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  유압식 진동다짐
 
 

      http://blog.naver.com/nugurang/120028972228   <네이버 누구랑님의 블러그에서 자료인용>

-Hydraulic hammer vibration promise -
요      지

항만공사에서 주요 항만 시설인 방파제, 호안, 안벽등의 구조물 보체에 주로 사용되는  케이슨 및 각종 블록등의 하단부 기초재료로서 사석이 가장 널리 사용되고 있다.

사석은 항만구조물의 기초재료로서 조달이 쉽고, 운반이 용이하며, 수중에서의 기초로서 가장 경제적이고 견고하며 안정적인 특성을 갖고 있어,일반적으로 안정된 기초토대위에 소정의 높이로 사석을 투하하여 상부 구조물에 대한 기초가 되며,  상부 구조물에 대한 하중분산, 지반의 세굴방지등의 목적으로 사용되고 있다.

그러나 기초사석은 사석층의 높이에 따라 침하정도가 상이하여 침하량 산정에 상당한 어려움이 있어  일반적으로 경험식 및 계측자료분석, 원심모형시험, 수치해석등의 방법으로 침하량을 산정하여  그 결과치로 여성(더돋기)을 두어 시공하여 온 것이 일반적인 현실이다.

하지만 이 방법은 구조물 설치 후 계속적으로 침하체크를 하여 더 이상 침하가 이루어지지 않는다고   판단된 후에야 상부공을 시공할 수 있어 상당한 기간의 압밀침하기간을 두어야 하는 관계로 공정관리에 상당한 애로점으로 대두되고 있는 실정이다.
이의 보완방법으로 현재까지 다짐용 블록에 의한 강재 침하공법이 사용되어 왔으나 작업 효율성이  상당히 미진한 실정이다.

여기에서는 상부구조물의 거치후 기초사석부에서 발생할 수 있는 부등침하 방지를 위한 목적으로  다짐 블록보다 효율적이고 능률적인 유압식 해머 진동다짐 신공법에 대하여 시공사례와 더불어 기술하고자 한다.


1. 서론

    국제 자유도시 개발과 연계된 친환경적 관광항만의 건설과 항만개발 사업을 위하여 선 시행
    되는 친수 방파제 축조를 목적으로 시행되고 있는 제주외항 서방파제 축조공사중 케이슨 거
    치후 기초 사석부의 부등침하로 법선의 불일치등의 문제점과 압밀 침하에 소요되는 과도한
    공기등을 해소하기 위하여 기초 사석의 여성시공과 병행하여 사석 포설높이 매 2m마다 층다
    짐을 실시함으로서 부등침하방지 및 자뉴침하를 최소화하고 사석층의 지지력 향상을 기하기
    위하여 국내에서 거의 시공된바가 없는 유압식 진동해머에 의한 다짐 방법을 채택하였고 잔
    류침하로 인한 상치단면 결정에 상당한 효과를 가져옴.


2. 현장여건

  
2.1 고려사항
   
- 상부구조물의 하중이 크고 사질토층이 두꺼우며 구조물이 변경되는 구간을 고려하여 
       해석단면 선정
    - 지층 구조 결정시 기존 조사성과, 지층탐사자료 및 금회 지반조사 성과를 이용하여
       지층단면 결정

      


  2.2 검토대상 위치선정
   
- 지반 특성 및 구조물 특성을 고려하여 위치선정
    - 검토대상 위치 및 평면, 종단

     

- 시점부에서 동측으로 
   퇴적층 (SP,SM)이 깊어지
   다 종점부에서 다시 퇴적층
   이 얇아지는 경향을 띰.

- 퇴적층은 거의 모든 구간에
   걸쳐  모래층 및 자갈층 순
   으 로 구성


   - 검토대상 위치

구 분

방  파   제

1구간

2구간

접속부

3구간

4구간

5구간

6구간

검토위치

NO.1

NO.2

-

NO.3

NO.4

NO.5

-

비      고

2차원 해석

3차원 해석

2차원 해석

3차원 해석



  2.3 안정적 검토

    
2.3.1 지지력

       - Bishop법 및 하중 분산법에 의한 지지력 검토결과는 다음과 같음.
 

