제출문 ( 주 ) 에이그룹인터내셔날건축사사무소귀중 귀사와폐사간에계약체결한 " 서울제3영어마을신축공사지하굴토설계용역 " 건에대하여구조물상향수압으로인한부력저감대책을수립하고영구배수계획에대한수리계산및투입자재에대한검토를실시하여그성과를본보고서로작성제출합니다 년 07 월

2008 년 7 월 유경기술단 YOO KYUNG ENGINEERING & CONSULTANT Co., Ltd.

제출문 ( 주 ) 에이그룹인터내셔날건축사사무소귀중 귀사와폐사간에계약체결한 " 서울제3영어마을신축공사지하굴토설계용역 " 건에대하여구조물상향수압으로인한부력저감대책을수립하고영구배수계획에대한수리계산및투입자재에대한검토를실시하여그성과를본보고서로작성제출합니다. 2008 년 07 월 ( 주 ) 유경기술단 서울시송파구송파동 14 1-1 0 대종 B/ D 4F 토질및기초기술사김대황

I N D E X 1. 설계개요 1 1.1. 설계목적 1 1.2. 공사개요 1 1.3. 과업수행내용 1 1.4. 주변현황 2 2. 지반의공학적특성 3 2.1. 시추위치도및지층단면도 3 2.2. 지층분석 4 2.2.1. 매립층 (Fill) 4 2.2.2. 붕적층 (Colluvium Soil) 4 2.2.3. 풍화토 (Weathered Soil) 5 2.2.4. 풍화암 (Weathered Rock) 5 2.2.5. 연암 (Soft Rock) 5 2.2.6. 보통암 (Medium Rock) 5 2.3. 주요시험성과분석 6 2.3.1. 현장시험 6 2.3.2. 실내시험 6 2.4. 지반의수리특성 7 2.4.1. 지하수위 7 2.4.2. 지반의투수성 7 2.4.3. 적용기준및참고자료 7 2.4.4. 해석에사용한컴퓨터프로그램 7 3. 양압력대책공법선정 9 3.1. 양압력의형태 9 3.1.1. 시공중지하수압 9 3.1.2. 영구조건하양압력 9 3.2. 양압력대책공법의종류 11 3.2.1. 사하중 (Dead Weight or Pre Loading) 에의한방법 11 3.2.2. 영구앙카 (Holdding Down Anchor) 에의한방법 1 3.2.3. 배수에의한방법 12 3.3. 양압력대책공법검토및선정 14

4. 지하수유입량산정 18 4.1. 지하수유입경로 18 4.1.1. 개요 18 4.1.2. 지하수유입경로 19 4.2. 투수의기본이론 22 4.2.1. Darcy의법칙 22 4.2.2. Laplace 방정식 22 4.2.3. 유선망 (Flow Net) 23 4.2.4. Computer Modeling : SEEP/W 23 4.3. 기초바닥내지하수유입량산정 29 5. 배수시스템검토 34 5.1. 시스템유도수로재검토 34 5.1.1. 시스템유도수로재검토 34 5.1.2. 시스템유도수로재통수능력검토 34 5.2. 시스템배수로검토 36 5.2.1. S.F DAVIN 배수로의연장 36 5.2.2. 시스템배수로로유입되는유량산정 37 5.3. 유입지하수처리용펌프및 SUMP PIT 용량결정 93 5.3.1. 펌프용량산정을위한설계예상유입수량 39 5.3.2. 양정고및길이검토 39 5.3.3. 추천펌프제원 39 5.3.4. Sump Pit 1 개소내펌프대수 40 6. 결론 41 A P P E N D I X A. 투수계수표 ( 겸험치 ) B. 배수시스템재료별규격및수리계산 C. PROGRAM OUTPUT D. 특기시방서

