DOI:http://dx.doi.org/10.5389/KSAE.2013.55.6.155
지오텍스타일 튜브공법을 적용한 새만금방수제의 거동분석 및 시험시공 사례 - 설계과정 및 시공성 검토 중심으로 -
Behavior Analysis of the Saemangum Waterproof Embankment Applying Geotextile Tube Method and Example of Field Test
- In Concentration of Reviewing the Construction and Design Process -
박종건
*,†․고정희
**․박태섭
***Park, Jong Gun․Ko, Jeong Hee․Park, Tae Seup
ABSTRACT
Recently, geotextile tube method can be widely applied to the river, costal and marine in the construction field, such as embankment, groin, breakwater, dyke structures and so on, in advanced countries of the world. And that has been constructed at the temporary road for incheon, ilsan-bridge construction and coast erosion protection in republic of korea. Geotextile tube is a tube shaped geotextile product and hydraulic pumping filled with dredged soils. In this paper, the numerical analysis was performed to investigate the behavior of geotextile tube with various properties of material character, shape condition, construction pressure and so on. Also, the field test was conducted in order to identify the construction ability of Samangum waterproof embankment using geotextile tube.
According to the applied of field test, geotextile tube was 65 m long and 4.0 m diameter. Also, the permeability coefficient and ultimate tensile strength of geotextile tube is 1.6×10－1 cm/sec and 205.26 kN/m, respectively. As a result of filed test, when filled, geotextile tube does not attain the same as its unfilled theoretical diameter, but may reach approximately of 55 percent of the theoretical diameter. At the time, geotextile tubes were 12.56 m in circumference and filled to a height of about 2.2 m. This paper presents case study on field application and behavior analysis of the saemangum waterproof embankment donggin 1 division construction using geotextile tube.
Keywords: geotextile tube; ultimate tensile strength; dredged soils; dyke; permeability coefficient
I. 서 론*
새만금방수제는 세계에서 가장 긴 방조제 (L＝33.9 km)를 막 아 만들어진 내부지역의 담수호와 간척지인 농경지 경계를 구분 짓고 내부토지를 홍수피해로부터 보호하기 위해서 담수호 주변 에 쌓는 제방구조물로써, 방수제 (L＝54.2 km, 9개공구)건설을 2010년 9월에 착공하여 2015년까지 완공할 계획이며, 기타 2 개공구는 방수제 축조여부검토와 개발시기를 고려하여 단계적으 로 추진할 예정이다. 새만금방수제 동진1공구 건설공사는 당초
* 한국농어촌공사 동진지사
** 한국농어촌공사 전북지역본부
*** 우진건설㈜ 품질연구실장
† Corresponding author Tel.: +82-63-540-1170 Fax: +82-63-540-1179
E-mail: [email protected] 2013년 9월 14일 투고
2013년 11월 13일 심사완료 2013년 11월 14일 게재확정
실시설계시 방수제 축조에 필요한 사석에 대해 인근지역 석산을 개발하여 공급할 계획이었으나, 사석채취에 따른 석산주위 환경 파괴로 인한 지역 주민들의 적극반대로 석산개발이 장기간 지연 되고 있어 원활한 공정추진을 위하여 사석을 대체할 수 있는 지 오텍스타일 튜브공법 (Geo-textile tube method) 적용을 채택 하게 되었다.
지오텍스타일 튜브공법은 고강도 토목섬유인 지오텍스타일을 이용하여 튜브형태의 긴 포대로 만들어 내부에 준설토사를 기계 적 방법이나 수리학적 방법으로 채워 넣어 하천 및 해안구조물, 제방 등 광범위하게 활용하고 있다. 선진외국에서는 1970년대부 터 네달란드의 델프트 (Delft) 수공학 연구소에서 최초로 개념적 연구가 시작되어, 1980년대 초반 브라질에서 최초의 현장적용이 시도된 이래 네달란드와 독일, 미국을 비롯한 세계 각국에서 설 계/시공되어 왔다. 국내에서는 강릉 영진, 울진 죽변에 해안침식 방지 목적으로 이안제로 수중설치와 새만금방조제 끝막이공사의 튜브 매트릭스 형태의 필터공으로 시공되었으며, 일산대교, 인천
Fig. 1 Location of the saemangum waterproof embankment construction 대교 교량공사를 위한 공사용 가도축조에 시공된바 있다.
