근입식 강판셀 공법의 설계기법 연구

목차

1. 서론

2. 설계방법

2.1 설계절차

2.2 벽체에 작용하는 외력

2.3 안전성 검토

3. 설계자동화 프로그램 개발

4. 셀제원 결정방법

5. 타설장치 설계기술 확보를 위한 모형실험

6. 결론

본문내용

한다. 아크는 셀에 직각으로 접속하도록 배치하며 반경은 셀 본체의 반경보다 작게 하는 것이 좋다.
4.2 최적 제원 제안
강판셀의 제원은 Fig. 1의 설계 절차를 따라 여러차례 시산을 거쳐 적정 단면을 결정한다. 이 중에서 셀의 소요 환산벽체폭 B는 전단변형 검토 항목과 관련이 있고, 소요 근입장은 지반반력 및 벽체의 변위와 관련이 있다. 즉, 환산벽체폭 B를 초기에 적절히 가정할 수 있다면 셀의 근입장만 결정하면 되므로 강판셀의 최적 제원 결정이 쉬워진다.
본 연구에서는 개발한 프로그램 EMCELL을 사용하여 수심에 따른 셀 직경의 최저치를 결정하였다. 셀의 계획고는 최고해수위보다 1.2m 높게 가정하고, 셀 중심간의 거리를 셀 직경의 1.125배로 하여 속채움 흙의 내부마찰각을 1, 뒷채움 흙의 내부마찰각을 2라고 한다면 셀 직경의 하한치는 Fig. 6과 같다. Fig. 6에서 보는 바와 같이 수심에 따라 셀 직경은 거의 직선변화를 하며, 또한 속채움이나 뒷채움 흙의 내부마찰각이 증가할수록 셀 직경을 작게 할 수 있음을 알 수 있다.
셀의 근입장은 셀 전체 높이의 ⅛을 최소로 하여 근입장 가정 및 중력식 벽체로서의 안정 검토를 수행하는 시산법을 거쳐 결정한다. 본 연구에서 개발한 프로그램 EMCELL에서는 셀 의 중력식 벽체로서의 안정검토를 수행할 수 있도록 회전각 및 회전중심깊이와 수평, 연직 및 전단지반반력계수를 구하고 이로부터 지반반력을 계산한다. 또한 셀의 활동에 대한 검토와 셀마루의 변위검토를 수행한다. 지반지지력에 대한 검토와 원호활동에 대한 검토는 따로 수행하여야 한다.
Fig. 6 속채움 및 뒷채움 흙의 내부마찰각에 따른 셀 직경 하한치
5. 타설장치 설계기술 확보를 위한 모형실험
본 연구에서는 근입식 강판셀 공법에서 동기진동햄머 타설장비 설계기술 확보를 위해 동기진동햄머 및 강판셀 모형을 제작하여 직접 육상지반에 근입시키는 실험을 수행하였다. 강판셀의 타설장치에는 가변형 동기진동햄머가 사용되었다. 가변형 동기진동햄머는 정상 관입시에는 전체 진동햄머의 동기진동이 가능하고, 셀이 기울어 졌을 경우에는 일부 진동햄머만을 가동하고 나머지 진동햄머는 가동 중단할 수 있도록 각 진동햄머를 제어 알고리듬에 의해 동기화시킨 장치이다. 진동햄머 사용대수는 해저지반의 토질조건, 견고한 정도로부터 필요진폭을 추정하여 전체진동중량, 편심모멘트, 기진력 등으로부터 다음 식 (8)을 만족하도록 결정한다.
rm a `=` n `K_o / Q_o `ge` a prime`, ~~ n`P_o `ge` T_{V`} `, ~~ Q_o `>` R_d
(8)
여기서, a는 셀의 진폭,
rm a prime
는 소요 진폭, n은 진동햄머 사용 대수,
rm K_o
는 진동햄머 1대당 편심모멘트,
rm P_o
는 진동햄머 1대당 기진력,
rm Q_o
는 전체진동중량,
rm T_V
는 셀 근입부의 주면 동마찰력,
rm R_d
는 셀타설시의 선단저항력을 나타낸다.
