<표 4.3-3> 연약지반의 원리와 개량공법

범례 : ○ 적합한 공법, △ 가능한 공법

분

류

개량

원리

주요공법

적용지반

효 과

유 사 공 법

점성토

사질토

호

(互)층

촉

진

침

하

저 감

침 하

억

제

활동의

동

방

지

측

방

유

차 수

수

하

중

조

절

경량화

경량자재

○

○

○

부초(blanking)공법

네트(net)공법

하중

평형

압성토공법

○

○

하중

분산

쉬트공법

○

○

△

샌드매트공법

○

○

표층혼합처리공법

○

○

△

지

반

개

량

치환

굴착치환공법

○

○

○

파머(폭파)치환공법

강제치환공법

○

○

○

○

배수

및

탈수

선행하중

(preloading)공법

○

○

○

○

자연압밀(완속압밀)공법

서차지(여성토)공법

Nick drain 공법

Pack drain 공법

진동치환(stone column)

공법

전기침투공법

침투압공법,자연배수공법

깊은우물(deep well)공법

강력진공배수공법

소결공법

샌드드레인공법

○

○

○

○

보드계(페이퍼)드레인공법

○

○

○

○

웰포인트공법

○

○

○

대기압재하공법

○

○

○

○

○

생석회말둑공법(화학적탈수)

○

○

다짐

샌드콤팩션파일공법

○

○

○

○

○

○

○

폭파다짐공법

진동물다짐공법

로드(rod)다짐공법

전기충격공법

맘모스바이브로탬퍼공법

바이브러플로테이션공법

○

○

바이브러콤포우져공법

○

○

동압밀공법

○

○

○

고결

석회계 심층혼합처리공법

○

○

○

○

○

전기화학적고결공법

표층(심층)교반(혼합)공법

분사혼합공법

시멘트계심층혼합처리공법

○

○

○

○

○

△

분사교란공법

○

○

○

○

○

△

동결공법

○

○

○

○

○

지수

약액주입공법

○

○

○

○

지하연속벽공법

다이아프램웰공법

그라우팅공법

분사주입공법

○

○

○

○

○

지수시트웰공법

○

○

○

○

지중

구조물

골격

형성

체절성토공법

○

○

○

○

○

지지말뚝공법,말뚝슬래브

공법, 말뚝캪공법

(8) 다음은 간척사업에서 활용빈도가 높거나 금후 활용이 기대되는 연약지반 개량공법에 대한 계획설계 방법을 요약한 것이다.

<그림 4.3-2> 안정처리 방법에 대한 적용 입도 범위

나) 압성토 공법

(1) 기초지반의 활동파괴의 위험이 예상되는 경우 축조물의 측방에 압성토를 시공하여 윈호활동에 저항하는 모멘트를 증가시킴으로써 안정성을 높이는 공법이다. 이 때 압성토 부분은 본체성토를 시공한 후에도 그대로 남겨두거나 시공 중 또는 시공 후에 일부 또는 전부를 제거하는 경우가 있다. 이 공법은 원리가 단순하며 설계대로 시공이 가능하고 시공효과가 확실한 점 등 모든 면에서 신뢰성이 높으므로 안정대책으로서 매우 효과적인 대책공법으로 알려져 있다.

(2) 또한, 공사 중에는 압성토 부분을 공사용 도로로서 활용하거나 공사완료 후에는 주변지역의 측도로 제공하는 등의 장점이 있다. 다만 이 공법은 구조물의 압밀침하에 대한 고려가 되어있지 않으므로 구조물 시공후의 침하량을 계산하여 이에 대한 별도의 조치를 취해야 한다.

(3) 압성토 공법의 설계는 형상(폭, 높이 )과 지반개량조건(개량범위, 간격 등)에 따라 여러 가지 설계계산조건을 가정할 수 있으며 이 중에서 안정성과 경제성을 고려한 최적단면을 결정해야 한다.

(4) 압성토 높이가 결정되면 압성토 폭(L)과 본체성토높이(H) 및 본체성토 부지폭 (B)의 관계를 결정한다. 압성토를 공사용도로나 측도로 이용하고자 하면 각성토의 폭은 4∼20 m 범위가 좋다.

(5) 압성토 공법은 후술하는 샌드드레인 페이퍼드레인등 탈수공법과 같이 사용하여 그 효과를 높이는 경우도 있다.

다) 시트(Sheet) 및 네트(Net)법

(1) 연약지반에 시공기계를 진입시킬 때나 성토를 국부적으로 할 때는 함몰 또는 파괴가 일어나는데 이러한 곳에 인장강도가 큰 시트(sheet)를 깔아 지지력을 증가시키는 공법이다. 설계상 가장 중요한 것은 시트의 인장강도와 개량토의 휨 인장강도이다.

(2) 시트를 깐 지반의 극한지지력(qult)은 연약지반 자제의 얕은 기초로서의 지지력 쉬트 인장력의 연직 정분으로서의 지지력 쉬트의 인장력에 의한 토피압의 지지력의 합으로서 설계할 수 있다.

(3) 여기서 사용되는 시트는 일반적으로 P.P. 매트로 알려져 있으나 여기서는 보강기능을 가진 토목섬유 (Geothyn the tic)일체 (Geotextile, Geomembrane, Geogrid, Geocomposite 등)를 말하려 네트 (net)도 Winkler이론과 케이블 이론을 도입하여 시트와 같은 목적으로 설계할 수 있다.

라) 치환공법

(1) 구조물의 안정 또는 침하에 대하여 연약층(점성토)의 일부 또는 전부를 여러 가지 방법으로 배제하여 양질토(조립토)로 치환하는 공법이다. 이는 지반개량공법 중에서 가장 단순 정확한 공법이며 굴착치환공법, 강제치환공법, 폭파치환공법이 있다.

① 굴착치환공법

지반을 굴착하여 양질토로 치환하는 공법으로서 배제된 연약층의 처리가 용이하고 치환재료의 취득이 쉬울 때 가장 경제적인 공법이다. 설계조건은 치환재료의 시공완료시 기대되는 강도정수에 지배된다.

