대수심방파제 개발 동향분석 연구기관

R&D/BSPM26600

대수심방파제 개발 동향분석

2004. 12

연구기관 : 한국해양연구원

제 출 문

해양수산부 장관 귀하

본 보고서를 “대수심방파제 개발 동향분석” 과제의 보고서로 제출합니다.

2004. 12

연구기관명 : 한국해양연구원 연구책임자 : 한상훈

연구원 : 채장원,이달수,박우선, 장인성,김동현

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설 계 조 건

수심별 설계파(H1/3,,Hmax)산정 Goda method

방파제 마루높이 산정 설계조위 + 1.0H1/3기준

수심별 방파제 단면구상 일반케이슨식

안정검토 및 피복재 중량 피복석

m당 개략공사비 산출

설 계 조 건

피복재 소요중량 검토 방파제 마루높이 산정

수심별 방파제 단면구상 T.T.P 사석경사제

안정검토 및 개략공사비 산정

- 14 - 수 심

설계파고 안정검토(기준안전률) m당 개략 공사비 (단위:원)

케이슨규격

H1/3 Hmax

활동 (1.2)

전도 (1.2)

지지력 (60t/㎡)

직선 활동 (1.2)

B×H×L 중량(tf)

10m 6.69 8.72 1.34 3.58 42.3 1.92 38,800,000 11.6×14.0×24.5 2,537 20m 8.40 14.03 1.30 4.30 54.7 1.78 95,900,000 21.8×20.5×11.05 2,700 30m 8.06 14.03 1.32 4.24 56.74 1.64 135,100,000 21.8×21.0×11.05 2,784 40m 7.85 14.03 1.32 4.11 57.39 1.57 182,300,000 21.8×21.0×11.05 2,784 50m 7.77 13.98 1.32 4.11 57.12 1.51 248,000,000 21.8×21.0×11.05 2,784 60m 7.76 13.97 1.33 4.14 57.25 1.47 322,100,000 21.8×21.0×11.05 2,784

수 심 설계파고

(H1/3) T.T.P 소요규격

안정검토

m당 개략 공사비 활 동

(1.2)

전 도 (1.2)

직선활동 (1.2)

10m 6.69m 40.0 ton급 1.25 5.32 1.41 66,300,000 20m 8.40m 64.0 ton급 1.29 5.05 1.30 125,600,000 30m 8.06m 64.0 ton급 1.34 5.27 1.30 178,500,000 40m 7.85m 64.0 ton급 1.38 5.40 1.29 241,900,000 50m 7.77m 64.0 ton급 1.39 5.46 1.29 315,500,000 60m 7.76m 64.0 ton급 1.39 5.47 1.28 399,500,000

공사비

15-20m 설치수심

경사식 방파제

케이슨 혼성제

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공 사 비

설 치 수 심 1 ⁸ -20m 26-30m

사 변 형 케 이 슨

사 각 형 케 이 슨

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대분류 중분류 소분류 문제점 관련항목 계획 방파제구조 구조양식

대수심 방파제로서 최적한 구조양식은 무엇인가. 보통 생각되는 것이 혼성방 파제이지만 이것 이외에는 없는가. 특 히 초대수심의 경우

설계수심, 설계 파, 소요정온도, 해저지질

자연조건조 사

파랑관측

파고관측 대수심 특히 육지에서 먼 경우의 관측 곤란성, 관측data 송신문제

파향관측 육지에서 멀어지면 밀리파 레이더에

의한 관측곤란, 정치식파향계 개발필요방파제 계획․

설계 토질조사 해저토질조사 조사에 필요한 비용이 높아진다

①대수심에서의 boring용 설치장소

②불교란시료의 채취 곤란성

설계

설계조건 설계파결정 ①대수심에서의 관측

data 부족 } 결정 곤란성

②파랑추정 정확도 파압식

외력계산 파압

①고마운드 방파제에서는 이상 쇄파압 이 발생할 가능성이 있다.

(a)쇄파 한계파고의 제약조건이 사라 (b)일단 제체 등에 재해를 입으면 재진다.

