표제지

목차

ABSTRACT 19

I. 서론 24

II. 연구사 26

III. 재료 및 방법 30

3.1. 연구 대상 30

3.1.1. 새만금 사업의 개요 30

3.1.2. 새만금 방조제 31

3.2. 연구 범위 32

3.2.1. 조사 구간 32

3.2.2. 연구 대상 구조물 32

3.3. 연구 방법 32

3.3.1. 기존 자료 수집 32

3.3.2. 파랑분석 및 안정성 32

3.3.3. 근고공 보강구조물 안정성 33

IV. 파랑분석 및 안정성 34

4.1. 개요 34

4.2. 방조제 해측주변 해저 조사 36

4.2.1. 수심 조사 36

4.2.2. 해저질 조사 41

4.3. 해측조위 및 파랑 모니터링 분석 44

4.3.1. 해측 조위 모니터링 44

4.3.2. 해측 파랑 모니터링 63

4.4. 빈도별 설계파고 재산정 71

4.4.1. 심해설계파 및 설계해상풍 분석 71

4.4.2. 파랑변형 실험 80

4.5. 4호 방조제 시공단면의 안정성 113

4.5.1. 방법 113

4.5.2. 근고공 피복석 안정중량 113

4.5.3. 수치파동수로 실험 122

4.5.4. 보강필요구간 152

V. 근고공 보강구조물 안정성 154

5.1. 개요 154

5.1.1. 시험시공 목적 및 공법 154

5.1.2. 시험시공 구간 및 사면부 보강 범위 155

5.2. 섬유돌망태 공법 157

5.2.1. 옹벽형 157

5.2.2. 이불형 165

5.2.3. 사면형 168

5.3. 그라우팅 공법 171

5.4. PC침목 공법 179

5.5. 피복석보강 공법 186

5.5.1. 제1안 186

5.5.2. 제2안 189

5.5.3. 제3안 192

5.5.4. 제4안 195

5.5.5. 피복석보강 공법 시험시공 모니터링 196

VI. 요약 및 결론 200

참고문헌 204

〈표 3.1.1〉 새만금 방조제 주요제원 31

〈표 3.1.2〉 근고공 보강구조물 시험시공 개요 33

〈표 4.1.1〉 파랑 분석 및 안정성 분석 개요 35

〈표 4.3.1〉 새만금해역 인근 검조소 기준조석 44

〈표 4.3.2〉 조석의 조화상수 및 비조화상수 45

〈표 4.3.3〉 월 최고·최저 조위, 월평균해면 및 월최대편차 51

〈표 4.3.4〉 연도별 최고조위 52

〈표 4.3.5〉 고극조위 극치분석 결과 62

〈표 4.3.6〉 파고부이 관측결과(2012.12.01 ~2015.05.31) 65

〈표 4.3.7〉 모니터링 기간 중 3m이상 유의파고 발생일 67

〈표 4.3.8〉 십이동파 유의파고 계급별·풍향별 출현율(2012.11~2015.05) 69

〈표 4.3.9〉 십이동파 최대파고 계급별·풍향별 출현율(2012.11~2015.05) 69

〈표 4.3.10〉 갈매여 유의파고 계급별·풍향별 출현율(2012.11~2015.05) 70

〈표 4.3.11〉 갈매여 최대파고 계급별·풍향별 출현을(2012.11~2015.05) 70

〈표 4.4.1〉 방조제의 빈도별 파고 71

〈표 4.4.2〉 HR 월링포드가 추산한 새만금 외해의 유의파고와 평균 주기 72

〈표 4.4.3〉 새만금 해역의 심해설계파 73

〈표 4.4.4〉 50년빈도 심해설계파 위치별 파랑 제원 77

〈표 4.4.5〉 100년빈도 심해설계파 위치별 파랑 제원 78

〈표 4.4.6〉 1,000년빈도 심해설계파 위치별 파랑 제원 79

〈표 4.4.7〉 파랑변형 실험 개요 80

〈표 4.4.8〉 1호 방조제설계파 산정 결과(50년빈도) 95

〈표 4.4.9〉 4호 방조제설계파 산정 결과(50년빈도) 96

〈표 4.4.10〉 1호 방조제설계파 산정 결과(100년빈도) 100

〈표 4.4.11〉 4호 방조제설계파 산정 결과(100년빈도) 100