② 강제치환 공법

강제(활동)치환은 지지력이 부족한 재재지반을 양질의 감토 하중으로 파괴시키면서 측방 및 전방으로 압출시켜 부풀게 한 후 이를 안정시키는 방법이며 연약토층의 두께가 변은 경우 혹은 매우 연약한 지반에 효과적이다. 유사한 공법으로 대구경 말뚝을 조밀하게 타설하여 강제배토로 다짐사질토 지반을 조성하는 강제치환공법도 이용되고 있다.

③ 폭파치환공법

폭파치환공법은 충격파 발생가스의 팽창들에 의하여 연약층을 제거함과 동시에 양질토로 치환하는 공법이며 지반조건에 따라 토피도 블라스팅 (topedo blasting) 언더필 (under fill) 등의 공법이 이용되고 있다.

폭파치환공법에 적합한 토질은 실트 20 %와 이하 점토 50 %이하의 사질토이다.

마) 탈수공법

(1) 선행재하중 공법

① 재하중공법은 성토의 시공속도를 지연시키는 완속압밀공법(자연압밀공법)을 비롯하여 압밀기간을 단축시켜 공사가 완료되기 전에 침하를 가능한 한 많이 진행시키는 방법을 선행재하중(Preloading)공법이다. 시공시 계획고 이상으로 성토를 하여 계획단면의 하중에 의해 예상이상의 침하가 강제로 이루어지게 하여 압밀침하를 촉진시키는 서차지(여성토)공법 등이 이용되고 있다. 선행재하에 의하여 압밀배수를 주목적으로 하는 공법은 지반의 허용지지력내의 하중에서 지반의 침하를 촉진(압밀시간의 단축)시키고 그 압밀에 따라 점성토의 강도를 증가(고밀도화)시키는 등의 양면효과를 얻도록 계획하는 경우가 많다.

재하수단은 재하중의 크기와 재료취득의 용이성 재하후 처리조건 등의 면에서 성토재하가 많이 이용되며 이 성토재 자체를 구조물이나 지반으로 이용하면 더욱 경제적이다.

선행재하공법의 설계시는 선행재하하중의 초기재하기간, 침하량, 재하시기 등에 대하여 검토해야 한다. 이상의 재하중을 이용한 배수공법은 토입자 구조의 재배열 크리프 거동 등에 의한 2차 압밀침하량을 조기에 촉진시키는 것으로 침하량에 민감한 영향을 받는 구조물의 경우에는 더욱 효과적인 공법이다.

(2) 연직배수 (vertical drain)공법

① 연직배수공법의 대표적인 것으로는 샌드드레인(모래말뚝)과 페이퍼드레인(보드계 드레인)공법 등이 있다.

② 샌드드레인 공법은 전술한 재하중에 의한 탈수공법에 비해 점성토층이 두껍고 공기가 시공한 경우 압밀촉진수단으로 모래말뚝과 깐 모래(Sand mat)를 동시에 시공하면서 지반을 개량하는 공법이다. 지반개량에 필요한 성토고와 성토 폭은 다음 식을 기초로 하여 목표 강도증가 및 허용장래 침하량을 고려하여 결정한다.

③ 페이퍼드레인 (paper drain)공법은 모래말뚝 대신 바론 (Baryon)의 이론에 맞는 드레인보드(drain board)를 연약지반에 압입하여 압밀을 촉진시키는 공법으로 액성지수가 1이상인 지반에서 이 공법이 유리하다. 드레인 보드 폭은 대략 100mm 두께는 3mm 정도이며 이는 Ø= 5cm의 샌드드레인과 거의 같은 배수효과가 있다. 따라서 dw= 5cm의 엔주형 샌드드레인으로 환산하여 압밀도(V), 압밀시간(t) 침하량 등을 결정한다. 페이퍼드레인의 간격은 1.0∼1.8m 정도가 일반적으로 채택되며 그 깊이는 최대 20m 정도이다.

바) 지하수위 저하공법

(1) 지하수위의 저하공법은 대상지반의 수리학적 성질 저하의 목적, 공사내용, 장소, 공기 등에 따라 적절한 방법을 선정해야 한다.

(2) 깊은 우물 (Deep well) 공법은 깊은 우물을 대수층 중에 굴착하여 지하수를 양수함으로써 지하수면이나 지하수압의 저하를 도모하는 것이다.

(3) 웰포인트(Well point)공법은 일종의 탈수공법으로서 선단에 부착한 집수관을 1.0∼2.0 m 간격으로 지중에 설치하고 진공펌프와 원심펌프의 조합에 의하여 지하수위를 강제로 양수 저하시키는 탈수공법이다. 토질은 투수계수(k)가 1×10-¹∼×10-⁴(cm/sec) 정도의 중력배수가 곤란한 실트질 모래에 적합하다.

(4) 이 공법은 용수에 의한 비탈면의 붕괴, 굴착저면의 보일링현상등을 방지하는 장점이 있다. 그러나 넓은 지역의 지하수위를 저하시켜 주위의 지반을 침하시킬 우려도 있으므로 주변에 기존시설물이 있는 경우에는 이에 대한 대책이 필요하다.

(5) 이론적으로 수위저하최대깊이는 10.3m 까지 이나 실용상 저하시킬 수 있는 최대수위는 5.5∼6.1m 가 경제적이다. 이 보다 깊을 때에는 다단식이나 고양정 웰포인트공법, 강력진공펌프 등을 이용해야 한다.

(6) 여과모래의 입경과 스트레일너의 망눈의 크기는 소정의 규정에 맞아야 한다. 웰포인트 우물의 반경은 머스켙(Muscat)의 이론에 의해 구한다.

(7) 배수량 계산을 Thiem식을 사용하는 것이 좋으며 영향원의 반경을 구하는 방법은 여러 가지가 있으나 수위저하시간은 비평형식으로 계산할 수 있다.

