수두손실률에 의한 방조제 침투류 감시 및 해석 기법 개발
Development of Seepage Monitoring and Analysis Method with the Hydraulic Head Loss Rate in Sea Dike
임성훈
*,†･ 허건
**Eam, Sung Hoon ･ Heo, Gun
Abstract
In this study the pore water pressures were measured in sea dike constructed with the sand dredged in the sea, and they were analyzed with the hydraulic head loss rate to estimate quantitatively the state of blocking seepage in the sea dike embankment. Blocking state was expressed as the number between 0 and 1. the number of 1 means the state of perfectly blocking seepage and the number of 0 means the state of sea water being passing free. The deeper the installed position was the lower the hydraulic head loss rate was and the longer the seepage path length was the higher the hydraulic head loss rate was.
The estimated R-squareds were close to 1, which means that the embankment was steady state without movement of soil particles Keywords:Hydraulic head loss rate; Seepage; Sea dike; Pore water pressure
* Major of Rural Construction Engineering, Kongju National University
** Rural Research Institute, Korea Rural Community Corporation
† Corresponding author
Tel.: +82-41-330-1264 Fax: +82-41-330-1269 E-mail: [email protected]
Received: August 19, 2014 Revised: October 20, 2014 Accepted: October 24, 2014
Ⅰ. 서 론
Sheet pile이나 댐 등 물막이 구조물에 대한 안정 검토 시에 는 우선적으로 한계동수경사에 대한 파이핑의 가능성을 평가 하거나 누수량을 모니터링하는 것이 일반적이다. 오래전에 정립된 침투이론을 토대로 수립된 평이한 방법이므로 이와 관련된 최신의 연구결과는 많지 않다. Naveed and Richards (1975)와 Schroeder and Maitland (1979)는 원형셀에 의한 가물막이의 응력변화 설계법 등에 대해서 연구하였다. 가물 막이 시공위치가 하천이었으므로 침투류 유입부의 수위도 일 정하게 유지되는 조건이었다. 이외에도 다른 많은 연구자들 이 비슷한 조건에 대해서 분석하였으며, 비교적 최근의 연구 로는 Miura et al. (2001)이 가물막이에서 보일링에 대한 해석 을 3차원으로 해야 신뢰성이 있다고 하였으며 외측 수위조건 은 일정하게 유지되는 조건이었다. Mansur and Durrett (2002) 은 Ohio 강에서 원형셀과 원호셀을 이용한 가물막이에 대해 서 다양한 분석을 실시하였으며 강의 수위는 일정하게 유지 되는 조건으로 하였다. 이상과 같이 가물막이의 침투안정관
리에 대한 많은 연구들이 수행되었으나 기본적으로 침투류의 유입부의 수위는 일정하게 유지되는 조건에 대한 연구들이 수행되었으며 간만의 차가 큰 해안가에 물막이 구조물을 축 조한 경우에 대한 연구는 많지 않다.
침투수압이 조위변동의 영향을 받는 경우에는 측정되는 공극수압이 조위변동과 비슷한 형태의 주기적인 변화를 반복 한다. 측정되는 공극수압이 일정한 값을 유지하지 않고 등락 을 반복하므로 공극수압의 변화를 관찰하여 이상 여부를 판 단하는 것이 어렵다. 이러한 경우에 단순한 통계적인 방법이 나 결정론적 방법보다 효율적인 침투안정관리에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았으며 최근에서야 시계열분석이나 다항 식 모델과 같은 좀 더 복잡한 통계적인 분석법을 이용하는 방 법들과 단순한 회귀분석에 인공신경망이론을 적용한 분석법 등이 연구되었다 (Huang and Lie, 2009). 그러나 이러한 방법 은 자료가 주기적으로 변동하는 경우에 대해서 좀 더 정밀한 통계적인 분석법을 적용한 것일 뿐이며 침투류가 통과하는 지반의 고유한 물리적 성질을 반영하지 못한다. 또한 예측시 간이 길어질수록 편차가 크게 발생하는 경향이 있어서 직전 까지의 관측치를 이용해서 다시 회귀분석을 해야 하는 단점 이 있다.
