항만을구해조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 부산 마린시티의 지형특성을 고려한 친수식 방파제 설계방안

영문 : A Study on the Design Plan of the Breakwater considering Marine City, Busan’s geological characteristics

과제 팀명

항만을구해조

지도교수

조용준 교수님

개발기간

2021년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 2018860046 전채연(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 2014860017 김태규

서울시립대학교 토목공학과 2014860021 박형진

서울시립대학교 토목공학과 2014860031 이동영

서울시립대학교 토목공학과 2018860044 이지현

서울시립대학교 토목공학과 2018860045 이풍혁

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

태풍해일 방지시설에 대한 한계점을 인식하고 보완설계의 필요성을 느낀다. 이에 부산 마린시티의 사례에 적용해 보고자 한다

개발 과제의 배경

• 마린시티는 2003년을 시작으로 현재까지 4번의 해일피해를 입었고 2016년 행정안전부에서 지정한 해일위험지구에 해당한다.

마린시티의 허점은 2016년 태풍 [차바]에 의해서 드러났다. 바다제방을 넘어 바로 옆 아파트 단지로 바닷물의 범람이 일어나는 등 크고 작은 피해가 일어났던 것이다.

• 하지만 이에 적정한 예방 조치가 취해지고 있지 않는 상황이다. 이는 조망권을 중요하게 생각하는 주민들의 반발 때문이었다.

마린시티는 2012년 12월부터 마린시티 해안방수벽을 설치했지만 주민들의 민원 때문에 적정 높이의 절반에 불과한 1.2m 높이로 설치되었다. 결국 제대로 된 방재효과를 보지 못했다. 또한 주민들은 해일 피해 예방 조치로 인해 마린시티의 해안 경관의 훼손으로 부산의 대표 관광 명소의 명성을 잃을까 걱정하고 있다.

• 추가로 마린시티의 주택, 상가는 좁은 인도와 4차로의 차선을 사이에 두고 바로 해안가와 인접해있기 때문에 해일의 피해는

여타 다른 지역보다 훨씬 심할 것으로 예상 할 수 있다. 자칫하면 더 큰 침수피해가 태풍 [차바]때와 같이 일어날 수 있을 것이다.

• 이에 따라 우리는 조망권의 훼손을 최소화하면서 주민들의 안전권 또한 확보하기 위해 부산 마린시티에 가상으로 방파제 설계를 제안하는 바이다.

개발 과제의 목표 및 내용

• 목표 : 부산 마린시티의 한계점들을 보완하여 미관성, 안전성 및 조망권을 확보 할 수 있는 방파제를 설계 하고

3D프린팅등의 방법을 이용하여 적정성을 검토해보고자 한다.

• 내용

과거 태풍으로 인한 마린시티의 피해 양상과 현황을 조사하여 현 실태를 더 자세히 알아본다. 태풍의 최고
높이와 가능한 파도의 모양을 조사하여 향후의 피해를 예측한다.

부산 마린시티의 재해방지 구조물에 대한 이해를 위해 자료조사를 실시한다. 현재 마린시티에 적용된
구조물 뿐 아니라 다양한 국내외 사례를 조사하여 적합한 방파제 및 재해방지 구조물을 알아본다.

여러 구조물 중 마린시티에 적합한 방파제 종류와 시공방법을 조사한다. 여기서는 방파제의 설계에 대해
수치계산을 실시하는 방법으로 적합성을 결정한다.

방파제나 침식을 보완하는 구조에 이론을 적용하여 설계한다. 안전이 우선이 되는 구조물을 설계하는
것도 중요하지만 주민들의 요구에 맞는 방향을 생각하여 창의적이고 조망권 확보 및 관광자원으로 부상 가능한 구조물을 설계한다.

최종적으로 설계 한 것을 토대로 3D프린팅등의 검토방법을 정하고 검토를 실시한다. 
이에 추가적인 한계점이나 보완점을 서로 이야기해본다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

1. 해외 방파제 기술 현황

- 엘머 웨서트 서식스의 분리방파제 (Segment and Detached Breakwater)

평소 파고가 높은 해안의 단일방파제에 비해 소파효과는 적지만 방파제 길이와 폭의 다양한 조합으로 특정 해안에 맞는 
최적의 방파제 설계가 가능하다는 장점이 있다. 또한 단일방파제로 인해 발생하는 조망권의 손실을 분리방파제의 개방감으로 어느정도 완화할 수 있다.

- 이탈리아 페자노 부유 방파제 (Floating Breakwater)

중급정도의 파도 환경에 적합하며 해수의 흐름을 방해하지 않아 친환경적이고 조석간만 차에 상관없이 기능 유지가 가능하다.
또한 기초공사를 할 필요가 없어 해안 생태계의 파괴 없이 방파제 시공이 가능하다.
하지만 고정식 방파제에 비해 낮은 마루높이를 가지고 있어 월파 방지효과는 적지만 대신 조망권의 손실을 최소화 할 수 있다.

