1. 총론

1.1 과업개요

1.1.1 과업명

거금도 연도교 가설공사 (II단계) 실시설계

1.1.2 과업목적

(1) 과업노선의 현황특성, 지층상태 및 지반조건을 종합분석·평가하여 설계에 필요한 지반공학적 자료 제공을 목적으로 함

(2) 상기 목적 달성을 위해

- 단계별 조사계획 수립을 통해 중요구간 및 문제구간에 대한 중점조사 수행

- 구조물의 중요도 및 현장여건을 감안하여 조사밀도를 증대시키고, 최신 조사기법을 동원하여 분석의 신뢰도를 향상시켜 합리적이고 경제적인 설계를 도모함

1.1.3 과업범위

1.1.3.1 공간적범위

(1) 위치

- 시점 : 전남 고흥군 금산군 대흥리

- 종점 : 전남 고흥군 도양읍 소록리

(2) 노선 특성

- 거금도와 내륙의 연결 Network 구축으로 도서주민의 생활환경 향상 및 지역발전 촉진

- 주변환경과의 조화 및 해상환경의 관광 상품화

(3) 시설규모

- 전체연장 L = 6.641m

- 도로등급 : 국도3등급(설계속도 80km/hr)

- 구조물 : 해상교량 1개소, 육상교량 3개소, 터널 2개소, 교차로 4개소

1.1.3.1.1 과업구간 현황도

1.1.3.2 내용적 범위

- 전노선 : 계획노선 및 인근지역의 전반적인 지형 및 지질특성 파악

- 교량 : 거금연도교, 소록교, 금진육교, 거금육교(총 4개소)

- 비탈면 : 깎기비탈면, 토공부 쌓기비탈면, 터널갱구 비탈면, 임시 터파기 비탈면

- 기타시설물 : 옹벽(보강토옹벽), 물양장, 휴게소

- 재료원 : 하상골재, 석산골재, 레미콘 등

1.1.3.3 시간적 범위

- 단계별 조사기간

1.1.4 주요조사내용

1.1.4.1 조사구간 현황

1.1.4.2 조사구간별 고려사항 및 주요조사항목

1.1.5 조사장비

(1) 지표지질조사

- 위성영상분석 : LandSat TM, ICONOS 위성영상

- 지표노두조사 : 클리노미터, 프로파일게이지, 슈미트해머, 지질해머

(2) 물리탐사

- 음향축심 : Lowrance X-16

- 해상탐사(반사법/굴절법) : Streamer, Mini Sparker(Benthos)

- 탄성파탐사 : MARK VI (ABEM-스웨덴)

- 전기비저항탐사 : SAS 1000 System (ABEM-스웨덴)

- MASW탐사 : MARK VI (ABEM-스웨덴)

- 굴절법토모그래피 : Terraloc, Sparker System(ABEM-스웨덴)

- 탄성파토모그래피 : Seismograph(Geospace-미국)

(3) 현장조사 및 시험

- 시추조사 : TS-300, TS-200

- 표준관입시험 : Split Spoon Sampler

- 공내재하시험 : Auto-LLT(일본), Elastometer2(OYO-일본), GoodmanJack(SINCO-미국)

- 공내전단시험 : BST(Handy Geotechnical Ins-미국)

- 하향식탄성파탐사 : MARK VI (3성분 Geophone)(스웨덴)

- Suspension PS검층 : Suspension PS Logger-3660A(영국)

- BIPS(시추공영상촬영) : BIP IV/SV(Raax-일본)

- Televiewer : MAX II (Mount Sopris-미국)

- SPT에너지효율측정 : Model-PARK(Pile Dynamics-미국)

- 지하수유속측정 : Ground FlowMeter 2000(KVA-미국)

