R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818TBIP-C111160-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 테트라포드 경사식 방파제 대체를 위한 2.7ton/m3 이상의 중량 콘크리트를 활용한 직립 방파제용 회파블록 및 블록결속 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-04-27 ~ 2019-01-26 | |||||
| 연구책임자 | 김상기 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
17명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 453,000,000 원 기업 : 310,000,000 원 계 : 763,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 1,372,000,000 원 기업 : 924,000,000 원 계 : 2,296,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)유주 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
일반적으로 해안 침식방지 및 방파제 보호 등의 재해방지를 목적으로 테트라포드(T.T.P, trtrapod) 등의 소파용 이형블록을 해안 곳곳에 설치하고 있다. 테트라포드는 각각의 블록이 서로 맞물려 급경사의 비탈면에도 시공이 가능하며, 시공 시 특별한 주의사항이 없다는 큰 장점을 가지고 있어 국내에서도 이러한 이유로 다양한 위치에 테트라포드를 적용하고 있다. 하지만 테트라포드와 같은 소파제로 대부분의 해안이 둘러 쌓여있는 국내의 경우, 해안 경관 조망이나 친수공간의 활용도가 저하된다는 문제점이 끊임없이 제기되고 있다. 테트라포드는 상부면이 고르지 못해 친수공간으로 활용하는데 있어 어려움이 있으며, 서로 맞물려 발생하는 블록과 블록 사이의 공간으로 인해 여러 가지 안전상의 문제가 제기되고 있다. 최근 국내에서 보고된 바에 따르면 테트라포드에서 낚시를 하거나 경관 조망시, 둥글고 해초류 등이 밀집된 테트라포드의 표면으로 인해 미끄러지면서 추락하여 사망사고에 이르는 사고가 빈번히 발생되고 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 이 부분을 개선하기 위해서 케이슨 공법의 장점인 일체화 기술을 경제적인 블록식 공법에 융합시켜 수중에서 소형 블록들을 상하좌우로 결속 시킴으로써 적은 공사비를 투입하고도 태풍에 강한 최적화된 기둥결속형 회파(回波)블록을 이용한 세미 케이슨(Semi-Caisson)화 기술을 개발하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 기둥결속형 회파블록의 기술은 각각의 블록을 적층하는 형태로써 다양한 위치에서 방파제로 활용 가능할 뿐만 아니라, 블록 내부 중공형상(소파관)으로 인해 파랑에너지 방향을 180° 전환하여 다음으로 밀려오는 파랑과 충돌시킴으로써 구조물에 가해지는 충격에너지를 감소시킬 수 있다. 또한 각각의 회파블록을 수중에서 콘크리트 기둥으로 일체화하여 결속시킴으로써 일체화된 해안 구조물로써의 강성을 기대할 수도 있다. 또한 외항 및 내항의 블록면을 와이어로 연결하여 내부를 사춤하는 세미 케이슨화 공법도 가능하다. 이는 기존의 방파제보다 구조적으로 안정화된 형태로써 고중량의 일체화된 구조체를 형성할 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 기존의 테트라포드와 달리 블록 상부면이 평평한 형태로 구성되어 있어 안정성의 문제도 크게 감소될 것이며, 방파제 주변 조망권과 친수공간의 확보 등 다양한 측면에서 활용도가 높을 것으로 판단된다. 