사) 다짐 공법

(1) 샌드콤펙션파일공법

① 샌프콤펙션파일공법의 개량대상지반은 사질토와 점성토 모두에 적용된다. 사질토 또는 이와 유사한 지반의 경우는 다짐에 효과적인 수단(진동 충격에 대한 물다짐 수위저하)을 이용하여 파일재료와 재래지반을 다져 파일재료의 압입효과를 이용하여 밀도를 증가시켜서 지지력의 증강, 압축침하의 감소 수평저항의 증가 지반의 균일화를 도모하는 공법이다.

② 모래말뚝의 간격은 1.5∼3.0m 정도가 적합하며 깊이는 25m 정도까지 시공한 예가 있다.

③ 점성토에 대해서는 점성토와 샌드파일로 된 복합지반으로서의 효과를 나타내는 이론으로 해석한다.

④ 축조된 복합지반상에 하중이 재하된 경우 점성토와 압축된 샌드파일과는 분담하는 하중이 다르고 파일 쪽으로 응력이 집중되므로 지지력 증대 침하감소 효과가 나타난다. 설계에 앞서 개량대상지반은 시공 전후의 N치 또는 점착력 단위중량 등을 조사 측정해야 하며 파일 시공시 진동에 의한 점토지반의 강도저하(강도회복에 소요되는 시간은 1∼2개월이 걸림)에 유의해야 한다.

(2) 바이브로플로테이션공법(vibro-floatation method)

매립지 등의 느슨한 사질지반에 대한 물다짐 거동다짐의 효과를 이용하는 공법으로 수평방향으로 진동하는 바이브로블로트로 사수와 진동을 동시에 일으켜서 생긴 빈틈에 모래나 자갈을 채워서 느슨한 모래지반을 개량하는 공법이다.

(3) 동압밀공법(動壓密)

본 공법은 당초에는 모래, 자갈, 사석 등의 다짐을 목적으로 하였으나 최근에는 점성토의 개량에 적용하면서 부터 동압밀공법이라고도 한다.

이 공법의 시공은 15∼40 m의 높이에서 저면적 2∼4㎡, 10∼20t의 하중을 지표면에 반복 낙하시켜 그 낙하력과 진동에 의하여 지반을 압밀강화하는 공법이다. 개량효과를 나타내는 깊이는 10∼40 m로서 1회의 타격에너지를 증가시킬수록 개량심도가 높아지므로 지반의 성질에 따라 해머의 중량 및 낙하고를 조절하여 사용한다.

아) 약액주입 및 혼합공법

(1) 약액의 종류와 주입방법

약액을 지중에 주입하거나 혼합하여 국부적인 지반을 고결 또는 경화시켜 지반강화하고 차수효과를 얻기 쉬한 지반개량공법으로 토압의 경감, 히빙 (Heaving)과 파이핑방지효과도 얻을 수 있다.

주입재를 지반내에 주입하는 형태에 따라 침투주입, 割裂주입 (fracturing grouting), 압축주입 (Compression grouting) 및 충전주입 (voidfilling) 교반주입 등의 주입공법이 있다.

그라우트 주입시에 지반파괴를 일으키는 한계주입압은 수압할렬현상의 개념을 이용하여 산출할 수 있으나 실제와는 차이가 있으므로 충분한 지반조사를 실시하고 그 결과와 비교하여 선정해야 한다.

(2) 심층혼합처리공법

석회 시멘트계를 주로 하는 괴상분수상 혹은 현탁액상의 화학적 안정재를 원위치의 지반에 첨가, 혼합하여 안정처리상을 지반 중에 형성하는 공법을 총칭하여 심층혼합처리공법이라 한다.

심층혼합처리방범의 일종으로 JSP공법은 초고압 분류방법을 이용하여 지하심층에 약액을 주입고결하여 기둥을 연속적으로 형성케 하는 공법이다.

자) 기타공법

(1) 이밖에도 최신공법이 많이 개발되어 있으므로 지반특성에 적합한 공법 설정 이용함으로서 경제적이고 내구적인 간척구조물을 설계 시공할 수 있을 것이다.

라. 끝막이공의 기본

1) 계획

(1) 끝막이 계획의 기본은 기상, 해상, 식형, 토질, 축제재료 운반 장비 등의 여러 여건을 검토하고 끝막이공사의 방식, 공법, 기간 등 여러 안을 신중하게 비교분석하여 결정해야 하며, 끝막이공사전 일반물막이공사의 안전과 끝막이공사 전후의 내수위에 의한 배후지의 배수영향 등을 검토해야 한다.

가) 끝막이공의 개념

(1) 방조제의 표준단면과 공법은 해상, 지반고, 토질, 축제재료 등에 따라 달라지며 이러한 일반조건들이 비슷하다 하더라도 공사 진행에 따라 통수단면의 축소로 수리조건이 악화되므로 점차적으로 보강된 재료, 단면, 공법으로 변경되어야 한다. 이 공사과정을 축제공사의 초기단계 중기인 일반단계 및 최종단계로 구분할 때 초기단계는 물론이고 일반단계에서도 그리 어렵지 않게 조속(潮速) 및 수리조건에 견디는 축제재료나 공법을 배상할 수 있다. 그러나 최종단계에서는 통수단면의 축소로 내외수위차 및 조류속이 증가되어 일반기계에서의 축제재료나 공법으로는 축제가 불가능하여 특수한 재료와 공법이 요구되며 공사기간도 위험기간을 최소로 단축하기 위하여 최대의 능력으로 단시일 내에 축제해야 한다. 이 특수한 재료와 공법으로 최대의 능력을 발휘하여 시공해야 하는 구간 및 공사를 끝막이구간 및 끝막이공사라 한다.