〈표 4.4.12〉 1호 방조제설계파 산정 결과(1,000년빈도) 104

〈표 4.4.13〉 4호 방조제설계파 산정 결과(1,000년빈도) 104

〈표 4.4.14〉 기존 자료 분석결과 비교 108

〈표 4.4.15〉 방조제의 빈도별 파고 109

〈표 4.4.16〉 새만금 방조제의 설계파랑 109

〈표 4.4.17〉 구조물 설계파 산정결과(1,000년 빈도 심해설계파) 111

〈표 4.4.18〉 기 산정된 설계파와 본 연구에서 산정된 설계파 비교 112

〈표 4.5.1〉 피복재 질량을 결정하기 위한 KD값(이미지참조) 115

〈표 4.5.2〉 2층 피복의 경우 각 단계의 피재에 대한 변형정도 S 118

〈표 4.5.3〉 기 시공된 근고공 중량 118

〈표 4.5.4〉 1호 방조제 근고공 안정중량 산정 결과 119

〈표 4.5.5〉 4호 방조제 근고공 안정중량 산정 결과 121

〈표 4.5.6〉 CADMAS-SURF 실험 개요 123

〈표 4.5.7〉 CADMAS-SURF 실험 계수 129

〈표 4.5.8〉 배후지의 중요도를 고려한 허용월파량(항만 및 어항 설계기준, 2005) 129

〈표 4.5.9〉 자연 사립자와 쇄석의 입경별 안식각 134

〈표 4.5.10〉 1호 방조제 근고공 최대평균유속 및 소요중량산정결과 136

〈표 4.5.11〉 1호 방조제 근고공 최대파압 및 평균파압 산정 결과 137

〈표 4.5.12〉 1호 방조제 월파량 산정 결과 137

〈표 4.5.13〉 4호 방조제 근고공 최대평균유속 및 소요중량산정결과 144

〈표 4.5.14〉 4호 방조제 근고공 최대파압 및 평균파압 산정 결과 144

〈표 4.5.15〉 4호 방조제 월파량 산정 결과 144

〈표 4.5.16〉 1호 방조제 근고공 소요중량산정결과 151

〈표 4.5.17〉 4호 방조제 근고공 소요중량산정결과 151

〈표 4.5.18〉 보강구간 및 우선순위 분석결과 153

〈표 5.1.1〉 시험시공 공법 개요 154

〈표 5.2.1〉 옹벽전면 최대파압 및 파력 산정 결과(1,000년빈도 설계파) 159

〈표 5.2.2〉 마찰계수(섬유돌망태 공법) 160

〈표 5.2.3〉 섬유돌망태 옹벽형 안정성 분석 결과 161

〈표 5.3.1〉 배후지의 중요도를 고려한 허용월파량(항만 및 어항 설계기준, 2005) 173

〈표 5.3.2〉 그라우팅 공법 전면 최대파압 산정 결과 173

〈표 5.3.3〉 그라우팅 주입제(흙시멘트) 압축강도 결과 177

〈표 5.4.1〉 1,000년빈도 옹벽전면 최대파압 및 파력 산정 결과 180

〈표 5.4.2〉 마찰계수(PC침목 공법) 183

〈표 5.4.3〉 PC침목 옹벽형 안정성 분석 결과 184

〈표 5.5.1〉 2층피복의 경우에 있어서 각 단계의 피재에 대한 변형정도 S 188

〈표 5.5.2〉 피복재 질량을 결정하기 위한 KD값(이미지참조) 190

〈표 5.5.3〉 2층피복의 경우에 있어서 각 단계의 피재에 대한 변형정도 S(제3안) 194

〈표 5.5.4〉 2층피복의 경우에 있어서 각 단계의 피재에 대한 변형정도 S(제4안) 196

[그림 3.1.1] 새만금 간척지의 위치와 방조제 현황도 30

[그림 3.1.2] 새만금 4호 방조제 해측표준단면도 31

[그림 4.1.1] 파랑 분석 및 안정성 분석 내용 35

[그림 4.2.1] 1호, 2호 방조제외해역의 수심 분포 37

[그림 4.2.2] 고군산군도 내해역의 수심 분포 38

[그림 4.2.3] 4호 방조제 외해역의 수심 분포 38

[그림 4.2.4] 4호 방조제 멀티빔 수심측량 결과(2차원) 39

[그림 4.2.5] 4호 방조제 멀티빔 수심측량 결과(3차원) 40

[그림 4.2.6] 고군산군도 해역의 표층 퇴적상 분포(1) 42