Eam et al. (2010a)은 기존의 방법들을 대체하기 위해서 수 두손실률기법을 개발하고 시화조력발전소 건설현장에 축조 된 원형셀 가물막이의 침투류에 대한 안정관리에 성공적으로 적용하였다. Eam et al. (2010b)은 개발된 수두손실률 기법을 새만금방조제에서 계측된 1개의 공극수압 자료에 시범적으
Fig. 1 The Schematic illustration of the measurement of seepage force (modified from the figure on Eam (2013))
로 적용하여 제체의 차수상태를 평가하였다. Hanssen andLeijen (2008)은 총 연장 17,000 km에 달하는 네덜란드의 방 조구조물 (WDS, Water Defense Structure)에 대해서 지난 한 세기 동안 여전히 전문가들이 육안관찰을 통해서 구조물 외 형상의 변형 유무를 감시해오고 있다고 하였다. 이러한 기존 의 감시 방법은 관찰빈도가 일 년에 1번 정도로 간헐적이고 주관적이며 정성적인 문제점이 있다고 지적하고 있다. 이를 개선하기 위해서 제체에 표지판을 설치하고 위성레이더 간섭 계를 이용해서 표지판의 이동을 밀리미터 단위까지 감시하는 방안을 제시하였다. Closson and Karaki (2014)는 이 기술을 요르단 사해 (Dead Sea)에 있는 제방의 안정성 감시에 응용하 여 인공위성 합성개구레이더 (SAR)의 차분간섭영상을 이용 한 지반의 변위 및 싱크홀의 발생 여부를 감시한 사례를 소개 하였다.
준설해사로 축조된 방조제는 외형상의 변형뿐만 아니라 제체 내부의 파이핑 현상의 발생 여부도 감시해야하기 때문 에 제체 내부에서 공극수압을 계측하고 있으나 측정된 공극 수두가 조위의 영향을 받아서 주기적으로 변화하므로 기존의 분석 방법으로는 이상 유무를 판단하는 것이 곤란하다. 본 연 구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 준설해사로 축조 된 방조제에서 계측된 공극수압자료를 수두손실률에 의한 해 석 방법을 적용하여 분석하고 제체의 차수 상태를 정량적으 로 평가하고자 한다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 수두손실률
Eam et al. (2010a)은 물막이 제체의 침투안정관리를 위해 서 식(1)과 같이 수두손실률을 정의하고 시화조력발전소 건 설현장에 적용하여 그 유용성을 확인하였다.
a H
P
H
P H
P
(1)
여기서
H
P : Fig.1에서 P1 공극수압계에서 측정된 수두H
P : Fig.1에서 P2 공극수압계에서 측정된 수두
: 차분기호가로축을 유입부의 공극수압 수두로 하고 세로축을 유입 부와 유출부에서 측정된 공극수압 수두차로 나타내었을 때의 기울기가 식(1)로 표현된 수두손실률이다. 침투경로 P1 -> P2 가 완전한 차수상태라면 P1의 수두변화에 관계없이 P2는 일 정한 값을 유지하므로 식(1)에서 분모와 분자의 변화량이 같 게 되어서 수두손실률 a는 1이 된다. 침투경로가 완전한 통수 상태라면 침투경로 상에서 침투압의 감소가 발생하지 않으므 로 P1과 P2의 수두는 같게 되고 식(1)에서 분자가 0이 되어 수 두손실률 a도 0이 된다. 이와 같이 수두손실률 a는 침투경로 의 차수상태를 0~1 사이의 정량적인 수치로 나타낸다.
유입부의 침투압이 일정하거나 아주 서서히 변화하는 경 우에는 제체 내부에서 측정된 공극수압의 크기를 이전에 측 정된 값과 비교하는 것만으로도 제체의 이상 유무를 충분히 감시할 수 있다. 그러나 조석현상의 영향을 받는 해안에서는 제체 내에서 측정되는 공극수압이 조석 주기에 따라서 변화 하기 때문에 단순히 이전의 값과 비교하는 것만으로는 이상 유무를 파악하는 것이 쉽지 않으며 제체의 변화가 점진적으 로 일어나는 경우에는 더욱 어렵다. 그러나 수두손실률에 의 한 방법으로 분석을 하면 이러한 조건에서도 보다 용이하게 변화를 파악할 수 있다.
일반적으로 P1의 공극수압이 증가하거나 감소하면 P2의 공극수압도 대응해서 증가하거나 감소하지만 침투경로상의 지반조건이 일정하게 유지되면 차수효율도 침투압의 크기에 관계없이 일정하게 유지될 것이라는 가설을 세우고 차수효율 을 표현할 수 있는 방법을 모색하여 수두손실률을 제시하게 되었다.
