설계기준

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1 머리말 우리나라는국토의 70% 가산지로이루어져있고, 사계절이뚜렷하여동결및 융해작용으로낙석 산사태가빈번히발생되고있어비탈면의안전을위한설 계 시공및유지관리는매우중요한일입니다. 그러나, 지금까지는비탈면에관련된기준들이명확히규정되어있지않거나 각각의건설공사기준들이산재해있어, 주요공종이유기적으로통합되지못하 고상호중복또는상충되는경우도있었습니다. 따라서, 정부에서는이러한모순을해소하는한편, 우리나라의비탈면설계 시 공및유지관리기술을선진화하고국제적인수준의비탈면기준확보를위하여관 련기준과제도를정비하고자이번에한국건설교통기술평가원의건설기술기반구축 사업의일환으로비탈면관련연구를수행토록하여건설공사비탈면표준시방서 및유지관리지침과함께본설계기준을제정하게되었습니다. 앞으로도정부에서는건설현장에필요한선진화된건설공사기준의제 개정을 위하여지속적으로지원할계획이며, 건설공사비탈면관련기술인여러분들께서 도부단한연구노력을통하여비탈면관리기술의발전에더욱기여해주실것을 기대합니다. 끝으로금번 건설공사비탈면설계기준이제정될수있도록애써주신한국시 설안전기술공단, 한국도로공사도로교통기술원과중앙건설기술심의위원회여러분 그리고관계공무원에게지면을빌어감사를표합니다 년 4 월 건설교통부기술안전기획관

2 설계기준제정에따른경과조치 이건설공사비탈면설계기준발간시점에서이미시행중에있는설계용역이나건설공사에대해서는발주기관의장이인정하는경우종전에적용하고있는기준을그대로사용할수있습니다.

3 목 차 제 1 장 총 칙 목적 적용범위 신규기술의적용 용어정의 기준의구성 19 제 2 장설계일반 기본계획 비탈면분류 설계의기본원칙 비탈면구비조건 설계개념적용기준 설계지반물성치의결정 설계하중의적용기준 29 제 3 장지반조사 적용범위 조사일반 예비조사 일반사항 예비조사내용 본조사 일반사항 본조사내용 39 - ⅰ -

4 3.5 불안정요인을갖는지형 지질조사 시공중비탈면조사 지반조사성과정리및지반특성평가 조사결과의정리 지반의분류기준 지반의물리적특성 흙의역학적특성 암의역학적특성 계측에의한조사와설계 계측이필요한비탈면 계측계획의수립 계측기준 89 참고문헌 93 제 4 장쌓기비탈면설계 적용범위 설계일반사항 쌓기비탈면적용기준 표준경사및소단기준 안정해석 안정해석조건 파괴형태와원인 안정해석시고려사항 안전율기준 해석방법의종류 안정해석기준 쌓기비탈면의배수시설 114 제 5 장깎기비탈면설계 ⅱ -

5 5.1 적용범위 설계일반사항 깎기비탈면적용기준 표준경사및소단기준 안정해석 안정해석조건 파괴형태와원인 안정해석시고려사항 안전율기준 해석방법의종류 안정해석기준 깎기비탈면의배수시설 깎기비탈면의발파설계 138 제 6 장앵커 적용범위 재료의특성 긴장재와정착구 그라우트 설계일반사항 설계목표 앵커적용기준 내진설계여부 앵커보강비탈면의설계 검토항목 안전율기준 앵커의내적안정해석과설계앵커력의결정 앵커보강비탈면의안정해석 초기긴장력의설정 ⅲ -

6 6.4.6 지압판설계 지진시안정해석 157 제 7 장네일 적용범위 재료의특성 네일및정착판 그라우트 설계일반사항 설계목표 네일적용기준 내진설계여부 네일보강비탈면의설계 검토항목 안전율기준 네일의내적안정해석 네일보강비탈면의안정해석 전면벽체의설계 배수시설 안정해석 182 참고문헌 183 제 8 장록볼트 적용범위 재료의특성 록볼트및정착판 그라우트 설계일반사항 설계목표 ⅳ -

7 8.3.2 록볼트적용기준 내진설계여부 록볼트보강비탈면의안정해석 검토항목 안전율기준 록볼트설계 지진시안정해석 193 제 9 장억지말뚝 적용범위 재료의특성 억지말뚝 콘크리트 설계일반사항 설계목표 억지말뚝적용기준 내진설계여부 억지말뚝보강비탈면의설계 검토항목 안전율기준 억지말뚝의내진안정해석 수동파괴에대한안정해석 억지말뚝보강비탈면의안정해석 말뚝간격과근입길이 지진시안정해석 214 제 10 장 콘크리트옹벽 적용범위 설계일반사항 ⅴ -

8 설계목표 옹벽적용기준 내진설계여부 설계하중 하중종류 자중 토압 상재하중에의한토압 수압과부력 옹벽에직접작용하는하중 깎기경계구간의토압 콘크리트옹벽의설계 검토항목 안전율기준 활동안정성 활동저항력의증가 전도안저엉 지지력검토 전체안정성 지진시안정해석 일반사항 지진시고려하는하중 지진시활동안정성 지진시전도안정성 지진시지지력안정성 옹벽본체의설계 255 제 11 장보강토옹벽 적용범위 ⅵ -

9 11.2 재료의특성 보강재 뒤채움재료 설계일반사항 설계목표 보강토옹벽적용기준 내진설계여부 보강토옹벽의설계 검토항목 안전율기준 외적안정해석 내적안정해석 지진시안정해석 일반사항 지진시고려하는하중 지진시외저안정해석 지진시내적안정해석 보강토옹벽의배수시설 278 참고문헌 281 제 12 장돌망태옹벽 적용범위 재료의특성 돌망태 돌망태채움재 설계일반사항 설계목표 돌망태옹벽적용기준 내진설계여부 ⅶ -

10 12.4 돌망태옹벽의설계 검토항목 안전율기준 내적안정해석( 돌망태자체의안정해석) 돌망태옹벽의외적안정해석 지진시안정해석 돌망태옹벽의배수시설 294 참고문헌 295 제 13 장기대기옹벽 적용범위 설계일반사항 설계목표 기대기옹벽적용기준 기대기옹벽설계 검토항목 안전율기준 외적안정해석 내적안정해석( 기대기옹벽자체의안정해석) 배수시설 305 제 14 장돌 ( 블록 ) 쌓기옹벽 적용범위 설계일반사항 설계목표 돌( 블록) 쌓기공법적용기준 돌( 블록) 쌓기옹벽의기초 돌 ( 블록 ) 쌓기옹벽의배수시설 ⅷ -

11 제 15 장격자블록및돌 ( 블록 ) 붙이기 적용범위 설계일반사항 설계목표 적용기준 격자블록의설계 검토항목 안정해석 기타고려사항 격자블록의속채움채 돌( 블록) 붙이기공법의배수시설 325 제 16 장콘크리트뿜어붙이기 적용범위 설계일반사항 설계목표 적용기준 콘크리트뿜어붙이기공법설계 검토사항 두께결정 철망과배수시설 332 제 17 장비탈면녹화 적용범위 설계일반사항 설계목표 적용기준 녹화공법의설계 일반사항 ⅸ -

12 녹화공법선정 녹화공법세부사항결정 339 제 18 장지표수배수시설 적용범위 지표수배수시설의종류 설계일반사항 설계목표 적용기준 지표수배수시설의설계 배수계획 설계를위한조사 비탈어깨배수구와산마루배수구 종배수구 소단배수구 비탈끝배수시설 358 제 19 장지하수배수시설 적용범위 지하수배수시설의종류 설계일반사항 설계목표 적용기준 지하수배수시설의설계 배수계획 설계를위한조사 지하배수구 수평배수층 돌망태배수공 ⅹ -

13 수평배수공 수직배수공( 집수우물) 369 제 20 장낙석방지망 적용범위 설계일반사항 낙석방지망의설계 낙석에너지의계산 낙석방지망의흡수가능에너지계산 낙석방지망적정설치규격 378 제 21 장낙석방지울타리 적용범위 설계일반사항 낙석방지울타리설계 낙석에너지의계산 낙석방지울타리의흡수가능에너지의계산 낙석방지울타리의높이 낙석방지울타리의이격거리 391 제 22 장 낙석방지옹벽 적용범위 설계일반사항 낙석방지울타리옹벽 395 제 23 장피암터널 적용범위 설계일반사항 ⅺ -

14 23.3 피암터널의설계 피암터널설계방법 충격력의산정 피암터널의단면결정 403 제 24 장비탈면내진설계기준 적용범위 설계일반 비탈면의내진등급및성능목표 비탈면의내진등급 내진성능목표 설계지반운동의결정 지반가속도계수결정 내진설계를위한조사 비탈면내진설계 설계일반사항 내진설계절차 액상화검토 지진시비탈면안정해석 429 참고문헌 ⅻ -

15 제 1 장총칙 1.1 목적 이설계기준은건설공사시만들어지는쌓기또는깎기비탈면, 비탈면의안정성확보 를위한보강공법, 옹벽공법, 비탈면표면보호공법, 비탈면배수시설그리고비탈면안 전시설에대한일반적인설계기준과설계방법제시를목적으로한다. [ 해설 ] 건설공사비탈면의설계와다양한공법의설계에있어설계자별로상이한기준을적용하고있고일부공법은설계기준이미비하여설계자의판단에의존하는등어려움이있어왔다. 이설계기준은통합된설계기준을제시하여설계자가임의로판단하거나국외기준을무분별하게도입하는등의문제점을최소화시키기위한목적으로제정되었다. 이설계기준은국내외기준과관련서적을참고하고관련기술자들의의견을반영하여작성하였으며비탈면의장기적인안정성을확보하기위한기본적인설계방안을제시하고있다. 1.2 적용범위 (1) 이설계기준은도로, 철도, 택지, 단지등의건설공사시만들어지는쌓기또는깎기비 탈면의설계, 비탈면의안정성확보를위한보강공법및옹벽공법, 비탈면표면보호공 법그리고비탈면안전시설및배수시설의설계에적용한다. (2) 자연비탈면과하천비탈면그리고댐비탈면은이설계기준에서다루지않는다. (3) 이기준은비탈면의안정성을확보하기위한가장기본적이고일반적인내용만을다 루고있으며, 특별한설계방법은이기준에포함하지않는다. (4) 이기준에기술되어있지않는사항에대해서는건설교통부제정유관설계기준을참 고한다. (5) 이설계기준은기준공표일이후에계약이체결된공사의설계에적용한다

16 제 1 장총칙 [ 해설 ] (1) 국토의 70% 이상이산지인조건에서도로, 철도등크고작은건설공사는필연적으로 비탈면을형성하기마련이다. 비탈면은흙또는암을쌓아만드는쌓기비탈면과자연 지반을깎아서형성하는깎기비탈면으로구분하며, 비탈면의설계는이러한비탈면의 장기적인안정성을확보하기위한검토를포함한다. 또한, 보강공법, 옹벽공법, 그리고 표면의안정성을확보하기위한표면보호시설, 배수시설의설계도포함한다. (2) 일반적으로건설공사시자연비탈면은안정한것으로간주할수있지만과거의파괴이력이나지반조사에서단층대등으로나타나는등특별히위험한것으로간주되는경우에는건설공사의범주에포함시킬수도있다. 하천비탈면및댐비탈면은각각하 천설계기준( 한국수자원학회) 및댐설계기준( 한국수자원학회) 을적용한다. (3) 사용빈도가적은특수공법이나정밀한해석방법들은일반적인설계방법이나설계기준을적용하지못하는경우가있을수있다. 이런경우설계자는발주자와협의하여승인을얻은후에이러한공법및해석방법을적용할수있다. 새운공법및설계방법을적용하는경우에는채용한설계조건과해석방법에대한보편타당하고합리적인근거를제시할수있어야한다. (4) 비탈면은금속이나콘크리트등의건설재료와달리오랜세월의지각작용과화산활 동, 풍화와퇴적, 고결작용을거쳐형성된산물이며지역별, 위치별로매우다양한지 반공학적특성을나타낸다. 실제설계에서는이러한복잡한지반에대한제한된조사 를통하여지반을단순화시키고이론적으로단순화된공식을적용하여안정성을검토 하게되므로이설계기준을따른결과가항상정확할것이라고는장담할수없다. 따 라서, 비탈면의설계는경험이많은기술자의공학적판단도매우중요한요소라고 할수있다. 설계자는이러한배경을이해하고단순한계산과정만을따를것이아니 라현장에서발생할수있는제반조건들을신중히고려하고설계기준을면밀히검토 하여설계를수행하여야할것이다. (5) 이설계기준은건설교통부에서제정한여타설계기준과상호보완적인부분이있으며, 필요한부분에대해서는구조물기초설계기준( 건설교통부) 과콘크리트구조설계기준( 건 - 2 -

17 1.4 용어정의 설교통부), 그리고철도설계기준( 대한토목학회), 도로설계편람( 건설교통부) 등을참조 한다. 1.3 신규기술의적용 (1) 건설신기술은건설기술관리법에서정하는바에따라지정된신기술 신공법등으로서 이러한공법에대한설계방법과적용기준은이설계기준에서제시하지않는다. 이는 설계기준의특성상다양한공법에대한설계방법과적용기준을세세하게다루지못하 는점과향후에개발될수있는새로운공법에대한형평성및새로운기술의개발과 적용을제한할수있다는점에기인한다. (2) 신기술의설계와적용기준에대해서는본설계기준의관련공법을참고하여기술개 발자가제시하는방법을이용하여설계한다. (3) 이기준에기술된내용과다르거나, 포함되어있지않더라도이미널리알려져있거 나충분히증명된이론및기술은발주자의승인을얻어본설계기준을대체하여적 용할수있다. (4) 본설계기준에서제시하는한정된내용으로인하여새로운기술개발의지가감소하 거나다양한공법을적용하는것이제한되지않아야하며, 따라서설계자는새롭게 개발된기술, 공법이라하더라도검증된연구결과또는관측결과가있는경우에는 발주자의승인을얻어본설계기준에서제시하는내용을대체하여적용할수있다. 1.4 용어정의 이설계기준에사용하는용어는각장에별도로포함시키며, 여기에서는비탈면관련 된기본적인용어만을나타내었다. 비탈면은경사진면이라는뜻의순수한우리말로서 기존에사용해오던사면( 斜面 ) 을대체하여사용하고있는용어이다. 이설계기준에서는 사면이라는용어대신에비탈면으로모두통일하였으며, 이외에도중요한용어에대해 서는가급적순수한우리말을사용하고자하였다

18 제 1 장총칙 (1) 강도정수(strength parameter) : 지반의강도( 强度 ) 를공학적으로표현하기위한값 이며, 파괴기준에따라강도정수에대한정의가달라진다. 지반공학에서강도정수는 일반적으로 Mohr-Coulomb 의파괴기준을적용하며, 점착력(cohesion) 과내부마찰 각(internal friction angle) 으로표현된다. (2) 개체수 : 방형구(1m 1m) 내에출현하는수종및초종하나하나의독립적인식물을 말한다. (3) 격자블록공법 : 콘크리트또는플라스틱을비탈면표면에격자식(#) 으로설치하여 비탈면표면을안정화시키는공법이며, 재료에따라서콘크리트또는 PVC로구분 하고, 조립식과현장타설식이있다. (4) 계단식옹벽 : 비탈면전체적으로소규모의파괴가가능하고표면의풍화로인한암 괴이탈의우려가있을때자중으로이탈하는암괴를지지시키고붕괴를방지하기 위한목적으로콘크리트를계단형태로만든벽체이다. (5) 극한앵커력 : 극한앵커력은앵커의파괴가발생하는하중을말하며, 긴장재의극한 인장력과앵커의극한인발력중작은값으로한다. (6) 극한인장강도(ultimate tensile strength) : 보강재의파단시강도를말한다. 네일의 극한인장강도는극한응력을사용하며, 보강토옹벽에사용하는섬유보강재는스트립 인장강도시험을통해구한파단강도를사용한다. (7) 극한주면마찰력 : 그라우트와지반사이의파괴로인하여극한상태에도달했을때그 라우트와지반사이에서발휘되는주면마찰력을말한다. (8) 기능수행수준: 설계지진하중작용시내진설계구조물이본래의기능을정상적으로 수행할수있는수준을말한다. (9) 기대기옹벽: 깎기비탈면에서표면의탈락으로불안정해진구간이나장기적으로불 안정해질가능성이있는비탈면표면에콘크리트를타설하여자중으로비탈면을안 정화시키는옹벽을말한다

19 1.4 용어정의 그림 1.1 기대기옹벽의종류 (10) 긴장력(prestress) : 앵커두부에프리스트레스를가했을때긴장재내부에가해져 있는힘을말한다. (11) 긴장부(tension zone) : 앵커두부에서가한긴장력을앵커체에전달시키는부분을 말한다. (12) 긴장재(tendon) : 앵커에서긴장력을전달하는인장을받는부재를말한다. 일반적 으로 PS 강선, PS 강연선, PS 강봉등을사용한다. (13) 긴장재의극한인장력 : 앵커에서긴장재로사용되는강재의극한인장력을말한다. KS 규격또는공인인증기관의시험성적서로확인한다. (14) 깎기비탈면 : 절토사면( 切土斜面, cut-slope) 으로도부르며, 자연지반을깎아서형 성하는인공비탈면을말한다. 그림 1.2 깎기비탈면의단면예 - 5 -

20 제 1 장총칙 (15) 깎기쌓기경계 : 깎기구간이끝나고쌓기구간이시작되는경계부분을말하며, 절성경계( 切盛境界 ) 으로부르기도한다. (16) 낙석 : 암반내불연속면( 절리, 편리, 층리등의갈라진틈) 의이완현상에의해암편이모암으로부터분리되어낙하하는현상으로규모면에서암편을셀수있을정도의소량의것을의미하며, 비탈면붕괴는토사나암석이대규모로무너져내리는현상으로체적으로표현되는대량의것을말한다. 낙석이튀는높이 그림 1.3 낙석이튀는높이 (17) 낙석발생원 : 낙석이발생되기전비탈면에있었던위치 (18) 낙석방지시설 : 도로비탈면의낙석, 토사붕괴등으로인한교통장애, 도로구조물 의손상, 재산및인명상의손실을예방하기위해설치하는구조물 (19) 낙석보강공법 : 비탈면자체의안전율이확보되지않아위험성이내포된상태에서 낙석발생을사전에막기위하여비탈면에특수한재료를사용하여안정화시키는 공법 (20) 낙석보호공법 : 비탈면자체의안전율이확보된상태에서예상치못한소규모의낙 석에대비하여낙석의운동을멈추게하거나도로유입을차단시켜피해를최소화 하기위한공법 (21) 낙석이튀는높이 : 낙석이비탈면에부딪치면서수직방향으로튀는높이 (22) 내적안정(internal stability): 보강토체내부에서파괴에대한안정성 (23) 내진 1 등급: 내진설계구조물의손상이나기능상실이공공의생명과재산에상당한 피해를초래할수있는구조물을말한다. (24) 내진 2 등급: 내진설계구조물의손상이나기능상실이공공의생명과재산에경미피 해를초래할수있는구조물을말한다

21 1.4 용어정의 (25) 네일(nail) : 비탈면보강을위해사용하는보강재로서벽체와일체가되게형성하여지반을보강한다. (26) 네일길이 : 지반에삽입되어그라우트되는길이와전면벽체내부에삽입되는길이의합 (27) 돌망태 : 철선을꼬거나용접하여돌을넣을수있도록직육면체로만든망태 그림 1.4 돌망태의형태 (28) 돌망태옹벽 : 아연도철선, 또는 PVC융착철선을사용해그물형망태로제작하고 내부에돌을넣어서여러단의돌망태를쌓아올려형성하는옹벽을말한다. (29) 돌망태배수공 : 돌망태를용수가발생하는비탈면표면에쌓고배면에배수성재료 를채워유실을방지하는공법을말한다. (30) 돌붙이기( 블록붙이기) : 채석해서다듬은돌( 또는콘크리트블록) 을비탈면표면에 균일하게붙이는방법으로서깔기(pitching) 라고도한다. 돌사이의틈새에모르터 나그라우트로채운찰깔기와채우지않은메깔기가있다.. (31) 돌쌓기(stone masonry, 블록쌓기) : 채석해서다듬은돌( 또는콘크리트블록) 을포 개어쌓는방법으로서, 돌의틈새에모르터나그라우트로채운찰쌓기와채우지않 은메쌓기가있다. (32) 두꺼운식생기반재취부공법 : 비탈면에고압취부기를이용하여식생기반재를 50mm 이상두껍게취부하는공법을말한다

22 제 1 장총칙 (33) 뒤채움(backfill): 옹벽의배면을채우는데사용하는채움흙 (34) 뒤채움콘크리트 : 돌( 블록) 쌓기옹벽또는돌( 블록) 붙이기공법에서찰쌓기방식으 로쌓기또는붙이기할때옹벽배면쪽에바르는콘크리트를말하며옹벽의높이에 따라소정의두께를확보해야한다. (35) 뒤채움콘크리트 : 돌( 블록) 쌓기옹벽에서찰쌓기방식으로쌓기할때옹벽배면쪽 에채우는콘크리트를말하며옹벽의크기에따라소정의두께를확보해야한다. (36) 뒷굽(heel): 옹벽에서뒤판의끝부분 (37) 뒷굽판(back slab): 옹벽의배면부로튀어나온저판부분 (38) 뒷길이 : 돌( 블록) 쌓기옹벽또는돌( 블록) 붙이기공법에서옹벽의두께방향으로잰 돌( 블록) 의길이를말한다. (39) 뜬돌형낙석 : 불연속면이잘발달된암체내에서불연속면에둘러싸인암괴, 암편 등이들뜬상태로존재하다강우나동결융해와같은원인으로인해떨어지는낙석 의형태 암반 불연속면 그림 1.5 뜬돌형낙석 (40) 랜덤볼트 : 지반의취약한부분을국부적으로보강하기위하여록볼트의간격과길이를상황에맞게설계한록볼트설치형태이다. (41) 록볼트 : 지반중에정착되어단독또는다른지보재와함께지반을보강하거나변위를구속하여지반의지내력을증가시키는봉상의부재이다

23 1.4 용어정의 그림 1.6 록볼트의형태 (42) 록볼트인발시험 : 록볼트의능력을평가하기위한시험의일종이다. (43) 록볼트축력 : 지반보강을위해설치한록볼트에발생하는하중을말한다. (44) 메깔기 : 돌이나블록을비탈면표면에촘촘히깔고틈새에모르터나그라우트로채우지않은방법이다. (45) 메쌓기(dry masonry) : 면이사각형이고길이가길게다듬어진돌을포개어쌓기한것으로, 돌의틈새를채우지않는다. (46) 목본류( 木本類 ) : 녹화공법에사용되는종자가주로나무형태인경우 (47) 밑다짐식옹벽(buttress): 깎기비탈면하단부의일부가파괴또는풍화진행으로인하여공간이발생하였을때상부의추가파괴또는암반의이탈을방지하기위한목적으로콘크리트를만들어상부암괴를지지시키는벽체이다. (48) 반중력식옹벽: 옹벽자중과뒤채움흙의자중을이용하여횡방향토압에저항하는옹벽 (49) 발아실험 : 종자에서식물의싹이나는것을조사하는실험을말한다. (50) 배수구( 排水構 ) : 물을빼기위한도랑을일컽는다. 배수로( 排水路 ) 라고도한다. (51) 배수구멍(weephole) : 지반과맞닿는구조물배면의지하수를배수시키기위하여설치하는작은배수구멍 (52) 배수전단강도(drained shear strength) : 전단과정에서간극수의배수가원활하여지반에과잉간극수압이발생하지않은상태에서의흙입자에의해발휘되는전단강도를말한다

24 제 1 장총칙 (53) 배수조건(drainage condition) : 지반에하중을가하면지반의투수성과응력변화속도의조건에따라지반내에과잉간극수압이발생하는데, 과잉간극수압이신속히소산되면배수상태, 과잉간극수압이장시간에거쳐서서히소산되면비배수상태로간주한다. (54) 벽체(stem): 옹벽의부분중횡방향토압을직접적으로받는수직부재 (55) 보강재(reinforcement) : 흙을보강하기위하여사용하는금속, 섬유등의내구성과강도를지닌재료로서평면형또는띠, 그리드형태로만든것을말한다. (56) 보강토옹벽(reinforced soil retaining wall) : 금속또는섬유보강재를이용하여층층이쌓아올린옹벽을말한다. 그림 1.7 보강토옹벽의단면 (57) 부벽(counterfort): 벽체와저판을연결하는경사부재로서벽체의전단력과모멘트에대한저항력을증가시킴 (58) 부벽식옹벽: : 옹벽벽체와저판을연결하는부벽을설치하는옹벽

25 1.4 용어정의 그림 1.8 옹벽의단면예 (59) 붕괴(collapse) : 파괴토체가비탈면에서떨어져나가비탈끝방향으로이동한상태 를말한다. (60) 붕괴방지수준: 설계지진하중작용시내진설계구조물의구조부재에취성파괴, 좌굴 및구조적손상이발생하지않는수준을말한다. (61) 비배수전단강도(undrained shear strength) : 전단과정에서발생한과잉간극수압으 로인하여흙의유효응력이감소하고이로인해파괴가발생할때지반의전단강도 를비배수전단강도로말한다. (62) 비탈면길이(slope length) : 비탈면경사방향으로잰비탈면의길이를말한다. (63) 비탈끝(slope toe) : 쌓기비탈면또는깎기비탈면의아래쪽끝부분을말한다. (64) 비탈면 : 지반의경사진면을말하며, 형성기원에따라건설공사시쌓기또는깎기 로만들어진인공비탈면과원래지형이경사진자연비탈면으로구분된다. (65) 비탈면녹화공법 : 비탈면에씨앗을뿌리거나또는식생이가능한기반재료와함께 씨앗을뿌려인공적으로식물이자라게하는공법 (66) 비탈면경사(slope angle) : 수평면과이루는비탈면의각도 (67) 비탈면시설 : 쌓기또는깎기비탈면의안정성및공용중유지관리안정성확보를 목적으로비탈면에설치된각종구조물및시설물로서비탈면보강, 표면보호시설, 배수시설, 안전시설등을포함된다. (68) 비탈면침식 : 비탈면의표면이우수( 雨水 ), 유수( 流水 ), 바람, 눈, 빙하등의외적인 요인에의해깎이는작용을말한다. 침식의형상에따라서비탈면표면의균일한

26 제 1 장총칙 두께로침식되는면상침식(sheet erosion), 유수가패인곳을집중적으로흐르면서 발생하는세류침식(rill erosion), 표면의여러군데서모인유수에의해큰도랑형 태로발생하는협곡침식(gully erosion) 이있다. (69) 비탈어깨(slope shoulder) : 쌓기비탈면또는깎기비탈면의상단부분을말한다. (70) 비탈어깨배수구 : 쌓기비탈면에서상부의표면수를유도배수시키기위하여비탈어 깨에설치하는배수시설을말한다. (71) 산마루배수구 : 깎기비탈면에서상부자연비탈면으로부터유입되는표면수를배수 시키기위해비탈마루에설치하는배수시설을말한다. (72) 설계앵커력 : 설계에서사용하는앵커력을말하며, 허용앵커력을넘어서는안된다. (73) 설계인발하중 : 설계시네일 1본이안정적으로지지할수있는하중으로서지반의 설계주면마찰력또는네일철근의허용응력에서결정되는인발력중작은값. (74) 설계주면마찰력 : 설계시사용한그라우트재와지반사이의허용주면마찰력으로극 한주면마찰력을설계안전율로나눈값. (75) 설계지반운동: 정지작업이완료된부지( 내진설계구조물이설치되는곳을말한다) 의지표면에서의자유장운동을말한다. (76) 설계허용인장강도(design tensile strength): 보강재의장기인장강도에소정의안전 율을고려하여산정한인장강도 (77) 소단(bench) : 비탈면의점검및유지관리를위하여비탈면가운데일정한높이간 격으로설치하는수평단을말한다. (78) 수동토압(passive earth pressure): 옹벽이뒤채움방향으로변위가발생할때옹벽 배면에발생하는토압 (79) 수목식재공법 : 수목식재공법에는묘목식재, 차폐식재, 소단상객토식수공법, 새집 공법등을말한다. (80) 수종및초종 : 산림에서자라는나무와초본의종류를말한다. (81) 수직배수공 : 집수및배수의목적으로지반내에수직방향으로설치된배수구조물 로대구경을사용하기도한다. 집수우물( 集水井 ) 이라고도한다. (82) 수평배수공 : 비탈면안쪽의물을원활하게배수시키기위해토사의유입을막기 위한구조를가진유공관을지반내에설치한배수시설 (83) 식물피복도: 방형구내에출현하는수종및초종의점유비율(%) 을말하며, 녹화공사가 시공된비탈면의전체적인식생피복도는 3 개소이상의측정치를평균하여산정한다

27 1.4 용어정의 (84) 식생기반재 : 식생기반재( 植生基盤材 ) 는비탈면표면에식물이자라기위한양분을 가진층을만들기위해사용하는재료를말한다. (85) 쌓기비탈면 : 성토사면( 盛土斜面, fill-slope) 으로도부르며, 지반위에흙을쌓아서 형성하는인공비탈면을말한다. 그림 1.9 쌓기비탈면의단면예 (86) 안전율(factor of safety) : 주어진활동면에대해흙의전단강도를현재의전단응력 으로나눈값으로정의되며, 안정해석에서는비탈면이한계평형상태에도달하도록 강도정수를나누어주는계수를말한다. (87) 안정해석(stability analysis) : 건설공사로형성되는비탈면의안정성을공학적으로 해석하는것을말한다. (88) 암거 ( 暗渠 culvert) : 지하에설치되어밖에서는보이지않는배수구를말한다. 개 거( 開渠 ) 명거( 明渠 ) 와대비되는말이며, 배수암거(underdrain) 집수암거(collecting channel) 통수암거(closed conduit) 의총칭이다 (89) 암반비탈면 : 암반사면( 巖盤斜面, rock slope) 으로도부르며, 비탈면을구성하는지 반이전반적또는부분적으로암으로이루어진깎기비탈면이다. (90) 앞굽(toe): 옹벽에서앞판의끝부분 (91) 앞굽판(front slab): 옹벽의전면부로튀어나온저판부 (92) 액상화: 포화된느슨한모래나실트층이충격이나진동을받게되면흙내부의간 극수압이증가하여유효응력이감소하게되며이때흙의전단강도가감소하여액 체와같은상태로되는현상을말한다

28 제 1 장총칙 (93) 앵커(anchor) : 지반내에앵커체를삽입하고지표면에서하중을가하여가상활동면 의연직응력과전단저항력을증가시킴으로서불안정한비탈면의안정성을높여주 는공법이다. 앵커체, 인장부, 앵커두부로구성된다. 그림 1.10 앵커의구조 (94) 앵커길이 : 앵커체의길이( 앵커정착장) 및긴장부의길이( 앵커자유장) 의합으로표 현된다. (95) 앵커두부(anchor head) : 가해진긴장력을효과적으로인장부에전달시키기위한 부분을말하며정착구와지압판으로구성된다. (96) 앵커의극한인발력 : 지반과앵커정착장에서발휘되는부착력또는주면마찰력이 파괴상태에도달할때까지의앵커의인발저항력을말한다. 앵커에대한극한인발 시험을통하여구할수있다. (97) 앵커자유장 : 긴장재가자유롭게움직이는상태에있고구조물및지반에대하여 프리스트레스를유효하게줄수있도록가공된인장부의일부로서주변지반과의 마찰저항력에의한힘이전달되지않는부분의길이이다. (98) 앵커정착장 : 그라우트와지반의주면마찰저항력이유효하게발휘되어지반으로힘 의전달되는앵커체의길이를말한다. (99) 앵커체(anchor body) : 그라우트주입으로지중에조성되는앵커부로서긴장력을 지반과의마찰저항에의해지반에전달하는저항체를말한다. (100) 얇은식생기반재취부공법 : 비탈면녹화를위해식생기반재와함께종자, 비료, 화 이버등을 50 mm미만으로얇게취부하는공법을말한다. (101) 억지말뚝 : 억지말뚝은파괴토체를관통하여지지층까지말뚝을일렬로설치함으 로서말뚝의수평저항력으로비탈면의활동력을지지층에전달시키는공법이다. (102) 외적안정(external stability): 보강토체를강체로간주한상태에서의파괴에대한 안정성

29 1.4 용어정의 (103) 용수( 湧水 ) : 지반내의지하수위가비탈면표면에노출되어샘솟거나흐르는물 (104) 원지반(original ground): 원래의흐트러지지않은자연지반을말한다. (105) 위험도계수: 평균재현주기 500년지진지반운동수준에대한평균재현주기별지반 운동수준의비를말한다. (106) 유기질기재 : 식물이자랄수있는유기질양분을포함하는토양으로서비탈면이 파쇄가심한연경암으로이루어져있는경우비탈면표면에취부하여식물이자 랄수있는기반층으로활용함. (107) 유효응력(effective stress) : 하중이지반에가해졌을때흙내부에발생하는응력 은흙내부의물과흙입자구조에의해전달되는데, 이때흙입자에의해서전달 되는응력부분을유효응력이라고한다. 물은전단저항력이없으므로흙의전단저 항력은흙의유효응력에의해서만발휘된다. (108) 이동층 : 파괴면을따라이동하는파괴토체또는지층을말한다. (109) 인장력(tensile force) : 인장하중이라고도하며, 보강토체내의보강재에작용하는 하중을말한다. 인장력은단위폭당작용하는하중으로표현한다. (110) 자연비탈면(natural slope) : 자연적으로형성된비탈면으로서깎기작업을하기전 의비탈면을말한다. (111) 잔류강도(residual strength) : 하중이가해졌을때파괴가발생한후에발휘되는 저항력을말한다. (112) 장기인장강도(long-term tensile strength): 보강재의생화학적내구성, 부식, 크리 프영향을고려하여극한인장강도에저감계수또는부식두께를고려하여산정한 인장강도 (113) 저판(slab): 옹벽의부분중기초지반과접하는수평콘크리트부재 (114) 저항영역(resistant zone) : 보강토체내부에서파괴선바깥쪽영역으로서파괴시 보강재가저항하는영역을말한다. (115) 전단강도(shear strength): 흙이응력을받아파괴될때, 흙내부의파괴면을따라 발생한전단응력을말한다.. (116) 전단응력(shear stress): 흙이응력을받을때흙내부에서발생하는최대전단응 력을말한다. (117) 전면벽체 : 보강된비탈면에서네일사이지반의이완을방지하고국부적인안정 성을확보하기위한벽체를말하며, 네일공법에서는콘크리트뿜어붙이기( 숏크리

30 제 1 장총칙 트) 벽체가보강토체에서는표면에쌓거나현장타설콘크리트로만드는벽체로서 보강재와연결하거나연결하지않는방식이있다. (118) 정지토압(at rest earth pressure): 옹벽의변위가없을때옹벽배면에작용하는 토압 (119) 정착구: 긴장재를앵커두부의지압판에정착시키는부재를말한다. (120) 정착판 : 비탈면표면과네일또는록볼트의일체화를위하여두부에설치하는사 각형의강재판을말한다. (121) 종배수구 : 집수된곳으로부터물을배출하거나다른집수정까지물을끌어가기 위해설계한수로로일반적으로개거( 開渠 ) 암거( 暗渠 ) 터널등으로만들어진다. (122) 주동토압(active earth pressure): 옹벽이뒤채움반대방향으로변위가발생할때 옹벽배면에발생하는토압 (123) 중력식옹벽: 옹벽자중을이용하는횡방향토압에저항하는옹벽형식 (124) 지압판 : 앵커의하중을비탈면표면반력으로저항하는부분을말하며, 앵커의긴 장력과동일한하중을받는다. (125) 지표수(run off) : 강우또는표면용수로인해비탈면표면을흐르는물을말한다. (126) 찰깔기 : 돌이나블록을비탈면표면에촘촘히깔고돌사이틈새에모르터나그 라우트로채워서틈이없도록하면서까는방법이다. (127) 찰쌓기(wet masonry) : 면이사각형이고길이가길게다듬어진돌을포개어쌓기 한것으로, 모르터나그라우트를돌사이의틈새에채우며쌓는방법이다. (128) 천공직경 : 앵커, 네일설치를위해천공하는장비의비트공칭직경을말한다. 이 외에확공직경이있으며실제천공후의직경을말한다. 실무에서는이둘에크게 차이를두지않고사용하기도한다. (129) 초본류( 草本類 ) : 녹화공법에사용되는종자가주로풀형태인경우 (130) 초본류식재 : 초본류식재에는줄떼심기, 평떼심기, 평떼붙이기, 새심기등을말한 다. (131) 초화류( 草花類 ) : 꽂을피우는초본류 (132) 최대강도(peak strength) : 하중이가해졌을때파괴에도달할때까지의최대저항 력을말한다. (133) 최대인발하중 : 네일의극한인발시험시극한상태를확인하지못한상태에서시험 이종료된경우최대로가한하중

31 1.4 용어정의 (134) 측구( 側溝 ) : 도로의측면에물을배출시키기위한배수로등의구조물또는처리 시설을말한다. (135) 캔틸레버옹벽: 옹벽형태가 T 를거꾸로놓은모양, 또는 L 모양 (136) 콘크리트뿜어붙이기공법 : 압축공기에의해콘크리트를고압호스또는파이프 로소정의위치까지옮겨, 압축공기에의해압송된재료를비탈면에거푸집을사 용하지않고뿌림으로써자력으로단단히고정되는공법 (137) 탈락형낙석 : 풍화가진행됨에따라침식이나풍화에대한저항력이약한토사 속에포함되어있는암편이나자갈등이탈락하는낙석의형태 토사 그림 1.11 탈락형낙석 (138) 토사비탈면 : 토사사면( 土砂斜面, soil slope) 으로도부르며, 비탈면을구성하는지 반이전반적으로흙으로이루어진깎기비탈면이다. (139) 토석류( 土石流, debris flow): 강우시지반내로침투된강우에의해지반의유효응 력이감소하여파괴된토체가비탈면표면을따라마치유체와같이흘러내리는 것을말한다. (140) 토압계수(earth pressure coefficient): 연직응력에대한수평응력의비율로서, 정지 토압계수, 수동토압계수, 주동토압계수로구분한다. (141) 토양경도: 토양경도계( 山中式 ) 를이용하여비탈면상부, 중부, 하부에서각 10회씩 측정하고평균한값이며, 토양경도지수( mm) 단위로환산하여나타낸다. (142) 파괴(failure) : 지반내부의응력상태가지반의강도를초과할때발생하며, 공학적 으로는파괴기준을초과하는응력상태를말한다. 물리적으로는지반의균열이나 과도한변형상태가발생한때를파괴로간주할수있다

32 제 1 장총칙 (143) 파괴토체 : 비탈면에파괴가발생하여파괴면상부에존재하는흙의덩어리를말 한다. (144) 파종공법 : 파종( 播種 ) 공법에는고압취부기로파종하는방법도일부포함되며, 인 력파종에는점파( 點播 ) 공법, 조파( 條播 ) 공법, 산파( 散播 ) 공법등이있다. (145) 패턴볼트 : 지반의취약한부분을일정한간격과길이의록볼트로보강하는설치 형태이다. (146) 표면보호공법 : 비탈면표층의세굴, 유실, 붕괴를방지하고미관을향상시키기위 하여식생이나구조물을이용하여표면을보호하는공법 (147) 한계평형상태(limit equilibrium state) : 가상파괴면에서지반의응력상태가파괴 ( 한계상태) 에도달한상태를말한다.. (148) 한쪽깎기 한쪽쌓기 : 자연비탈면의일부는깎고일부는쌓아서부지를형성하는 구간을말하며, 편절편성( 片切片盛 ) 으로부르기도한다. (149) 합벽식옹벽 : 깎기비탈면중간또는상하부로길게파괴또는표면의풍화진행으 로인하여공간이발생하였을때주변부의추가파괴또는암반의이탈을방지하 기위한목적으로콘크리트로주변암괴를지지시키는벽체이다. (150) 허용앵커력 : 극한앵커력에안전율을고려하여계산한앵커력을말하며, 설계에서 허용할수있는최대앵커력이다. (151) 허용인장강도 : 네일재료의극한인장강도또는항복인장강도를소정의안전율로 나눈값 (152) 활동방지벽(shear key): 저판하부에횡방향저항력을높이기위해튀어나오게만 든부분 (153) 활동영역(active zone) : 보강토체의전면판과파괴선안쪽의영역으로서파괴로 인해활동하는영역을말한다. (154) 흙쌓기비탈면 : 흙을쌓아서만든쌓기비탈면을말한다

33 1.5 기준의구성 1.5 기준의구성 (1) 이설계기준은내용상으로크게 8개의부분으로나누어총 24개의장으로구성되어있 다. 세부적인구성내용은다음과같다. Ⅰ. 설계일반사항 : 총칙, 설계일반, 지반조사 Ⅱ. 비탈면설계 : 쌓기비탈면설계, 깎기비탈면설계 Ⅲ. 비탈면보강공법 : 앵커, 네일, 록볼트, 억지말뚝 Ⅳ. 옹벽공법 : 콘크리트옹벽, 보강토옹벽, 돌망태옹벽, 기대기옹벽, 돌( 블록) 쌓기옹벽 Ⅴ. 표면보호공법 : 격자블록및돌붙이기, 콘크리트뿜어붙이기, 비탈면녹화 Ⅵ. 비탈면배수시설 : 지표수배수시설, 지하수배수시설 Ⅶ. 비탈면안전시설 : 낙석방지망, 낙석방지울타리, 낙석방지옹벽, 피암터널 Ⅷ. 비탈면내진설계 : 비탈면내진설계기준 (2) 이설계기준은비탈면의안정을확보하기위하여적용하는가장보편적이면서일반적 인내용과공법들에대해서만다루고있으며, 특정한기술이나공법에대한설계기준 과방법은포함하지않는다

34 제 2 장설계일반 2.1 기본계획 (1) 비탈면의건설계획은도로, 철도및택지등과같은주구조물의건설계획에부합되게 수립하여야하며, 기본계획, 기본설계, 실시설계, 시공, 준공및유지관리단계로구분 하여효율적으로추진한다. (2) 비탈면의기본계획에서는다음사항을고려한다 주구조물의계획에따른쌓기또는깎기비탈면의형성조건 안정성검토및터널등대체구조물의적용성여부 비탈면건설후수리, 수문, 생태환경에미치는영향 주구조물에발생가능한재해영향 사업대상지역내에있는분묘, 가옥, 문화재및각종시설물의이전방안 시공중수질오염, 진동, 분진, 소음등의가능성과대책방안 경제성및공사소요기간 법적규제사항등 (3) 기본계획수립은해당분야전문가의자문과발주자의의견을수렴하여조정할수있으 며, 필요시에는지역주민및지방자치단체의민원사항을해소하기위하여공청회등을 통해의견을수렴하고해소방안을검토하여야한다. (4) 비탈면의형성은사업대상지역경계에서장기적으로안정화될수있는비탈면의높이 와경사를결정하는것이며, 현지의지형과지반조건, 시공여건, 장애물등의여부에 따라보강공법, 옹벽공법, 표면보호, 녹화공법및안전시설의적용여부도함께고려하 여경제성과소요기간을검토하여야한다. (5) 비탈면설계에서는일반적인표준시방서외에도각각의공법에대한적용사례검토를 통해정확한시공이될수있도록하고, 시공을위한공사시방서를세밀하게작성하여 안전한비탈면이될수있도록한다

35 제 2 장설계일반 2.2 비탈면분류 (1) 비탈면의쌓기또는깎기는기본적으로주구조물을위한부지확보와건설시필요한 재료의확보등을위한목적으로실시되며, 형성방식과비탈면을구성하는재료에 따라서다음과같이구분한다. 1 쌓기비탈면 : 기존지반위에흙또는암버럭을쌓아서부지를형성할때쌓기경 2 계부에만들어지는경사진지반을말한다. 쌓기에사용하는재료와다짐의정도 에따라서비탈면높이와비탈면경사를다르게설정하여야한다. 쌓기비탈면은 재료에따라서암쌓기비탈면또는흙쌓기비탈면으로구분한다. 깎기비탈면 : 기존원지반을깎아서부지를조성할때형성되는경사진지반을 말하며비탈면높이가약 5m 이상되는경우부터중요하게다룬다. 깎기비탈면 은원지반의상태를정확히파악하는것이중요하며, 특히암반과토사의경계 부분, 원지반내부의불안정한특징등을찾는것이매우중요하다. 깎기비탈면 은흙으로이루어진토사비탈면과암으로이루어진암반비탈면으로구분한다. (2) 건설공사비탈면은규모에따라서도다음과같이구분할수있으며설계에서규모의 구분에따라서조사내용을다르게적용한다. 1 2 종시설물 : 비탈면높이 50m 이상, 연장 200m 이상인깎기비탈면을말하며, 비 2 3 탈면에설치되는높이 5m 이상, 연장 500m 이상인옹벽시설물도해당된다. ( 시 설물의안전관리에관한특별법시행령 ) 대규모깎기비탈면 : 비탈면높이가 20m 이상인깎기비탈면을말한다. 대규모쌓기비탈면 : 비탈면높이가 10m 이상인쌓기비탈면을말한다