[그림 4.2.7] 고군산군도 해역의 표층 퇴적상 분포(2) 43

[그림 4.2.8] 4호 방조제외해역의 표층 퇴적상 분포 43

[그림 4.3.1] 군산외항 검조소의 연최고, 최저조위 및 평균해면의 연변화... 47

[그림 4.3.2] 군산외항 검조소의 월최고, 최저조위 및 평균해면의 월변화... 47

[그림 4.3.3] 위도 검조소의 연최고, 최저조위 및 평균해면의... 48

[그림 4.3.4] 위도 검조소의 월최고, 최저조위 및 평균해면의 월변화... 48

[그림 4.3.5] 군산외항 검조소의 연최고, 최저조위 및 평균해면의... 49

[그림 4.3.6] 군산외항 검조소의 월최고, 최저조위 및 평균해면... 50

[그림 4.3.7] 군산외항 검조소 관촉조위 결과(2012.11~2015.04) 50

[그림 4.3.8] 파랑관측 위치 63

[그림 4.4.1] 새만금 해역의 10년 빈도 심해설계파 73

[그림 4.4.2] 새만금 해역의 50년 빈도 심해설계파 74

[그림 4.4.3] 새만금 해역의 100년 빈도 심해설계파 74

[그림 4.4.4] 새만금 해역의 심해설계파 격자점 위치도 76

[그림 4.4.5] 격자망도(광역) 94

[그림 4.4.6] 수심도(광역) 94

[그림 4.4.7] 파고·파향벡터도(50년빈도, NW파향, 고극조위, 광역) 96

[그림 4.4.8] 파고·파향벡터도(50년빈도, NW파향,... 97

[그림 4.4.9] 파고·파향백터도(50년빈도, NW파향,... 97

[그림 4.4.10] 파고·파향백터도(50년빈도, NW파향,... 98

[그림 4.4.11] 파고·파향벡터도(50년빈도, NW파향,... 98

[그림 4.4.12] 파고·파향벡터도(50년빈도, NW파향,... 99

[그림 4.4.13] 파고·파향백터도(100년빈도, WNW파향,... 101

[그림 4.4.14] 파고·파향벡터도(100년빈도, WNW파향,... 101

[그림 4.4.15] 파고·파향벡터도(100년빈도, WNW파향,... 102

[그림 4.4.16] 파고·파향백터도(100년빈도, WNW파향,... 102

[그림 4.4.17] 파고·파향백터도(100년빈도, WNW파향,... 103

[그림 4.4.18] 파고·파향벡터도(100년빈도, WNW파향,... 103

[그림 4.4.19] 파고·파향벡터도(1,000년빈도, WNW파향,... 105

[그림 4.4.20] 파고·파향벡터도(1,000년빈도, WNW파향,... 105

[그림 4.4.21] 파고.파향백터도(1,000년빈도, WNW파향,... 106

[그림 4.4.22] 파고·파향벡터도(1,000년빈도, WNW파향,... 106

[그림 4.4.23] 파고·파향벡터도(1,000년빈도, WNW파향,... 107

[그림 4.4.24] 파고·파향벡터도(1,000년빈도, WNW파향,... 107

[그림 4.4.25] 파랑 예측 지점(HR 월링포드연구소) 110

[그림 4.5.1] H1/20과 H1/3의 비 (H1/20은...(이미지참조) 117

[그림 4.5.2] 1호 방조제 해석 단면 120

[그림 4.5.3] 4호 방조제 해석 단면 120

[그림 4.5.4] CADMAS-SURF 모형의 좌표계와 물리량의 정의 125

[그림 4.5.5] VOF 모형의 개요 126

[그림 4.5.6] 1·4호 방조제 수치파동수로 개략도 130

[그림 4.5.7] 1·4호 방조제 유속계·파압계 위치 130

[그림 4.5.8] 1·4호 방조제 월파량산정 수조 모형 131

[그림 4.5.9] 불규칙파 재현 131

[그림 4.5.10] 1호 방조제 해석 단면 136

[그림 4.5.11] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 100년빈도 설계파, 고극조위시) 138