(2) 이러한 특수 재료나 공법에 따라 끝막이방법을 분류하면 공사방식에 의하여 점고식, 점축식, 점고점축양자병행식으로 분류되고 시공재료에 따라서 소규모이고 간척조건이 좋았던 과거에 시행된 바 있는 흙가마 쌓기, 빈지공법 등이 있고 현재 우리나라의 대규모 간척공사를 가능하게 한 사석 및 돌망태공법, 화란에서 발전시켜온 케이슨공법과 케이불에 의한 콘크리트블럭공법, 일본에서 시공한 鐵프레임공법 등으로 분류할 수 있다.

(3) 공사기간에 따라 소규모에서와 같이 끝막이공사를 소조로 넘기지 않고 시행하는 단기 끝막이와 공사수량이 많아서 대조를 넘기면서 시공하는 끝막이를 장기끝막이라 한다.

(4) 끝막이 공법은 지구여건에 따라 선정해야 하나 나라마다 기상, 해상, 축제재료, 시공장비, 토질조건 등에 따라 독자적인 기술개발이 이루어져 왔다. 우리나라의 사석 및 돌망태에 의한 점축식공법이나 화란에서의 케이슨공법 등이 그것이다.

(5) 끝막이 공사는 우리나라의 경우 사석 및 돌망태에 의한 사각제의 1차물막이와 계속 시공되는 차수층의 성토물막이가 있으나 사석 및 돌망태에 의한 1차물막이가 극히 어려운 공사이므로 보통 끝막이공사라 함은 사석 및 돌망태에 의한 1차물막이를 말한다.

나) 끝막이 계획 기법

(1) 끝막이공의 계획은 자연적조건, 축제재료, 운반조반, 시기, 공사기간, 경제성 등을 고려하여 결정하며 일반적인 검토시서는 다음과 같다.

① 공법 : 과거의 경험지구의 여건 등을 고려하여 끝막이방법과 공법을 선정한다.

② 위치 : 축제재료의 운반, 지형 및 조류수리조건, 지반의 토질조건 등을 검토하여 끝막이구간의 위치를 선정한다.

③ 바닥다짐표고 : 수리조건 및 공사량과 시공여건 등을 검토하여 바닥다짐 표고를 결정한다.

④ 구간연장 : 수리조건, 공사량, 공사기간 등을 검토하여 끝막이구간의 연장을 결정한다.

⑤ 끝막이시기 : 기상 및 해상조건과 타공종과의 관련을 검토하여 끝막이 시기를 결정한다.

⑥ 끝막이공의 구조 (예 : 케이슨 또는 사석제 등), 기초지반 보호공 및 바닥다짐은 해상, 수리조건 및 시공여건에 부합되도록 설계(구상)한다.

⑦ 해상 및 조류속 등을 고려한 공정계획수립 (예 : 케이슨공법; 케이슨의 현지운반, 임시대기 정위치에 고정 침강정치(沈强定置) 개문(開門) 등 사석제, 육상 및 해상 운반능력검토, 일별 작업계획, 기간별 작업계획 등)

⑧ 끝막이기간중 조위와 끝막이공사전 및 공사기간의 조류속, 내외수위차를 계산한다.

⑨ 계산된 수리조건이 시공재료와 제시설계획이 안전하고 최선의 것인지를 판단하고 끝막이 공사착수전 일반물막이구간의 안전여부와 계획내수위가 배후지에 미치는 영향 등 제요소별로 재검토하고 시산하여 가장 안전하고 효율적인 계획을 수립한다.

(2) 끝막이공은 반드시 몇 가지의 안을 비교, 검토, 분석한 후 택일하도록 신중을 기해야 한다.

2) 끝막이 구간

(1) 끝막이구간은 방조제 노선 중에서 해수가 가장 자연스럽게 유출입하고 지형, 기초지반, 공사용재료 등을 고려하여 공사조건에 부합되고 경제적이며 시공이 용이한 위치를 선정해야 한다.

(2) 방조제 공사의 끝막이공법은 여러 가지가 있으나 안전하고 확실한 공법을 채택해야 한다. 가장 적절한 공법도 끝막이공사 진행에 따라 발생한 내외수위차로 큰 유속이 생긴다. 사석제인 경우 축제재료의 크기, 끝막이구간의 세굴방지공, 끝막이직후의 파이핑에 의한 세굴유실과 수압에 의한 전도 등의 대책을 수립해야 한다.

(3) 끝막이구간에 대한 계획 설계 또는 공사를 위한 일반적 검토사항은 끝막이 계획 기법에 따른다.

가) 위치선정

(1) 방조제 노선에서 끝막이구간은

① 기초지반에 암반이 노출되었거나, 암반선이 표면으로부터 깊지 않은 위치 또는 조류속도에 의하여 세굴되지 않을 경토층이 있는 곳

② 자연적으로 형성된 갯고랑구간을 선정하되 수리학적, 토질공학적 적부를 판단하여 결정하고,

③ 연약지반이나 모래지반의 경우 세굴 및 파이핑 작용을 방지할 수 있는 보호공을 고려해야 하며,

④ 축제재료의 경제적생산 및 투입을 할 수 있는 육상 또는 해상운반투하가 용이한 곳,

⑤ 끝막이 구간을 유출입하는 조류속은 4.0m/sec 이상을 고려하여 기초지반의 세굴을 방지할 수 있는 구간을 선정해야 한다.

(2) 일반적으로 방조제의 축제구간은 연약지반이므로 우선 바닥보호공 또는 바닥다짐을 사석으로 계획하고 시공하는 것이 원칙이며 끝막이구간은 바닥보호공이나 바닥다짐고을 사전에 시행해야 한다. 침하융기가 예상되는 연약지반은 모래치환 등 지반을 개량할 필요가 있다. 끝막이구간은 조류속이 크게 발생하며 지반세파 및 침식이 많으므로 견고한 지반을 택하여 바닥다짐고과 바닥보근공의 비용을 절감하는 것이 바람직하다.

(3) 끝막이구간 위치결정에 있어서 지형여건과 조류수리상황측면의 검토는 가급적 지반이 낮고 평원한 곳이 유리한 점이 많다. 지반이 낮으면 연장에 비하여 통수단면이 크기 때문에 조류부담을 경감시켜 공사용 재료와 시공이 용이하고 끝막이구간이 짧기 때문에 바닥 보호공이나 바닥다짐공 시공구간이 단축되어 공사비절감을 할 수 있다.