TABLE INDEX 표 1. 지층구성상태및특성요약 4 표 2. 표준관입시험 6 표 3. 현장투수시험 6 표 4. 공내수위측정 6 표 5. 실내토질시험 6 표 6. 실내암석시험 6 표 7. 적용투수계수 7 표 8. 부력방지대책공법별비교표 15 표 9. 영구배수공법비교표 16 표 10. 드레인매트배수시스템적용시기대효과 17 표 11. 수리모델링경계조건및입력자료요약 29 표 12. 투수해석을위한각지층의투수계수 29 표 13. 투수해석결과 - 지하수유입량산정요약 29 표 14. 지오텍스타일필터및배수공의개별안전율 35 표 15. 적용영구배수시스템자재요약 42 PICTURE INDEX 그림 1. 시추위치도 3 그림 2. 지층단면도 3 그림 3. 토층구성상태및층후 4 그림 4. 토층별 N 치분포 4 그림 5. 현장투수시험및공내수위측정결과 GRAPH 6 그림 6. 지하수거동으로인한문제점 9 그림 7. 양압력의저항형태 10 그림 8. 합리적인양압력처리방법결정을위한 FLOW CHART 4 1 그림 9. 흙중의물 19 그림 10. 지하수의흐름 20 그림 11. 지하수의형태 20 그림 12. SEEP/W FLOW CHART 28 그림 13. 지하수유입량 SEEP/W 검토평면도 30 그림 14. SEEP/W 투수해석결과 - SECTION(A) 1 3 그림 15. SEEP/W 투수해석결과 - SECTION(B) 2 3 그림 16. SEEP/W 투수해석결과 - SECTION(C) 33

1. 설계개요 1.1. 설계목적 본보고서는 서울제 3 영어마을신축공사 ' 중 ( 또는구조물완공후 ) 지하수유입으로발생되는 양압력 (uplift pressure) 을효과적으로처리할수있도록지반공학및수리학적으로적합한배수 시설의설계를목적으로한다. 1.2. 공사개요 공사명 사업부지 서울제 3 영어마을신축공사 서울특별시관악구봉천 7 동산 53-5 외 13 필지 굴토깊이 EL.+47.75 ~ EL.+52.45 ( H max = 14.25m ) 1.3. 과업수행내용 건축구조설계도면을근거로기초및지하층을포함한구조물의상향수압검토 건축물주변의지형과및주변구조물등의현황고찰 지반의지층분포상태와수리특성분석 양압력처리방법설계 1) FEM해석기법을이용한지하수유입경로와수리모델링에의한지하수의예상침투유입량산정 2) 배수시스템의규격과수리계산 3) 배수시스템의배치, 집수정의크기와개수산정및 Pump용량추천 배수시스템시공을위한도면및시방서작성 ( 자재의규격및사양, 시공방법 ) - 1 - ( 주 ) 유경기술단

1.4. 주변현황 관악산산자락에위치하고있으며, 서고동저형태의지형을이루고있음 지하철 (2 호선 ) 낙성대역과인접하며, 사업대상지우측으로골프장및덕수공원과인접 동측으로 30m 도로와인접되어있으며도로와의레벨차로옹벽설치 - 2 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