36 2.3 설계의기본원칙 2.3 설계의기본원칙 비탈면구비조건 (1) 건설공사비탈면은시공완료후부터유지관리단계에서지진, 폭우, 장기적인기상변 화등재해요인이발생하더라도주구조물의안정성을직접적으로저해하거나주구 조물의기능을마비시키는붕괴가발생하지않아야한다. (2) 비탈면의건설로인하여주변인명및재산에위해한요인이발생하지않아야하며, 보강시설, 안전시설등의대책을강구하여야한다. (3) 비탈면은지반의풍화, 지하수조건의변화등장기적인불안정요인이발생할수있 으므로규명되지않은사항에대해서는가급적안전측으로설계한다. (4) 비탈면안정해석에서는반드시기준안전율을만족하도록설계하여야한다. (5) 비탈면에시공하는각종보강, 보호, 점검, 안전시설등은장기적으로성능을발휘하 는내구성이있는재료와부식에대한저항성이있는재료를사용한다. (6) 비탈면은위의조건을감안하여최대한경제적인시공이되도록설계하고, 현장여 건에적합한안전한시공이될수있도록설계한다. (8) 이기준에서제시하지않은구비조건이라하더라도관계법규및기준을검토후반 영해야하며, 발주자의요청과민원등을검토하여반영할수있다 설계개념적용기준 (1) 이설계기준은지반의한계평형상태를가정하고허용응력설계법을적용한다. 여기 서는예상되는파괴형태에가해지는실제크기의작용하중과저항력을계산하여이 들값의비율인안전율을계산하고기준안전율과비교하여비탈면의안정성을평가 한다. (2) 한계상태설계법, 하중저항계수설계법, 부분안전율의적용은발주처와협의하여승인 을득한후에적용할수있다. 이때는적용하는설계기준에대한명확한근거자료 를제시하여야한다. (3) 비탈면에적용하는콘크리트및강재구조물등의부재설계에대해서는해당재료에 적합한설계기준을적용한다. 흙의자중과토압등흙에기인하는하중은이설계기

37 제 2 장설계일반 (4) 준에서제시한방법을이용할수있으며, 하중및저항에고려하는계수의적용방 법은해당부재의설계기준을따른다. 비탈면설계에대한확률론적설계방법은허용응력설계법을이용한설계가불확실 할때설계결과를보완하기위한목적으로부가적으로적용할수있다. 이때는사용 하는입력자료와해석방법에대한근거자료를충분히확보해야한다. [ 해설 ] (1) 토목구조물의설계에있어서기본적으로적용하는설계방법은크게 1 허용응력설계 법, 2 부분안전율설계법, 3 한계상태설계법, 4 하중저항계수설계법이있다. 이들 설계방법은설계대상부재의재료특성에따라서각각다른방법을적용하는데, 흙을 다루는지반공학에서는허용응력설계법이주로이용되고있고, 콘크리트부재의설계 는한계상태설계법이주로이용되고있다. 1 허용응력설계법 (ASD, Allowable Stress Design) 사용응력설계법(WSD, Working Stress Design), 사용하중설계법(WLD, Working Load Design) 이라고도한다. 허용응력설계법은구조물에실제하중( 사용하중) 이작용할때발생하는실제응력( 사용응력, working stress) 을선형탄성이론(linear elastic theory) 을적용하여계산하며, 실제발생한응력이재료의항복응력( 또는극한응력) 에소정의안전율을적용한허용응력(allowable stress) 이내로되게하는설계법이다. σ a > σ 해설식 (2.1) 여기서, σ a : 재료의허용응력 (= σ y /FS ) σ : 부재에발생하는실제응력 콘크리트부재의경우작은압축응력범위내에서는탄성이론이성립하지만응력이커져서파괴점에도달하면압축응력분포는포물선분포가되어탄성을잃고소성체로바뀌어응력과변형률은비례하지않기때문에탄성이론을적용하는것은불합리하여최근에는한계상태설계법을적용하고있다

38 2.3 설계의기본원칙 지반도콘크리트와같이비선형특성을나타내지만자연지반의상태와종류에따라매우다양한특성을나타내며포화, 불포화및하중의재하조건에따라서도다양한강도특성을나타내므로이를모두고려하기는어려운실정이다. 지반구조물의허용응력설계법은발생가능한파괴형태가한계평형상태에도달하였다고가정한상태에서작용력과저항력의비율을고려하여안전율을계산하고기준안전율과비교하여안정성을검토한다. 국내지반구조물의설계는대부분허용응력설계법을적용하고있으며, 일부구조물기초분야에서하중저항계수설계법이도입되어사용되고있다. 2 부분안전율을고려한설계법은지반의각저항요소별로서로다른안전율을적용하 는설계방법으로서, 지반강도정수별로값의신뢰성과안정성에미치는영향이달라 지는것을합리적으로고려하기위한것이다. 연구자별로각각의지반강도정수에 적용하는부분안전율값의범위가서로다르게나타나고있어실제부분안전율을 적용하여설계할때는제안자의의도를이해하여적용하는것이필요하다. 3 한계상태설계법 (LSD, Limit State Design) 한계상태설계법은안전성의척도를구조물이파괴될확률( 파괴확률) 또는신뢰성 이론(reliability thoery) 에의해구조물이파괴되지않을확률( 신뢰성) 로나타내는 설계법이다. 여기에서는구조물이한계상태로되는확률을구조물의모든부재에 대하여일정한값이하가되도록하려는설계법이다. 한계상태의종류는극한한계상태(ULS, Ultimate Limit State) 와사용한계상태 (SLS, Serviceability Limit State) 로구분하며, 극한한계상태는구조물이나부재가 파괴또는파괴에가까운상태로되어그기능을완전히상실한상태로정의하고, 사용한계상태는처짐, 균열, 진동등이과대하게발생하여정상적인사용상태를 만족하지못하는상태로정의한다. Eurocode 7 에서채택한설계방법이며, 지반구조물에서예상되는모든한계상태 에대하여지반구조물이안정하도록설계한다. 일반적으로기초, 비탈면, 옹벽등 에대한기준을제시하고있으며이들구조물의설계시에고려해야하는한계상 태는다음과같은것들이있다

39 제 2 장설계일반 ( 가) 극한한계상태(Ultimate Limit State): 지반의파괴상태 - - 지반의전단파괴 지반의활동파괴 - 경사하중과횡방향하중에대한저항이부족하여발생하는구조물의활동 과도한편심하중에의해발생하는구조물의전도 지반의액상화 보강재와지반사이의부착력파괴 ( 나) 사용한계상태(Serviceability Limit State) - 과도한지반의침하나융기 - 구조물부재의손상, 변형 4 하중저항계수설계법 (LRFD, Load Resistance Factor Design) 하중저항계수설계법은한계상태설계법에기초하고있으며, 다중하중계수와저항 계수, 신뢰성에대한절대적확률론적결정을명확히고려하고있다. 이설계법에 서적용하는계수는허용응력설계법에서사용하는안전율과는다르며, 확률론적 수학모델을이용하여각각의하중계수와저항계수를산정하므로정확성과신뢰성 에서로다른비중을두는것이가능하다. 설계개념은해설식 (2.2) 와같이계수를 곱한하중의합이계수를곱한저항력보다작아야한다. φr n γ i Q i 해설식 (2.2) 여기서, φ R n γ i Q i : 저항계수 ( < 1) : 공칭저항력 : 하중계수 ( > 1) : 하중 (2) 각설계법의장단점은다음과같다

40 2.3 설계의기본원칙 해설표 2.1 설계법의장단점 구분장점단점 허용응력설계법 한계상태설계법 하중저항계수설계법 - 안정성은모든한계평형상태에대한안전율을계산하여검토함 - 개념적으로이해가쉬움 - 설계계산이매우간편 - 하중과재료의특성및불확실성을설계에반영할수있음. - 안전성과사용성은극한한계상태및사용한계상태를검토하여확보함 - 지반저항요소의각각의영향을설계에반영할수없음 - 성질이다른하중들의영향을설계에반영할수없음. - 작용하중과재료강도등에관한자료가충분히확보되어하중계수와저항계수를통계적으로산정할수있어야함. (3) 확률론적설계방법은안정성검토에사용되는입력값을확률변수로가정하고안정성 검토에서나오는안전율에대한확률분포를계산함으로서파괴의확률을정량적으로 구하는방법이며, 입력자료의불확실성을고려하지못하는기존의결정론적안정해석 방법을보완하는해석방법이라고할수있다. 하지만입력값의확률분포와확률매개변수를산정하는데필요한자료가충분히제 공되지않고, 기존의결정론적안정해석방법에비해확률론적이론에대한배경지식 이필요하므로일상적인설계방법으로정착되지못하고있는실정이다. 향후에자료 가축적되어입력변수에대한확률분포가결정되고설계에서적용하기위한매개변수의값을결정하는방법이간단해지면결정론적안정해석방법을보완하는설계방법으로사용될수있을것이다. 경험이부족한지반조건이나파괴형태등에대해서는기존의결정론적안정해석방법을보완하는역할로서확률론적설계방법도적용할수있을것이다 설계지반물성치의결정 (1) 비탈면의설계에사용하는지반물성치는지반조사, 현장시험, 실내시험, 경험적으로 얻어진관계식을이용한추산값, 기존의유사한지반조건에대한도표, 현장계측및 관측결과를이용한역해석, 파괴된지반에대한역해석등을통하여결정한다. (2) 설계지반물성치중지반의전단강도정수는대상지반의포화조건, 투수성, 하중재 하조건등을감안하여배수전단강도, 비배수전단강도및최대강도, 잔류강도를구분

41 제 2 장설계일반 하여결정한다. (3) 설계지반물성치는현장조사결과를토대로지반을대표적인몇개의지층으로구분 (4) 하고각지층에대한시험을실시하여물성치를구한다. 서로다른지층에서구한 지반물성치는각구간에대해적용한다. 여러가지지반조사와시험을실시하여동일지층의유사한지점에대해여러번의 결과를획득한경우에설계지반물성치는평균치와표준편차를계산하고다음식을 이용하여설계에서는안전측이되는값을적용한다. 즉, 하중의계산에서는 (+) 부호 를, 저항력의계산에서는 (-) 부호를이용하여계산한다. 설계물성치 =( 평균치 )±( 표준편차 ) (5) 동일한지층이라하더라도시험한위치에따라물성치가일정한경향을가지고다르 게분포할경우에는구간을구분하여각구간에서구한물성치를대표적인물성치 로채택하여적용할수있다. 구간을구분하지않고전체를동일한구간으로간주하 여설계하는경우는가장불리한값을채택하여적용한다. [ 해설 ] (1) 비탈면설계에사용하는지반물성치에는물리적특성치와역학적특성치가있다. 물 리적특성치에는흙또는암의비중, 함수비, 밀도, 단위중량, 애터버그한계, 입도분 포등이있으며교란된시료를이용하여시험하거나현장에서사운딩결과를이용하 여간접적으로추정할수도있다. 역학적특성치는전단강도, 투수계수, 압밀특성, 동역학적특성등이있으며불교란 시료를이용한시험에서구한다. 불교란시료채취가어려운사질토나붕적토지반조건 에서는현장시료를재성형하여현장의밀도를재현한시료를사용하여시험하거나또 는현장에서사운딩및현장시험결과를이용한관계식으로부터추정할수있다. 현장에서계측이이루어졌거나파괴가발생한비탈면등에대해서는계측결과또는 현장에서구한기하학적조건, 파괴발생시의지하수조건, 파괴형태등을고려한역해 석을수행하여지반의역학적특성치를추정할수있다. (2) 투수성이좋은지반의지반물성치결정은시험조건에서도배수조건으로시험하여지반물성치를구하고해석에서도유효응력해석을실시하여안정성을검토한다. 단기간

42 2.3 설계의기본원칙 의안정성해석인경우에는비배수조건으로시험하여구한지반물성치를구하고해석도전응력해석을실시하여야한다. 투수성이좋지않은지반은비배수전단강도를이용한전응력해석을실시한다. (3) 지반물성치의편차가심할때는통계분석을통하여평균치와표준편차를구하고이 로부터설계에서안전측이되는물성치를결정한다. 예를들어, 하중을계산할때사 용하는단위중량의경우에는 평균치+ 표준편차 를이용하여계산하고, 저항력을계산 할때사용하는내부마찰각값은 평균값- 표준편차 를이용하여계산한다 설계하중의적용기준 (1) 비탈면의설계에서는흙의자중, 비탈면표면및상부에서작용하는상재하중, 비탈 면내부의지하수및침투수에의해유발되는수압, 옹벽과같은구조물에작용하는 토압, 지진시발생하는지진하중, 비탈면에설치한구조물에의해작용하는외력및 시공중과후에발생하는일시적인활하중등을고려하여야한다. (2) 내진설계에서는비탈면내부의포화수압, 비탈면표면및상부에작용하는활하중 등비탈면에장기적으로발생할것으로가정한하중이나일시적으로발생하는하중 은고려하지않으며, 가장현실적으로작용할수있는하중과지진하중을고려한다. (3) 비탈면에설치하는옹벽, 콘크리트벽체등에작용하는토압은벽체와지반의상호 거동에따라적절한토압계수를적용하여결정한다. (4) 콘크리트부재설계및강재의설계는 하중조합을고려하여설계할수있다. 콘크리트구조설계기준에제시된하중계수와

43 제 3 장지반조사 3.1 적용범위 (1) 이장은건설공사비탈면설계를위한조사에적용한다. (2) 이조사기준의적용시에는현지상황과당초의도한목적을충분히검토, 획일적이고비경제적인조사가되지않도록한다. 파악하여 3.2 조사일반 (1) 조사는비탈면설계에필요한각종자료와정보를얻기위해서실시하며, 크게기존 (2) 문헌조사, 현지답사, 지반조사및시험으로이루어진다. 비탈면설계를위한조사는비탈면의규모및필요한자료및정보의내용에따라 예비조사, 본조사의순서로진행하며, 보완조사를실시하는경우도있다. 예비조사 와본조사를동시에수행할수도있고, 여러단계로나누어실시할수도있다. 1 예비조사 : 부지계획에따라주변과의영향을고려한비탈면의형성계획을수립 2 하고, 본조사계획을설정하기위해실시한다. 본조사 : 비탈면의구체적인설계와시공계획을수립하기위하여실시한다. 3 보완조사 : 보완조사는설계를보완하기위해추가로실시하거나또는설계단계 에서확인하지못한사항을시공단계에서확인하기위해실시한다. (3) 비탈면조사는사업규모및예상되는비탈면의규모를고려하여각단계별조사목적 에부합하도록조사계획을수립한후에실시한다. 조사계획을수립할때는다음의 사항을고려하여야한다 조사목적 조사항목과조사방법 조사위치및조사수량 [ 해설 ] (1) 예비조사는사업부지의비교검토및선정을주목적으로하는조사단계로서주변의지

44 제 3 장지반조사 형, 지질, 토지이용계획, 도시계획, 도로및철도계획, 수리 수문정보등전반적인자 료수집을통하여광역적인지역에서거시적인관점으로사업대상지역에중대한영향 을미치는사항에대한자료를얻기위해실시한다. (2) 본조사는비탈면에대한구체적인설계를위한조사로서대상사업부지및인근비탈 면의지형정보에대한조사, 지표지질조사, 시추조사및물리탐사그리고지층별지반 정수획득을위한현장시험및실내시험등을포함한다. (3) 보완조사는설계단계에서확인되지않았던사항이발견된경우또는설계단계에서조 사장비및인력접근의어려움, 사유지내에서수행하지못한경우에설계를보완하기 위하여실시하는조사이다. 보완조사는설계단계에서실시하기도하지만, 시공단계에 서설계를확인하기위하여실시한다. 또한, 시공단계에서파악된문제구간에대한상 세한분석이요구될때수행하는상세한조사와시험도보완조사로간주할수있다. 예비조사본조사보완조사유지관리조사 자료조사현지답사지반조사수문조사 지형조사지표지질조사물리탐사시추조사현장시험실내시험수문조사 설계보완 시공중조사 불안정요인을갖는 지형 지질조사 해설그림 3.1 비탈면설계를위한조사단계 (4) 사업규모와비탈면규모, 지반특성에따라요구되는조사의정확성과정밀도가달라

45 3.2 조사일반 지므로조사계획을수립할때에는이러한사항을고려하여조사목적에부합하는지, 추가조사사항이나불필요한사항의여부를신중히검토하여조사진행중에조사내 용의변경이가급적발생하지않도록한다. (5) 조사방법은사업부지( 도로, 철도, 택지등) 의지형, 지질, 토질에적합한시험장비및 시험방법을선정하는것이필요하다. 이는조사방법에따라적용가능한토질종류, 최대조사심도, 조사결과적용의한계가있기때문이며, 조사방법을선정할때에는이 러한조사장비및방법별특징을잘이해할필요가있다. 한가지조사만으로결과의 합리적판단이어려울때는상호보완적인조사방법을조합하여실시하고더효과적 인결과를도출할수도있도록해야한다

46 제 3 장지반조사 3.3 예비조사 일반사항 (1) 예비조사는사업대상지역비탈면의문제가능성을예측하기위하여실시하는조사 이다. (2) 예비조사는산맥, 계곡, 주요하천등대지형및광역지질에대한분석과기존의붕괴 지역, 점토층이분포하는문제발생가능암반구간, 토석류발생지역, 대규모단층지 역, 연약지반등의여부를확인한다. [ 해설 ] (1) 예비조사는부지선정시문제가예상되는지반인지의여부를확인하여야하며, 이러 한문제가예상되는경우에는단순히지형도, 도면, 지질도를이용한표면적인판단만 하지말고실제현지답사및지반조사를통하여종합적으로판단하는것이필요하다. (2) 비탈면에서많은문제를야기하는지반조건은다음과같은것들이있다. 1 단층파쇄대및점토가충전된불연속면이발달한지역 단층파쇄대는침식에대한저항력이약하고자체적인강도도매우연약한경우가 많아비탈면공사에서용수, 토압, 붕괴등의문제가가장많은지반조건이다. 또 한, 불연속면에점토가충전된경우는시공시대규모붕괴의가능성이항상존재 하는지반조건으로서본조사시충전물의특성과범위를파악하기위한조사를실 시할필요가있다. 2 기존의대규모비탈면파괴지역산사태는그규모에따라서대책수립이불가능하거나큰비용이소요되는경우가있으므로이러한산사태지역에대한조사를통하여대체부지에대한검토가필요하다. 3 토석류( 土石流, debris flow) 가발생한지역 토석류는집중강우에의해주로발생하며, 붕괴토사의 2차적인이동에의해발생

47 3.3 예비조사 하기도한다. 토석류가발생한지역에는사방공사를실시한흔적이많으며이러한지역은부지로서적합하지않다. 불가피한경우에는사전에토석류에대한대책을검토할필요가있다. 4 낙석및애추지역암괴가노출된급경사지역은식생유무, 낙석상황등을고려하여부지를선정하여야한다. 애추( 崖錐, scree or talus) 지역은풍화된암설( 岩屑 ) 이중력에의해급경사비탈면을낙하하여비탈면하부에퇴적해서이루어진반원뿔모양의지형으로서안식각으로느슨하게쌓여있으므로비탈면공사에서많은문제를유발시킨다. 5 대규모연약지반분포지역두께가두껍고광범위한분포를지닌대규모연약지반을피해부지를선정하는것이불가피한경우도있으므로, 가급적대책공사의비용이저렴하고유지관리가쉬운위치를선정하는것이필요하다. 6 층리가발달된퇴적암분포지역 층리가잘발달되어있는지역에서층리의경사가비탈끝방향으로발달되어있 다면비탈면공사에서많은문제를유발시킬수있다. 7 석회암분포지역석회암이분포하고있는지역은오랜지질학적과정을거치면서석회공동이발단되는경우가있으며, 이러한석회공동은지하수의이동통로를제공할뿐만아니라지표의침식을유발할수있기때문에석회공동의분포특성을파악하기위한조사를실시할필요가있다 예비조사내용 (1) 자료조사는조사대상지역에해당하는다음의자료를관계기관등으로부터수집한다. 1 지형도, 지질도, 항공사진, 토지이용도등

48 제 3 장지반조사 대상지역주변의건설공사, 건축공사에서실시한조사보고서, 공사기록등 대상지역지역의기상자료( 강우, 강설, 온도기록등) 대상지역주변에서발생한재해기록 기타지표지질조사자료및연구자료등 (2) 현지답사는자료조사결과를바탕으로사업대상지역을답사하면서지형, 지반상황 을직접확인하거나지역주민들의청문을통하여과거지형변화등에대한정보를 입수하고, 제반현장여건을확인하여본조사계획을수립할수있도록한다. 현지답 사에서수행하는내용은다음과같다. 1 2 자료조사에서정리된사항과현장상황의일치여부 지형변화및대규모지질구조 3 인근비탈면의유지상태, 식생상태등 4 노두의암질및지표면토질상태등 5 지역의계곡부및하천의상태및수량, 지표수여부등 (3) 사업대상지역에비교적큰규모의문제가예상되는경우는해당지역에대한물리탐 사, 시추조사, 현장시험및실내시험등의지반조사및시험을실시하고예상문제의 범위와형태를확인한다. (4) 자료조사, 현지답사, 지반조사등의예비조사결과는조사항목별일목요연하게정 리하고향후본조사및설계에유용하게이용될수있도록한다. 예비조사의결과는 다음과같다 조사보고서( 목적, 범위, 내용) 지형도, 지질도, 항공사진및판독사진 사업대상지역의기상현황 개발보존지역, 개발지역, 법적규제지역, 군사지역, 광산지역여부 광역적인지표지질도( 단층, 층리, 절리, 편리, 엽리등의방향성및상태) 비탈면붕괴, 토석류, 단층대의위치및범위 지역의수문, 용수, 습지등의위치및상태 8 지반조사의내용( 탐사, 시추조사등) 9 각지층별특징, 사업대상지역계획상의유의점등

49 3.3 예비조사 [ 해설 ] (1) 자료조사는현지답사와본조사를위한효과적인정보가되며, 설계뿐만아니라전체적인사업단계에서참고할수있는자료이므로체계적으로정리한다. 예비조사결과는향후다른사업에도사용될수있으므로체계적으로보관하여야한다. (2) 현지답사는자료조사결과를바탕으로문제가발생가능한지역을중심으로조사한 다. 자료조사결과와일치여부및차이점을기술하는데노력하고, 기존비탈면의상태 파악과불안정요인을갖는지형, 지질을파악하는데노력한다. (3) 예비조사단계에서의조사는용지문제가해결되지않아상세한조사가어려운경우가있다. 이러한지점에대해서도지표조사및현지답사를통하여개략적인지반상태를조사하고대상구간의지층분포와문제범위를파악하는것이필요하다. (4) 예비조사결과는사업대상지역의개략적인설계에필요한일반적인사항외에도비탈 면으로인해발생할수있는부지의제약조건과이에대한조사결과가제공되어야한 다. 특히, 장기적으로부지및시설에피해를유발할가능성이있는중요한사항들에 대해서는별도로관련된세부내용을정리할필요가있다

50 제 3 장지반조사 3.4 본조사 일반사항 (1) 본조사는예비조사결과를바탕으로설계를위한필수적인정보, 시공계획의수립에 (2) 필요한정보, 시공중발생할수있는문제점들의구체적인확인을위하여실시한다. 본조사는지반공학적정보를획득하기위하여통상적인조사방법들을선택적으로 조합하여실시하며, 구체적인조사는표준화된시험방법또는과거에보편적으로사 용하던장비및절차를따라자격요건을갖춘기술자가수행한다. 표준방법이없거 나기존에보편적으로사용하는방법이아닌경우에는발주자의승인을받은후에 실시한다. (3) 본조사에서실시하는조사는사업규모및필요한정보에따라조사대상비탈면에대 하여다음과같은조사를선택적으로실시할수있다 지형판독 지표지질조사 물리탐사 시험굴및시추조사 현장조사및시험 실내시험 수문및지하수조사등 (4) 비탈면의파괴와붕괴가능성, 낙석의가능성, 토석류, 대규모단층대, 지하수용수문 제가예상되는구간에대한조사는본조사외에제3장 3.5 불안정요인을갖는지 형 지질조사를참고하여실시한다. (5) 민원, 지형여건, 환경훼손이커본조사를위한시추조사를실시하지못한경우는 경우는지표지질조사, 물리탐사등여건히허락하는시험을수행하고지층의구 성을파악한다. [ 해설 ] (1) 본조사는비탈면을구체적으로설계하기위해실시하는조사로서비탈면주변의지표지질상황과심도별지층조건을보다자세히파악할목적으로실시한다. (2) 비탈면의설계에서는안정성이확보되는경사를결정하고장기적인안정성을검토하

51 3.4 본조사 기위한조사가필요하다. 특히, 불안정요인을갖는비탈면은장기적으로붕괴, 유실, 낙석, 세굴과같은피해가발생하고이로인하여비탈면상 하부의인명과구조물에 피해를줄수있다 본조사내용 (1) 지형판독및지표지질조사(geologic survey) (2) 1 2 지형판독은지형도, 지질도, 항공사진등을이용하여문제지형( 파괴지형, 애추지 형, 단층지형등), 노두상황, 식생상황, 토지이용상황및기타광역적인지질구 조선등을확인하기위하여실시한다. 지표지질조사는현지답사를통하여지형, 지표면토질상태, 노두의발달상태, 용 수상황, 불안정한지형및지질구조의특성등을개괄적으로파악하고설계의 기본자료로활용하기위하여실시한다. 3 지형판독에서항공사진은 1:10,000 이상의축척으로촬영된항공사진을이용하 4 는것이적당하고, 지표지질조사는 1:5000 이하축척의지형도를이용하여사업 대상지역에서 500m 이상까지폭넓게판독한다. 지표지질조사를위한현지답사 는일반적으로사업대상지역또는노선경계에서약 100~150m 까지실시하며, 불안정요인을갖는지형및지질에대해서는더폭넓게실시한다. 지표지질조사를통하여지표면토질상태, 암종, 암질, 주요지질구조( 단층, 습곡, 절리, 편리, 엽리등), 지표수및지하수등의내용이표시된응용지질도를작성 하고사업대상부지에발생가능한문제점을검토한다. 물리탐사 1 물리탐사는지반의물리특성을조사하여지층의연속적인특성과이상구간등 을파악하기위하여실시한다. 물리탐사에서측정되는값은지반의역학적, 공 학적성질을나타내는것이아니며물리적인값의연속적인분포만을나타내는 것이다. 2 비탈면의조사를위해실시하는물리탐사방법은탄성파탐사, 전기탐사, 음파탐 사, 탄성파토모그래피또는이와동등이상의결과를얻을수있는물리탐사방법 들을적용할수있다. 3 비탈면설계에서권장되는최소물리탐사적용기준은표 3.1 과같다

52 제 3 장지반조사 표 3.1 물리탐사적용기준 구분적용기준 깎기비탈면 쌓기비탈면 - 깎기높이 20m 이상, 연장 200m 이상구간에실시 - 불안정요인을갖는지형, 지질에해당하는경우실시 - 대상비탈면의종단, 횡단면의상태를확인할수있도록측선을설정. - 측선의연장은비탈면상태를확인할수있도록충분히길게설정. - 일상적으로실시하지않음 - 원지반의지하공동, 연약지반분포, 지질구조선의분포등을파악하기위하여필요한경우실시 (3) 시추조사 1 시험굴및시추조사는심도별지층구성과지하수위를파악하고교란시료및암 석시료를채취하며, 시추공을이용한현장시험등을수행하기위하여실시한다. 2 시추는원칙적으로 3 NX 규격의이중코어배럴을사용하고, 풍화대와파쇄대등에 서는코어회수율을높이고원상태의시료를채취하기위하여삼중코어배럴이 나 D-3 샘플러를사용할수있다. 지층구성파악을위한시추횟수와심도는비탈면규모, 예상되는문제의종류와 범위, 요구되는지반조사자료의정밀도에따라지반분야책임기술자의판단에 따라결정하며, 지층이불규칙하거나주요구조물인근에서는시추빈도를늘려 실시할수있다. 비탈면설계에서최소시추조사기준은표 3.2 와같다. 4 불안정요인을갖는지형 지질에서는불연속면의방향, 충전물질의유무등을 파악할수있는시험장비를이용한조사를실시한다. 5 시추공내에서의지하수위는시추종료후 24시간이상경과하여지하수위가안 정되었을때측정하며, 모든시험이종료된후에는시멘트페이스트나모르터로 시추공을매워폐쇄시켜야한다. 6 시추조사에서시료채취는지반의육안관찰과각종시험을실시하기위하여실시 한다. 시료채취방법과특징은 KS F 2317, KS F 2319 를참고한다

53 3.4 본조사 표 3.2 시추조사최소적용기준 구분적용기준 깎기비탈면 쌓기비탈면 일반비탈면 대규모비탈면 깎기높이 20m 미만비탈면에대해 1개소시추 ( 특히, 불리한지형, 지질조건을갖는비탈면) 연장이긴경우는 200m 마다 1회의시추조사추가 대표비탈면단면에대하여비탈면경계부위치에서부지계획면아래 2m 까지시추. ( 물리탐사를실시하여시추위치를결정할수도있음 ) 시추규격은 NX 시추실시, 전구간교란시료, 코어회수 깎기높이 20m 이상비탈면에대해서최소 2개소시추 연장이긴경우는 200m 마다 1회의시추조사추가 대표비탈면단면에대하여비탈면경계부와비탈면중간부에서부지계획면아래 2m 까지시추. 비탈면중간부시추는경암노출시경암 2m 아래까지시추. ( 물리탐사를실시하여시추위치를결정할수도있음 ) 시추규격은 NX 시추실시, 전구간교란시료, 코어회수 쌓기구간내대표단면또는구조물위치에서최소 1회실시 ( 물리탐사를실시하여시추위치를결정할수도있음) 쌓기연장 200~300m 마다 1회의시추추가 지지층의종류를판단할수있는깊이까지실시 ( 연암확인또는표준관입시험에서 N=50/10을 5m 이상확인) 시추규격은 BX 시추실시, 시료채취할경우 NX시추실시 * 이기준은일반적인최소권장사항이며대상비탈면별또는사업규모에따라지반분야책임기술자의판단에따라시추조사계획을수립하여실시한다. (4) 현장시험 1 현장시험은현장에서흙과암의특성을확인하거나현장시험결과를직접적으로 2 3 설계에이용하기위하여실시한다. 시험항목과빈도는비탈면의규모, 현장여건, 해석하고자하는내용등을감안하여결정하며, 시험항목별로대상지반에서의 적용성을검토하여실시한다. 현장시험에서실시하는시험의종류는다음과같다. 표준관입시험은지층이변할때마다또는동일층이라도 1m 깊이마다 1회씩실 시하며, 관입깊이가 300mm미만이더라도타격횟수가 50회에도달하면타격을중 지한다. 표준관입시험장비의에너지효율을파악하고결과는에너지효율 60% 로 맞추어설계에적용한다

54 제 3 장지반조사 표 3.3 비탈면조사를위한현장시험의종류 현장시험의종류대상지반조사사항 표준관입시험토사 N 값, 시료채취 현장베인시험토사전단강도 콘관입시험토사관입저항치 공내재하시험모든지반변형계수 투수시험모든지반투수계수 지하수위조사모든지반지하수위 블록전단시험암반전단저항각 시추공전단시험모든지반전단저항력 시추공내불연속면방향측정시험암반불연속면의위치별방향성 (5) 4 토사층의현장투수계수를파악하기위하여보편적으로사용하는시험법을이용 하여현장투수시험을실시할수있다. 암반층에서투수계수를측정하기위한시 험은팩커를이용한수압시험을한다. 5 공내재하시험은지반의강성에적합한허용압력을가지는시험기로수행하며압 력조건은다단계로하여반복실시한다. 실내시험 1 실내시험은현장에서채취된교란또는불교란시료에대하여지반의특성을파 2 악하기위하여실시한다. 실내시험은비탈면의규모, 비탈면의지반조건, 지형및지질구조의변화정도등 을감안하여시험빈도와내용을결정한다. 표 3.2의시추조사기준을따르는경 우는시험굴과시추조사에서채취되는흙시료및암석시편을이용하여시험을 실시하며, 각지층별로 2 개이상의심도에서( 지층이얇은경우최소 1개소이 상) 에서시료를채취하여필요한시험을실시한다. 3 실내시험은원칙적으로한국산업규격(KS F) 에제시된시험방법에따라서수행 한다. 암석시험은한국암반공학회및국제암반공학회(ISRM) 에서권장하는시 험방법을적용할수있다. 한국산업규격과 ISRM에서명시되지않은시험은국 제적으로인정되는시험방법을준용하여사용할수있다. 4 실내에서실시하는시험의종류는다음과같다

55 3.4 본조사 표 3.4 비탈면조사를위한실내시험의종류 시험의종류대상지반시료종류조사사항 물리특성시험모든지반교란, 불교란시료입도, 단위중량, 함수비, 콘시스턴시 암석점하중시험암석교란시료점하중강도 일축압축시험점성토, 암석불교란시료일축압축강도, 변형계수 삼축압축시험모든지반불교란시료점착력, 마찰저항각, 변형계수 직접전단시험사질토, 암석불교란시료마찰저항각, 변형계수 투수시험모든지반불교란시료투수계수 [ 해설 ] (1) 지형조사는지형도, 지질도, 항공사진으로부터기존에발생했던불안정지형을조사하 는것이다. 문제가되는지형은기존의비탈면파괴및산사태지형, 애추지형, 대 규모단층지역, 퇴적층리가발달한지역, 석회암지역등이며, 항공사진의스테레 오사진분석과음영기복도를이용하여특징적인문제지역을찾을수있다. 상세지표지질조사에서는사업대상지역와주변의비탈면을답사하면서비탈면의 암상( 巖相 rock facies), 풍화상태, 토질분포, 노두에서관찰되는불연속면( 단층, 층리, 절리, 편리, 엽리등) 의방향성, 상태, 충전물, 간격, 길이등의지질공학적특성을조 사한다. 지형조사를위한항공사진은 1:10,000 정도의축척을가진것이면사업대상지역주 변의광역적인지형및지질조사가가능하고, 상세지형은 1:1000, 1:5000 의지형도 를이용하여사업대상지역주변 500m 범위까지폭넓게확인한다. 지표지질조사는 사업규모및비탈면의규모에따라차이가있지만해설그림 3.2와같이사업대상지역 또는계획노선의경계에서약 100~150m 까지조사한다. 지표지질조사를위해사용하 는지형도는 1:1000 축척이권장되며지형도가없는경우는최대 1:5000 축척을사용 한다

56 제 3 장지반조사 해설그림 3.2 지형및지질조사의범위 (2) 물리탐사는탄성파의전파속도차이, 전기비저항차이등을연속적인분포로나타냄 으로서지하지질구조및파쇄대의존재여부등을파악할수있는기법이다. 물리탐 사에서나온결과는지반의물리적인특성만을나타내므로안정해석을위한역학적물 성치와는다른값이다. 따라서추가적인시추조사나시험을통하여역학적값을구한 후에물리탐사결과와종합적으로판단함으로서전체적인지반의역학적상태를간접 적으로확인가능하다. 일반적으로토목공사에서사용하는물리탐사기법과물리검층기법은해설표 3.1과 같이다양하며, 이들방법중에서규모와비용, 사용목적에적합한시험을선택적으로 적용하는것이바람직하다. 해설표 3.1 토목공사에서사용하는물리탐사및물리검층기법들 구분 측정방법 측정항목 조사사항 탄성파탐사 탄성파속도 지질구조, 지반물성 물리탐사법 음파탐사 음향임피던스 해저지형, 지질구조 ( 지표탐사법) 전기탐사 자연전위, 비저항 지질구조, 지하수위 기타 자기량, 방사능 속도검층 P파속도 지층구성, 지반물성 PS검층 P 파, S파속도지층구성, 지반물성물리검층법전기검층자연전위, 비저항지층구성, 대수층 ( 공내탐사법) 밀도검층 γ 선강도지층구성, 밀도 기타 열중성자, 수온 함수비, 지하수용출

57 3.4 본조사 대규모깎기비탈면에서지반의전반적인분포를파악하고적정한시추위치와심도 등을결정하기위해서실시하는물리탐사측선은해설그림 3.3과같이사업대상지역 또는비탈면을종단, 횡단하도록설정한다. 횡단측선의길이는지반조건에따라다르 지만계획된깎기높이의 5 배이상으로하는것이권장되며, 종단측선의길이는비탈 면종단의상태를확인할수있도록비탈면연장이상으로충분히길게설정한다. 해설그림 3.3 탄성파탐사시측선의배치방법 (3) 시추조사는지층의분포, 층두께, 단층파쇄대의심도및규모, 원지반의풍화상태, 흙 의연경도, 회수된코아에의한암석의파쇄정도(TCR, RQD), 절리면의상태확인, 지 하수상황등을확인할수있다. 특히, 불연속면에의한불안정요인이높은지형, 지 질에서는불연속면의방향, 충전물질의유무등을파악할수있는시추장비또는시 추공영상처리기법등을이용한조사를실시할수있다. 시추조사는비탈면규모, 예상되는문제의종류, 범위, 심도및요구되는결과의정 밀도에따라적절하게설정하는것이바람직하며권장되는시추조사위치의배치예 를해설그림 3.4 에나타내었다

58 제 3 장지반조사 (a) 비탈면높이 20m 미만인경우 해설그림 (b) 3.4 비탈면높이 20m 이상인경우비탈면규모에따른시추조사위치예 (4) 현장시험은현장에서의흙의특성을직접적으로확인하거나또는현장시험을통한설 계를하고자하는경우그리고시료채취등을위해수행한다. (5) 비탈면설계를위해실시하는실내토질시험은흙으로분류된지반에서획득한교란 또는불교란시료를대상으로실시하며, 흙의분류, 다짐특성, 역학특성및투수특성 등을구하기위한시험이다. 원칙적으로시험방법은한국산업규격(KS F) 을따라수 행하지만, 한국산업규격에제시되어있지않은시험방법은미국표준시험(ASTM), 국 제표준기구(ISO) 등의시험방법을준용하여적용할수있다. 암석에대한실내시험은비탈면을구성하는암석및암반의물리적, 역학적특성을 확인하기위하여수행한다. 암석및암반시험은한국산업규격(KS F) 을따라서수행하

59 3.4 본조사 지만, 한국산업규격에제시되어있지않은시험은한국암반공학회(KSRM) 제안시험 법, 국제암반학회((ISRM) 제안시험법을준용하여실시할수있다. 세부적인시험방법 별표준시험규정은해설표 3.2, 해설표 3.3 과같다. 해설표 3.2 흙의특성시험방법 시험구분시험명표준시험방법 물리특성 비중시험액성한계시험소성한계시험함수량시험입도분포시험 KS F 2308 토립자의비중시험 KS F 2303 액성소성한계시험 KS F 2303 액성소성한계시험 KS F 2306 자연함수비 KS F 2302 입도분포시험 역학특성 다짐시험 전단강도시험 KS F 2312 다짐시험 KS F 2314 일축압축시험(PI>30 점성토) KS F 2346 압밀배수시험(CD) 비압밀비배수시험 (UU), ASTM D 2850 KS F 2343 직접전단시험 투수특성투수시험 KS F 2322 투수시험 해설표 3.3 암석의특성시험방법 시험구분시험명시험방법 물리특성 단위중량 함수비 ISRM 제안방법 ISRM 제안방법 역학특성 슬래이크내구성시험점하중시험탄성파속도시험인장강도시험일축압축강도시험절리면전단시험삼축압축강도시험탄성계수시험 ISRM 제안방법 ISRM 제안방법 한국암반공학회제안방법, ASTM D 2845 ISRM 제안방법 ISRM 제안방법, KS F 2519 ISRM 제안방법, ASTM D 4554 전단시험 ISRM 제안방법 한국암반공학회제안방법, ASTM D 3148 ISRM 제안방법

60 제 3 장지반조사 (6) 토질시험및암석시험은시험굴과시추조사에서회수되는시료및암석코어를이용하 여시험을실시하며, 각지층별로 2 개이상의심도에서( 지층이얇은경우최소 1개소 이상) 에서시료를채취하여시험을실시한다. 해설그림 3.5 토질및암석시험을위한시료채취위치

61 3.5 불안정요인을갖는지형 지질조사 3.5 불안정요인을갖는지형 지질조사 (1) 불안정지형 지질요인을갖는비탈면에서는각각의불안정요인에따라적절하게 조사방법과조사범위를설정하여안정성확보를위한상세한설계를실시하여야한 다. 불안정요인을갖는지형 지질조건은다음과같은것들이있다 비탈면파괴또는산사태지역 붕괴성요인을갖는비탈면 낙석발생가능구간 토석류발생가능구간 대규모단층지역 (2) 비탈면파괴또는산사태지역에대한조사는예비조사및본조사에서실시하는조 사방법을바탕으로다음의항목을추가로조사한다. 필요시에는현장계측을적절히 조합하여실시한다 파괴토체의활동범위, 심도, 방향 파괴토체의활동으로인해예상되는위험도 비탈면활동요인 (3) 붕괴성요인을갖는비탈면은시공후장기적으로지속적인문제를유발시킬가능성 이높은지질유형으로서각각의붕괴요인별적합한조사를실시한다. 붕괴성요인이 있는지질조건은다음과같다. 1 침식에약한지반 : 모래지반, 실트질모래, 화강풍화토지역 2 고결도가낮은지반 이많은지반 : 애추퇴적물, 화산회토, 화산쇄석층, 붕적토지역, 점토성분 풍화가빠른암반 : 이암, 응회암, 셰일, 점판암, 편암지역 균열이많은암반 : 화강편마암, 편암류 비탈면방향으로일정하게경사진불연속면 : 편암, 점판암의편리가발달한변 성암지역과이암, 사암등의층리가발달한퇴적암지역 6 구조적약대를갖는지질 포하는구간 : 단층파쇄대, 탄층구간, 점토충전된암반, 석회암이분 (4) 낙석에대한조사는급경사의깎기비탈면상부에낙석이발생가능하고낙석발생시 비탈면하부의시설물및인명에위험성이있는경우에실시한다. 조사방법은낙석

62 제 3 장지반조사 (5) 의위치및상태, 크기, 비탈면경사, 지질상태( 균열, 절리상태등), 낙석예상경로, 경 로상의표면식생상태등을조사한다. 토석류발생가능구간에대한조사는과거에토석류가발생하였거나계곡부의유역 면적이매우넓고경사가급한경우에실시한다. 토석류조사는지형도를바탕으로 유역면적, 유역면적의표토두께, 식생상태, 그리고계곡부바닥상태를육안으로관 찰하여기록한다. [ 해설 ] (1) 비탈면파괴지형또는산사태구간은특수한지질조건으로인하여어느한지역에집 중되어발생하는경향이있고, 과거의활동으로인하여해설그림 3.6과같이특수한 비탈면파괴지형을보존하는경우가많으며, 항공사진판독, 지형조사, 지표지질조사 등으로어느정도파악할수있다. 파괴가많이발생한지역과파괴후장기간이경 과한지역은비탈면파괴지형이뚜렷하게나타나지않지만실제시공중에많은문제 를유발하므로각별한주의가필요하다. 해설그림 3.6 비탈면파괴지형 비탈면파괴의활동범위와방향은항공사진및지형도, 실제로측량을실시하여판독 할수있으며, 대규모파괴의경우에는지역주민, 관계기관의의견을수렴하는등비탈면 파괴에대한과거의피해사례에대한정보를수집하는것도중요하다. 비탈면파괴지형 에부지를결정하는경우는활동요인에대한조사를실시하여대책을수립하여야한다

63 3.5 불안정요인을갖는지형 지질조사 비탈면파괴활동요인은계곡의침식, 인위적인토공사, 장기간의강우로인한지하수상 승, 지진등의외적요인과암상, 지질구조, 풍화등의내적요인이있을수있다. 비탈면파괴지형및산사태구간에대한구체적인조사는지형도및측량을통하 여파괴범위와활동방향을우선적으로결정하고, 활동방향을고려하여물리탐사, 시 추조사및지하수조사등을실시하는등파괴심도에대한정보와지하수의상태에 대한정보를획득하여야한다. 이를위해적용할수있는조사방법은해설표 3.4와 같은것들이있다. 비탈면파괴지형또는산사태구간에대한조사결과는파괴구간에대한평면도와 단면도를작성하여구체적인범위를일목요연하게확인할수있도록한다. 평면도에는비탈면위치와연관된파괴범위뿐만아니라비탈면상부의자연비탈 면을포함하여충분히넓은범위에대하여작성하고, 활락애, 파괴절벽( scarp), 함몰 구간, 균열구간, 단차, 식생, 습지, 용수상태등파괴현상과관련된사항그리고주변 토지이용상황, 가옥및주변구조물등피해가능대상을표시해둔다. 또한실시한 조사내용과관련된사항( 물리탐사측선, 시추조사위치, 각종계측기기의배치와관련 된사항) 들도기록한다. 해설표 3.4 비탈면파괴및산사태구간에대한조사방법 조사방법지표지질조사물리탐사시추조사지하수조사기상자료변위측정 조사내용 지표지질조사는파괴지역주변에나타나는다양한정보수집과조사측선을결정할목적으로실시한다. 균열위치, 유형, 이동방향, 용수위치, 습지, 함몰지, 지형의단차, 식생상황등을조사한다. 물리탐사는파괴범위를예측하기위하여실시하며, 파괴구간범위에대하여종단및횡단방향으로파괴예상심도를확인할수있도록측선을설정하여실시한다. 시추조사는붕괴규모에따라붕괴범위외부와내부의주요위치에붕괴범위와심도를확인할수있도록실시한다. 비탈면내의지하수위치, 유동상황, 수질을확인하기위하여지하수검층, 전기탐사, 수질조사등을실시한다. 비탈면파괴는강우시침투된우수에의해유발되는경우가많으므로강우자료와변상자료를비교하는것도원인규명에유용하다. 가까운곳의강우자료를얻기어려운경우는현장부근에강우량계와온도습도계를설치하여관측할필요가있다. 변위측정은지표면과지중에서미세하게활동이발생하는경우에지표면에변위측정시스템또는지중경사계등의지중변위측정시스템을설치하여관찰할수있다

