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항만 블록식 구조물 축조 ‘키스톤 블록 공법’ 신기술 인증 앞두다

오성덕 기자 | 기사입력 2023/11/14 [13:57]
오성덕 기자 이메일 아이콘 기사입력  2023/11/14 [13:57]
항만 블록식 구조물 축조 ‘키스톤 블록 공법’ 신기술 인증 앞두다
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항만 주요 구조물에 적용되는 기존 일반 콘크리트 블록 대비 안정성과 경제성, 시공성 등을 모두 만족시킬 수 있는 새로운 개념의 블록식 공법이 해양수산신기술 인증을 앞두고 있어 관심을 끌고 있다. 

 

이 공법은 기존의 가격, 영업 중심의 항만산업의 패러다임을 기술 중심으로 전환시킬 수 있는 마중물 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 

 

들고리 설치 공정 필요 없고 블록제작 편해 비용절감 가능

기존 블록 기술 대비 안정성 경제성 사용성 측면에서 우수

가격 영업 중심 항만산업 패러다임 ‘기술 중심 전환’ 기대감

 

이 공법은 ‘쇄석 인터로킹을 활용한 키스톤 블록 공법’으로 항만의 블록식 구조물 축조 기술이다. 

 

기존 직육면체형 일반 콘크리트 블록에 구조물 기준선 방향으로 항 내측과 항 외측에 단턱을 갖는 돌출부를 부가한 블록(키스톤 블록)을 상하 반전되게 적층하고, 인접하는 블록과 블록사이에 형성되는 공간에 쇄석을 채워 상하좌우 모든 블록이 법선 방향과 기준선 방향으로 서로 강하게 구속되도록 구성했다. 

 

상하블록 간 결속은 블록과 블록 사이에 채워진 쇄석과 돌출부의 단턱이 서로 연동해 이뤄지며, 좌우블록 간 결속은 전후 길이가 다른 돌출부에 의해 발생된다. 

 

즉, 단턱 높이와 돌출부 길이 차이에 대응되는 쇄석의 압축저항력이 상하, 좌우 블록의 주 결속력이 된다. 

 

일반 블록은 상하블록 간 결속은 블록 간 마찰에 의해서 이뤄지고, 좌우 블록 간 결속은 좌우의 상하 블록을 통해 간접적으로 이뤄지는 만큼 결속력의 차이는 매우 크다. 

 

기존 블록과의 또 다른 차별점은 블록 설치를 위한 인양 시 사용하는 들고리를 사용하지 않을 수 있다는 점이다. 

 

이 기술은 들고리 대신 블록 측면에 인양돌기를 두고 이에 슬링벨트를 걸어서 인양 가능하다. 따라서 들고리 설치 공정이 필요 없어 블록제작이 편하고, 비용절감도 가능하다. 

 

실제로 연구팀 검토 결과, 길이 5m, 폭 3.5m, 높이 2m의 표준블록의 경우 약 50cm 폭에 길이 75cm, 두께 15cm 규모의 돌기 4개를 두면 인양 시 구조안전성을 확보할 수 있는 것으로 확인됐다.

 

이 같은 연구를 통해 선보인 이 공법은 어선 등 소형 선박접안을 위한 항만 시설물인 물양장과 파랑 파단과 소파를 위한 항만 시설물인 방파제에 적용 가능하다. 특히, 기존 블록 기술 대비 안정성과 경제성, 사용성 측면에서 우수하다. 

 

한편, 연구팀은 이 공법을 적용하는 구조물의 최대 단부지지력을 산정할 수 있는 방법을 새롭게 정립했다. 

 

설계기준에 제시된 기존의 구형 단면에 대한 산정식으로는 단부지지력을 개략적으로 산정할 수밖에 없어 산정식을 이형 바닥면을 갖는 경우로 확장하고, 이를 전산프로그램화해 설계자가 쉽게 이용할 수 있도록 했다. 

 

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특징

이 공법은 블록 간 결속력 강화와 그에 따른 구조물 안정성 증대 효과를 거둘 수 있다. 

 

블록 간 인터로킹을 상하블록 간 마찰력에만 의지하는 기존 기술의 결속력 한계를 단턱과 길이가 다른 돌출부, 쇄석을 이용해 극복한 기술인만큼 블록의 안정성 제고는 물론 블록 간 상대변위 발생을 원천적으로 방지할 수 있어 우수한 구조물 품질을 확보할 수 있다.