2. 지반의공학적특성 2.1. 시추위치도및지층단면도 그림 1. 시추위치도 그림 2. 지층단면도 - 3 - ( 주 ) 유경기술단

2.2. 지층분석 당현장의지층은지반조사보고서 (2008 년 4 월, ( 주 ) 유경기술단 ) 에근거하여지표의상부로부터 매립층, 붕적층, 풍화토, 풍화암, 연암및보통암의층서로구성되어있으며, 지층구성상태및 특성은다음과같다. 표 1. 지층구성상태및특성요약 지층구분 토질성분 층후 출현심도 N값 (TCR/RQD) 매립층 자갈섞인실트질모래 0.5 ~ 1.3m - - 붕적층 자갈섞인실트질모래 0.8 ~ 2.6m GL.- 0.5 ~ 1.3m 7/30 ~ 50/20 풍화토 실트섞인모래 3.5 ~ 8.1m GL.- 1.3 ~ 5.4m 8/30 ~ 50/12 풍화암 실트질모래로분해 2.5 ~ 3.7m GL.- 9.2 ~10.0m 50/7 ~ 50/3 연 암 기반암 ( 편마암 ) - GL.- 4.7 ~12.9m 30~62 / 20~42% 보통암 기반암 ( 편마암 ) - GL.- 6.3 ~10.0m 93~100/ 60~77% 그림 3. 토층구성상태및층후 그림 4. 토층별 N 치분포 2.2.1. 매립층 (Fill) 전체시추지점에서 0.5 1.3m 의두께로분포하고있는지층으로최상부층에분포하고있으며채취된시료는대체로갈색, 암갈색의색조를띠고있으며, 층을이루고있는토사는자갈섞인실트질의모래로구성되어있고 BH-1,4,5 에서는잡석이혼재되어있다. 자갈직경은 4.0~8.0cm 이다. 2.2.2. 붕적층 (Colluvium Soil) 본층은기반암이오랜기간물리적또는화학적풍화를받아변질, 변색되어미세한조각으로분해되어원위치에그대로잔적된지층에해당된다. 층후는 0.8~2.6m 이며, 채취된시료는대체로갈색또는회갈색을띠며, 자갈섞인실트질모래등으로구성되어있다. 시추작업과병행하여실 - 4 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

시한표준관입시험결과, N 치는 7/30~50/20( 회 /cm) 정도의느슨 (Loose) ~ 매우조밀 (Very Dense) 한상대밀도를보인다. 2.2.3. 풍화토 (Weathered Soil) 전체시추지점에서 3.5 8.1m 의두께로확인된지층으로기반암이오랜기간물리적또는화학적풍화 (Physical or Chemical Weathering) 를받아변질, 변색되어미세한조각으로분해되어원위치에그대로잔적된지층에해당된다. 표준관입시험및시추작업시채취된시료는갈색의색조를띠고있으며, 실트섞인세립내지조립질의모래분해되어채취된다. 시추작업과병행하여실시한표준관입시험결과측정된 N치는 8/30 50/12 회로대체로느슨 (Loose) ~ 매우조밀 (Very Dense) 한상대밀도를나타내 AU 연경이반복된다. 표준관입시험시채취된 BH-3 시료에대하여실시한토성시험결과함수비는 15.9% 이고, #200 번체통과량은 31.2%, 액성및소성한계는 NP로서, 통일분류법에의해분류하면 SM에해당된다. 2.2.4. 풍화암 (Weathered Rock) BH-1,2,5 시추지점에서 2.5 3.7m 의두께로확인된본지층은상부풍화토층과연속된지층으로풍화토층과마찬가지로모암이오랜기간풍화를받아변질, 변색되어미세한조각으로분해되어원위치에그대로잔적된지층에해당된다. 표준관입시험및시추작업시채취된시료는갈색의색조를띠고있으며, 실트질모래로분해되어회수되며, 풍화된암의조직과구조를보존하고있다. 시추작업과병행하여실시한표준관입시험결과측정된 N치는 50회이상으로매우조밀한상대밀도를보이고있으며, 대체로하부로갈수록더욱더조밀해지는경향을보인다. 2.2.5. 연암 (Soft Rock) 현지표하 4.7 12.9m 의깊이에서확인된본지층은기반암 ( 편마암 :gneiss) 층으로균열및절리가발달되어있으며, 시추시암편내지단주또는장주의형태로코어가회수된다. 시추시채취된코어는심한풍화내지약한풍화의풍화상태를보이며, 시추위치에따른풍화정도의차이가심하게나타나기도하고, 심도에따라서는풍화가많이진행되어진부분에서는절리및균열면을따라변질변색되어있다. 부분적으로파쇄가집중되어진부분에서는 T.C.R 이나 R.Q.D 가매우저조하게나타나는경향이있으며, 전반적인 T.C.R 은 30 62%, R.Q.D 는 20 42% 범위를나타내고있다. 2.2.6. 보통암 (Medium Rock) 현지표하 6.3m 의깊이에서확인된본지층은 BH-3 에서만출현하였으며, 기반암 ( 편마암 :gneiss) 층으로균열및절리가발달되어있으며, 시추시암편내지단주또는장주의형태로코어가회수된다. 시추시채취된코어는보통풍화내지신선한풍화상태를보이며, 전반적으로암질상태는신선한상태를보인다. 전반적인 T.C.R 은 93~100%, R.Q.D 는 60 77% 범위를나타낸다. 일축압축강도시험결과는 588.0kg/ cm2을나타내고있다. - 5 - ( 주 ) 유경기술단