(4) 끝막이구간은 축조재료의 확보 및 저장 공사계획 및 작업조건을 고려한 위치가 선정되어야 한다.

(5) 지역에 따라서는 채석장 또는 취토장과 해상운반시설조건이 어느 한쪽에만 있을 수 있으므로 끝막이 공사에 장비 및 노무의 가동에 공백을 주는 등의 저해 요인이 없도록 유의해야 한다.

(6) 수리학적 검토

끝막이구간의 수리현상은 ①축제재료의 유실, ②지반의 세굴 및 침식, ③해상작업의 장해 등의 영향을 끼치게 된다. 축제재료의 충실에 대해서는 유속에 저항할 수 있는 개당 중량물을 투하해야 하고 지반의 세굴 및 침식에 대해서는 이에 저항할 수 있는 지반보호공 또는 바닥다짐공을 시행해야 하기 때문에 수리학적 검토는 대단치 중요하다. 끝막이공사가 진행됨에 따라 조류가 출입하는 통수단면은 축소되며 내측의 수위변동은 점차 작아지고 내외수위차는 증가하게 된다. 통수단면이 작아질수록 조류출입이 원활하지 못하여 외수위와 같이 일정한 수위변화를 지속할 수 없게 되며 내외수위의 간만조시간이 각각 상이하게 되어 수위차가 생기기 때문이다. 따라서 유속도 ( : 내외수위차)에 비례하여 커지며 수위차와 유속발생지속시간도 증가하게 되고 끝막이구간이 작아질수록 최대유속이 발생하는 시간은 외수위가 만조위와 간조위로 되는 시간으로 접근한다.

일반적으로 끝막이 구간에서의 조류의 유출입은 사다리꼴단면의 일류언으로 보아 수리계산을 한다. 끝막이구간의 조류현상은 조위승강작용에 따라 완전월류와 불완전월류가 교차하면서 반복되기 때문에 시산으로 계산 한다.

(7) 시공조건의 검토

끝막이구간의 위치선정에 있어서 시공조건의 검토는 우선 끝막이공법의 선정에 따라 달라져야하나 축제재료의 육상운반 및 해상운반조건이 최고조건이여야 하며 일반적 검토사항은 ①각종 축제재료의 생산이 계획된 일별소요량을 초과할 수 있는가의 여부, ②소요중장비(육상 또는 해상)의 능력과 대수의 판단, ③물량운반 및 투하를 위한 진입로, 야적장 및 선착장의 규모판단, ④끝막이기간 내의 주야간작업을 위한 조명, 통신시설의 확보, ⑤전담기술자와 각종기능공의 확보 (주·야간교대), ⑥각종안전사고에 대한 대비 등이다.

나) 통수단면의 결정

(1) 가장 효율적인 통수단면 (끝막이구간)의 설정은,

① 일반 물막이공사는 공내기간 중 발생하는 조류수리조건에 지장 없는 일반단면에 의하여 안전하게 시공(통수단면크기의 만족조건)할 수 있고,

② 끝막이공사기간 중 발생되는 조류수리조건에 대해 구득이 용이한 축제재료로 계획기간 중에 시공이 가능한 공법이어야 한다.

(2) 끝막이 위치와 공법이 결정되면 지반고 및 조류수리조건 등에 의해 가장 효율적인 바닥다짐표고를 결정하고 위의 조건을 만족시키는 통수단면은 끝막이구간의 연장으로 조정한다.

(3) 그러나, 우리나라 서해안과 같이 간만의 조차가 크거나 간척계획면적이 넓거나 또는 하구둑과 같이 유출입 조석량에 비해 방조제연장이 짧을 때에는 위의 두 가지 조건을 만족할 수 없는 경우가 많다. 이때에는 준끝막이 구간을 설치하여 일반물막이극면이 아닌 끝막이단면에 가까운 구조로 계획하는 경우가 많다.

(4) 바닥다짐표고의 결정

① 바닥다짐표고와 수리조건

끝막이 구간에서의 발생하는 최대유속의 변화요인은 조석조건, 지구내의 표고별 담수용량조건, 끝막이구간의 바닥다짐표고 및 연장 등이며 끝막이 기간 중에는 시공능력에 따라 1회소조기 또는 수회소조기에 가능한지의 여부에 따라 즉, 최후의 대조를 어떠한 상태로 넘기느냐에 따라 달라지므로 시공능력이 추가된다.

이중 끝막이구간에서 바닥다짐표고와 조류속의 관계는 끝막이연장이 일정할 때 바닥다짐고의 바닥표고가 상승함에 따라 조류속은 점차 증가하다가 어느 표고이상이 되면 유출입 조석량도 줄고 유속도 감소된다. 따라서 끝막이구간의 바닥다짐표고는 반드시 최대유속발생표고로 연장별로 검토하여 그 이하표고에서 선정해야 한다. 강력한 조류속에 견디는 재료나 공법만 있다면 되도록 바닥다짐고의 표고를 낮추어 수리학적으로 유리한 단면으로 유출입 조석량을 증대시켜 내외수위차를 감소시키는 것이 여타구간에 끼치는 영향이 유리하다.

② 바닥 다짐표고의 결정범위

바닥다짐표고는 조석, 지구내 담수용량 조건 및 규모 등 여러 가지 인자들이 관련되어 있어 일률적으로 규정할 수 없으나 대략 다음 범위 내에서 선정할 수 있다. 다만 지반이 높거나 아주 소규모일 때는 예외이다.

바닥다짐 표고 결정범위

가. 최대유속발생표고보다 최소 1m 이하

나. 대조평균간조위 이하

다. 수심이 깊을 때에는 지반보호공의 기능만 유지되면 낮을수록 수리학적으로 유리하나 동일 통수단면시에 공사물량이 많게 된다. 그러나 끝막이사석제는 육상작업이고 바닥다짐공은 해상작업조건이므로 수리 및 공사조건, 경제성 등을 종합적으로 검토하여 결정한다.

