반응형


GPS를 응용한 해상파일 항타공법



최근의 국가경제 위기상황을 극복하기 위한 노력이 모든 경제 분야에 걸쳐 진행되고 있으며, 건설 분야도 마찬가지로 과거의 단순한 경험시공에서 탈피하여 비교우위가 입증된 엔지니어링 기술과 특화된 시공능력이 결합된 품질시공 및 원가 경쟁력 확보가 요구되고 있다.

LG건설에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 시공전 설계검토 작업을 실시하여 신기술을 개발하고, 현장과의 사전협의를 통해 기술지원 방향을 결정하며, 시공중에 발생할 수 있는 문제점을 사전 소거하여 현장에서 경쟁력이 있는 시공결과를 도출하고 있다.

본 공법은 97년 1월부터 3월까지 현장조사, 문헌조사 및 공법조사 등을 통하여 최근 개발되어 선진외국에서 육상 및 해상의 단일 프로젝트에 이용중인 GPS를 해상파일 항타공법에 응용할 수 있는 신기술로 개발하기로 하여 당사 항만팀, 현장, 협력업체와 협의 9월까지 기본이론을 정립하고, 현장에 시험시공하여 문제점을 개선하고 필요한 장비의 보강 및 공법을 개발하였으며 전체 시험시공기간 중 기술을 축적하여 98년 3월 총 425본의 해상파일 항타공사를 완료하였다.

당사는 국내 제작이 불가능한 측량기기 및 계측기기를 제외한 모든 Idea와 프로그램 등을 당사와 협력업체에 의해 순수 국내기술로 개발하였으며, 개발기간중 국내대학의 기술자문을 구하여 기술적 수준을 향상시켰다.


개발 배경

최근의 항만시설(SEA BERTH)은 대형화되고, 대수심 지역의 해상에 위치하게 되었다. 따라서 해상시설물의 시공을 위하여 행해지는 해상파일은 일반적인 파일 공사에 비해 매우 밀집되어 설계되고 해상시공 또한 복잡하다. 최근까지 해상측량은 육상측량점과 다수의 해상측량대를 설치 운용하는 양방향 관측방법이 많이 이용되었다. 그러나 장비의 특성상 자연조건(안개, 바람, 비, 일광 등)의 영향으로 정확도가 떨어지고 작업 효율이 그다지 높지 못했다. 특히 조수간만의 차가 크고, 조류가 강한 서해안의 해상공사에서는 기존의 측량 및 항타공법으로는 파일 공사의 특성상 어려움이 많았다.

LG건설은 기존의 해상 항만공사에서 사용해 왔던 측량기 및 측량방법에 의한 해상파일 항타공법 등을 엄밀히 검토하고, 최근 개발되어 기상조건과 거리에 상관없이 상시측량이 가능한 GPS(Global Positioning System) 측량방법을 응용한 해상파일 항타공법을 개발하여 국내외 건설현장의 시공품질 확보 및 원가 절감에 기여하고자 한다.


기존의 해상파일 항타공법

해상에서 행하는 파일 항타공사는 설계도서상의 소정 위치에 항타선으로 파일을 운반하여 위치와 기울기를 조정하면서 정확한 위치의 지중에 파일을 항타하여 관입시키는 일련의 작업을 말한다.

해상 측량방법으로는 해상에 가설측량대를 설치하고, 기준점에서 측량기를 이용하여 삼각측량으로 방위각, 거리 및 고저 측량을 실시하였다. 최근에는 측량기로 광파거리측정기(Geodimeter, Total Station)를 많이 이용하고 있는 실정이다.

항타선은 기상조건, 작업조건, 파일의 형태, 파일길이, 파일중량, 햄머 등을 검토하여 효과적이고 경제적인 것을 선정하여야 하며, 항타전용의 전용항타선과 대선에 기중기를 결합한 조합항타선이 있다.

파일은 지지항으로 사용되어 설계하중이 크고 강도가 높기 때문에 파일의 관입이 용이하도록 햄머는 강력한 것이 사용되어야 한다. 일반적으로 디젤햄머를 사용하기도 하나 근래에는 유압햄머를 많이 사용한다. 해상파일 항타공사의 시방 오차 범위는 다음과 같다.