- 실내시험 : 각종시험기

- 수질분석 : 각종시험기

1.2 조사계획

1.2.1 지반조사 수행방향 설정

1.2.1.1 조사계획수립 기본방향

(1) 입찰안내서, 건교부 기준

- 입찰안내서에 제시된 조사항목 및 제 규정을 준수하되 현장여건에 비해 미비한 점을 보완하여 조사계획

(2) 조사 대상구간 현장여건

- 조사대상 현장의 여건을 감안한 최적의 조사항목 계획

(3) 계획구조물 거동특성

- 과업구간내 계획된 구조물의 거동특성을 감안하여 조사계획

(4) 단계별 조사

- 조사범위 및 신뢰도에 입각하여 단계별로 조사계획

(5) 상호보완성 및 연계성

- 조사항목별 특성과 한계성을 고려하여 상호보완이 가능하고 조사결과의 연계성이 확보될 수 있도록 확보될 수 있도록 계획

(6) 신기술 및 신공법

- 최신의 지반조사 기법을 적용하여 조사분야의 신기술개발 장려 효과 유발

- 기존조사와 연계분석하여 신기술의 신뢰성 확보

1.2.1.2 조사수행 기본방향

(1) 조사기준

- 입찰안내서, 건교부조사기준을 기준으로 조사수행

(2) 조사위치

(2.1) 단계별 조사계획에 따라 조사를 시행하고 각 단계별 조사결과 분석내용에 따라 다음 단계 조사위치를 순차적으로 선정

- 예비조사 분석결과를 바탕으로 복수의 예상구조물 후보지선정

- 복수로 선정된 구조물 예상후보지 각각에 대해 조사시행

- 예비조사에서 예측된 단층 · 파쇄대 확인을 위한 조사위치선정

(2.2) 현장여건(수심, 지형조건, 민원), 접근성을 감안한 조사위치선정

(2.3) 과업구간의 지반조건을 대표할 수 있는 조사위치선정

(3) 조사항목 및 조사수량

- 입찰안내서, 기본설계, I단계(녹동~소록도간)실시설계, 기타 국내외 조사사례를 분석하여 설계목표에 부합되도록 함

- 각 조사의 특성과 한계성을 감안하여 조사단계별로 상호보완이 가능하도록 함

- 과업구간의 연속성 있는 지반특성 파악 및 통계분석이 가능하도록 조사수량 선정

(4) 조사결과활용

- 예비조사 : 구조물 위치, 규모 및 형식선정의 기본자료로 활용

- 상세조사 : 구조물 설계, 안정성 검토를 위한 설계정수 제공

1.2.1.3 조사수행흐름

1.2.1.3.1 사전조사

(1) 기존자료분석

- 입찰안내서, 기본설계, 실시설계

(2) 광역 지질구조분석

- 현장답사, 인공위성영상판독, 단계별조사계획, 조사기준 설정, 발주처요구사항 확인

제 목 : 위성영상판독

1.2.1.3.2 예비조사

(1) 해저지형, 지층분석

- 음파탐사, 탄성파탐사, 예비시추

(2) 파쇄대, 이상대, 연약지반파악

- 광역지질조사, 각종 탐사

(3) 예상노선별 지반조건 분석

- 최적노선선정을 위한 자료제공

1.2.1.3.3 노선 및 구조물결정

(1) 해상노선결정

- 예비조사결과 분석(구조선, 수심, 지지층)

- 경제성, 경관분석 결과 종합

(2) 최종노선, 구조물기초위치 선정

- 선정된 노선내 상세조사계획

노선검토 : 기본설계노선 및 대안노선 -〉 최종노선선정

교각위치배제구간 : ①,②,⑤

1.2.1.3.4 상세조사

(1) 구조물 위치별 상세지층파악

- 시추조사 및 각종 현장, 실내시험

- 지반정수 산정을 위한 자료획득

(2) 기초근입심도, 터널갱구위치

- 토공분류를 위한 설계자료 제공

(3) 구조물제원확정, 안정성검토

1.2.1.3.5 시공중 보완조사

(1) 설계중 조사의 한계성 보완

- 평판재하시험

- 말뚝재하시험(정재하/동재하)

(2) 지지력 확인

- 터널구간 선진시추, TSP탐사

(3) 막장전반지반 상태파악

1.2.2 조사계획 수립을 위한 주요 고려사항

- 입찰안내서를 기본으로 문헌자료, 현지답사 내용을 반영하여 각각의 조사특성을 살린 단계별 조사계획의 수립을 위한 주요 고려사항을 검토

- 지반특성을 고려한 구조물 계획과 설계 활용이 가능하도록 조사계획수립

1.2.2.1 문헌자료를 통한 고려사항

(1) 계획

- 입찰안내서, 기본설계 보고서, Ⅰ단계(녹동~소록도간) 실시설계 보고서, 과업구간 지질도 분석 등을 통해 조사항목, 조사장비 등의 기본계획 수립

(2) 현황

(2.1) 육상구간

- 실시설계Ⅰ단계 구간은 화강암이 주종이나 본 과업구간(Ⅱ단계)은 편마암이 주종임

- 기본설계시 자연녹지도8등급 지역에 근접하도록 되어 있어 깎기비탈면에 의한 침범 우려 있음

(2.2) 해상구간

- 최대수심 36m정도임

- 유속 : 137.8cm/sec(낙조류), 대조차 : 300.4cm

(3)고려사항

- 편마암의 특성(이방성, 변형특성)을 고려한 조사 및 실내암석시험 계획 수립

- 녹지보전구역 피해 최소화를 위한 계획수립에 필요한 조사계획 수립

1.2.2.2 현지답사 결과를 통한 고려사항

(1) 계획

- 주요 구조물 예정지의 현황파악, 조사장비 접근가능성, 민원발생가능성, 개략적인 지형 지질상태를 파악하여 개괄적인 조사계획 수립에 반영

(2) 현황

(2.1) 해상구간

- 국부적으로 유속이 빠른 구간 관찰됨

- 과업노선 사이에 어장이 위치하고 있음

(2.2) 육상구간

- 노두가 발달되지 않아 불연속면 관찰곤란

- 녹지8등급지역 등에 장비접근 곤란 예상

(3) 고려사항

- 해상구간은 유심, 유속을 고려하여 안전성과 조사 신뢰성 확보를 위해 SEP Barge도입

- 어장피해를 최소화하기 위해 조사일정 조정하며 시행

- 노두관찰이 어려운 것을 감안하여 시추공에 의한 불연속면조사 수량을 증가시킴

1.2.2.3 단계조사를 위한 고려사항

1.2.2.3.1 계획

- 조사구간을 광역구간과 상세구간으로 구분하여 조사계획, 광역구간특성파악-〉구조물기본계획-〉이상대위치, 구조물계획위치선정-〉상세구간특성파악

- 조사항목별 특성을 파악하여 광역구간특성파악에 적합한 조사와 상세구간특성파악에 적합한 조사로 구분하여 단계별 조사계획에 반영

- 조사단계간, 조사항목간 상호보완이 가능하도록 조사항목 및 수량 선정

1.2.2.3.2 조사

(1) 광역구간 특성파악에 적합한 조사항목

(1.1) 과업전구간 전체적인 지형·지질구조분석

- 지질도분석, 광역지질조사(현장답사)