해복구가 곤란

방파제 기면고 안전율

지지력

지반지지력 마운드지지력

대중량 방파제가 되면(특히 저마운드) 기초지반 지지력 면에서 제체폭이 결 정되는 경우가 발생

대중량 케이슨의 경우 제체폭은 마운 드 허용지지력에 의해 결정되는 경우 가 많음

점성토지반에서 는 특히 문제임 파압식

기초마운드 주재료

①고마운드 방파제가 되면 마운드 축 조비가 중첩되므로 주재료는 가능한 한 값싼 것을 선택(잡석)

(a)사석의 필요중량 산정식 엄밀화

(b)일부 모래마운드 사용 가능성 피복구조 내진성, 흡출 모래마운드

①지진에 의한 마운드모래의 액상화

②파랑․흐름에 의한 마운드모래의 흡문제 출현상 유무, 있는 경우는 대책공 피복공

마운드형상

①상단폭은 어느 정도인가

(a)넓은 경우 : 파압증대, 대량재료 (b)좁은 경우 : 마운드, 제체부의 피해

가 치명적

②상승 구배

(a)완구배 : 파압증대 우려, 재료가 (b)급구배 : 마운드 안정성 나쁨다량 (c)작은단 효과

③마운드 천단고

(a)높음:파압증대 우려, 다량재료 (b)낮음:대량케이슨 제작, 예항․거치

④여유를 어느 정도로 할 것인가

(실제로는 10m 정도가 많음) 시공과의 관련이 깊음. 피복공 (실제로는 1:2～

1:3이 많음) 시공과의 관련이 깊음. 석재확보 (실제로는 -15m (계획중에는정도)

-20m 정도)

- 26 -

대분류 중분류 소분류 문제점 관련항목

설계

직립부

마운드 윗면 의 고르기 정 도 악화에 따 른 영향(기계 고르기)

①마운드 윗면의 고르기 정도가 나쁜 경우 마찰계수가 감소한다는 보고가 있음(특히 기계 고르기)

②케이슨 밑판 설계는 변하지 않는가

③마운드 부동침하에 의한 케이슨 비 틀림

거대 케이슨

설계 직립부가 높은 케이슨이 되면 종래 설 계법이 그대로 적용되는가. 응력집중

지진시안정성 마운드안정성

특히 고마운드 혼성방파제의 경우 지 진시에 방파제가 안정한가의 내진성 검토를 필요로 한다. 내진성 검토수법 의 확립이 필요

시공

마운드재료

투입 투입방법과

정확도 대량의 사석, 모래 등의 투입방법, 대

량급속시공 투입법에 따른 투입정확도 마운드 상승구배

고르기

잠수 고르기 대수심에서의 잠수부 고르기 곤란잠수부 확보곤란

기계 고르기 종래의 고르기 기계는 대수심에서의 사용실적이 없고 능력 및 정확도에 의 문이 있음

요철에 의한 제 체에의 영향 제체공(거대케이

슨)

제작 가능한 한 경제적인 제작법 도출 시공연장, 예항 끽수가 커지므로 수심확보가 중요 시설현상

거치 거치 정확도 문제, 안전성

속채움 시간이 걸리므로 재해의 위험성 있음 시공계획 골재조달,

조사

대수심 혼성방파제에 있어서는 대량의 마운드 재료를 필요로 하므로 석산조 사․채석, 운반법 검토필요

기타

환경

주변지형에의

영향 방파제 건설에 따른 주변지형에의 영 향, 특히 해안침식에 유의

생태계에의 영향

방파제 건설에 의해 흐름, 파랑이 변화 하는 것이 예상되므로 이것에 따른 생 태계 변화 예측이 필요

검수

수중감시기기 시공중 감시 및 완성고 검수를 위한 대수심에서의 이동이 가능하고 정확도 가 높은 측량 및 감시기기가 필요 시공기준조정 현 시공기준에서는 대수심 방파제 시