64 제 3 장지반조사 단면도에는주조사측선과보조조사측선을따라파괴종단도를작성하며, 지표면경 사및파괴로인한경사변화구간, 지표의균열, 단차, 늪지, 요철, 습지등을명확히 표시하고시추조사위치및시추주상도계측지점과계측기심도를표시한다. (2) 붕괴성요인을갖는지질구조는기존자료나사업대상지역인근의문제유형, 지형판독 을실시하여예측할수있다. 시험방법은사업대상지역의지질조건에따라차이가있 지만본조사방법에준하여실시할수있다. 각지질요인별대책검토를위해실시할 수있는조사방법은해설표 3.5 와같은것들이있다. 해설표 3.5 붕괴성지반조건에대한시험내용 지질조건시험내용조사사항 침식에약한토질 고결도가낮은토사 풍화가빠른암반 균열이많은암반 비탈면방향으로일정하게경사진불연속면 구조적약대를갖는지질 지표지질조사, 토질시험토양경도 지표지질조사, 토질시험시추조사 지표지질조사, 암석시험토양경도, 시추조사 지표지질조사, 암석시험시추조사, 탄성파탐사 지표지질조사시추공영상처리기법 지표지질조사, 시추조사물리탐사, 시추공영상처리기법 토양경도, 입도분포, 토사의층두께및분포 토사층의두께와분포, 지하수위, 입도분포, 기반암경사 노두상황, 슬레이킹및내구성, 암석강도 암석강도, 균열간격, RQD, TCR 불연속면의주향및경사, 불연속면의상태, 밀착도 등 주요불연속면의심도분포 단층및파쇄대면의경사각, 파쇄정도및점토화유무, 주요불연속면의심도 (3) 개별낙석의상태로부터낙석이실제발생할지를예측하는것은어려우며, 과거낙석발생흔적과낙석주변부의상태로부터낙석의위험성을개략적으로가늠할수있다. 낙석이예상되는구간에대한조사는낙석위치에서사업대상지역방향으로낙하방향을가늠하여비탈면중간부분부터낙석발생위치까지조사를실시한다. (4) 토석류의발생을예측하는것은매우어렵지만과거에발생한사례들의조사결과로부터대략적인위험가능지역을구분할수있다. 통상적으로토석류가발생하는지형조

65 3.5 불안정요인을갖는지형 지질조사 건은강우시우수가모이는오목한지형조건이어야하며, 강우시에계곡에서물이흐 르며계곡부의경사가 15 이상, 유역면적이 5~10 헥타르(5 10 ~ m 2 ) 이상인지역 에서계곡부에퇴적물이존재하는경우에주로발생한다. 토석류는이러한조건외에 강우조건에따라서도발생빈도에차이가있으므로정확한발생예측은어려우며과거 토사의유출경험이있는계곡부와주변에서발생할가능성이높다. 따라서사업대상 부지지역의계곡부출구부분을답사하여어느정도의토석류가어느정도의지름의 자갈을포함하고어느정도의범위에유출퇴적했는가를대략적으로파악할수있 다. 이러한작업은지형도, 항공사진을개략적으로조사한후현지답사를통하여토석 류가능성을구체화시키는것이바람직하다

66 제 3 장지반조사 3.6 시공중비탈면조사 (1) 설계단계에서조사된결과가시공단계에서상이하게나타나거나, 설계단계에서조 사가미비한항목, 그리고시공중에확인된불안정지질구간에대해서설계확인 및보완을목적으로시공중보완조사를실시한다. (2) 시공중에실시하는비탈면조사내용은다음과같으며, 불안정요인을갖는지형 지질조건인경우에는해당요인별조사를추가로실시한다 설계단계에서미비된내용 녹화공법적용을위한조사 배수시설적용을위한조사 시공중안정해석을위한조사 (3) 시공중녹화공법적용을위한조사는기상, 지질, 비탈면형상, 토양특성에대한조 사를포함한다. 필요시에는공법별시험적용을실시하여결정할수있다. (4) 배수시설적용을위한조사는비탈면상부에서유입되는표면수, 계곡부유량, 비탈 면표면의용수여부를포함한다. 필요한경우에는관측정을설치하여비탈면내의지 하수위를관찰한다. (5) 시공중안정해석을위한조사는비탈면시공중에파괴를유발시킬수있는잠재적 인요인을찾거나파괴가발생한경우에실시한다. 조사방법은기본적으로깎기면 현황도작성(face mapping) 을실시하고, 위험요인이있는경우에는지형조건, 비탈 면규모, 지질상태, 토질및암반상태에따라본조사의방법을조합하여실시한다. [ 해설 ] (1) 시공중에는설계단계의지반조건과차이가나는경우가많으며, 설계단계에서는사 유지나위험지역등의이유로조사를실시하지못한경우도있는데이러한경우에는 시공단계에서설계를보완하기위한보완조사( 물리탐사, 시추조사, 시추공영상처리기 법조사, 토질및암석시험등) 를실시할수있다. 시공단계의조사는토공재료의특성 과굴착난이도를위한경우도있지만비탈면의안정성을검토하기위한조사와병행 하는경우가많다. (2) 비탈면의표면침식이나세굴을방지하기위해서비탈면식생공법을적용한다. 시공

67 3.6 시공중비탈면조사 중식생공의구체적인결정을위해서는주변과의연속적이고조화를이룬녹화목표를 위해사업대상지역주변의식생환경과식생조사를실시할필요가있으며조사항목은 해설표 3.6 과같은것들이있다. 해설표 3.6 식생공법결정을위한조사항목 조사항목조사목적조사내용 기상조사식물종류, 시공시기기온, 강수량, 적설량, 일조량, 동결심도등 지표지질조사식물종류, 시공방법위치별암반및토질상태, 풍화도, 용수상태등 비탈면형상식물종류, 시공방법실제비탈면규모, 높이별경사및토질상태 토양특성식물종류위치별토양경도, 토양pH 주변식생식물종류주변초목의종류, 생육상태 (3) 비탈면에설치하는배수시설은크게소단배수구, 종배수구, 산마루배수구, 수평배수공 등으로구분된다. 설계단계에서계획한배수시설은실제시공및유지관리단계에서 배수용량이나배수위치의차이가발생하는경우가종종있다. 따라서, 시공단계나유 지관리단계에서는장마, 호우, 태풍시에발생하는유량을감안하여배수시설의규격 을증가시키거나감소, 위치변경등보완할필요가있다. (4) 시공중안정해석을위한조사는지반조건및비탈면의규모에따라조사빈도를다르 게수행할수있다. 일반깎기비탈면( 연직높이 20m 미만) 은깎기가완료되는시점까 지 1 회이상실시하고, 대규모깎기비탈면( 연직높이 20m 이상) 은중간정도높이( 약 20m 내외) 까지깎았을때 1 회, 깎기가완료되는시점까지 1 회이상을실시한다. 깎기중인비탈면은때로비탈면내균열, 비탈면상부의함몰및균열, 배부름현상 과같은파괴징후를나타낸다. 규모가큰경우에는깎기를중지하고자세한원인에 대한조사를실시하여야한다. 조사는규모, 긴급도에따라서간단하게는지표지질조 사및간단한기구를이용한조사를수행할수있고, 파괴범위와심도를정확히확인 하기위한본조사에준하는조사를실시할수있다. 또한변상의범위, 심도, 진행속 도를관찰하기위하여지표변위, 지중변위, 지하수관측등의계측을실시할수있다

68 제 3 장지반조사 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 조사결과의정리 (1) 각조사단계별로수행한조사결과는수행한내용을체계적으로일목요연하게정리 하여보고서로작성한다. (2) 지표지질조사결과는조사한내용을정리하여응용지질도로작성한다. (3) 시추조사결과는일정양식의시추주상도로정리하며, 지층에대한설명은색조, N 값, 강도, 풍화도, 균열상태, 암석명, 코어회수율(TCR), 암질지수(RQD) 등을포함하 도록상세하게기록한다. 시추조사에서채취된시료는일정규격의시료상자에보관 하고보고서에는사진을촬영하여정리한다. (4) 현장시험결과는각각목적에적합한정보가자세히나타날수있도록일정한양식 에정리하고, 시험결과가도표로나타나는경우는그결과를제시한다. (5) 실내시험결과는각각목적에적합한정보가자세히나타날수있도록일정한양식 에정리하고, 시험결과가도표로나타나는경우는그결과를제시한다. (6) 조사결과를종합하여비탈면에대한지형지질도및지층단면도를작성하는것이권 장된다. 지형지질도에는지형도와지질도를동시에표시하고, 그위에조사결과를 기록하며, 지층단면도에는주요단면에대해서시추조사결과에서나타난지층구분, 지질구조및상태, 주요시험결과등을표시한다. [ 해설 ] (1) 조사결과보고서에수록되는내용은실제조사에서수행한내용들을정리하며, 설계단계뿐만아니라시공단계와유지관리단계에서도참조할수있도록일목요연하게정리할필요가있다. 보고서에수록되는내용은다음과같은항목들이있다 조사개요및목적 조사위치, 조사방법, 조사수량 지형과지질특성및분석내용 물리탐사결과및분석내용 시추조사결과및분석내용 6 현장시험결과및분석내용

69 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 7 8 실내시험결과및분석내용 조사및시험자료( 지형도, 지질도, 주상도, 각종사진등) (2) 본조사결과를쉽게이해하고보존을용이하게하기위하여지형지질도및지층단면도를작성하는것이권장된다. 지형지질도와지층단면도에포함되는내용은다음과같다 비탈면파괴, 붕괴지, 토석류퇴적물, 애추지형, 파쇄대의위치및범위 용수, 습지의위치 시추조사위치및심도표기 지층의단면구조및분포 불연속면( 단층, 층리, 절리, 편리, 엽리등) 의방향성및공학적특성 시추조사주상도, 표준관입시험등현장시험결과, 흙의분류및물성값, 암상( 巖 相 ) 지층별공학적특징및조사결과에대한소견 (3) 해설그림 3.7 에는지형지질도및지층단면도의예를나타내었다

70 제 3 장지반조사 해설그림 3.7 지형지질도및지층단면도의작성예

71 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 지반의분류기준 (1) 지반분류는조사와시험으로부터수집된제반정보를토대로수행한다. 흙과암반의 경계구분은시추조사결과와흙및암에대한특성및기본적인성분조사결과를이 용하여판정한다. (2) 토층은지질학적생성기원에따라구분하고, 흙의분류방법은공학적분류기준인흙 의통일분류법(USCS, Unified Soil Classification System) 을이용한다. (3) 암반의분류방법은분류목적및특성에따라다양한방법이있으며, 다음의분류방 법중적합한분류방법을선택하여사용한다 지질학적암석명에의한분류 공학적특성을이용한점수배점을이용한분류 강도및풍화도를이용한분류 불연속면의상태에따른분류 탄성파속도및시공성에따른분류방법등 (RMR, SMR 등) [ 해설 ] (1) 토층은지질학적생성원인에따라서매우다양한기원을가지고있으며이에따라서 지층의전반적인특성이다르게나타난다. 이러한정보는현장조사와시공시에간접 적으로흙의특성을이해하는데도움을줄수있으며비탈면에서발생할수있는문 제점도과거의경험으로부터예측할수있도록해준다. 해설표 3.7에는생성기원에따 른토층의종류를나타내었다

72 제 3 장지반조사 해설표 3.7 생성기원에따른토층의분류 구분흙의특징공학적특성및문제점 잔류토 (residual soil) 충적토 (alluvial soil) 홍적토 (diluvium) 풍적토 (aeolian soil) 빙적토 (glacial till) 해성퇴적토 (marine deposit) 붕적토 (colluvial soil) 화산쇄설토 (volcanic soil) - 지표면에가까운모암층이풍화되어형성된지층 - 모암의특성을보유함 - 흐르는물에의해운반되어퇴적된지층 - 과거의하천주변에형성 - 대표적으로삼각주가있음 - 빙하가녹아홍수시범람하여퇴적된층 - 바람에의해쌓인지층 - 홍토(loess) 와사구(dune sand) - 강우시비탈면표면유실등의문제유발 - 국내산악지의토층의대부분을차지함 - 위치에따라서입자가비교적균질함 - 사질토는느슨한상태 - 세립토의경우압축성이큼 - 빙하시대에퇴적된층 - 토질상태는양호함 - 입자가비교적균일하고느슨한상태임 - 붕괴되기쉬운구조를가짐 - 빙하에의해운반되어퇴적된층 - 호박돌, 자갈, 점토등다양한구성 - 해안가나근해에파도와조류에의해운반, 퇴적된층 - 붕괴지반이비탈아래에쌓인층 - 애추(talus), 붕괴지 (landslide deposit) - 화산에의해분출된물질이중력, 바람, 대기에의해운반되어쌓인층 - 구성성분이균일하고압축성이크고재성형시매우예민함 - 느슨한상태로존재, 기초지반으로부적합 - 비탈면으로깎기시붕괴가능성매우큼 - 풍화시소성성과압축성이커기초지반으로부적합 (2) 지층은심도가깊어질수록해설그림 3.8 과같이흙에서암반상태로변화하게되는데, 설계를위해서는이러한지반의상태를공학적시험과분류방법을이용하여구분하는 것이필요하다. 흙과암반의경계는서서히변화하게되므로뚜렷한경계를짓기가 어렵다. 일반적으로설계실무에서흙과암반을구한하는방법은암편이회수되지않 고표준관입시험결과 50회타격시 10cm 이하가관입되는구간을흙과암의경계상 태로구분하고있고, 일축압축강도기준으로 1 MPa을기준으로흙과암을구분하고 있다. 이러한기준은깎지않은비탈면에서시추조사만으로지반내부의지층을구분 하기위해설정한것이며, 실제깎기한후에는지반조건에따라서설계시시추조사 결과와상이한결과를나타내는경우도많으므로주의하여야한다

73 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 해설그림 3.8 지층의풍화단계 (3) 암석은생성기원이복잡하고절리구조와상태에따른다양한특성으로인하여일률적 으로분류하는것이매우어렵다. 일반적으로암석의분류는지질학적생성기원에따 른암석명의분류방법이통용되고있다. 공학적암반분류방법은암석강도, 절리면등 의다양한특성에일정한배점을부여하여결정하는방법들이사용되고있다. 1 지질학적암석명에의한분류암석의생성기원과구성조직에따라서암석을구분하는방법이며, 공학적인분류는아니지만비탈면의지질학적특성과암석의특성을이해하는매우중요하다

74 제 3 장지반조사 해설표 3.8 지질학적암석명에의한분류방법화성암의분류 색담색검은색 SiO 2 % 65이상 65~60 60± 55± 52~45 40± 광물성분 석영정장석흑운모백운모각섬석 정장석사장석석영흑운모백운모각섬석 정장석흑운모백운모각섬석 사장석 각섬석 흑운모 사장석 휘석 감람석 감람석휘석자철석크롬철석 심성암화강암화강섬록암섬장암섬록암반려암 감람암 듀나이트 화산암 유문암 석영조면암 대싸이트조면암안산암현무암 유 리 질 비현정질암맥규장암현무암 유리질 다공상구조 행인상구조 부석 행인상부석 흑요암 분석 다공상, 행인상 현무암 발견되지않음 변성암의분류 원래의암석 접촉변성암 광역변성암 * 셰일, 사암 혼펠스 슬레이트 천매암 편암 편마암 * 석회암 결정질석회암( 대리암)----- 결정질석회암( 대리암) * 석영질사암 규암 규암및규질편암 * 석회질셰일, 응회암, 현무암- 녹염석혼펠스------각섬암및각섬석편암 * 화강암 화강편마암 변성도, 화학조성, 조직에따른변성암의분류 원 암 변성정도 저변성도중변성도고변성도 엽리조직 셰일( 사암) 현무암 슬레이트 (slate) 녹색편암 (greenschist) 천매암 (phyllite) 각섬암 (amphibolite) 편암 편마암에클로자이트 (eclogite) 입상조직 셰일, 사암석회암초염기성암석영사암 혼펠스(hornfels) 대리암(marble) 사문암 각섬암, 휘석암 규암

75 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 퇴적암분류 조직성인구성물질퇴적암 쇄설물의명칭입자의직경 ( mm) 표력( 대력, boulder) >256 쇄설성퇴적암비쇄설성퇴적암 육성쇄성물 ( 주로유수에의하여운반, 퇴적 ) 화산쇄설암 ( 화산분출물이운반, 퇴적) 유기적퇴적암 ( 생물유해의집합) 화학적퇴적암 ( 화학적침전물의집합) 왕자갈 (cobble) 64~256 잔자갈 (pebble) 4~64 왕모래 (granule) 2~4 모래 (sand) 1/16~2 실트 (silt) 1/256~1/16 역암 사암 실트암( 이암) 점토 (clay) <1/256 점토암( 셰일) 화산암괴 >32 화산각력암 화산력 4~32 화산재 1/4~4 집괴암 조립응회암 화산진 <1/4 응회암 석회질생물체 규질생물체 식물체( 탄질) 동물체( 아스팔트질) 탄산칼슘 (CaCO 3, 방해석) 돌로마이트 [CaMg(CO 3) 2] 염화나트륨 (NaCl) 황산칼슘 (CaSO 4 2H2O) 질산나트륨 (NaNO 3) 석회암. 돌로마이트 규조토, 처트 석탄 이암 아스팔트, 석유, 천연가스 석회암 돌로마이트 암염 석고 칠레초석 2 공학적특성을이용한점수배점을이용한분류 - RMR(Rock Mass Rating) 분류법 이분류법은 Bieniawski가 1973년에제안한것으로 1979년에일부수정보완된 암반분류방법으로현장및시추자료로서판단할수있는무결암의압축강도, 암 질지수(RQD, Rock Quality Designation), 절리간격, 절리면의상태, 지하수등의 5 가지기본인자와절리면과구조물의상대적방위라는보정인자를사용한다. 해설 표 3.9A. 하고해설표 분류변수와평점의각항에대한평점을모두합하여기본평점을산정 3.9C. 불연속면의방향에대한평점보정을통하여보정된평점을얻 을수있다. 보정된 RMR값에따라해설표 3.9D. 분류평점합계에의한암반분류 항목에근거하여암반을 5 가지등급으로분류한다

76 제 3 장지반조사 A. 해설표 3.9 분류변수와평점변수 RMR (Rock Mass Rating) 분류법 (Bieniawski, 1979) 값의범위 1 무결암 의강도 점하중강도지수 (MPa) 단축압축강도 (MPa) 이낮은범위에 > 서는단축압축시험이선호된다. > <1 점수 코어암질지수 RQD (%) <25 점수 불연속면의간격 >2m 0.6-2m mm mm <60mm 점수 불연속면의상태 매우거친표면 불연속적 약간거친표면 벌어짐없음 틈새 <1m 풍화되지않은 약간풍화된벽면모암 평활면 약간거친표면 충진물 <5mm 틈새 <1mm 두께혹은 많이풍화된벽틈새 1-5mm 면 연속적 약한충진물 >5mm두께혹은틈새 > 5mm 연속적절리 점수 지하수 10m 터널 길이당유입 (L/min) 절리수압 비최대주응력 없음 < >125 0 < >0.5 일반적상태완전건조축축함 (damp) 젖음 (Wet) 물이떨어짐물이흐름 점수

77 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 B. 불연속면의세부평점표 항목 불연속면길이 (persistence/ continuity) <1 m m m m 1 >20 m 0 불연속면의틈새 없음 6 <0.1 mm mm mm 1 >5 mm 0 거칠기 아주거칢 6 거칢 5 약간거칢 3 부드러움 1 평활면 0 단단한충진물 연한충진물 충진물 (gouge) 없음 6 <5mm 4 >5mm 2 <5 mm 2 >5 mm 0 풍화도 풍화되지않음 6 약간풍화 5 보통풍화 3 아주풍화됨 1 토사상태 0 C. 불연속면의방향에대한평점보정 불연속면방향의주향과경사 아주 유리함 유리함양호불리함아주불리함 터널과광산 점수 기초 비탈면 D. 분류평점합계에의한암반분류 점수 100~81 80~61 60~41 40~ 21 <20 암반등급 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 구분아주우수우수양호불량아주불량 - SMR(Slope Mass Rating) 분류법 SMR 분류법은암반비탈면의 1차적인안정성을평가하는매우유용한방법으로 Romana(1985) 에의해제시되었으며, 이는불안정한파괴형태와이에요구되는보강에 관한간편한방법을제시하고있다, 대체로평사투영법에의한절리계와비탈면의관 계에의한파괴형태와가능성분석이라는관점에서유사하나, 비탈면굴착법에따른 보정과 RMR 값을기본으로 SMR 값을산출하여등급을매기는비탈면평가방법이

78 제 3 장지반조사 다. SMR 분류는기본 RMR 값에서절리-비탈면관계에의존하는조정요소를공제하 고굴착방법에의존하는요소를합하여얻어진다. 즉, SMR = RMR+(F1 F2 F3)+F4 이다. 표에서보는바와같이절리에대한조정율은다음과같은 3가지요소로얻어진 다. - F 1 은절리와비탈면주향사이의차이각(A) 으로구해진다. 그범위는 1.0에서 0.15 이다. 그관계는 F 1=(1-sinA) 2 으로경험적으로설정되었다. - F 2 는평면파괴형태에서절리의경사각으로절리면의전단강도를예시하며그값 은 1.0에서 0.15 이다. 그관계는 F 2 =tan 2 β j 으로경험적으로설정되었다. - F 3 는비탈면과절리의경사각사이의관계로서, 평면파괴의경우사면방향으로 절리가경사졌는지의여부를추정할수있다. 비탈면경사가절리면경사보다 10 이상일경우매우불량조건이발생되는것으로판단한다. - F 4 는굴착방법에따라변하는경험적인보정요소로해설표 3.10B 와같다. 해설표 3.10 SMR 배점표 A. 절리에의한배점조정표 P T 경우매우양호양호보통불량매우불량 α j-α s > <5 α j-α s-180 P/T F P β j < >45 P F T F P β j-β s > (-10 ) <-10 T β j+β s < >120 P/T F P : 평면파괴, α s : 비탈면의경사방향, α j : 절리의경사방향 T : 전도파괴, β s : 비탈면의경사, β j : 절리의경사

79 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 B. 비탈면굴착법에의한배점조정표 방법자연비탈면선균열제어발파일반발파불완전발파 F 비고더욱안정안정성증대안정성증대 안정성변하지 않음 안정성감소 3 강도에의한암반분류 강도에의한암석( 무결암) 의분류기준은해설그림 3.9과같이많은연구자에의해 제안된바있다. ISRM(1979) 에서는암석의상태및일축압축강도에따라해설표 3.11 과같이제안하고있다. 해설그림 3.9 일축압축강도에의한암석분류기준

80 제 3 장지반조사 해설표 3.11 강도에의한암석분류기준 (ISRM, 1978) 분류 상태 일축압축강도 (MPa) 극히강함 (extremely strong) 여러번의해머타격으로잘깨지지않음. 250 이상 매우강함 (very strong) 여러번의해머타격으로깨짐. 100~250 강함 (strong) 1 회이상의타격으로깨어짐. 50~100 보통강함 (moderately strong) 약함 (weak) 매우약함 (very weak) 1회이상의해머타격으로깨지는정도휴대용칼로긁어지지않음. 해머의끝으로타격해자국이남는정도휴대용칼로약간긁어짐. 해머의끝으로타격해부서지는정도휴대용칼로쉽게긁어짐. 25~50 5~25 1~5 극히약함 (extremely weak) 엄지손톱으로도자국이나는정도 0.25~1 암반의분류는암석의분류기준과는차이가있으며, 암석의강도뿐만아니라전 반적인균열상태등을감안하여극경암, 경암, 보통암, 연암, 풍화암으로구분하여 사용기도한다. 국내에서도각기관별로강도에의한암반구분기준을적용하고 있으나강도구분기준이서로상이한경우가많다. 해설표 3.12와해설표 3.13에는 국내에서적용하고있는강도에의한암반분류기준중두가지를나타낸것이다. 해설표 3.12 한국기술용역협회의분류 암반 분류 시추굴진 상황 암반의성질 풍화변질상태균열상태코아상태해머타격집수시험 탄성파 속도 (km/sec) q u (MPa) 풍화암 금속비트로용이하게굴진가능하며 때로는무수보링도가능 암내부까지도 풍화진행, 암의구조및조작이남아있음 균열은많으나점토화의진행으로거의밀착상태임 세편상암편이남아있고손으로부수면가루가되기도함. 단형코아가없음 손으로도부 서짐 원형보존이거의불가능하며세편상으로분리됨 < 1.2 <12.5 연암 금속비트로용이하게굴진가능 암내부의일 부를 제외하고 는풍화진행, 장석, 운모등 이색, 변질 균열이많이발 달, 균열간격은 5cm 이하이고, 점토협재함 암편상 ~ 세편상 ( 각택상) 원형코 아가 적고 복구 곤란 해머로치면 가볍게부서 짐 세편상으로분리되고암괴로분리 1.2 ~ ~

81 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 중경암 금속비트로도굴진가능하나 Diamond bit를사용하면코아회수 율이양호한암반 균열을따라다소풍화진 행, 장석및유식광물은일부변색됨 균열발달일부는점토가협재함. 세편상태로 잘부서짐. 균열간격은 10cm 내외 대암편상~단주상 10cm 이하이며, 특히 5cm 내외의 코아가많음. 원 형복구가능 해머로치면현저한소리를내고부서짐 암괴로 분 리하나 입 자의분리는거의없고변화하지않음 2.5 ~ ~ 80 경암 Diamond bit 를사용하지않으면굴진하기곤란한암반 대체로석괴, 균열을 따라 약간풍화, 변 질됨, 암내부 는신선함 균열의 발달이 적으며균열간 격은 5~15cm 대체로밀착상태 이나 open 됨 일부는 단주상~봉상대 체로 20cm 이하 1m 당 5~6개이 상 해머로치면금속음을내고잘부서지지않으며휘는경향을보임 거의 변화 하지않음 3.5 ~ ~ 120 극경암 Diamond bit 의마모가특히심한암반및경암의파쇄대로코아의막힘이많은암반 대단히신선하고풍화변질되지않음 균열발달이적 으며, 그간격은 20~50cm로밀 착(mosaic상태의 균열발달. 그 간격은 하 ) 5cm 이 봉상~장주상완 전한형태를보유 1m 당 5~6 개( 암 편상~각력상으로 원형코아가적 음 ) 해머로치면금속음을내고잘부서지지않으며휘는경향을보임 거의 변화 하지않음 4.5 이상 >120 해설표 3.13 암석의일축압축강도에따른분류 구분 일축압축강도 점하중강도 슈미트해머 급속흡수율 비고 암석 (MPa 건조) (MPa) 수치 (SHV) (%):QAI ( 해머에의한타격) 극경암 180이상 8.8이상 60이상 0.24% 이하 큰해머로타격시튕기며 용이하게깨어지지않는다. 경암 130~ ~8.8 51~ ~0.24 보통암 100~ ~5.6 44~ ~0.47 연암 70~ ~3.7 34~ ~0.80 풍화암 30~70 0~1.8 10~ ~1.65 큰해머로타격시약간깨어진다. 큰해머로타격시균열을따라크게벌어진다. 보통해머로타격시비교적용이하게깨어진다. 보통해머로용이하게소편으로깨어지며때로는손으로도쪼개진다

82 제 3 장지반조사 4 탄성파속도및시공성에의한분류 탄성파속도를이용하여암석을구분하는기준은해설표 3.14 에나타내었다. 굴착 시공성은리퍼로굴착할수있는가또는발파를통한굴착을해야하는가의구분 으로서주로리핑암, 발파암으로구분하고있으며, 탄성파속도를이용한분류는 해설표 3.15 에나타내었다. 암석의구분 그룹 해설표 자연상태의탄성파속도 V(km/s) 3.14 탄성파속도에따른암석의분류( 표준품셈) 암편의탄성파속도 V c (km/s) 암편내압강도 c(mpa) A 0.7~ ~2.7 30~70 [ 암편내압강도 ] 풍화암 B 1.0~ ~3.0 10~20 1. 시편: 5cm 입방체 A 1.2~ ~3.7 70~ 노건조: 24시간연암 3. 수중침윤: 2일 B 1.8~ ~4.3 20~50 4. 시험방향( 가압방향): z 축( 면에수직방 A 1.9~ ~ ~130 보통암향, 탄성파속도가가장느린방향) B 2.8~ ~5.7 50~80 [ 암편의탄성파속도 ] A 2.9~ ~ ~160 경암 1. 시편: 두께 15~20cm 상하면이평행 B 4.1 이상 5.7 이상 80 이상 2. 측정방향 : x 축 ( 탄성파속도가가장극경암 A 4.2 이상 5.8 이상 160 이상빠른방향, 면에평행한방향) A,B 그룹에속하는암석및구분구분 A B 편마암, 사질편암, 녹색편암, 각암, 석대표적인회암, 사암, 휘록응회암, 역암, 화강암, 흑색편암, 녹색편암, 휘록응회암, 암석명섬록암, 감람암, 사교암, 유교암, 셰일, 셰일, 니암, 응회암, 집괴암안산암, 현무암함유물등에사질분, 석영분을다량함유하고암질사질분, 석영분이거의없고응회의한이단단한것, 결정도가높은것분이없는암석, 천매상의암석시각판정타격점의암은작은평평한암편으로자격점이암자신이부서지지않해머타격에되어비산되나, 거의암분을남기지않고분산이되어남고암편이별로의한판정는것비산되지않는암석 비고 해설표 3.15 탄성파속도에따른리핑암과발파암의분류 암종그룹 리핑암반 탄성파속도 발파암반 A B 그룹 그룹 700~1200 m/sec 1000~1800 m/sec 1200 m/sec 이상 1800 m/sec 이상

83 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 지반의물리적특성 (1) 지반의물리적특성은흙의경우입도분포, 간극율, 상대밀도, 단위중량, 자연함수비, 유기질함량등이며, 암석의경우구성광물, 단위중량, 함수비, 간극율, 흡수율, 슬래 이크내구성등이있으며, 이러한특성들은지반을분류하고물리적상태변화및 발생가능한상태를이해하는데사용될수있다. (2) 물리적특성중흙과암석의단위중량은충분한정확도로결정되어야하며, 채취된 불교란시료로부터구한다. 불교란시료를채취할수없을때는현장들밀도시험이 나현장원위치시험의상관관계등으로부터구할수있다. [ 해설 ] (1) 흙은구성하는입자의입도분포형태및상태에따라서다양한물리적특성의나타낸 다. 해설표 3.16, 해설표 3.17, 해설표 3.18에는다양한지반조건에서의개략적인물리 적특성의범위를나타내었다. 해설표 3.16 흙의종류별일반적인물리적특성(Hough, 1969) 흙의종류 입경 ( mm) D10 ( mm) 균등계수 Cu 간극비 간극율 D max D min e max e min n m ax n m in 최소 건조단위중량 (kn/ m3) D 다짐 100% 습윤단위중량 (kn/ m3) 수중단위중량 (kn/ m3) 최대최소최대최소최대 조립토 균등한흙균질하고균등한모래 ( 세립또는중립) ~ 균등한실트 ~ 입도가양호한흙 실트질모래 ~ 균질한세립내지조립모래 ~ 운모질모래 실트질모래와자갈 ~ 혼합토 모래질또는실트질점토 ~ 자갈또는암편섞인실트질 점토입도양호한자갈, 모래, 실트 ~ 와점토혼합토 1,

84 제 3 장지반조사 점성토 점토 ( 점토 30~50%) μ 콜로이드점토 (2μ 이하 50%) 유기질토 Ǎ 유기질실트 유기질실트( 점토 30~50%) 주. 1. 간극비 : 조립토의 e max 상태는건조되거나약간축축할때이며, 점토의 e max 상태는완전히포화되었을때값임. 2. 조립토의최소단위중량은 e max 일때이고모든포화된흙의수중단위중량은포화단위중량에서물의단위중량을뺀값임. 3. 위표는조립토의비중을 2.65, 점토는 2.7, 유기질토는 2.6 으로가정한것임. 풍화된 점토질 셰일 풍화토 붕적토 충적토 해설표 3.17 점성토의특성 구분 분류 위치 γ sat, w, LL, PI, S u c, kn/m 3 % % % kn/m 2 kn/m 2 Φ 비고 Carlisle CH Nebraska Bearpaw CH Montana 매우다양 Pierre South Dakota Cucaracha CH Panama Canal Φ r =10 Pepper CH Waco, Texas Φ r =7 Bear Paw CH Saskatchewan Φ r =8 Modelo CH Los Angeles 단단한시료 Modelo CH Los Angeles 지질구조대 Martinez CH Los Angeles 지질구조대 Eocene CH Menlo Park Calif 자유팽창 100%: P=1000kN/m 2 편마암 CL Brazil:buried e 0 =0 편마암 ML Brazil:slopes 편마암 ML Brazil:slopes 불포화셰일기원 CL West Virginia Φ r =16 편마암기원 CL Brazil Φ r =12 늪지 DH Louisiana 늪지 DH Louisiana 늪지 MH Georgia e 0 =1.7 호성 CL Great Salt Lake 호성 CL Canada 호성 CH Mexico Giry 하성 CH Thmes River 하성 CH Lake Maricaibo 하성 CH Bangkok 하성 MG Maine e 0 =7, S t =

85 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 해성토 홍토 빙적토 연안 MH Santa Barbara e 0 =2.28 연안 CH New Jersey 연안 CH San die해 심도 =2m 연안 CH Gulf of Maine 해안평야 CH Texas(Beaumout) Φ r =14, e 0 =0.8 해안평야 CH London 실트 ML Nebraska-Kansas 자연함수비 w% 실트 ML Nebraska-Kansas 12.3 (35) 선행습윤 점토질 CL Nebraska-Kansas 자연함수비 w% 호성 CL Chicago 호성 CL Chicago e 0 =0.6(OC) 호성 CLL Chicago e 0 =1.2(NC) 호성 CH Chicago 호성 CH Ohio S t =4 호성 CH Detroit e 0 =1.3( 점토) e 호성 CH New York City =1.25 ( 점토) 호성 CL Boston S t =3 호성 CH Seattle Φ r =13 해성 CH Canada-Leda clay S t =128 해성 CL Norway S t =7 해성 CL Norway S t =75 해설표 3.18 유기질토의세부적분류(NAVFAC, 1982) 구분 명칭 유기물함량 ( 중량비, %) 기호특징토성치 유기물질 섬유질이탄 세립의이탄 ( 비결정질) 75~100 Pt 가볍고 푹신하여 종종 자연함수 비보다 적은 함수비에서 탄성적 임. 공기건조시수축이크며시료를 짜내면물이많이나옴 위와같음. 단, 자연함수비보다 적은 함수비에서 탄성적이지 않 음 W n =500~1,200% γ t =9.6~11.2 kn/ m3 G s =1.2~1.8 C c =0.4 이상 1+e W n =400~800% W l =400~900%, I p =200~500% γ t =9.6~11.2 kn/ m3 G s =1.2~1.8 C c =0.35~0.4이상 1+e

86 제 3 장지반조사 고유기질토 실트질이탄 모래질이탄 30~75 Pt 비교적가볍고푹신푹신함. 실처럼가늘게만들면약하고소성한계근처에서스폰지같음. 공기건조시수축되며건조강도가보통임. 쉽게물기를짜낼수있음. 모래가육안으로관찰됨. 실처럼가늘게만들면약하고소 성한계근처에서부서지기쉬움. 공기건조 시 수축되며 건조강도 는약함. 쉽게물기를짜낼수있음. W n =250~500% W l =250~600%, I p =150~350% γ t =10.4~14.4 kn/ m3 G s =1.8~2.3, W n =100~400% W l =65~150% (A 선근처에표시됨) I p =50~150% γ t =1.12~1.60t/ m3 G s =2.3~2.6, C c = e ~ C c = e ~ 점토질유기질토 OH H 2 S 의냄새가종종심함. 실처럼가늘게만들면점토입자에따라끈기가있음. 건조강도는보통. W n =65~200% W l =65~150% (A 선근처에표시됨) I p =50~150% γ t =11.2~16.0 kn/ m3 유기질토 유기질모래또는실트 5~30 OL 실처럼가늘게만들기가어려움. 건조강도는작음. G s =2.3~2.6, W n =30~125% W l =300~100% (A 선아래에표시됨) I p =NP~40% γ t =14.4~17.6 kn/ m3 C c = e ~ G s =2.4~2.6, C c = e ~ 유기질이적은흙 토립자와유기질약간 5 이내 무기질에의존 무기질의특성에지배됨 무기질의특성에지배됨 (2) 일반적인토목재료와토공재료의단위중량은상태와조건에따라달라지므로시험에 의해결정하며, 일반적으로추정하여사용하는단위중량값은해설표 3.19와해설표 3.20 에나타내었다

87 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 해설표 3.19 토목재료의단위중량 ( 도로교표준시방서, 1996) 재료단위중량 (kn/ m3) 강재, 주강, 단강 78.5 주철 72.5 알루미늄 28.0 철근콘크리트 25.0 프리스트레스트콘크리트 25.0 무근콘크리트 23.5 시멘트모르터 21.5 목재 0.80 역청재( 방수용) 11.0 아스팔트포장 23.0 비고 해설표 3.20 토공재료의단위중량 ( 한국도로공사, 2001) 종별형상중량 (kn/ m3) 암석 자갈 모래 점토 점질토 모래질흙자갈섞인토사자갈섞인모래호박돌 사 석 조 약 돌 화강암 26.0~27.0 안산암 23.0~ 27.1 사암 24.0~ 27.9 현무암 27.0~ 32.0 건조 16.0~ 18.0 습기 17.0~ 18.0 포화 18.0~ 19.0 건조 15.0~ 17.0 습기 17.0~ 18.0 포화 18.0~ 20.0 건조 12.0~ 17.0 습기 17.0~ 18.0 포화 18.0~ 19.0 보통 15.0~ 17.0 역이섞인것 16.0~ 18.0 역이섞이고습한것 19.0~ ~ ~ ~ ~ 비고 자연상태

88 제 3 장지반조사 흙의역학적특성 (1) 흙의역학적특성은강도특성, 변형특성, 투수특성등이있으며, 설계에서적용하는 값은현장조사, 원위치시험, 토질시험결과뿐만아니라과거문헌조사, 기존시험자 료조사등을종합적으로참고하여판단한다. (2) 흙의강도는일축압축강도, 삼축압축강도(Mohr-Coulomb 전단강도정수), 마찰면에 대한전단강도정수로구분하며다음의방법을이용하여구할수있다. 흙의강도는 최대강도, 잔류강도의구분과배수전단강도, 비배수전단강도를구분하여신중히결 정한다 실내시험 : 일축압축시험, 삼축압축시험, 직접전단시험 현장시험 : 관입시험, 공내재하시험 상관관계식 : 관입시험등의현장시험결과와의상관관계 (3) 흙의변형특성은비선형특성을나타내며, 변형계수는사용하고자하는변형량의정 도에따라서접선탄성계수또는할선탄성계수로표현한다. 흙의변형특성은흙의종 류와상태에따라서많은차이를나타내므로값의선정에신중을요하며, 다음의방 법을이용하여구할수있다 실내시험 : 일축압축시험, 삼축압축시험 현장시험 : 공내재하시험, 탄성파를이용한시험 상관관계식 : 관입시험등의현장시험결과와의상관관계 (4) 비탈면내부의침투수해석을수행하기위해서는지하수위와함께흙의투수특성 이필요하다. 투수특성은포화투수계수또는수리전도도(hydraulic conductivity) 로표현하며, 현장투수시험을이용하거나정수위투수시험또는변수위투수시험 등의실내시험을통하여구할수있다. [ 해설 ] (1) 흙의강도특성은시료를채취하여실내시험을실시하여구하는것이가장일반적이 다. 부분적으로는현장시험을이용하여흙의전단강도를직접적으로측정하거나또는 상관관계식을이용하여추정하기도한다. 사질토지반에서는실내시험을위한불교란시료채취가어려워현장시험결과( 특히, 표준관입시험결과) 와의상관관계로부터전단강도정수중내부마찰각을산정하는방법 이사용되고있다. 해설표 3.21과해설표 3.22에는사질토지반에서 N값을이용한내

89 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 부마찰각을산정하는관계식을제시하고있다. 여기에서 N값은에너지효율 60% 에대 하여보정한 N 값을적용한다. 해설표 3.21 N값과사질토의내부마찰각과의관계 SPT-N값연경도상대밀도 (Dr, %) Peck 내부마찰각 Meyerhof 0~4 매우느슨 0.0~ 이하 30이하 4~10 느슨 0.2~ ~30 30~35 10~30 중간 0.4~ ~ ~40 30~50 조밀 0.6~ ~ ~45 50이상매우조밀 0.8~ 이상 45이상 해설표 3.22 흙종류별사질토의내부마찰각과 N값의상관관계식 흙의종류및상태 관계식 내부마찰각 ( φ) 산정예 N=10일때 N=30일때 입자가둥글고입도분포가균등한모래 φ = 12N 입자가둥글고입도분포가좋은모래 또는입자가모나고입도분포가균등한모래 φ = 12N 입자가모나고입도분포가좋은모래 φ = 12N (2) 일반적인흙쌓기재료와자연지반에서의지반의강도정수를해설표 3.23과해설표 3.24 에나타내었다

90 제 3 장지반조사 해설표 3.23 흙쌓기지반의강도정수 종류재료의상태 단위중량 γ t (kn/ m3) 내부마찰각 ( ) 점착력 C (kn/ m2) 분류기호 자갈, 자갈모래다진것 GW, GP 흙쌓기 모래 다진것 입도가좋은것 입도가나쁜것 SW, SP 사질토다진것 이하 SM, SC 점성토다진것 이하 ML, CL MH, CH 해설표 3.24 자연지반의강도정수 흙의종류 흙의상태 단위중량 γ t (kn/ m3) 내부마찰각 ( ) 점착력 C(kN/ m2) 분류기호 자갈 밀실하고입도가좋음 밀실하지않고입도가나쁨 GW, GP 자갈질모래 밀실함 밀실하지않음 GW, GP 조립질모래 밀실하고입도가좋음 밀실하지않고입도가나쁨 SW, SP 자연 세립질모래 밀실함 이하 밀실하지않음 SM, SC 지 굳음( 손가락으로강하게눌러조금들어감 ) 이하 반 점성토 약간무름( 중간정도의손가락힘으로들어감 ) 이하 ML, CL 무름( 손가락이쉽게들어감 ) 이하 굳음( 손가락으로강하게눌러조금들어감 ) 이하 점토및실트 약간무름( 중간정도의손가락힘으로들어감 ) 이하 CH, MH, ML 무름( 손가락이쉽게들어감 ) 이하

91 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 (3) 현장시험결과를이용하여흙의변형계수를직접적으로측정하거나상관관계식을이용 하여구할수있다. 흙의변형특성은공내재하시험(pressuremeter test) 을이용하면 횡방향변형계수를직접적으로구할수있다. 또한, 흙의변형특성은변형률의범위에 따라값이다른데, 낮은변형율에서는변형계수가크고, 높은변형율에서는변형계수 가작다. 진동이나지진과관련된변형해석에서는전단파속도를이용하는변형계수 를구하기도한다. 해설표 3.25는표준관입시험결과인 N값과의상관관계를이용하여 변형계수를추정하는방법이다.. 해설표 3.25 흙의종류에따른변형계수와 N값의상관관계 (Schmertmann, 1978) 흙의종류상관관계 (kn/m 2 ) 실트, 사질실트 E S = 400N 세립, 중간정도모래 E s = 700N 거친모래 E s = 1000N 모래질자갈, 자갈 E s = 1200~1500N (4) 흙의종류별일반적인변형계수의범위는해설표 3.26 과같다. 해설표 3.26 흙의일반적인변형계수의범위 흙 구분변형계수 (kn/ m2) 포아송비 ( ν) 점토 세립질모래 모래 자갈 연약예민 200~400(500 S u) 단단 400~800(1000 S u) 0.4~0.5 매우단단 800~2000(1500 S u) ( 비배수) 홍토 (loess) 1500~ ~0.3 실트 200~ ~0.35 느슨 800~1200 중간치밀 1200~ 치밀 2000~3000 느슨 1000~ ~0.35 중간치밀 3000~5000 치밀 5000~ ~0.4 느슨 3000~8000 중간치밀 8000~10000 치밀 10000~20000 비고