- 인공위성영상판독

(1.2) 해상구간 대안노선별 해저지층 파악

- 음파탐사, 예비시추조사

- 해상반사법탐사 및 굴절법탄성파탐사

(1.3) 육상구간 지층상태 파악

- 탄성파탐사, 예비시추조사

- 전기비저항탐사

(2) 상세구간 특성파악에 적합한 조사항목

(2.1) 구조물위치별 지층구조 파악

- 상세시추조사, 현장시험, 실내시험

(2.2) 파쇄대, 이상대 및 불연속면 파악

- 토모그래피탐사, 수평시추조사

- 상세지표지질조사, BIPS, Televiewer

(2.3) 내진특성 파악

- Downhole, PS검층, MASW, 공진주시험

(2.4) 현장강도특성, 변형특성, 수리특성파악

- 공내재하시험, 공내전단시험, 지하수유향유속

(3) 조사항목별 상호보완

- 지층구조 보완 : 각종탐사 + 시추조사

- 내진특성 보완 : PS검층 + 공진주시험

- 지반특성 보완 : 시추조사 + 공내재하시험 + 실내시험

- 불연속면특성 보완 : 지표지질조사 + BIPS + Televiewer

- 파쇄대파악 보완 : 선구조분석 + 탐사 + 시추조사 + 실내시험

1.2.2.3.3 고려사항

- 과업범위, 조사특성을 고려하여 예비조사-〉상세조사-〉추가조사의 단계별 조사시행

- 각 단계별, 구간별 조사목적에 적합한 조사항목 선정

- 조사의 한계성을 상호보완할 수 있도록 조사계획 수립

1.2.2.4 설계신뢰도 향상을 위한 주요조사기법

- 설계의 신뢰도는 지반조사의 신뢰도와 직결되어 있으나 최근의 여러 턴키과업에서 드러난 바와 같이 조사기간의 부족, 설계와 조사와의 연계성 결여로 만족할만한 수준의 결과를 얻기 어려운 경우가 많은 실정임

- 또한 과잉경쟁심리로 인하여 과다·중복조사가 이루어지고 있으나 실제 설계에는 적용되지 않는 사례도 있어 이에 대한 문제점도 지적되고 있음

- 본 과업에서는 불필요한 조사는 지양하되 설계목표에 부합되는 지반설계정수를 도출하기 위해 적재적소에 조사를 투입하고 설계 신뢰성 향상을 위한 신 조사기법을 적극 활용할 수 있도록 계획하였음

1.2.2.4.1 해상구간 반사법 탄성파탐사

(1) 예비조사단계에서 해상구간 노선선정에 필요한 광범위한 지층분포 상황을 파악하기 위해 실시

(2) 반사법탄성파탐사는 일반적인 탐사(굴절법탐사 등)에 비해 해상도가 우수

(3) 적용구간 : 소록도~거금도 해상구간 2000m×500m 구간 20~50m 격자형태로 시행

(4) 적용방법 : 해상탐사선 및 Mini Sparker System을 이용한 반사법탐사(굴절법, 음파탐사 병행)

(5) 기대효과 : 해상구간의 광범위한 지층분포 상황을 예비조사단계에서 정확히 파악하여 노선선정, 기초형식 선정에 필요한 판단자료로 활용

- 해상 반사법탐사 모식도

- 해상 반사법탐사 자료취득 시스템

- 예상노선대의 지층분포도

1.2.2.4.2 S파 반사법탐사 (shear Wave Reflection Analysis)

(1) 현수교 앵커리지 구조물은 50m×30m 크기의 대형구조물로 이 구간에 대한 지층상태파악을 위한 상세조사가 필요

(2) 지형여건상 북측앵커리지(AN2)구간은 시추기 진입이 곤란하므로 정밀도가 뛰어난 전단파를 이용한 반사법탐사를 수행하여 지층상태를 정밀하게 파악

(3) 적용구간 : 대화도 앵커리지 구간 (남측앵커리지) 및 소록도 앵커리지 구간 (북측앵커리지)

(4) 적용방법 : 지표면에 직접 S파를 발진시켜 이를 획득하고 이로부터 지층심도별 Vs, 반사 패턴 획득

(5) 기대효과 : 대상구간의 평균적인 값이 아닌 조밀한 간격의 실제적인 값을 적용할 수 있으므로 설계신뢰도 향상 기대, 미시추구간의 정밀한 지층구조파악

1.2.2.4.3 굴절법토모그래피탐사 - CWT(Curved Wave Tomograpy)

(1) 지표지질조사 및 전기비저항탐사를 통해 파쇄대로 예측된 거금터널 STA.5+400~5+500 구간의 정밀지층조사 (상기구역은 녹지자연도8등급에 해당하여 시추기 진입곤란)