공이 불가능. 설계상으로 요청되는 기 준과의 경제성을 도모할 필요

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- 28 - 방파제 구조형식

개발 목표

방파성 (파고전 달특성)

안정성 (내파성,

내진성, 연약지 반대책)

환경 보전성 (해수교류,

방사성, 반사파)

저렴성 (건설비,

유지비) 시공성

(해상 작업성,

육상 작업성)

기타 (가동 성 등)

경사방파제

사석식 경사방파제 사방괴식 경사방파제 이형방괴적식 경사방파제

- - - -

직립방파제 혼성방파제

케 이 슨 식 직 립 방 파 제

소파블록피복방파제 B C A E C C

재래형케이슨식직립방파제 C* C* C* C* C* C*

곡면슬릿케이슨빙피제 B B A C D C

multi-cellular케이슨방파제 D A B C E C

상부사면케이슨방파제 D B B B D C

이형저판케이슨방파제 C B C A D C

직립소파케이슨방파제 C B A C C C

종slit식투과케이슨방파제 D B A C D C

블 록 식

콘크리트블록식방파제 - - - -

직립소파블록방파제 C C A C C C

cellular블록방파제 - - - -

콘크리트단괴방파제 - - - -

특수방파제

강관방파제 - - - -

강판방파제 - - - -

pontoon방파제 - - - -

커튼방파제(1중,2중) D C A C C C

공기방파제 E A A C C A

※

※

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- 30 -

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G

= 440 ( 2.97 -

e

)²

1+

e

^1.56×10

- 3

1.56×10^{- 3}+

γ

(

σ

_m

'

)^0.55

G

: 전단변형률이

γ인 때의 동적전단탄성계수

(

kg

/

cm

²)

e

: 간극비

γ

: 전단변형률

σ

_m

'

: 평균 유효주응력 (

kg

/

cm

²)

시험에 의해 구한 계수

시험실시 또는 결과 적용

위치 시 험 항목

밀도 변형 계수

탄성 파속 도

포아 송비

감쇠 계수

전단 계수

지반 반력 계수

지질 구조

액상 화검 토 지표(해저포

함) 조사

재하시험 각종탐사 (지질관계)

탄성파탐사 음파탐사 전기팀사

□

□ ○ □

○

○

○

boring 구멍 을 사용하는 조사

sounding 표준관입시험 ▣ □ ▣ □ ▣ ▣ ▣ 각종검층 속도검층

PS검층 반사검층 전기검층

밀도검층 ○

□

□

○*

◉

□

▣

□

▣

□

□

□ 재하시험 boring 구멍

내 재하시험 ○

sampling을 사용하는 실내시험

정적시험

1축압축시험 3축압축시험 직접전단시험

◉

○

▣

□

□

□

◉

○

○

동적시험

동적3축압축시험 동적단순전단시험 공진법시험 진동시험

◉

◉**

□

□

□

□

○

□

▣

□

□

▣

○

□

◉ ◉

◉

기호 ○시험결과, 거의 직선적으로 구해지던가 검토에 간접적으로 이용되는 것 ○

□시험결과, 간접적으로 구해지던가 검토에 간접적으로 이용되는 것 (주) * 종파속도만 구해짐. ** 전단탄성계수만 구해짐

특히 실시하는 것이 바람직한 항목

◉ ▣ 특히 이용되는 계수

γ

= 10^{- 6}

G

₀= 440 ( 2.97 -

e

)²

1+

e'

⁽

^σ

^m

'

)^0.55

G

: 전단변형률이 10^{- 6}인 때의 동적전단탄성계수 (

kg

/

cm

²)

e

,

σ

_m

'

: (4.1-1)과 같음

조사항목

- 32 -

G

₀= 1300 ( 2.17 -

e

)²

1+

e

⁽

^σ

^c

'

)^0.55 (쇄석재)

G

₀= 840 (2.17-

e

)²

1+

e

⁽

^σ

^c

'

)^0.6 (원형자갈)

G

₀ : 전단변형률이 10^{- 6}인 때의 동적전단탄성계수 (

kg

/

cm

²)