92 제 3 장지반조사 6 나무 12~ 기타 6 콘크리트 20~ ~0.25 얼음 쇠 ~0.29 (5) 흙의투수특성의분류는해설표 3.27 과같이투수성높음(high) 에서불투수성 (impermeable) 까지 5단계로구분할수있다 해설표 3.27 투수계수에따른흙의분류(Terzaghi & Peck, 1967) 투수정도투수계수 (k, m/sec) 비고 높음 (high) 10-3 이상 보통 (medium) 10-3 ~ 10-5 낮음 (low) 10-5 ~ 10-7 매우낮음 (very low) 10-7 ~ 10-9 불투수성 (impermeable) 10-9 미만 (6) 지반종류별일반적인투수계수의범위를해설표 3.28 에나타내었다. 해설표 3.28 지반종류별일반적인투수계수범위(domenico and Schwartz, 1990) 지반조건 투수계수 (k, m/s) 자갈질 (gravel) ~ 3 10 조립질모래 (coarse sand) ~ 6 10 중립질모래 (medium sand) ~ 5 10 퇴적지반 (sediment) 세립질모래 (fine sand) ~ 2 10 실트 (silt, loess) ~ 2 10 단단한점토 (Till) ~ 2 10 점토 (clay) ~ 해성점토 (marine clay) ~

93 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 퇴적암 (sedimentary rock) 결정질암 (crystalline rock) 석회암 (lime stone) ~ 2 10 석회암, 돌로마이트(dolomite) ~ 6 10 사암지역 (sandstone) ~ 6 10 미사암지역 (siltstone) ~ 암염지역 (salt) ~ 1 10 무수석고 (Anhydrite) ~ 2 10 혈암, 이암지역(shale, mudstone) ~ 2 10 투수성이있는현무암 (permeable basalt) ~ 2 10 파쇄된화성암, 변성암 (fractured igneous, metamorphic rock) ~ 3 10 풍화된화강암 (weathered granite) ~ 풍화된반려암 (weathered gabbro) ~ 현무암 (basalt) ~ 파쇄되지않은화성암, 변성암 (unfractured igneous, metamorphic rock) ~ 암의역학적특성 (1) 암의역학적특성은암석의강도특성, 변형특성, 투수특성및암석불연속면의전단 특성등이있으며, 설계에서적용하는값은현장조사, 원위치시험, 시험토질시험결과 뿐만아니라과거문헌조사, 기존시험자료조사등을종합적으로참고하여판단한다. (2) 암석의강도는일축압축강도, 삼축압축강도(Mohr-Coulomb 전단강도정수) 등이있 으며다음의방법을이용하여구할수있다 실내시험 : 일축압축시험, 삼축압축시험, 점하중시험, 절리면전단시험 현장시험 : 공내재하시험, 시추공전단시험 상관관계식 : 현장시험결과와의상관관계 (3) 암반비탈면의안정해석에서불연속면의전단강도는매우중요한부분이며절리면전 단시험을실시하여산정하는것을원칙으로하며, 현장에서조사한절리면의거칠 기를고려한전단강도공식을이용하여산정할수도있다. 절리면에충전물질이거 칠기높이보다두껍게충전되어있는경우는절리면전단강도는충전물질의전단강 도에좌우되는것으로간주한다. (4) 암의변형특성은크게무결암의변형특성과암반의변형특성으로구분하며, 암석종 류, 풍화상태, 불연속면의발달상태에따라서많은차이를나타내므로다양한시

94 제 3 장지반조사 험과과거의경험을토대로신중하게산정한다. 암반의변형특성은실제규모의시 험을실시하거나, 공내재하시험, 또는암반분류방법에서구한값과의상관관계를이 용하여구하는방법을사용할수있다 실내시험 : 무결암에대한일축압축시험, 삼축압축시험, 탄성파시험 현장시험 : 공내재하시험, 탄성파시험 상관관계식 : RQD, 일축압축강도, RMR, Q값과의상관관계 [ 해설 ] (1) 암의일축압축강도는암의강도를나타내는가장널리사용되는지수이다 에는암의종류에따른일축압축강도및변형특성을나타내었다. 해설표 해설표 3.29 암의종류에따른일축압축강도 화 성 암 변 성 암 퇴 적 암 암종구조조직 γ d (kn/ m3) U c (MN/ m2) E r ( 10 6 ) (kn/ m2) 화강암 조립 - 중립 외상, 절리간격넓음 ~175 28~49 섬록암 조립 - 중립 ~175 35~56 반려암 조립 - 중립 ~210 49~84 유문암 세립 괴상, 절리다수발달 ~175 35~56 안산암 세립 ~175 42~63 현무암 세립 ~280 49~90 흑요석 유리질 괴상, 연속적고결, 간극발달 ~56 7~28 응회암 조립 ~7 1~7 편마암 조립 - 중립 호상, 엽리 ~140 28~56 편암 세립 엽리 ~105 14~35 점판암 세립 판상 ~140 35~58 규암 세립 괴상 ~245 42~56 대리암 세립 - 매우세립 전리간격넓음 ~210 49~70 사문암 다양 괴상 ~70 7~35 역암 조립 - 원형 층상, 고결 ~105 7~35 각력암 조립 - 각형 층상, 고결 ~105 7~35 사암 중립 층상, 고결 ~84 7~21 이암 세립 층상, 고결 18~24 0.7~35 3~14 셰일 매우세립 박편상, 다져진셰일- 불안정, 고결된셰일-안정 16~22 0.7~35 3~14 석회암 세립 괴상, 층상, 용해성, 용해공동 ~105 14~42 백운암 세립 괴상간혹재결정 ~140 28~

95 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 (2) 절리면의전단강도는절리면의상태를고려할수있는 Barton(1973) 공식을이용하여 산출할수있다. τ=σ n tan( φ r+jrc log 10 σ j σ n ) 해설식 (3.1) 여기서, τ : 절리면전단강도, σ n : 절리면연직응력, φ r : 절리면잔류마찰각 JRC : 절리면거칠기계수( 해설그림 3.10) σ j : 절리면압축강도, 절리면압축강도는절리면주변의암석의강도로서무결암의일축압축강도와는차 이가있다. 식에서알수있듯이완전히분리된절리면의전단강도는점착력이 0이 고, 잔류마찰각( φ r ) 과거칠기에의한마찰각증가량만을고려한다. 해설그림 3.10 거칠기종단면과 JRC 값 (Barton & Choubey, 1977) mm

96 제 3 장지반조사 해설그림 3.11 거친절리면의전단강도값(Barton) 절리면에충전물을포함하는경우절리면의전단강도는충전물의두께에특성에따 라서차이가있지만대체적으로충전물의전단강도특성에따르게된다. 충전물이있 는불연속면의전단강도를해설표 3.30 에나타내었다. 해설표 3.30 충전물을포함하고있는불연속면의전단강도(Barton, 1974) 암석명 설명 최대강도 c'(kn/ m2) Φ( ) c'(kn/ m2) 잔류강도 Φ( ) 현무암 점토화된현무암질각력암, 점토에서현무암까지의함유량변화가큼 벤토나이트 - 백악내의벤토나이트층 - 얇은층상 - 삼축시험 15 90~120 60~ ~17 9~13 벤토나이트질셰일 - 삼축시험 - 직접전단시험 0~ ~ 점토 과압밀, 미끄러짐면, 절리및소규모전단면 0~180 12~18.5 0~ ~16 점토셰일삼축시험 점토셰일성층면 ( 成層面 ) 0 19~25 협탄층암석전토분쇄암층, 두께 10~25mm 11~ ~

97 3.7 지반조사성과정리및지반특성평가 백운석변질된셰일층, 두께약 150mm 섬록암, 화강섬록암, 반암 화강암 점토충전물( 점토 2%, PI=17%) 점토충전물이있는단층 - 사질토로된단층충전물과함께 - 약화됨. 구조적전단대, 편암질및파쇄된 화강암, 풍화된암석및충전물 0~ ~45 40 경사암층리면내 1~2mm의점토 석회암 - 6mm의점토층 - 10~20mm의점토충전물 - 1mm이하의점토충전물 ~200 13~14 17~ 석회암, 이희암및갈탄 - 층상의갈탄층 - 갈탄-이회암접촉면 석회암 - 이외질절리, 두께 20mm ~24 갈탄 - 갈탄과그하부의점토사이층 14~30 15~17.5 몬모릴로나이트점토 - 백악내에있는 80mm의벤토나이트 ( 몬모릴로나이트) 점토층 ~ ~ 편암, 규암및규산질편암 - 100~150mm두께의점토충전물 - 얇은점토를가진성층구조 - 두꺼운점토를가진성층구조 30~80 610~ 점판암세밀한판상및변질상태 석영/ 고령토/ 연망간석 혼합사료에대한삼축시험 42~90 36~38 (3) 현장암반에대한변형특성은 RMR 및 Q 값과의상관관계를이용하여산정할수있다. RMR값을이용한현장암반의변형계수를구하는방법은 경험적인상관관계식을이용할수있다. Bieniawski(1978) 가제안한 E M =2RMR-100 E M =10 ( RMR -10)/40 (RMR (RMR > 50, GPa) < 50, GPa) 해설식 (3.2) Q 값을이용하는경우는 구할수있다. Grimstad & Barton(1993) 가제안한다음식을사용하여 E m =25 log 10 Q (GPa) 해설식 (3.3)

98 제 3 장지반조사 해설그림 3.12에는 RMR값과현장암반의변형계수자료와이들상관관계식을나타 내었다. 해설그림 3.12 RMR과현장변형계수의상관관계 무결암의일반적인변형계수범위는해설표 해설표 3.31 과같다 무결암의일반적인탄성계수(Duncan, 1992) Rock type Andesite, Nevada Argillite, Alaska Basalt, Brazil Chalk, USA Chert, Canada Claystone, Canada Coal, USA Diabase, Michigan Dolomite, USA Gneiss, Brazil Granite, California Limestone, USSR Salt, Ohio Sandstone, Germany Shale, Japan Siltstone, Michigan Tuff, Nevada Young's modulus GPa Poisson's ratio Reference Brandon(1974) Brandon(1974) Ruiz(1966) Underwood(1961) Herget(1973) Brandon(1974) Ko and Geistle(1976) Wuerker(1956) Haimson and Fairhurst(1969) Ruiz(1966) Michalopoulos and Triandafilidis(1976) Belikov(1967) Sellers(1970) van der Vlis(1970) Kitahra et al.(1964) Parker and Scott(1964) Cording(1967)

99 3.8 계측에의한조사와설계 3.8 계측에의한조사와설계 계측이필요한비탈면 (1) 설계단계에서다양한조사와시험을수행하더라도거동을추정하는것이불확실 한비탈면에대해서는설계단계에서계측을실시하거나또는시공중에장기적인 거동파악을위한계측을실시하고이로부터설계에필요한정보를획득하여설계 하거나기존설계를재검토할수있다. (2) 통상적으로계측을실시하는비탈면의종류는다음과같다. 1 과거파괴가발생한사례가있는대규모비탈면구간 2 인근에지속적인문제가발생하는비탈면과동일한지질, 지반조건을가진비 탈면구간으로서시공후에유사한문제가예상되는비탈면구간 기존의통상적인설계기준과다르게설계하여거동이불확실한비탈면구간 네일, 앵커, 억지말뚝등의대규모보강공법등이적용된비탈면구간 구체적인문제원인을알수없는비탈면구간에서원인을찾기위한계측등 계측계획의수립 (1) 비탈면계측은비탈면표면의이동, 지층의이동, 보강재에발생하는응력, 기상과 지하수위의변화등을측정하고이로부터설계시예측한거동이적절했는지를확인 하여구체적인설계를하거나, 기설계된내용을보완하기위해실시한다. (2) 설계단계에서는예상되는비탈면거동을확인하기위하여계측항목, 계측위치, 계측 수량, 계측빈도등에대한구체적인계획을사전에수립하여야하며, 계측중에예 상치못한거동이관측된경우에계측범위, 계측위치및빈도를조절할수있도록 하여야한다. (3) 계측계획은설계자와계측기기의작동원리및적용성에대한해박한지식을가진자 가협의하여수립하여야한다. [ 해설 ] (1) 계측은비탈면파괴의전조현상인초기변형을파악하여이를바탕으로적절한대책을취하고비탈면붕괴를미연에방지하거나, 붕괴에따른피해를최소한으로억제하는

100 제 3 장지반조사 것을기본목적으로한다. 따라서비탈면에있어서현장계측을실시하는경우에는계 측목적이구체적이고명확히결정되어야한다. 구체적으로비탈면의변형이나붕괴형태를정확히예상하고파악한다음에현장계 측의목적을명확히하여그목적에맞는계측장비의선정이나배치, 계측방법, 관리 기준치등을검토하여실시계획을작성할필요가있으며실시계획의내용은상세하 고구체적으로기술하는것이바람직하다. 비탈면에서계측대상범위는붕괴나활동등의변형이발생하거나혹은예상되는범 위, 그리고붕괴또는이동된경우에영향을받을우려가있는범위( 예상파괴도달거 리), 주시설물의위치, 공사중인비탈면의경우에있어서는공사의시공범위등을고 려하여각각의현장별로설정하여야한다. (2) 비탈면의계측은온도와기상변화가심한옥외에서길게는수개월간측정을하는경 우가있으므로효율적인계측을위해서는계측기의배치, 내구성이우수한기계의선 정이중요하며, 변형이발생할경우에대비한대책을사전에계획하여신속히대응할 수있도록해야한다. 표 3.32에는계측기의선정시고려해야하는사항을나타내었 다. 표 3.32 계측기의선정시고려사항 항목 고 려 기 준 적 응 성 - 측정간격을임의로설정할수있는것 - 측정치의시계열표시가가능한것 - 전원에적합한것 - 계측기의정밀도와시스템의정밀도가일치하는것 신 뢰 성 - 낙뢰에대해서계측기를보호하는기능을가지고있는것 - 정전에대해서백업기능을가지는것 편 리 성 - 상황에따라센서의추가, 현지국의증설을실시하는데, 전원장치, 자료송수신장치등이기존의것을그대로사용할수있는것 - 계측결과를신속하게전달할수있는것 - 호설지역등의특수성에대처할수있는것 내 후 성 - 방수, 방습성이뛰어난것 - 상정되는기온조건에서정상적으로작동되는것 보 수 성 - 점검빈도가작은것 - 단시간에점검할수있는것 경 제성 - 기능성을유지하면서저렴한계측기

101 3.8 계측에의한조사와설계 계측기준 (1) 계측항목은비탈면의거동을파악하기위해필요한직간접적인인자를계측하는 데필요한항목으로서파괴면의형태, 범위등비탈면거동을가장잘파악하기 위한종류를우선적으로고려하며, 내구성, 배치및빈도등을종합적으로고려하 여결정한다. (2) 계측기의배치는비탈면의붕괴및활동특성, 지형적위치, 계측기설치편의성, (3) 계측기의관리편의성, 비용등을고려하여야하며, 비탈면의변동상황을최소한 의계측기로효과적으로파악할수있도록배치하여야한다. 계측기간과빈도는측정하고자하는계측값의변화정도와변화의지속시간과관 련되며, 비탈면의파괴속도가빠른경우또는변화가있는경우에는측정빈도를 높여측정하여야하고, 변화가장기간지속되는경우에는측정기간도이에맞춰 측정할필요가있다. 통상적으로비탈면의파괴등의변형문제는강우및외적하 중요인과연관되는경우가많으므로계측빈도를결정하는방법은일반적으로강 우시와굴착공사가진행되는동안에는계측빈도를늘리고, 경우에는보통의빈도로하는것이바람직하다. 외적인변화가없는 [ 해설 ] (1) 비탈면파괴형태와규모에따라적용하는계측항목의일반적인내용은조금씩차이 를나타낸다. 1 평면파괴: 일반적으로비탈면굴착전단계에서비탈면내부에존재하는평면파괴 예상면의위치를예측하기곤란하기때문에평면파괴에대한활동면을예측하는 것이매우어렵다. 따라서굴착후지표면조사또는시추조사등에따라단층, 절 리나지층의주향, 경사등의지질구조를확인하고이로부터활동면을예상한후 계측기의배치를고려하는것이바람직하다. 사항은다음에기술하는바와같다. 계측기의배치와관련된기본적인 ( 가) 비탈면의변형량과변형속도를검측하기위해변동블록의중앙부근에서전 반부균열을걸쳐서이동방향에따라지표면신축계를설치한다. 활동면경 사가급한경우에는수직변위량이커지며, 계측최대량에이르기전에신축 계의선이보호파이프에접촉되어계측이불가능하므로주의가필요하다. ( 나) 활동면의위치검지를위해지중경사계혹은파이프변형계를설치한다

102 제 3 장지반조사 ( 다) 간편한변위의측정수단으로서혹은신축계의이상시에대체계측수단으로 는전반부균열을걸치는말뚝을설치하여수평 수직변위를조사하는이 동말뚝측량이실시되는수도있다. 2 쐐기파괴: 쐐기파괴형태는일반적으로암반비탈면에서가장빈번히발생할수있 는붕괴형태이지만활동면과또하나의면( 단층이나연속된균열, 연약면등) 의 조합으로비탈면붕괴가지배되므로변동블록을사전에예측하는것은매우어렵 다. 계측기배치의기본개념은평면파괴와동일하지만이동말뚝의설치는계측 주측선( 종단측선) 에대해서직각의횡단방향으로하여일렬로늘어놓는배치로 하는편이이동현상을검지하기용이하다. 3 원호파괴: 원호파괴형태에있어서계측기배치의기본은평면파괴와거의동일하 나원호파괴의경우에는전반부지표면이활동의진행에따라회전운동이생기기 때문에이회전변위를계측하는지반경사계를파괴토체전반부나부동점이적어 도수개소에배치하여계측하는것이필요하다. 지반경사계는파괴예상지역내의인장부, 중앙부, 압축부에각각 1~2기또는 균열밖의전반부에더미용으로 1 기를설치하는것이적절하다. 지반경사계는회 전각( 경사변동량) 의변화를측정하는장비로서비탈면의파괴가회전이생기는 형태, 즉원호파괴혹은원호를포함한복합파괴가아닐경우에는변위를검지하 기가매우어렵다. 따라서평면파괴와같이암괴가원형을유지하여이동하는형 태혹은암괴가파쇄되는형태에서는지반경사계의계측데이터로비탈면의위험 도를평가하는것은부적절할수있다. 또경사변동데이터의누적성이인정되지 않고변동방향과비탈면의최대경사방향이일치되지않는경우에도표층토의전 도등의이동현상이고려되므로지중경사계와같은다른계측기의계측데이터와 의종합적인검토를실시하여판정하는것이중요하다. 4 복합파괴: 복합파괴는산사태형의붕괴형태이며비교적대규모로발생하며이동속도는기타암반의파괴형태와비교하여완만하다. 계측기배치의기본은원호파괴와거의동일하나활동범위가넓은경향이므로계측측선및계측기배치는그확산을고려하여설정할필요가있다. 특히암반

103 3.8 계측에의한조사와설계 의파괴활동의경우에는예상파괴규모가광범위할것을예상하여계측기배치계 획을수립할필요가있다. 5 전도파괴: 전도파괴의경우에는비탈면굴착중의계측이불가능하다. 전도파괴로 판단되는비탈면에있어서고려하여야할계측항목과계측기의배치는다음과같 다. ( 가) 전도에의한전반부변위량을신축계로계측한다. ( 나) 전반부경사변위량을지반경사계로계측한다. ( 다) 전도부전체의활동부분의계측을위해지중경사계를측선상에서예정하는 활동면아래까지삽입하여계측한다. ( 라) 비탈면에말뚝을삽입하고, 표적을설치하여반대측에서광파측량을실시하 는방법도고려할수있다. 6 좌굴에의한파괴: 좌굴에의한파괴는주상 판상절리가발달된경암지반의급 경사비탈면에서주로발생되며암체가배면의암체에서진행성박리를생성하 여급격하게붕괴된다. 따라서비탈면내에서계측기설치와계측작업이위험하 고곤란하기때문에원격지에서의계측혹은자동계측할수있도록하는것이 바람직하다. 일반적으로좌굴로발생하는파괴형태의계측방법은다음과같다. ( 가) 진행성박리를따라생긴배면공등의변형을검출하기위해비탈면전방에 열적외선영상법등을이용한촬영조사를수행한다. 비탈면에시공된뿜어 붙이기배면의공동이나좌굴에의한파괴시, 좌굴암체배면의균열의검 지등변형개소검출이가능하다. ( 나) 좌굴현상은암체축방향하중에의한휨파괴로, 휨응력에의한비탈면방향 의수평방향변위로되어발생되는경우가예상되므로비탈면에지중수평 변위계를설치하여변위를자동계측한다. ( 다) 파괴에의해위험이예상되는경우에는록볼트등의대책공법을선행하면서 계측관리를하는방법도고려할수있다. 해설표 타내었다. 3.33에는비탈면의붕괴형태별로적용하는각종계측기예를나

104 제 3 장지반조사 해설표 3.33 비탈면의붕괴형태와계측항목 붕괴형태 평면활동붕괴 쐐기활동붕괴 원호활동붕괴 복합활동붕괴 전도붕괴 백링붕괴 응력개방에의한변위 대상지질 연암, 경암 연암, 경암 토사, 연암, 경암 계측항목계측기및방법계측상의문제점비고 1 지표변위량 ( 수평, 수직성분) 2 지중변위량 ( 활동면의확인) 1 지표변위량 ( 수평, 수직성분) 2 지중변위량 ( 활동면의확인) 1 지표변위량 ( 수평, 수직성분) 2 지중변위량 ( 활동면의확인) 토사, 연암, 1 지표변위량경암, ( 수평, 수직성분) 암반 2 지중변위량땅사태 ( 활동면의확인) 풍화암활동 연암, 경암 연암 토사, 연암, 경암 1 지표변위량 ( 수평, 수직성분, 경사량 ) 2 지중변위량 ( 활동면의확인, 수평변위량 ) 1 지표변위량 2 지중변위량 ( 수평, 수직변위량 ) 3 대책공계측 1 지표면변위량 2 지중변위량 1 지표면신축계, 이동말뚝측량, 소폭판측량등 2 지중경사계, 지중신축계, 파이프변형계등 1 지표면신축계, 이동말뚝측량, 소폭판측량등 2 지중경사계, 지중신축계, 파이프변형계등 1 지표면신축계, 이동말뚝측량, 지반경사계등 2 지중경사계, 지중신축계, 파이프변형계등 1 지표면신축계, 이동말뚝측량, 지반경사계등 2 지중경사계, 지중신축계, 파이프변형계등 1 지표면신축계광파측거법 2 지중경사계지중변위계 1 광파측거법 2 지중변위계 3 록볼트축력계 1 광파측거법 2 중수직변위계, 지중경사계, 파이프변형계 활동면위치나머리부텐션크랙의위치예측이사전에는어렵고, 깎기후의거동계측밖에안되나, 사전의지질구조조사나땅깎기후의깎기비탈면상세 관찰을실시하는것이중요하다. 변동활동블록의사전결정이어렵고, 계측위치의결정이곤란하나, 사전의지질구조조사나땅깎기후의깎기비탈면상세관찰을충분히실시하는 것이중요하다. 활동블록의사전결정이어렵고, 계측위치의결정이곤란하나, 사전의지질구조조사나땅깎기후의깎기비탈면상세관찰을충분히실시하는 것이중요하다. 사전조사결과에서지질구조를검토하고파괴토체의범위를예정하여계측을실시할필요가 있다. 지활동타입의형태로초생형의경우에는지형상에서의예측은곤란하다. 전도와낙석 붕락의구별이의외로어렵고, 충분한지질조사를실시하여지질구조를파악할필요가있다. 계측데이터에서비탈면의안정 평가와결부시키는것이어렵다. 실측데이터의암체의좌굴파괴와의결부평가가어렵다. 응력개방에따른지반팽창인가활동이나붕괴에의한변위인가의구별이어렵다. 응력개방에의한변위이발생된경우이경향이비탈면의안정성에어떻게관련되는가또는주변에대한 안정성의평가가어렵다. 필요하면우설량계와지하수위관측을실시한다. 필요하면우설량계와지하수위관측을실시한다. 파괴형태로서는많다. 필요하면우설량계와지하수위관측을실시한다. 필요하면우설량계와지하수위관측을실시한다. 주상절리나층리가발달된경암비탈면에서 급경사의비탈면 열수변질을받은바위로점토광물을함유하는경우, 발생되는경우가많다

105 3.8 계측에의한조사와설계 붕락현상 연암, 경암 1 낙석표면변위량 2 낙석검지 3 대책공계측 1 광파측거법 2 낙석감지기 3 록볼트축력계, 숏크리트응력계 전조현상이생긴다음붕락이발생될때까지의시간이짧다. 계측보다도붕락대책이우선되는경우가많은편이며, 대책공의거동계측이금후필요하다고생각된다. 낙석감지기는사후검지이며, 예측되지않는다. 계측항목에는지표면의거동, 지중의변동, 수문상황, 구조물의거동등이 있으며이것들을정량적으로파악하기위한각종계측기를해설표 3.34에나 타내었으며, 일반적으로비탈면계측에적용하는계측기기의측정범위를해설 표 3.35 에나타내었다. 해설표 3.34 계측항목과계측기 현상계측의대상계측항목계측수순, 계측기명설치장소및설치방법 지반신축변위량지표면신축계지표면의균열을낀다수설치 지반경사변위량지반경사계지표면의필요장소에다수설치 전도, 회전량전도스위치이동암괴표면부의필요장소에다수설치 지표면변동 ( 변형, 변위) 낙석의검지검지선식낙석검지기낙석, 붕락발생장소에필요수설치 이동갱측량 지표면에다수이동말뚝을설치하여광파측량. 활 동 지표 Ⅱ-이동량 GPS 측량 지표면에고정관측정과필요장소에다수이동표점을설치하여인공위성에따라측량, 해석한다. 소폭판측량 지표의균열을낀소폭판을다수설치 거 동 활동면의위치 파이프변형계 보링구멍을이용하여활동면을끼고다수설치 삽입식지중경사계 지중변동 ( 변형, 변위) 활동면의위치활동암괴이동량 고정식지중경사계 ( 설치형지중경사계) 지중신축계 다단식지중신축계 지중변형량 지중변위계 시추공을이용하여변위발생심도보다깊게설치

106 제 3 장지반조사 작용외력 옹벽, 말뚝등에작용하는토압 앵커에작용하는장력등 토압계 로드셀 ( 센터홀식) 구조물의필요장소( 옹벽과지반간, 말뚝체내, 말뚝표면) 에다수설치 앵커구조물의필요장소에다수설치 ( 일반적으로는앵커머리부에설치) 구조물의거동 내부응력변위, 변형 대책공변형( 축력, 휨모멘트로환산 ) 철근의변형( 축력, 휨모멘트로환산 ) 구조물표면의변위량( 축력, 휨모멘트로환산 ) 구조물구체의경동량 변형게이지, 변형계 철근계 ( 록볼트축력계) 구조물표면변위계 구조물표면경사계 광파측거법 대책공의필요장소 ( 앵커재, 말뚝체내, 말뚝표면등) 에다수설치 RC 구조물의철근이나원지반보강재로서의철근에있어서필요장소에다수설치 뿜칠콘크리트표면의계측필요장소의계측범위외의더미부에설치 대책공이나기설구조물표면의필요장소에다수설치 대책공이나기설구조물표면의필요장소에다수표점을설치하여광파측량을한다. 말뚝등의침하량삽입형지중경사계강관말뚝내부의필요장소에다수설치 균열폭, 진행속도량 균열게이지 대책공이나기설구조물표면에발생된균열을끼고다수설치 뿜어붙이기의열화도, 공동추정 열적외선영상법 ( 리모트센싱기법) 적외선카메라에의한뿜칠콘크리트표면온도정보의영향해석을하여배면공동을추정 수 지하수변동수압변동 지하수위지하수위계관측정이나보링공내를이용하여설치 활동면의간극수압변동 간극수압계 보링공내의활동면부근을노려서설치 문 상 기상데이터 누적우량, 우량강도실효우량, 융설량융설량의추정 우설량계 적설침계 계측대상비탈면에가급적근접된적절한 장소에수평으로설치 계측대상비탈면에가급적근접된적절한 장소에수평으로설치 황 지하수배수효과 배수량의변화 유량계 배수로의필요장소에방축을만들어다수설치배수로의노치등에다수설치

107 3.8 계측에의한조사와설계 해설표 3.35 계측기의측정범위와정밀도 방법측정범위측정정밀도계측기의유지관리등비고 지표면신축계 광파측거법 지반경사계 철근계 -300 ~+300mm 설치교체가능 20 ~ 3000m 1~500초 응력도 0.5~300 MPa ( 단, 철근의파단까지가능 ) ±0.2mm 거리의 ±1/50000 ~ 1/ ±1초 ±0.1~0.2 풍우에서임버선을보호하기위해, 보호관의보수가필요하다. 측정기의내용연수는 5년정도 표지프리즘판의유지관리가필요하다. 변형이진행된경우에는표지의설치교체가필요하다. 설치판의기초말뚝, 기초콘크리트의노후화에수반하는보수가필요하다. 기초말뚝의내용연수는 5년정도 변형게이지의방청처리가충분하더라도핀홀등에서의부식이진행되는 수가있어서신뢰되는데이터의입수기간은 정도 2년 변형게이지의부식에대한내용연수에서신뢰되는데이터입수기간은 2년정도 각속도를측정 100 초/ 월정도의누적변동량으로침하나소규모인단차를수반하는균열발생 철근에생기는응력을측정하는데따라암반내의변형을검지한다. 균열의변화를변형균열게이지 0~ 5mm ±0.002mm 게이지에따라측정한다. (2) 비탈면의변동상황을최소의계측기로효과적으로파악하기위해서는, 우선적으로 비탈면의파괴토체을파악해야한다. 여기서말하는파괴토체란일체가되어거동하 는암괴의집합을말하며, 예를들면인장균열대, 중앙부일체균열대, 말단부압축 붕괴대등이있다. 계측기는이러한블록에대하여한대이상의계측기를배치하는 것이바람직하다. 참고로시공시비탈어깨나비탈끝등암괴의불안정화가예상되는 구역에도계측계획을필요로한다. 계측기의배치밀도는비탈면의변위규모나위험도로판단하여적절히결정해야한다. 일반적으로파괴토체별로수종류의계측기를수개소에배치하여상호계측데이터를 체크 검토하며계측을실시하는것이이상적이다

108 제 3 장지반조사 구체적인계측기의배치에대해서는상세한현지조사나지질조사등을하여파괴토 체과붕괴형태를추정한다. 다음으로각각의블록별로비탈면의주변동방향을중심으 로측선을설정하고이측선에대해서계측항목과계측기의관련검토를한다음에계 기배치계획을수립한다. 그후구체적인설치위치, 배치밀도, 설치심도등에대해서상 세히검토하고최종적으로결정한다. (3) 계측기간은비탈면의변형규모와그영향도, 보전대상구조물의중요도, 대책공의유무, 공사의진척도등에따라결정해야한다. 비탈면의변동상황은강우나융설등기상요인 의영향을크게받으므로상태를정확히파악하기위해서는적어도필요최적기간으로 서 1 년정도계측을지속할필요가있다. 일반적인계측기간의개시시기와완료시기결 정의기본적인방법및우선계측개시시기에대한기본적인사항은다음과같다. ( 가) 비탈면에육안으로확인되는변형이발생된시기부터개시한다( 변형기구의조사 및해명, 비탈면안정성평가, 시공관리, 대책공법의수립, 역해석, 붕괴예지등 의목적 ). ( 나) 사전현장답사및암반조사에서불안정또는위험비탈면으로판단된경우에는 공사시공전부터개시한다( 변형기구의조사및해명, 비탈면안정성평가, 해석 결과와의대비, 정보화시공등의목적). ( 다) 대책공법시공후부터개시한다( 대책공법의효과확인, 보조대책공법의수립, 역 해석등의목적 ). 다음으로계측완료시기에대해서는기본적으로비탈면의변동이계측되지않는시 점을기준으로하며그후 1년간계측을계속하고그중간에있어서도변동이보이지 않게된것을확인하여완료로하는것이바람직하다. 현장계측은그목적이완전히달성된시점에서완료하는것이지만목적이달성된 것을판단하기위해서는비탈면의변동이없고비탈면이충분히안정된사실을확인 하지않으면안된다. 이경우는보통비탈면의변동은단속적인변동을표시하는수 도있기때문에단기간의계측결과만으로변동이없는것으로결론을내리는것은 위험한일이다. 적어도변동이안정되지않게된후 1 년간( 비탈면에융설, 우기, 태풍, 가을비등을경험시킨다) 지속적으로계측하여그결과비탈면이충분히안정된것으 로확정되지않은경우에는계측을중단해서는안된다. 이와같은이유에서 1년간의

109 3.8 계측에의한조사와설계 계측계속기간을설정하는것이이상적이라고판단된다. 계측빈도에대해서는계측의목적에따라가능한한자주실시하는것이좋으나 한편으로는계측작업에소요되는비용측면도고려해야하므로비탈면의변동상황, 위험도, 계측기의특징이나내구성, 현지조건등을합리적으로고려하여적절하게설 정해야한다. 계측빈도를결정하는방법은일반적으로비탈면상태에변동현상이발생하여시공 중작업원의안전확보가우선되는경우또는강우시등에는계측빈도를짧게하도록 하고, 공사완료후또는대책공법시공후등의경우에는보통의빈도로하는것을 기본으로한다. 또한계측기설치직후초기치확인을위해최초수일간은계측빈도를짧게하는 것을권장하는계측장비가있기때문에주의하여야한다. 이러한경우는계측기에따 라서서로다르지만일반적으로누적치를문제로하는계측기에대해서는보통의빈 도가적당할것으로판단된다. 지하수위와같이최고값(peak value) 가문제가되는경 우에는계측빈도를길게할경우최고값의측정이되지않을수있으므로이러한계 측누락을방지하기위하여계측빈도를짧게하는것이적절하며, 가급적자기기록방 식으로하는것이좋다. 암반비탈면의붕괴나활동등은호우, 융설, 지진등의외적요인으로인해발달하 는되는경우가대부분이기때문에이와같은자연요인이발생된경우에는당초의 계측계획으로설정된계측빈도에구애되지않고호우, 지진후의순회, 점검을실시하 는동시에계측빈도를짧게변경하여암반비탈면의거동을감시하는것을권고한다. 해설표 3.36은계측기와계측빈도의일례로계측대상에따른계측기및계측빈도를 나타내었다. 그러나계측빈도를모든현장에일률적으로정하는것은부적절하며따 라서계측대상현장상황등을고려하여전문가의의견을참고하여적정한계측간격을 결정하는것이바람직하다

110 제 3 장지반조사 해설표 3.36 계측기와계측빈도예 계측의대상계측수법, 계측기명 지표면변동 ( 변형, 변위 ) 지중변동 ( 변형, 변위 ) 작용외력 내부응력 구조물의변형, 변위 변형 ( 열화도) 지하수변동수압변동 기상데이터 지하수배수효과 지표면신축계 지반경사계 전도스위치 검지선식낙석검지기 이동말뚝측량 소폭판측량 GPS 측량 (Global Positioning System) 파이프변형계 삽입식지중경사계 고정식지중경사계 ( 설치형지중경사계) 지중신축계 다단식지중신축계 로드셀 지중변위계 토압계 ( 센토홀식) 변형게이지, 변형계 철근계( 록볼트축력계) 구조물표면변위계 구조물표면경사계 광파측거법 삽입형지중경사계 크랙게이지 열적외선영상법 ( 리모트센싱수법) 지하수위계 간극수압계 우설량계 해빙기 우기 태풍등의이상기상시나지진시에는계측빈도를적의밀실하지않도록한다. 계측빈도의목표( 수동계측대상) 조사계획단계시공단계유지관리단계효과판정긴급시 3~4 회/ 년 3~4 회/ 년 3~4 회/ 년 자기기록으로연일관측 자기기록으로연일관측 1 회/ 일또는 1~2 회/ 주 4~6 회/ 년 1~2 회/ 주또는 1 회/ 월 1~2 회/ 일 상시감시상시감시상시감시상시감시 1 회/ 일또는 1~2 회/ 주 4~6 회/ 년 1~2 회/ 주또는 1 회/ 월 1~2 회/ 일 내시바를상성하면 1~2 회/ 일의측정은가능하다. 측정빈도의기준은현재없으나, 지표면의수평방향이동량의측정이주가되며, 이동말뚝측량의빈도와같은정도가목표이다. 1 회/ 일또는 1~2 회/ 주 1 회/ 일또는 1~2 회/ 주 1 회/ 일또는 1~2 회/ 주 필요할때마다 자기기록으로서연일관측 4~6 회/ 년 4~6 회/ 년 6~12 회/ 년 필요할때마다 자기기록으로서연일관측 1~2 회/ 주또는 1 회/ 월 1~2 회/ 주또는 1 회/ 월 1~2 회/ 주또는 1 회/ 월 필요할때마다 자기기록으로서연일관측 1~2 회/ 일 1~2 회/ 일 1~2 회/ 일 필요할때마다 자기기록으로서연일관측 적설량계적의적의적의적의적의 유량계 사전조사의결과에서특히위험이예상되는관측이필요한장소의위험도판정을목적 공사에선행혹은병행하여현장계측을 하며, 대책공시공이나공사의안전을확보한다. 보전대상물이비탈면붕괴시공도중이나나인명의대책공유지관리단계에안전확보를시공후의대책있어서붕괴나위해긴급대피효과확인을땅사태의변동이등의조치를목적으로한다. 현재화된경우목적으로한다

111 참고문헌 참고문헌 1. 건설교통부, (2002), 구조물기초설계기준 2. 대한지질공학회, (1999), 암반의조사와적용, 3. 대한토목학회, (2001), 도로교설계기준해설: 하부구조편 4. 삼보기술단 (1999), 암반분류체계및암반평가연구 5. 일본지반공학회, (1990), 절토비탈면의조사, 설계, 시공 ( 한국도로공사번역판) 6. 한국도로공사, (1998), 기술교재제96 호: 토질및지질조사요령 7. 한국암반공학회, (1999), 건설기술자를위한지반조사및시험기술 8. 한국지반공학회, (2003), 구조물기초설계기준해설 9. 한국지반공학회, (2003), 지반공학시리즈1- 지반조사결과의해석과이용, 구미서관 10. AASHTO, (1988), Manual on Subsurface Investigation 11. AASHTO, (2002), LRFD Bridge Design Specification 12. Canadian Geotechnical Society, (1992), Canadian Foundation Engineering Manual 13. GEO, (1987), Geoguide2: Guide to Site Investigation 14. NAVFAC, (1973), DM7.2 Soil Mechanics Design Manual 15. Duncan C.Wyllie, (1992) "Foundations on Rock", E&FN Spon, London

112 제 4 장쌓기비탈면설계 4.1 적용범위 다. 이장은도로, 철도, 택지등의건설공사에서만들어지는쌓기비탈면의설계에적용한 4.2 설계일반사항 (1) 쌓기비탈면의설계는장 단기적으로비탈면의안정성을확보하도록설계해야한 다. 또한, 장기적으로유지관리가최소가되도록해야하며, 형성된비탈면은주변경 관과어울리도록설계해야한다. (2) 쌓기비탈면설계시고려해야하는사항은다음과같다 지형조건에따른쌓기계획 비탈면안정해석및경사와소단의결정 지하수및지표수의배수계획 장기적인비탈면표면보호방법 유지관리를위한점검시설 6 시공중관리방안

113 제 4 장쌓기비탈면설계 4.3 쌓기비탈면적용기준 (1) 비탈면높이는원지반조건, 지형조건, 쌓기재료의특성, 주변환경조건, 경제적인여 건을고려하여결정한다. 일반적으로최대높이는 10m 전후로하고안정해석와제반 여건을고려한후에더높게쌓을수있다. (2) 비탈면경사는원지반의형상및강도, 쌓기재료의형상및강도등을고려하여비탈 면안정해석을수행하여결정하며, 경사를변경하고자하는경우에는안정성을재검 토한다. 비탈면높이가 10m 미만인경우에는제4장 4.5절비탈면표준경사및소단에 서제시하는표준경사를적용할수있다. (3) 경사가 1:4보다급한원지반위에쌓기를하는경우에는원지반표면에층따기를실 시하여원지반과쌓기지반과의밀착을도모하고쌓기토체의변형및활동을방지 하도록하여야한다. (4) 한쪽깎기 한쪽쌓기구간에서는경계부에서쌓기표면에서단차가나기가쉬우므로 경계부분에서깎기구간과쌓기구간의접속부는점진적으로경사지게연속이되도 록한다. (5) 깎기쌓기경계구간에서는경계부에서급격한침하로인한단차가발생할수있으므 로깎기구간과쌓기구간의접속부는점진적으로경사지게연속이되도록한다. [ 해설 ] (1) 쌓기비탈면은기초지반의지지력및침하특성, 쌓기재료의특성, 쌓기부의지형적특 성, 지역적인기상상황등을고려하여비탈면의높이및경사, 시공중관리방안등을 결정한다. 과거부터도로, 철도및택지등의쌓기는많은경험을바탕으로사용하는 재료와다짐관리방법에대한규정이엄격히적용되고있으며약 10m 높이까지는재 료의종류에따른표준적인경사로적용하는것이보편화되어있다. 사용하는재료 가불확실하거나또는기존표준경사보다더급하게설치하고자하는경우에는안정 성을재검토하여야한다. (2) 원지반의경사가 1:4보다급한원지반에서쌓기단면은해설그림 4.1 과같다

114 4.3 쌓기비탈면적용기준 해설그림 4.1 경사진지반에서쌓기단면 (3) 한쪽깎기한쪽쌓기구간과깎기쌓기경계부구간에서의쌓기단면은해설그림 4.2 설그림 4.3 과같다. 및해 해설그림 4.2 한쪽깎기한쪽쌓기부층따기와배수처리예

115 제 4 장쌓기비탈면설계 해설그림 4.3 깎기쌓기경계부에서접속부처리예

116 4.4 표준경사및소단기준 4.4 표준경사및소단기준 (1) 쌓기비탈면의경사는쌓기재료의종류, 비탈면높이에따라서표 4.1의표준경사를 적용할수있다. 표준경사와다른경우또는높이가 10m 를초과한경우는별도의 비탈면안정해석을통하여경사를결정한다. 표 4.1 쌓기비탈면의표준경사 쌓기재료 비탈면높이 (m) 비탈면상하부에고정시설물이없는경우 ( 도로, 철도등) 비탈면상하부에고정시설물이있는경우 ( 주택, 건물등) 입도분포가좋은양질의모래, 모래자갈암괴, 암버럭 0~5 1:1.5 1:1.5 5~10 1:1.8 1:1.8~1:2.0 10초과별도검토별도검토 입도분포가나쁜모래, 점토질사질토, 점성토 *1) 상기표는기초지반의지지력이충분한경우에적용함. 2) 비탈면높이는비탈어깨에서비탈끝까지수직높이임 0~5 1:1.8 1:1.8 5~10 1:1.8~1:2.0 1:2.0 10초과별도검토별도검토 (2) 비탈면높이가 5m 이상인비탈면에서는비탈면유지관리를위한점검, 배수시설의 설치공간으로활용하기위하여원칙적으로소단을설치하며, 비탈면중간에 5~ 10m 높이에폭 1~3m 의소단을설치한다. 장비진입등과같은작업공간의확보가 필요한경우에는소단폭을여건에맞게조정할수있다. [ 해설 ] (1) 쌓기비탈면은지반조건, 성토재료, 다짐방법및비탈면높이에따라그경사가달라지 며소단사이의비탈면은단일경사로시공하는것이합리적이다. 비탈면의최종적인경사는안정성해석을수행하여결정하는것이바람직하지만 10m 미만의소규모비탈면의경우과거경험을바탕으로설정된표준경사를사용할 수있다. 쌓기비탈면의표준경사는공사를시행하는기관별로차이가있는데예를들 면, 비탈면위또는아래에택지를형성하고가옥, 아파트, 건물을배치하거나고정된

117 제 4 장쌓기비탈면설계 시설물을설치하는경우에는쌓기비탈면의안정성이인명및재산과직결되기때문에쌓기비탈면의경사를완만하게하여안정성을높이는것이필요하다. 대규모쌓기비탈면이나배수조건및원지반조건등이불량한경우에는현지여건감안하여안정성해석을수행하고비탈면경사를결정하여야한다. 경사를급하게해야하거나지하수위가높은경우등필요시에는별도의보강이나지중배수시설을고려하여안정성을도모하여야한다. (2) 비탈면의유지관리를위한점검, 보수용통로, 지표수배수시설을설치하기위한공간 으로활용하기위하여소단을설치한다. 점검용통로인경우에는사람이다니기위한 폭으로해도충분하지만, 보수용통로로사용하는경우에는장비진입을위하여충분 한폭을확보해야한다. 배수시설을위한경우에는약 1~2m 의폭이필요하며, 길이 방향으로배수시키기위한경사를확보해야한다