지오텍스타일 튜브공법에 대한 국내외의 연구동향 및 시공사례 를 살펴보면 1998년 조삼덕에 의해 국내에 처음 소개된 이후 실 험적 실내모형시험, 수치해석 및 시공사례 분석 등을 중심으로 이루어져 왔다. Shin et al. (2002)은 수리모형시험을 통한 다단 식 지오텍스타일 튜브의 수리동역학적 특성을 검토하여 구조물 의 안정성, 파랑제어능력, 변형율 등을 측정하여 분석하였다. Oh et al. (2003)는 평면변형해석과 3-D FEM 기법을 통한 지오텍 스타일 튜브의 거동해석을 통하여 채움과정에서 지오텍스타일 튜브의 거동을 분석할 수 있는 수치해석 모델을 개발하기 위하 여 평면변형해석 및 3차원 유한요소해석 기법을 통하여 채움과 정에서의 지오텍스타일 튜브거동을 비교분석하였다. Kim et al.
(2007)은 튜브형 매트리스를 활용한 방조제 필터공 축조 사례연 구를 통하여 새만금방조제 필터매트의 부상문제와 조위영향구간 의 필터층 보강효과를 동시에 만족할 수 있는 방법으로 지오텍 스타일 튜브 매트리스 공법에 대한 현장적용 사례를 분석하였 다. Chang et al. (2012)은 침식방지를 위한 토목섬유튜브의 거 동분석을 통하여 해안가 모래의 침식방지를 위하여 실내시험과 현장시험을 실시하였으며, 시공 중 및 시공 후의 거동과 안정성 을 파악하여 침식방지 효과를 확인할 수 있었다.
국외의 경우 Liu (1981)는 모래채움 튜브에 대한 수치해석을 통하여 지오텍스타일에서 발생하는 응력과 평행해석 방정식을 제 시하였다. Silvester (1986, 1990)는 2차원 평행해석을 통하여 지오텍스타일 튜브의 둘레, 압력, 접촉면, 채움 유효높이와 폭 등 의 관계를 예측하였으며, 지오텍스타일에 발생되는 인장력을 산 정하였다. Koerner (1994)는 지오텍스타일 튜브 분석은 원주방 향과 축방향으로 구분하였으며, 지오텍스타일의 안전율 및 튜브 외측의 하중 등을 고려하여 튜브가 갖는 적정한 최대응력은 원 주방향 및 축방향 응력에 적용하여 안전율을 제시하였다. Caroll
(1994)은 원통 형상의 지오텍스타일 튜브에 단위중량이 다른 두 종류의 슬러리가 포함될 경우에 대하여 수치해석 연구를 수행하 였다. Kazimierowicz (1994)는 지오텍스타일 튜브를 원주형 쉘 로 가정한 2차원 평행해석을 수행하였다. Pilarczyk (1995)는 지오텍스타일 튜브를 활용한 해안구조물 설치시, 조류 및 파도 에 대한 안정성검토 및 설계방안에 대하여 제시하였다. US army corps of engineers (1996)와 Leshchinsky, D and Leshchinsky, O (1996)는 지오텍스타일 튜브공법에 대한 2차원 평면변형 해 석이론에 의한 수치해석 하고자 지오텍스타일 튜브의 전용해석 프로그램인 GeoCoPS (version 2.0)를 개발하였다. Plaut and Suherman (1998)은 하부지반조건의 변화와 지오텍스타일 튜브 의 설치조건을 네 가지로 구분하여 해석을 수행하였다.
따라서, 본 연구는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에 적용 될 지오텍스타일 튜브구조물에 대하여 GeoCoPS를 활용하여 지 오텍스타일 튜브의 거동을 분석하고, 지오텍스타일 튜브공법에 대한 시공성을 검증하기 위하여 시험시공을 실시하여 현장적용 성을 분석, 검토하고자 한다.
II. 재료 및 방법 1. 연구대상 지역
본 연구의 대상지역은 새만금방수제 동진1공구 건설공사인 전 북 부안군 계화면, 하서면 일원 주변 공유수면내에 위치하고 있 다. 방수제 시점부는 동진강 2호 방수제 No.205＋00과 접하여 있으며 종점부는 새만금방수제 동진2공구 건설공사와 연결되며 방수제 진행방향의 우측은 농업용지로서 복합곡물단지와 원예, 화훼단지로 개발될 예정이다. 만경강과 동진강 하구의 새만금방 수제 건설공사의 위치는 Fig. 1에 나타낸바와 같다.