- P파 이용

(2) 남측앵커리지(AN1) 구간에서 시추공 사이의 지층상태파악 및 내진설계 정수 산정

- P파, S파 모두 이용

(3) 적용구간 : 소록터널 STA.5+368~5+505, 남측앵커리지 STA.3+397~4+032

(4) 적용방법 : 지표면에 직접 P파 혹은 P,S파를 발진시켜 이를 획득하고 Vp 또는 Vp+Vs를 구함

(5) 기대 효과

- 녹지구역의 훼손 없이 파쇄대 위치 및 규모를 파악하여 터널설계 신뢰도 향상

- 앵커리지 기초 저면에 대한 포괄적인 지층상태파악 및 내진설계정수 산정

1.2.2.4.4 3D-Kriging을 이용한 3차원 지층분석

(1) 지질조사자료, 시추자료, 탐사자료와 같이 암반 등급을 결정하기 위한 1D 및 2D 기초자료를 통합화하고 이를 Kriging기법을 통해 3D 자료로 확장함

(2) 2D 단면에 각종 자료를 바탕으로 수작업화 되었던 암반 등급 분류 및 지보 패턴의 결정을 Lynx 내의 Krining기법을 사용하여 3차원의 Volume화 된 암반 등급 분포도로 가시화

(3) 각 구간별 터널 내부 암반 등급 결정을 위한 지구통계학적 처리 방안 구현

(4) 적용구간 : 거금터널, 소록터널

(5) 적용방법 : Variogram Model에 의한 3D Kriginig

- Variogarm Model의 추정

- 3D Kriging 결과

(6) 기대효과 : 지층 분포 특성을 지구통계학적 기법을 동원하여 3차원 모델링으로 가시화함으로써 시추 및 탐사자료의 불연속적인 Data 획득으로 인해 발생할 수 있는 오류를 최소화하여 사실적이고 연속적인 등급 및 지보패턴 부여할 수 있음

1.2.2.4.5 소록터널구간 수평시추조사

(1) 지표지질조사 및 전기비저항탐사로 파악된 파쇄대구간의 실제 암석상태 확인을 위해 적용

(2) 적용구간 : 소록터널 STA.5+420전후구간(71m)

(3) 적용방법 : 터널에서 50m가량 이격된 곳에서 파쇄대와 직각방향으로 시추시행

(4) 기대효과 : 파쇄대 Core 상태 육안확인

1.2.2.4.6 SPT 에너지효율측정

(1) 토사층의 설계정수 산정에 활용되는 표준관입시험치의 보정을 위해 시추장비별로 SPT에너지효율측정

(2) 적용구간 : 시추장비별로 시행(5회)

(3) 적용방법 : 시추Rod에 계측장비 부착하여 측정

(4) 기대효과 : 신뢰성 있는 토사층 설계정수 산정을 위한 N치 보정

1.2.2.5 주변 환경 및 민원에 대한 고려사항

(1) 본 과업구간은 소록도~대화도~소화도~거금도를 잇는 구간으로 청정해역과 주변경관이 조화를 이루고 있는 구간임을 감안하여 주변환경파괴 및 현지 민원을 최소화 할 수 있는 방안을 고려

- 소록도의 경우 일제시대 이후로 지금까지 자연훼손을 억제한 결과 현재까지도 수려한 자연경관을 유지하고 있으며, 과업노선 내에 녹지자연도8등급 지역이 위치하고 있음

- 소록도~거금도 구간의 경우 청정해역을 이용한 멸치어장이 발달되어 있음

(2) 상기와 같은 상황에 대처하기 위해 조사단계 및 시공단계에사 발생할 수 있는 환경피해 및 민원발생 상황을 모두 고려하여 조사계획에 반영

(3) 조사단계에서도 현장민원인과 조사계획단계에서부터 협의를 통해 민원을 해결하고 현장주민의 의견을 수렴하여 시공단계에서도 환경피해 및 민원이 최소화될 수 있도록 조사항목을 계획