[그림 4.5.12] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 100년빈도 설계파, 약최고고조위시) 138

[그림 4.5.13] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 100년빈도 설계파, 평균해면) 139

[그림 4.5.14] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 100년빈도 설계파, 약최저저조위시) 139

[그림 4.5.15] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 1,000년빈도 설계파, 고극조위시) 140

[그림 4.5.16] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 1,000년빈도 설계파, 약최고고조위시) 140

[그림 4.5.17] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 1,000년빈도 설계파, 평균해면) 141

[그림 4.5.18] 유속 및 파압분포도(1호 방조제 1,000년빈도 설계파, 약최저저조위시) 141

[그림 4.5.19] 월파량 산정(1호 방조제 1,000년빈도 설계파, 고극조위시) 142

[그림 4.5.20] 월파량 산정(1호 방조제 1,000년빈도 설계파, 약최고고조위시) 142

[그림 4.5.21] 4호 방조제 해석단면 143

[그림 4.5.22] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 100년빈도 설계파, 고극조위) 145

[그림 4.5.23] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 100년빈도 설계파, 약최고고조위시) 145

[그림 4.5.24] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 100년빈도 설계파, 평균해면) 146

[그림 4.5.25] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 100년빈도 설계파, 약최저저조위) 146

[그림 4.5.26] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 1,000년빈도 설계파, 고극조위) 147

[그림 4.5.27] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 1,000년빈도 설계파, 약최고고조위시) 147

[그림 4.5.28] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 1,000년빈도 설계파, 평균해면) 148