Table 1 Water level of fresh water lake H.W.L 100 year of fresh water lake
(EL.m)
Management water level of construction (EL.m)
Low water level of construction (EL.m)
Management low water level of the after construction (EL.m)
(＋) 1.3 (－) 1.6 (－) 2.2 (－) 1.5
Table 3 Material properties of geotextile tube Unit weight
(g/m2)
Thickness (mm)
Wide-width tensile stregth (kN/m) Wide-width tensile elongatio (%) Permeability coefficient (cm/sec)
AOS
MD CD MD CD (mm)
1,102.4 3.5 205.26 203.16 14.3 9.6 1.6×10－1 0.256
Table 4 Physical properties of dredged soils Specific gravity
(Gs)
Plasticity index (%)
Natural water content (%)
Grain size distribution (%)
Unified soil classification Sand (0.075∼4.75 mm) Silt (0.005∼0.075 mm) Clay (＜0.005 mm)
2.67 NP 14.2 90.4 6.2 3.4 SP∼SM
Table 2 Design wave
Wave direction Wave height (m) Cycle (sec) Design return period (year)
W 1.60 4.10 100
2. 담수호 및 지반조건
가. 담수호 조건
본 연구대상 구간의 수심분포는 최대수심 5.7 m (EL.－7.3 m) 에서 최저수심 3.9 m (EL.－5.5 m)이며, 평균수심 4.8 m (EL.
－6.4 m)로서 해저면은 평탄한 지형경사를 나타내고 있다. 새만 금 담수호의 시공 중 관리수위는 방수제의 시공조건, 수질, 생태, 비산먼지 방지대책과 환경관리 및 배후지 침수 등의 유지관리 부 분을 고려하여 EL (－)1.6 m이다. 또한 수시로 기상변화에 따른 수위조절과 수질개선 등 현지여건에 따라 배수갑문 개폐운영으로 최저수위는 EL (－)2.20 m이며, 시공후 관리수위는 EL (－) 1.5 m이다. 본 연구대상 지역의 담수호 수위 및 설계파랑은 Table 1∼Table 2와 같다.
나. 지반조건
본 연구대상 지역의 지반조건은 퇴적토층 (점성토, 사질토, 자 갈), 풍화토층 (실트, 실트질모래), 풍화암층, 기반암 순으로 구성 되어 있다. 기초지반은 퇴적층이 깊게 분포하고 있으며, N값 10 이상의 사질토가 우세하고 표층에는 N값 10 이하의 연약사질토 층이 얇게 분포하고 있다. 또한 일부구간에 부분적으로 점토층이 분포하고 있으며, 기반암은 표층에서 20 m 깊이 이상에서 나타 내고 있다.
3. 사용재료
가. 지오텍스타일 튜브
본 연구에 사용된 지오텍스타일 튜브 (GT400)는 네달란드의
N사에서 생산된 P.P (Polypropylene) 재질로 극한 인장강도가 경 사 205.26 kN/m, 위사 203.16 kN/m 및 투수계수는 1.6×10－1 cm/sec의 제품을 사용하였으며, 지오텍스타일 튜브의 재료성질은 Table 3과 같다.
나. 채움토사
본 연구에 사용된 준설토사는 시공현장의 인근 새만금 담수호 에서 준설한 대부분 가는모래 또는 실트질 모래이었으며, 통일분 류법에 의해 SP∼SM으로 구성 있고 Sand 90.4 %, Silt 6.2 % 및 Clay 3.4 %로 분류된다. 실내시험을 통하여 구한 채움토사의 비중은 2.67, 현장 자연함수비는 14.2 %로 나타났다. 준설토사의 물리적성질은 Table 4와 같다.
4. 시험방법
가. 시험항목 및 품질규격
본 연구에서 사용된 지오텍스타일 튜브는 한국산업규격 (KS
Table 5 The minimum requirement criteria and test method of geotextile tube
Material characteristic Test method
Unit Minimum requirment KS K-ISO ASTM
Mass per unit area K 9864 D 5261 g/m2 More than 850
Thickness K 9863 mm More than 2
Wide-width tensile strength K 10319 D 4595 kN/m More than 200 Wide-width Elongation K 10319 D 4595 % Less than 15 Coefficient of permeability K 11058 D 4491 cm/sec More than α×10－1
Apparent opening size K 11058 D 4491 mm Less than 0.3 Factory seams strength K 10321 D 4884 kN/m More than 160
Puncture strength K 12236 D 4833 kN More than 16 Burst resistance K 13433 D 3786 mm Less than 8
UV resistance K 4355 D 4355 % More than 90
Fig. 2 Location map of field test using geotextile tube
Fig. 3 Design of standard cross section for dongjin river 2 line waterproof embankment
K-ISO)과 미공병단 (US army corps of engineers)에서 제안 한 지오텍스타일 튜브 (GT400)의 관련 시방기준을 바탕으로 시 험항목 및 최소한의 품질규격은 Table 5와 같다.
나. 지오텍스타일 튜브의 형상 측정방법
지오텍스타일 튜브의 이상적인 형상은 지오텍트타일 튜브 원 형단면의 70∼80 % 분량의 재료가 충진될 때 만들어지며, 이때 지오텍스타일 튜브의 높이는 튜브 직경의 약 절반정도가 된다.