(5) 끝막이구간의 연장

끝막이구간의 연장은 바닥다짐 표고와 관련된다. 지형 및 수리학적인 조건으로 유연한 바닥다짐표고가 결정되면 다음 요인들을 검토하여 연장을 결정한다.

대규모 간척공사에서의 끝막이구간은 일반물막이공사의 진행에 따라 통수단면적이 축소되어 유출입조류속이 증가되므로 끝막이 계획은 특별한 구조와 공법으로 시공되어야 하며 끝막이 구간의 전연장과 끝막이 기간 중 최악의 수리조건인 마지막 대조를 넘기는 연장 등의 검토가 필요하다. 전자는 수리조건과 일반 및 끝막이제의 구조와 공법에 따라 결정되며 후자는 대조를 지나고 다음 대조까지의 끝막이 작업가능일수 약 9일간의 시공능력에 따라 결정한다.

(6) 최대시공능력의 검토

방조제공사 중 최악의 수리조건은 끝막이 공사기간 중에 발생되며 간척규모가 커서 수회의 소조기에 걸쳐 시행하는 장기끝막이의 경우에는 끝막이기간 중의 마지막대조기간이다. 이 기간 중의 수리조건은 통수단면적(끝막이 바닥다짐표고와 연장)이 클수록 안전하며 작을수록 위험하다. 끝막이 공사를 안전하게 수행하기 위하여 시대능력의 극대화와 큰 통수단면적으로 마지막대조를 넘기는데 있으며 다음 사항의 검토를 해야 한다.

① 육상운반 : 운반조건은 거리, 방법, 도로상태 투입방법, 차량규모, 대당소요시간, 투입 개소수, 일작업 시간, 일작업량, 기간중 작업일수, 기간중 작업량 등

② 해상운반 : 예인선 및 태섬의 확재량과 작업수심(투하수설)적재소요시간, 운반거리 및 소요시간, 적재 및 투하 개소수, 개소당 가동선박(태선)수, 일작업 가능회수, 일작업 물량, 기간 중 작업가능일수, 기간 중 작업물량 등

(7) 끝막이기간의 검토

끝막이연장이 결정되면 끝막이 계획을 검토하고 끝막이 기간을 결정한다.

① 최후단계 : 육상 및 해상운반(주 운반 및 보조운반수단)능력을 총동원하여 시공 가능한 최대연장을 결정한다.

② 선행설계 : 잔여연장은 최종단계에 준하여 시행할 수도 있으나 보통은 최종단계에 최대능력을 발휘할 수 있도록 하기 위하여 최종단계의 시공계획을 준비점검하고 연습하는 정도로 하여 1회 소조기간에 가능한지 2회 소조기간에 시행할 것인지 또는 일반물막이 최종부분부터 일부구간을 준 끝막이 구간으로 할 것인지를 검토한다.

(8) 조류속 및 시공재료의 검토

끝막이구간의 바닥다짐표고 연장 및 끝막이 계획이 수립되면 예상되는 시기의 조석에 의하여 유출입 조류속을 계산하고 끝막이 기간 중 발생되는 조류속에 대하여 끝막이 둑의 재료, 단면 및 공법이 안전한지를 검토해야 한다.

(9) 일반적인 개념

일반적으로 끝막이 통수단면을 결정하는데 중요한 사항은 최대유속을 제한하는 것이나 이는 각국의 조석 및 시공재료와 공법이 다르므로 일률적으로 규정지을 수 없으며 경험적으로는 방조제 노선의 3/4까지 방조제를 축조할 때 까지는 통수단면적이 수리조건에 큰 변화가 없다가 이 부근을 넘어서부터 급격하게 증가되어 간다. 따라서 이 범위내에서 부터 검토하는 것을 원칙으로 한다.

(10) 앞으로의 대규모 간척사업 등에서는 장기끝막이가 불가피하고 또 1차 소조기에서도 최종단계의 소조기와 같이 최대의 능력으로 시공함은 물론 3회 소조기에 걸친 끝막이 기간도 구상해야 할 것이다.

다) 바닥다짐공 (상고공)

(1) 끝막이구간에서 기초지반이 암반이나 조류속에 유실되지 않는 지반에는 아무런 문제가 없으나 사질토 또는 이토질의 지반인 경우에는 물막이공사시에 조석류에 의한 유실, 세굴, 침하, 파이핑현상이 발생되므로 안전한 구조로 보호해야 한다. 구조상 바닥보호공은 기초공, 피복공, 지수공으로 구분되며 끝막이규모와 시공능력, 조류수리상황 등에 따라 달라진다.

(2) 기초공

끝막이구간의 기초는 일반구간에 비해서 끝막이공사시 급속재하를 받게 되어 보다 큰 지지력이 필요하므로 이에 대응해야 한다. 끝막이구간에 사용되는 기초공의 시공방법은 매트리스 부설(나무섶 토목섬류의 직포)한 후 사석 또는 돌망태로 정치한다.

(3) 바닥피복공

바닥기초공을 한 후, 끝막이기간 동안에 조류속도에 충분히 견딜 수 있는 재료로서 자초지반을 보호해야 한다. 유실, 세굴 및 양압력에 안전하도록 하는 방법으로서는 ①강점토와 혼합된 사력깔기로써 간조시 노출되는 유속이 아주 작은 소규모 끝막이구간의 바닥보호공으로 이용되며, ②사석, 콘크리트블럭, 돌망태 등을 투하하여 유속에 유실되지 않도록 해야 한다. 이때 지반위에는 매트리스를 깔아서 필터 역활을 하게 함으로써 지반의 혼입자가 유실되지 않도록 해야 한다. ③아스팔트 페이빙공법으로서 지반에 쇄석 등을 포설한 다음 아스팔트를 충진하거나 시멘트모르터를 주입하여 지반을 보호하는 방법이다.