[그림 4.5.29] 유속 및 파압분포도(4호 방조제 1,000년빈도 설계파, 약최저저조위) 148

[그림 4.5.30] 월파량 산정(4호 방조제 1,000년빈도 설계파, 고극조위시) 149

[그림 4.5.31] 월파량 산정(4호 방조제 1,000던빈도 설계파, 약최고고조위시) 149

[그림 5.1.1] 시험시공 위치(No.25+50~No.30+34.5) 155

[그림 5.1.2] 시험시공 위치((No.83+20~No.84+52) 156

[그림 5.2.1] 섬유돌망태 시험시공 단면(옹벽형) 157

[그림 5.2.2] 섬유돌망태 옹벽전면 파압계 위치 158

[그림 5.2.3] 옹벽에 작용하는 파력 159

[그림 5.2.4] 유속 및 파압분포도(섬유돌망태 공법, 1,000년빈도 설계파, 고극조위) 161

[그림 5.2.5] 유속 및 파압분포도(섬유돌망태 공법, 1,000년빈도 설계파, 약최고고조조위) 162

[그림 5.2.6] 유속 및 파압분포도(섬유돌망태 공법, 1,000년빈도 설계파, 평균해면) 162

[그림 5.2.7] 유속 및 파압분포도(섬유돌망태 공법, 1,000년빈도 설계파, 약최저저조위) 163

[그림 5.2.8] 옹벽형 섬유돌망태 시공 전경(2013.02.27) 164

[그림 5.2.9] 옹벽형 섬유돌망태 파손 상태(2013.12.06) 164

[그림 5.2.10] 섬유돌망태 시험시공 단면(이불형) 165

[그림 5.2.11] 이불형 섬유돌망태 준공 전경(2013.02.27) 167

[그림 5.2.12] 이불형 섬유돌망태 파손 상태(2013.12.06.) 167

[그림 5.2.13] 섬유돌망태 시험시공 단면(사면형) 168

[그림 5.2.14] 사면부 섬유돌망태 준공상태(2013.06.04) 169

[그림 5.2.15] 사면부 섬유돌망태 유실 상태(2015.04.30) 170

[그림 5.3.1] 그라우팅 공법 시험시공 단면 171

[그림 5.3.2] 그라우팅 공법 전면 파압계 위치 172

[그림 5.3.3] 그라우팅 공법 월파량산정 수조 모형 172

[그림 5.3.4] 유속 및 파압분포도(제2안, 1,000년빈도 설계파, 고극조위) 174

[그림 5.3.5] 유속 및 파압분포도(제2안, 1,000년빈도 설계파, 약최고고조위) 174

[그림 5.3.6] 유속 및 따압분포도(제2안, 1,000년빈도 설계파, 평균해면) 175

[그림 5.3.7] 유속 및 파압분포도(제2안, 1,000년빈도 설계파, 약최저저조위) 175

[그림 5.3.8] 월파량 산정 (제2안, 1,000년빈도 설계파, 고극조위) 176

[그림 5.3.9] 그라우팅 주입상태조사(2014.08.11) 177

[그림 5.3.10] 현장 압축강도시험(2014.08.11) 178

[그림 5.4.1] PC침목 시험시공 단면(옹벽형) 179

[그림 5.4.2] PC침목 옹벽전면 파압계 위치 180

[그림 5.4.3] 유속 및 파압분포도(PC침목 공법, 1,000년빈도 설계파, 고극조위) 181

[그림 5.4.4] 유속 및 파압분포도(PC침목 공법, 1,000년빈도 설계파, 최고고조위) 181

[그림 5.4.5] 유속 및 파압분포도(PC침목 공법, 1,000년빈도 설계파, 평균해면) 182

[그림 5.4.6] 유속 및 파압분포도(PC침목 공법, 1,000년빈도 설계파, 약최저저조위) 182

[그림 5.4.7] 옹벽에 작용하는 파력 183

[그림 5.4.8] PC침목 사면부 완공(2013.03.30) 185

[그림 5.4.9] 2014-2015년도 동절기, PC침목 유실(2014.12.24) 185

[그림 5.5.1] 피복석보강 공법 시험시공 단면(제1안) 186

[그림 5.5.2] 피복석보강 공법 시험시공 단면(제2안) 189

[그림 5.5.3] 피복석보강 공법 시험시공 단면(제3안) 192

[그림 5.5.4] 피복석보강 공법 시험시공 단면(제4안) 195

[그림 5.5.6] 제1안 근고공 현황, 안정적 상태(2015.04.21) 198

[그림 5.5.7] 제2안 현황, 안정적 상태(2015.04.21) 198

[그림 5.5.8] 제3안 현황, 유동석 발생(2015.04.21) 199

[그림 5.5.9] 제4안 현황, 시공단면 흐트러짐(2015.04.21) 199

 본 연구에서는 해측파랑이 방조제 근고공 보강구조물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 에너지 평형방정식을 유한차분화한 수치모형인 SWAN수치해석프로그램과 수치파동수로모형인 CADMAS-SURF를 이용하여 파랑 영향을 분석하였다. 또한 근고공 피복석 안정중량을 분석하여 근고공보강구간을 선정하고 근고공보강구조물을 시험시공 후 모니터링한 주요결과는 다음과 같다.

1. 파랑분석 및 안정성 분석에서는, 구조물 전면의 최대파고 및 주기는 1, 000년 빈도 고극조위시 나타나고 있으며, 1호 방조제는 파고 4.5m, 주기 15.31sec, 4호 방조제는 파고 6.3m, 주기 12.56sec로 산정되었다. 이러한 결과는 1997년 분석된 결과와 비교할 때 1호방조제 설계파고는 유사하며, 4호방조제는 기존보다 최대파고는 낮아졌으나, 남측구간의 설계파는 증가 하였다. 또한, 주기는 전구간에서 증가하였다. 또한, 파랑모니터링결과 100년 빈도에 근접하는 심해파가 발생하고 있어 향후 설계파 증가가 예측되므로 1, 000년빈도 고극조위시 1, 000년 빈도 설계파를 적용하여 보강하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

2. 상기와 같이 계산된 설계파를 기준으로 시공단면 근고공 피복석의 안정중량을 산정한 결과, 1호 방조제의 근고공 상단 일부는 안정중량이 부족한 것으로 나타났으나, 대부분의 근고공이 2.0Hs이하에 위치하여 근고공의 안정성 확보에는 문제가 없는 것으로 사료된다. 4호 방조제는 전구간에서 근고공의 안정중량이 부족한 것으로 산정되어 전구간 보강이 필요한 것으로 나타났다.