118 4.5 안정해석 4.5 안정해석 안정해석조건 (1) 쌓기비탈면의안정해석은다음조건에해당하는경우에실시한다. (2) 1 2 비탈면높이가 10m를초과하는경우 비탈면경사가표준경사보다급한경우 3 쌓기재료의함수특성이높고, 전단강도가낮은경우 4 붕괴시복구가장시간소요되거나주변인접시설물에중대한인명, 재산상피해 를주는경우 5 지형특성으로인하여쌓기토체내부로지속적인지하수의유입이발생하는경우 ( 경사지반, 계곡부쌓기) 홍수시비탈면이침수되거나비탈끝이침식되는경우 쌓기비탈면의원지반이양호하지못한경우( 연약지반등) 내진안정해석이필요한경우 위조건외에설계자가필요하다고판단하는경우 쌓기비탈면의안정해석은쌓기재료의특성과지하수조건에대하여충분히고려해 야한다. 쌓기비탈면의원지반이불안정한경우는원지반까지파괴가발생하는경우 도고려한다. [ 해설 ] (1) 비탈면의장기적인안정성확보는가장기본적이면서도중요한사항이므로, 안정성에 불리한다양한조건에대해서는신중하게설계할필요가있다. 지반공학에서적용하는안정성해석은많은가정사항을단순화시킨해석방법으로 서지반에존재하는수많은불확실성을안정해석만으로일률적으로판단하기는쉽지 않은점도있다. 따라서실제설계단계에서안정계산결과뿐만아니라주변의비탈 면상황, 유사한지반조건에서의경험, 전문가의의견을고려하여종합적으로검토할 필요가있다. 또한, 엄밀한안정해석을실시할경우에는정확한토질조사와현장조 건에적합한토질시험을실시하여그결과를이용하는것이권장된다. (2) 쌓기비탈면에서내진안정해석은비탈면상부또는하부의예상파괴범위내에시설물

119 제 4 장쌓기비탈면설계 의안전관리에관한특별법시행령에규정된 1, 2종시설물이나내진설계를하도록 되어있는주구조물이있는경우에수행한다. 또한, 붕괴시복구가어렵거나시간이 많이소요되는대규모쌓기비탈면의경우에도내진안정해석이필요하다. 비탈면의내 진안정해석에관한상세한내용은제24 장비탈면내진설계를참조한다 파괴형태와원인 (1) 비탈면에서발생하는파괴형태는지반종류, 지층조건과외부적인유발원인에따라 (2) 매우다양하며, 지반종류및지층조건에따른전형적인파괴형태는원호파괴, 평면 파괴, 유동파괴(flow failure) 등이있다. 토사와암반의중간상태지반조건에서는두 가지지반조건에서발생하는파괴형태가모두발생하기도하고복합적으로발생할 수도있다. 비탈면안정해석시에는조사결과를토대로다음의파괴유발원인을고려하여해석 을수행하여야한다 응력조건변화 : 비탈면하부굴착및상부쌓기, 구조물증설등 지하수의증가 : 강우로인한침투, 배수조건변화등 지반상태변화 : 풍화등으로인한비탈면재료의저하등 지진동하중 : 발파진동, 지진등으로인한동적하중 [ 해설 ] (1) 파괴형태는지반종류, 지층조건, 파괴유발조건에따라차이를나타낸다. 해설그림 4.4 는쌓기비탈면에서나타나는파괴형태이다. (2) 각각의파괴는지반조건, 파괴형태, 메커니즘의차이로인해발생하며, 안정해석방법 에있어서고려할사항이나해석방법도달라져야한다. 따라서안정해석시에는지반 조건에따른예상파괴형태를정하고파괴형태에적합한해석방법을수행하는것이 필요하다. 원호형태와평면형태가복합적으로발생하는경우와같이여러형태의파 괴가복합적으로발생하는경우에는실제파괴형태를고려하여안정해석을할필요 가있다

120 4.5 안정해석 해설그림 4.4 토사비탈면에서의파괴형태 안정해석시고려사항 (1) (2) 비탈면안정해석시지하수조건은지반조사결과를종합적으로판단하여안정성에 가장불리한상태가발생하는조건에대해서수행한다. 비탈면안정해석은비탈면지반조건과장단기적인배수조건을고려하여유효응력해 석또는전응력해석을수행한다. 이때, 해석은배수조건에따라시험한강도정수를 사용한다. [ 해설 ] (1) 비탈면의안정해석시지하수위는계절적인지하수위변화등을고려하여비탈면의안정조건에가장불리한상태를해석에적용하는것이바람직하다. 일반적으로는강우침투가쉽게되는지반조건에따라서지하수위를구분하여적용한다. (2) 비탈면안정문제를해석하는경우지형이나시간적요소를고려하여적절한해석법을 선택해야한다. 지형적요건이란자연비탈면, 연약지반상부쌓기비탈면등과같이해 석대상의형태, 등방, 균질성과같은층상구조가이범주에포함된다. 또한, 시간적요

121 제 4 장쌓기비탈면설계 소에서는단기혹은장기간안정문제에서비탈면을형성하는지반이배수혹은비 배수상태인지또는전응력해석및유효응력해석을적용할것인지를판단해야한다. 비탈면의안정해석은배수조건에따라서전응력해석법과유효응력해석법으로구분 하여적용한다. 해설표 4.1 에는배수상태에따라서안정해석조건, 강도정수, 수압 및단위중량의적용방법을나타내었다. 해설표 4.1 비탈면안정해석에사용되는전단강도, 수압, 단위중량 구분공사직후의안정성장기안정성 배수가잘되는 흙에대한해석 c ' 와 φ ' 이용한유효응력해석 c ' 와 φ ' 를이용한유효응력해석 배수가잘안되는 흙에대한해석 내부간극수압 현장시험, 삼축시험(UU/CU) 에서얻은 c ( 또는 s u ) 와 φ 를이용한전응력해석 전응력해석에서는간극수압무시 ( u = 0 ) 유효응력해석에서는간극수압고려 c ' 와 φ ' 를이용한유효응력해석 간극수압고려 외부수압고려고려 단위중량습윤단위중량습윤단위중량 안전율기준 (1) 안전율은비탈면내부에가정된파괴면또는실제발생한파괴면에서의전단강도와 전단응력비율, 저항력과작용하중의비율또는저항모멘트와작용모멘트의비율로 계산한다. (2) 기준안전율은안정해석방법과입력변수가내포하는불확실성을감안하여경제성을 확보하면서보수적인설계를유도하고자설정하는값으로서, 장기적인비탈면의안 정성을확보하기위해해석에서적용하는기준안전율은표 4.2 와같다

122 4.5 안정해석 표 4.2 쌓기비탈면안정해석시적용하는기준안전율 구분기준안전율참조 건기 FS > 1.5 지하수가없는것으로해석하는경우 우기시 FS > 1.3 지진시 FS > 1.1 단기 FS > 1.0~1.1 일반적인쌓기비탈면은별도의지하수위조건없음. 한쪽쌓 기한쪽깍기비탈면에서는측정한지하수위또는침투해석 을통한지하수위를이용하여해석 쌓기표면에강우침투가발생하는경우에는강우침투를고려 한해석실시 지진관성력은파괴토체의중심에수평방향으로작용시킴 지하수위는실제측정또는침투해석을수행한지하수위 1년미만의단기적인비탈면의안정성 * 도로, 단지, 철도등의포장체가형성되는쌓기비탈면의경우에는필요시에우기시안 전율을검토하고건기시의안전율도만족하도록설계함 * 강도정수를최대강도가아닌잔류강도로해석한경우: 위기준에서 0.1 감소 * 비탈면상하부파괴범위내에가옥, 건물등의고정시설물이있는경우: 위기준에서 0.05 증가 * 비탈면상부파괴범위내에 1,2 종시설물의기초가있는경우 : 별도검토 * 상기조건을중복적용하여 FS < 1.0인경우에는최소안전율 1.0 적용 [ 해설 ] (1) 비탈면안정해석의목표는예상파괴면에서힘또는모멘트의평형을고려하여안전 율을계산하는것이며, 일반적으로안전율은다음과같이정의된다. 안전율 = 저항력작용력 or 저항모멘트작용모멘트 해설식 (4.1) 비탈면의안정해석에서는활동면을따라최대전단강도가발휘한것으로가정하는한계평형상태개념을토대로파괴토체에작용하는하중에대한정역학적인평형을고려하여안전성을해석하는한계평형해석(limit equilibrium analysis) 이가장널리사용되고있다. 최근에는한계평형해석방법외에도연속체에대한유한요소해석등을통하여계산된응력장또는변형장으로부터전단강도감소개념 (SSR, Shear Strength Reduction) 또는최대소성변형율라인을연결하는선에대한응력평형으로부터안전율을계산하는방법을사용하기도한다

123 제 4 장쌓기비탈면설계 (2) 비탈면의기준안전율은비탈면설계에있어서안정성확보와경제성의측면에서매우큰영향을준다. 기준안전율을높이면비탈면의장기적인안정성은확보되지만초기건설비용이증가되고반대로기준안전율을낮추면초기건설비용은낮아질수있지만장기적으로유지관리단계에서불안정해질가능성이높아진다 해석방법의종류 (1) 비탈면안정성해석은다음의방법을이용할수있다 한계평형해석방법 (LEM, Limit Equilibrium Analysis Method) 유한요소해석법 (FEM, Finite Element Analysis Method) 유한차분해석법 (FDM, Finite Difference Analysis Method) (2) 비탈면에서발생하는변위또는지반내의소성화구간과응력상태를정밀하게확인 하고자하는경우에는연속체해석을수행한다. 등 [ 해설 ] (1) 한계평형해석법은근본원리상비탈면안정해석뿐만아니라토압, 지지력등과같은 지반공학적문제를설명 해결하는데근간을이루는방법으로대상지반을하나의토 체로간주하여임의의파괴면에대한힘또는모멘트의평형조건을고려하는개념이 다. 한계평형해석법은굴착에따른비탈면내응력변화및그에수반되는변형거동상 태해석이가능한일반적수치해석방법과는달리변형과관련된지반문제해석에있 어서는적용될수없다는단점이있다. 그러나해석방법의이해가쉽고사용이간편 하다는점과과거많은비탈면안정해석에대한적용사례로부터그신뢰성도입증 된상태이므로비탈면안정해석방법에가장많이사용되고있다. (2) 한계평형해석법에의한비탈면안정해석은여러가지관점에의해분류될수있으나 크게파괴토체를단일토체로보는방법과파괴토체를수개의수직절편으로분할하 는절편법(method of slice) 으로구분할수있으며, 절편법에의한비탈면안정해석법 이많이이용되고있다. 비탈면안정해석에가장널리사용되고있는한계평형해석법 은 Fellenius(1927) 와 Bishop(1955) 이제안한방법들이다

124 4.5 안정해석 (3) 유한요소해석및유한차분해석은지반의변형특성을고려한탄성또는탄소성해석방법으로지반정수산정시많은현장시험및실내시험이필요하며, 해석소요되는시간이긴단점을가지고있다. 하지만최근다양한문제점들에대한해결방법으로서지반내의응력상태와변형상태를해석하고전단강도감소기법의도입으로한계평형해석 과마찬가지로안전율을계산하는방법이제시되는등사용이증가하고있다. 유한요소해석및유한요소해석을이용한비탈면안정해석은한계평형해석과달리지중의변형과응력상태를직접적으로구하게되므로파괴면을임의로가정할필요가없다 안정해석기준 (1) 쌓기비탈면의안정해석은토사비탈면에서발생가능한파괴형태와메커니즘에적합 한해석방법과지반정수를선정하여수행한다. (2) 안정해석에서적용하는가정사항과해석기준은다음과같다 불연속면이없는균질한비탈면의경우원호파괴가발생한다. 암반과의경계가뚜렷한경우는경계면을파괴면으로가정한다. 기존파괴면을따라발생하는활동은잔류강도를적용한다. 4 단기검토인경우는전응력해석을장기검토인경우는유효응력해석을수행한다. [ 해설 ] (1) 해석에서적용하는비탈면의파괴형태는비탈면조사를통하여발생가능한활동형상 을조심스럽게추정하며활동형상에따라해석방법을선택하는것이바람직하다. 일 반적으로불연속면이없는균질한비탈면의경우에는활동면을원호로가정하는것 이무난하다. 무한비탈면은평면형태로활동하지만, 활동길이가비교적짧고깊이가 얕다고추정되는경우에는큰원호의일부로간주하여안정해석을할수있다. (2) 처음발생하는활동인가또는기존에파괴되었던면을따라발생하는활동인가를구분할필요가있는데기존파괴면을따라발생하는활동은반드시잔류강도를적용하여안정해석을수행하여야한다. 설계자에따라서보수적인설계를위하여잔류강도를사용하기도한다

125 제 4 장쌓기비탈면설계 4.6 쌓기비탈면의배수시설 (1) 쌓기토체의파괴및붕괴는강우에의한침투수, 비탈면에서의용수, 표면배수시설 의불량에기인한누수등에의해발생하는경우가많다. 쌓기비탈면의장기적인안 정을도모하기위해서는쌓기토체하부, 내부및표면에지중배수시설과지표수배 수시설을설치하여침투수및용수를적절히배수시킬있도록설계하여야한다. (2) 쌓기비탈면에서고려하는배수시설의종류는표 4.3 와같다. 배수시설의설계와고 려사항은제18 장지표수배수시설, 제19 장지하수배수시설을참조한다. 표 지표수배수시설 1 비탈어깨배수구 2 종배수구 3 소단배수구 4 비탈끝배수구 4.3 쌓기비탈면의배수시설 1 2 지하수배수시설 지하배수구( 맹암거) 수평배수층( 블랭킷) 3 돌망태배수공 [ 해설 ] (1) 쌓기비탈면에서필요한배수시설은해설그림 4.5 와같다. 비탈어깨배수구 소단배수구 토체 비탈끝배수구 (a) 쌓기비탈면배수시설

126 4.6 쌓기비탈면의배수시설 (b) 지형에따른지하배수및필터층 해설그림 4.5 쌓기비탈면의주요배수시설들

127 제 5 장깎기비탈면설계 5.1 적용범위 다. 이장은도로, 철도, 택지등의건설공사에서만들어지는깎기비탈면의설계에적용한 [ 해설 ] 국내지형조건상건설공사를위해서는자연지반을일부깎아서부지를형성하는것이 필수적이다. 특히, 도로와철도는산악지형을지나는경우가많으므로깎기는필수적이며 시공중과유지관리단계에서파괴가발생하는등많은문제를유발하므로조사와안정 해석을실시하여장기적인안정성을확보하는것이필요하다. 깎기비탈면은쌓기비탈면과는달리자연지반을깎아서형성하므로지반조건이매우불 규칙하고다양하게나타나며설계단계의지반조사만으로완벽한설계가어려울수있다. 따라서깎기비탈면의설계는해당비탈면의지반특성과인근지역의비탈면상태그리고 과거의경험적인요소를모두고려하여설계를하여야한다. 5.2 설계일반사항 (1) 깎기비탈면의설계는장 단기적으로비탈면의안정성을확보하고, 장기적인유지 관리가최소가되어야하며형성된비탈면은주변경관과어울리도록한다. (2) 설계시고려해야하는사항은다음과같다 지형조건에따른깎기계획 비탈면안정해석및경사와소단의결정 지하수및지표수의배수계획 장기적인비탈면표면보호방법 유지관리를위한점검시설 6 시공중관리방안

128 제 5 장깎기비탈면설계 5.3 깎기비탈면적용기준 (1) 자연지반은매우복잡하고불균질하며깎기후의비탈면은시간이지남에따라풍 화, 강우침투등으로인하여점차로불안정해지므로깎기비탈면설계시에는장기적 인안정성과지속적인유지관리를감안하여설계하여야한다. (2) 깎기비탈면의경사는지반조사및시험성과, 시추조사시코어회수율(TCR) 과암질지 수(RQD), 불연속면의발달방향과특성, 풍화정도등을고려하여구간별로안정성 분석을실시하고그결과에의해서결정한다. (3) 비탈면에대한정보가부족한경우는제5장 5.4절표준경사및소단기준에제시한 표준경사를적용하고시공단계에서재검토하도록시방서등에명시한다. (4) 깎기비탈면은유사한지반조건에대해서는동일한경사를적용하며, 지반조건의차 이가발생하는부분의경계부에는소단을설치하고각각의지반조건에적합한경사 를적용한다. 지반조건의차이가수직하게나타나는경우는비탈면경사를점진적 으로변화시켜전체적인안정성을도모할수있도록설계한다. 암반부내에서도암 반의특성이급격히변화하는곳에는소단을설치한다. [ 해설 ] (1) 일반적으로깎기비탈면은 20m 를기준으로대규모깎기로구분하며, 20m 이상비탈면 은지층이흙으로된구간과암으로된구간이불균질하게나타나고암반구간도불연 속면을수반하는경우가많기때문에각각의조건에맞는조사를시행하여안정해석 을수행할필요가있다. 또한, 장기적으로불안정해질가능성이상대적으로높기때문 에정기적인유지관리가필요하며, 이를위해서비탈면의주요부위에접근할수있도 록점검로를설치하고, 또한비탈면내에점검로로이용될수있는약 3m 정도폭의 소단을설치하는것이바람직하다. (2) 깎기비탈면에대한조사는한정되어있기때문에지반내의모든정보를정확히알아 내기는불가능하다. 또한, 설계단계에서접근의어려움이나사유지로인하여조사를 수행하지못한경우에는비탈면의경사를설계하기가매우어려울수있다. 이러한 경우에는조사단계에서지질현황및인근의깎기비탈면이나토질상태를참고하고표 준경사를이용하여깎기비탈면의경사를잠정적으로결정하고시공단계에서보완조사

129 5.3 깎기비탈면적용기준 를통하여비탈면경사를결정할수있도록해야한다. (3) 시공단계에서는설계단계의조사결과와차이가많이발생한상황또는설계단계에서고려하지못한상황들이나타나는경우가종종있으므로비탈면을굴착한상태에서깎기면현황도(face map) 를작성하거나보완조사를실시하고문제가능구간이나장기적으로발생가능한문제점을검토하여비탈면경사를재설정하거나부분적인보완을실시해야한다. 설계자는시공단계에서이러한사항들이반영될수있도록시방서에명기하여야한다

130 제 5 장깎기비탈면설계 5.4 표준경사및소단기준 (1) 깎기비탈면에서토사원지반의경사는지반조건에따라서표 5.1과같이표준경사를적용할수있다. 표 5.1 토사원지반깎기비탈면표준경사 사질토 자갈또는암괴섞인사질토 토질조건비탈면높이 (m) 경사비고 모래 밀실한것 밀실하지않고입도분포가나쁨 밀실하고입도분포가좋음 밀실하지않거나입도분포가나쁨 5 이하 1:0.8 1: :1.0 1:1.2 5 이하 1:1.0 1: :1.2 1: 이하 1:0.8 1: :1.0 1: 이하 1:1.0 1: :1.2 1:1.5 점성토 :0.8 1:1.2 암괴또는호박돌섞인점성토 5 이하 1:1.0 1: :1.2 1:1.5 풍화암 - 1:1.0 1:1.2 1:1.5 이상 SW, SP 주) 1. 실트는점성토로간주. 표에표시한토질이외에대해서는별도로고려한다. 2. 위표의경사는소단을포함하지않는단일비탈면의경사이다. SM, SP SM, SC ML,MH,CL,CH GM, GC 시편이형성되지않는암 (2) 연암이상암반비탈면의경사는암반내에발달하는단층및주요불연속면의경사 및방향을이용한평사투영해석을실시하고발생가능한파괴형태에대한안정해석 을실시하여비탈면의경사를결정한다. (3) 깎기비탈면의높이가 10m 이상인비탈면에서는비탈면유지관리를위한점검, 배수 시설의설치공간으로활용하기위하여원칙적으로소단을설치하며, 비탈면중간에 5~20m 높이마다폭은 1~3m 의소단을설치한다. 장비진입등과같은작업공간의 확보가필요한경우에는소단폭을여건에맞게조정할수있다. [ 해설 ] (1) 깎기비탈면의경사는지층의구성상태, 지형조건, 용출수의유무, 토질및암반의공

131 5.4 표준경사및소단기준 학적특성, 비탈면의안정성및경제성, 보강공법의적용여부등을종합적으로검토 하여결정하여야한다. 불안정요인을갖는지반조건의경우에는상세한조사자료를 심도있게분석하여파괴에대한안정해석을실시하고경제성을감안하여적절한대 책공법에대해서도병행하여검토하여야한다. (2) 깎기비탈면중에서암반비탈면은특히불연속면에기인한파괴가빈번하게발생하므로설계에서는불연속면의경사와방향성, 불연속면의특성과지하수및풍화상태등을고려하여평사투영해석과안정해석을수행하여비탈면의경사를결정한다. (3) 불안정요인을갖는지반중에서붕적토지반에서의깎기비탈면은지반이치밀하지 못하고지하수의통로역할을하는경우가많아지속적인문제가발생한다. 안정해석 을통하여경사를결정하는것이원칙이지만, 과거실적을바탕으로안정성이확보되 는경사로서해설표 5.1 의경험적인경사기준을사용할수있다. 해설표 5.1 붕적토층지반의적정깎기비탈면경사 지하수조건 경사 강우시에지하수위가설계에서고려한높이보다낮은경우 1 : 1.2 강우시에지하수위가설계에서고려한높이보다높아질경우 1 : 1.5 평상시지하수위가설계에서고려한높이보다높은경우 1 : :

132 제 5 장깎기비탈면설계 5.5 안정해석 안정해석조건 (1) 깎기비탈면의안정해석은다음조건에해당하는경우에실시한다 비탈면높이가 20m 이상인경우 비탈면경사가표준경사보다급한경우 비탈면지반이붕적토로이루어진경우 암반의풍화가심하고용수가많은경우 붕괴시복구가장시간소요되거나주변인접시설물에중대한인명, 재산상피해 를주는경우 불연속면이비탈면방향으로경사진지질조건의경우 내진안정해석이필요한경우 8 불안정요인을갖는지형 지질조건인경우 9 위조건외에설계자가필요하다고판단하는경우 (2) 설계단계에서깎기비탈면에대한안정해석을정밀하게수행하는것은한계가있다. 따라서시공단계에서추가조사를실시하고깎기작업이어느정도진행된단계에서 전반적으로노출된암질상태와불연속면의상태를조사하여설계를보완할수있도 록시방서에명시하여야한다. [ 해설 ] (1) 설계단계에서는조사결과뿐만아니라비탈면주변의지형적, 수리적, 시설물등의상 황과인근의유사한지반조건에서의비탈면시공사례등을종합적으로검토하여안 정해석을수행하여야한다. (2) 설계단계에서는제한된조사와시험만을수행하므로깎기비탈면에서발생가능한문제점들을모두예측하기는매우어렵다. 실제공사단계에서붕괴가발생하거나유지관리단계에서도문제가발생하는경우를쉽게볼수있는데, 이는설계의문제보다는 근본적인지반의불확실성에기인한다고보는것이바람직하다. 따라서보다근본적인안정성에대한대책은설계뿐만아니라시공중에도실제깎기로노출된비탈면에서불안정요인에대한조사를수행하고안정성검토를실시하여설계를보완, 수

133 5.5 안정해석 정하는것이다. (3) 깎기비탈면에서내진에대한안정해석은비탈면상부또는하부의예상파괴범위내에 시설물의안전관리에관한특별법시행령에규정된 1, 2종시설물이나내진설계를하 도록되어있는주구조물이있는경우에수행한다. 또한, 붕괴시복구가어렵거나시 간이많이소요되는대규모깎기비탈면의경우에도내진안정해석이필요하다. 비탈면 의내진안정해석에관한상세한내용은제24 장비탈면내진설계를참조한다. (4) 제3장 3.5 절불안정요인을갖는지형 지질조사에서나타난지형지질조건에서는 비탈면의붕괴뿐만아니라비탈면상하부의인명및재산에피해를야기할수있으므 로조사결과면밀하게검토하여안정성여부와대책방안을수리할필요가있다. 비탈 면안정성을지배하는지반내적인요인을나누면, 물성( 암질, 토질특성), 지질구조( 불 연속면의방향및공학적인특성), 지하수로나눌수있는데특히, 비탈면안정성은불 연속면의특성에의해좌우되므로이특성을알기위한조사가집중적으로이루어져 야한다. (5) 비탈면표면파괴는실트및사질토지반에서주로집중강우에의해발생되며파괴면 의깊이도대체로 2m 내외인경우가많다. 이것은집중강우시강우가흙으로빨리 침투하여간극수압을상승시키기때문이다. 따라서실트및모래가주를이루는화강 풍화토와같은지반조건에서는강우를고려한안정해석을수행하고비탈면녹화및 배수시설에대한검토를하여야한다. (6) 투수층하부에점토층이나암반층과같은불투수층이접해있고그경계면의경사가비탈면의경사와같은방향일때비탈면붕괴가발생하는경우가많이있다. 이러한경우는안정해석을통하여투수층부분의비탈면경사도를완만하게하고투수층과불투수층사이에적절한배수시설을검토하여야한다. (7) 깎기비탈면은시공후시간의경과에따라흙또는암반의풍화, 식물로인한균열의증가로인하여점차불안정하게되기쉽다. 풍화가진행된깎기비탈면에서는강우시토사가비탈면하부로유실되거나깊게세굴되는등표면에서의문제가발생하기쉬

134 제 5 장깎기비탈면설계 우므로풍화에취약한지반조건인경우에는비탈면의안정해석과함께비탈면표면보 호공법을검토하여야한다. (8) 암반비탈면의안정성은단층, 절리, 층리면등과같은불연속면의공학적인특성에좌 우되므로암반비탈면깎기시불연속면방향성과상태에대한정밀조사를실시하고붕 괴가능성여부를판단하여이에대한적절한비탈면경사설정및부가적인안정대책 을수립하여야한다 파괴형태과원인 (1) 깎기비탈면에서발생하는파괴형태는지반종류, 지층조건과외부적인유발원인에 따라매우다양하며, 지반종류및지층조건에따른전형적인파괴형태는평면파괴, 쐐기파괴, 전도파괴, 원호파괴, 낙석등이있다. 토사와암반의중간상태지반조건에 서는두가지지반조건에서발생하는파괴형태가모두발생하기도하고복합적으로 발생할수도있다. (2) 비탈면주요파괴유발원인은다음과같이매우다양하므로, 비탈면안정해석시에 는조사결과를토대로이러한파괴유발원인을고려하여해석을수행하여야한다 응력조건변화 : 비탈면하부굴착및상부쌓기, 구조물증설등 지하수의증가 : 강우로인한침투, 배수조건변화등 지반상태변화 : 풍화등으로인한비탈면재료의상태변화등 지진동하중 : 발파진동, 지진등으로인한동적하중 [ 해설 ] (1) 파괴형태는지반종류, 지층조건, 파괴유발조건에따라차이를나타낸다. 암반의경우 는암반강도와불연속면의발달방향, 상태( 빈도, 길이, 상태), 단층파쇄대의여부에따 라파괴형태가달라진다. 해설그림 5.1 에는다양한파괴의형태를나타내었다

135 5.5 안정해석 (c) 해설그림 5.1 (d) 깎기비탈면에서의파괴형태 (2) 각각의파괴는지반조건, 파괴형태, 메카니즘의차이가있으므로안정해석시에는지 반조건에따른예상파괴형태를정하고파괴형태에적합한해석방법을수행하는것이

136 제 5 장깎기비탈면설계 필요하다. 원호형태와평면형태가복합적으로발생하는경우와같이여러형태의파괴가복합적으로발생하는경우에는실제파괴형태를고려하여안정해석을할필요가있다 안정해석시고려사항 (1) 비탈면안정해석시지하수조건은지반조사결과를종합적으로판단하여안정성에가장불리한상태가발생하는조건에대해서수행한다. (2) 깎기비탈면안정해석은비탈면내의지하수위와및시공속도에따른장단기적인배수조건을고려하여유효응력해석또는전응력해석을수행한다. (3) 실트및모래질로구성된깎기비탈면은강우를고려한침투해석을실시하고이로부터구한간극수압분포를이용하여안정해석을수행한다. (4) 불연속면에기인한파괴가예상되는경우에는불연속면의전단강도를이용하여안정해석을수행한다. [ 해설 ] (1) 비탈면의안정해석시지하수에대한고려는계절적인지하수위변화등을고려하여 비탈면의안정조건에가장불리한상태를해석에적용하는것이바람직하다. 비탈면 조사결과지하수위가있는경우에는지하수위의흐름여부에따라서지하수위를정수 두(static pressure head) 로또는지하수흐름을고려한간극수압의수두(piezometric head) 로간주하여해석할수있다. (2) 인장균열이발달한암반비탈면에서평면또는쐐기등의파괴에대하여검토하는경 우에지하수위는예상되는인장균열높이의 1/2정도에있는것으로가정하여안정해 석을수행하고, 인장균열이없는것으로가정하는경우에는지표면의 2m 하부에지 하수위를위치시키고지하수위는삼각형형태로분포하는것으로가정한다. (3) 모래및실트질로이루어진토층및풍화암지반조건에서는강우시에표층에서의파괴가많이발생하는데이는지표면에서침투된강우가지하수위를증가시키거나또는불투수층의경계에서또다른지하수위를형성하게되어지표면가까이에서파괴를야기하게된다. 이러한경우를고려하기위해서는토층에대하여강우를고려한

137 5.5 안정해석 침투해석에서구한간극수압분포를실제안정해석에이용하여야한다 안전율기준 (1) 안전율은비탈면내부에가정된파괴면또는실제발생한파괴면에서의전단강도와 전단응력비율, 저항력과작용하중의비율또는저항모멘트와작용모멘트의비율로 계산한다. (2) 기준안전율은안정해석방법과입력변수가내포하는불확실성을감안하여경제성을 확보하면서보수적인설계를유도하고자설정하는값으로서, 장기적인비탈면의안 정성을확보하기위해해석에서적용하는기준안전율은표 5.2 와같다. 구분기준안전율참조 건기 FS > 1.5 지하수가없는것으로해석 우기 FS > 1.2 또는 FS > 1.3 암반비탈면은인장균열의 ½심도까지지하수를위치시키고해 석수행, 토층및풍화암은지표면에지하수를위치시키고해 석수행. (FS=1.2 적용) 강우의침투를고려한해석을실시하는경우(FS=1.3 적용) 위두가지조건중선택적으로 1가지조건을만족시켜야함 지진시 FS > 1.1 지진관성력은파괴토체의중심에수평방향으로작용시킴 지하수위는실제측정또는평상시의지하수위측정 단기 FS > 1.0 기간 1년미만의단기간의안정성검토시 * 강도정수를한계강도가아닌잔류강도로해석한경우: 위기준에서 0.1 감소 * 비탈면상하부파괴범위내에가옥, 건물등의고정시설물이있는경우: 위기준에서 0.05 증가 * 비탈면상부파괴범위내에 1,2 종시설물의기초가있는경우 : 별도검토 * 상기조건을중복적용하여 FS < 1.0인경우에는최소안전율 1.0 적용 [ 해설 ] 제4장 해설참조

138 제 5 장깎기비탈면설계 해석방법의종류 (1) 깎기비탈면은토사부분과암반부분으로구분하고파괴형태, 지반조건및지하수조 건을적절하게모사할수있는해석방법을적용하며비탈면의중요도및필요한 결과에따라해석방법을선택적으로적용한다. (2) 깎기비탈면에서적용하는안정해석방법은다음방법을이용할수있다. 1 2 토사비탈면: 한계평형해석법, 연속체해석( 유한차분법, 유한요소법등) 암반비탈면: SMR 방법, 평사투영해석, 한계평형해석, 연속체해석 불연속체해석( 개별요소법등) (3) 비탈면에서발생하는변위또는지반내의소성화구간과응력상태를정밀하게확인 하고자하는경우에는연속체해석을수행한다. 뚜렷한불연속면구조가발달한암 반비탈면은개별요소법을적용할수있다. [ 해설 ] (1) 제4장 해설참조 (2) 개별요소법은지반을개개의블록으로모델링하며불연속면에서의변위가블록자체의변형보다훨씬큰경우효과적으로적용할수있다. 따라서블록개념에기초한개별요소법은심도가깊지않거나비탈면표면부근의절리가매우발달한불연속체의모델링의경우매우능률적이다 안정해석기준 (1) 깎기비탈면의안정해석은깎기비탈면에서발생가능한파괴형태와메커니즘에적합한해석방법을선정하여수행한다. (2) 토사비탈면안정해석은한계평형해석에근거한안전율에의해판단하는것을기본으로하며중요도가큰비탈면에대해서는유한요소법및유한차분법등의해석기법을적용하여안정성을판단한다. (3) 암반비탈면안정해석은불연속면의경사와방향성, 불연속면의특성으로부터평사투영해석을실시하여파괴가능성과파괴유형을결정하고, 이를바탕으로파괴가능성을가진비탈면에대하여불연속면의특성과지하수조건을고려한한계평

139 5.5 안정해석 형해석으로안정해석을실시한다. 전체적인암질과불연속면방향성을고려한 SMR 분류법을이용하여예비적인안정검토를수행할수있으며, 불연속면에의 해구분되는암반비탈면의변형특성등상세한거동을확인하고자할때는개별 요소법에의한방법을이용할수있다. (4) 안정해석에서적용하는가정사항과해석기준은다음과같다. 1 2 연암이상의암반에서불연속면이뚜렷한경우는평면, 쐐기, 전도형태의파괴에 대하여안정해석을수행한다. 풍화가심하거나절리가발달한경우는주요불연속면에대하여평면, 쐐기, 전 도형태의파괴에대한안정해석을수행하고, 원호형태의파괴에대해서도안정 해석을수행한다. 3 불연속면에의한파괴가예상되는경우는불연속면의전단강도를사용하여안정 4 5 해석을수행한다. 기존파괴면을따라발생하는활동은잔류강도를이용하여안정해석을수행한 다. 원호형태의파괴인경우는암반전체의평균적인전단강도를적용한다. 예상파 괴면이절리가단속적으로연결된경우에는절리면전단강도를사용한다. [ 해설 ] (1) 깎기비탈면에서불연속면에의해발생하는파괴형태는비탈면내에발달한불연속면에 대한조사결과를평사투영해석(stereonet project method) 를통하여결정할수있다. 해설그림 를나타낸것이다. 5.2에는암반에서발생하는파괴형태별평사투영망에서의극점의분포형태 (2) 깎기비탈면에서각각의파괴형태에대한안정해석은한계하중평형(limit force equilibrium) 상태를가정한안전율공식을이용하여쉽게구할수있다. 1 평면파괴에대한안전율평면파괴는층리면과같은지질학적불연속면이비탈면과동일한방향으로, 마찰각보다더큰각도로경사져있을때발생한다. 평면파괴가발생하기위해서는예외가있을수있지만파괴가발생할불연속면의경사방향이비탈면의경사방향과

140 제 5 장깎기비탈면설계 ±20 이내에존재해야하며불연속면의경사각이비탈면의경사각보다는작고마 찰각보다는더커야한다. 해설그림 5.3는한계평형해석에서고려되는비탈면의 일반적인기하학적조건이다. 여기서비탈면의안정성은인장균열이비탈면의상 부면에존재하는경우와비탈면내에존재하는경우로구분하여고려한다

141 5.5 안정해석 해설그림 5.2 암반비탈면의일반적인파괴형태과절리의극점분포(Hoek & Bray, 1981) 해설그림 5.3 평면파괴에대한기하학적조건 비탈면의안전율은활동을유발시키는힘의총합에대한활동에저항하는힘의 총합으로해설식 (5.1) 로계산할수있다. F= ca+(wcosψ p-u-vsinψ p )tanφ Wsinψ p +Vcosψ p 해설식 (5.1)

142 제 5 장깎기비탈면설계 여기서, c : 절리면의점착력, A : 활동면의면적( (H-z)cosec ψ p ) W : 암괴의자중 ψ p ψ f : : 활동면의경사각 비탈면의경사각 U : 파괴면에작용하는수압 V : 인장균열에작용하는수압 φ : 활동면의마찰각 수압에의한작용력 U 와 V 는다음과같다. U= 1 2 γ wz w (H-z) cosecψ p 해설식 (5.2a) V= 1 2 γ wz 2 w 해설식 (5.2b) 여기서, γ w : 물의단위중량(kN/ m3) z w H ψ p : 인장균열 H 의높이 (m) : 비탈면의높이(m) : 활동면의마찰각( ) 2 쐐기파괴에대한안전율 쐐기파괴는두불연속면위에놓여있는쐐기형암반이두불연속면이만나서이 루는교선을따라미끄러져내리는파괴형태를말한다. 쐐기파괴는쐐기를이루 는두불연속면에작용하는수직력뿐만아니라두파괴면의밑면적이고려된마 찰력과점착력, 그리고수압과기타외력의영향에의존하므로매우복잡한양상 을띤다. 미끄러짐이가능하려면교선의경사각이비탈면의경사각보다작고마찰 각보다커야한다. 쐐기를형성시키는두절리면의마찰각이같다고가정하면해 설그림 5.4 에서도시된쐐기의안전율은다음과같이정의된다. F= (R A +R B )tanφ W sinψ i 해설식 (5.3) 여기서, R A, R B : A, B면상의수직반력

143 5.5 안정해석 W : 쐐기를이루는암반의중량 φ : 비탈면의마찰각 ψ i : 교선의경사각 R A, R B 를구하기위해교선에대한수평및수직방향의성분으로나누어표시한 후 R A, R B 를더하고이를해설식(5.3) 에대입하면해설식(5.4) 와같이비탈면의 안전율을구할수있다. F= sinβ sin 1 2 ξ tanφ tanψ i 해설식 (5.4) 여기서, β : 수평면에서쐐기이등분선까지의각 ξ : 쐐기의사이각 β 와 ξ 는해설그림 5.4 에서와같이평사투영망을이용하여구할수있다

144 제 5 장깎기비탈면설계 해설그림 5.4 쐐기파괴의기하학적형상 3 전도파괴해석전도파괴는암석블록들이고정된어떤기준점을중심으로암체가비탈면의앞쪽으로회전하여비탈면붕괴가발생하는것이다. 전도파괴는주로수직절벽이나 불연속면의경사가수직에가까운절리나층리의암반에서볼수있다. 전도파괴 의안전율은암반층에작용하고있다고생각되는마찰각의경사 (tan φ available)

145 5.5 안정해석 를지지력 T 가주어질경우평형상태를유지하는데필요한마찰각의경사(tan φ required) 로나눈값으로정의된다. 4 원호파괴해석암반비탈면에서일반적인파괴형태는불연속면이라는지질요인에좌우되는것이특징이다. 그러나암반의불연속면이여러방향으로발달하여특별히우세한방향성이존재하지않거나심하게풍화가진행된암반의경우에는흙에서와같이원호파괴형태가발생할수있다. 이러한비탈면의안정해석은토사비탈면에서적용하는안정해석방법을적용할수있다

146 제 5 장깎기비탈면설계 5.6 깎기비탈면의배수시설 (1) 깎기비탈면의배수시설은비탈면안정에있어서매우중요한역할을수행하므로깎 기비탈면내부로유입되는표면수를억제시키고, 표면수와지하수는신속하게배수 시키는시설을설치하여표면수및용수를적절히처리할수있도록설계한다. (2) 깎기비탈면에서고려하는배수시설의종류는표 5.2 와같다. 배수시설의설계와고 려사항은제18 장지표수배수시설, 제19 장지하수배수시설을참조한다. 표 5.2 깎기비탈면에설치하는배수시설의종류 지표수배수시설 1 산마루배수구 2 소단배수구 3 종배수구 4 비탈끝배수구 1 수평배수공 2 지하수배수시설 수직배수공( 배수우물) 3 배수터널 [ 해설 ] (1) 일반적으로깎기비탈면에설치하는배수시설의종류는해설그림 5.5 및해설그림 5.6 과같다. 해설그림 5.5 깎기비탈면배수시설

147 5.6 깎기비탈면의배수시설 해설그림 5.6 깎기비탈면에서의배수공법

148 제 5 장깎기비탈면설계 5.7 깎기비탈면의발파설계 발파공사시행전에는반드시시험발파를통하여발파진동추정식을구하고, 시공성과 경제성및인근보안물건의안전성등을종합적으로검토하여적정발파공법을적용해 야한다. [ 해설 ] (1) 현장조사를거쳐보안물건( 가옥, 상가, 축사, APT 등) 에대한허용발파소음 진동 규제기준을정한다. (2) 이격거리는발파원으로부터보안물건까지의사거리를기준으로측정하여적용한다. (3) 설계발파진동추정식 V =160( D W 1/2 ) -1.6 을이용한 거리~ 지발당장약량조견표 를참고하여보안물건에대한발파진동허용기준및이격거리에맞는지발당장약량 을구하고, 이에적합한발파공법을선정한다. (4) 발파공사시행전에는반드시설계에적용된표준발파패턴및공법을기준으로하여 시험발파를시행하여야하며, 그결과에따라현지암반별발파진동추정식(K, n) 을 구하여발파설계를수정 보완하여변경한다. (5) 시험발파적용대상은일반발파, 대발파를제외한암파쇄굴착, 정밀진동제어, 진동제 어( 소규모, 중규모) 를적용하되, 일반발파, 대발파인경우에도보안물건에발파영향을 미친다고판단되는경우에는시험발파를실시할수있다. (6) 시험발파는발파영향권내에보안물건이있는경우에실시하며, 시험발파횟수는실 (7) 시설계단계에서보안물건에발파영향을미치는도로공사연장 4km마다 1회정도를 설계에반영하고, 시공단계에서는현장조건과암반특성등에따라조정할수있다. 발파진동식은시험발파등을통하여결정되는것이나설계단계에서이러한절차수행 에는현실적으로적용하기에무리가있으므로, 효율적인설계추진을위하여진동예 측을위한설계단계에서의진동추정식결정이필요하다. 설계단계에서예비검토를위한추정식은아래와같다. V =160( D W ) 설계발파진동추정식( 설계단계)

149 5.7 깎기비탈면의발파설계 여기서, V : 진동속도 (cm/sec) D : 폭원으로부터이격거리 (m) W : 지발당장약량 (kg/delay)

150 제 5 장깎기비탈면설계 적용공법 TYPE Ⅰ 암파쇄굴착공법 TYPE Ⅱ 정밀진동제어발파 TYPE Ⅲ 진동제어 ( 소규모) TYPE Ⅳ 진동제어 ( 중규모) TYPE Ⅴ 일반발파 진동속도 이격거리 (m) 해설표 5.2 거리-지발당장약량조견표 0.1 cm/sec 0.2 cm/sec 0.3 cm/sec 0.5 cm/sec 1.0 cm/sec 5.0 cm/sec , , , 단위 : kg/delay 적용공법 TYPE Ⅵ 대규모발파 : 암파쇄굴착공법 : 정밀진동 제어발파 : 진동제어발파( 소규모) : 진동제어발파( 중규모) : 일반발파 : 대규모발파 주 1. 위발파공법별적용거리기준및지발당장약량은설계발파진동추정식( 설계단계) V=160(D/W ½ ) -1.6 에의하 여설정한것으로, 발파대상현장의암반특성및관리대상보안물건의특성에따라증 감될수있다. 2. 발파소음의제어는지반진동보다훨씬어려우므로만약, 발파소음에민감한가축사육시설또는요양원, 종 교시설등이근접한경우에는별도적용할수있다. 3. TYPE 별공법설계는상기기준에맞게하되현장여건에따라조정할수있다. 4. 발파진동은보안물건의노후도나상태, 암반상태, 진동주파수등에따라달라지므로, 설계자및발파자는보안물 건상태, 현장조건과관련법규등을검토하여발파진동허용기준치를설정하고이에대한이격거리별지발당장약 량을산정하여야한다

151 제 6 장앵커 6.1 적용범위 이장은비탈면보강을위한앵커의설계에적용한다. [ 해설 ] (1) 이장은비탈면의안정화를위해적용하는앵커공법의설계기준을다루고있다. 대상앵커의형태는비탈면표면에서경사지게천공하고앵커체를삽입한후그라우트를주입하여양생시킨다음비탈면표면에반력부재를설치하고긴장력을가하여설치하는앵커이다. (2) 앵커의종류와형태는매우다양하며, 앵커의해석방법도매우다양하다. 이설계기준 에서이러한다양한내용을모두포함하지않는다. 세부적인설계기법에관한사항은 앵커와관련된전문서적을참고하고, 타기관에서발간된지침, 시방서를준용하여사 용할수있다