Fig. 2 The position of measurement section on Saemangeum sea dike
(a) P1 STA.20+30
(b) P1 STA.23+10
(c) P2 STA.27+00
(d) P2 STA.65+15
Eam et at. (2010a)의 연구결과에서 제시된 수두손실그래프의 특징은 다음과 같다. 침투경로 상의 지반조건에는 변화 가 없으나 내측 수위가 상승하여 제체 내외부의 수위차가 감 소한 경우에는 수두손실그래프가 기울기는 일정하지만 위쪽 으로 이동을 하게 된다. 반대로 내외부의 수위차가 증가하는 경우에는 수두손실그래프가 기울기는 일정하지만 아래쪽으 로 이동하게 된다. 이 경우에는 제체가 침투압에 대한 저항을 더 많이 받게 되므로 보다 주의 깊게 제체의 안정성을 감시해 야 한다. 제체에 침투유로가 형성되어 있고 침투수가 일시적 으로 저류할 수 있는 공간이 제체 내부에 존재한다면 P1의 변 화에 대응하는 P2의 변화에 시간차가 발생하기 때문에 그래 프의 궤적은 타원형을 나타내게 되며 차수가 불량한 상태이 므로 수두손실률은 작게 된다. 차수상태가 다소 불량한 경우 에도 침투경로상에 시간지연의 원인이 되는 공동이 존재하지 않고 토사 이동이 일어나지 않는 안정된 상태라면 비록 수두 손실률은 작게 나타나도 결정계수 값은 크게 나타날 수 있다.
2. 해석자료
새만금 방조제에서 계측된 공극수압 자료로부터 수두손실 률을 산출하고 결과를 분석하였다. 새만금 방조제에서는 2001년부터 층별침하계, 경사계, 공극수압계 등을 설치하여 계측을 하고 있다. 이 연구에서는 2008~2009년 사이의 일부 기간 동안 계측된 자료를 이용하였으며 당시 계측단면의 평 면위치와 각 단면별 공극수압계의 매설 지점은 Fig. 2와 Fig.
3에 나타내었다. 일부 단면은 수두손실률에 의한 침투안정관 리방안이 제시되기 이전에 계측기를 설치하였기 때문에 침투 경로를 고려하지 않고 공극수압계를 매설하였다.
Fig. 4(a)는 앞에서 기술한 각각의 측점들에서 계측한 공극
(e) P2 STA.91+00
(f) P3 STA.6+50
(g) P3 STA.17+50
(h) P4 STA.20+00
(i) P4 STA.70+00
Fig. 3 Schematic illustrations of the pore water pressure measure- ment sections in the Saemangum sea dike
(a) The data measured on P1 STA.20+30 PWP1 sensor
(b) Comparison the measured pore water pressure head with the sea water level
Fig. 4 Sample of the measured pore water pressure heads
수압수두들의 일례로써 P1_STA.20+30 단면의 PWP1 공극 수압계에서 계측된 자료를 나타낸 것이다. 시공이 진행 중이
었으므로 일부 기간 동안 계측이 중단되었다. 댐이나 하천제 방과 같이 침투수가 유입되는 부분의 수위가 일정하게 유지 되거나 점진적으로 변화하는 경우에는 물막이 구조물 안쪽에 서 측정된 공극수압도 일정하거나 점진적으로 변화하므로 이 전의 자료와 비교하는 것만으로도 이상 유무를 파악할 수 있 으나 그래프에 나타난 것과 같이 조석의 영향을 받는 해안가 에서는 계측된 공극수압도 주기적으로 변화하기 때문에 이상
(a) Hydraulic head loss graph at P1_STA.20+30 PWP1
(b) Hydraulic head loss graph at P1_STA.23+10 PWP10 Fig. 5 Samples of the hydraulic head loss graphs
유무를 판단하는 것이 곤란하다. Fig. 4(b)는 짧은 기간 동안 의 계측자료만을 확대하여 해조위와 비교한 것이다. 계측된 수두가 해조위보다 진폭이 약간만 작게 나타나므로 차수상태 가 불량함을 알 수는 있지만 정량적으로 제시할 수는 없으며 이러한 상태도 정점과 저점에서만 인지할 수 있다. 따라서 실 시간으로 감시가 이루어지는 상황에서는 이전 측정값과의 비 교만으로는 이상 유무를 판단하는 것이 쉽지 않다.Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 수두손실그래프
식(1)에서 P1을 해조위로 설정하고 P2를 계측된 공극수두 로 설정하여 수두손실그래프를 작성하고 수두손실률을 산출 하였다. 수두손실그래프를 작성하기 위해서는 P1과 P2의 계 측시점이 일치해야 한다. 그러므로 계측 시스템은 어느 시점 에서 동시에 또는 매우 짧은 시간동안 전체 센서들이 계측될 수 있도록 구현되어야 수두손실률을 적용할 수 있다. 일부 계 측기간 동안에는 해측 조위관측자료가 없어서 해운항만청에 서 관리하는 인근 조위관측소의 계측자료를 활용하고자 하였
으나 계측시점이 일치하지 않았기 때문에 수두손실률을 적용 하는 과정이 원활하게 수행되지 않았다.