지오텍스타일 튜브에 준설토사를 주입시 튜브내부의 채워지는 상 태를 계속해서 확인하며 부풀어 오른 높이가 튜브 높이의 55 % 정도에 달할 때 까지 주입한다. 지오텍스타일 튜브의 내부 채움 주입시 주입구 압력은 5 psi (0.35 kg/cm2)를 초과하지 않토록 압력조절용 밸브와 압력게이지를 설치하여 주입시 압력을 조절 하도록 한다. 준설토사가 지오텍스타일 튜브 내부의 완전한 채움 을 위해 1단 1열, 2열을 균일하게 주입되도록 잠수부를 통해 선 형과 높이를 확인하며 적정압력으로 주입한다. 튜브에 주입량을 정확하게 하고 길이가 긴 튜브속에 준설물이 일정하게 채워지도 록 하기 위하여 채우는 마지막 순간에는 주입압력을 점차적으로 감소시켜야 하고 주입이 완료된 주입구는 주입토사가 유출되지 않토록 말거나 접어서 견고하게 묶는다. 지오텍스타일 튜브 2단
설치는 1단에서 설치된 1열, 2열의 지오텍스타일 튜브 정 중앙에 펼쳐놓고 1단과 같은 방법으로 주입한다.
5. 지오텍스타일 튜브의 시험시공 위치 및 표준단면
지오텍스타일 튜브의 시험시공 위치는 동진강 2호 방수제 No.
273∼No.274 근처에서 실시하였으며, Fig. 2에 나타낸바와 같 다. 동진강 2호 방수제 구간은 No.205＋00∼No.313＋00 (L
＝5.4 km)이다. 지오텍스타일 튜브구조물의 둑마루 높이는 EL.
(＋)3.7∼6.77 m이고, 100년 빈도 설계홍수위는 EL. (＋)1.3 m, 설계파고는 1.6 m를 적용하였다. 본 연구에 적용될 동진강 2호 방수제의 표준단면은 Fig. 3에 나타낸바와 같다.
III. 결과 및 고찰
1. GeoCoPS를 활용한 설계인자 및 거동특성 분석
가. 해석방법
본 연구는 지오텍스타일 튜브의 채움작업시 발생되는 극한 인 장강도와 튜브의 단면형상, 펌핑압력 등을 분석하기 위해 2차원 평면해석을 실시하였다. 미국의 ADAMA engineering. 사에서
Leshchinsky, D. and Leshchinsky, O.의 이론을 바탕으로 개 발한 평면변형 해석이론에 의한 지오텍스타일 튜브 전용해석 프 로그램인 GeoCoPS (Version3.0)을 활용하였다. 해석과정에서 지오텍스타일 튜브의 강도감소계수를 고려하여 해석하는 방법으 로는 크게 3가지로 구분할 수 있다. 첫째, 지오텍스타일 튜브의 둘레와 설계높이가 주어질 경우 지오텍스타일의 강도를 계산하 는 방법 둘째, 지오텍스타일 튜브의 둘레와 강도가 주어질 경우 수리학적 펌핑압력을 계산하는 방법 셋째, 지오텍스타일 튜브의 둘레와 수리학적 펌핑압력이 주어질 경우 튜브의 형태와 지오텍 스타일의 강도를 계산하는 방법이다. 본 해석에 사용된 지오텍 스타일의 RFID는 시공시 손상에 의한 계수로서는 일반적으로 가 장 많이 사용되는 값인 1.3을 사용하였고, RFCR는 크리프변형과 내구성 계수로써 여러 가지 지오텍스타일과 안전치를 고려하여 각각 2.0과 1.5의 값을 사용하였다. 또한 RFBC는 생화학적 분해 에 의한 계수로서 화학적 침식은 슬러리가 응고하기 까지 건설 시에만 필요하고 생물학적 침식은 거의 없는 것으로 판단되어 1.0값을 사용하였으며, RFJNT는 봉합선의 축방향 및 원주방향의 봉합강도계수로써 2.0을 사용하였다.