152 제 6 장앵커 6.2 재료의특성 긴장재와정착구 (1) 긴장재에사용하는재료는 KS에규정된강선, 강연선및강봉등의고강도강재를 (2) 사용하며, 이외의재료에대해서는공인인증기관에서인증된재료와동등한절차 에의해재질의적합성을인정하여품질이보증된것을사용한다. 정착구는앵커에가하는긴장력을견딜수있는재료를사용하고장기적으로앵커 긴장력을보존해줄수있는구조를가진것을사용한다. (3) 긴장재및정착구는부식에강한재료또는구조를가진것을사용해야한다. [ 해설 ] (1) 앵커에사용하는재료는 KS D 7002 및 KS D 3505에부합하는 PS 강재를사용하는 것이바람직하다. 사용실적이없는재료를사용하고자하는경우는실증실험에의 한확인이가장합리적인방법이며, 사용목적에맞는시험이필요하다. 앵커긴장재 에는매우큰인장력이가해지기때문에자유장부분, 앵커체, 정착부및앵커지압 판에있어서앵커로서의성능이충분히만족되는치수나재질이요구된다. (2) 정착구에는버튼, 쐐기, 너트등의방식이있으며앵커에가하는초기긴장력에파손되 지않고, 앵커를정착한이후로긴장력이소실되지않는구조가필요하다 그라우트 (1) 앵커체를형성하는주입재는시멘트그라우트를사용한다. (2) 그라우트는필요한강도와내구성을갖고긴장재와정착지반과의틈을꽉채울수 있는성질을갖고있어야한다. [ 해설 ] (1) 그라우트는 KS L 5201에규정된보통포틀랜드시멘트또는조강시멘트를사용한 다. (2) 그라우트는앵커정착부의틈을채우고긴장재에가해진하중을주면지반에전달시킴

153 6.2 재료의특성 과동시에부식물질의침입으로부터긴장재를보호하는역할을한다. 따라서그라우 트는필요한강도와내구성을갖고긴장재와정착지반과의틈을채울수있는성질 을갖고있어야한다. 그라우트의강도, 내구성및유동성등은물과시멘트비와관계가있으며보통, 시멘트반죽인경우에물시멘트비(W/C) 가 40~50% 정도인것을사용하고있는데, 이범위에있는것이라면앞의조건을대부분만족시킨다. 또한, 시공성을손상시키 지않는범위라면물시멘트비는작은편이그라우트의품질은높아지기때문에유동 화제나감수제등의혼화재를사용할수있다

154 제 6 장앵커 6.3 설계일반사항 설계목표 (1) 앵커의설계목표는앵커로보강된비탈면이장기적으로파괴에대한안정성을확보 하는것이다. (2) 앵커로보강된비탈면은설계수명기간동안비탈면의변형, 앵커구성요소의파손이 발생하지않아야한다. [ 해설 ] (1) 앵커는매우큰보강력으로파괴면바깥쪽의깊은심도까지시공할수있으므로비교적큰규모의비탈면파괴구간에적용된다. 앵커는매우큰하중을지반내에전달해야하므로앵커를구성하는부재의성능이매우중요하며, 특히지압판은앵커의하중을지표면에서지지하는매우중요한부분이다. 앵커의파손은주로지압판의파손에의해발생하므로전체적인안정성뿐만아니라지압판의설계에도신중을기한다 앵커적용기준 (1) 앵커의간격과길이는앵커로고정되는비탈면의전체적인안정성을고려하여결정 하며, 적절하게분산배치하여지반에고른저항력이발휘되도록설계한다. (2) 앵커를설치하는지반내에구조물, 말뚝, 또는지중시설이있는경우에는이들시설 물의위치를고려하여앵커를배치하여야하며앵커설치로인한영향을고려하여야 한다. (3) 앵커길이의결정에있어서앵커자유장은 4m 이상을확보해야하며파괴면보다 1m 이상더깊게설정하고, 앵커정착장은 3~10m 범위내에서내적안정해석에서 계산된설계인장력을확보하는길이로한다. (4) 앵커정착부는지표면까지최소 5m 이상지반피복두께를확보한다. [ 해설 ] (1) 앵커배치는앵커로보강되는지반의전체적인안정성을확보하도록배치하여야하며, 동일한간격도가능하지만파괴토체의활동양상에따라배치를달리할수있다. 이

155 6.3 설계일반사항 러한앵커배치는보강대상비탈면의상황에따라설계단계에서결정해야한다. (2) 기존에구조물이시공되었던지반은상대적으로원지반보다느슨할수있으므로앵커 자체의영향에대해서도검토해야한다. (3) 앵커체는파괴면보다깊게설치하는것이일반적이며, 따라서앵커자유장은파괴면까 지의길이보다길어야한다. 파괴면의불확실성을고려하고파괴되지않은지반내에 서충분한주면저항력을발휘하기위해서앵커자유장은파괴면보다 설치한다. 1m 정도더깊게 앵커정착장은앵커체주변지반과의마찰저항력이파괴에도달하지않도록충분히 길게확보해야한다. 설계앵커력이작은경우에는앵커정착장을짧게할수있지만 너무짧게하는경우에는지반조건이조금만변화해도극한인발력에큰영향을줄수 있으므로최소한의길이를설정할필요가있다. 반면, 앵커정착장길이를길게하더라 도극한인발력이길이에비례하여증가하는것이아니므로별도의시험을통하여검 증된결과가있지않으면 10m 이상의길이를설계에반영하는것은바람직하지않 다 내진설계여부 (1) 앵커로보강된비탈면의내진설계는보강되지않은비탈면의내진설계여부에따 라결정하며, 제24장 비탈면의내진등급을참고한다. (2) 앵커로보강된비탈면의지진시안정해석은제6장 6.5 지진시안정해석및제24장 비탈면내진설계기준을참조한다. [ 해설 ] (1) 앵커로보강된비탈면의내진설계는비탈면의내진등급에따라내진설계여부를결정한다. I 등급비탈면에서내진에대한안정해석을수행하여안정성이만족되지않고, 이를보완하기위하여앵커로보강하고자하는경우에는앵커로보강된비탈면에대한내진설계를수행하여안정성을만족하도록설계하여야한다. (2) 지진시앵커보강비탈면의안정해석은연구가더필요한분야이지만, 현재단계에서는정적안정해석에서구한파괴토체에지진에의한가속도계수를고려한지진하중을추

156 제 6 장앵커 가로고려하여안정해석을실시하며, 이때앵커의저항력은정적해석에서와동일하게 고려하여안정해석을실시할수있다. 다만, 비탈면의안전율과내적안정검토에대한 안전율은지진시의안전율을적용한다

157 6.4 앵커보강비탈면의설계 6.4 앵커보강비탈면의설계 검토항목 앵커의설계는다음항목을고려한다. 1 앵커보강비탈면의전체적인안정 2 앵커의내적안정성 3 지압판의설계 [ 해설 ] (1) 앵커로보강된비탈면에서발생가능한파괴형태는해설그림 6.1 과같다. 해설그림 6.1 앵커보강비탈면에서의파괴형태 (2) 앵커로보강된비탈면의전체적인안정성은예상되는파괴면에서의앵커의보강효과를고려하여해석하여판단한다. 내적안정성은앵커체의파괴를의미하며앵커긴장재의파단또는정착부의인발파괴로구분한다. 지압판은앵커내의긴장력을비탈면 표면에분포시키는매우중요한역할을담당하고있다. 지압판에는앵커에발생하는긴장력과동일한힘이작용되며전단또는모멘트에의해파괴될수있으므로앵커에가하는긴장력에대하여안전하도록설계해야한다

158 제 6 장앵커 안전율기준 앵커로보강된비탈면의안정해석에적용하는안전율기준은다음과같다. 표 6.1 앵커보강비탈면의안전율 구분검토항목적용안전율 외적 안정 보강비탈면의안정성 쌓기및깎기비탈면에서적용하는안 전율적용 표 6.2 앵커의극한인발력에대한안전율 영구앵커 앵커의종류사용기간극한인발력에대한안전율 일시앵커 평상시 지진시 2년미만 1.5 2년이상 2.5 2년이상 1.5~2.0 표 6.3 앵커의허용인장력 앵커의종류 사용기간 긴장재극한하중 ( T us ) 에 대하여 긴장재항복하중 ( T ys ) 에 대하여 일시앵커 2년미만 0.65 T us 0.80 T ys 영구앵커 평상시 지진시 2년이상 0.60 T us 0.75 T ys 2년이상 0.75 T us 0.90 T ys 앵커의내적안정해석과설계앵커력의결정 (1) 앵커의내적안정해석은다음내적파괴형태를고려한다 앵커긴장재자체의파단 앵커체에서그라우트와주면지반사이의파괴 앵커체에서그라우트와긴장재사이의파괴 (2) 설계앵커력은내적파괴형태를고려하여계산된최소의허용앵커력으로한다. [ 해설 ] (1) 앵커가최종한계상태에서파괴를일으킬때발생하는앵커력을극한앵커력이라고한

159 6.4 앵커보강비탈면의설계 다. 앵커의파괴상태는해설그림 6.2 에서나타낸것처럼 1 긴장재자체의파괴, 앵커체가지반에서뽑히는파괴, 3 긴장재가앵커체에서뽑히는파괴로구분할수 있으며, 앵커에긴장력이가해지면이러한세가지파괴모드중에서가장약한부분 에서파괴가먼저발생하게된다. 저항력을상실한앵커는더이상외력을지지하지못하며, 가해지는외력은주변 앵커에전가되어주변앵커의긴장력을증가시키게되므로전체적으로안정성은감 소하게된다. 설계앵커력은앵커의내적파괴가발생하지않도록하기위하여세가지 파괴모드로계산된허용앵커력에서최소값을설계앵커력으로사용한다. 2 해설그림 6.2 앵커의내적파괴모드 (2) 앵커의내적파괴형태에따른검토는다음과같다. 1 앵커긴장재자체의파단 앵커긴장재의파단은긴장재가파괴되는지를검토하는것이며, 긴장재의극한인 장력 ( T us ) 에안전율을고려한긴장재의허용인장력( T as ) 과긴장력을비교한다. 긴 장재의극한인장력은 KS규격을참조하거나또는공인인증기관의시험성적서로 확인한다

160 제 6 장앵커 T as = T us FS 여기서, T as T us P P 해설식 (6.1) : : : 긴장재의허용인장력 긴장재의극한인장력 긴장력 2 앵커정착부에서그라우트와주면지반사이의파괴 앵커정착부에서그라우트와지반사이의인발파괴에대한검토에서는주면마찰저 항력에의해발휘되는인발저항력과앵커긴장력을비교검토한다. T ag = T ug FS 여기서, T ag T ug P P 해설식 (6.2) : : : 그라우트와지반사이에서발휘되는허용인발저항력 그라우트와지반사이에서발휘되는극한인발저항력 긴장력 극한인발저항력은앵커정착장와앵커천공직경그리고그라우트와지반사이의단 위극한주면마찰저항력을이용하여계산한다. T ug = τ u π D l e 해설식 (6.3) 여기서, τ u : 단위극한주면마찰저항력 D : 앵커의천공직경 l e : 앵커정착장 지반과그라우트사이의단위극한주면마찰저항력은해설표 6.1에나타낸앵커의 극한주면마찰저항력값이나실제인발시험에서측정한값을사용할수있다

161 6.4 앵커보강비탈면의설계 해설표 6.1 앵커의극한주면마찰저항 지반의종류극한주면마찰저항 ( τ u, kn/ m2) 암반 경암연암풍화암파쇄대 1500 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 250 모래자갈 N값 ~ ~ ~ ~ ~ 220 모래 N값 ~ ~ ~ 400 점성토 1.0c (c 는점착력) 해설표 6.1에제시된극한단위주면마찰저항력은 1975년이전일본에서사용하던 그라우트가압주입방식의앵커체에대한시험결과들을토대로제시된것이다. 여 기에서는가압주입에의한확공을고려하지않고천공직경만을고려하여계산한 값으로서원래지반에서발휘되는주면마찰저항력값을과대평가하게되어불안 전측의결과를야기할수있다. 이설계기준에서는이러한점을감안하여극한주 면마찰저항력에안전율 3.0 을적용하여허용인발저항력을계산하도록하였다. 향 후에국내에서도앵커를완전히파괴시키는인발시험에대한자료가축적되면해 설표 6.1 을점진적으로수정해나갈수있을것이다. 3 긴장재와그라우트사이의파괴 긴장재와그라우트사이의파괴에대한검토는허용부착응력에의해발휘되는구 속저항력을앵커긴장력과비교하여검토한다. T ab = c b U l e P 해설식 (6.4) 여기서,

162 제 6 장앵커 T ab : 긴장재와그라우트와부착력 c b : U : 긴장재와그라우트사이의부착응력 긴장재의원주면길이 긴장재와그라우트와의허용부착응력은철근콘크리트의허용부착응력을준용 하고있는예가많으며, 해설표 6.2 에제시된값을사용할수있다. 또한, 실제시 험데이터를근거로한값으로서는해설표 6.3 의값을사용할수있다. 해설표 6.2 철근콘크리트의허용부착응력(kN/ m2) 긴장재종류 일시앵커 영구앵커 그라우트설계압축강도 PS 강선 PS 강연선 이형 이상 PS 강봉 PS 강선 PS 강연선 이형 PS 강봉 해설표 6.3 시험으로측정된허용부착응력(kN/ m2) 긴장재의종류 일시앵커 영구앵커 그라우트의압축강도 ( σ 28 ) 그라우트의압축강도 ( σ 28 ) 이상 이상 이상 미만 미만 이상 PS 강선, PS 강봉 PS 강연선 이형 PS 강봉 (3) 설계앵커력은허용앵커력을사용한다. 허용앵커력은허용인발력, 허용인장력, 허용부 착력중에서최소값을사용한다

163 6.4 앵커보강비탈면의설계 앵커보강비탈면의안정해석 (1) (2) (3) 앵커보강비탈면의안정해석은비탈면의파괴형태에따라파괴면에서의앵커보강에의한저항력을고려하여실시한다. 파괴면에서앵커의저항력은내적안정해석에서계산한허용인장력과허용인발력중작은값으로하며, 앵커의전단저항력은고려하지않는다. 안정해석은앵커로보강된구간의내부와외부로발생하는모든형태의파괴형태에대하여안정하도록앵커의길이와간격을조절하면서반복적으로수행한다. [ 해설 ] 비탈면을앵커로보강하는경우는앵커보강비탈면의전체에대한안정해석을수행한다. 해석은제4장쌓기비탈면설계와제5장깎기비탈면설계에서제시한방법에앵커의저항력을고려하여수행한다( 해설그림 6.3 참조). 해설그림 6.3 앵커보강비탈면의해석방법

164 제 6 장앵커 초기긴장력의설정 (1) 앵커에가하는초기긴장력은보강하고자하는지반의특성과전체적인안정성을고 려하여결정한다. (2) 초기긴장력의결정시고려해야하는사항은앵커의저항개념, 긴장재정착직후의 긴장력감소, 정착지반의크리프, 긴장재의릴랙세이션등이있다. [ 해설 ] (1) 초기긴장력은앵커를정착시키고자할때긴장재에가하는최대인장력으로서정착완료직후에긴장재에작용하는인장력은정착시긴장력이라고도한다. 긴장재에가하는긴장력은앵커사용중에긴장재에발휘되는긴장력이허용앵커력을초과하지않도록가하여야한다. 긴장재에남아있는긴장력은지반의크리프영향으로인하여시간이경과함에따라감소할수있으며, 때로는지반의변형으로인하여증가하기도하므로초기긴장력은이러한여러가지증감요인을감안하여결정할필요가있다. (2) 앵커의초기긴장력을결정할때고려할사항들은 1 앵커의저항개념, 2 긴장재정착직후의긴장력감소, 3 정착지반의크리프, 4 긴장재의릴렉세이션등이있다. 1 앵커의저항개념앵커의저항개념은초기에변형을억지시키기위하여큰초기긴장력을도입하는경우와, 장기적인비탈면의변형을고려하여초기에는긴장력을작게도입하고시간이지나면서앵커의저항력을증가시키는방법으로설계할수있다. 2 정착시긴장력저하잭으로초기긴장력을도입할때, 긴장재를정착구에고정시키는동안긴장재가정착되면서미끄러져끌려들어가면서긴장력이저하된다. 따라서정착하는공법고 유의세트량을사전에고려해서초기긴장력을결정하여야하며, 정착완료후에긴장재에작용하고있는긴장력이잔존긴장력의최대값이된다. 3 지반의크리프

165 6.4 앵커보강비탈면의설계 지반의크리프는앵커로보강된전체지반의크리프와앵커정착체주면지반에서 의크리프가있다. 지반의크리프를저감하는방법은초기긴장력을긴장재의항복 인장강도의 90% 정도를가하거나또는설계앵커력의 1.2~1.3배의긴장력을일정 기간동안가한후에최종적으로정착시키는방법이있다. 중요구조물에영구앵커 를사용하고자하는경우에는장기인장시험을실시하여지반의크리프영향을확 인하는방법도있다. 4 긴장재의릴렉세이션 긴장재는장기적으로하중이가해져있으면자체적인변형으로인하여긴장재내 부의긴장력이감소하는현상이발생하며이를릴렉세이션이라고한다. 이는긴장 재재료에따른고유값으로서긴장재에대한장기적인시험을통해서결정한다. 일반적으로사용하는릴렉세이션값은 PS 강선은 5%, PS 강봉은 3% 를적용한다 지압판설계 (1) 지압판은앵커의긴장력이비탈면표면의지반에고르게전달되도록앵커두부에설 치하는구조물로서비탈면표면과밀착되어야하며, 긴장력을충분히견딜수있도 록설계하여야한다. (2) 지압판은콘크리트뿜어붙이기, 현장타설콘크리트, 프리캐스트콘크리트, 강판등을 사용할수있다. [ 해설 ] (1) 지압판의설계에서주요검토항목은다음과같다. 1 설치면적 : 앵커긴장력이작용해도과대한침하또는변형이발생하지않도록, 지 반반력에대해충분한설치면적을갖도록설계한다. 2 긴장재손상 : 앵커긴장력이작용하면지압판이아래쪽혹은옆방향으로미끄러져긴장재가휘거나긴장재에전단응력이발생할수있으므로앵커설치방향과지압판의설치각도는수직을유지하거나미끄러지지않도록설계하여야한다

166 제 6 장앵커 3 지압판의파손 : 앵커긴장력이작용하면비탈면표면이고르지않아지압판에국부적인집중하중이발생하여지압판의파손이발생할수있으므로설계에서는이를고려하여야한다. 4 지압판의구조 : 큰앵커력이집중하중으로작용시에도충분히안전하게견딜수있는구조및재질을선택한다. (2) 지압판의설계는지압판을단순보또는탄성지반상의보로가정하여구조해석을실시하여부재를설계한다. 일반적으로사용하는지압판의종류는다음과같은것들이있다. 1 격자블록 ( 가) 현장타설콘크리트격자블록 ( 나) 뿜어붙이기격자블록 2 판구조 ( 가) 독립지압판 ( 나) 연속지압판

167 6.5 지진시안정해석 6.5 지진시안정해석 (1) 지진시앵커보강비탈면의안정해석에서는내적안정과외적안정성을검토한다. (2) 앵커보강비탈면의지진시안정해석에서고려하는지진하중은파괴토체의자중과 지진계수 ( A m ) 를곱한등가지진력으로고려하며, 파괴토체의중심에횡방향으로 작용시킨다. (3) 지진에의한지진계수는제24장 24.4 설계지반운동의결정에서제시하는지반가속 도계수(A) 를이용한다. [ 해설 ] (1) 지진시앵커보강비탈면의내적안정검토는지진관성력을고려한안정해석에서지진시안전율이확보되는앵커보강력을결정하고, 이앵커보강력에대한정착길이를결정하기위해수행한다. 이때내적안정검토에서극한인발저항력과허용인장력에적용하는안전율은지진시의안전율을적용한다. (2) 앵커보강비탈면의안정해석은한계평형해석으로수행하는것을기본으로하며, 더 엄밀한해석은타문헌이나관련분야연구결과를참조하여수행한다. 지진시앵커보 강비탈면의한계평형해석에서는해설그림 6.4와같이정적상태의하중과지진에의 한관성력, 그리고앵커보강에의한저항력을고려하여안정해석을실시하고안전율 을계산한다. 해설그림 6.4 앵커보강비탈면의지진하중고려방법

168 제 7 장네일 7.1 적용범위 이장은비탈면보강을위한네일과전면벽체의설계에적용한다. [ 해설 ] (1) 비탈면의안정성을증가시키기위해적용하는네일의형태는지반을천공하고금속재료등의보강재를삽입한후시멘트그라우트를넣어형성한다. 네일을보강한후비탈면표면에는콘크리트뿜어붙이기전면벽체, 녹화등의표면을보호하는공법과조합하여실시할수있다. (2) 네일의종류와형태는매우다양하며, 이에따른세부적인해석방법에있어서도차이 나는경우가있다. 이기준에서이러한다양한내용을모두포함하지않는다. 세부적 인설계기법에관한사항은네일과관련된전문서적을참고하고, 타기관에서발간된 모든지침, 시방서를준용하여사용할수있다

169 제 7 장네일 7.2 재료의특성 네일및정착판 (1) 네일재료는 KS 에규정된이형봉강및강봉등의고강도강재를사용하며, 이외의재 료에대해서는공인인증시험기관에서시험하여인증된재료와동등한절차에의해 재질의적합성을인정하여품질이보증된것을사용한다. (2) 네일재료는부식에강한재료또는구조를가진것을사용해야한다. (3) 설계에서적용하는네일의설계인장강도는부식에의한단면감소등을고려한장기 허용인장강도를사용한다. (4) 정착판은네일에발생하는하중을장기적으로견딜수있는재료를사용한다. [ 해설 ] (1) 네일에사용하는이형봉강은 KS D 3504 ( 철근콘크리트용봉강) 7002 및 KS D 3505 에부합하는 PS 강재를사용하는것이바람직하다. KS규격이없거나사용실적이 없는재료를사용하고자하는경우는실증시험에의한확인이가장합리적인방법이 며, 사용목적에맞는시험이필요하다. (2) 금속보강재의경우는아연도금, 에폭시피복등으로방청처리를해야하며내구연한에따른부식두께를제외한나머지두께에대해서장기인장강도를평가한다. 장기인장강도는다음과같이계산한다. T l =A s f y 해설식 (7.1) 여기서 T : l 장기인장강도 (kn) A s f y : 장기부식두께를고려한보강재의단면적( m2) : 보강재의항복강도(kPa) (3) 금속보강재의주된부식요인은전기화학적(electro-chemical) 부식이며, 합성섬유보강 재인경우는가수분해(hydrolysis) 와산화반응(oxidation) 에의한부식도발생할수있 다. 보강재의부식속도는지반내의전기화학적환경, 재료종류, 온도, 보강재내부의 응력상태에따라다르다

170 7.2 재료의특성 정확한수명을예측하기위해서는기본적으로지반의부식성정도(corrosivity) 를평가하고어느정도의부식보호방법이필요한지를사전에결정하는것이필요할때가있다. 철재보강재인경우에설계수명기간동안내구성을확보하기위한방법은다양하며다음과같은방법들이사용된다. 1 허용부식두께 합성수지표면피복이나피복층을두지않는경우에는장기적인내구성을확보하는 방안은부식을고려하여보강재의단면크기를크게하는것이다. 부식으로인해 예상되는두께감소는과거에시공된네일이나, 쉬트파일, 강관말뚝, 매설강재구조 물등에대한조사자료로부터얻을수있으며, 구조물기초에서사용하는강관말 뚝은부식두께 2 mm를적용하고있다. 하지만이런설계방법은보강재의단면이작거나또는탄소성분이높은강재에 대해서는권장되지않으며, 발생하는단면감소가초기단면의 1/2을초과하지않는 경우에만사용한다. 2 표면피복 보강재의표면에도금(galvanizing) 또는에폭시피복(epoxy coating) 을사용하여 부식에대한저항성능을키울수있다. 보호가능기간은피복두께와품질에좌우된 다. 피복방식보다는도금방식이손상에대해서도스스로치유되므로장기적인내 구성이우수하다. 에폭시피복은설계에서아연도금과동등한성능을가지는것으로간주하며, 통 상구조물의수명이상의수명을가지기도한다. 에폭시피복네일을취급할때는 피복이손상되지않도록주의해야한다. 3 그라우트피복 시멘트그라우트의알칼리성(alkalinity of hydrated cement grout) 에의한부식방 지는알칼리성이높게유지되면(pH=9.5~13.5) 부식방지가된다고간주하며, 최대 0.1 mm미만의균열에대해서는자가치유가가능하다. 따라서시멘트그라우트는 그라우트내의균열이 0.1 mm미만발생하면불투수보호층(impermeable protective encapsulation) 층으로간주한다. 이러한효과는그라우트가철근을 25mm이상피복

171 제 7 장네일 해야확보된다. 4 불투수관 (impermeable duct) 불투수관은지하수또는부식성물질이그라우트균열부로침투하여금속보강재를부식시키는것을방지하기위하여그라우트와함께사용되기도한다. 매우부 식성이높은지반에서불투수관은보강재의부식방지를위해매우효과적이다. 불투수관의성능은시공중또는그라우팅중에관의밀봉성을어느정도유지하는가에따르며, 불투수관으로둘러쌓인네일을취급할때는밀봉성을유지하도록특히주의해야한다. (2) 정착판면적은 mm정도의규격이적당하며, 두께는통상 6 mm정도가적당하나, 팽창성지반의경우는 9 mm정도의두께로한다 그라우트 (1) 네일주입재는시멘트그라우트를사용한다. (2) 그라우트는필요한강도와내구성을갖고네일과천공지반사이의틈을꽉채울수 있는성질을갖고있어야한다. [ 해설 ] (1) 그라우트는 KS L 5201 에규정된보통포틀랜드시멘트또는조강시멘트를사용한다. (2) 그라우트는네일에발생하는하중을주면지반에전달시킴과동시에부식물질의침입 으로부터네일을보호하는역할을하며, 필요한강도와내구성을갖고네일과지반 사이의틈이꽉채울수있는성질을갖고있어야한다. 그라우트는 28일강도가약 21MPa 정도확보되도록배합설계하며물시멘트비 (W/C) 가 40~50% 가범위가되도록한다. 조기에강도를확보하고네일과지반사이 의틈을꽉채우기위해급결재및팽창재를사용하기도한다. 앞의물시멘트비범위 는일반적인그라우트재료의요구조건을만족시키지만시공성을손상시키지않는 범위라면물시멘트비를작게할수록그라우트의품질이높아지므로유동화제나감수 제등의혼화재를사용할수있다

172 7.3 설계일반사항 7.3 설계일반사항 설계목표 (1) 네일의설계목표는네일로보강된비탈면의장기적인파괴에대한안정성을확보하 는것이다. (2) 네일로보강된비탈면은설계수명기간동안보강된비탈면의변형과파괴, 네일구성 요소의파손이발생하지않아야한다 네일적용기준 (1) 네일의간격과길이는네일로보강되는비탈면의전체적인안정성을고려하여결정 하며, 적절하게분산배치하여지반에고른저항력이발휘되도록설계한다. (2) 다음과같은지반조건에서는가급적네일공법을적용하지않는것이권장되며, 적용 (3) 시에는각각의적용제한조건에대한보완방안을고려한후에적용하는것이바람직 하다. 1 1~2m 의연직굴착에서자립되지않는지반조건: 순수한모래, 자갈 2 3 함수비가높고굴착면에서용수가발생하는지반: 수평배수공, 벽체배면의토목 섬유연직배수재, 배수구멍을설치 연약한점성토지반 : 그리우트와의주면마찰저항력부족및크립발생 4 예민비(sensitivity) 가큰지반이나팽창성지반조건 네일의설치길이는제한이없지만현장용접이나이음재를이용하여연결되는부분 이최소가되도록한다. 또한네일의설치간격을너무넓게설계하지않아야하며 시공성을고려하여설치각도를결정한다. [ 해설 ] (1) 네일배치는네일로보강되는지반의전체적인안정성을확보하도록동일한간격으로배치하거나또는파괴토체의활동양상에따라배치를달리할수있다. (2) 네일보강재는운반을고려하여약 12m 로공장에서생산하며, 이보다긴길이의네일

173 제 7 장네일 을위해서는주문생산을하거나또는현장에서이음을하게된다. 이음방식은이음재 (splice) 를이용한방식을이용하는데원래보강재의인장및전단, 휨강도를발휘하는지는시험하여야하며가급적현장이음이발생하지않도록보강재의길이를결정해야한다. (3) 네일의설치간격은제한이없지만, 네일사이지반의파괴를방지할수있도록설치 간격이약 3.5m 보다좁게하여야한다. 일반적으로파괴토체는하향으로이동하므로 변위억제를위해서는파괴토체의반대방향으로보강하는것이가장효과적이며, 상 향으로보강하는것이이론적으로는보강재의인장능력을최대한발휘하게된다. 하 지만, 실제상향보강은보강재의길이가길어지고정착부가지표에가깝게있게되는 부정적인요소도존재하며, 시공에서그라우트주입이어려운점이있다. 보강재의길 이와정작부의위치그리고시공성을고려하면보강재의길이를줄이면서적절한보 강효과가확보되는설치각도는수평면에서약 5~20 하향각도가가장권장된다 내진설계여부 (1) 네일보강비탈면의내진설계는보강되지않은비탈면의내진설계여부에따라결 정하며, 제24장 비탈면의내진등급을참고한다. (2) 네일보강비탈면의지진시안정해석은제7장 7.6 지진시안정해석및제24장비탈 면내진설계기준을참조한다. [ 해설 ] (1) 네일보강비탈면의내진설계는비탈면의내진등급에따라내진설계여부를결정한다. 예를들어, I등급비탈면에서내진에대한안정해석을수행하여안정성이만족되지 않는경우이에대한대책으로서네일보강을하는경우에는네일보강비탈면에대한 내진설계를수행하여안정성을만족하도록설계하여야한다. (2) 지진시네일보강비탈면의성능은비교적안정적인것으로보고되고있는데, 1989년 10월미국캘리포니아에서발생한진도 7.1의 Loma Prieta지진후에관찰된바에의 하면최대 0.47g의수평지진가속도를경험한네일보강비탈면에서도아무런변형징 후가관찰되지않았으며, 모형시험에서도 0.45g의매우큰지진가속도를가해야벽체

174 7.3 설계일반사항 상단에서의변위가발생하는것으로나타났다. FHWA에서는네일보강비탈면은지진 성능이우수하며설계시에는큰지진( 최대지반가속도계수 0.25g 이상) 에대해서안정 해석을수행하는것을권장하고있다. 하지만, 지진시네일보강비탈면의성능에대 해서는더욱많은관찰과연구가필요하며, 본설계기준은정적해석에서구한파괴토 체에지진계수를곱한지진하중을작용시켜네일보강비탈면의안정해석을실시하는 것으로제시한다

175 제 7 장네일 7.4 네일보강비탈면의설계 검토항목 네일의안정해석은다음항목을고려하여실시해야한다. 1 네일보강비탈면의전체적인안정 2 네일의인발저항력 3 그라우트와긴장재사이의부착력 4 전면벽체의설계 [ 해설 ] (1) 네일보강비탈면의안정해석은네일보강체에서발생가능한파괴형태에대하여검토 하며, 일반적으로네일보강비탈면에서발생하는파괴형태는해설그림 7.1 과같다 보강구간밖에서파괴가발생하는외적파괴거동 보강구간내에서발생하는내적파괴거동 위두가지가혼합된형태의파괴거동 해설그림 7.1 네일파괴형태(CLOUTERRE, 1991)

176 7.4 네일보강비탈면의설계 (2) 보강토체내에서발생하는내적파괴는파괴면바깥쪽에근입되는네일의인발파괴또 는네일자체의파괴에의해서발생하므로이에대한검토도필요하다 안전율기준 네일로보강된비탈면의안정해석에적용하는안전율기준은다음과같다. 표 7.1 네일보강비탈면의안전율 구분검토항목안전율 외적안정내적안정 보강비탈면의안정성 네일의인장및전단 네일의극한인발력 쌓기및깎기비탈면에서적용하는 안전율적용 평상시 2.0 지진시 1.5 평상시 3.0 지진시 네일의내적안정해석 (1) 네일의내적안정해석은다음내적파괴형태를고려한다. 1 2 네일재료자체의파단 파괴면바깥쪽의저항영역에근입된네일의인발파괴 (2) 네일의내적안정해석에서는각각의내적파괴모드에대하여저항력을구하고이값 중에서최소값을최대인발저항력으로한다. (3) 네일의전단저항력을고려하는경우에는최대인발저항력이발휘될때네일내부에 발휘되는전단력을최대전단력으로한다. [ 해설 ] (1) 네일의내적안정해석은보강비탈면내부의네일에작용하는인장하중에대하여파괴 가능한모드를검토한다. 파괴면바깥쪽에근입되는부분에서발휘되는허용인발저항 력은해설식 (7.2) 와 (7.3) 을이용한극한인발저항력에안전율을적용하여계산한다

177 제 7 장네일 보강재의허용인장강도는장기인장강도에안전율을고려하여해설식 (7.4) 를이용하여 계산한다. 네일보강토체의안정해석에서파괴면에서발휘되는보강재의설계저항력 은이렇게계산된값중에서최소값 ( T min ) 을적용한다. T ug = π D L e τ u 해설식 (7.2) T uf = π d L e τ f 해설식 (7.3) T la = T l FS 여기서 T ug : 지반과그라우트사이의극한인발저항력(kN) 해설식 (7.4) T ug : 보강재와그라우트사이의극한인발저항력(kN) D d L e τ u τ f : 천공직경(m) : 보강재의유효직경(m) : 마찰저항력을발휘하는보강재의길이(m) : 지반과그라우트사이의단위주면마찰저항력(kN/m 2 ) : 보강재와그라우트사이의단위주면마찰저항력(kN/m 2 ) 내적안정해석결과는보강비탈면에대한안정해석에서보강재에의해발휘되는저항력 으로파기쐐기에작용시킨다. 일반적으로한계평형해석을이용하여안정해석을수행 하면각각의네일에서발생하는저항력을입력하여야하며, 이로부터파괴쐐기의평 형조건을고려하여안전율을계산한다. (2) 인발저항력은그라우트- 지반사이에서발휘되는극한주면마찰저항력( τ u ) 에의존하며, 그라우트의물시멘트비, 시공방법, 지반종류에따라매우차이가많이난다. 네일의 주면마찰저항력은네일의설계에있어서가장변화의범위가크고상황에따라서차 이가많이발생하는항목이므로이부분에대한안전율을좀더크게줄수밖에없 다. 림 지반조건에따른극한단위주면마찰저항력의값은해설표 7.1과해설그림 7.2, 해설그 7.3 을참고하거나실제인발시험에서측정한값을사용할수있다

178 7.4 네일보강비탈면의설계 해설표 7.1 시공방법및지반종류에따른극한단위주면마찰저항력 극한단위주면마찰저항력 (kn/ m2 ) 시공방법 지반종류 네일 영구앵커 (Elias and Juran, 1988) (Cheney, 1984) 로터리천공 (Rotary drilled) 실트질모래실트풍화잔류토 100 ~ ~ ~ ~ 440 모래 ~ 630 타입식 (Driven casing) 조밀한모래자갈 Dense moraine 모래질붕적층 ~ ~ ~ 980 점토질붕적층 50 ~ 100 고압그라우트 (Jet grouted) 세립질모래모래모래자갈 ~ ~ ~ 560 연약한점토 20 ~ 30 오거굴착 (Augered) 굳은점토점토질실트모래질점토 40 ~ ~ ~ ~ 실트질모래 20 ~

179 제 7 장네일 해설그림 7.2 한계압에따른네일의단위주면마찰저항력

180 7.4 네일보강비탈면의설계 네일의시공방법에따른극한단위주면마찰저항력 ( q us,mpa) 구 분 중력식그라우팅네일 (Gravity Grouting) 저압그라우팅네일 (Low pressure Grouting) 타입식네일 (Driving) 사질토 (Sand) S1 S3 자갈질 (Gravel) G1 G2 G3 실트/ 점토 (Clay/Silt) A1 이회토, 쵸크 풍화, 파쇄가심한쵸크 풍화암 (Weathered Rock) M1 R1 해설그림 7.3 지반조건별한계압에따른단위주면마찰저항력 (Clouterre, 1991)

181 제 7 장네일 (3) 네일에발생하는인장력과전단력은트레스카파괴기준을고려하여네일에발생하는 응력에대해 Mohr 원의해석에서다음과같이인장력과전단력의타원체로표현된다. ( T R n ) 2 +( V R c ) 2 1 해설식 (7.5) 여기서, T : 파괴면에서네일에발생하는인장력 V : 파괴면에서네일에발생하는전단력 R n R c : 네일의인장강도 : 네일의전단강도 (= R n /2) 여기에최대일의원리를적용하면해설그림 7.4에서와같이네일에발휘되는저항 력( 인장력과전단력의합력) 의벡터방향( OP) 을구할수있으며트레스카파괴기준인 타원체와만나는위치가파괴면에서발휘되는전단력과인장력이된다. 이때전단력 과인장력은해설식 (7.6) 과해설식 (7.7) 을이용하여계산할수있다. 해설그림 7.4 파괴면에서네일에의한전단력과인장력의계산

182 7.4 네일보강비탈면의설계 V f = T min /2 1+4tan 2 ( π 2 -α) 해설식 (7.6) T f =4V f tan( π 2 -α) 해설식 (7.7) 여기서, T min V f T f V α : 네일인발저항력과네일인장강도중작은값 : 파괴시네일에발생하는전단력 : 파괴시네일에발생하는인장력 : 파괴면에서네일에발생하는전단력 : 파괴면과네일사이의각도 파괴면에서각네일에발생하는인장력과전단력은각각네일의설치방향과네일 의직각방향으로발휘되고있으므로, 이합력을다시파괴면의방향과파괴면에직각 방향분력으로나누어네일위치에서의힘의평형계산에이용한다. 해설그림 7.5는 절편법을이용하여비탈면의안정계산을수행할때 i번째절편에설치된네일에서발 휘되는네일의인장력 ( T n ) 과전단력( T c ) 의합력을다시파괴면에수직인힘( N ) i 과 파괴면에나란한힘 ( T ) i 으로나누어발휘시키는것을나타내었다. 해설그림 7.5 파괴면에서의힘의재분배

183 제 7 장네일 네일보강비탈면의안정해석 (1) 네일보강비탈면의안정해석방법은파괴면에서의네일에의한저항력을고려하여안 정해석을실시한다. (2) 네일로보강된비탈면에서발생하는파괴면의형태는원호, 이중쐐기, 단일쐐기등으 (3) (4) 로가정할수있으며, 지반조건및하중조건에따른예상파괴형태를신중히고려하 여해석에서사용하는파괴면의형태를결정한다. 기존파괴된비탈면인경우는실 제파괴형태와범위를고려하여결정한다. 파괴면에서의보강재의저항력은내적안정해석에서계산한인장력과인발저항력의 최소값으로하며, 정확한해석을위해서는보강재의전단저항력도고려할수있다. 안정해석은네일로보강된구간의내부와외부로발생하는모든형태의파괴형태에 대하여안정하도록네일의길이와간격을조절하면서반복적으로수행한다. [ 해설 ] (1) 안정해석은파괴시보강토체의평형조건을검토하는한계평형해석방법을사용한다. 한계평형해석법은가상의파괴면으로정의되는영역에대하여힘또는모멘트의평형 조건을적용하여파괴여부를안전율로제시한다. 하지만, 네일보강비탈면에서한계평 형해석을적용하는경우에는각각의네일에하중이어떻게분포하는지를규명하기어 렵다. 벽체의변형을최소화시킬수있도록네일을최적으로배치하거나순차적으로 천천히파괴되도록네일을배치하는방법은한계평형해석으로고려하기가불가능하 며, 유한요소해석방법등연속체에대하여응력과변형을동시에산정하는방법이필 요하다. (2) 네일로보강된비탈면에서는지반조건, 하중조건, 네일의배치형태에따라서다양한 형태의파괴가능성이있다. 파괴면의결정은실제네일로보강된비탈면에서네일내 부의응력을계측하여각각의네일에발생하는최대응력선을연결하는방식으로결정 할수있으며, 이렇게결정된예상파괴형태는매우불규칙하게나타난다. 이러한파 괴형태를단순화시킨방법으로서원호, 이중쐐기, 단일쐐기등의파괴형태를가정하여 해석한다. 1 원호파괴

184 7.4 네일보강비탈면의설계 원호활동면에의한안정해석법은일반적으로가장고전적인안정해석방법이며 해설그림 7.6 에서보는바와같이일반적인비탈면의안정해석법과동일하다. 즉 비탈면에네일이설치되는경우활동면상단부분은수직에가까우며적어도하나 의네일은활동면을네일자체에직각방향으로갖는다. 활동면을보강영역내에 완전히포함시킨경우의내부파괴형태, 부분적으로포함시킨경우의혼합파괴형 태, 완전히바깥에위치하는경우의외부파괴형태를고려하여검토한다. 활동면의형상을해설그림 7.6에보인바와같이원호로가정하고활동면보다 더깊은보강재의인장효과를생각해서보강재가가지는극한평형식을이용하여 안정계산을수행한다. 해설그림 7.6 원호활동면에대한안정계산 FS = 여기서, Σ ( W cos α - U L ) tan φ' + T cos β + c 'L W sin α FS : 비탈면의안전율 W L c' φ' U α β : 활동면토체의중량(kN) : 활동면아래네일의길이(m) : 지반의유효점착력(kN/m 2 ) : 유효내부마찰각( o ) : 분할면저변에작용하는간극수압(kN/m 2 ) : 분할면저변의경사각( o ) : 분할면저변과보강재가이루는각( o ) 해설식 (7.8)

185 제 7 장네일 T : 분할면저변에작용하는보강재의인장력(kN) 2 이중쐐기 이중쐐기면은해설그림 7.7에서보는바와같이 2개의쐐기에대한안정해석을실 시한다. 상부쐐기는보강토체뒤에위치하여보강토체에주동하중으로작용하고 하부쐐기는보강영역을포함하는데활동면이보강영역을통과한다. 그리고활동 면보다더깊은보강재의인장효과와뒷면의 2개의흙쐐기의힘의균형에의해 필요한보강재를결정한다. 이중쐐기면에의한방법은완전한내부파괴를명시적 으로고려하지않으므로다소제한적으로사용된다. 해설그림 7.7 이중쐐기에대한안정계산 해설그림 7.7에나타낸이중쐐기파괴에대한안전율의계산은쐐기의파괴면경 사 θ, δ 를여러각도로변화시켜최소안전율이되는파괴면의경사를구하게된 다. θ 는파괴면이각보강재의선단및인접하는보강재를통과하도록설정하고 δ는임의의각도로변화시키며, 계산할때에는비탈면토체를지표면의상재하중, 지층구분, 지하수위, 비탈면의변곡점및교점등에서절단하여분할하고각각의 영향을별도로고려한다. 안정해석은다음의계산식들을이용한다. 파괴쐐기의중량 : W 1, W 2 지표면에작용하는상재하중 : P 1, P 2 각파괴쐐기의하부에서발휘되는전단저항력

186 7.4 네일보강비탈면의설계 S 1 = (W 1 + P 1 -U) cosθ tanφ 1 + c 1 L 1 S 2 = (W 2 + P 2 -U) cosδ tanφ 2 + c 2 L 2 안전율계산 FS= ΣS 1 +S 2 cos(δ-θ)+σt cos(θ-β) (W 1 +ΣP 1 )sinθ+(w 2 +ΣP 2 )sinδ cos(δ-θ) 해설식 (7.9) 여기서, L 1, L 2 c 1, c 2 : 각쐐기의파괴면의길이(m) : 각쐐기의파괴면저면에작용하는점착력 φ 1, φ 2 : 각쐐기의파괴면저면에작용하는내부마찰각 β : 보강재의타설각도( o ) U : 각쐐기의파괴면에작용하는수압 T : 분할면저변에작용하는보강재의인장력 3 단일쐐기 활동면을해설그림 7.8 에서볼수있는것처럼파괴활동면 (α) 을수평에서 45 ~ 45 + φ 2 범위의직선활동면으로가정하고활동면보다깊은보강재의인장력 및전단력에의한효과를고려하여안정해석을실시한다. 해설그림 7.8 단일쐐기파괴에대한안정계산 (4) 위의파괴형태에서안정해석은보강재의인장력만을고려하였으며, 력을고려하여힘의평형을고려하여해석할수도있다. 파괴쐐기에전단

187 제 7 장네일 전면벽체의설계 (1) 전면벽체의설계는네일머리에작용하는인장력과전면벽체배면에작용하는토압의 평형조건을가정하며이때토압(p) 은벽체배면에균등하게작용하는것으로한다. 전 면벽체의보강효과는보강비탈면안정해석시고려하지않는다. (2) 네일머리에작용하는하중은네일설계인장력의 50% 값과네일주변전면벽체에작용 하는주동토압의크기를비교하여큰값을적용한다. T 0 = max { P=0.5P D P=0.5K A γ t HS v S h p= T o S v S h 여기서, T o : P D K A : : 전면벽체에가해지는하중 네일의설계하중 주동토압계수 H : 벽체의높이 S v,s h : 네일의수직, 수평간격 (3) 전면벽체의설계는콘크리트구조설계기준을참조하여 (2) 에서구한하중에하중계수 를고려하여다음의항목을검토한다. 1 2 벽체자체의휨파괴 네일두부의주변에발생하는국부적인전단파괴 [ 해설 ] (1) 벽체에작용하는토압은네일에작용하는하중에대한값의산정방법보다신뢰성이 떨어지는데, 이는토압분포에대한측정사례가많지않고, 측정값의신뢰도도벽체의 휨영향으로인하여그리높지않지때문이다. 네일부근벽체에토압계를설치하여측정한사례를정리한 FHWA(1999) 의보고서 에는벽체배면의토압(horizontal thrust) 은해당위치에서의주동토압의 30% ~70% 정 도가발휘되는것으로나타나고있으며일부자료는 타나고있다. 100% 이상도발휘되는것으로나 Gassler 가시험벽체에대하여숏크리트와지반사이에토압계를설치하여측정한바

