새만금 동서2축 도로건설공사 현장을 다녀와서

권성진

1. 들어가며

새만금 동서2축도로는 전라북도 군산시 옥도면 신시도리 신항만~김제시 진봉면을 연결하는 새만금 내부 간선도로로 새만금 핵심기반시설인 신항만과 새만금~전주간 고속도로를 연결하여 물류수송 향상 및 국제 협력용지 개발 촉진을 향상시키고 새만금 내·외부 개발에 따른 간선도로망 구축으로 인접한 거점과의 접근성 향상을 위하여 건설 중에 있다.

본 사업은 2007년 4월 새만금 토지이용계획이 확정된 이후 2010년 1월 내부개발 기본구상이 완료되었고 새만금 개발여건 분석을 통한 비전, 개발전략 및 기본방향을 제시하고 새만금 내부 공간구조 배치 계획 등 공간구조의 설정 및 방향 정립과 함께 새만금 지역 수질 · 환경 관리계획, 매립토 조달, 소요재원, 단계별 추진계획등을 포함한 체계적인 종합개발계획의 내용을 담은 “새만금 종합개발계획(Master Plan)" 이 확정됨에 따라 2012년 10월 한국개발연구원의 예비타당성 조사에서 경제적 타당성을 확보하여 사업을 추진 하게 되었다.

본 공사를 위해서는 방수제, 매립토 등의 성토재로 많은 양의 토사가 필요하나 인근에서 충분한 토사의 확보가 어려워 절대공기 및 환경, 경제성 등을 고려하여 준설토를 활용하는 것으로 계획되어 있다.

우리의 이번 “새만금 동서2축 도로건설공사(1공구)” 현장 방문을 통해 준설매립 과정 에서 매립재의 물다짐에 의한 연약 지반처리(PBD) 장비의 관입 불가 현상을 확인하고 이에 따른 현장 대책방안 수립 및 시공과정을 확인 하였다.

images/3401/KGS-M-18-049-f1.jpg

그림1. 새만금 동서2축도로 사업현황도

2. 지형 및 지질

새만금 방조제 주변 산계는 동측으로 노년기 지형으로 평야가 넓게 분포하며, 일부 화산암류 지역에 산악지대가 발달하며, 남측은 변산반도국립공원을 중심으로 기상봉(△508.6m), 쌍선봉(△459.1m) 등의 비교적 높은 산지를 형성한다. 북측은 영병산(△117.0m), 청암산(116.8m) 등의 구릉성지대가 형성되어 있으며 중앙부에는 넓은 충적평야가 위치한다.

새만금방조제는 육지에서 소 지류 하천들이 만경강과 동진강에 합류하고 다시 만경강과 동진강이 서해로 유입되는 앞바다의 도서지역에 위치하고 있다. 고지형도분석을 통한 시대별 지형변화이력을 살펴보면 간척사업으로 얕은 바다 및 가까운 섬을 연결하는 방조제 및 방파제가 순차적으로 건설되었고, 육지에는 매립지가 늘어나고 해안선은 바다쪽으로 밀려나 직선화 되었으며, 간척사업의 영향으로 퇴적물 및 갯벌이 바다쪽으로 확장되다가 새만금 방조제의 영향으로 방조제 안쪽 해안을 따라 소규모로 형성되었다.

지질특성은 주로 퇴적암류로 구성되어 있으며, 퇴적암류는 새만금 동서2축도로 전체구간에 걸쳐 광범위하게 분포하고, 주로 이암 또는 응회암으로 구성되어 있다.

새만금 지구내에는 편마암류, 화강암류, 화산암류, 퇴적암류가 관입·부정합·분출 등의 복합적인 지질작용을 거쳐 생성되었고 새만금 동서2축도로 시점부의 신시도부터 종점부까지 퇴적암류(이암, 응회암, 사암, 셰일)가 길게 분포하는 것으로 나타났다. 새만금 동서2축도로 주변부는 화산암류(유문암질암)가 관입·분출되어 퇴적암류를 포획한 형태로 대부분 퇴적암류 분포구간으로 저각의 층리가 발달한 응회암 또는 이암으로 구성되었다.

images/3401/KGS-M-18-049-f2.jpg

그림2. 지질도

images/3401/KGS-M-18-049-f3.jpg

그림3. 지층 종단면도

3. 지층분포

새만금 동서2축도로의 지층상태는 퇴적층(상부사질토, 점토 및 실트, 하부사질토, 자갈), 풍화토, 풍화암, 연암, 경암 순으로 출현하며, 상부사질토층은 실트질 모래로 구성되며 층후는 2.0~14.5m, N치 분포는 2/30~21/30로 매우 느슨~보통 조밀한 상태를 나타내고 있다. 점토 및 실트층은 모래질 실트, 실트질 점토 등으로 구성되며 층후는 1.0~22.0m, N치 분포는 1/30~31/30으로 대단히 연약~고결한 상태인 것으로 확인되었다. 하부사질토층은 1.0~20.0m 두께로 분포하며 자갈질 모래, 실트질 모래, 점토질 모래로 구성되며 N치 분포는 5/30~50/8로 느슨~대단히 조밀한 상태를 보였다. 퇴적층 최하부의 자갈층 층후는 1.0~8.4m로 N치 분포는 25/30~50/5이며 보통조밀~매우 조밀한 상태를 보이는 것으로 확인 되었다. 풍화토와 풍화암 층 두께는 약 1.0~2.0m로 매우 얇게 분포하는 것으로 나타났으며, 풍화토는 모래질 실트, 풍화암은 굴진시 점토로 분해되는 것으로 확인되었다. 기반암은 지표면 하 38.0~43.0m에서 출현하며 매우 심한 풍화~약간 풍화 상태인 것으로 확인 되었다.