1.2.2.5.1 조사단계에서의 환경 및 민원에 대한 고려사항

1.2.2.5.1.1 소록도 구간 조사시 자연녹지지역 훼손방지대책

(1) 착안사항

- 소록도의 자연녹지지역을 터널로 통과하여 자연훼손을 최소하도록 계획

- 터널설계에 필요한 조사시 녹지훼손 불가피

(2) 대책방안

- 단계별 조사계획시 탐사, 자연녹지지역 외부시추를 적용하여 1차적인 지층파악

- 1차조사를 이용하여 갱구부 위치를 녹지보전지역밖으로 계획하여 훼손구간 최소화

- 녹지지역내 파쇄대가 예상되는 구간은 시추공 없이도 시행가능한 굴절법토모그래피를 적용하여 훼손방지

1.2.2.5.1.2 소록도~거금도간 멸치어장 피해방지방안

(1) 착안사항

- 소록도~거금도간 해상에 멸치어장이 위치하여 해상시추시 Barge선 등에 의한 피해 가능성

(2) 대책방안

(2.1) 조사계획단계에서 어장주와 협의하여 피해영향 범위를 최소화

(2.2) 조사중에는 어장주를 동행하여 조사중 발생하는 피해 최소화

(2.3) 본격적인 어장개장시기인 5월 이전에 해상구간 조사를 완료할 수 있도록 단계별 조사계획 수립

- 개략조사 : 해상탐사-〉1~2월

- 상세조사 : 해상시추-〉3~4월

제 목 : 선구조분석

제 목 : 거금연도교 구간 어업허가 현황

1.2.2.5.2 시공단계에서의 환경 및 민원에 대한 고려사항

1.2.2.5.2.1 대깎기부에 의한 자연환경훼손 방지방안

(1) 착안사항

- 기본설계당시 노선일부구간에 깎기 높이 30m정도로 계획되어 있어 시공시 과다한 자연훼손 불가피

- 소록도의 경우 녹지자연도8등급지역 훼손이 불가피한 상항

(2) 대책방안

- 대깎기 비탈면으로 계획된 구간을 터널로 변경하여 자연훼손 최소화

- 소록도의 경우 터널갱구부를 녹지자연도8등급지역 밖으로 계획

1.2.2.5.2.2 발파로 인한 소음 진동 대책방안

(1) 착안사항

- 거금도 터널갱구부 및 일부 깎기구간은 마을과 100m 이내에 위치하고 있어 시공시 발파에 의한 소음 진동 민원 우려

(2) 대책방안

- 조사단계에서 시추공 시험발파를 실시하여 소음 · 진동 영향 예측

- 시험발파결과로부터 저송음 · 미진동 발파를 계획하여 시공시 민원방지

1.2.2.5.2.3 거금터널 종점 갱구부 저수지 오염방지 방안

(1) 착안사항

- 거금도 종점 갱구부로부터 100m정도 이격된 곳에 마을 주민들이 사용하고 있는 저수지가 위치하고 있음

- 터널 갱구부 중앙이 저수지보다 표고가 높아 갱구부 보강시 유해물질이 저수지로 흘러들어갈 가능성 있음

(2) 대책방안

- 터널갱구부의 시추공을 이용하여 지하수 유향 유속시험을 실시

- 지하수의 흐름 특성을 감안하여 갱구부 보강설계에 반영

1.2.3 기존자료분석

1.2.3.1 입찰안내서 주요사항 검토

발주처에서 제시된 제 규정 및 기준이상으로 시행하되, 관련내용 중 미흡한 강도특성, 불연속면 특성, 내진특성 및 암반분류 등은 최신조사 및 분석기법을 적극 도입하여 조사 및 설계에 활용

1.2.3.2 기본설계 분석 및 개선방안

- “거금도 연육교 가설공사 기본설계(ll단계)” 내용을 면밀히 분석하여 기본설계의 미비점을 파악하고 금번 설계시 이를 보완할 수 있도록 조사 및 설계에 대한 방향 설정

- 기본설계에 대한 심의지적사항, 관계기간 요구사항이 반영될 수 있도록 계획수립

1.2.3.2.1 기본설계조사내용

1.2.3.2.2 기본설계 문제점분석 및 개선방안

- 일반 Pontoon Barge

- SEP Barge

1.2.3.3 실시설계 l 단계 구간 주요 조사결과 분석

- “거금도 연륙교 공사(l단계) 실시설계” 조사내용을 분석하여 본 과업구간(ll단계 구간)과의 연계성을 고려한 조사 및 설계가 되도록 계획

- I단계 구간에 대한 설계심의 지적사항 등 미비점을 보완하여 합리적이고 신뢰성 있는 조사 유도

1.2.3.3.1 l단계 실시설계 구간의 조사위치 및 주요조사항목 분석

(1) l단계구간 지반조사위치도

(2) l단계구간 조사현황분석 및 ll단계구간에 대한 보완방향

- l단계 구간 조사중 문제사항

- 시추전 해상탐사를 통한 문제구간 파악

(3) l단계구간 설계심의 지적사항 및 ll단계구간에 대한 보완방향

1.2.4 단계별 조사계획 수립

1.2.4.1 조사단계별 중점 고려사항

- 지반조사기법의 특성을 고려하여 사전조사(문헌 및 현지답사)-〉예비조사-〉상세조사-〉추가조사의 단계별로 계획하여 수행함으로써 각각의 조사기법이 지닌 한계를 상호 보완할 수 있도록 하였음

- 각 단계별 조사결과를 분석하여 구조물 위치 및 형식선정 등의 계획단계에 반영하고, 구조물계획단계에서 수립된 구조물 예정위치에 대한 상세조사를 통해 상세설계를 위한 지반공학적인 설계자료 제공