(4) 지수공

끝막이가 완료되면 끝막이 둑으로 부터 누수 외에 바닥다짐한 밑으로 부터 삼투현상이 일어난다. 이 경우 수위차를 비교하여 삼투로장이 짧으면 파이핑 또는 히빙(heaving)으로 인하여 기초의 파괴가 일어난다. 이런 경우 물막이벽(지수벽)을 넣는 등 삼투연장을 충분히 길게 하든가 파이핑의 방지를 위하여 필터공법 등 대책이 필요하다.

(5) 끝막이공의 부대시설

바닥다짐고을 한 후 조류속에 의한 세굴현상을 막기 위하여 내외측에 대형사석으로 보호하는 한편 월류현상에 의하여 깊이 파진 부분은 끝막이후에 원지반까지 되메움을 한다. 끝막이 부분으로부터 흐름이 제방선에 따라 유출입할 경우는 성토된 부위 및 모각지반에 세파로 인하여 시공이 어려우므로 도류제나 돌출제 등의 수제공을 설치한다. 구조는 끝막이가 끝날 때 까지 일시적인 것이므로 흙가마니둑이나 사석제 등으로 적절히 보호하는 것이다.

(6) 축조재료의 검토

최종끝막이 공사에서 축조재료가 유속에 의해 유실되면 아무리 많은 물량을 투하해도 실패하게 된다. 그러므로 기초지반과 바닥다짐공의 재료입경, 조류속과 바닥다짐공 재료의 크기, 조류속과 끝막이 재료의 중량 등으로 구분하여 적절한 재료의 크기를 결정해야 한다.

3) 끝막이 시기

(1) 끝막이공사의 시기는 해상, 기상조건 및 타공종 계획 등을 연관해서 결정해야 하고 고려할 사항은 다음과 같다.

① 작업능률의 극대화를 위하여 우기 및 강풍기를 피해야 한다.

② 연중 조위가 낮은 시기로서 수리조건이 유리해야한다.

③ 상류의 유출조절과 내외수위차 및 조류속 저하를 위하여 배수갑문이 완공된 이후

④ 끝막이공사가 완료되면 내외수위차가 급증하게 되어 지반의 파이핑 작용, 제체의 전도의 위험성이 있으므로 성토 물막이를 할 수 있는 기간을 충분히 고려해야 한다.

(2) 끝막이 공사계획은 지역별로 다르나 자연적 현상인 해상 및 기상조건의 유리한 시기를 활용할 수 있도록 충분히 검토하여 계획공종대로 물막이공사를 완료할 수 있도록 하는 것이 최선의 방법이다. 검토 불충분으로 사태 발생시에는 피해가 크므로 방조제공사를 계획할 때 끝막이시기를 항상 염두에 두어야 한다.

가) 해상조건

(1) 우리나라 해안의 조석은 일조불등으로 서해안의 조차가 커서 고조 부등현상을 볼 수 있으며 간만차는 세계적으로 특이하여 그 변화도 매우 크다.

(2) 평균해면은 연중 2월이 최저이고 8월에 최고로 되며 그 차는 0.5 m에 달한다. 수심 0.5m의 유출입조석량은 방조제내부면적에 따라 다르지만 평균수심이 5.0m일 때 1/10의 조석량의 증감을 고려할 때 끝막이시기는 특수한 사항을 제외하고는 물막이 유속과 조석량이 적은 2∼4월에 공사를 시행하는 것이 안전하고 경제적이다.

나) 기상조건

(1) 2∼4월에 끝막이공사를 시행하면 다음과 같은 장점이 있다.

① 주간의 시간이 길어서 작업능률이 향상된다.

② 이 기간은 우리나라 기후조건상 온화하고 우천일수가 적다.

③ 우리나라서남해안의 계절풍 (11월∼1월)을 피할 수 있다.

④ 물막이 직후에 성토제 및 피복공 시행 등 우기와 단풍시기이전에 마무리작업을 할 수 있다.

(2) 특히, 6∼10월간의 하추절(夏秋節)은 피해야 하며 이 시기는 장마철과 태풍이 많고 음력7월의 백중사리를 전후해서 연중 최대조고가 발생하므로 해일피해가 예상되므로 끝막이시기로서는 부적당하다.

다) 다른 공정과의 관계

(1) 끝막이공사의 계획은 일반물막이 착수이전에 확정하고 공종계획에 반영하여 추진되어야 한다.

(2) 방조제 공사는 일반적으로 방조제축조와 배수문공사의 공정으로 구분해서 추진하고 있으나 배수문의 기초 굴착암을 방조제에 유용할 때는 배수문공사의 지연으로 방조제공사를 진행할 수 없게 될 경우가 많다.

(3) 그러므로 배수문공정과 대조해서 일선물막이 진행속도를 조절해가는 끝막이시기의 변경은 불가피할 때가 있다.

(4) 끝막이시기는 대략 일년전이며 제 공정을 고려하여 추정할 수 있으므로 이때 물막이계획을 재검토하고 수정하되 전술한「가, 나」항의 조건을 고려하여 최종계획을 수립해야한다. 한편 물막이 3개월전이면 확실하게 전모가 들어나므로 세부계획을 수립하여 추진하고 세부계획수립은 다음사항을 고려해야 한다.

① 일반물막이 공정계획수립

② 배수갑문공사의 통수시까지의 세부공정계획검토

③ 해상조건과 기상조건을 고려한 끝막이 공정 계획

④ 장비, 공사용 자재확보를 고려한 끝막이 준비 계획

⑤ 끝막이구간의 지형측량, 조류속 검토 및 조위관측 및 분석계획

특히 방조제물막이의 점축 시공에 따른 조류속 측정과 내외수위관측을 계속적으로 시행하고 적기별로 지형측량을 시행하여 끝막이구간의 바닥다짐공의 보강에 주력해야 한다.

