항만설계 - 방파제

[고봉기]

방파제 조사 및 계획 - 방파제의 배치

(1) 방파제 배치

수역시설를 만족시키도록 배치하여야 하며，친수성 및 친환경성 등의 기능을 복합적으로 고려하여야 한다.
방파제는 항내 정온을 유지하여 하역효율을 높이고, 항내 항행 및 정박 중인 선박의 안전을 확보하고，항내시설을 보전하기 위하여 설치하는 것으로서 다음과 같은 사항을 고려하여야 한다.
❶ 항 입구는 가장 빈도가 높은 파랑방향과 가장 파고가 큰 방향을 피하여
항내 침입파가 가장 작도록 하여야 한다.
❷ 방파제 배치는 길이방향 기준선이 확률적으로 발생빈도가 가장 높은 파랑방향과 가장 파고가 큰 방향에 대하여 각각 효과적으로 항내를 차폐하여 항내정온도 목표성능을 만족하여야 한다.
❸ 항 입구는 선박항행에 지장이 없는 유효 폭을 확보하고 선박항행이 편리하도록 선박안전항행 조건을 만족하여 야 한다.
❹ 항 입구 부근의 조류 속도는 선박항행에 지장이 없도록 최대한 작게 되는 장소를 선정하여야 하며 조류속도가 큰 경우에는 조류속 저감을 위한 대책을 세워야 한다.
❺ 제체에 의한 반사파가 항로 및 정박지의 정온도에 영향을 주거나，주변의 연안 해역에 파랑에너지의 집중현상을 유발시키는 등 파랑환경 변화에 의한 악영향을 최소화 하여야 한다.
❻ 선박의 접안，하역，정박 등에 지장을 주지 않도록 수역을 확보하여야 한다.

(2) 항내의 수질 악화 등이 우려되는 경우​
항내 해수가 정체되지 않도록 해수 교환을 위한 대책을 수립하는 등 방파제 배치로 인하여 주변해역의 유동환경 변화에 의해 발생 가능한 수질환경 및 생태환경에 미치는 악영향을 최소화 할 수 있도록 관계기관 협의조건을 준수하여야 한다.

​
(3) 방파제의 건설
자연조건，시공조건은 물론 유지관리를 포함한 경제성에 대해서도 검토하여야 한다.
항내의 필요한 정온도에 대하여는 하역기동율과 안전정박 한계파고에 대하여 검토 하여야 한다.

하역가동율과 관련한 안벽전면의 정온도는 안벽전면의 파고분포 특 성, 대상선박의 선체동요특성 및 하역한계 파고를 기준으로 한 한계정온도에 대하여 검토하여야 한다.

* 시공상 조사 및 계획

방파제의 배치에 있어서 서로 모순되는 것도 있다.
예를 들면 항내의 정온도를 높이기 위해서는 항입구 폭은 좁을수록 좋으나 항행에는 불편하다.
또，최다 방향의 파랑과 최고파랑의 방향이 반드시 일치하지 않는 경우가 있다.
이와 같은 경우에는
선박의 이용성，공사비，시공성，유지의 난이도 등 종합적으로 검토하여 결정한다.
* 항내정온도의 추정 방법(파랑의 변형)을 별지를 별도로 참고.
* 항만의 입구 폭 및 방향에 대하여는 별지를 참조.

(1) 방파제 배치에 있어서 다음사항에 유의하여야 한다.

❶ 파랑 에너지가 집중되는 형상을 피한다.
❷ 시공성과 경제성을 고려하여 지반이 특별히 나쁜 곳은 피하고
시공하기 쉬운 위치를 택한다.
❸ 곶(갑)이나 섬 등 지형효과를 고려하여 배치한다.
❹ 모래질 해안에서는 항내에 표사가 유입되지 않도록 배치한다.
❺ 방파제 설치 후 인접해역에 대한 환경적 영향에 대하여 충분히 고려한다.

(2) 파랑 에너지의 집중에 대하여는
설계조건，방파제 두부 부근 및 도제 주변에서의 파랑변형)，그리고 모래해안에 건설하는 방파제에 대하여는 연안보전시설을 참조.

(3) 유효 항입구 폭
단순한 항 입구 폭의 직선거리가 아니라 소정의 수심을 가진 항로 폭을 말하며 항입구를 횡단하는 조류의 속도는 일반적으로 2노트(Knot) 이하가 바람직하다.

(4) 얕은 여울 주변
굴절의 영향을 받아 파고가 증대하고 급사면상의 방파제에는 충격적인 파력이 작 용할 수 있다. 따라서 방파제를 얕은 여울 위에나 그 바로 뒤에 배치하면 오히려 과대한 구조를 필요로 하는 경우가 있으므로 파랑환경의 공간적 특성을 고려하여 배치한다.
(5) 개방된 외해역에 고립되어 건설되는 방파제(도제 또는 이안제)
방파제의 연장길이가 입사파 파장의 2〜3배 이하가 되면 양단으로부터 일어나는 파랑의 회절에 의한 영향으로 방파제 배후의 파고가 상당히 커질 수 있다. 이러한 파고 증대는 안정성에도 영향을 미치므로 회절파의 영향을 검토해야 한다. 회절파 의 영향에 대하여는 회절변형, 오목부, 방파제 두부부근 및 도제 주변에서의 파랑 변형을 참조한다.
정박지의 정온도에 대하여는 정박지 정온도를 참조한다.