1.2.4.1.1 사전조사

- 조사목적 : 조사계획수립을 위한 현황파악

- 조사범위 : 과업구간을 포함한 광역 범위

1.2.4.1.2 예비조사

- 조사목적 : 지층현황, 중점조사구간 파악

- 조사범위 : 구조물 대역별 대 범위

1.2.4.1.3 상세조사, 보완조사

- 조사목적 : 지반특성 파악, 설계정수 산정

- 조사범위 : 대상 구조물별 필요지점

- 시공중 보완조사 계획

1.2.4.2 사전조사단계

- 조사 단계별 계획 수립을 위한 지형, 지질 등의 현황파악

- 기존설계의 문제점 조사를 통한 대책방안 수립

- 입찰안내서에 의한 조사기준, 발주처 요구사항 확인

1.2.4.2.1 사전조사 항목

1.2.4.2.2 예비조사 계획수립을 위한 주요사전조사결과 분석

(1) 조사항목, 위치선정

- 현장답사

(2) 예비조사(탐사)범위 확정

- 광역지질조사결과분석

(3) 탐사계획 수립

- 인공위성영상판독

1.2.4.2.3 예비조사 계획 수립시 반영내용

- 해상구간 : 음파탐사, 반사법 탄성파탐사, 예비시추조사

- 육상구간 : 연약지반 예상지역 핸드오거보링, 구조선 위치에 대한 육상탐사

1.2.4.3 예비조사단계

- 예비조사는 사전조사에서 선정된 조사항목 및 조사계획에 따라 실시

- 해상구간 교량노선 파악에 필요한 해저지형, 지층정보, 단층 및 파쇄대 예측

- 터널 및 깎기비탈면 예정구간의 지층분포상태, 이상대 파악

- 연약지반 분포여부 파악

1.2.4.3.1 예비조사 항목

1.2.4.3.2 상세조사 계획수립을 위한 주요예비조사결과 분석

1.2.4.3.3 상세조사 계획 수립시 반영내용

1.2.4.4 상세조사단계

- 상세조사는 예비조사 및 사전조사에서 선정된 조사항목 및 조사계획에 따라 실시

- 사전조사결과로부터 결정된 기초예상위치에서의 상세지층파악, 각종 시험실시

- 각 지층별 변형특성, 강도특성, 내진특성 파악을 위한 조사 및 시험시행

- 파쇄대 및 이상대구간 상세조사, 불연속면에 대한 안정성 검토를 위한 각종 시험

1.2.4.4.1 상세조사 항목

* 괄호안은 예비조사 포함시 수량

1.2.4.5 시공중 보완조사 계획

- 설계단계에서 현장 여건, 조사 및 시험의 한계 등으로 인하여 불확실한 요소 발생

- 시공단계에서 예상치 못한 문제점이 발생했을 때보다 효과적으로 대처

- 공종별 보완조사 항목을 선정하여 완벽한 시공을 수행토록 함

1.2.4.5.1 구조물 및 교량구간 보완조사

(1) 평판재하시험

(1.1) 토사 및 풍화암 지지 직접기초 : 기초당 1회

- 직접기초의 장기 또는 단기 허용지지력 산정

- 직접기초의 침하량 산정 : 설계시 산정한 지지력 및 침하량 확인

(1.2) 연암 및 경암지지 직접기초 : 육안관찰 및 지반강도 측정

(2) 말뚝재하시험

- 설계시 산정한 지지력의 적정성 확인

- 정재하시험 : 1회

- 동재하시험 : 기초당 1회

- 수평재하시험 : 1회(교대)

(3) 노두관찰

- 기초 굴착시 노출된 암반을 정밀하게 관찰하여 기초지반에 불리한 불연속면을 파악하고 그에 따른 안정성 검토 자료로 활용

- 기초가 연암층에 놓이는 경우 암반용 슈미트해머를 사용하여 일축압축강도를 추정한 후 지지력 확인

1.2.4.5.2 터널구간 보완조사

(1) 막장면관찰

- 터널 막장의 지질 및 불연속면 발달 상태를 조사하여 종합적 암반 상태 확인하여 추가적 보강대책 수립여부 판단

- 지질 구조대 유 · 무 육안 확인

- TSP탐사/선진시추조사 계획 수립

(2) TSP탐사

- 터널 막장 전방 지역의 취약 지질 구조대 유 · 무 확인

- 파쇄대 위치 및 규모 확인시 추가 보강대책 수립

(3) 선진수평보링

- TSP 탐사, 막장면 관찰시 인지된 지질구조이상대 본포범위 확인

- 코아에 대한 암반분류를 지보 설계에 반영

1.2.5 시추조사심도 결정을 위한 영향범위검토

1.2.5.1 개요

- 지반조건에 따라 구조물에 의한 지반의 응력 및 변위영향범위를 결정하여 시추조사계획에 반영

- 구조물하중에 의한 개략적인 영향범위는 수치해석기법이나 기존의 이론해법에 의해 어느 정도 추정이 가능하며 본 검토에서는 우물통기초와 터널구조물에 대하여 수치해석기법을 활용하여 응력분포 영향범위를 검토하였음

- 검토결과로부터 얻어진 영향범위를 이용하여 시추심도를 결정하고 시추조사 수행

1.2.5.2 교량기초의 응력 분포영향범위 검토

1.2.5.2.1 검토개요

(1) 본 과업구간의 교량 중 기초규모가 가장 큰 거금연도교를 대상으로 검토

(2) 거금 연도교의 기초는 직경이 16~24m 정도의 우물통 기초로서 기본설계시의 지반조건을 감안할 때 근입비(D_f/B)가 1미만일 것으로 예상되므로 검토시에는 직접기초로 단순화하였음

(3) 매개변수 설정

- 기초저면은 기반암 상부에 위치시키는 것으로 가정하고 그 하부에 양호하지 못한 지층(파쇄대)이 있는 경우를 고려하여 기반암 두께를 변화시켜 영향 유무 파악

- 기반암 하부의 파쇄대에 영향을 받지 않는 기반암 두께까지 시추조사를 시행하는 것으로 계획

1.2.5.2.2 교량기초 영향범위 검토를 위한 수치해석(SIGMA/W)

(1) 우물통 기초를 대상으로 기반암층 하부 지층조건을 변화시켜가며 동일한 하중을 재하하여 기초 저면 변위에 대한 심도별 발생변위를 분석하여 응력영향깊이를 검토

