기술 문서: Lowestoft의 Gull Wing Bridge에서 폴리머 지지유체를 사용한 파일 건설

Oct 30, 2023

작성자: Alex Wallis-Evans 및 Duncan Nicholson, Arup; 헨리 스핑크스-에삼(KB International); 스티븐 히니, 퀸 파일링

Gull Wing은 Lowestoft의 Lothing 호수를 가로지르는 새로운 350m 길이의 39.5m 길이의 롤링 도개교를 중심으로 하며 유압 실린더를 사용하여 개폐됩니다(그림 1 참조). 교량 데크의 폭은 최대 22m이며 양쪽에 보행자 및 자전거 도로가 결합된 단일 차도를 지원합니다. 양쪽의 교량 횡단 및 접근 제방은 기존 도로망에 연결되어 선박이 통과할 수 있도록 기존 교량의 짧은 개통 기간과 관련된 도시의 교통 혼잡을 완화할 것입니다.

회전하는 도개교는 유압 실린더로 작동되는 세계 최대 규모의 이동식 다리가 될 것입니다. 이 프로젝트의 클라이언트는 Suffolk County Council이고 주 계약자는 Farrans Construction입니다. Arup은 수석 디자이너입니다.

Gull Wing 구조는 남쪽 접근 고가교, 북쪽 접근 고가교 및 롤링 도개교로 구성됩니다(Kanaris, 2022). 교각 중 2개 교각인 부두 4(P4)와 부두 5(P5)는 물 위에 위치하며 직경 1.08m의 철근 콘크리트 회전식 천공 파일로 지지됩니다. Quinn Piling은 전문 파일링 계약자였으며 이에 따라 KB International을 선정하여 이 프로젝트에 혁신적인 합성 폴리머 슬러리 기술을 제공했습니다.

Pier 4 임시 콤비 파일 코퍼댐의 배치는 그림 2에 나와 있습니다. 코퍼댐은 천공 파일 건설 및 시트 파일용 임시 케이싱으로도 사용되는 외경 1,220mm의 강철 튜브를 사용하여 형성됩니다. 콤비벽 튜브는 영구 작업 교각의 일부를 형성하고 펜더 보호를 지원하기 위해 제자리에 유지됩니다.

Pier 4 위치의 지반 상태는 2019년 현장 조사에서 얻은 시추공 정보를 바탕으로 해석되었습니다. 시추공 BH02A는 4번 부두 위치에 완성되었으며 회전식 천공 말뚝 설계를 위한 지반 조건을 설정하는 데 사용되었습니다. 그림 3은 BH02A의 해석된 층서학을 보여줍니다.

그림 3은 BH02A에 대한 표준 침투 테스트(SPT) 프로필도 보여줍니다. BH02A의 낮은 SPT 결과 중 일부는 시추공 굴착 중에 발생하는 "날리는 모래"와 연관될 수 있습니다. 이후 지하수 압력의 균형을 맞추고 시추공을 안정화하기 위해 지지 유체가 사용되었습니다.

설계에 채택된 토양 특성은 표 1에 요약되어 있습니다.

표 1: 토양 프로필 및 특성

그림 4는 Crag Group의 등급 곡선을 나타내며, 일반적으로 미사와 점토가 15% 미만이고 자갈이 5% 미만인 균일한 등급의 중간 모래를 보여줍니다. 비교를 위해 런던의 Crossrail 프로젝트(Menkiti, et al, 2015)의 일환으로 Thanet Sand에서 수행된 테스트에 대해 게시된 등급도 표시되어 있습니다. 파일은 이전에 KB 폴리머 지지 유체를 사용하여 Thanet Sand에 건설되었으며 Lam, Troughton, Jeffries 및 Suckling(2010)의 보고에 따라 하중 테스트가 수행되었습니다.

Lake Lothing은 Lowestoft Harbour 내부에 위치하고 있습니다. 수위는 조수의 영향을 받으며 보통 2m 정도 변동됩니다. Crag Group은 해수면과 수력학적으로 연결되어 있다고 가정합니다.

조수간만차는 봄철 조수 및 조수해일(홍수) 기간 동안 훨씬 더 커질 수 있습니다. Lowestoft에서는 천문조위(HAT) 수준이 +1.48mOD로 기록되고, 평균 만조(MHWS) 수준은 +1.08mOD입니다(국립해양학센터(NOC), 2022). 급증하는 조수는 또한 수위를 증가시킬 수 있습니다. 이러한 효과를 고려하기 위해 더미의 유체 수준을 평가하는 데 HAT 수준이 사용되었습니다.

교차점의 4번 부두를 지지하는 말뚝은 회전 도개판이 "닫힌" 위치에 있을 때 큰 정적 하중을 받고, 해양 선박이 통과할 수 있도록 교량 데크가 앞뒤로 굴러갈 때 큰 순환 하중을 받습니다. 이 교량은 120년의 설계 수명 동안 하루 평균 10개의 개구부가 있도록 설계되었습니다. 따라서 Pier 4의 파일 설계에서는 정적 및 반복 하중 조건 모두에 대한 축 용량을 고려했습니다.