       
        



   - 검토결과

구  분

Bishop법

하중 분산법

최소안전율

허용안전율

판  정

작용하중

허용지지력

판  정

1구간

1.552

1.1

안정

42.1 tf/㎡

50 tf/㎡

안정

2구간

1.329

1.1

안정

35.9 tf/㎡

50 tf/㎡

안정

5구간

1.232

1.1

안정

37.8 tf/㎡

50 tf/㎡

안정


  2.3.2 원지반 침하량
    가. 경험식
       - De Beer식
              S = 0.4 x (P。/ N) x log {(P。+ △P) / P。} x H

       - Schmertmann식
                             
                                       2B  Iz
             S = C1 x C2 x △q∑ ---- △Z
                                      ˚     E

                    C1 = 1 - 0.5 (q / △q)

                    C2 = 1 + 0.2 log (t / 0.1)

    나. 경험식 결과

  


   다. 수치해석
        - 원지반 모래층의 하중-변위 관계를 정확히 표현할 수 있는 탄소성 모텔을 사용,
           경험식과
비교
        - 2차원 유한 요소법에 의한 수치해석

        - 사용 Program : SIGMA/W, AFIMEX

   라. 구간별 침하량

        - 원지반 모래층의 즉시 침하량은 경험식에 의한 계산치 및 수치해석 결과와 같이 계산방
           법에 따른  차이는 나타남.
       - 1차원 해석에 비해 응력 - 변위 관계를 기본으로 구조물 하부 지반의 침하량을 2차원으로
          표현할 수 있는  수치해석 결과를 적용 - 여성량 산정에 반영

       - 제체 하부 일부구간에서 소성영역이 발생하나 전반적인 구조물의 안정에 있어서
          문제가 없음.

  2.3.3 기초사석의 침하량

    가. 침하의 종류

        - 즉시침하 : 상재하중 재하 즉시 사석 간극의 감소

        - 2차 침하 : 사석 입자간 접촉부의 풍화진행 및 Creep 변형에 따른 사석 입자간 자리바꿈
                          으로 인한  체적감소
        - 세굴침하 : 장기간 조류영향에 의한 세립자 유출


   나. 침하량 산정

      1) 경험식 및 계측자료 분석

          - 경험식 (경험에 의한 Terzaghi식)
                             
                                               △P
                 S = α x log10 ( 1 + ----- ) x h
                                                P。

                      α = 0.01 ~ 0.05

          - 계측자료

               . 광양항, 군산항 ( α ≒ 0.05)
               . 울산항 동방파제 (α ≒ 0.09 ~ 0.125)


   
 2) 원심모형시험

        


   
 3) 수치해석

         

      다. 결과분석

           - 원형모형시험결과 : 현장 하중을 감안하여 침하계수 (α) 산정한 결과 0.018 ~ 0.028의
              범위를 나타냄으로 기존 제안 값들과 잘 부합됨.
           - 수치해석 결과 : 하중 - 침하량 결과를 토대로 침하계수 (α)를 추정한 결과 제안된 
              범위안에서 수렴.

2.3.4 원호활동

     가. 한계평형법에 기초한 STABL5M, TALREN97 및 SLOPE/W를 이용하여 상호비교 검토
     나. 항내, 행외 간극수압을 고려한 사면 안정 해석

Bishop Method

 Fellenius Method

 Spencer Method

파압 작용시

등가정적 해석

과잉 간극수압 적용시


   다. 검토결과

검토단면

SLOPE/W

TALREN97

Stabl

5M
(Bishop)

파악

작용시

등가

정적

과잉간극

수압적용

Bishop

Spencer

Bishop

Fellenius

방파제

1구간

1.946

1.937

1.980

1.910

1.929

1.927

1.662

1.734

2구간

1.476

1.462

1.450

1.310

1.459

1.455

1.230

1.305

접속부

1.788

1.772

1.780

1.530

1.739

1.677

1.397

1.610

5구간

2.382

2.378

2.660

2.580

2.412

2.213

1.994

2.102

기준안전율

Fs 〉 1.3 (상시)

Fs〉1.0

Fs〉1.0

Fs〉1.3


    라. 결과분석

        - 지지력 (Bishop법, 하중 분산법) 및 원호활동 검토결과 입찰 안내서 및 항만,
           어항설계기준서상의  안전율을 만족함.
        - 원지반의 간극수압을 고려한 경우 상시에 비해 7%정도 안전율이 감소


   시공 내역

3.1 주요 공사물량

 공 종

단위 

규  격 

수  량 

비   고 

 기초사석다짐

 ㎡

0.015~0.03㎥/EA

707,048 

 

3.2 장비동원 현황

 장 비 명

규  격 

단위 

투입대수 

비  고 

작업선 

 1,800P

 1

 
크레인

 150ton

 1

 
발전기

 300㎾

 1

 
바이브로 햄머

 90㎾

 1

 

3.3 인원동원 현황

 직 종

단위 

투입인원 

비  고 

 반  장

1

 
 잠  수

2

 
 조  공

1

 
 선  원

1

 
 장비원

2

 