σ

_c

'

: 포속압 (

kg

/

cm

²)

G

₀

G

= 440 ( 2.97 -

e

)

1 +

e

_8.0235×10^{1.36- 3}₊

γ

(

σ

_m

'

)^0.5

G

₀

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㉠

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- 34 - 문제별

기기별 항목

구조상 비교 시공상 비교

안정성 기동성 구조 파랑

영향 재래선

이용여부 제작비용 시공

정도 작업능 력(면적)

대수심응 용

제작여부

수평고르 기방식

불도저식 보통수중 매 우

좋음 복잡 적음 불가 고가 좋지

않음 좋음 가능 실적있음 브레이드예항식 파 랑 시

불안정 매 우 좋음 기계는

간단 있음

이용가능(고르기 기 계 별 도)

고르기 기

계는 저가 좋음 매 우 좋

음 가능 실적있음 브레이드가동식

(러)

파 랑 시

불안정 보통 커짐 있음 불가 고가

평온시 매우좋음

제작단계

기진동식(항만연)

장 착 물 에 따라 다름

진 동기 장 착 법에 따 름

기진기제외하면 지지장치만 으 로 간단

인양장치 에따름

진동기인양선 이용가

진 동 기 고 가인 양 장 치 는대체

약 간 나

쁨 가능 제작단계

스크류식 매 우 좋음 복잡 적음 불가 고가 매우

좋음 좋음 가능 실적있음 정규선식 매 우 좋음 보통 커짐 적음 불가 고가 매우

좋음 제작

완료

연직고르 기방식

진동식연직

장 착 물 에 따라 다름

진 동기 장 착 법에 따 름

기진기제외하면 지지장치만 으 로 간단

인양장치 에따름

진동기인양선 이용가

진 동 기 고 가인 양 장 치 는대체

약 간 나

쁨 가능 제작단계

전압식

장 착 물 에 따라 다름

보통 간단 있음 전압기만이용가 비교적

저가 약 간 나

쁨 가능 제작단계 회전고르

기방식

스크류식 매 우 좋음 보통 커짐 적음 불가 고가 좋음 좋음 가능 시험 설계완료 버켓선식 파랑시불안정 좋음 있음 그대로이용 좋음

투입고르 기방식

라다방식(펌프선

식) 보통 보통 약간복잡 있음 가능 비교적

저가 좋음 실적

있음 슈트방식(Sep식) 좋음 보통 없음 불가 매우

좋음 가능 개발중

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- 38 - 대수심 방파제

내 파 설 계

표준단면 검토 및 수정

해저지반 토질조사 ∙물리실험

∙역학시험(정적,동적)

시공조건조사 (마운드 조성공법) ∙마운드 간극비 ∙마운드 단위체적중량 ∙마운드 입도 조성

기존항만시설 강진관측 ∙관측 ∙기록해석

마운드재 물성조사 ∙정역학 특성 ∙동역학 특성

기존방파제의 케이슨진동측성조사

∙기진기에 의한 방법

∙탄성파에 의한 방법

∙강진기록 해석

표준단면결정

세 부 설 계 방파제 내진성 평가

∙해저지반의 지진시 안정성 (액상화)

∙케이슨의 지진시 안정성(활동파괴)

∙방파제 침하 예측 (안정, 침하최소) (불안정, 침하증대)

해저지반-마운드-케이슨-물의 모델링

∙정적해석 프로그램

∙동적해석 프로그램

입력지진동 검토

∙기반최대가속도

∙입력지진파형

초기상태(정적) 해석

∙초기 응력상태 계산

∙초기 변형률상태 계산 (지반, 마운드 비선형성 고려)

지진응답해석(시뮬레이션)

∙동적 응력 상태 계산

∙동적 변형률 상태 계산 내진조사

∙설계대상지진선정

구조물의 동적 안정성, 누적잔류 ∙변형률에 대한 해석이론 검토

진동모형실험

∙진동응답특성

∙동적간극수압

∙동수압

지 진 응 답 해 석

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