 

쇄석기둥에 의한 구조물과 사석마운드 간 마찰계수 증대로 구조물 활동저항성도 증가시킬 수 있다. 

 

또한, 블록 사이에 채워지는 쇄석의 횡토압에 인한 블록의 마찰 저항력이 전도저항모멘트로 작용하면서 구조물의 최대 단부지지력이 감소돼 지반 안정성 확보를 위한 구조물의 폭 확대도 최소화할 수 있어 지반 개량비 증가를 막는 효과도 거둘 수 있다.

 

특히, 블록 사이에 투입되는 쇄석량 만큼 콘크리트 사용량을 감소시킬 수 있어 구조물 건설비 절감이 가능하다. 

 

이외에도 구조물 바닥 마찰계수 증대, 구조물 폭 감소 등으로 인한 추가 공사비 감소 효과도 거둘 수 있고, 표준블록을 적용하는 경우 일반 블록 대비 콘크리트 사용량을 25% 이상 감소시킬 수 있다. 

 

기대효과

이 기술은 항만과 어항의 중요 시설물인 물양장(안벽), 방파제, 호안에 적용 가능한 공법으로 향후 국내 항만과 어항 건설 시장에서 큰 역할을 하는 것은 물론 블록식 구조물이 많이 사용되고 있는 중동과 동남아 시장으로의 진출도 기대를 모으고 있다. 

 

또한, 국내의 가격·영업 중심의 항만건설 시장을 기술 중심 시장으로 전환시키는 데 중요한 역할을 담당할 전망이다. 

 

 

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개별 블록 등 구조물 전체 안정성 뛰어나

 

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▲ 박우선 책임연구원    

한국해양과학기술원 박우선 책임연구원은 “이 공법은 최근 급격한 기후변화 영향으로 인해 발생하는 이상파랑으로부터 방파제와 안벽 등 블록식 항만구조물을 안전하게 지킬 수 있는 새로운 대안 확보를 위해 수행된 연구의 결과물”이라고 소개했다. 

 

이어 “새로운 블록 형상, 체결방법 개발과 함께 이에 대한 성능 입증과 개선을 목표로 구조모형실험을 비롯해 수리모형실험, 수치해석을 수행하는 한편, 현장적용을 위해 블록 표준화와 물양장과 방파제에 표준블록으로 적용하기 위한 설계를 수행했다”고 밝혔다. 

 

이 기술은 기존의 중요 항만과 어항 시설물인 안벽, 물양장, 방파제 등에 적용 가능한 기술로, 기존 기술 대비 매우 우수한 성능을 갖고 있다. 

 

박우선 박사는 “이 기술은 모든 블록이 강하게 체결되기 때문에 개별 블록의 안정성이 우수하고 구조물 전체의 안정성도 높아진다”며, “쇄석기둥이 단턱과 연동해 시공유격 없는 전단키 역할을 하는 만큼 블록 간 상대변위 억제효과도 우수하다”고 설명했다. 

 

이어 “특히, 많은 양의 콘크리트를 쇄석으로 대체하기 때문에 재료비 절감 효과를 거둘 수 있어 경제성이 탁월하고, 사용 시멘트 절감을 통한 탄소중립화에도 기여가 가능하다”고 말했다. 

 

그는 또, “블록 모양이 단순해 제작과 시공을 기존 기술과 동일하게 진행할 수 있고, 추가된 쇄석 투입 공정은 상치콘크리트 타설 전 육상작업으로도 시행 가능하다”고 밝혔다. 

 

블록 간 상대변위 억제 효과 우수

사용 시멘트 줄여 탄소중립 ‘한몫’

 

현재 연구팀은 해양수산신기술 인증을 위해 역량을 집중시키고 있다. 

 

한편, 이 기술은 기후변화 영향으로 요구되는 구조물 안정성 제고 조건을 충족할 수 있어 소규모 항만과 어항의 리모델링은 물론 신규 건설 시장 활성화에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 

 

박 박사는 “특히, 어촌의 어항 정비를 지원하는 중요기술로 자리매김할 수 있다”며, “오는 2028년까지 총 3조 원의 사업비가 투입되는 해양수산부의 어촌신활력증진사업을 통해 물양장과 방파제에 많이 적용되기를 기대한다”고 말했다. 

 

이어 “국내 적용 후 블록식 구조물이 주류를 이루고 있는 중동과 동남아 시장으로 진출해 국내 기술의 우수성을 널리 알릴 수 있는 기회가 마련되기를 희망한다”고 덧붙였다. 

 

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