서해대교 교각주변의 세굴예측 및 방호대책 : (Scour Prediction and Protection Method around Piers in Seohae Grand Bridge )

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Rapid and abrupt bed scour in the FCM pier of Seohae Grand Bridge was occurred by vortex and the contraction of flow section due to the bank construction of inner port. Field monitoring which is conducted to investigate the real-time scouring shows that the flow bed comes to be equilibrium. Numerical model tests exhibited continuously changing flow characteristics of Asan Bay until the completion of inner port bank construction. It is expected the scour process will be retarded after the completion of inner port bank construction. But it showed that flow velocity at the time of final closure of inner bank construction is strongly increased between Hangdam island and Dangjin and that main flow channel moves in direction of Dangjin. Hydraulic model tests says that the maximum scour depth was decreased half by installation of riprap in bed and favorable result was also obtained by just simple spreading of riprap outside of bridge foundation.

국문 초록 (Abstract)

아산만의 항만개발에 따른 통수단면의 축소로 인한 유속의 증가와 가호안 설치로 인한 와류의 발생으로 서해대교의 FCM 교각에서 급격한 세굴이 발생하였다. 이에 서해대교 전반에 대한 세굴의 예측을 통한 세굴 방지 대책 수립이 요구되었다. 본 연구과제에서는 음파 센서를 이용한 교각 부착형 세굴 모니터링 시스템을 개발하여 세굴심을 실시간으로 측정, 분석하였으며 수치모형 해석을 통하여 항만 개발단계에 따른 아산만의 유속 변화를 계산하여 서해대교의 세굴을 예측하였다. 또한 군말뚝기초의 세굴 특성과 세굴방호대책 마련을 위한 수리모형실험을 실시하였다. 연구결과 서해대교의 세굴은 점차 완화되어 내항공사가 완료되는 시점에서는 안정화되는 것으로 나타났으며 유심부는 점차 당진쪽으로 이동하여 내항공사의 최종 체절시에는 행담도에서 당진구간의 유속이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 수리모형실험결과 흐름방향과 군말뚝이 이루는 접근각이 증가함에 따라 최대세굴심이 발생하는 위치는 군말뚝 양쪽 가장자리로 이동하며 접근각이 약 35˚일 때 세굴심이 최대가 되었고 흐름의 전면에서 군말뚝 내부 3행에서 최대세굴이 발생하였다. 시공성을 고려하여 군말뚝 내부를 사석으로 채우지 않고 외부에만 사석보호공을 설치한 경우에도 보호공의 효과가 있는 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 그림목차
• 요약문
• ABSTRACT
• 제1장 연구의 개요
• 1.1 연구의 필요성
• 1.2 연구의 목적
• 1.3 연구의 내용 및 방법
• 1.4 아산만의 현황
• 1.4.1 지리적 특성
• 1.4.2 기후
• 1.4.3 하천유량
• 1.4.4 파랑
• 1.4.5 조석
• 1.4.6 해저지질
• 1.5 항만 개발계획
• 1.5.1 준석계획
• 1.5.2 아산항 종합개발 계획
• 1.6 서해대교 현황
• 제2장 현장 Monitoring
• 2.1 서론
• 2.2 현장 수심자료 수집 및 분석
• 2.3 서해대교 지반조사 및 건설현황자료 수집정리
• 2.3.1 서해대교 건설지점의 지반조사
• 2.3.2 서해대교 말뚝기초 공사시 시추에 의한 지질조사 성과
• 2.3.3 PF2 교각 현장세굴모니터링의 주안점
• 2.3.4 현장 관측에 의한 아산만의 흐름특성
• 2.4 현장 교량세굴 모니터링 장비의 선정
• 2.4.1 기존의 세굴측정방법
• 2.4.2 초음파 교량세굴 측정장비
• 2.5 서해대교 교량세굴심 측정기기의 제작 및 설치
• 2.5.1 초음파 교량 세굴심 측정기의 제작
• 2.5.2 세굴심 측정기의 설치
• 2.5.3 자동 교량세굴 측정 시스템(SMS)이 설치된 교각
• 2.6 정기수심측정 및 분석
• 2.6.1 자료의 획득
• 2.6.2 자료의 처리
• 2.6.3 자료의 분석
• 2.7 장기적 세굴관리 시스템의 구축
• 2.7.1 실시간 교량세굴 자료의 획득방법
• 2.7.2 교량세굴정보시스템(SIS)
• 2.8 결론
• 제3장 수치 모형 실험
• 3.1 실험목적 및 개요
• 3.1.1 조석 및 저질자료의 정리
• 3.1.2 흐름장(해수유동)의 해석
• 3.1.3 세굴량의 예측
• 3.2 현황분석
• 3.2.1 해 안의 현황
• 3.2.2 유황 및 조류
• 3.2.3 저질
• 3.3 해수유동 수치모형 실헙
• 3.3.1 수치모형실험의 개요
• 3.3.2 계산 해역 수심도 및 계산 격자도
• 3.3.3 사용모형
• 3.3.4 경계조건
• 3.3.5 해수 유동의 실험 결과
• 3.4 지형변동 수치모형 실험
• 3.4.1 실험의 개요
• 3.4.2 모형의 적용
• 3.4.3 지형변동의 실험결과
• 3.4.4 내항 최종체절시의 검토
• 3.5 결론
• 제4장 수리모형 실험
• 4.1 서론
• 4.1.1 과업의 배경 및 목적
• 4.1.2 과업의 내용 및 범위
• 4.2 모형이론 및 상사법칙
• 4.2.1 개요
• 4.2.2 흐름의 상사
• 4.2.3 유사이동의 상사
• 4.2.4 축척 및 모형사의 결정
• 4.3 실험장치 및 모형의 제작
• 4.3.1 실험 장치
• 4.3.2 모형의 제작
• 4.4 기초실험
• 4.4.1 모형실험 방법
• 4.4.2 한계이동유속의 측정
• 4.4.3 단일교각에 대한 실험결과 및 고찰
• 4.4.4 이중교각에 대한 실험결과 및 고찰
• 4.4.5 군말뚝에 대한 실험결과 및 고찰
• 4.5 본 실험
• 4.5.1 모형제작 및 실험조건
• 4.5.2 접근 각에 따른 최대세굴심의 변화
• 4.5.3 세굴방호대책
• 4.5.4 사석보호공의 설계
• 4.5.5 사석보호공 실험결과 및 검토
• 4.6 결론
• 제5장 종합결론 및 제안
• 5.1 연구결과의 요약
• 5.1.1 현장 모니터링
• 5.1.2 수치모형 실험
• 5.1.3 수리모형 실험
• 5.2 종합 결론
• 5.2.1 교각 주변에 발생한 세굴원인
• 5.2.2 현재의 세굴상태 및 추이
• 5.3 향후 수행되어야 할 과제
• 참고문헌
• 부록