파랑하중에 의한 경사식 방파제와 그 주변지반의 침하 거동

Abstract

방파제는 태풍 등으로 발생된 파랑으로부터 해안, 항만시설을 보호하고 항내 수역의 정온도 확보를 위한 필수적인 시설이다. 국내에 가장 많이 시공된 방파제중 하나는 경사식 방파제이다. 이런 방파제의 안정해석은 수리학적, 구조역학적, 지반공학적 특성들을 함께 고려해서 이루어져야 한다. 기존의 연구는 주로 구조역학적와 수리학적 문제만을 연관지어 방파제의 안정해석을 해온 실정이다.

최근 들어서야 지반공학적 특성을 고려하여 안정해석을 하고 있다. 지반공학적 특성을 고려한 해석은 대부분 정적조건만을 고려해 오다가 최근에는 파랑작용에 의한 동적파압도 설계에 반영되고 있다. 이 경우 동적파압이 경사식 방파제의 앞 경사면에만 국한하여 작용하는 것으로 가정하고 있다. 하지만 실제현장에서, 동적파압은 해저지반과 방파제 전체에도 작용하고 있다.

따라서 본 연구에서는 방파제에 작용하는 파압이 경사방파제의 경사면과 해저지반에 같이 작용하는 것을 고려하였다. 이를 반영한 수치해석을 통해 산출된 최대침하량과 현재 동적설계방법의 최대침하량을 비교하여 파랑하중이 방파제의 침하에 미치는 영향에 대해 연구를 시행하였다. 파압을 도출하기 위해 일본 연안개발기술연구센터(2001)에서 개발하고 성상봉 등(2003)이 검증한 CADMAS-SURF모델을 이용하였으며, 해저지반 거동해석은 MIDAS-GTS 지반전용 수치해석 프로그램을 이용하였다. 본 연구에서 선정한 방파제는 부산신항동방파제이며, 해석에 이용한 파압은 태풍 매미시기의 파랑데이터이다.

수치파동수로로 산정된 파압은 경사식방파제의 전사면에서 최대 파압이 발생하였으며, 전사면 전방해저지반에도 최대파압의 1/2에 상응하는 파압이 발생되었다. 산정된 파압을 MIDAS-GTS의 동적하중으로 적용하여 방파제와 해저지반의 침하량을 산정하였다. 기존의 방법인 방파제의 앞 사면에만 파압을 적용시킨 경우와 본 연구의 방법인 방파제 제체 전체와 방파제 전방 후방 부분의 해저지반의 파압까지 고려했을 시의 침하량은 차이를 보였다.