4) 끝막이 공법

(1) 끝막이 공법은 해상조건인 조석, 조위, 유속과 지역조건인 지질 등을 고려하여 검토 채택되어야 한다. 끝막이 공법은 다음과 같이 분류할 수 있다.

(2) 끝막이 공법은 다음과 같이 분류할 수 있다.

① 끝막이 기간에 따른 공법

가. 단기 끝막이 방법 (Short Term Period Method)

나. 장기 끝막이 방법 (Long Term period Method)

② 조류수리에 의한 공법

가. 점고식 방법 (High Sill Method)

나. 점축식 방법 (Deep Sill Method)

다. 병행식 방법 (Combined High & Deep Sill Method)

③ 공사용 재료 및 구조에 의한 공법

가. 흙가마니 쌓기방법

나. 빈지 (각락식) 설치 방법 (철시판 포함)

다. 부석제 쌓기 방법 (돌망태 방법 포함)

라. 부체 Cassion 설치 방법

(3) 끝막이공사의 위치, 구간 및 시기가 결정되면 소요물량과 능력 그리고 운반수단 등을 고려하여 끝막이 소요기간을 계획한다. 끝막이소요기간이 결정되면 적절한 공법과 조류수리현상에 따른 끝막이 방법을 결정하고 끝막이 재료와 구조방법을 세부적으로 계획하여 완벽한 끝막이가 성공되도록 해야 한다.

가) 방식 및 공법선정

(1) 끝막이 기간에 따른 공법

끝막이 공사는 대조를 피하고 소조시 끝막이를 하는 것이 단기끝막이 방법이며 장기끝막이 방법에서는 끝막이도중 대조를 맞이하게 된다. 따라서 장기끝막이 방법에서는 대조가 지난다음부터 끝막이를 개시하여 다음 대조전까지 끝막이를 완료하는 것이 조류 수리상 유리하다. 그러나 끝막이 완료 후 닥쳐오는 조위는 대조이므로 많은 내외수위차가 생기며 파이핑 작용, 침투류 속에 의한 지반세파에 유의해야 한다.

① 단기 끝막이 방법

조석량이 적고 기초지반이 높은 소규모방조제의 경우 3∼4일 또는 소조기간동안에 끝막이공사를 완료하는 것으로, 최대유속을 감소시킴으로써 끝막이공사용재료를 절감할 수 있어 경제적이다.

② 장기 끝막이 방법

연석량이 많고 규모가 큰 끝막이구간은 소요물량이 과대하므로 1회 소조기간에 끝막이가 어려울 때 2회 이상의 소조기간이 소요되는 방법이며 2∼ 3개월간이 소요되는 경우도 있다. 이러한 장기 끝막이에서도 공사도중 대조기에 유속은 최대로 되어 기존의 축조물량유실 지반세굴, 파이핑 작용 등으로 많은 피해를 가져오는 예가 있으므로 철저한 끝막이 준비를 해야 한다.

(2) 조류수리에 의한 공법

방조제 공사의 끝막이를 성공적으로 완성하기 위하여 가장 중요한 것은 조류수리상 유리하고 확실한 대법이 채택되어야 한다. 일반적으로 공법은 점고식, 점착식 그리고 병행식의 3가지로 구분할 수 있고 이들은 각기 다른 수리현상특성을 가지고 있으며 채택되는 공법에 따라 사용 장비도 달라진다.

(3) 재료 및 구조에 의한 분류

이는 현장 여건, 규모, 장비, 재료, 기술 등을 고려하여 여러 가지 공법이 있겠으나 재료 및 구조에 의한 공법에 대해 현재까지 알려진 것을 소개하면 다음과 같다.

① 흙가마니쌓기 공법

② 빈지 (각락)공법

③ 사석제공법

④ 돌망태 (Gabion) 공법

⑤ 콘크리트블럭 공법

⑥ 부체 케이슨공법

⑦ 대형 철푸레임 사석채우기 공법

나) 끝막이둑의 결정(사석제공법)

(1) 우리나라에 풍부한 자연축제재료인 석재와 돌망태에 의해 마찰력을 증대시켜 강력한 조류속에 대항할 수 있고 시하이 간편하여 작업능률을 극대화할 수 있는 조차가 큰 우리나라여건에 가장 효율적인 공법이다.

(2) 이 끝막이둑은 1차적인 물막이둑인 동시에 앞으로 시공할 끝막이둑의 운반로로 이용되어야 하므로 둑마루 표고가 높고 나이가 넓으면 시공이 안전하고 시공능률은 오르나 경제성을 고려하여 지구여건에 맞도록 검토해야 한다.

다) 장비의 운용

(1) 기계화시공의 필요성

① 인력시공에 비해 시공범위의 확대

② 공사비절감

③ 공기단축

④ 질의 향상 및 균일화

⑤ 시공의 안전성

⑥ 시공관리의 합리화를 들 수 있다.

(2) 장비의 관리

공사의 종류, 규모, 현장조건, 공정 등을 검토한 후 사용기계의 종류와 수량을 결정한다. 현장 공사관리는 장비의 관리가 주체이며 이의 양부는 공사의 성패에 크게 좌우한다. 따라서 공사의 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 장비의 관리가 필요하다.

① 장비의 선정과 조합

② 대정에 맞는 도입과 사용계획

③ 운전자의 관리 및 시공지도

④ 안전관리

⑤ 소음, 진동, 수질오염 등 공해발생방지와 제어

이들은 장비의 교체등도 포함하여 유효적절한 운용을 해야 한다.

(3) 장비의 선정

각 공사의 작업내용, 현장조건(공기, 조석, 바람, 파랑, 강우, 기온, 지형지질, 수심, 시공에 따른 장해물의 유무, 노면상태 소음, 진동규제, 수질오염방지 등) 안전성 재료구득의 난이 등을 고려한 후 선정한다.

장비의 선정은 소정의 품질과 공기를 만족시키고 안전이고 경제적으로 공사를 수행할 수 있으며 필요시 추가투입 가능한 보유 장비의 상황 등을 고려하여 결정한다.