188 7.4 네일보강비탈면의설계 에의하면 Coulomb 주동토압의 50% 정도값이작용하며토압의분포는전체높이에서 일정하다가비탈끝쪽에서감소하는형태라고보고하고있다. 프랑스에서 Clouterre 프로젝트에서도유사한거동이관찰되었는데, 일반적인사용하 중상태에서하중이가장크게작용하는상부벽체배면에서네일머리에작용하는하중 은네일에작용하는최대사용하중의 0.4~0.5 정도로나타났다. 이러한정보로부터프 랑스에서는네일간격이 1.0m 일때최대네일머리하중은네일설계하중의 60%, 네일 간격이 1.5m일때 70%, 네일간격이 3.0m이상일때는 100% 를적용하도록제시하고 있다. 네일머리에작용하는하중과전면벽체에가해지는토압에대한값은여전히불확 실하지만대체적으로네일에발생하는최대하중의 은확인이된것으로보인다. 100% 를초과하지는않는다는것 본설계기준에서는별도의시험벽체에대한측정을통하여벽체배면또는네일머리 에발생하는하중의값을제시하지않으면네일머리에발생하는하중을네일에발생 하는최대하중값( 설계하중) 의 50% 로간주한다. 또한, FHWA에서처럼토압계를설치 하여벽체배면에직접적으로가해진토압을측정하였을때대부분의값이주동토압 의 1.0 배를초과하지않고있으므로이값을최대발생가능한토압으로간주하며, 설 계에서는두값중큰값을적용하는것으로간주한다. (2) 전면벽체의설계는연직하중( 균등한토압) 을받는슬래브와이를지지하는네일로써 모델링하고벽체내에발생하는모멘트와전단력에대하여안정하도록설계한다

189 제 7 장네일 7.5 배수시설 (1) 전면벽체는수압의영향은고려하지않으므로네일보강공법은반드시배수시설을고 려하여야한다. 배수시설의설치는계절적인지하수위와지표에서의침투, 상부배수 시설로부터의누수가발생하더라도원활한배수가되도록하여야한다. (2) 네일보강벽체에적용하는배수시설의종류는다음과같다 배수구멍 (weephole) 수평배수공 전면벽체뒷면에설치하는수직배수재 벽체상부에표면수유입을위해설치하는배수로 [ 해설 ] (1) 네일의설계에있어서배수시설을고려하는것은매우중요하다. 이는보강된비탈면 의안정성을증대시키고, 네일보강효과를극대화시키기위해서반드시필요하다. 특 히, 지하수에의해네일의주면마찰저항력이감소한다는보고도있으므로네일보강 토체내에지하수위가형성되지않도록설계하는것이필요하다. (2) 네일전면벽체에가장기본적으로설치하는배수시설은배수구멍이며비탈면내지하 수위가높지않더라도최소 10m2에 1 개정도설치한다. 배수구멍은전면벽체배면에 설치하는토목섬유배수재와연결시킨다. 비탈면표면에용수가발생하거나강우시흐르는지하수가많은경우는전면벽체 배면에는토목섬유배수재를이용하여배수시키기도한다. 지하수위가높거나용수가많이발생하는구간에서는수평배수공을설치한다. 수평 배수공은상향으로약 5 천공하여부직포를둘러싼배수재료( 유공관, 다발관등) 를 삽입하며, 사용하는유공관은 PVC나금속재료를이용하며공장에서구멍을뚫은제 품을사용한다. 유공관의구멍크기는 5mm~20mm정도이며개수와간격은지하수흐름 해석으로부터결정할수있다. 금속유공관의경우는부식의우려가있으므로유의한 다

190 7.5 배수시설 해설그림 7.9 네일공법의배수시설

191 제 7 장네일 7.6 지진시안정해석 (1) 지진시네일보강비탈면의안정해석에서는내적안정과외적안정성을검토한다. (2) 네일보강비탈면의지진시안정해석에서고려하는지진하중은파괴토체의자중과 지진계수 ( A m ) 를곱한등가지진력으로고려하며, 파괴토체의중심에횡방향으로 작용시킨다. (3) 지진에의한지진계수는제24장비탈면내진설계기준에서제시하는지반가속도계 수(A) 를이용하여다음식으로산정한다. A m = ( A )A [ 해설 ] (1) 지진시네일보강비탈면의내적안정검토는지진관성력을고려한안정해석에서지진시안전율이확보되는네일의배치와길이를결정하고, 파괴면밖으로나간부분의네일에서발휘되는인발저항력의확보여부를검토하기위해수행한다. 이때내적안정검토에서극한인발저항력과허용인장력에적용하는안전율은지진시의안전율을적용한다. (2) 네일보강비탈면의안정해석은한계평형해석으로수행하는것을기본으로하며, 더엄밀한해석은타문헌이나관련분야연구결과를참조하여수행한다. 지진시네일보강비탈면의한계평형해석에서는예상되는파괴토체에정적상태의하중과지진에의한관성력, 그리고네일에의한저항력을고려하여안정해석을실시하고안전율을계산한다. 가상파괴면 토체의도심 지진하중 파괴면의전단저항력 해설그림 7.10 네일보강비탈면의지진하중고려방법

192 참고문헌 참고문헌 1. CEBTP, 1993, Recommendations Clouterre, US DOT, FHWA (English Translation) 2. P.E.Johnson, "Soil Nailing for Slopes", TRL report 537, Hsai-Yang Fang, (1991), "Foundation Engineering Handbook 2nd Ed.", Van Nostrand Reinhold, NewYork. 4. FHWA, (1996), Manual for desing and construction monitoring of soil nail walls, FHWA-SA

193 제 8 장록볼트 8.1 적용범위 이장은암반비탈면의보강을위한록볼트의설계에적용한다. [ 해설 ] (1) 비탈면보강을위한록볼트의역할은소규모의암괴또는쐐기구간을보강하기위해적용한다. 층리및절리가발달된암반비탈면의경우에는암석자체의강도에상관없이절리의방향성에의해파괴가발생할수있으며, 이경우록볼트는암괴의초기변형을억제하고암반을보다일체화시키는작용을기대할수있다. (2) 록볼트의종류와형태는매우다양하지만설계기준에서이러한다양한내용을모두 포함하지않는다. 세부적인설계기법에관한사항은록볼트와관련된전문서적을참 고하고, 타기관에서발간된모든지침, 시방서를준용하여사용할수있다. 해설표 8.1 록볼트의종류 정착에의한분류선단정착형전면접착형혼합형마찰형 쐐기형확장형선단접착형 충전형 주입형 수지형 시멘트모르터형 삽입형 타입형 천공형확대형 + 시멘트그라우트형선단정착형 + 시멘트그라우트형스웰렉스형 시공방식에의한분류 보통수지형발포수지형 보통포틀랜드시멘트그라우트형 초조강시멘트그라우트형보통포틀랜드시멘트그라우트형급결시멘트그라우트형램인젝션형얼루비얼형자천공형

194 제 8 장록볼트 8.2 재료의특성 록볼트및정착판 (1) 비탈면에적용하는록볼트및그구성부품은 KS E 3132에서규정한종류를적용하 (2) (3) 며 원지반조건및사용목적에따라필요한강도및인장특성을가진것을사용하 여야한다. 비탈면보강용록볼트는일반적으로인장재로간주하므로지반의급격한붕괴를방 지하기위해서인장강도가큰것을사용한다. 록볼트를장기적으로적용하는경우는 부식저항성이큰재료를사용한다. 정착판은록볼트를암반과밀착시키는역할을하는부재로록볼트에발생하는하중 을장기적으로견딜수있는재료를사용한다. [ 해설 ] (1) 원형봉강은이형봉강에비하여인발저항력이훨씬작기때문에록볼트재료로는이 형봉강이통상적으로사용되고있다. 이형봉강중에서강도및인장특성을고려할 때 KS D 3504에규정되어있는 SD300 이상으로하다. 록볼트는소요강도이상을가지는이형봉강으로제작하는것을원칙으로하나강 관, 팽창성강관또는이와동일한강도와기능을가지는기타소재의록볼트도사용 할수있으며, 재질및강도는 KS 에적합한것이어야한다. 록볼트재료선정에대한일반적인기준은없으나사용목적과그간의실적에비 추어대략적인재료기준을제시하면아래와같다. 1 암괴의봉합등록볼트에큰축력이작용하지않을것으로예상되는경우 SD300, 2 3 SD350 정도의재질을사용하며, 직경은 D22~D25 정도가적합하다. 패턴볼트로아치등을목적으로하고지반의변형이그다지크지않을경우 SD300 이상, D22 이상의것을사용한다. 지반의변형이클것으로예상되는경우에는록볼트에큰축력이발생되어록볼 트의저항력을향상시킬필요가있으므로, 단면적이크고인장강도가큰 SD350 이상, D25 이상을사용하며, 사용개수를늘려야한다

195 8.2 재료의특성 (2) 정착판면적은 mm정도의규격이적당하며, 두께는통상 6 mm정도가적당하나, 팽창성지반의경우는 9 mm정도의두께로한다. 그러나지반의변형이큰경우는록 볼트에발생하는축력이매우클수도있으므로이경우에는정착판의두께와강도에 대하여별도의검토가필요하다. (3) 록볼트의작용효과를장기적으로기대하는경우에는부식되지않는것으로해야하 며, 특히강산성지반( 온천, 산성용수등이존재하는지반) 및해수의영향을받는 지역에서는내부식성재료등을사용한다 그라우트 (1) 그라우트는조기접착력이크고, 취급이간단하여야하며내구성및경제성이우수해 야한다 (2) 일반적으로적용하는그라우트는수지형, 시멘트그라우트형을이용하며, 지반과의 마찰저항력이충분히발휘될수있도록설계한다. [ 해설 ] (1) 수지형그라우트는인발에대한저항력이규정된볼트의강도보다 20% 이상크다는 것을확신할수있는충분한강도특성을가진것을사용하며, 조기에접착력을발휘 할수있어야한다. 발포성을가한수지를사용하는경우는발포배율에따른주면마 찰저항의감소여부를검토할필요가있다. 시멘트그라우트의배합은강도보다시공성에중점을두어결정하는것이일반적 이며, 배합비율은 365kg, 모래 1,176kg, 혼화제 1.4kg, 급결재 4.3kg의비율로하면적 정하다. 모래는직경 2mm이하로입도분포가좋아야하며모래의표면수량에따라서 수량을조정하여야한다. 사용하는시멘트는 KS L 5201에규정된보통포틀랜드시멘트와조강시멘트등 을사용할수있으며보통포틀랜드시멘트사용시반드시초기에접착능력을발휘 할수있도록급결작업을할수있는캡슐형급결재또는동등이상의품질을가진 급결재를사용해야한다. 조강시멘트사용시는첨가제로서지연제를사용하여모르터경화시간을조정하되 시공관리에특별히유의하여야한다. 모르터에의한그라우트는용수, 염수, 산, 알카

196 제 8 장록볼트 리성에대하여영향을받지않아야한다. 해설표 8.2에는록볼트에사용하는그라우 트의특징을나타내었다. 해설표 8.2 록볼트그라우트의특징 구분개요 수지형 시멘트 그라우트형 수지와경화제가혼합된캡슐형태 보통수지와발포성수지로구분 천공 그라우트주입 록볼트타입순으로시공 보통포틀랜드시멘트를사용하는 SN록볼트와초조강시멘트를사용하는 AS 볼트가있다. 시멘트페이스트와급결제를혼합후주입 SN 볼트의시공이어렵거나불가능한경우로써갱내로유입되는용수량이 많을경우또는공내에암파편으로인해주입호스를삽입하기어렵거나함 몰되기쉬운경우등에적용

197 8.3 설계일반사항 8.3 설계일반사항 설계목표 (1) 록볼트의설계목표는록볼트로보강된암반비탈면의장기적인파괴에대한안정성을 확보하는것이다. (2) 설계수명기간동안비탈면의파괴, 변형, 록볼트구성요소의파손이발생하지않아야 한다 록볼트적용기준 (1) 록볼트는보강이필요한부분의상태또는규모에따라보강되는부분의안정성이 확보되도록랜덤볼트또는패턴볼트형식으로설계한다. (2) 록볼트는현장용접이나이음재를이용하여연결되는부분이최소가되도록한다. [ 해설 ] (1) 큰암석이걸려있는경우와같이국부적인보강이필요한경우에는랜덤볼트형태로필요한구간에만설치하여안정성을확보할수있고, 일정한방향의불연속면에의해암반의탈락이예상되는비탈면에서는패턴볼트를적용하여전반적인보강을실시한다. (2) 록볼트는인장력에저항하도록설계하므로록볼트재료는인장강도가커야한다. 현장이음한록볼트재료는원래록볼트의인장력을발휘하는지확인하여야하며, 가급적현장이음한록볼트는사용하지않는다 내진설계여부 (1) 록볼트로보강한비탈면의내진설계는보강되지않은비탈면의내진설계여부에 따라결정하며, 제24장 비탈면의내진등급을참고한다. (2) 록볼트로보강한비탈면의지진시안정해석은제8장 8.5 지진시안정해석및제24 장비탈면내진설계기준을참조한다

198 제 8 장록볼트 [ 해설 ] 록볼트로보강한비탈면의내진설계는비탈면의내진등급에따라내진설계여부를결정 한다. 예를들어, I등급비탈면에서내진에대한안정해석을수행하여안정성이만족되지 않는경우이에대한대책으로서록볼트로보강을하는경우에는록볼트보강비탈면에 대한내진설계를수행하여안정성을만족하도록설계하여야한다

199 8.4 록볼트보강비탈면의안정해석 8.4 록볼트보강비탈면의안정해석 검토항목 록볼트보강비탈면의안정해석은불안정한구간을안정화시키기위한록볼트의소요갯수를검토하며, 록볼트의저항력은파괴면과이루는각도를고려하여결정한다 안전율기준 록볼트로보강된비탈면의안정해석에적용하는안전율기준은다음과같다. 표 8.1 록볼트보강비탈면의안전율 구분검토항목안전율 외적안정 록볼트보강비탈면의 전체적인안정성 쌓기및깎기비탈면에서적용하는 안전율적용 내적안정 보강재의인장강도 상시 2.0 지진시 록볼트설계 (1) 록볼트길이는탈락이예상되는암반구간을안정시킬수있도록여유있게결정한다. (3) 록볼트의설치수량은보강하고자하는암괴의크기를고려한평형조건으로부터소요 보강력을구하고기준안전율을고려하여필요한개수를산정한다. [ 해설 ] (1) 록볼트의설계는불연속면의간격, 길이, 크기에의해암체의붕괴가능성을산정하고 붕괴가발생하지않도록록볼트의본수, 간격을결정하는경우와 1본의록볼트에의 해지보가능한하중및지보하여야할하중의관계로부터본수, 간격을결정하는경 우가있다

200 제 8 장록볼트 (2) 록볼트로보강하는비탈면의안전율을해설식 (8.1) 과같다. FS= 여기서, c A+(W cosθ-u )tanφ W sinθ- T cosα 해설식 (8.1) FS : 기준안전율 T : 암괴또는파괴쐐기를지지하기위한전체보강력 c : 파괴면의점착력 φ : 파괴면의마찰각 A : 파괴면의면적 W : 파괴암괴중량 ( γv ) U : 파괴면에작용하는수압 θ : 파괴면이수평면과이루는각도 α : 록볼트와파괴면사이의각도 이로부터암괴또는파괴쐐기를지지하기위한전체보강력은해설식 할수있다. T= 1 cosα {W sinθ - (8.2) 으로구 c A+(W cosθ-u) tanφ FS } 해설식 (8.2) 위식에서계산된전체보강력을미리정한볼트의수평배치간격 s h 와록볼트 1개 의허용인장강도 ( T a ) 를고려하여해설식 (8.3) 으로보강에필요한록볼트의개수를 결정한다. n= T T a /s h 해설식 (8.3) 여기서 n : 단면에필요한록볼트의갯수 T a : 허용인장강도 ( 인장강도/ 안전율)

201 8.5 지진시안정해석 8.5 지진시안정해석 (1) 지진시록볼트보강비탈면의안정해석에서는외적안정성을검토한다. (2) 록볼트보강비탈면의지진시안정해석에서고려하는지진하중은파괴토체의자중 과지진계수 ( A m ) 를곱한등가지진력으로고려하며, 파괴토체의중심에횡방향으 로작용시킨다. (3) 지진에의한지진계수는제24장비탈면내진설계기준에서제시하는지반가속도계 수(A) 를이용하여산정한다. [ 해설 ] (1) 지진시록볼트보강비탈면의안정검토는지진관성력을고려한안정해석에서지진시안전율이확보되는록볼트의배치와길이를결정하고, 파괴면밖으로나간부분의록볼트에서인발저항력이확보되는길이를결정한다. (2) 록볼트보강비탈면의안정해석은한계평형해석으로수행하는것을기본으로한다. 지진시네일보강비탈면의한계평형해석에서는예상되는파괴토체에정적상태의하 중과지진에의한관성력, 그리고네일에의한저항력을고려하여안정해석을실시하 고안전율을계산한다

202 제 9 장억지말뚝 9.1 적용범위 이장은비탈면보강을위한억지말뚝의설계에적용한다. [ 해설 ] (1) 억지말뚝은대규모의활동력을일렬로설치한말뚝의수평저항력으로저항하는공법이다. 억지말뚝은파괴구간내부에일정한간격으로무리말뚝의형태로설치한다. (2) 억지말뚝의종류와형태는매우다양하며해석방법도매우다양하다. 이설계기준에 서이러한다양한내용을모두포함하지않는다. 세부적인설계기법에관한사항은 억지말뚝과관련된전문서적을참고하고, 타기관에서발간된모든지침, 시방서를준 용하여사용할수있다

203 제 9 장억지말뚝 9.2 재료의특성 억지말뚝 (1) 억지말뚝은강관말뚝, H형강말뚝및현장타설콘크리트말뚝또는이들을복합한종류를사용한다. (2) 억지말뚝은모멘트와전단력으로비탈면의대규모활동력에저항하므로휨강성이크고장기적인내구성및부식에저항을가진재료와구조를사용한다. (3) 두가지이상의재료를사용한합성단면의억지말뚝은각재료의변형특성과면적비를고려하여저항모멘트와전단저항력을계산한다. [ 해설 ] (1) 억지말뚝은 KS F 4602 에규정된강관말뚝, KS F 4603에규정된 H 형강말뚝, 현장타 설콘크리트말뚝과또는이들을복합한종류를사용하며보강하고자하는규모와심 도등에따라서매우다양한규격을적용할수있다. 억지말뚝의설치는비탈면의지역적특성상천공후말뚝을삽입하거나또는현장 에서철근망또는 H 형강과함께콘크리트를타설하는방식이주로사용된다. 억지말 뚝은장기간성능을발휘하는영구구조물로서말뚝을삽입후콘크리트나시멘트그 라우팅으로말뚝의전길이를피복하여부식의영향을받지않도록해야한다. 해설그림 9.1 억지말뚝의재료와단면종류 (2) 저항모멘트는말뚝의항복응력과말뚝의단면계수를이용하여계산하며, 전단저항력 은말뚝의전단강도와단면적을이용하여계산한다. 강재말뚝일경우에는해설식 (9.1) 과해설식 (9.2) 를이용하여계산할수있다. M n =f y Z p 해설식 (9.1)

204 9.2 재료의특성 S n =τ A p 해설식 (9.2) 여기서, M n S n f y τ Z p A p : 억지말뚝의저항모멘트 : 억지말뚝의전단저항력 : 말뚝재료의항복응력 : 말뚝재료의전단강도 : 억지말뚝의단면계수(m 3 ) : 억지말뚝의단면적 (3) 대표적인합성단면은강관말뚝내부에콘크리트를채운것과강관말뚝내부에 H형강과콘크리트를채운것이있으며, 각각의합성단면에대한저항모멘트와전단력의계산을제시하였다. 1 강관말뚝+ 콘크리트충전 : 강관에콘크리트를충전한경우허용모멘트는해설식 (9.3) 으로구한다. M a =C r 3 해설식 (9.3) 여기서, r : 강관바깥지름의 1 2 (m) C : C 는다음식의 C 1,C 2 중작은값을사용한다. C 1 = (1+t 1 )3 (1-cosφ) { 1 φ- sinφcosφ(5-2cos φ)+ 1 t nπ (2-t 1 1 )3 8 (1-t 1 ) } f 4 sa 해설식 (9.4) C 2 = (1+t 1 ) 4 n { 1 2 (2-t 1 )+(1+t 1 )cosφ } { 1 4 φ sinφcosφ(5-2cos 2 φ)+ 1 8 nπ t 1 (2-t 1 ) 3 (1-t 1 ) 4 } f sa 해설식 (9.5)

205 제 9 장억지말뚝 t 1 t n E E c σ ca σ sa : 두께비율( t/r) : 강관의두께(m) : 콘크리트에대한강관의탄성계수비( E/E c ) : 강관의탄성계수(kN/m 2 ) : 콘크리트의탄성계수(kN/m 2 ) : 콘크리트의허용압축응력(kN/m 2 ) : 강관의허용인장응력(kN/m 2 ) φ : φ 는다음식에서구한다. φ=tanφ(2+ cos 2 φ)-3φ-3nπ t 1(2-t 1 ) (1-t 1 ) cosφ 해설그림 9.2 콘크리트채움말뚝 2 강관말뚝+H 형강+ 콘크리트충전 : 강관에 H형강을삽입하고콘크리트로충전한 경우에는해설식 (9.6) 으로단면력을계산할수있다. 단, 콘크리트를강관과 H형 강을사이에채워져있어강관과 H 형강이일체화된것으로가정하며, 두강재의 중심을중립축으로동시에파괴까지변형하는것을간주한다. M a = f sa(z p + h 0 r Z H) 해설식 (9.6) 여기서, Z p Z H : 강관의단면계수(m 3 ) : H 형강의단면계수(m 3 )

206 9.2 재료의특성 h 0 : H/2(m) H : H 형강의유효높이(m) 해설그림 9.3 H형강삽입말뚝 H 형강과강관의허용인장응력비가 f H sa f P sa < h 0 r 인경우는합성단면의허용휨단면 력은해설식 (9.7) 을이용하여구한다. M a = f H sa( r h 0 Z p + Z H ) 해설식 (9.7) 여기서, f H sa f P sa : H 형강의허용인장력(kN/m 2 ) : 말뚝의허용인장력(kN/m 2 ) 콘크리트 억지말뚝내부를충전하는콘크리트는 KS F 4009 규정에적합한종류를적용한다. 콘크리트의강도는검토를거쳐결정하며별도의강도기준이없는경우는 상으로한다. 24MPa이 [ 해설 ] 억지말뚝의공사에사용하는콘크리트는작업의편의성과품질관리를위하여 KS F 4009( 레디믹스트콘크리트) 의규정에적합한것을사용한다

207 제 9 장억지말뚝 9.3 설계일반사항 설계목표 (1) 억지말뚝의설계목표는억지말뚝으로보강된비탈면을장기적으로안정하게만드는 것이다. (2) 억지말뚝은설계수명기간동안보강된비탈면의파괴, 변형및억지말뚝구성요소의 파손이발생하지않아야한다 억지말뚝적용기준 (1) 억지말뚝은파괴토체의중간위치또는하부위치에파괴토체의이동방향에직각되는 방향으로열을이루며설치한다. (2) 파괴토체의범위가큰경우에는파괴토체중간에여러열의억지말뚝을설치하여안 정성을증대시킬수있다. 또한 1열의억지말뚝으로파괴토체의활동력을억제하지 못하는경우는 2열~3 열의억지말뚝을군말뚝형태로설치할수있으며, 이때는억지 말뚝의머리부분을강결시켜일체화되게거동시킨다. (3) 억지말뚝두부의횡방향변위를억제시키기위하여앵커를이용할수있으며, 이때 는억지말뚝해석시말뚝두부의횡방향변위를고정단으로해석한다. 앵커는파괴면 하부의지지층에정착시켜야한다. [ 해설 ] (1) 억지말뚝은단일말뚝보다는파괴구간의중간위치또는하부위치에일렬로설치하는것이보통이다. 이때파괴의방향과직각방향으로설치하면억지말뚝의설치개수를줄이고, 활동력에저항하는효율도증대시킬수있다

208 9.3 설계일반사항 해설그림 9.4 억지말뚝설치위치 (2) 파괴토체의범위가큰경우에는파괴토체를여러개의블록으로구분하고, 각블록마 다하나의억지말뚝열을설치하여저항시키는개념을사용할수있다. 말뚝을여러 단계의열로설치할경우는말뚝설치위치에서의활동으로인한변위의크기를고려 하여결정한다. 해설그림 9.5는파괴범위가넓게분포하는경우파괴구간의중간중간 에하중을분담하도록말뚝을여러열로설치하는것을나타내었다. 해설그림 9.5 억지말뚝의다단시공예 (3) 억지말뚝의머리를서로강결시키고횡방향변위를고정시키기위하여앵커를설치하는경우가있다. 이러한경우는억지말뚝해석시말뚝두부의횡방향변위가앵커머리에서발생하는변위로제한되기때문에해석에서는고정단으로가정하고해석을수행한다. 앵커는파괴면아래의지지층에정착시켜야한다

209 제 9 장억지말뚝 내진설계여부 (1) 억지말뚝으로보강된비탈면의내진설계는보강되지않은비탈면의내진설계여부 에따라결정하며, 제24장 비탈면의내진등급을참고한다. (2) 억지말뚝으로보강된비탈면의지진시안정해석은제9장 9.5 지진시안정해석및 제24 장비탈면내진설계기준을참조한다. [ 해설 ] (1) 억지말뚝으로보강된비탈면의내진설계는비탈면의내진등급에따라내진설계여부를결정한다. I등급비탈면에서내진에대한안정해석을수행하여안정성이만족되지않고, 이를보완하기위하여앵커로보강하고자하는경우에는억지말뚝으로보강된비탈면에대한내진설계를수행하여안정성을만족하도록설계하여야한다. (2) 지진시억지말뚝으로보강된비탈면의안정해석은연구가더필요한분야이지만, 현재단계에서는정적안정해석에서구한파괴토체에지진에의한가속도계수를고려한지진하중을추가로고려하여안정해석을실시하며, 이때억지말뚝의저항력은정적해석에서와동일하게고려하여안정해석을실시할수있다

210 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 검토항목 억지말뚝의안정해석은다음항목을고려하여실시한다 억지말뚝보강비탈면의전체적인안정 억지말뚝의내적안정성 ( 모멘트, 전단) 수동파괴에대한안정해석 [ 해설 ] (1) 일반적으로비탈면안정을위한억지말뚝의설계에있어서해설그림 9.6에나타난것 과같이비탈면전체의안정과말뚝자체의안정에대하여검토한다. 활동토체에의하여말뚝에작용하는횡방향토압을알수있다면해설그림 9.6(a) 에나타낸바와같이말뚝의안정은수평하중을받는말뚝의해석법을응용하여검 토할수있다. 횡방향토압에대한말뚝의안정성이확보되면해설그림 9.6(b) 에나타 낸것과같이말뚝에의해발휘되는수평저항력을고려하여비탈면안정해석을수행 할수있다. 따라서말뚝에작용하는횡방향토압의산정은억지말뚝으로보강된비 탈면안정해석과설계에있어서가장중요한요소이다. 해설그림 9.6 억지말뚝의비탈면안정해석개념도

211 제 9 장억지말뚝 안전율기준 억지말뚝으로보강된비탈면의안정해석에적용하는안전율기준은다음과같다. 지진 시의안정성은보강되기전의비탈면의내진설계기준을따른다. 표 9.1 억지말뚝보강비탈면의안전율 구분검토항목안전율 외적안정 억지말뚝보강토체의 전체적인안정성 쌓기및깎기비탈면에서적용하는 안전율적용 모멘트에대한안정성 2.0 내적안정 전단력에대한안정성 2.0 수동파괴에대한안정성 2.0 [ 해설 ] 내적안정에서모멘트에대한안전율은말뚝에발생하는모멘트가말뚝의공칭휨모멘트보다작아야한다. 안전율은공칭휨모멘트로부터허용모멘트를계산하기위해적용한다. 전단력에대한안전율은허용전단응력을계산할때사용한다 억지말뚝의내적안정해석 (1) 억지말뚝의내적안정해석은모멘트와전단력에대한안정성을검토하며다음식을만 족해야한다. M n M max FS, 여기서, M n : S n : S n FS S max 저항모멘트 전단저항력 M max : 억지말뚝내에발생하는최대모멘트 S max : 억지말뚝내에발생하는최대전단력

212 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 (2) 억지말뚝배면의파괴토체가횡방향반력을발휘하는경우는파괴면에서최대전단력 ( S max ) 이발생한다고가정하고탄성지반상의보에대한탄성해를구하여최대모멘트 ( M max ) 를계산한다. (3) 억지말뚝배면의파괴토체가횡방향반력을발휘하지않는경우는억지말뚝을캔틸레 버로가정하고탄성지반상의보에대한탄성해를구하여최대전단력과최대모멘트를 계산한다. 이때최대전단력과최대모멘트의작용위치는파괴면하부에위치한다. [ 해설 ] (1) 억지말뚝해석은탄성지반상의보에대한지배방정식인다음의방정식의해를이용한다. EI d 4 y dx 4 +E sy=0 해설식 (9.8) 여기서, x : 수직방향의위치( 좌표원점으로부터의거리)(m) y : 억지말뚝의수평변위(m) E : 말뚝의탄성계수(kN/m 2 ) I : 말뚝의단면 2 차모멘트(m 4 ) E s : 지반의변형계수(kN/m 2 ) (2) 억지말뚝의저항은말뚝의설치위치에따라메커니즘의차이가있다. 일반적으로파괴토체의중간부분에말뚝을설치하는경우에는억지말뚝배면지반의횡방향반력이발휘되는것으로간주하고, 반면파괴토체의아래쪽끝부분이나정점부에억지말뚝을설치하는경우는억지말뚝배면지반의횡방향반력이발휘되지않는것으로간주한다. 해설그림 9.7 억지말뚝위치별적용해석방법

213 제 9 장억지말뚝 1 억지말뚝배면지반의횡방향반력이발휘되는경우 파괴면하부의지지층뿐만아니라억지말뚝배면파괴토체의횡방향반력을 려하는경우, 해설식 (9.8) 의지배방정식을풀기위한경계조건은해설그림 9.9와 고 같이주어진다. 말뚝의길이방향을 x, 횡방향변위의크기를 y, 말뚝머리쪽을 x 1, 말뚝선단방향을 x 2, 파괴면의위치를 x = 0 로두고, 파괴면에서수평력 H 가작용한다고가정한다. 해설그림 9.8 횡방향저항력이있는경우 주어진경계조건에대하여이론해를구하면다음과같다. 말뚝길이(x) 에따른 횡방향변위는파괴면위 ( y 1 ) 와아래( y 2 ) 의변위는지반과말뚝의상대적인강성 차이를고려하여서로다르게계산된다. 말뚝내에발생하는모멘트는변위를두번미분한값에휨강성을곱한값으로 서파괴면위와아래에서해설식 (9.9) 로구할수있다. M 1 =EI d2 y 1 dx 2 1 = H 2 e (-β 1 x 1 ) {( - 1 β β 2 ) cos(β 1 x 1 )+ ( 1 β β 2 ) sin(β 1 x 1 ) } 해설식 (9.9a)

214 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 M 2 =EI d2 y 2 dx 2 2 = H 2 e (-β 2 x 2 ) {( - 1 β β 2 ) cos(β 2 x 2 )+ ( 1 β β 2 ) sin(β 2 x 2 ) } 해설식 (9.9b) 이때, 말뚝내에서의전단력은모멘트를미분한값으로서해설식 (9.10) 을이용 하여구할수있다. 전단력의최대값은 x = 0( 활동면) 에서발생하며, 그크기는 H 와같다. S 1 = dm 1 dx 1 =Hβ 1 e (-β 1 x 1 ) { 1 β 1 cos(β 1 x 1 )- 1 β 2 sin(β 1 x 1 ) } S 2 = dm 2 dx 2 =Hβ 2 e (-β 2 x 2 ) { 1 β 2 cos(β 2 x 2 )- 1 β 1 sin(β 2 x 2 ) } 해설식 (9.10a) 해설식 (9.10b) 또한, 모멘트가최대가되는지점은전단력이 0이되는지점으로서 dm/dx = 0 이되는지점을구하면다음과같다. x 1,max = 1 β 1 tan -1 { β 2 β 1 }, x 2,max = 1 β 2 tan -1 { β 1 β 2 } 해설식 (9.11) 여기서 α 1, α 2 를다음과같이두고, 모멘트식에대입하면최대모멘트값을 구할수있다. α 1 = x 1,max β 1 = tan - 1 { β 2 β 1 }, α 2 = x 2,max β 2 = tan - 1 { β 1 β 2 } 해설식 (9.12) y 1, y 2 M 1,M 2 S 1,S 2 : 각각이동층및지지층에서억지말뚝의횡방향변위(m) : 각각이동층및지지층에서억지말뚝의휨모멘트(kN m) : 각각이동층및지지층에서억지말뚝의전단력(kN) H : 말뚝 1 개당수평부담력(kN) β 1 = 4of E s1 /4E p I p, β 2 = 4of E s2 /4E p I p

215 제 9 장억지말뚝 E s1 : 이동층의평균변형계수, E s2 : 지지층의평균변형계수 E : 말뚝의탄성계수(kN/m 2 ) I : 말뚝의단면 2 차모멘트(m 4 ) 위의계산식은다음과같은가정조건을만족해야한다. ( 가) 이동층과지지층은모두균일하며파괴면을경계로서로다른탄성계수를 갖는다. ( 나) 이동층은강체로이동하고이동속도는일정하다. ( 다) 활동면에서말뚝에작용하는하중은말뚝배면이동층의유효저항력이하이 다. ( 라) 이동층, 지지층내에서의말뚝길이는각각무한하다. ( 마) 억지말뚝강성( EI) 은전체길이에걸쳐일정하다. ( 바) 활동면, 지표면의경사는고려하지않는다( P u = H u ). 2 억지말뚝배면지반의횡방향반력이발휘되지않는경우 파괴토체내에서말뚝배면지반의횡방향반력을고려하지않는경우에는말뚝이 지지층내에근입되어있는캔틸레버로간주할수있으며, 이때의하중분포는해설 그림 9.9 와같다. 주어진경계조건을고려하여지배방정식을풀면앞의경우와동 일하게횡방향변위가계산되며, 이로부터모멘트와전단력을계산한다. 해설그림 9.9 억지말뚝에작용하는수동토압

216 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 최대휨모멘트는해설식 (9.13) 로계산할수있으며, 최대모멘트의발생위치는 지지층내부로이동하여위치하게된다. 거리는해설식 (9.14) 를이용한다. 파괴면에서최대모멘트발생위치까지의 M max = -H 2β (1+2αβl e ) 2 +1 exp ( - tan αβl e ) 해설식 (9.13) x M max = 1 β tan -1 { 1 1+2αβl e } 해설식 (9.14) 또한, 최대전단력도해설식 (9.15) 로계산할수있으며, 최대전단력발생위치 도지지층내부로이동하여위치한다. 파괴면에서최대전단력발생위치까지의거 리는해설식 (9.16) 을이용한다. S max = H 2(αβl e ) 2 +2αβl 2 +1 exp ( - tan - 1 αβl e+1 αβl e ) 해설식 (9.15) x S max = 1 β tan -1 { 1+αβl e αβl e } 해설식 (9.16) 여기서, x Mmax x Smax M max : M max 가발생하는위치 (m) : S max 가발생하는활동면에서지지층까지의거리 : 말뚝에생기는최대휨모멘트(kN m) H : 말뚝 1 개당수평부담력(kN) H = H u D H u =P u cosθ H u : 비탈면활동단위폭당수평부담력(kN/m) D : 말뚝간격(m) P u θ α : 비탈면활동단위폭당의필요억지력(kN/m) : 말뚝설치지점에서의활동면의경사( ) : 말뚝의유효길이비율 α = 1/3~1/2 l e : 말뚝의유효길이, 활동면에서지표면까지의길이(m)

217 제 9 장억지말뚝 αl e : 활동면에서의힘의작용점까지의높이(m) β : 말뚝의특성값( m - 1 ) E s k h d E β= 4of E s /4E p I p : 지지층의평균지반변형계수(kN/m 2 ) E s = k h /d : 지반반력계수(kN/m 3 ) : 말뚝의지름(m) : 말뚝재의탄성계수(kN/m 2 ) I : 말뚝재료의단면 2 차모멘트(m 4 ) 수동파괴에대한안정해석 (1) (2) 억지말뚝은말뚝주변지반의수동토압으로저항하므로주변지반이항복상태에도달하는지여부를검토한다. 안정해석은말뚝에작용하는최대전단력보다수동토압이크면안정한것으로간주하 며, 다음식을만족해야한다. Q p H m ax FS 여기서, Q p : 억지말뚝주변의수동토압 H : 말뚝의최대수평력 [ 해설 ] (1) 억지말뚝의변형에따라주변지반에발생하는토압은수동토압으로서파괴면상부의 이동층과파괴면하부의지지층에서발생하는수동토압은각각해설식 (9.18) 를이용하여계산한다. (9.17), 해설식 Q p1 =3d( 1 2 γ 1h 2 1K p1 +2c 1 h 1 K p1 ) 해설식 (9.17) Q p2 =3d{ ( 1 2 γ 2h 2 2K p1 +γ 2 h 2 )K p2 +2c 2 h 2 K p2} 해설식 (9.18)

218 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 여기서, γ d : 지반의단위중량(kN/m 3 ) : 말뚝의지름(m) K p : 지반의수동토압계수, tan 2 (45 + φ 2 ) 파괴면에작용하는수평력보다수동토압 Q p1,q p2 가크면지반은안전한것으로간 주할수있다. 해설그림 9.10 억지말뚝에작용하는수동토압 억지말뚝보강비탈면의안정해석 (1) 억지말뚝보강비탈면의안정해석방법은비탈면의파괴형태에따라파괴면에서의억 지말뚝에의한저항력을고려하여실시한다. (2) 억지말뚝보강비탈면의안정해석은억지말뚝에의해발휘되는억지력을기존의안정 해석에서추가로고려하여검토한다. 억지력은말뚝의전단저항력에의해발휘되는 것으로간주하며, 억지말뚝의설치방향과파괴면의방향을고려하여파괴면에작용 시킨다. (3) 억지력은파괴에저항하는힘의증가로고려하며, 파괴활동력의감소로고려하지않 [ 해설 ] 는다. (1) 해설그림 9.11과같이파괴토체를 n개로분할한후억지말뚝을 i번째파괴토체에설치

219 제 9 장억지말뚝 하고이때말뚝과파괴면이이루는각도를 θ 라고하면, 억지말뚝보강토체의안전 율은억지말뚝의억지력을고려하여해설식 (9.19) 과같이수행할수있다. 해설그림 9.11 안정해석을위한파괴토체분할도 FS= { (N k -U k )tanφ+c L k }+R p T k 해설식 (9.19) 여기서, N k U k c L k : k 번째절편파괴면에서의연직하중 : k 번째절편파괴면에서의부력 : 파괴면에서의점착력 : k 번째절편의파괴면길이 T k : k번째절편의활동력 R p : 억지말뚝의파괴면에서의저항력 파괴면에서의억지말뚝에의한저항력은억지말뚝의허용전단력을파괴면에투영 시킨힘으로하며해설식 (9.20) 과같이계산한다. R p =S n cosθ 해설식 (9.20) 여기서, R p : 억지말뚝의저항력 ( 수평설치간격고려) S n : 억지말뚝의허용전단력

220 9.4 억지말뚝보강비탈면의설계 θ : 억지말뚝과파괴면사이의각도 말뚝간격과근입길이 (1) 억지말뚝의설치간격은말뚝사이로파괴토체가빠져나가지않아야하고, 말뚝에발생하는최대모멘트와최대전단력이각각말뚝부재의저항모멘트와전단저항력을초과하지않도록결정한다. (2) 억지말뚝은파괴면하부에연직및횡방향지지력이확보되는깊이까지충분히근입시켜야한다. [ 해설 ] (1) 억지말뚝의설치간격은해설식 (9.21) 과해설식 (9.22) 으로계산된값중작은값을선 정한다. D s S a /S max 해설식 (9.21) D m M a /M m ax 해설식 (9.22) (2) 억지말뚝의근입심도가짧으면지지층상부에비탈면활동으로인한힘이집중되며, 지반의파괴로인하여말뚝이전도하거나파괴될위험이있다. 따라서억지말뚝의근 입심도는파괴면하부의단단한지지층에횡방향하중의영향이없어지는깊이까지 충분히근입시켜야한다. 최소근입심도는해설식 (9.23) 을이용하여계산한다. L R ( )π/β 해설식 (9.23) 여기서, L R : 억지말뚝의근입심도 E 1/β : 말뚝의특성장(m), β = 4 s 4E p I p E s E p : : 파괴면하부지반의횡방향변형계수 말뚝재료의변형계수 I p : 말뚝단면이차모멘트

221 제 9 장억지말뚝 9.5 지진시안정해석 (1) (2) 지진시억지말뚝으로보강된비탈면의안정해석은지진하중으로증가되는활동력 을억지말뚝으로저항시키기위해수행한다. 억지말뚝으로보강된비탈면의지진시안정해석에서고려하는지진하중은파괴토 체의자중과지진계수를곱한등가지진력으로고려하며, 파괴토체의중심에횡방 향으로작용시킨다. (3) 지진계수는제24장 24.4 설계지반운동의결정에서제시하는지반가속도계수(A) 를 이용한다

222 제 10 장콘크리트옹벽 10.1 적용범위 이장은비탈면의안정성을유지하고옹벽전면과배면에공간을확보하기위해설치 하는콘크리트옹벽설계에적용한다. [ 해설 ] (1) 옹벽은흙을지지하는벽체로서제한된용지를최대한활용하기위한목적으로비탈 면하부에적용한다. 해설그림 10.1에형태에따른일반적인옹벽의분류를나타내었 으며, 이장에서는콘크리트옹벽의설계에대해서다룬다. 해설그림 10.1 옹벽의분류 (2) 옹벽의기초및옹벽본체의구조설계와관련된세부설계기준은구조물기초설계기준및 콘크리트구조설계기준을참고한다

223 제 10 장콘크리트옹벽 10.2 설계일반사항 설계목표 (1) 옹벽의설계목표는옹벽과기초지반사이의파괴, 옹벽배면지반의파괴및옹벽을지 지하는지반의파괴가발생하지않도록설계하여야한다. (2) 옹벽은설계수명기간동안과도한변형및파괴가발생하지않아야한다. [ 해설 ] (1) 옹벽구조물의설계수명은옹벽이부대시설로포함되는본구조물의설계수명과동일 하게볼수있다. 도로의경우중요구조물인교량등이약 100년~120년의내구수명 을가지는것으로설계하며이에따른도로의내구수명도그와동일하게간주된다. 따라서, 옹벽상부에도로가있거나또는옹벽하부에도로가있는경우에는옹벽구조 물도도로의내구수명과동일하게간주할수있다. (2) 옹벽의과도한변위는장기적으로발생가능한변위의크기를말하며벽체의성능에영향을미치지않아야하고, 외관상으로도불안정하게보여서는안된다 옹벽적용기준 (1) 콘크리트옹벽의형식은중력식, 반중력식, 캔틸레버식, 부벽식등이있으며, 옹벽의 구조형식은다음의사항을고려하여결정한다. 1 옹벽이설치될위치와다른구조물과의관계, 공간적제약 옹벽의높이및옹벽이설치되는지형 지반조건과지하수조건 시공에소요되는시간및경제성 옹벽의미관과유지관리의편의성 (2) 옹벽기초는지지지반의조건에따라직접기초, 말뚝기초등의적절한기초형식을선 정한다. [ 해설 ] (1) 콘크리트옹벽의형식은매우다양하며선정조건을만족하는여러가지옹벽이있는

224 10.2 설계일반사항 해설그림 10.2 콘크리트옹벽의종류 해설표 10.1 콘크리트옹벽의구조형식비교 형식지지개념적용성 중력식 반중력식 역T 형, L 형, 역L형 ( 캔틸레버식) 부벽식 벽체내에콘크리트저항력이상의인장력이생기지않자중으로토압을지지하는무도록해야함근콘크리트옹벽 높이가낮고기초지반이양호한경우 중력식옹벽과동일 중력식옹벽의벽체내에생긴인장력을콘크리트대신 소량의철근으로보강 대체로중력식옹벽에준함 철근콘크리트구조이며역T 형의일반적임. L형은옹벽이용지경계에접하여있는경우와같이벽체의자중과저판위의흙앞판설치가곤란할때, 의중량으로토압에저항 역L형은배면에구조물등이있어저판을설치할수없 을때적용 시공이복잡하며배면다짐이곤란함. 캔틸레버옹벽의배면에일정 앞부벽식은옹벽전면에부벽을설치하는형식으로역L 한간격의부벽을설치하여형과같이안정상불리하므로특별한경우에만예외적벽체를보강한옹벽으로적용