Fig. 5는 해석된 수두손실그래프들 중에서 수두손실률이 상이한 결과를 나타내는 두 수두손실그래프를 비교한 것이 다. 일부 계측자료들은 현장의 계측 여건에 따라서 측정이 중 단되기도 하였기 때문에 모두 동일한 기간 동안의 자료를 확 보하지는 못했다.
Fig 5(a)는 P1_STA.20+30 단면에 설치된 PWP1 공극수 압계의 계측자료를 분석한 것이고 Fig. 5(b)는 P1_STA.23+10 단면에 설치된 PWP10 공극수압계의 계측자료를 분석한 것 이다. Fig. 5(a)에서는 수두손실률이 0.2 정도로 차수가 매우 불량한 상태에 있으며 결정계수도 0.5 정도로 P1_STA.23+10 단면에 설치된 PWP10보다 상대적으로 낮게 나타났다.
Fig. 5(b)에서는 수두손실률이 0.9이상으로 나타나서 차수 상태가 양호하고 결정계수도 1에 가깝게 나타났다. 회귀분석 에서 결정계수는 전체 종속변수들 중에서 회귀모형으로 설명 되는 종속변수의 비율을 의미한다. 선형회귀분석에서 모형 은 직선이므로 결정계수가 크면 직선모형으로 설명되는 종속 변수의 비율이 커서 산점도는 직선에 근접하게 된다. 수두손 실그래프에서 결정계수는 침투경로의 상태변화가 진행되고 있는지를 판단하는데 이용될 수 있다. 침투류의 차단에 영향 을 미치는 제체의 물리적 상태가 변하지 않는 경우에는 조석 의 반복에 따른 수두손실그래프의 반복패턴이 고정된다. 물 리적 성질이 변하는 경우에는 수두손실그래프의 반복패턴도 불규칙적으로 변하므로 선형회귀모형으로 설명되는 자료의 비율이 낮아지고 결정계수도 작아진다. 결정계수는 수두손 실률이 큰 경우에는 대부분 1에 가까운 값을 나타내지만 침투 유로가 안정되어 있고 경로상에 공동이 존재하지 않아서 시 간지체가 일어나지 않는 경우에는 수두손실률은 작고 결정계 수는 크게 나타날 수도 있다. 수두손실그래프의 이러한 특징 은 Eam et al. (2010)의 연구에서도 제시되고 있다.
2. 수두손실률에 의한 각 구간별 해석결과
가. P1 구간의 해석결과P1의 STA. 20+30 단면과 STA.23+10 단면에서 계측된 자 료를 분석한 결과를 Table 1 및 Fig. 6에 나타내었다. 간만의 차는 최대 EL±4.5 m 이며 일부계측기는 평균해수면보다 높 은 곳에 매설되었다. Eam (2013)이 제시한 것과 같이 제체 내 부에서는 침윤선의 변화가 크지 않다. 해측 경계로부터 상대 적으로 안쪽에 설치되었거나 평균해수면보다 매우 높은 위치 에 설치되어서 측정된 공극수압이 주기적인 형태를 나타내지 않고 완전차수상태로 분석된 계측결과들은 분석에서 제외하 였다. 해측보다 호측에 더 가깝기 때문에 호측 수위와 상호 간
Table 1 The results of the hydraulic head loss analysis on sea dike P1
Pore water
pressure sensor EL Seepage length
Hydraulic head loss
rate
R2
P1_STA.20+30_1 -6 1.62 0.1941 0.5392 P1_STA.20+30_2 -3 4.18 0.7212 0.984 P1_STA.20+30_5 -2 3.87 0.4244 0.7398 P1_STA.20+30_6 0 4.75 0.7237 0.8754 P1_STA.20+30_8 0.7 2.51 0.2407 0.323
P1_STA.23+10_1 -5 2.78 0 1
P1_STA.23+10_2 -2 5.7 0.8837 0.9569 P1_STA.23+10_3 0 7.29 0.9674 0.9946 P1_STA.23+10_5 -2 4.28 0.6187 0.5663 P1_STA.23+10_6 0 5.31 0.9773 0.9899 P1_STA.23+10_8 0.7 2.82 0.9047 0.9156 P1_STA.23+10_9 2 3.62 0.9857 0.9938 P1_STA.23+10_10 -4 3.57 0.9392 0.9833
(a) Hydraulic head loss rate vs elevation of Installed pore water pressure sensor
(b) Hydraulic head loss rate vs Seepage length Fig. 6 The result of hydraulic head loss rate analysis on the sea
dike P1
섭이 발생하여 조석현상의 영향을 파악할 수 없는 계측결과도 분석에서 제외하였다. 전체 21개의 계측결과 중에서 8개 의 계측결과를 이러한 이유로 분석에서 제외하였으며 나머지 분석된 결과들은 Table 1에 나타내었다.