본 연구에서 제안하는 기둥결속형 회파블록의 세미 케이슨화 기술 개발을 위해서 주관 및 공동과제로 분리하여 연구를 진행하며, 각 과제는 총 4가지로 다음과 같이 구분하여 연구를 진행하고자 한다. (1) 제1공동과제는 콘크리트 재료에 관한 부분으로 부경대학교에서 진행할 예정이다. 회파블록 및 기둥결속형 콘크리트 재료의 선정과 적용, 배합설계, 내염해성 평가를 중점적으로 연구할 계획이며, 기둥결속재의 수중타설에 따른 재료의 특성(레올로지 등)과 성능 평가에 관한 연구 또한 함께 진행하고자 한다. (2) 제2공동과제는 계급별 내습파랑에 대하여 블록의 안정성 및 소파기능을 향상시킨 회파블록 개발에 관한 부분으로 동서대학교에서 진행할 예정이다. 기존 테트라포드 경사식 방파제와 비교하여 회파블록의 수리학적 특성 및 동력학적 거동을 수리실험을 통하여 정량적으로 검토한 후, 최적의 소파블록의 투과율을 제시하고자 한다. (3) 제3공동과제는 회파블록의 구조적 성능검토에 관한 부분으로 충북대학교에서 진행할 예정이다. 기둥결속형 회파블록 시스템의 구조 검토를 위한 합리적인 하중조건, 경계조건을 바탕으로 유한요소해석 등의 수치해석을 통해 블록 시스템의 구조적 거동 및 안정성 평가를 중점적으로 연구할 계획이다. 또한 해석 결과에 따른 기둥결속제의 구조성능 평가 및 단면설계 방안에 관한 연구를 진행할 계획이다. (4) 주관연구과제(주관수행)는 세미 케이슨식 기둥결속형 회파블록의 제작 및 현장적용에 관한 부분으로 (주)유주에서 수행할 예정이다. (주)유주에서는 보유한 기술을 바탕으로 다양한 크기 및 형태의 회파블록을 제작하여 현장에 적용하는데 있어 생산 및 기술적 부분을 지원하고, 세미 케이슨식 기둥결속재 형성시 시공기술 개발에 관한 연구를 중점적으로 수행할 예정이다. 세부공동과제에서 도출된 결과를 총괄적으로 조합하여 최종 제품을 생산하고, 실제 현장에 적용하여 그 효과를 검증할 예정이다. 이와 같이 방파제에 가해지는 파랑 에너지를 감소시키고 해안 침식 방지 및 재해방지를 위해 방파제 설치용 기둥결속형 회파블록의 세미 케이슨화 기술 개발을 주요 연구개발 목적으로 한다. 현재까지 국내외에서 이러한 형상의 블록이 많지 않으며, 이러한 블록들을 수중에서 기둥으로 결속시키는 기술이 개발되어 있지 않으므로 [최종목표] 본 연구의 최종목표는 각 공동과제별로 다음과 같이 요약하였다. (1) 기둥결속형 회파블록 제작 및 현장적용을 통한 사업화 추진(주관-(주)유주) ○ 국내ㆍ외 소파용 방파제 현장시공 사례 및 실적용 자료분석 ○ 블록 및 결속기둥 최적형상 개발 및 경제적 현장 시공기술 구축 ○ 정량적 성능이 검증된 최종제품의 회파블록 제작 및 기둥결속형 기술 적용 ○ 기둥결속형 시공법 관련 특허 출원 및 시공기술에 관한 표준 매뉴얼 제시 ○ 시제품 제작 및 실제현장 적용/상용화를 위한 홍보 및 유관기관 실무자 협의 ○ 건설 신기술 추진을 통한 사업확대 (2) 회파블록 및 블록결속재 개발을 위한 표준화 기술제안(공동1-부경대학교) ○ 회파블록용 중량 콘크리트 개발 -중량 2.7ton/m3 이상급 -내염해성 콘크리트 배합 제시 ○ 수중타설을 위한 블록 결속용 고강도 고유동 중량 콘크리트 개발 -중량 2.7ton/m3 이상 -self-leveling을 위한 플로우 600mm 이상의 고유동성 확보 -재료분리 억제를 위한 최적 배합 제시 -수중불분리성 및 내염해성 콘크리트 개발 -40MPa 이상의 고강도 확보 (3) 계급별 내습파랑에 대하여 블록의 안정성 및 소파기능을 향상시킨 회파블록 개발(공동2-동서대학교) ○ 기존 테트라포드 경사식 방파제의 안정성 및 수리학적 성능 검토 ○ 항외측 회파블록 방파제의 안정성, 작용파압, 수리학적 특성 및 최적 투과율의 도출 ○ 항내측 회파블록 