2.3. 주요시험성과분석 2.3.1. 현장시험표 2. 표준관입시험 지층구분 N치 ( 타격횟수 / 관입량 ) 상대밀도 매립층 7/30cm ~ 50/20cm 느슨 ~ 매우조밀 풍화토 8/30cm ~ 50/12cm 느슨 ~ 매우조밀 풍화암 50/10cm 이상 매우조밀 표 3. 현장투수시험 공 번 지층명 심도 (m) 투수계수 (cm/sec) BH-5 풍화토 3.0 ~ 4.5 4.03 10-5 표 4. 공내수위측정 공 번 공내수위 (GL.- m) 공 번 공내수위 (GL. - m) BH-1 4.3 (EL.+51.2m) BH-4 4.2 (EL.+51.1m) BH-2 4.2 (EL.+51.4m) BH-5 4.5 (EL.+52.4m) BH-3 4.3 (EL.+51.2m) 그림 5. 현장투수시험및공내수위측정결과 GRAPH 2.3.2. 실내시험 표 5. 실내토질시험 심도 M.C Atterberg Limit (%) # 2 00 공번 Gs USCS (m) (%) LL PI 통과량 BH-3 3.0 15.9 2.729 NP - 31.2 SM 표 6. 실내암석시험 공번 심도 (m) 직경 (cm) 단위중량 (gr/cm 3 ) 흡수율 (%) 일축압축강도 (kg/cm 2 ) BH-3-5.20 2.74-590.94-6 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

2.4. 지반의수리특성 지층별투수계수는지반조사보고서및기존의경험적자료와참고문헌을이용하여결정하였다. 2.4.1. 지하수위당현장의지반조사보고서상의지하수위는 EL+51.2m ~ EL+52.4m 정도로나타났으나, 홍수또는장마철의지하수위의상승에따른최대지하수위를 EL+52.0m 로가정하여양압력을검토하였다. 2.4.2. 지반의투수성 본현장에분포하는풍화토층에대한현장투수시험결과값을적용하였으며, 그외지층의투수계수 는자료가제공되지않아문헌자료와기겸험에의한적용치를준용하여지하수유입량을산정하였 다. 표 7. 적용투수계수 지층조건 투수계수 (cm/sec) 비 고 매립토 1.00 E-02 추정치 붕적토 1.00 E-03 추정치 풍화토 4.03 E-05 시험평균치 풍화암 1.00 E-04 추정치 연암층 5.00 E-05 추정치 보통암 5.00 E-05 추정치 2.4.3. 적용기준및참고자료 건축구조설계기준, 건설부, 1988 구조물기초설계기준, 건설부, 1993 굴착및흙막이공법, 지반공학회, 1933 Drainage Design, P,Smart & J.G. Herbertson, BLACKIE, 1992 Construction Dewatering, J.Patrick Powers, P.E JOHN WILLEY & SONS, INC, 1992 2.4.4. 해석에사용한컴퓨터프로그램 - 7 - ( 주 ) 유경기술단

컴퓨터수리모델링프로그램 : SEEP / W (GEO-SLOPE, CANADA) : SEEP/W 프로그램은유한요소기법을이용한침투해석프로그램으로서 2차원이나축대칭해석이가능하며, 해석조건으로는구속흐름인피압수 (confined flow) 와자유수면흐름 (free surface flow) 의두경우가가능한 Program이다. - 8 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