나. 재료특성에 따른 설계변수 분석
Table 6은 재료특성에 따른 설계변수 분석으로 지오텍스타일 의 극한 인장강도가 주어졌을때 지오텍스타일 튜브의 형상을 분 석하였다. GT200∼GT300의 경우 극한 인장강도 120.0 kN/m 와 GT350∼GT400의 경우 극한 인장강도 200.0 kN/m가 될 때까지 주입하였을 때의 값을 나타내고 있다. GT300의 극한 인 장강도가 120.0 kN/m인 경우 수위가 1.2 m인 상태에서 시공직 후 높이 2.0 m, 압밀 후 H＝1.7 m로 낮아졌으며 최대폭은 3.7
Table 6 Design analysis according to material character Case no. Ultimate tensile
strength
Shape of the after construction
Shape of the consolidated Diameter
(cm)
Water depth (m)
T (kN/m)
Taxial
(kN/m) H (m)
W (m)
H (m)
Po (kPa)
GT200 0.6 120.0 81.0 1.6 2.3 1.4 10.7
1.1 120.0 67.0 1.8 2.1 1.5 13.5
GT250 0.9 120.0 87.0 1.8 2.9 1.6 7.2
1.4 120.0 70.0 2.1 2.8 1.8 10.0
GT300 1.2 120.0 94.0 2.0 3.7 1.7 4.9
1.7 120.0 73.0 2.4 3.4 2.1 7.7
GT350 1.5 200.0 151.0 2.4 4.2 2.1 7.9
2.0 200.0 119.0 2.9 3.9 2.5 11.7
GT400 1.7 200.0 157.0 2.6 4.9 2.3 6.0
2.2 200.0 123.0 3.2 4.6 2.7 9.5
※ T＝Circumferential geosynthtic tensile force, Taxial＝Axial geosynthtic tensile force, Po＝Pumping pressure
m로 나타났다. 또한 수위가 높아짐에 따라 최대높이 및 최종높 이는 증가하고 최대폭은 감소하였다. GT400의 극한 인장강도가 200.0 kN/m인 경우 수위가 1.7 m인 상태에서 시공직 후 높이 2.6 m, 압밀 후 2.3 m로 낮아졌으며 최대폭은 4.9 m로 나타났 다. 또한 수위가 높아짐에 따라 최대높이 및 최종높이는 증가하 고 최대폭은 감소하였다. 펌핑압은 수위가 높아질수록 값이 높게 나타났으나, 한계 펌핑압 34.47 kPa (0.35 kg/m2) 이하로 모두 안전측으로 해석되었다. 수위가 높아짐에 따라 튜브의 높이는 높 아지는 반면 접지폭은 감소되는 값을 나타내는데 이는 수위가 높아짐에 따라 구속압이 작용하여 측면의 처짐은 줄어드는 반면 아래로 작용하는 힘이 더 증가하기 때문으로 판단된다. 따라서, 본 검토대상 튜브 구조물을 축조하기 위한 튜브의 극한 인장강도 200 kN/m에서 시공시 펌핑압은 11.7 kPa 이하에서 가능하고, 튜브의 인장강도 120 kN/m에서 펌핑압은 13.5 kPa 이하에서 시 공이 가능한 것으로 도출되었다. GeoCoPS를 활용한 지오텍스타 일 튜브 (GTD400)의 재료특성에 따른 시공 후 침하거동 해석결 과는 Fig. 4에 나타낸바와 같다.
다. 형상조건에 따른 설계변수 분석
Table 7은 형상조건에 따른 설계변수 분석으로 최대높이를 주 었을 때 이에 요구되는 지오텍스타일 튜브의 극한 인장강도를 분 석하였다. GT400의 경우 최대높이를 4.0 m의 55 %인 2.2 m로 주었을때 수위가 1.7m인 상태에서 원호방향으로 185.0 kN/m, 축 방향으로 143.0 kN/m 나타났다. 이는 극한 인장강도 200 kN/m 의 92.5 %이다. 수위가 2.2 m인 상태에서 원호방향으로 86.0 kN/m, 축방향으로 58.0 kN/m로 나타내어 극한 인장강도 200 kN/m의 43 % 정도임을 알 수 있다. 지오텍스타일 튜브의 전용 해석 프로그램인 GeoCoPS를 활용하여 소요 인장강도를 산정한 결과, 각각의 튜브 종류별 소요 인장강도가 GT400은 185 kN/m, GT350은 154 kN/m, GT300은 101 kN/m, GT250은 64 kN/m, GT200은 36 kN/m 작용하는 것으로 검토되었다. 현재 시방규정 에서 명시된 지오텍스타일 튜브의 극한 인장강도 GT350∼400 은 200 kN/m 및 GT200∼300은 120 kN/m 이상으로 규정되어 있어 허용 인장강도 값 이내로 모두 만족하였다. GT400의 경우 시공직 후 최대높이는 2.6 m, 최대폭은 4.9 m, 접지면적은 9.2 m2 로 수위가 상승함에 따라 기하형상에는 큰 변화가 없으며 원호방 향과 축방향으로 인장강도가 감소함을 알 수 있다. 시공시 73.2 % 의 채움토사를 적용할 때 외부수위에 관계없이 기하학적 형상변 화는 미미하며 이는 안전한 시공이 가능함을 보여주고 있다. 또 한 수위상승시 극한인장강도가 작아지므로 안전측이라 하겠다.