(2) 응력영향깊이 : 기초 직하부에서의 침하량과 일정심도(10.0m)에서의 침하량의 변화 비율을 측정함

1.2.5.2.3 해석조건

1.2.5.2.4 지반조건 변화에 따른 변위 검토 결과

우물통 기초를 대상으로 기반암층 하부 지층조건을 변화시켜가며 동일한 하중을 재하하여 변위를 검토

- 기반암 두께 1.0m까지는 파쇄대의 영향으로 변위가 크게 나타남

- 기초 기반암 하부 2.0~5.0m 까지는 변위발생량이 유사하고 그 변화 양상도 같음

- 변위양상

- 심도별 변위분포

1.2.5.2.5 교량 시공에 따른 응력영향범위 검토 결과

교량기초 설치시 기반암층 1m 하부에 파쇄대가 존재하는 조건으로 해석을 수행하여 응력을 검토한 결과

- 기반암층 하부 1m에 응력이 집중되는 현상이 발생하며, 그 하부로 전달되는 응력은 작게 나타남

- 경암이 하부 2.0m까지 존재할 경우 그 하부로 전달되는 응력은 미세한 것으로 검토됨

- 응력분포

- 심도별 응력분포

1.2.5.2.6 교량기초 시추심도 기준 수립

- 응력영향은 기반암층 하부에 집중되어 나타나고 그 영향 범위 밖에서는 지중응력이 작게 나타남

- 변위분포는 기반암 지지층 2.0m까지 동일조건이 존재하면 그 하부에 대한 영향은 미소한 것으로 나타남

- 해석결과 시추조사는 교량기초 하부 경암 2m까지 시추하는 것으로 계획하는 것이 타당함

1.2.5.3 터널구간의 응력분포 영향범위 검토

1.2.5.3.1 검토개요

(1) 본 과업구간에 존재하는 터널이 토피고가 낮은 점을 감안하고 암반층 내부에 설치되는 터널구조물의 특성상 터널이 암반등급 V를 통과할 경우가 가장 큰 응력분포 영향범위가 형성될 것이라는 판단하에 정적연속체 해석방법을 사용하여 지반조건을 변화시켜가며 터널 시공단계에 따른 해석을 수행하여 응력 및 변위 특성을 분석함

(2) 지반조건을 변화시키면서 해석에 따른 응력 및 변위 영향범위를 검토

- 터널구간 시추심도 계획 및 암반분류영역 범위 결정자료로 활용

1.2.5.3.2 해석방법 및 조건

(1) 해석대상 지반조건 : 암반등급 lll 및 V로 구성 (해석단면은 아래 그림과 같음)

- 암반등급 lll 및 V의 지층경계선 위치를 터널 천단부에서 0.5D, 1.0D, 2.0D, 4.0D로 이격시켜가며 해석수행

(2) 지반변위, 지보재 응력을 상호 비교검토

1.2.5.3.2.1 해석조건

1.2.5.3.2.2 해석단면

1.2.5.3.2.3 해석단계

1.2.5.3.2.4 해석에 사용된 지반물 성치

1.2.5.3.3 터널시공에 따른 변위영향범위 검토 결과

(1) 천단변위(단위 : mm)

여기서, ‘기준’은 해석영역 전체가 암반등급 lll로 구성되어 있을 경우를 의미함

- 천단변위

(2) 내공변위(단위 : mm)

여기서, ‘기준’은 해석영역 전체가 암반등급 lll로 구성되어 있을 경우를 의미함

- 내공변위

(3) 천단변위와 내공변위 해석결과 요약

- 터널 천단부에 암반등급V가 위치했을 때 천단변위가 가장 큰 폭으로 증가했으며 지층경계선이 터널 천단부로부터 4.0D 이격되어 있을 경우에 가장 작은 변위증가를 나타냄

- 터널 천단부로부터의 지층경계선의 이격거리별 변위증가율을 살펴보면 0.5~1.0D를 기준으로 급격히 증가함을 알 수 있음

- 해석결과로부터 터널 시공에 따른 응력영향범위는 1.0D인 것을 알 수 있음

- 천단변위 변화율

- 내공변위 변화율

1.2.5.3.4 터널 시공에 따른 응력영향범위 검토 결과

(1) 정적 연속체 해석을 수행하여 터널시공단계를 고려한 응력영향범위를 검토

- 터널 하부 영역 1D(여기서, D : 터널최대굴착폭)범위 이내까지 응력영향범위가 형성되는 것으로 나타났음

(2) 전술한 바와 같이 정적 연속체 해석을 사용하여 터널 시공에 따른 영향범위를 검토한 결과는 응력 및 변위에 따른 영향범위는 터널 상부 1D~터널 하부 1D까지 그 영향이 미치는 것으로 나타났으나 터널 하부영역에 대한 응력영향범위는 미소한 것으로 나타났음

- 터널 응력영역 검토 결과

1.2.5.3.5 터널구간 시추심도 기준 수립

정적 연속체 해석결과를 합하여 시추조사는 응력이완범위가 형성되는 터널 하부 1D영역까지 실시하고 암반분류는 터널 상하부 1D영역에서 정밀하게 수행하는 것으로 계획