4. 준설 및 매립 계획

새만금 내부 개발을 위한 방수제, 매립토 등의 성토재로 많은 양의 토사가 필요하나 인근에서 충분한 토사(산토)의 확보가 어려울 것으로 판단되어 절대공기, 환경, 경제성, 재료구입, 시공성 등을 고려 하여 준설토를 활용하는 것으로 계획하였으며, 필요한 준설토는 노상 및 노체용 5,682,330㎥으로 인근 준설구역 내에서 충분히 조달이 가능한 것으로 검토되었다. 준설방법은 선수의 Ladder 끝에 부착된 Cutter를 회전시켜 토사굴착, 펌프로 흡입하여 배사관으로 준설토를 송토하는 펌프준설방법을 선택하였으며, 해상관, 해저 침설관, 육상 배사관을 이용하여 투기장내로 직접 투기하는 방법을 적용하였다.

매립은 1차 사석제 상단고는 침하 이후에도 새만금호 관리 수위인 EL(-)1.5m 이상 확보하도록 계획하였으며, 시공순서는 내·외측 사석제와 횡가토제로 매립 포켓을 축조한 후 펌프 준설선에서 배사관을 통해 포켓내부에 준설모래를 쌓아 1차 수중노체(준설토)를 형성하고, 2차 매립 전 선행구간의 준설토를 활용하여 본선구간 내·외측에 종가토제를 형성하여 2차 수상노체(준설토) 축조시 준설토의 유출 및 부유사 확산을 방지할 수 있도록 계획하였다.

images/3401/KGS-M-18-049-f4.jpg

그림4. 준설 및 매립 순서

5. 연약지반 처리계획

본 사업 1공구의 경우 연약점토층의 두께가 12.0m~27.5m로 두껍게 분포하고 있으며, 압밀기간이 비교적 짧은 편이므로 시공성 및 경제성을 고려하여 사석호안부는 프리로딩공법을 적용하고 방수제 본체구간은 PBD공법(Plastic Board Drain)을 적용하는 것으로 계획하였다.

또한, 사업구간 내 지층분포는 N>10이상 인 사질토층이 상부에 일부구간 분포하고, 하부에 N>10 점성토층이 분포하여 일반 PBD장비 사용시 관입력 부족에 따라 연직배수재를 설계심도까지 타설하는게 불가능하여 미관입층의 압밀지연 발생으로 공기가 지체되는 문제가 예상되므로 N>10 사질토 및 점성토층을 관입하여 설계심도까지 연직배수재 시공이 가능한 시공장비를 선정하고자 N≤10 구간에는 일반 PBD 시공장비를 N>10 구간에는 관입력이 우수한 이륜마찰륜 장비를 계획하여 안정적인 연약지반 처리가 가능하도록 하였다.

images/3401/KGS-M-18-049-f5.jpg

그림5. PBD 시공장비 비교

6. 현장적용시 문제점

실시설계시 준설 매립층의 상대밀도를 매우느슨 ~ 느슨한 상태일 것으로 판단하였으며, 원지반 상부 사질토층 또한 N치 10이하의 상대적으로 느슨한 사질지반으로 간주하고 연약지반 처리계획을 수립하였다. 그러나 준설 매립 후 60일 정도가 경과한 시점에서 시공 전 시추조사를 실시한 결과 준설 매립층의 상대밀도가 보통견고 내지 견고한 상태의 세립 혹은 중립의 모래층이 형성되고 원 지반 또한 준설토 수토에 의해 압밀이 진행되어 상대밀도가 상당히 개선된 것으로 나타났다.

images/3401/KGS-M-18-049-f6.jpg

그림6. 준설 전후 시추조사 결과

시공 전 지반조사 결과 준설매립토층의 상대밀도가 물다짐효과에 의하여 설계시 계획한 N치보다 큰 값을 보임에 따라 연직배수재(PBD) 관입이 어려울 것으로 판단되어 본 공사 전 시험시공을 실시하였다.

시험시공은 실시설계시 계획한 지층별 연직배수재(PBD) 시공방법을 고려하여 시행하였으며 그 결과는 다음과 같다.

○ 시험시공 개요

images/3401/KGS-M-18-049-t1.jpg

○ 시험시공 결과

images/3401/KGS-M-18-049-t2.jpg

시험시공 결과 준설매립층의 물다짐 효과에 의하여 일반PBD타입 장비는 관입력이 부족하여 설계심도까지 관입이 불가능한 것으로 나타났으며, 이륜마찰륜타입 장비는 준설토 상부 사질토층의 상대밀도가 높아 관입시 저항이 발생하면 마찰륜 타입기의 미끄럼 현상이 발생하여 관입시 순간적으로 타입기에 힘을 가할 수 없어 타입이 불가능한 것으로 나타났다.