Table 7은 각각의 튜브에 70∼75 % 수준의 준설토사를 채웠을 때 최대높이와 침하 후의 최종높이를 나타낸 것으로 GT400의 경 우 73.2 % 채움시 최대높이는 2.6 m 압밀 후의 높이는 2.2 m까
Results analysis of GT400 Consolidated shape of GT400 (Height of outside fluid h＝1.7 m) (Height of outside fluid h＝1.7 m)
Results analysis of GT400 Consolidated shape of GT400
(Height of outside fluid h＝2.2 m) (Height of outside fluid h＝2.2 m) Fig. 4 Results analysis for settlement behavior the after construction according to material character
Table 7 Design analysis according to shape condition Case no. Ultimate tensile
strength
Shape of the after construction
Shape of the consolidated Diameter
(cm)
Water depth (m)
T (kN/m)
Taxial
(kN/m) H (m)
W (m)
H (m)
Area (m2)
GT200 0.6 36.0 28.0 1.2 2.5 1.1 2.3
1.1 19.0 13.0 1.2 2.5 1.1 2.2
GT250 0.9 64.0 50.0 1.6 3.1 1.4 3.6
1.4 32.0 22.0 1.6 3.1 1.4 3.5
GT300 1.2 101.0 78.0 1.9 3.7 1.7 5.2
1.7 48.0 33.0 1.9 3.8 1.7 5.3
GT350 1.5 154.0 118.0 2.3 4.3 2.0 7.1
2.0 72.0 48.0 2.3 4.3 2.0 7.2
GT400 1.7 185.0 143.0 2.6 4.9 2.2 9.2
2.2 86.0 58.0 2.6 4.9 2.2 9.2
지 낮아짐을 확인할 수 있었다. 또한 GT350의 경우 74.3 % 채 움시 최대높이는 2.3 m 압밀 후의 높이는 2.0 m, GT300의 경우
73.6 % 채움시 최대높이는 1.9 m 압밀 후의 높이는 1.7 m, GT 250의 경우 71.2 % 채움시 최대높이는 1.6 m 압밀 후의 높이는 1.4 m, GT200의 경우 70.0 % 채움시 최대높이는 1.2 m 압밀 후의 높이는 1.1 m로 나타났다. 지오텍스타일 튜브의 시공 후 침 하량은 10～40 cm의 침하가 발생하는 것으로 나타났으며, 침 하의 양상은 장기간 압밀에 의한 침하가 발생하는 것이 아니라 지오텍스타일 튜브를 채운 후 모래의 침강 및 간극수 배제에 따 라 즉각적으로 발생되는 침하량으로 판단된다. GeoCoPS를 활 용한 지오텍스타일 튜브 (GT400)의 형상조건에 따른 시공 후 침 하거동 해석결과는 Fig. 5에 나타낸바와 같다.
라. 시공압에 따른 설계변수 분석
Table 8은 시공압에 따른 설계변수 분석으로 시공 가능한 최 대 펌핑압을 주었을 때 나타나는 기하학적 형상 및 요구되는 극 한 인장강도에 대하여 분석하였다. 지오텍스타일 튜브 시공시 일 반적으로 적용하는 최대펌핑압 5 psi (0.35 kg/cm2) 전후까지 주
Results analysis of GT400 Consolidated shape of GT400 (Height of outside fluid h＝1.7 m) (Height of outside fluid h＝1.7 m)
Results analysis of GT400 Consolidated shape of GT400
(Height of outside fluid h＝2.2 m) (Height of outside fluid h＝2.2 m) Fig. 5 Results analysis for settlement behavior the after construction according to shape condition
Table 8 Design analysis according to construction pressure Case no. Ultimate tensile
strength
Shape of the after construction
Shape of the consolidated Diameter
(cm)
Water depth (m)
T (kN/m)
Taxial
(kN/m) H (m)
W (m)
H (m)
Po (kPa)
GT200 0.6 282.0 157.0 1.9 2.1 1.6 34.1
1.1 282.0 149.0 1.9 2.1 1.6 34.1
GT250 0.9 378.0 213.0 2.4 2.6 2.0 35.9
1.4 378.0 201.0 2.4 2.6 2.0 35.9
GT300 1.2 439.0 253.0 2.8 3.1 2.4 34.4
1.7 439.0 236.0 2.8 3.1 2.4 34.4
GT350 1.5 521.0 306.0 3.2 3.6 2.7 35.2
2.0 521.0 282.0 3.2 3.6 2.7 35.2
GT400 1.7 603.0 361.0 3.6 4.2 3.1 34.6
2.2 603.0 330.0 3.6 4.2 3.1 34.6
었을 때 형상변화를 분석하였다. 시공압을 100 % 전후까지 주었 을때 수위의 변화에 따라 모두 타원형이 아닌 원형의 형상을 보
여주고 있으며, 수위에 관계없이 모두 같은 형상을 보여주고 있 다. 또한, 극한 인장강도 최대 120∼200 kN/m을 모두 초과하였 다. 시공압을 최대로 주었을때 형상변화를 고찰하여 보면 GT400 의 경우 시공직 후 3.6 m, 압밀 후 3.1 m의 나타났다. 수위변화 에 상관없이 펌핑압을 일정하게 유지할 경우 인장강도와 높이변 화가 일정하게 유지되나 지오텍스타일 튜브재질의 극한강도를 초 과하며 봉합에 의한 봉합부위 강도저하 등을 고려할 때, 튜브 구 조물에는 적절치 않은 것으로 판단된다. 따라서 펌핑압의 적절한 조절이 필요할 것으로 사료된다. GeoCoPS를 활용한 지오텍스타 일 튜브 (GT400)의 시공압에 따른 시공 후 침하거동 해석결과는 Fig. 6에 나타낸바와 같다.