- 직항 및 사항의 위치오차 ±10 cm

- 사항의 경사에 대한 오차 ±3。

- 가설측량대의 허용변위량 ±2 mm


기존 공법의 문제점

기존의 측량방법은 자연조건(짙은 안개, 강우, 야간 등)에 따라 시준(視準)이 불가능하여 작업이 중단되고 공기가 지연되었다. 장거리 해상공사에서는 중간 측량점을 확보하기 위해 가설측량대(2개소)를 설치해야 하지만 가설측량대 설치 및 철거시에 추가공사비가 소요되고 공사기간이 연장되었다.

설계도서상의 파일 위치는 파일의 내부중심을 기준으로 하지만 기존의 측량방법에서는 파일의 외측을 시준하게 되므로 가설측량대를 이용할 경우 2번 이상의 시준오차가 발생하고, 측량결과를 작업자가 항타선에 구두(무선기)로 전달하므로 작업이 지연되고, 개인오차가 발생하였다.

조차(潮差. 약 10m)가 큰 서해안에서는 조차에 따라 항타선의 위치가 변동되어 파일 항타작업이 정확치 않았으며, 파일에 따라 항타방법(전방항타, 후방항타)이 다르므로 항타선의 무게중심에 변화가 발생하여 파일이 부정확하게 항타되었다. 또한 공사 결과에 대한 관리가 시공 후에 처리되어 공사의 관리, 감독자가 시공 결과에 대해 유지 관리하기 어려웠다.

LG건설에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 GPS 측량방법을 응용하여 정밀 위치측량과 항행의 두가지 기법을 병합하고, Echo-Sounder와 경사계, Tiltmeter를 병용하여 전용 프로그램으로 항타선을 유도하여 정해진 위치에 파일을 시공하는 방법을 개발하였다.


GPS (Global Positioning System)

'범세계위치결정체계' 또는 '인공위성측량체계'라고 부르는 GPS는 인공위성을 이용한 '지구위치결정체계'로 24개(3개예비)위성을 고도 2만200 km의 6개 궤도에 주회시켜 정확한 위치를 알고있는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지의 소요시간을 측정함으로써 관측점의 3차원 위치를 정확하게 결정할 수 있는 광역적 위치결정체계이다. GPS는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

*고정밀도 장거리 측량이 가능하다.

*관측점간의 시통이 필요하지 않다.

*중력방향과 상관없는 3차원 측위방법이다.

*자연조건(안개, 강우, 야간 등)의 영향을 받지 않아서 전천후 관측을 할 수 있다.

*측량시간의 단축 및 인력을 절감할 수 있다.

*GPS의 측량 결과는 내장된 프로그램에 의해 전산처리되므로 컴퓨터와 연결하여 결과의 처리와 유지, 관리가 용이하다.

*WGS-84 타원체를 지역타원체(Local ellipsoid)로 변환하여야 한다.


GPS를 응용한 해상 파일 항타 공사

'GPS를 응용한 해상파일 항타공법'은 1지점에서 공사에 관련한 모든 정보를 수집, 분석하고 계산하여 그 결과에 따라 해상에서 정확하게 파일을 시공하는 방법으로 3점방식 DGPS, RTK Software, Data전송용 Telemetry(RF-modem), Tiltmeter, Tide sensor, Echo-Sounder, Computer 등의 장비를 사용하여 전용 프로그램으로 자동 계산하고, 모니터에 표시된 항타선의 형상을 따라 항타선을 유도한 후, 파일을 설계도서상의 위치 좌표에 신속하고 정확하게 정해진 기울기와 방향으로 항타 관입하여 높은 시공품질과 큰 경제성 효과를 얻을 수 있는 시공방법이다. GPS를 응용한 해상파일 항타공법을 요약하면 다음과 같다.

*측점 자료를 이동국 GPS로 송신하는 '기지국 GPS'를 육상부 기지점에 설치하고, 항타선에는 이동시 또는 정지시 목표지점의 좌표를 산출하는 '이동국 GPS'를 설치하여 항타선의 위치를 측정한다.

*이동국 GPS는 항타선의 고정점 부분에 설치하되 인공위성과의 시통이 좋은 곳에 크레인을 중심으로 항타선의 양단에 각각 1대씩 설치한다.

*조위에 따른 파일의 근입깊이와 위치를 보정하기 위한 Echo Sounder를 항타선에 설치한다.

*항타선 Leader의 경사계와 Tiltmeter를 설치하여 항타위치(전방항타, 후방항타)에 따른 Pitching과 조류에 따른 Rolling, 파일의 변위량을 보정한다.

