선정하여 계측기 설치 위치를 설계하였다.
부분굴착단계를 모사하기 위하여 굴착기를 설계하여 제작하였다. 부분굴착 모의실험에서는 굴착폭에 따른 영향을 분석하기 위하여 단계별로 폭을 늘려가서 굴착할 수 있는 장비를 개 발하여, 원형크기 2m, 4m, 6m, 8m 폭의 굴착을 수행하여 안정성을 평가하였다.
증심공법 완공후 최종단계의 모사에서는 그라우팅 개량으로 인하여 형상되는 구체를 모사 하여 강성모형체를 제작하였고, 이를 삽입하여 증심한 안벽단면에 대하여 원심모형실험을 수 행하고 안정성을 평가하였다.
그림 3.4.1 실험대상 중력식 안벽 단면도
그림 3.4.2 실험대상 중력식 안벽(케이슨) 평면도