2. 지오텍스타일 튜브를 이용한 현장 시험시공
가. 현장 시험시공 개요
본 연구대상 지역의 시험시공 현장은 새만금 담수호 공유수면
Results analysis of GT400 Consolidated shape of GT400 (Height of outside fluid h＝1.7 m) (Height of outside fluid h＝1.7 m)
Results analysis of GT400 Consolidated shape of GT400
(Height of outside fluid h＝2.2 m) (Height of outside fluid h＝2.2 m) Fig. 6 Results analysis for settlement behavior the after construction according to construction pressure
(a) Cross section
(b) Injection locateion
Fig. 7 The concept of field test for geotextile tube
Table 9 Plan of commitment for labor force and equipment
Equipment Labor force
Kind of
machinery Unit Number Kind of
occupation Use Number
Dredge ship 2,000 HP 1 Supervisor Work management 1 S/Barge 1,400 P 1 Equipment man Equipment operation 2
F/Barge 1,800 P 1 Captain Sea equipment 3
Lifting ship 160 HP 1 Sailor Tug boat 1
Crane 50 ton 1 Winch Winch operation 1
Tug boat 450 HP 1 Special man Signal 1
Excavator 0.6 m3 1 Diver Tube spreaded 4
Total 7 13
에 위치하고 있는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에서 시험시 공을 실시하였다. 본 시험시공에 사용한 지오텍스타일 튜브 (GT 400)는 길이가 65 m, 채움전 직경 4.0 m, 채움높이는 2.2 m 정 도이었다. 지오텍스타일 튜브의 시공개요도는 Fig. 7에 나타낸 바와 같다.
나. 시공장비 및 작업인원
지오텍스타일 튜브의 시공장비는 수리학적 펌핑을 위한 준설 선 (2,000 HP) 1 set와 백호우 0.6 m3급 1대, 해상장비인 평바 지, 셋팅바지, 예인선 등이 이용되었으며, 작업인원은 튜브포설 및 주입, 잠수부 등이다. 본 현장은 시험시공임을 감안하여 최소 의 장비 및 인력투입 계획은 Table 9와 같다.
다. 포설 및 채움작업
지오텍스타일 튜브가 설치될 지역을 측량 후 튜브를 손상시킬 수 있는 모든 장애물을 제거하였으며, 이후 저면매트를 포설하 면 이때 포설된 부위에 미리 준비한 샌드백 (10∼15 kg/ea)을 투하하여 조류에 의한 매트의 변위를 최대한 방지하고 포설 후 부력에 의해 뜨지 않게 눌러준다. 지오텍스타일 튜브 내부의 채 움토사는 펌프준설선에 의한 펌핑 진행동안 채움재료의 혼합비 율은 1：4∼1：5 (물：토사) 정도로 슬러리 상태를 유지하였 다. 지오텍스타일 튜브의 채움작업을 위한 준설장비는 최대준설 토출량 300 m3/hr의 배송펌프를 장착한 펌프준설선 (2,000 HP) 을 이용하였으며, 채움토사는 시공현장의 인근 담수호 해저에서 준설한 준설토사를 배사관을 통하여 지오텍스타일 튜브 내부에 직접 충진하였다. 준설파이프와 주입구의 직경은 25 cm이며, 주 입압력은 5 psi (0.35 kg/cm2) 이하로 유지하여 지오텍스타일 튜 브의 봉합부위 파손이나 주입구가 탈락되지 않토록 주의 시공하 였다 크레인 작업 및 기타 효율적인 시공작업을 위하여 셋팅바지 는 폭 13 m, 길이 34.5 m이고, 평바지는 폭 13.5 m 길이 40.3 m
Survey of dredged position Sea conveyance of
material source
Spreaded of erosion control mat
Fix ballast 5 m interval installation
Spreaded and fix of geotextile tube
Connection of drain pipes
Test operation Management under
pumping pressure 5 psi
Installation of geotextile tube (1,2 stage)
Completion of the filled work
Fig. 8 Flow chart of field test for geotextile tube
의 무동력식 바지선을 이용하였고, 셋팅바지는 Leg로 고정시켜 담수호의 시공 영향을 크게 받지 않토록 한다.