모형의 제원은 직경 1.0m, 높이 1.2m, 판 두께 3.2mm로서 근입시 좌굴을 방지하기 위하여 두부와 중간부에 환보강재를 장착하였다. Fig. 7은 외부실험시 실험장치와 실험현장의 모습이다.
Fig. 7 관입되고 있는 강판셀의 모습
6. 결론
본 연구에서는 향후 항만 시설의 건설 수요가 지속적으로 발생하고 있는 시점에서 종래의 방법에 비해 급속 시공 및 경제성의 확보, 건설시 해양 오염의 최소화와 아울러 점차 대수심화되어 가는 입지 조건에 유리한 근입식 강판셀 공법의 실용화 기술 확보를 위한 연구를 수행하였다. 본 연구의 수행 결과 및 수행 과정에서 발견한 사항은 다음과 같다.
1) 강판셀 공법의 실용화를 위한 구조 및 지반 관련 상세설계 기술을 확보하였으며, 호안 단면의 설계 자동화를 위한 전산 프로그램 EMCELL을 개발하였다. 본 프로그램은 사질지반, 점성토 지반 및 샌드컴팩션파일에 의한 개량 지반을 망라한 모든 지반 여건에 대해서 최적 호안 단면의 결정이 가능하다.
2) 강판셀의 근입을 위한 지반조건 및 셀 규모에 따른 진동햄머의 소요 출력 결정 기법을 확립하였으며, 정상 관입시에는 전체 진동햄머의 동기진동이 가능하고, 셀이 기울어진 비정상시에는 셀의 기울기를 바로 잡기 위해 일부 진동햄머의 동기진동이 가능한 가변형 진동햄머의 개발을 위한 모형 관입실험을 수행하였다.
3) 경제성 분석 수행 결과에 의하면 본 공법은 종래의 공법에 비해 경제성 측면에서 유리
하며, 수심 -14.5 m, 호안 연장 1.8 km 기준으로 사석식 경사제 대비 17.9 %, 콘크리트 케이슨식 공법 대비 6.4 %, 거치식 이중벽 강판셀 공법 대비 5.3 % 정도 저렴하고, 거치식 단면벽 강판셀공법과는 대등한 것으로 밝혀졌다.
7. 참고문헌
(1) 포항 제4투기장조성 실시설계보고서, 포항종합제철(주), 1993.
(2) 高瀨華紀, 根入れ式鋼板セル工法, 土木施工, 32권 3호, 1991.
(3) 伊藤義博 外, 根入れ式鋼板セルの施工について, 住友金屬, Vol. 34, No. 2, 1982.
(4) 土留め構造物の設計法, 土質工學會, 1975.
(5) J.B.Hansen, Earth Pressure Calculation, The Danish Technical Press, 1953.
(6) 立石哲郞, Cellular Bulckheadの設計法について, 土と基礎, Vol. 3, No. 9, 1955.
(7) 鋼板セル試驗報告書, 運輸省港灣技術硏究所 外, 1966.
(8) 根入れ式鋼板セル工法(設計マニュアル), 根入れ式鋼板セル協會.
(9) 항만시설물 설계기준서, 해운항만청, 1993.
(10) 根入れ式鋼板セル工法(設計·施工マニュアル), 根入れ式鋼板セル協會.
(11) 片山猛雄 外, 1968年 十勝 地震などの被災例による現行設計法の檢討, 港灣技硏資料, No.
93, 1969.
(12) 北島昭一 外, 矢板岸壁地震時被災の分析, 運輸省港灣技術硏究所報告, 제18권, 제1호,
1979.
(13) 박용명, 오성남, 이중벽과 단면벽 강판셀공법 비교분석 및 현장 지원, 포스코개발(주), 1995.
(14) 港灣施設の技術上の基準.同解說, 日本港灣協會, 1979.

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