 3.4 시공순서

   3.4.1 재료의 선정

     가. 기초사석은 외력에 견디도록 설계된 상부 구조물의 하중이 분산, 전달되게 하는 것이 주
          목적이므로  풍화되거나 부서지지 않은 재료를 선정한다.
     나, 지지력은 설계기준 40 ~ 50t/㎡를 기준으로 하고 하중이 사석을 통하여 지반에 전달되어
          야 하며 시방규정에 따라 재료를 선정한다.
     다. 사석은 일반적으로 비중이 2.5이상, 압축강도 500㎏/㎠를 사용하고 설계서에 의한 생산
          지에서 선정한 석재를 시험하여 감독자에게 사용 승인을 득한다.

  3,4,2 사석의 운반계획

     가. 상차 : 시방 기준에 맞는 석재로 공급원 승인이 완료된 석산으로부터 토사 및 풍화암류의
                    석재를 제외한  규격석만을 선별하여 상차한다.
     나. 운반 : 덤프트럭을 이용하여 석산에서 사석 야적장 및 적출장으로 운반하여 육상 덤프 투
                    하 또는 해상 운반대선에 선적하여 해상투하를 실시한다.
     다. 사석투하 및 고르기 : 해상 운반 대선에 사석을 선적하여 투하장소로 해상 예인하여 매투
                   하 높이를 2m 정도를 유지하며 투하하여 사석제체를 형성시키거나 면 고르기를 실
                   시한다.

  3.4.3 사석 투하 및 고르기 방법

     가. 깃발 및 부의 설치

      1) 사석 투하전 해상에 20m 간격으로 깃대 또는 해상부표등을 사용하여 간, 만조시에도 육
          안으로 확인할 수 있도록 투하위치를 표식한다.
         
      2) 설계 계획 도면에 맞는 법선을 선정한다.
      3) 투하위치의 확인을 위해 육상의 기준점을 설정하여 지속적인 투하위치를 확인함으로서
          투하구역외에 사석이 투하되지 않도록 계속적인 확인 측량을 실시한다.

     나. 사석 해상 운반투하
     1) 사석을 덤프트럭에 의해 육상 운반후 적출장에서 운반용 작업선에 선적하여 예인선으로
         예인, 투하위치에 진행방향으로 SETTING BARGE를 이용하여 굴삭기에 의해 정확한 위
         치와 조류등을 감안하여 투하지역에 정확히 투하되도록 작업을 시행한다.
      2) 사석 투하시 한 곳에 많은 양이 투하되지 않도록 하며 매2m마다 고르게 투하할 수 있도
          록 수시로 수심측량을 실시하여 과도한 투하가 되지 않도록 한다.
      3) 2m마다 투하된 사석은 조합된 장비에 다짐봉을 설치하여 다짐작업을 시행한다.
      4) 사석의 다짐위치는 육분의 또는 광파기등을 이용하여 수시로 다짐위치를 확인한다.
         
     라. 작업 상세도

       

     마. 작업사진

       1) 다짐용 바이브로 함마의 유압기 및 발전기

      

       2) 바이브로 햄머

      

       3) 다짐봉에 눈금표시

      

       4) 다짐봉에 스타프를 설치한 모습

      

       5) 다짐시 수중상태 확인을 위한 잠수 투입
      

       6) 해상크레인에 의한 다짐작업
      

       7) 조합장비에 의한 다짐작업
      

       8) 다짐상태를 확인하기 위한 측량
      

       9) 다짐상태 확인을 위한 검측사진
      

 3.5 다짐결과 자료

     가. 다짐판의 직경이 가로, 세로 2.4m (5.76㎡)로 제작되어 있으나 다짐시 겹침간격을 감안
          하여 다짐구간을 2m방사형으로 도면에 표기하여 각 구간마다 시행
     나. 평균 다짐시간은 구간당 30초동안 시행
     다. 다짐전과 다짐후의 레벨값을 체크하여 다짐 효율을 산정
     라. 제주항의 평균 수심은 수면하 23.5m 정도로 사석고 수면하 평균 14.5m인점을 감안하면
          사 석 두께가  평균 9m정도임으로 구간당 4~5회 반복적으로 다짐작업을 시행하였음.
     마. 구간별 유압식 해머 진동 다짐을 실시한 결과 평균 침하량은 약 3 ~ 5㎝ 정도로
          동일한 구간에 5회 정도 다짐 작업을 시행한 결과 15 ~ 25㎝의 침하량을 나타내어
          사석층 두께의 1.5 ~ 2.5%의 다짐효과 발생

 

 

 
 
 
 
 

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