3. 양압력대책공법선정 3.1. 양압력의형태 양압력처리방법검토를위한기초바닥및외벽에작용하는수압은계측 (Piezometer, 간극수압계 ) 을통한장기적인관측이되지않는한실제작용하는설계수압의명확한정량화는어려우며, 대심도의굴착일수록기초바닥에작용하는과대한수압처리문제는기초단면증대, 부력앙카수의증가로시공성, 경제성및안정성등에서여러가지문제를안고있다. 따라서깊은굴착에따른지하구조물의시공은필연적으로지하수압에의한문제가야기된다. 그러므로시공및영구조건하에서지하수흐름에따른양압력 (Uplift Pressure) 에대한모델링을요약하면다음과같다. 3.1.1. 시공중지하수압시공중의지하수압은가설 ( 또는본체벽 ) 흙막이벽에외력으로작용하게되고, 기초지반의지층상태 ( 암반층은제외 ) 에따라지하수의흐름에의해지반의융기 (Heaving), 파이핑현상등을유발하게된다 ( 아래그림참조 ). 그림 6. 지하수거동으로인한문제점 3.1.2. 영구조건하양압력 영구조건하에서기초바닥 Slab 에작용하는양압력 (Uplift Pressure) 의문제는대체로아래그림의 형태로요약될수있다. - 9 - ( 주 ) 유경기술단

그림 7. 양압력의저항형태 1 U > W + F U = UPLIFT FORCE W = Total dead weight of the building F = Friction between the basement wall and the soil 2 Md > Mr Md = Driving upward moment due to Ub Mr = Resisting downward moment due to Wb and F Wb = Dead weight of basement Ub = Uplift force at basement area 3 Where l is too large 1은건물전체무게와지하외벽과흙과의상호작용에의한마찰력 (Friction) 에대하여기초바닥에작용하는양압력 (Uplift Pressure) 의균형문제로서지하벽체를지하연속벽으로시공하는경우시공중또는영구조건을만족하는구조체로시공되어양압력에대한안정성은크다. 2는지하저층부의경우양압력에의한모멘트와건물자중에의한저항모멘트의균형에대한문제로저층부에있어서양압력에대한안정성은낮다. 3은기둥주위가충분히양압력을견딜수있는자중일지라도대단면스팬일경우중앙부에서발생될수있는양압력에대한안정성은낮아진다. 따라서이와같은경우에대해영구배수시스템을적용할경우부력저항이큰기둥의기초아래에는별도로부력저항시설인자갈배수층을생략할수있으나, 일반기초Slab 구간의경우는인위적인배수층을중점적으로배치하므로양압력에대 - 10 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

한안정성을높일수있다. 따라서 1,2,3 모든경우양압력에대한안정성이유지될수있도록 방법이강구되어야한다. 일반적으로주요고층구조물은대지전체에같은규모로세워지는것이아니며, 또한건축물자체가양압력에저항할수있는충분한자중일지라도, 건축물기초바닥에작용하는양압력문제는남는다. 따라서양압력을극복하기위한대책이필요하며, 양압력에저항하는방법을대별하면다음과같이대별된다. 1 사하중에의한방법 2 영구앙카 (Holdding Down Anchor) 에의한방법 3 배수에의한방법 4 조합형및기타방법 3.2. 양압력대책공법의종류 3.2.1. 사하중 (Dead Weight or Pre Loading) 에의한방법본방법은건물의순수하중과건물외벽에작용하는마찰력이양압력보다크도록설계하는방법으로서, 특히하중의균형검토를위한하중산정시건물에실제로작용하는하중만을순수자중으로고려한다. 사하중에의한지하수압의저항은일반적으로건물기초형식에대하여흔히이중매트, 단일매트형식을이용하는것으로서, 국내에서지하수위가낮고얕은지하굴착을하는경우에건물기초바닥 Slab의양압력처리방법으로가장널리적용하고있다. 또한이방법은구조물의사하중만을증가시켜양압력을극복할수있도록하는방법이며, 이러한방법은저층부의구조체및기초의두께를증가시키거나, 하중균형을위한비중이큰재료 ( 자갈, 잡석등 ) 를계획된공간에채움으로써추가하중을부가함으로서이루어진다. 그러나, 굴착깊이의증가와기초및지하바닥 MAT 의단면증가에따른공사비의증가가단지양압력을극복하기위한용도로만사용되는단점이있다. 3.2.2. 영구앙카 (Holdding Down Anchor) 에의한방법건물의순수자중과건물외벽에작용하는마찰력이양압력보다적은경우에그차이만큼의양압력을기초바닥의하부암반층에스트랜드강선 (Anchor Cable or Tendon) 을긴장설치하여저항하는방법이다. 경우에따라서는록볼트도사용한다. 이러한영구앙카에의한방법은 Anchor Root 의안정, Friction Cylinder 의안정, Anchor Steel 의인장파괴, Anchor Steel 과 Grouting 과의 Slip 파괴에대해모두안정해야한다. - 11 - ( 주 ) 유경기술단