Table 1에서 결정계수 값들이 STA.20+30 단면보다는 STA.23+10 단면에서 전반적으로 더 크게 나타나서 보다 안 정된 상태임을 알 수 있다. 해석된 수두손실률이 0~1 사이에 서 다양하게 나타났기 때문에 그 원인을 파악하기 위해서 계 측기의 매설깊이와 침투경로길이의 상관성을 각각 살펴보았 다. Fig. 6(a)는 수두손실률과 계측기 매설깊이의 상관성을 나 타낸 것이다. 산출된 결정계수 0.3034로부터 계산된 상관계 수는 +0.5508이다.
산점도에서 매설깊이가 0.7 m로 비교적 높은 위치임에도 수두손실률이 0.24로 작게 나타난 예외적인 자료를 제외하면 상관계수는 0.7368가 된다. 예외적인 이 값은 P1_STA.20+
30 PWP8에서 계측한 자료를 해석한 결과이며 1차 사석단면 과의 경계면에 가깝게 매설하였기 때문에 조석현상의 영향을 많이 받은 것으로 판단된다.
매설표고가 낮아짐에 따라서 수두손실률도 감소하는 관계 가 나타난 것은 제체의 위치가 낮을수록 수중에서 성토체를 다지는 것이 어렵기 때문에 나타난 결과로 생각된다. EL–6 m 및 EL–5 m 에서 수두손실률이 낮게 나타난 것도 극저조위보 다도 더 낮은 위치이므로 항상 해수면 아래 수중에 있는 상태 에서 다짐시공이 되었기 때문으로 판단된다.
Fig. 6(b)는 침투경로길이와 수두손실률과의 관계를 나타
낸 것이다. 결정계수로부터 산출한 상관계수는 +0.6345로 나 타났다. 침투경로길이와 수두손실률 사이의 비례관계는 제 체의 폭이 확대되면 침투수량이 감소하는 당연한 현상과 일 치하는 결과이다. 따라서 해측에 가깝고 깊은 곳에서는 제체 내부에 미치는 조석현상의 영향이 크지만 해측에서 멀어질수 록 차수효과가 커진다는 것을 확인할 수 있다.
나. P2 구간의 해석결과
P2 구간에서는 계측기가 설치된 단면들의 특성이 다양하 다. STA.27+00 단면 및 STA.91+00 단면은 각각 GAP1과 GAP2 끝막이 구간들에 속한다. 이 구간은 원지반 위에 사석 에 의한 바닥보호공 층이 포설되었고 그 위쪽에 방조제 제체 가 성토되었다. STA.65+15 단면은 일반적인 구간의 단면이 다. P1구간에서와 마찬가지로 평균해수면보다 너무 높은 위 치에 설치되어서 공극수두가 조석현상의 영향을 받지 않는 것으로 나타난 2개의 계측결과는 제외하고 전체 27개의 계측 결과 중에서 25개의 자료를 분석하였다.