라. 시공순서도
지오텍스타일 튜브의 시공순서는 지오텍스타일 튜브 소요자재 및 잠수부 인력, 중장비 확보 등 시공성을 확보하기 위해서는 사 전에 충분히 조사하여 시행하는 것이 중요하다. 지오텍스타일 튜 브의 시공순서는 Fig. 8에 나타낸 바와 같다.
마. 현장 시험시공 결과 및 분석
현장 시험시공을 통한 채움작업은 지오텍스타일 튜브 (GT400) 의 경우 내부단면의 73.2 % 분량의 재료가 충진 완료되었다. 지 오텍스타일 튜브의 높이는 원형직경의 55 % 정도에서 단면이 형 성되었으며, 이때 지오텍스타일 튜브의 유효높이는 2.2 m이었다.
1개의 지오텍스타일 튜브를 설치하는데는 약 1∼2일 소요되었 으며, 시공초기의 시행착오로 인한 사소한 문제점이 노출되어 적 절한 조치를 통하여 보완한다면 포설 및 주입시간 단축이 가능 하다고 판단된다. 지오텍스타일 튜브의 시험시공 결과는 Table 10과 같으며, 시험시공 전경사진은 Photo 1과 같다.
Table 10 Results of field test Theoretical
diameter (m)
Length (m)
Effective height after filling
(m)
Circumference (m)
Filling volume (m3)
Filling percentage
(%)
φ4.0 65 2.2 12.56 9.2 73.2
(a) Survey of dredged position (b) Spreaded and fix of geotextile (c) Spreaded and fix of geotextile
tube (1) tube (2)
(d) Filled of the dredged soils (1) (e) Filled of the dredged soils (2) (f) Installation of geotextile tube (1, 2 stage)
Photo 1 Construction landscape of filed test for geotextile tube
IV. 결 론
본 연구는 새만금방수제 동진1공구 건설공사에 적용될 지오텍 스타일 튜브구조물에 대하여 전용해석 프로그램인 GeoGoPS를 활용하여 거동특성을 분석하였으며, 지오텍스타일 튜브공법의 현 장 적용성을 검증하기 위하여 시험시공을 실시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. GeoCoPS를 활용하여 소요 인장강도를 산정한 결과, 튜브 종류별 소요 인장강도가 GT400은 185 kN/m, GT350은 154 kN/m, GT300은 101 kN/m, GT250은 64 kN/m, GT200은 36 kN/m 작용하는 것으로 분석되었다. 지오텍스타일 튜브의 극한 인장강도 GT350∼GT400은 200 kN/m이었고, GT200∼GT300 은 120 kN/m 이상으로 규정되어 있어 허용 인장강도 값 이내로 모두 만족하였다.
2. GeoCoPS를 활용하여 시공압을 분석결과, 34.10∼35.9 kpa (0.348∼0.366 kg/m2) 범위의 압력에서 튜브 구조물의 파손되 어 펌핑압을 견디지 못함을 알 수 있었다. 주입구의 압력은 5 psi (0.35 kg/m2)를 초과하지 않토록 주입압력을 조절하여야 할것으 로 사료된다.
3. 현장 시험시공 결과, 지오텍스타일 튜브의 높이는 원형직경
의 55 % 정도에서 단면이 형성되었다. 이때 지오텍스타일 튜브 의 최종 유효높이는 2.2 m이었다. 그것보다 더 높이 채우는 것 도 가능은 하나 튜브바닥의 마찰저항이 감소되므로 안정성 떨어 질것으로 예상된다.
4. 현장 시험시공을 통한 채움작업은 지오텍스타일 튜브 (GT400) 내부단면의 73.2 % 분량의 재료가 충진완료 되었다. GeoCoPS 에 의하여 해석한 결과와 시험시공 결과를 비교 검토한바 거의 잘 일치함을 알 수 있었다. 이는 펌프준설선에 의한 수리학적 채 움작업의 효율성과 시공성을 확인할 수 있었다.
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