7. 보완방안 검토

본 사업구간에서는 준설매립층의 다짐효과에 의하여 지반의 상대밀도가 증가됨에 따라 연직배수재(PBD) 관입이 불가능하므로 이를 해결하기 위하여 지반의 관입저항치를 감소시키는 방법과 PBD장비의 관입력을 향상시키는 방법에 대한 현장 적용성을 검토하였다.

➀ 지반의 관입저항치 감소방안

지반의 상대밀도가 클수록 연직배수재(PBD) 관입에 따른 지반의 저항치가 크게 발생되므로 본 현장에서는 천공 후 PBD를 관입함으로써 지반의 관입저항치를 감소시키는 현가입식천공+유압식 PBD 병행 방안을 적용하였으며 천공심도는 시험시공 결과를 바탕으로 결정하였다.

images/3401/KGS-M-18-049-f7.jpg

그림7. 현가입식 천공+유압식PBD

시험시공 결과 Case1의 경우 PBD장비의 원지반에 대한 멘드렐 관입이 불가능 한 것으로 나타났으며, Case2는 PBD장비의 멘드렐 관입이 천공심도까지 가능한 것으로 나타났다. Case3은 PBD장비의 멘드렐 관입이 설계심도까지 가능하나 최대관입압력 도달시 지반저항이 상당히 큰 것으로 나타났다. Case4는 PBD장비의 멘드렐 관입이 설계심도까지 가능하며 최대관입압력 도달시 지반저항이 적은 것으로 나타났다. 또한, 매립 후 시추조사 자료와 비교한 결과 원지반 상부 실트질모래(SM)층 심도와 일치하는 것으로 나타났다.

위의 결과로부터 본 현장의 경우 현가입식 천공장비를 이용하여 원지반 상부 실트질모래(SM)층까지 천공 후 PBD관입시 원활한 연약지반 처리가 가능한 것으로 확인되었다.

➁ PBD장비 관입력 향상방안

인입식 PBD장비는 맨드럴 하부에 인입장치를 설치하고 관입/인발을 실시하므로 일반 유압식 PBD 장비에 비하여 관입력이 우수하고 장비의 무게중심이 저부에 위치하므로 구조적 안정성이 높은 장점을 가진다. 또한 본 현장 시험시공 결과 설계심도까지 PBD관입이 가능한 것으로 확인되었다.

images/3401/KGS-M-18-049-f8.jpg

그림8. 인입식 PBD

8. 맺음말

금회 방문한 새만금 동서2축도로 1공구 현장은 연약점토층의 두께가 12.0~27.5m로 두껍게 분포하고 상부 및 하부 일부구간에서 N>10이상의 사질토 및 점성토층이 확인됨에 따라 실시설계시 연약지반개량을 위한 연직배수재(PBD) 시공장비를 유압식PBD(N≤10), 이륜마찰륜식PBD(N>10) 장비를 계획하였다.

그러나, 준설 매립 후 60일이 경과된 시점에서 지반조사를 실시한 결과 준설매립층의 N값이 5/30~23/30을 보였으며, 시험시공 결과 유압식 PBD장비(관입심도:3.1m) 및 이륜마찰륜식 PBD장비(관입심도:0.5m)에 의해서는 설계심도(35.0m)까지 관입이 어려운 것으로 확인되었다.

따라서, 원활한 연약지반처리를 위해서는 연직배수재(PBD) 관입시 발생되는 1)지반의 저항치를 감소시키는 방법과 2)장비의 관입력을 향상시키는 방법에 대한 현장 시험시공을 실시하였다.

그 결과 현가입식천공+유압식PBD 장비 병행(관입저항치 감소방안) 방법은 원지반 상부 실트질모래(SM)층까지 선 천공시 설계심도(H=35.0m)까지 연약지반처리가 가능한 것으로 확인되었으며, 맨드럴 하부에 인입장치를 설치하여 장비의 관입력을 향상시킨 인입식 PBD장비를 적용할 경우에도 설계심도(H=35.0m)까지 연약지반 처리가 가능한 것으로 확인 되었다.

본 사례에서 나타난바와 같이 준설매립되는 지반의 경우 설계단계에서는 파악 하기 어려운 준설토의 물다짐효과에 의하여 원지반 및 준설매립층의 상대밀도가 크게 증가할 수 있음을 확인하였으며, 이러한 경우 일반적인 유압식 PBD장비 및 마찰륜식 PBD장비에 의해서는 연약지반처리가 불가능하므로 설계시 준설지반의 다짐효과를 충분히 고려하여 연약지반처리계획을 수립하여야 할 것으로 판단된다.

images/3401/KGS-M-18-049-author1.jpg
권성진
㈜동아기술공사

전무이사

(winksj89@hanmail.net)

Sun Venus Sun Mercury Sun Mercury Sun Mercury