구간 전체의 분석결과를 나타낸 Table 2에서 수두손실률은
Table 2 The results of the hydraulic head loss analysis on sea dike P2
Pore water
pressure sensor EL Seepage length
Hydraulic head loss
rate
R2
P2_STA.27+00_1 -1 1.68 0.9894 0.9992 P2_STA.27+00_2 0.9 3.62 0.9576 0.945 P2_STA.27+00_4 -4 1.18 0.2945 0.8855 P2_STA.27+00_5 -2 3.05 0.8551 0.9743
P2_STA.27+00_6 0 4.87 1.0078 0.9821
P2_STA.27+00_7 -14.9 0 0.1631 0.8384 P2_STA.27+00_8 -4.9 6.25 0.3409 0.9155
P2_STA.27+00_9 -15 25 0.5105 0.9551
P2_STA.27+00_10 -5 23.6 0.4581 0.9282 P2_STA.27+00_11 -15.7 45 0.8584 0.5568 P2_STA.27+00_12 -5.2 43.06 0.8002 0.9286 P2_STA.65+15_1 -5.431 2.51 0.7687 0.9669 P2_STA.65+15_2 -1.931 6.71 0.8367 0.9742 P2_STA.65+15_3 -4.626 14.4 0.9457 0.8947 P2_STA.65+15_4 -1.126 16.13 0.9476 0.9702 P2_STA.65+15_5 -6.432 32.54 0.8653 0.9673 P2_STA.65+15_6 -2.912 33.07 0.9709 0.9892
P2_STA.91+00_1 0 1.92 0.752 0.9018
P2_STA.91+00_2 1 4.29 1.004 0.9697
P2_STA.91+00_4 -4 2.66 0.9095 0.9838
P2_STA.91+00_5 -2 4.6 0.9164 0.9743
P2_STA.91+00_6 0 6.73 0.9939 0.9798
P2_STA.91+00_7 -25 0 0.3947 0.8859
P2_STA.91+00_8 -5 16.49 0.417 0.8577
P2_STA.91+00_9 -25 0 0.4428 0.9256
(a) Hydraulic head loss rate vs elevation of Installed pore water pressure sensor
(b) Hydraulic head loss rate vs Seepage length Fig. 7 The result of hydraulic head loss rate analysis on the sea
dike P2
단면별로 다른 특성을 나타내고 있다. 일반 구간인 STA.65+15 에서는 전반적으로 모든 수두손실률이 크게 나타나서 제체의 차수상태가 양호한 것으로 판단된다. 그러나 GAP 구간에 포 함되는 단면들에서 바닥 보호공에 가까운 곳에서는 차수상 태가 불량한 것으로 나타났다. 그러나 바닥보호공 층에서도 해측에서 멀어질수록 차수효과가 커지고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 상부 준설토사가 바닥보호공층의 큰 공극들을 부분적으로 충진하였음을 의미한다. 일부 측점에 서 수두손실률이 낮게 나타났으나 결정계수는 전체 결과에 서 전반적으로 1에 근접한 양호한 상태를 나타내어서 제체 내에서 토사의 이동이 없는 안정된 상태인 것으로 판단된다.
다양한 특성의 단면들에서 계측이 이루어졌음에도 불구하 고 Fig. 7(a)에서 매설깊이와 수두손실률과의 관계는 P1구간
에서와 유사하게 나타났다. 침투경로길이와 수두손실률과의 관계를 나타낸 Fig. 7(b)에서는 상관계수가 +0.1592이므로 상관성이 약한 것으로 나타났다. 일반구간과 최종체절구간, 각 계측단면 내에서도 준설해사 성토층과 바닥보호공층 등 계측기 설치위치의 특성이 다양하기 때문인 것으로 생각된다.
다. P3 구간의 해석결과
P3 구간은 연약지반 위에 산토로 성토가 되어서 실트질 준 설해사로 성토된 다른 구간들과는 그 구성이 전혀 다르다. 산 토로 성토되었기 때문에 수두손실률도 매우 클 것으로 예상하 였으나 해석결과는 Table 3에 나타난 것과 같이 예상보다 작은 값을 나타내었다. STA.6+50 단면에서는 내측에 위치한 PWP2 의 수두손실률이 해측보다 더 작게 나타났다. 이것으로부터 PWP1 위치를 우회해서 PWP2에 도달하는 침투경로가 발달 되었음을 추정할 수 있다. 그러나 모든 해석결과에서 결정계 수가 1에 가깝게 나타났기 때문에 토사의 이동이 없는 안정된 상태인 것으로 판단된다.