1.2.6 조사위치 및 조사수량

1.2.6.1 조사항목별 구분

1.2.6.1.1 해상탐사

(1) 선정사유

(2) 해상 음파탐사 종류 및 본 과업적용 기법

주) 가탐심도와 해상도는 대체로 반비례관계임을 감안하여 천해정밀탐사가 가능한 Transducer적용

(3) 해상 반사법탐사 발진원 종류 및 본 과업적용 기법

주) 가탐심도와 해상도는 대체로 반비례관계임을 감안하여 본 과업에서는 가변에너지 방식을 적용하여 적정심도까지 고해상도의 탐사단면을 획득할 수 있도록 발진원 선정

(4) 해상 굴절법탐사 종류 및 본 과업적용 기법

주) Two RV System은 해류의 흐름이 빠르고, 주변선박 왕래가 잦은 연안부 탐사에 적합

(5) 조사위치 및 수량

1.2.6.1.2 육상탐사

(1) 선정사유

(2) 조사위치 및 수량

1.2.6.1.3 시추조사

(1) 선정사유

(2) 조사위치

(3) 조사수량

1.2.6.1.4 핸드오거보링조사

(1) 선정사유

(2) 조사위치

1.2.6.1.5 시험굴조사

(1) 선정사유

(2) 조사위치

1.2.6.1.6 시추공탐사

(1) 선정사유

(2) 조사위치

1.2.6.1.7 시추공시험

(1) 선정사유

- 공내재하시험 : 지층별 변형특성확인을 위한 변형계수 측정/ 기초 및 터널구간 안정성 해석 입력치로 활용

- 공내전단시험 : 원위치 시추공에서 직접전단시험 수행으로 신뢰성 있는 풍화대 강도 정수 산정

- 지하수유향유속시험 : 시추공내에서 지하수의 흐름 방향 및 유속측정 (터널구간 지하수 흐름 영향 검토)

- 현장수압시험, 현장투수시험 : 토사, 풍화대 및 암반의 현장투수계수를 산정하여 터널, 비탈면, 기초 터파기구간 침투영향검토

- SPT 효율측정시험 : 에너지 효율측정에 의해 보정된 표준관입시험치(N치)에 의한 합리적인 설계정수 산정, 기초지지력 산정

- 시추공시험발파 : 발파에 의한 진동영향 검토, 발파공법 및 발파패턴 결정

(2) 조사위치

1.2.6.1.8 특수시험

(1) 선정사유

- 절리면 전단시험 : 절리의 전단강도 및 마찰각 등의 특성을 구하여 암반비탈면 안정해석을 위한 설계정수 산정

- 레이져 JRC 측정 : 레이져를 이용하여 절리면에 대한 거칠기 측정으로 불연속체 해석

- AE/DRA 시험 : 현지암반의 초기응력 측정(미소파괴음 및 변형률변화를 파악하여 측정)

- 이방성시험 : 과업구간의 주요암종인 편마암의 이방성특성을 파악

- 공진주시험 : Suspension-PS 검층 등의 현장시험은 주로 미소변형률 범위에 해당하므로 변형률 범위에 따른 내진특성파악을 위해 실시(토사층)

- 충격반향시험(Impact Echo) : 기반암의 감쇠비 파악

- Creep시험 : 지중에 대규모의 하중이 전달되는 지중정착식앵커리지(북측앵커리지)구조물의 Creep 특성파악

- 진동삼축시험 : 액상화 간편예측에 의해 액상화 발생 가능성이 예측된 구간에 대해 액상화 상세예측에 필요한 액상화 전단저항응력비 특성곡선(진동전단응력비-진동재하회수)산정

(2) 조사위치

1.2.6.2 구조물별 조사현황

1.2.6.3 지반조사 현황도

(1) 조사위치도

(2) 조사주안점

(3) 조사수행과정

(4) 주요조사수량

(5) 조사결과활용

1.2.7 조사결과 활용방안

1.2.8 환경훼손 방지대책

1.2.8.1 시추공 폐공처리 목적

본 과업구간에서 실시된 모든 시추공을 대상으로 지하수 오염방지를 위해 실시

- 폐공내로 유입되는 지표오염원의 차단

- 오염원의 수직적 이동통로 제어

- 오염 유발시설(케이싱 등)제거

1.2.8.2 폐공처리 주안점

(1) 폐공처리 명문화 지침

- 시공시 발생하는 폐공은 소기의 목적 달성 후 규정에 의거 처리토록 함(지하수법 제 15조)

(2) 오염원의 수직적 이동통로 제어

- 폐공처리 위치, 폐공처리 사유, 폐공처리한 시추공의 구조(직경, 심도, 지하수위, 지질 등)

- 폐공처리 절차 및 공매재료의 사용량 · 배합비 등을 내용으로 하여 폐공처리계획 수립

- 오염 유발시설(케이싱 등)제거

1.2.8.3 관련법규

1.2.8.4 폐공처리 절차

1.2.8.5 폐공처리 순서

(1) 순서 1

- 공매재료의 양 결정

- 시추공직경, 깊이, 지하수위 파악

- 시추공내 Casing, P.V.C Pipe 제거

(2) 순서 2

- 공매재료의 충전 : 시멘트+벤토나이트+물호스 설치후 공매재료 충전

- 충전시 호스를 올리면서 공매 재료 부설

(3) 순서 3

- 상부구간 마무리 : 공매재료를 지표면 1~1.5m까지 충전후 상부는 영농작업과 식생을 고려하여 양질의 흙으로 되메움