*항타선의 유도와 정밀 위치의 파일 항타를 위하여 다음의 사항을 프로그램에 입력한다.

- 파일 두부정리선에 대한 3차원 좌표

- 사항의 위치좌표 및 레벨값

- 파일의 시공순서 및 항타방향

*프로그램은 입력된 자료와 이동국 GPS에서 수신된 현재 파일의 3차원 좌표로 다음의 가변요소를 고려하여 항타선의 최종위치를 계산한다.

- Leader와 이동국 GPS 사이의 거리 및 고저차

- 현재 위치의 조위 (Echo Sounder와 병행)

- 각 파일의 경사(경사계와 병행 처리)

- 항타시 말뚝의 경사방향(전방항타/후방항타)에 따른 보정(Tiltmeter 이용).

*항타선 조정실에서 Notebook P.C의 화면에 그래픽으로 표시되는 항타선의 계획위치와 현재 위치를 비교하면서 항타선을 유도한다.

*항타선을 정확한 위치에 유도한 후, 표시된 파일의 위치좌표에 따라 파일을 항타, 관입하면서 변화되는 위치에 따라 그 차를 보정한다.

*파일 관입 후, 저장된 출력결과와 검측결과를 비교하여 GPS 측량정도를 분석한다.

*프로그램에 의한 출력 결과물은 다음과 같다.

- 현장 지형 및 전체 말뚝위치 현황

- 해상항타 정밀위치 좌표 계산

- 현재 항타선 위치 및 이동중인 항타선 위치

- 항타위치 근접시, 확대위치 표시 및 이동량

- 항타선이 이동해야 할 거리. (전, 후, 좌, 우)

- 파일의 중앙부 표적점

- 파일의 경사각

- 사항의 레벨값과 Leader 레벨값의 차이


시공 결과 및 경제성 평가

'GPS를 응용한 해상파일 항타공법'을 1996년 12월부터 시공중인 LG건설의 '인천 LPG인수기지 접안시설공사' 현장에 적용하여 다음의 결론을 얻었다.

·신공법이 시공품질의 유지 및 시공관리가 편리하여 정확한 결과를 평가할 수 있었다.(발주자 및 감리단 추천)

·신공법을 적용하여 파일 425본의 공사기간을 251일에서 170일로 81일 단축하여 약 32%의 절감효과를 얻을 수 있었다.

·해상측량에서는 신공법을 적용하여 측량비(측량대 포함)를 약 80% 절감하였다.

·신공법을 적용하여 해상공사비를 약 33% 절감할 수 있었다.(직항기준, 사항은 15% 할증)

- 공사종류 : 55,000 DWT 1선좌 (Dolphin Type)

- 수역준설 : 약 250만 ㎥

- 부두시설 : 총 425 본 (강관 파일)

* Working Platform : 2기

* Breasting Dolphin: 2기

* Mooring Dolphin: 4기

* Trestle Pier : 41기

* Catwalk Pier : 4기

* Pipeway & Roadways: 42기 (1,050 M)

* Catwalk : 8기 (230M)



국내외 건설공사의 활용 전망

향후 국내 항만 시설공사는 경제발전과 더불어 적체된 항만시설용량으로 인하여 대규모의 항만공사가 이루어질 전망이다. 최근의 경제상황으로 앞으로의 해상 건설공사는 정확성, 경제성, 신속성과 향상된 시공품질을 이루어야 한다.

LG건설의 'GPS를 응용한 해상파일 항타공법'이 차후 Steel 파일, Sheet 파일, Concrete 파일을 이용한 안벽, 잔교, Dolphin 등의 해상파일 공사뿐만 아니라 호안, 준설, 방파제, 해안도로 등의 공사에 적용되어 이를 만족시킬 수 있으리라 판단한다.     徐永和(LG건설 기술본부 토목엔지니어링 상무 )




[월간건설 1998/11]

반응형

'토질/기초' 카테고리의 다른 글

LW 그라우팅 공법 개요  (2) 2008.06.08
복공 구조계산  (1) 2008.06.07
구조물의 기초공법  (0) 2008.05.29
SCW (Soil Cement Mixing Wall) 공법  (0) 2008.05.29
연직배수공법(P.B.D) 설계  (0) 2008.05.28

+ Recent posts