Table 3 The results of the hydraulic head loss analysis on sea dike P3
Pore water
pressure sensor EL Seepage length
Hydraulic head loss
rate
R2
P3_STA.6+50_1 -3.67 6.23 0.8503 0.9709 P3_STA.6+50_2 -4.09 23.51 0.3517 0.9619 P3_STA.17+15_2 -4.21 23.37 0.7068 0.8621
Table 4 The results of the hydraulic head loss analysis on sea dike P4
Pore water
pressure sensor EL Seepage length
Hydraulic head loss
rate
R2
P4_STA.20+00_1 -0.5 5.82 0.774 0.9152 P4_STA.20+00_3 -1 5.53 0.7127 0.9591 P4_STA.70+00_1 -0.5 4.42 0.6236 0.8724 P4_STA.70+00_3 -2.5 5.63 0.5536 0.9449 P4_STA.70+00_4 -0.5 7.44 0.8368 0.9659
(a) Hydraulic head loss rate vs elevation of Installed pore water pressure sensor
(b) Hydraulic head loss rate vs Seepage length Fig. 8 The result of hydraulic head loss rate analysis on the sea
dike P4
라. P4 구간의 해석결과STA.20+00은 일반단면이고 STA.70+00은 GAP3 끝막이 구간에 속한다. 그러나 P2 구간보다는 심도가 낮고 P2 보다 먼저 끝막이 시공이 이루어졌기 때문에 끝막이 유속도 상대 적으로 느린 상태에서 최종체절이 실시되었다.
이 구간에서는 1차 사석단면과 준설해사 성토단면 사이의 경계면에서의 제체 거동을 감시하기 위해서 계측을 하였다.
설치위치가 평균해수면보다 매우 높아서 측정된 공극수두가 조석현상의 영향을 받지 않고 완전차수상태에 가깝게 나타난 자료는 제외하고 전체 10개의 계측자료 중에서 5개의 계측자 료만 분석한 결과를 Table 4에 나타내었다. 설치위치의 조건 이 동등한 특성을 나타내므로 상관계수들이 다른 구간보다 높게 나타났다.
매설깊이와 수두손실률과의 관계를 나타낸 Fig 8(a)에서 상관계수는 +0.7288로 나타났다. 측정위치가 높아질수록 수 두손실률이 크게 나타난 것은 제체의 표고가 높을수록 해수 면 위로 노출되는 기간도 많아지므로 다짐시공도 더 잘 되었 기 때문으로 판단된다.
Fig. 8(b)는 수두손실률과 침투경로와의 관계를 나타낸 것 이다. 계측지점을 원의 중심으로 하고 1차 사석단면과의 경계 면에 접하는 원호의 반지름을 침투경로길이로 산정하였다. 1 차 사석단면이 조류의 유속에 대해서 침투저항이 발생하지 않을 정도로 큰 공극상태인지를 확인할 수 없으며, 준설해사 성토단면 내에서도 1차 사석단면과의 경계면으로부터 조류
가 최단거리를 통해서 침투하는지도 확인할 수 없는 상태에 서 단순히 기하학적인 형상만을 고려해서 침투경로를 산정하 였으나 수두손실률과 유사한 정도의 상관성을 나타내고 있으 므로 산정한 침투경로가 실제 조건에 근접한 것으로 판단된다.
Ⅳ. 결 론
이 연구에서는 준설해사로 축조된 방조제에서 계측된 공 극수압자료를 수두손실률에 의한 해석 방법을 적용하여 분석 하고 제체의 차수 상태를 정량적으로 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
(1) 제체 내부에서 계측된 공극수압자료를 수두손실률에 의 한 침투류 감시기법으로 해석한 결과 제체의 차수 상태를 0~1 사이의 정량적인 값으로 파악할 수 있었다.
(2) 방조제 제체에서 계측 심도가 깊을수록 수두손실률이 작 게 나타났고 전반적으로 침투경로가 길수록 수두손실률
이 크게 나타나서 제체의 폭이 길어질수록 조석에 대한 차 수효과도 커짐을 확인할 수 있었다.
(3) 끝막이구간에 시공된 바닥보호공에서는 준설해사 충진 이 완전하지 않아서 해측은 차수상태가 불량한 상태이지 만 내측에서는 수두손실률이 높게 산출되어서 해석결과 에 의하면 차수상태가 양호할 것으로 판단된다.
(4) 수두손실그래프의 결정계수 값들이 대부분 크게 나타나 서 제체 내부의 토사 이동이 크지 않은 안정된 상태임을 알 수 있었다.
REFERENCES