3. 수치파동수로 실험을 통해 1호 및 4호 방조제의 시공 단면에서 최대유속에 따른 안정중량 및 월파량을 산정하여 안정성을 분석하였다. 1호 방조제의 경우 안정중량이 부족하여 보강이 필요하나, 월파에 대해서는 안정한 것으로 나타났으며, 4호방조제 또한 최대유속에 의한 안정중량은 부족하여 보강이 필요하나 월파에 대해서는 안정한 것으로 분석되었다. 그러나 수치모형실험에 의한 안정성 분석은 실제 지형조건 및 사석 시공 조건을 단순화하고, 내습파랑의 거동특성 등을 수치해석이라는 근사법으로 접근하므로 오차가 발생할 수 있으며, 특히 4호 방조제는 완만한 사면경사로 시공되어 사석간의 맞물림 효과 등이 저하될 수 있으므로, 수리모형실험을 통한 검증이 필요할 것으로 사료된다.

4. 이러한 안정성 분석결과를 토대로 보강구간을 산정한 결과 1호 방조제는 No.18~No.32구간, 4호 방조제는 전구간 보강이 필요한 것으로 나타났다. 또한, 파랑모니터링 결과 시험시공구간인 4호 방조제 No.22~No.33구간과 No.75~No.90구간은 시공된 중량에 비해 높은 파고의 파랑이 발생하고 있어 보강이 시급하다고 사료된다.

5. 섬유돌망태 근고공 보강구조물에 대한 파랑영향분석 결과 옹벽형 구조물이 안정한 것으로 나타났으나 실제 시험시공 모니터링 결과 시공단면이 무너지고 파손되어 근고공 보강조물로는 부적합한 것으로 나타났다.

6. PC침목 근고공 보강구조물에 대한 파랑영향 분석결과 활동과 전도안전율은 각각 1.0과 5.56으로 활동에 대한 안전율이 다소 낮아 안정성이 미확보 되는 것으로 나타났으며, 시험시공 모니터링 결과에서도 시공 단면이 무너지고 결속이 풀어진 PC침목이 상부사면을 유동 하는 등 근고공보강구조물로는 부적합한 것으로 판단된다.

7. 그라우팅 공법에 대한 파랑분석 결과 전면 파압이 6.51(t/㎡)로 나타났으나 시험시공된 콘크리트 주입재의 허용전단응력이 40t/㎡으로 더 크게 나타나 구조물의 안정성이 확보되는 것으로 나타났다. 현장 굴착 모니터링 결과에서도 주입재가 근고공사이에 정확히 주입되어 있고 압축강도도 시공 초기에 비하여 최대 256% 증가 하는 등 안정적인 상태로 나타났다. 따라서 그라우팅 공법은 단가는 높으나 근고공 보강공법으로 가능하다고 판단된다.

8. 피복석보강 공법의 파랑 영향분석 결과 4안을 제외한 1안, 2안 및 3안의 근고공 피복석의 중량이 안정한 것으로 나타났다. 시험시공 모니터링에서도 시공 단면이 무너진 4안을 제외한 1안, 2안 및 3안은 2014년 12월 강풍(유의파고 7.5m, 풍속18m/sec)이 내습한 이후 2015년도 1월(파고4.2m, 풍속 13.3m/sec), 2월(파고 4.8m, 풍속 15.2m/sec)의 동절기 강풍을 겪은 후에도 안정적인 상태를 유지한 것으로 판단 할 때 근고공 보강공법으로 적합하다고 판단된다.

그러나 보다 정확한 근고공 보강구조물과 파랑영향을 파악하기 위해서는 동절기 북서계절풍의 영향에 대한 모니터링과 근고공보강구조물 시공 후 지속적인 모니터링이 실시되어야 할 것으로 판단된다.