225 제 10 장콘크리트옹벽 경우에는초기공사비와설계수명내의유지관리비용을고려하여최종적으로선정한 다. 해설그림 10.2에제시된형식외에특수형식으로역L 형, 앞부벽식등이있으며, 이들은일반적인옹벽설치가어려운경우에예외적으로적용된다 내진설계여부 (1) 옹벽의내진설계는다음에해당하는경우에수행한다. 1 시설물의안전관리에관한특별법시행령에의해 2 3 모인경우 2종시설물로분류되는옹벽규 옹벽상부와하부의피해범위내에내진설계를요하는주구조물또는 1 종, 2종 시설물이있는경우 발주자가요구하거나설계자가필요하다고판단하는경우 (2) 옹벽의지진시안정해석은제10장 10.5 지진시옹벽의안정해석및제24장비탈면내 진설계기준을참조한다. [ 해설 ] (1) 시설물의안전관리에관한특별법시행령에는연장 500m 이상, 높이 5m 이상의옹벽 을 2 종시설물로분류하고있으며, 건설교통부내진설계기준연구(1997) 의설정에따 르면 1 종, 2종시설물의경우에는내진설계를하도록되어있어이에해당하는옹벽 의경우는내진설계를수행해야한다. 이러한규모의옹벽외에도옹벽의파괴범위내 에주구조물이위치하고있는경우에는옹벽의내진설계가필요하다. (2) 옹벽의내진해석은가유사정적해석(pseudo-static analysis), 나강성블록해석(rigid block analysis), 다수치해석등이있으며옹벽구조물의중요성에따라설계자의판단에의하여해석방법을선택할수있다. 이설계기준은유사정적해석방법의적용방법에대해서제시한다

226 10.3 설계하중 10.3 설계하중 하중종류 (1) 옹벽에설계시고려하는하중은옹벽의사용기간중에발생가능한모든형태의하중 조합을고려하여설계한다. (2) 옹벽의안정해석시고려하는하중의종류는다음과같다 옹벽과뒤채움의자중등고정하중 옹벽에작용하는토압과상재하중에의한토압증가량 배수가되지않는조건에서는수압과부력 옹벽에직접작용하는외력 지진에의한하중등 [ 해설 ] (1) 옹벽에작용하는하중은크게흙에의한토압, 지하수에의한수압, 옹벽배면에작용 하는상재하중, 옹벽구조에직접작용하는하중, 지진하중으로구분하며설계에서는 실제하중이적용되는조건을감안하여선택적으로적용한다. (2) 토압은뒤채움흙의종류, 배수상태, 표면에서의상재하중의종류와위치에따라달라 지며, 옹벽구조에직접적으로작용하는하중은방음벽등의구조물을옹벽상단에설 치했을때전달되는연직, 수평, 모멘트의하중등이있다 자중 (1) 옹벽에작용하는자중은옹벽의자중과뒤채움흙의자중으로한다. (2) 자중은콘크리트와흙의일반적인단위중량을적용하며, 실제하중이명백한경우는 그값을사용한다. [ 해설 ] (1) 옹벽의안정해석에서흙은작용력과동시에저항력으로도작용한다. 여기서는하중으 로서의자중을말하며, 해설그림 10.3과같이옹벽에는뒷굽판상부뒤채움토의자중 과옹벽자체의자중이작용한다

227 제 10 장콘크리트옹벽 해설그림 10.3 하중으로계산되는뒤채움의범위 토압 (1) 옹벽에작용하는토압은벽체의변위에따라서주동, 수동, 정지토압이있으며, 실제 옹벽의변형조건에따라적절한토압을작용시킨다. 토압은옹벽배면에삼각형분포 하중으로작용시킨다. (2) 토압계산방법은 Coulomb 토압, Rankine 토압을적용할수있다. 일반적인경우는 Coulomb 토압을사용하고, 캔틸레버옹벽과같이가상배면에토압을작용시키는경 우는 Rankine 토압을이용하여계산할수있다. (3) 옹벽배면의뒤채움형상이불규칙하거나상재하중조건이불규칙한경우는 Coulomb 의흙쐐기이론에기초한시행쐐기법을이용한다. [ 해설 ] (1) 옹벽에작용하는정지, 주동, 수동토압은벽체의변위와관계된다. 변위가없는벽체 에작용하는토압은정지토압, 벽체가뒤채움으로부터멀어지는방향으로변위가발 생하면주동토압, 벽체가뒤채움으로부터가까워지는방향으로변위가발생하면수동 토압이발생한다. 흙의종류에따라벽체가한계상태에도달하기위한벽체의회전변 위를해설표 10.2 에나타내었다

228 10.3 설계하중 해설표 10.2 흙의종류에따른주동및수동상태의벽체회전변위 (Canadian Geotechnical Society, 1985) 흙의종류 주동 벽체의회전변위 ( δ/h) 수동 조밀한사질토 느슨한사질토 견고한점성토 연약한점성토 (2) 정지토압은건물의지하벽체와또는통로박스구조물과같이벽체의변위가물리적으 로허용되지않거나임의로벽체변위를허용하지않도록한경우에적용한다. 흙의 조건에따라서해설표 10.3 에나타낸공식을적용한다. 해설표 10.3 정지토압계수 적용공식 조건 K o = 1 - s in φ ' 정규압밀점토, 모래질흙 K o = ( 1 - sin φ') O C R 과압밀비가큰흙 K oβ = K o (1 + sin β ) = ( 1 - sin φ )( 1 + sin β ) 배면토가경사진지반 (Danish Code) (3) Coulomb 토압과 Rankine 토압의차이는옹벽벽체와흙사이의상대변위에의한마찰 력의고려여부에있다. Coulomb 토압이론에서는벽면마찰력을고려하며, Rankine 토 압은마찰력을고려하지않는다. 중력식옹벽과같이벽체배면에토압을작용시키는경우, 토압작용면에서벽체와 뒤채움간의상대적인변위가발생하므로 Coulomb의토압이론을이용하여토압을계 산하는것이바람직하지만, 역T형옹벽과같이뒤채움내부의가상배면에토압을작용 시키는경우는가상배면에서상대적인변위가발생하지않으므로마찰력을고려할필 요가없으며 Rankine 의토압이론을이용할수있다. 해설표 10.4에는다양한재료사 이의마찰각을나타내었다

229 제 10 장콘크리트옹벽 해설표 콘크리트의면상태및흙의종류에따른벽면마찰각 (US Department of Navy, 1982) 구분지반의종류마찰각 ( δ) 상태가양호하며깨끗한암석 35 거친콘크리트와지반사이거푸집을댄콘크리트와지반사이 깨끗한자갈, 자갈~모래혼합, 굵은모래 깨끗한가는~중간모래, 실트질 29~31 중간~굵은모래, 실트질또는점토질자갈 24~29 깨끗한가는모래, 실트질또는점토질의가는모래~중간모래 19~24 가는모래질실트, 비소성의실트 17~19 매우단단하고강한과압밀점토 22~26 중간정도단단한점토와실트질점토 17~19 깨끗한자갈, 자갈~모래혼합토, 석분을포함한입도가좋은암버력 22~26 깨끗한모래, 실트질모래~자갈혼합토, 입도분포가나쁜암버력 17~22 실트질모래, 실트또는점토가섞인자갈또는모래 17 가는모래질실트, 비소성의실트 14 1 Coulomb 주동토압 : 경사진옹벽배면에작용하는주동토압의크기는해설식 (10.1) 의주동토압계수를사용하여계산한다. 배면의경사와옹벽의경사, 벽면마 찰각을고려한공식이다. K a = cos 2 (φ - ω) 해설식 (10.1) cos 2 ω cos(ω + δ) [ sin(φ + δ) sin(φ - β) 1 + cos(ω + δ) cos(ω - β) ] 2 여기서, ω : 수직선으로부터옹벽배면의경사도 φ : 배면흙의내부마찰각 δ : 외적안정계산시의벽면마찰각 β : 상부쌓기비탈면의경사도 Coulomb의주동토압의작용위치는옹벽저면에서 1/3H 높이이며, 옹벽배면경사에 수직인면에서벽면마찰각만큼경사지게작용한다

230 10.3 설계하중 2 Rankine 주동토압 : 역T형이나 L형과같은캔틸레버식또는부벽식옹벽은해설 그림 10.4c 와같이뒤꿈치를통과하는가상벽면에작용하는토압을고려한다. 이 경우에는토압이작용하는면이실제로벽면이있는것이아니라가상의벽면이 므로, 이벽면에서의상대적인변위는없을것이며, 따라서벽면마찰또한발생하 지않는다. 따라서이러한경우에는해설식 (10.2) 의 Rankine 의토압을사용하며, 작용방향은지표면경사와일치하는것으로간주한다. β β P p ω f a W R R v R h P v P h P a(coulomb) δ = 벽면마찰각 y P p a R v f W R R h P v P h P a(rankine) β = 지표경사각 y σmax e B B/2 σ min σmax e B B/2 σ min (a) 중력식및반중력식옹벽 ; Coulomb 토압적용 (b) 중력식및반중력식옹벽 ; Rankine 토압적용 β f a W P v P a(rankine) β P p R v R R h P h y σmax e B/2 σ min B (c) 캔틸레버식또는부벽식옹벽 ; Rankine 토압적용 해설그림 10.4 토압의작용방법

231 제 10 장콘크리트옹벽 여기서, R : 합력, R v : 모든수직력의합력, R h : 모든수평력의합력 H : 옹벽의높이, B : 옹벽저판의폭, e : 편심거리 δ : 벽면마찰각, β : 옹벽상부의지표경사각 W : 옹벽의자중 ( 캔틸레버식옹벽에서는저판위의흙까지포함) : 주동토압의합력( P v, P h : 주동토압의연직, 수평분력) P a a : 옹벽앞굽에서 W 까지의모멘트팔길이 f : 옹벽앞굽에서주동토압( P a ) 의작용점까지의수평거리 y : 옹벽앞굽에서주동토압( P a ) 의작용점까지의연직거리 P a = 1 2 γh 2 K a 해설식 (10.2) K a = tan 2 ( 45- φ 2 ) 해설식 (10.3) 여기서, γ : 흙의단위중량 H : 옹벽의높이 K a : 주동토압계수 3 수동토압의계산 : Rankine 이론에의한수동토압은일반적으로토압크기를과소 평가하게되는데이는수동파괴시토압의작용위치를잘못가정하기때문이다. 반 면, Coulomb 이론에의한토압은토압을너무과대평가하게된다. 이것은벽면마 찰각이커지면평면으로가정한파괴면이너무빨리커지기때문이다. 따라서 Coulomb 토압이나이에근거한시행쐐기법은벽면마찰각 (δ) 이내부마찰각의 ⅓ φ 이하일때만사용하도록해야한다(Terzaghi, 1953). Coulomb 수동토압은다음 의수동토압계수를이용하여계산한다. K p = cos 2 (φ - ω) 해설식 (10.4) cos 2 ωcos(ω + δ) [ sin(φ + δ)sin(φ - β) 1 + cos(ω + δ)cos(ω - β) ] 2 여기서, ω : 수직선으로부터옹벽배면의경사도 φ : 배면흙의내부마찰각 δ : 외적안정계산시의벽면마찰각 β : 상부쌓기비탈면의경사

232 10.3 설계하중 Coulomb의수동토압의작용위치는옹벽저면에서 1/3H 높이이며, 옹벽배면경사에 수직인면에서벽면마찰각만큼경사지게작용한다. 이공식을적용할때는벽면마 찰각이 1/3 φ이하일때사용하며, 벽면마찰각이 1/3 φ이상일때는불안전측값으 로계산될수있으므로해설그림 10.5와 10.6 의도표를이용한다. 해설그림 10.5 연직벽체, 경사배면에서의수동토압계수선정도표

233 제 10 장콘크리트옹벽 해설그림 10.6 수평배면에서의수동토압계수선정도표 상재하중에의한토압 (1) 옹벽배면에건설장비의이동, 자재야적및도로에가해지는윤하중등에의한일시하 중또는구조물의기초에의한영구하중이작용하는경우는이를설계에고려한다. (2) 일시적인하중을고려하기위하여옹벽배면지반에는 10 kn/ m2의등분포하중이작용 하는것으로간주하여옹벽의안정해석과구조검토를실시한다

234 10.3 설계하중 (3) 옹벽벽체또는가상배면으로부터파괴면이표면과만나는지점내에집중하중, 선하 중, 구조물에의한하중이작용하는경우는이에의해옹벽에가해지는수평토압의 증가량을고려한다. 상재하중에의한수평토압의증가량은탄성지반에작용하는하 중을고려한이론해를이용할수있다. [ 해설 ] (1) 옹벽의배면지반에는시공중중장비및트럭등장비가이동하며, 또한시공완료후 에도자재의야적, 차량의이동에의한하중이발생한다. 통상임시또는일시적인하 중증가량을고려하기위하여설계에서는옹벽배면에 려하도록하고있다. 10kN/ m2의상재하중을항상고 (2) 해설그림 10.7에는중력식옹벽과역T형옹벽에대하여옹벽배면에직접적으로상재 하중으로인한토압을증가시키는방법과가상배면에상재하중으로인한토압을증가 시키는방법을나타내었다. 상재하중에의해증가하는수평토압은해설식 (10.5) 로계 산할수있다. ΔP q = qhk a 해설식 (10.5) 여기서, ΔP q : 상재하중에의해증가되는수평토압 q q P p a W R v f R R h P q(coulomb) P a(coulomb) P v δ P h y=h/3 y=h/2 P p a R v W R R h P v P q P a y=h/3 y=h/2 σmax e B B/2 σ min σmax e B B/2 σ min (a) Coulomb 토압적용해설그림 10.7 (b) Rankine 토압적용 등분포상재하중의고려방법

235 제 10 장콘크리트옹벽 q H : : 등분포상재하중 옹벽의높이 K s : : 토압계수 ( 주동토압은 K a, 정지토압은 K o 적용 ) 작용상재하중의종류에따른배면토압증가량은조건별로해설표 10.5 를이용한다. 해설표 10.5 상재하중조건별토압증가계산방법 조건배면토압증가량계산식하중작용모식도 점하중이작용하는경우 (point load) Δp= P [ 3ZX 2 - R(1-2ν) πr 2 R 2 R+Z ] P : 벽체배면에작용하는점하중(N) R : 하중작용점에서옹벽벽체배면까지의직선거리 X, Y, Z : x,y,z방향으로의거리 v : 포아송비 무한히긴선하중이벽체와나란하게작용하는경우 (infinitely long line load parallel to the wall) Δp= 4Q π X 2 Z R 4 Q : 벽체배면에작용하는선하중(N/mm) 선하중이벽체방향에직각되게일정길이만작용하는경우 (finite line load perpendicular to the wall) Δp= Q ꀎ 1 πz _ A - 1-2ν 3 A+ Z + 1-2ν ꀏ ꀚ X 2 B+ Z _ X 1 ꀛ A = 1 + ( Z X 2 ) 2, B= 1 + ( Z X 1 ) 2 X 1 : 벽체뒤에서하중작용점까지가까운거리 X 2 : 벽체뒤에서하중작용점까지먼거리 Z : 표면에서작용위치까지심도 v : 포아송비 Q : 벽체배면에작용하는선하중(N/mm)

236 10.3 설계하중 띠하중이작용하는경우 (uniformly loadedstrip) Δp= 2p π [δ-sinδcos(δ+2α)] p : 벽체배면에작용하는등분포하중(N/ mm2 2 ) α : 그림에서의각도 δ : 그림에서의각도 사각형등분포하중이작용하는경우 옹벽배면에폭B, 길이L의등분포하중 q가작용하는경우깊이 Z에서옹벽에작용하는토압의증가량은영향계수를이용하여다음과같이구한다. Δp =q I p q s I p : 벽체배면에작용하는사각형등분포하중 : 영향계수 수압과부력 (1) (2) 옹벽배면에물이고여있는상태로존재하게되는경우에는옹벽에직접작용하는 하중으로서수압을고려하여야한다. 이때수면아래의토압을계산할때는수중단위 중량을이용한다. 옹벽배면의뒤채움내부에배수시설또는배수층을별도로설치한경우에는옹벽배 면내에존재하는정상상태의수두를고려하여가상배면또는시행쐐기에작용하는 수압으로작용시킨다. 단, 배수층에의해가상배면범위내에수위가발생하지않도록 한경우에는수압을고려하지않을수있다. [ 해설 ] (1) 일반적으로옹벽배면은뒤채움재료의종류, 옹벽뒤채움의표면피복상태, 옹벽뒤채움내 의배수구조에따라수압의작용여부가달라진다. 뒤채움표면이대기에그대로노출 된상태에서는강우에의한침투가발생하면일시적으로뒤채움내의수위가상당히 높아질수있으며뒤채움의투수계수및배수시설의유무에따라장시간뒤채움내부 에정수압상태로존재할가능성이있으므로수압을고려한설계가필요하다

237 제 10 장콘크리트옹벽 옹벽배면에는여러형태의배수층을둘수있는데, 가장일반적인형태는벽체배면 에수직배수층을두는것이다. 이러한옹벽뒷채움내부의배수시스템에서뒷채움내 부에지하수위가형성되거나또는침투에의해수압이발생하는경우에안정계산은해 설그림 10.8과같이침투해석을수행하여가상파괴면에작용하는수압을구하고이를 옹벽의안정계산에고려하여야한다. (a) 뒤채움내부에지하수가있는경우파괴면에서작용하는수압 해설그림 (b) 표면에서의침투로인하여파괴면에작용하는수압 10.8 침투해석을통한파괴면에작용하는수압의고려방법 (2) 해설그림 10.8b와같이표면에서침투로인하여파괴면에작용하는수압은해설그림 10.9 을이용하여쉽게구할수있다. 여기에서는옹벽의배면각도( α a ) 에따라파괴면

238 10.3 설계하중 해설그림 10.9 파괴면에작용하는총수압의계산 에서작용하는총수압의관계를나타내었다. (3) 옹벽배면으로의침투를방지하기위해서는뒤채움표면에불투수층을두거나콘크리 트피복을하는경우가많다. 뒷채움내부의효과적인배수시스템은경사진배수층을 두는것인데, 임계파괴면의경사와비슷하거나완만하게배수층을뒷채움내부에설치 하면해설그림 에서와같이임계파괴면에수압이작용하지않게된다. 해설그림 경사배수층을둔경우임계파괴면에서작용하는수압 (4) 해설그림 10.11에는콘크리트옹벽의표면배수시설과뒤채움내부에설치하는배수층의배치예를나타내었다

239 제 10 장콘크리트옹벽 해설그림 콘크리트옹벽의배수시스템 옹벽에직접작용하는하중 옹벽구조물상단에무시할수없는규모의연속적인벽체구조물이설치되는경우에는 이들구조물로부터전달되는하중을고려하여옹벽의외적안정성과옹벽구조물벽체를 설계해야한다. [ 해설 ] 옹벽에직접가해지는하중은옹벽상단에설치된구조물에따라결정된다. 일반적으로옹벽상단에방음벽, 낙석방지울타리와같이연속적으로설치되는구조물이있는경우에는이러한구조물에의해옹벽상단연결부에전달되는하중을고려하여야한다

240 10.3 설계하중 깎기경계구간의토압 옹벽배면의원지반을깎기( 또는그대로둔상태) 하여옹벽을설치하고뒤채움하는경 우에는파괴면이이론적인범위와달라질수있으므로깎기면또는자연지반면을파괴 면으로간주하여토압을계산한다. [ 해설 ] (1) 옹벽배면의원지반을깎기또는그대로둔상태에서옹벽을설치하는경우에는원지 반과쌓기면또는깎기면과쌓기면사이의경계면이미리결정된파괴면이될수있 으며, 이론적인파괴면으로계산한토압의크기와달라질수있으므로토압의계산에 서는해설그림 와같이파괴면의차이를고려하여야계산해야한다. 해설그림 깎기경계면에서의토압계산

241 제 10 장콘크리트옹벽 (2) 깎기면에서파괴면보다경사가완만한파괴면이예상되는구간전면에옹벽을설치하 는경우는일반적인토압론에의한수평하중보다큰하중이가해질수있으므로주의 를요한다. 이때옹벽에작용하는토압의크기는도해법으로구할수있으며작용위 치는 1/3H 위치이다. 따라서깎기부에서옹벽을설치하는경우는기존자연원지반과 옹벽과의배치등을정확하게표현하여옹벽을설계할필요가있다

242 10.4 콘크리트옹벽의설계 10.4 콘크리트옹벽의설계 검토항목 옹벽의안정해석은다양한하중조건하에서한계상태가발생하지않도록하는것이며다음의항목에대하여검토한다. 1 활동파괴 (sliding failure) 2 전도파괴 (overturning failure) 3 지지력파괴 (bearing capacity failure) 4 전체안정성 (overall stability) 5 기초지반의침하 (settlement) [ 해설 ] (1) 옹벽의설계개념은옹벽에서발생할수있는다양한파괴에도달하는한계상태에대하여적절한안전성을확보하도록설계하는것이며, 옹벽에작용하는하중과저항력의크기를실제작용하는하중크기로계산하는사용하중설계법을적용한다. (2) 모든옹벽은해설그림 에서와같이옹벽저면을따른활동, 옹벽의선단을중심으 로한전도, 기초지반의지지력및침하에대하여안정성을확보할수있도록설계되 어야한다. (a) 활동 (b) 전도 (a) 활동 (b) 전도 (c) ( c) 지지력지지력및침하침하 해설그림 옹벽의안정성검토

243 제 10 장콘크리트옹벽 안전율기준 옹벽의안정해석에서적용하는안전율기준은표 10.1 과같다. 지진시는지진하중을 고려하여검토한다. 표 10.1 옹벽의설계안전율 검토항목평상시지진시 활동 (sliding) 전도 (overturning) 지지력 (bearing capacity) 전체안정성 (overall stability) 1.2~ 활동안정성 (1) (2) 활동에대한안정성은기초지반면과옹벽저면에서의미끄러짐이발생하는가에대한 검토이다. 경사하중또는비탈면상에설치된기초, 수평력을받는구조물의기초에 대해서는활동에대한파괴를검토해야한다. 활동에대한검토는활동을유발하는횡방향하중과활동에저항하는저항력의비율 이기준안전율이상이어야한다 FS = S R S D > FS 여기서, S R S D : 활동저항력(resisting force to sliding) : 활동력(sliding force) (3) 점성토지반상의옹벽기초에대해서는지반의건조수축과침하로인하여지반과기초 사이의이격이생길가능성을고려하여야한다. 옹벽전면흙의수동토압을활동저 항력으로고려하고자하는경우에는기초전면흙이장기적으로유지될수있는지 여부를확인하여야한다

244 10.4 콘크리트옹벽의설계 [ 해설 ] (1) 옹벽은옹벽배면에작용하는토압의수평성분에의해서수평방향으로활동하려는특 성을지닌다. 이경우옹벽저판의바닥면에서저항력이충분히확보되어야하며해 설식 (10.6) 으로안전율을계산할수있다. FS = V tanδ + c a B 1.5 H 여기서, 해설식 (10.6) 모든연직력의합 V : (kn) 모든수평력의합 H : (kn) δ : 옹벽저판과지지지반사이의마찰각 c a : 옹벽저판과지지지반사이의부착력(kN/ m2) B : 옹벽저판의폭(m) 옹벽저판과지지지반사이의마찰계수 tanδ 와점토의종류에따른옹벽저판과지 지지반사이의부착력 c a 는각각해설표 10.6과해설표 10.7 을참고할수있으며, 정확한값은현장지반에대한시험을통하여얻을수있다. 해설표 10.6 옹벽저판과지반사이의마찰계수 흙의종류 저면마찰각 마찰계수 실트와점토를함유치않은조립토 실트를함유한조립토 점토를함유한조립토 * * 이러한종류의흙이존재하는경우옹벽이활동에대해불안정하므로, 흙을두께 10cm 의모래나자갈로치환하는것이좋다. 옹벽저판밑의

245 제 10 장콘크리트옹벽 해설표 10.7 점토종류에따른옹벽저판과지반사이의부착력( ) ca 점토의종류점착력 ( c, kn/ m2) 부착력 ( c a, kn/ m2) 매우연약한점성토 0~12 0~12 약한점성토 12~24 12~24 중간정도의견고한점성토 24~49 24~37 견고한점성토 49~98 37~46 매우견고한점성토 98~196 46~64 (2) 옹벽저판은동결심도아래에설치되는것이원칙이며동결심도가얕은지반이라하 더라도지표면아래로최소한 1m 이상의깊이에설치한다. 활동안정해석에있어서 옹벽전면의수동토압은활동에대한저항력을제공할수있으나, 다음과같은경우가 예상되면수동토압에의한저항력을무시한다 우수나유수에의해옹벽전면의흙이세굴될수있는경우. 옹벽전면흙이느슨한되메움흙으로서토압을기대하기어려운경우 경사진지반위에옹벽이설치되어전면의흙이유실될가능성이있는경우 (3) 옹벽전면의수동토압을고려하여계산하는경우는옹벽저판바닥면에서발휘되는저항력과전면의수동토압을합한저항력으로활동저항력을계산하는방법과옹벽저판바닥면과수동토압을받는지반의상대변위에따른수평저항분담율을계산하고각각이분담하는수평하중에따라안전율을계산하는방법이있다. 1 옹벽저판의마찰저항력과전면흙의수동토압의합으로계산하는방법 수동토압이발휘되기위해서는 20% 에이르는수평변형이필요하며, 저판의저 면에서발휘되는저항력은 0.5% 의변형단계에서저항력이발휘되는것으로보고 되고있다. 또한 0.5% 의변형단계에서발휘되는토압은수동토압의약 1/2정도밖 에발휘되지않는것으로보고되고있으므로이를고려한활동에대한안전율은 해설식 (10.7) 로계산가능하다

246 10.4 콘크리트옹벽의설계 FS = V tanδ γd 2 f tan 2 ( 45+φ 2 H 여기서, ) 1.5 해설식 (10.7) 모든연직력의합 V : (kn) H γ D f φ : 모든수평력의합 (kn) : 옹벽전면흙의단위중량 : 옹벽기초의근입심도(m) : 옹벽전면흙의내부마찰각 해설그림 전면부수동토압을고려한활동저항력 2 수평저항분담율에따른검토방법 옹벽에서발생하는변위를수평변위로만가정하고저판저면과수동토압을받 는지반을각각전단과압축을받는스프링으로변환하면단위변위에따른수평 하중분담율을해설식 (10.8) 을이용해구할수있다. H B = H P = 여기서 1 H 해설식 (10.8a) 1+β β H 해설식 (10.8b) 1+β

247 제 10 장콘크리트옹벽 H B H P : : 옹벽저판과지반사이에서발휘되는저항력 옹벽전면지반의수동토압에의한저항력 β= k H D f 2k S B : 지반의강성비 D f : 옹벽기초의근입심도 (m) B : 옹벽저판의폭(m) k H k S : 옹벽전면지반의수평지반반력계수(kN/ m3) : 기초저면의전단지반반력계수(=1/3 k V )=(kn/ m3) 분담하중이결정되면각부분별안전율을따로검토한다. FS B = FS P = V tanδ 1.5 H B 1 2 γ D 2 f tan 2 (45+ φ 2 ) 해설식 (10.9a) H P 1.5 해설식 (10.9b) 활동저항력의증가 (1) (2) 횡방향하중에대한활동저항력을증가시키기위하여기초저판하부에돌출된활동방지벽(shear key) 을설치하거나또는지반과접하는기초를경사지게설치하는방법이있다. 활동방지벽을설치한경우활동에대한검토는활동을유발하는횡방향하중과활동에저항하는지반의저항력과활동방지벽에의한저항력을함께고려한다. FS = S R+R key S D 여기서, S R : 기초저면의활동저항력 R key : 활동방지벽에의한활동저항력 S D : 활동력

248 10.4 콘크리트옹벽의설계 (3) 기초저면을경사지게하더라도역학적으로지지력에대한문제는없으나지반조건이 쉽게흐트러지기쉬운조건에서는주의한다. [ 해설 ] (1) 활동방지벽은일반적으로해설그림 10.15와같이저판중앙부또는뒤굽에설치하면활동저항에효과적이다. 활동방지벽은단단한지반이나암반에지반을흐트러뜨리지않고지반에밀착되도록시공해야만그효과를기대할수있다. 해설그림 옹벽의활동방지를위한방법 (2) 활동방지벽이있는경우의안전율은해설식(10.10) 으로계산한다. ( 해설그림 10.16참 조 ) FS = S R+R key S D = F P h 해설식 (10.10) 점성토 : F = (W + P v ) tanδ + c a (B - a 1 b) + c ( a 1 b) + P p 사질토 : F = (W + P v ) tanδ + P p 여기서, c : 기초지반의점착력 c a : 콘크리트와기초지반과의부착력 B : 옹벽저판의폭 P p : 수동토압 δ : 기초지반과콘크리트의마찰각

249 제 10 장콘크리트옹벽 P v W P h D f P p a intact d e a 1 b c F B 해설그림 옹벽의활동방지를위한활동방지벽 활동방지벽의수동토압 P p 는해설식 (10.11) 을이용하여계산할수있다. P p = 1 2 γ aa 1K p + γd f aa 1 K p 2 해설식 (10.11) 여기서, K p : 수동토압계수, K p = tan ( 2 45 o + φ 2 ) D f : 지표에서옹벽저면까지의깊이 aa 1 : 돌출부의높이 (3) 기초저면을경사지게하는경우의안전율은경사진면에작용하는총연직하중과수평 하중의비율로부터해설식 (10.12) 를이용하여계산할수있다. 활동방지벽을둔경우 에도해설그림 10.17(b) 와같이가상면에작용하는하중으로고려할수도있다. FS= (Vcosθ+Hsinθ)tanδ Hcosθ-Vsinθ 해설식 (10.12)

250 10.4 콘크리트옹벽의설계 (a) 경사진옹벽기초 해설그림 (b) 활동방지벽의가상파괴면 활동저항을위한경사진옹벽기초 기초저면을경사지게하더라도기초의침하에따라기초하부지반의파괴쐐기가해 설그림 과같이형성되므로지지력을저하시키지는않으며, 지지력계산에있어서 는기초의폭을환산기초폭 ( B f ) 으로두고수평한기초와동일한방법으로산정한다. 해설그림 경사진기초의소성영역과환산기초폭 전도안정성 (1) (2) 전도는옹벽의앞굽을중심으로옹벽전체가앞으로회전하는지여부에대하여검토 한다. 옹벽은배면의횡방향토압으로인해저판앞굽을중심으로전도하므로옹벽은 이에대해충분히안전하게저항하여야한다. 전도의검토는옹벽에작용하는하중의조합에의해작용모멘트와저항모멘트의비 율이기준안전율이상이어야한다

251 제 10 장콘크리트옹벽 FS = M R M D FS 여기서, M R : 저항모멘트 (resisting moment) M D : 활동모멘트 (driving moment) (3) 별도의계산을하지않더라도, 다음기준을만족하면전도에대해안정한것으로간 주한다. 1 2 기초지반이흙인경우, 힘의합력이기초중심에서 1/2B 이내에있는경우 기초지반이암인경우, 힘의합력이기초중심에서 3/4B 이내에있는경우 [ 해설 ] 힘의합력의작용위치에대한기준은전도모멘트와저항모멘트의검토에서계산된것 이다. 흙에대한기준인 1/2B 이내기준은한계상태에서의소성지지력분포를이용하여 계산한것이다 지지력검토 (1) 지지력검토는다음과같이옹벽하부에발생하는지반반력( q max ) 이지반의허용지지 력 ( q a ) 이상이되는지를검토한다. q a q max FS 여기서, q a : 지반의허용지지력 q max : 지반반력 (2) 지반의지지력의계산은구조물기초설계기준( 건설교통부, 2003) 을참조한다. [ 해설 ] (1) 기초지반에서발생하는최대지반반력( q max ) 이기초지반의허용지지력( σ allow ) 을초과한 다면기초지반의지지력에대한안정을유지할수없다. 하는지반반력의분포는다음두가지경우로계산한다. 옹벽의설치로지반에발생

252 10.4 콘크리트옹벽의설계 1 옹벽이토사지반에지지되는경우 는것으로가정하여계산하며해설식 : 연직응력은유효기초면적에등분포로작용하 (10.13) 을이용한다. V q max = B-2e 여기서, 해설식 (10.13) V : 연직하중 B : 기초폭 e : 하중의편심 2 벽체가암반에의해지지되는경우 : 연직응력은유효기초면적에선형분포하는것 으로가정하여계산한다. 가. 힘의합력이기초중심에서 1/3B이내에있는경우 q max,min = V B (1±6 e B ) 나. 힘의합력이기초중심에서 1/3B바깥에있는경우 해설식 (10.14) q max = 2 V 3[ (B/2)-e)], q min = 0 해설식 (10.15) (2) 지반의극한지지력은얕은기초의지지력공식등을적용하여평가하며, 얕은기초로는 옹벽의소요지지력을얻을수없는경우에는말뚝기초나원지반의치환또는개량( 안 정처리) 등의공법을적용하여소요지지력을확보하여야한다. 말뚝기초를사용하는 경우에는얕은기초의지지력은무시하고말뚝의지지력만을사용한다. 기초의지지력 에대한안정성의검토에서는지지력에대한안전율뿐만아니라기초의침하에대해 서도검토하여야한다. 옹벽의허용침하량은인접토공또는구조물의허용침하기준 을만족하여야하며, 침하량산정은일반적인기초침하량산정방법에따른다

253 제 10 장콘크리트옹벽 전체안정성 (1) 전체안정성은옹벽을포함한기초지반전체의안정성을의미한다. 옹벽이설치되는원지반이특히점성토등의연약지반인경우에는강도에대한안정성뿐만아니라침하에대한안정성도검토하여야한다. (2) 기준안전율이확보되지않은경우는다음의방법을적용하여지반의안정성을향상시킬수있다. 1 기초슬래브아래에활동방지벽추가 2 기초지반을하향조정 3 말뚝기초적용 [ 해설 ] (1) 전체안정성이란옹벽구조물뿐만아니라옹벽기초아래및옹벽벽체뒤의지반이포 함된전체의안정성을의미한다. 특히옹벽이비탈면에축조되는경우전체안정성이 문제될수있으며이에대한평가를위해서는현장에대한토질조사및시험을바탕 으로한안정성해석이필요하다. 전체안정성의해석에는수정 Bishop 법, Janbu의간 편법, Spencer 방법등이적용될수있다. 해설그림 10.19는지반의여러가지전체적 인파괴형상을나타낸다

254 10.4 콘크리트옹벽의설계 O a r O a r W W (a) S (b) S O a r W W P a P p S (c) S b (d) 해설그림 여러가지전체활동파괴형태

255 제 10 장콘크리트옹벽 10.5 지진시안정해석 일반사항 (1) 지진시옹벽의안정해석에서는다음의사항을검토한다 옹벽기초지반의액상화에대한검토 옹벽의활동에대한검토 옹벽의전도에대한검토 옹벽의지지력에대한검토 옹벽의전체안정성에대한검토 (2) 옹벽기초지반의액상화에대한검토는제24 장비탈면내진설계기준을참조한다 지진시고려하는하중 (1) 지진시옹벽의안정해석에서고려하는하중은실제작용하는사하중으로하며, 설계 (2) 를위해옹벽배면지반에작용시키는일시적인상재하중은고려하지않는다. 지진시옹벽에가해지는지진하중은파괴흙쐐기의자중과수평지진계수를곱한등 가지진력으로하며, 파괴흙쐐기의중심에횡방향으로작용시킨다. (Mononobe-Okabe 의유사정적해석법) (3) 지진에의한수직지진계수( k v ) 는옹벽의안정성에미치는영향이작으므로무시하 고수평지진계수 ( k v ) 는제24장비탈면내진설계기준에서제시하는지반가속도계수 ( A) 를이용하여다음과같이결정한다. 1 옹벽벽체의변위를 254Amm 까지허용하는경우: k h = 0.5A 2 옹벽벽체의구속하는경우 : k h = 1.0A 3 앵커또는말뚝기초로옹벽벽체의변위를구속하는경우 : k h = 1.5A [ 해설 ] (1) 지진에의해발생하는토압은주동토압과수동토압이며주동토압은옹벽의배면에서, 수동토압은옹벽의전면에서작용하는것으로한다. Mononobe-Okabe방법은

256 10.5 지진시안정해석 Coulomb 이론을직접적으로확장한것으로서 Coulomb의주동또는수동파괴쐐기에 수평지진계수를곱한다음쐐기에작용하는힘들의평형방정식으로부터벽체에작용 하는동적토압을구하는방법이다. Mononobe-Okabe 방법은 Coulomb의방법을확장 시킨것이므로기본적으로 의조건을가정하고있다. Coulomb 방법에서사용하는가정을내포하며추가로다음 - 배면지반은비점착성지반이며변형이발생하지않는강체로거동한다. - 지진시뒤채움지반의증폭현상은고려하지않으며지진에의한가속도는뒤채움재 에균등하게작용한다. 또한, 배면지반및기초지반에서액상화는발생하지않는 다. 1 동적주동토압 해설그림 Mononobe-Okabe방법에서주동쐐기에작용하는힘 해설그림 10.20는비점착성뒤채움토체의주동쐐기에작용하는힘을나타내고 있다. 파괴쐐기에작용하는정적작용력외에추가적으로쐐기질량에수평및수 직지진계수 ( k h, k v ) 를곱하여수평, 수직방향의등가정적력을고려하게된다. 이 때총작용력 P AE 는해설식 (10.16) 으로산정할수있다. P AE = 1 2 K AE γ H 2 (1-k v ) 해설식 (10.16) 여기서,

257 제 10 장콘크리트옹벽 K AE = cos 2 (φ-θ-ψ) cosψcos 2 θcos(δ+θ+ψ) [ 1+ sin(δ+φ)sin(φ-β-ψ) β φ - ψ ) cos(δ+θ+ψ)cos(β-θ) ] 2 K AE = cos 2 (φ-θ-ψ) cosψcos 2 θcos(δ+θ+ψ) ( β φ - ψ ) tanψ = k h 1 - k v γ : 뒤채움지반의단위중량 φ : 뒤채움지반의내부마찰각 β : 뒤채움지반배면경사각 θ : 옹벽벽면경사각 H : 옹벽의높이 Mononobe-Okabe 에의한지진시주동토압은정적주동토압과동적주동토압을 구분하지않고계산하며, 동적주동토압만을별도로계산하고자하는경우에는해 설식 (10.17) 과같이 Mononobe-Okabe 공식에의한토압에서정적상태의토압을 빼서계산한다. ΔP AE = P AE - P A 해설식 (10.17) 여기서, ΔP AE P AE P A : 동적주동토압 : Mononobe-Okabe에의한지진시주동토압 : 정적주동토압 정적인토압은옹벽저판에서높이 1/3H 위치에작용한다. Seed와 Whitman (1970) 은동적주동토압은대략 0.6H 위치에작용한다고하였으며해설그림 과같이지진시주동토압의작용위치 z 는해설식 (10.18) 과같다. z = P A (H/3)+ΔP AE (0.6H) P AE 해설식 (10.18)

258 10.5 지진시안정해석 해설그림 동적토압의작용위치 2 동적수동토압 해설그림 는수동상태에서건조된, 비점착성뒤채움토체에작용하는힘이 나타나있다. 이때옹벽에작용하는동적수동토압, P PE 는해설식 (10.19) 로구 할수있다. 해설그림 Mononbe-Okabe방법에서수동쐐기에작용하는힘 P PE = 1 2 K PE γ H 2 (1-k v ) 해설식 (10.19) 여기서, K PE = cos 2 (φ+θ-ψ) cosψcos 2 θcos(δ-θ+ψ) [ 1+ sin(δ+φ)sin(φ+β-ψ) cos(δ-θ+ψ)cos(β-θ) ]

259 제 10 장콘크리트옹벽 수동상태의총작용토압, P PE 은동적주동토압에서와마찬가지로정적인토압과동적인토압으로나누어산정한다. 동적인토압, ΔP PE 는정적요소와반대방향으로작용하여수동저항력을감소시킨다. 따라서, P PE 는 P P 보다작게된다. Δ P PE = P P - P PE 해설식 (10.20) 여기서, ΔP PE P PE P P : 동적수동토압 : Mononobe-Okabe에의한지진시주동토압 : 정적수동토압 (2) 지진시옹벽에작용하는토압계산에제24장 24.4 설계지반운동의결정에서구한지반 가속도계수(A) 값을그대로적용하면옹벽의크기를과다하게산정할수있다. 지진시 옹벽에가해지는토압은뒤채움흙과옹벽벽체의상대적인변위에따라달라지며옹벽 벽체의변위를구속할수록작용하는지진토압의크기는증가한다. 따라서보다경제 적인설계를위해서는옹벽벽체의허용변위를설정하고이에맞는지진계수를설정하 는것이필요하다. 옹벽벽체의변위를 254Amm까지허용하는경우에실용적으로적용할수있는지진 계수는제24장 24.4설계지반운동에서결정하는지반가속도계수의 1/2을적용하는것 이며이보다큰벽체변위를허용하면지진계수는점진적으로감소하게된다. 만약옹 벽벽체가수동토압과벽체저면의마찰저항력이외의다른조건에의해구속된경우에 는옹벽에작용하는토압은증가하게되며이에따른지진계수도증가하게된다. 설계에서설정하는옹벽의허용변위는옹벽의규모, 옹벽전면또는배면에설치되는 구조물의종류에따라서달라지게되는데, 일반적인설계에서는지진시발생가능한 옹벽의허용변위를 50~100mm 정도두는것이권장된다. 옹벽에인접하여구조물이 있는경우에는지진시발생가능한벽체변위를억제시켜야하며이경우에는지진계 수도증가하게된다. 특히, 옹벽벽체를앵커나말뚝기초로저항시켜횡방향변위가구 속되는경우에는옹벽에가해지는지진시토압이증가하게되며이러한경우지진계 수는 k h = 1.5A 를적용한다

260 10.5 지진시안정해석 지진시활동안정성 지진시활동에대한안정성검토는지진에의한토압을고려한활동력과저항력의비율 이지진시의기준안전율이상이어야한다. FS = S R S D > FS 여기서 S R : 지진시활동저항력 (resisting force to sliding) S D : 지진시활동력 (sliding force) [ 해설 ] 지진시의활동력과저항력은해설식 (10.21) 및해설식 (10.22) 를이용하여계산할수 있다. 저항력 : S R =V tanμ+c a B+P PE 해설식 (10.21) 활동력 : S D =P AE cosδ 해설식 (10.22) 여기서, δ : 동적토압작용방향과수평면과의경사 μ : 기초지반과옹벽저면의마찰계수 c a : 기초지반과옹벽저면의부착력 B : 옹벽저면의폭 지진시전도안정성 지진시전도에대한안정성은지진에의한토압을고려한작용모멘트와저항모멘트의 비율이기준안전율을이상이어야한다. FS = M R M D FS 여기서, M R M D : 저항모멘트(resisting moment) : 지진시토압을고려한전도유발모멘트(driving moment) [ 해설 ]

261 제 10 장콘크리트옹벽 식 지진시의전도유발모멘트는 (10.23) 을이용하여계산할수있다. Mononobe-Okabe의동적토압과작용점을고려하여해설 M D =P AE cosδ z 해설식 (10.23) 여기서, δ : 동적토압작용방향과수평면과의경사 저항모멘트 ( M R ) 는정적모멘트와동적토압의수직성분 ( P AE sinδ) 를추가로고려하여 계산할수있다 지진시지지력안정성 (1) 지진시지지력에대한안정성은지진하중을작용시켰을때발생하는지반반력( q max ) 이지반의허용지지력 ( σ allow ) 이하여야한다. q a q max FS (2) 지반의지지력의계산은구조물기초설계기준( 건설교통부, 2003) 을참조한다. [ 해설 ] 지진시지지력에대한안정성은지진하중에의해기초지반에발생하는지반반력이지반의지지력보다작아야한다. 지진시의기초지반에발생하는편심의크기는지진하중을고려한모멘트및연직력을이용하여정적상태와동일하게계산한다. e = B 2 - M R - M o V 지반에발생하는최대지반반력은다음과같이계산가능하다. 해설식 (10.24) q max,min = V B ( 1 ± 6e B ) 해설식 (10.25)

262 10.6 옹벽본체의설계 10.6 옹벽본체의설계 옹벽본체의구조계산은콘크리트구조설계기준( 건설교통부) 을따른다

263 제 11 장보강토옹벽 11.1 적용범위 이장은금속또는섬유등의보강재를이용하여시공하는보강토옹벽의설계에적용 한다. [ 해설 ] (1) 보강토옹벽은금속( 스트립, 그리드) 또는섬유보강재( 지오텍스타일, 지오그리드등) 의 인장저항력과흙과의마찰저항력을활용함으로서수직에가까운보강벽체를형성하여 옹벽의기능을수행한다. (2) 일반적인보강토옹벽의구성은보강재로보강된뒤채움과전면벽체로구성되며, 체적인시공단면은해설그림 11.1 과같다. 전 전면체 전면체 뒷채움재 뒷채움재 보강재 보강재 해설그림 11.1 보강토옹벽의구성