설계의 기본방침

(1) 기준
직립제，혼성제，경사제，소파블록피복제 등 중력식방파제에 대하여 기술한다.
기타 구조형식의 방파제를 설계할 경우에도 방파제 설계의 기본흐름에 따라 목표로 하는 성능을 확보할 수 있는 방법으로 시행할 수 있다.

(2) 방파제의 설계는 일반적으로 다음과 같은 순서에 따라 행하는 것이 좋다.

❶ 방파제에 친수 및 친환경기능을 도입하여 다목적 다기능시설로 설계할 경우에는 각각의 기능 및 복합적 기능을 발휘할 수 있도록 하며，방파제의 구조형식 및 다 기능성 등 특성에 따라 안정성과 기능성 등 성능에 대한 목표치를 마련하여 시행 하는 것이 바람직하다.

❷ 직립제 및 혼성제와 같이 실험 및 이론해석의 신뢰도가 인정된 구조형식에 대하여는 최종적인 검증차원의 수리모형실험 또는 적절한 산정식으로 안정성 및 수리특성을 검토할 수 있다.

❸ 경사제 등 구조형식과 재료，수리특성의 변화가 매우 다양하여 기존의 해석결과 및 산정식으로 안정성 및 수리특성 등을 신뢰도 높게 해석할 수 없을 경우에는 각종 특이 조건에 대한 수리모형실험이 필요하다.

(3) 설계조건의 결정 - 방파제의 설계조건은 다음 사항을 검토하여야 한다.

（1）항내 정온도（2）바람（3）조위（4）파랑（5）수심 및 지반조건（6）친수성 및 친환경성 등

​❶ 설계조건
항내정온도는 하역효율 제고，항내시설의 보전 및 해역 이용목적에 따라 결정되는 조건이며，바람，조위, 파랑，수심 및 지반 등은 기본적 설계조건이다.
그 외 안정계산을 위한 설계조건으로는
마찰계수，부재의 허용응력도，단위체적중량 등이 있다.

❷ 정온도는 항내파고 또는 계류선박의 동요특성으로 나타난다.
하역가능한 한계조건(파고 또는 계류선박의 동요조건）및 항내통선에 지장이 없는 파랑조건을 만족시켜야 한다.
따라서 설계대상 항만에서 필요한 하역일수를 만족하는 한계파랑（파고 또는 선체 동요를 고려한 파랑조건） 이하로 유지하도록 방파제 제두부를 통한 회절파뿐만 아 니라 제체를 통한 전달파（방파제의 형상，마루높이, 조도，투과성 등）, 방파제의 위치와 수역 시설과의 관계，입사파조건（항구의 위치와 방향)을 검토하여야 한다.

또，태풍 등 악천 후 시에도 배후의 항만시설이 보전되도록 하고 선박 계류 시에 안전한 정온도를 확보 하거나 선박안전대책이 있어야 한다.

정온도에 대하여는 수역시설, 항로의 정온도, 정박지 정온도를 참조한다.

❸ 바람 자료
파랑의 추산에 주로 사용할 수 있는 광역적 해상풍 자료와 등대 등 항 만시설 설계시의 풍압계산에 필요한 국지적 극치풍의 특성으로 나누어 해석하고 응용 할 수 있다. 상세한 내용은 설계조건(바람과 풍압력을 참조.

❹ 방파제 단면과 기본수준면，약최고고,（저)조위，평균해면，기왕의 최고(저조위，대•소조시의 고조위. 인천만 평균해면 등의 관계를 명확히 해두지 않으면 안 된 다.
❺ 기본수준면과 공시용 기준면이 다른 경우에는 그 관계도 확실히 해두어야 한다.
또，폭풍해일（이상고조）의 계속시간，발생빈도 등 확률론적 특성을 파악하여 확률론적 설계(신뢰성 설계）가 필요한 경우에 응용할 수 있도록 하며，기존의 확정론적 설계법을 사용할 경우에도 이들 극치특성을 고려할 필요가 있다.
조위에 대한 상세한 사항은 설계조건(조석)을 참조한다.

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해양항만 사업, 선박, 해양사고 전문가 그룹대표 : 고봉기 교수

20년 경력 행정법[행정심판], 전임교수

현, EBS 교육방송 공무원 행정법 전임강사

현, 해양수산부 청원경찰(해양항만) 공무원 전임강사

현, [주] 대한안전신문 해양[선박]사고 자문위원

현, 연합환경신문 해양환경분쟁, 선박감정사 법률고문

현, 노량진 공단기 공무원학원 전임강사

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