일반적인 그라우팅 재료는 물속에서 재료 분리가 발생하여 수중 그라우팅 작업시 시공 품질 확보가 매우 어렵다. 최근에는 다양한 혼화제를 첨가하여 수중에서 재료분리가 발생하지 않는 수중 불분리성의 그라우팅 재료들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 계면활성제계 개질제를 이용하여 수중에서 재료분리가 발생하지 않으면서도 유동성을 충분히 갖는 점탄성 그라우트재를 개발하고 실내시험을 통해 해수 및 담수에 수중 불분리성 그라우팅 재료와 일반 그라우팅 재료를 시공하였을 때의 공학적 특성을 분석하였다. 본 연구에서 개발한 수중 불분리성 그라우팅 재료는 일반 그라우트재와 비교하여 해수와 담수 상태에서 충분한 강도가 발휘되었으며 수중에서 재료 분리가 발생하지 않아 수중에서도 좋은 시공 품질을 확보할 수 있을 것으로 평가되었다.
최근 일부 외국에서는 종래의 수중 콘크리트와 다른 관점으로부터 수중에서 쉽게 분리되지 않고 타설방법도 용이한 특수 혼화제가 개발되어 실험과 시공에서 성공하였고, 이런 특수 콘크리트(수중 비분리 콘크리트)는 점차 사용 규모와 시공 방법이 확대되고 있는 추세이다. 본 논문에서는 수중 비분리 콘크리트에 대한 성공적인 실험, 시공사례를 참고하여 수중 비분리성 혼화제 및 다른 혼화제의 첨가 방법을 달리하였을 경우, 수중 비분리 콘크리트의 물성변화를 검토하였고, 비교적 정온 상태의 해상 환경에 적용할 수 있는 수중 비분리 콘크리트의 최적 배합을 결정하였다.
최근 해양 개발의 추세에 따라 많은 수중콘크리트 구조물이 건설되고 있다. 이에 따라 일부 외국에서는 종래의 치기방법 개선 위주의 연구에서 벗어나 수중에서 쉽게 분리되지 않는 특수 혼화제의 개발에 성공함으로써 공기중에서 치는 콘크리트와 대등한 품질을 갖는 수중콘크리트의 실험과 시공에 성공하였지만 아직 국내에서는 연구실적이나 시공사례가 없다. 본 논문에서는 수중불분리 콘크리트에 대한 성공적인 실험, 시공사례를 참고로 실내 실험을 실시하여 수중불분리성 혼화제 및 다른 혼화제와의 상호작용으로 인한 수중불분리 콘크리트의 물성변화를 정량적으로 평가하였고, 정온 상태의 해상 환경에 적용할 수 있는 최적의 배합을 결정하였다.
수중 불분리성 그라우트는 수중 현장에 광범위하게 사용된다. 그러나 접합강도, 펌프 능력 및 강도 손실과 같은 주요 문제점이 여전히 존재한다. 본 연구에서는 자기충전, 비파괴 방지 그라우트 연구에 기초하여 이 분야의 현황을 파악하기 위해 수중 시공 및 카르스트 공동 실링에 관한 연구 동향에 대해 검토하였다. 그라우트를 수중에 사용할 경우, 공기 중에서 시공하는 것에 비해 강도와 접합강도가 손실될 것이다. 이를 방지하기 위해 고점도의 그라우트를 통해 카르스트 공동을 실링하고 있지만, 대심도에서는 그라우트의 펌핑 능력에 심각한 문제를 발생시키므로 기존의 수중 불분리성 그라우트와 콘크리트는 대심도 환경에 적합하지 않음을 의미한다.
최근 들어 녹색 성장과 해양 개발에 맞는 다양한 목적의 해양 구조물이 계획 또는 시공되고 있으며, 대형 해양 구조물에 대한 수요를 바탕으로 해양 구조물이 점차적으로 대수심 조건으로 옮겨가고 있는 추세이다. 이에 따라 미래 시장 예측을 통한 해양 구조물 수요 변화에 대해 미리 대처하고 미래해양구조물 니즈에 적극적으로 부합할 수 있는 방향으로 해양구조물 시공장비, 특히 수중로봇의 연구개발이 이루어져야 한다. 이 논문에서는 미래 해양구조물에 대한 개발 동향과 함께, 이에 따라 필요한 수중시공로봇의 역할과 기존의 개발 현황, 그리고 최근 기획사업을 통해 도출된 향후 연구개발 방향에 대한 분석내용을 소개하고자 한다.
기존 수중발파와 달리 잠수부에 의존하지 않고 바지선위에서 천공, 장약, 발파 등 수중발파작업의 전 과정이 바지선 상부에서 이루어 질 수 있도록 완전수밀이 가능한 수중발파용구조체를 제안 및 제작하였다. 이 구조체를 이용한 수중발파와 기존 수중발파의 결과를 비교하여 현장 적용성 및 효용성을 검증하였다.
항만 구조물인 케이슨 및 블록 등을 수중에 거치하기 위해서는 기초사석을 투하하고 이 위에 구조물을 설치한다. 이때 기초 사석은 상구구조물을 지지하기 위한 기초 토대로서 사석의 규격, 비중, 중량 모양 및 치수 등이 균일하고 치밀하여야 하며 선정시험을 통과한 사석만을 사용하여 시공하야 한다. 또한 이러한 기초 사석을 고르게 만들어 주는 작업 구조물의 거치 이전에 반드시 이루어 져야 한다. 본 연구에서는 수중 고르기 작업 공정의 무인화를 위하여 수중 고르기 및 굴삭용 무인기계 뿐만 아니라 무인기계화 시공을 위한 원격제어용 운영시스템, 수중 물체 인식 및 수중위치 분석을 위한 수중 환경 모니터링 시스템이 개발되었다. 본 장비는 육상 및 수중 테스트를 통하여 검증을 완료 하여 우수한 성능을 확인하였다. 그러나 현장에 본 장비를 투입하기 위해서는 성능뿐만 아니라 건설 공정의 제안 및 분석 그리고 효율(경제성)이 분석되어야 한다. 본 연구에서는 수중고르기장비의 성능 및 기능, 건설공정절차, 기존의 공법과의 비교 분석하였다. 분석결과 기존의 잠수부를 투입하는 건설공법에 비하여 경제성, 효율성, 안전성이 향상되는 것으로 확인되었다.
수중 암반 제거 방법은 화약을 사용한 수중발파와 크레인에 장착된 쇄암봉 낙하 충격을 이용하는 방법 등이 널리 이용된다. 이와 같은 암반 제거 방법은 환경적인 요인에서 지반 진동과 수중 소음을 유발하게 된다. 본 연구 대상 현장은 하역 부두의 접안능력을 향상시키기 위해 기 설치된 잔교식 돌핀 구조물에 근접한 지역의 수중 기반암을 쇄암봉 낙하에 의해 제거하도록 설계되어 있다. 시험시공을 통하여 쇄암봉 낙하 충격으로 유발되는 진동에 대한 계측, 평가를 거쳐 진동 추정식을 획득하였고, 이를 본 공사에 반영하여 구조물에 대한 안전성을 확보하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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