안벽 및 호안에 대한 수리학적 특성 및 최적 투과율의 도출 ○ 대상 해역의 내습파랑을 고려한 회파블록 방파제의 단면수리모형실험 (4) 기둥 결속형 회파블록 시스템의 구조적 거동 및 안정성 평가와 구조 설계 가이드 개발(공동3-충북대학교) ○ 기둥 결속형 회파블록 시스템의 구조적 거동 평가를 위한 수치모형 개발 ○ 수치모형을 이용한 회파블록 시스템의 구조적 거동 및 성능 평가 ○ 기둥 결속제의 구조 성능 평가 및 단면 설계 방안 [연구내용 및 범위] 연구내용 및 범위는 각 공동과제별로 다음과 같다. (1) 기둥결속형 회파블록 제작 및 현장적용을 통한 사업화 추진 ○ 현장시공 사례 및 실적용 자료분석을 통해 기업 보유기술에 대한 보완사항 검토 및 추가개선 ○ 수리실험 및 수치해석 결과로부터 제안된 회파블록과 기둥결속 형상에 대한 제작 및 설치 ○ 실적용 현장환경을 고려한 기둥결속형 회파블록 시공단계별 현장관리 기술 표준화 ○ 시제품 제작 및 실제현장 적용 (2) 해안 설치용 회파블록을 위한 고중량 및 내염해성 콘크리트와 수중타설에 적합한 블록결속재 개발 ○ 회파블록의 내염해성 중량 콘크리트 적용을 위한 최적배합설계 도출 -다양한 산업부산물 및 혼화재료 활용 ○ 수중타설을 위한 블록결속용 콘크리트의 특성 및 성능평가를 통한 재료적 안정도 개선 -기둥결속용 중량 콘크리트 재료 선정 및 최적배합 제시 -수중 불분리성 및 self-leveling 보유 ○ 현장적용을 위한 구조적 축소형 mock-up test 및 성능분석 - 블록간의 전단강도 측정을 통한 일체화 확보 방안 제시 (3) 회파블록의 개발 및 수리학적 성능 검토 ○ 중량 콘크리트 재료를 활용한 소파블록의 수리학적 성능 검토에 대한 단면수리모형실험 ○ 회파블록의 파응집부 및 소파관 내부에 작용하는 내파 기능 검증 ○ 항외측 회파블록 방파제를 월파하는 수괴의 항내 전달파 특성 검토 ○ 실해역 현장(시제품) 모니터링 결과와 연계된 단면수리모형실험의 수행 (4) 회파블록 시스템의 구조적 거동 및 안정성 평가와 기둥결속제의 구조 성능 평가 및 단면설계 방안 ○ 기둥 결속형 회파블록 시스템의 구조적 거동 평가를 위한 수치모형 개발 ○ 개발된 수치모형을 이용한 회파블록 시스템의 구조적 거동해석 ○ 기둥 결속제 구조 성능 평가 ○ 기둥 결속제 단면 설계 방안 ○ 기둥 결속제 구조 설계 매뉴얼 및 S/W 제작 ■ 테트라포드를 대체할 수 있는 윗면이 평평한 형태의 친수공간이 뛰어난 회파블록 및 블록결속 기술의 사업화 -시제품 제작, 기술관련 지적재산권 확보(특허 등), 시제품 설치(TRL 9단계 확보) ■ 해안 설치용 회파블록을 위한 고중량 및 내염해성 콘크리트와 수중타설에 적합한 블록결속재 개발 -회파블록 및 회파블록 결속기둥의 염해저항성을 향상 -중량 상승을 통한 블록의 안정성 확보 -블록 결속기둥의 수중 타설을 위한 수중 불분리성 및 self-leveling 기술 확보 -블록 간의 일체화를 통한 파랑저항성 향상 ■ 회파블록의 개발 및 수리학적 성능 검토 ■ 항외측 회파블록 방파제의 안정성, 작용파압, 수리학적 특성 및 최적 투과율의 도출 ■ 항내측 회파블록 안벽 및 호안에 대한 수리학적 특성 및 최적 투과율의 도출 ■ 기둥결속형 회파 블록 시스템의 구조적 성능 평가 ■ 회파 블록 시스텡 기둥 결속제의 구조 성능 평가 및 단면 설계 방안 |
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| 색인어 | 한글 | 회파블록 | 기둥결속 | 수중타설 | 방파제 | 테트라포드 |
| 영문 | Turning wave block | Column interlocking | Underwater concreting | Breakwater | Tetrapod | |
| 최종보고서 | [유주] 2.최종보고서.pdf | |||||