1. 국내 방파제 기술 현황

- 울산 신항 남방파제

*기초처리공법 : 강제치환공법
*소파블록 종류 : TRI-BLOCK, 개량형 TTP
*케이슨 혼성식 공법 : 구조물을 육상에서 작업하기 때문에 해상작업을 줄일 수 있다.

-포항 영일만항 북방파제

*기초처리공법 : 표층고화처리공법(영일만항 앞바다의 연약한 점토지반을 보강하기 위해 특수고화제를 주입하여 소정의 강도를 가지는 경질지반으로 개량)
*태극 요철형 케이슨 공법 사용: 케이슨의 외해측면에는 다층의 수평슬릿이 형성된 만골돌출벽 및 만곡요입벽을 구성하여
평면상 태극형상의 요철이 형성되도록 함으로써 다양한 입사각 및 파장을 가지는 반사파의 소파가 가능하록 했다.
*소파블록 종류 : TRI-BLOCK, 개량형 TTP
*케이슨 혼성식 공법 : 구조물을 육상에서 작업하기 때문에 해상작업을 줄일 수 있다.

-여수 신북항 외곽시설

*2021년 완공으로 1360m(방파호안 700m, 방파제 660m)의 외곽시설, 1202m의 계류시설을 구축
*기본 설계 시 50년 주기의 설계파*로 DL(Datum Level, 수심 기준면)(+) 8.5m였던 방파제 마루 높이를 100년 빈도 설계파를 적용, DL(+) 9.5~13.5m
*내진 1등급 설계로 구조물의 안정성을 높이며 월파를 방지하고 안전한 정온수역을 확보
*사 초기, 구간별 지반 특성에 따라 준설치환공법과 DCM(Deep Cement Mixing)공법을 혼용해 
지반 안정성을 확보하는 것은 물론 엄선된 규격의 사석, 피복석, 테트라포트를 적용

• 특허조사 및 특허 전략 분석

내용

• 기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

가. 방파제 기본 단면

부산 마린시티의 방파제의 길이를 산정하기 위해서 해양수산부가 제공한 항만설계기준에 따른다. 

1) 기초사석부 규격

① 기초사석부의 높이 : 1.5m 이상 ② 기초사석부의 항외측 어깨폭 : 5m 이상

  기초사석부의 항내측 어깨폭 : 항외측의 2/3 이상

③ 기초사석부의 경사 : 1:1.5~1:2

2) 직립체 규격

① 직립체 높이 : A.H.H.W + 0.6H1/3 이상 ② 상치콘크리트 두께 : H1/3>2m일 때 1m 이상 ③ 직립체 폭 : 안전율 계산으로 산정 ▷ 직립체 폭을 W로 가정

1) 전면파압

  P=802.59 (KN/m2)
 

2) 양압력

  U=28.09*W (KN/m2)

다. 외력에 대한 안전성 검토

활동과 전도에 안전한 직립체 폭 W를 구하기 위해 안전성 검토를 한다. 직립부의 중량은 2500KN으로 가정한 후 계산을 진행한다. 마찰계수μ는 콘크리트와 사석의 마찰계수인 0.6을 사용한다.

1) 활동에 대한 안전율

▶ 안전율 1.2이상을 만족하기 위해서 직립체 폭 W가 7.83m 이상이다.

2) 전도에 대한 안전율

▶ 안전율 1.2이상을 만족하기 위해서 직립체 폭 W가 1m이상 19.3m 이하이다.

  따라서, 직립체 폭 W가 7.83m 이상 19.3m 이하일 때 활동과 전도에 대해 안전하다.

라. 마린시티 플랩게이트 치수산정

1) 플랩게이트 길이 결정

▶ 방파제가 설치 될 위치인 호안으로부터 100m떨어진 해안의 수심은 8m이고 2016년 차바 태풍 당시 부산 마린시티 해안 부근의 최대 파고는 7.7m로 측정. ▶ 부산의 평균해수면 상승과 대형 태풍의 발생빈도의 증가를 고려하여 마린시티의 효과적인 방재를 위해 플랩게이트 길이를 해안의 수심과 태풍 당시의 최대파고의 합인 15.7m로 결정.

2) 플랩게이트 높이 결정

▶ 플랩게이트는 내부가 비어있는 박스 형태로 내부에 공기와 물이 출입하여 부력에 의해 작동하기 때문에 플랩게이트에 문제 발생 시 수리를 위해 게이트 내부로 인력이 동원되어야 한다. 따라서 인력의 출입이 가능한 적정 높이를 가져야 한다.

▶ 위와 같은 이유로 플랩게이트 높이를 2.4m로 결정.

상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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관련사업비 내역서

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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