또한영구앙카를이용한방법은양압력의크기에대응하여앙카의저항능력및간격의선택이자유롭고 Slab 바닥을관통하여지지층에설치된앵커는 Slab 에작용하는휨모멘트를감소시키는효과가있다. 그러나이방법의단점은국내에서영구앵커설치를위한장비동원이용이하지않고, 공사비의부담이크다. 그리고, 장기적인관점에서긴장된강선의부식및스트레스감소에의한위험요소를배제하기위해서는전문업체의참여가요구되며, 일정기간의간격을두고재긴장및유지관리에유의해야한다. 3.2.3. 배수에의한방법 3.2.3.1. 외부배수시스템 (Exterial Drainage System) 외부배수시스템은지하벽체외부소정의심도에배수층을만들어유공관또는다발관을통하여집수정으로지하수를모은후양수에의한배수처리로지하벽체에작용하는수압을감소시켜지하구조체 ( 벽체및바닥 Slab) 의단면을조절할수있는방법이다. 또한, 이시스템의장점은외부지하수위의조절로지하실바닥에걸리는양압력을감소시키므로지하구조물전체의안정에는효과적이나단점으로는건축대지상황에따라설치가불가능한부분이발생할수있으며, 배수로나집수정부위의 Joint에대한시공관리에주의를기해야한다. 이방법은외부에배수관 (Drain Pipe) 및일정수위 ( 설계가정지하수위 ) 를유지시키는인공수위조절불투수막 (Impervious Plug), Sump Pit등을설치할수있는최소공간 (1.0m 이상 ) 이유지되어야하기때문에건축지하벽이합벽처리되는경우에는별도의수직배수방법이강구되어야한다. 이것은강제로배수를시켜지하수위를조절하는인공수위저하방법으로서인접구조물에침하등의위해사항이발생할수있기때문에, 건물밀집지역에서는적용성여부를신중히검토해야한다. 3.2.3.2. 기초바닥배수시스템 (Permanent Under Drainage System) 기초바닥영구배수시스템은기초 Slab 아래에인위적으로배수층을만들고유공관또는다발관을통하여집수정으로지하수를모아양수에의한강제배수처리를함으로써양압력을감소시키는방법이다. 이시스템의장점은지하벽체선단이투수성이적은지반까지시공되었을때이지층을통해지하바닥 Slab 하부로유입된지하수의처리에효과적이며, 건물지하외부의지하수처리를위한양수작업 (Dewatering) 방법에서야기되는주변침하문제는발생되지않는다. 그러므로, 특징으로는지하수가많고, 터파기하부지층이견고한 ( 풍화대이상 ) 지반에서양압력을완화시키는방법으로널리적용되고있다. 이러한시스템설계시는지층별투수계수시험자료를이용하여지반내로유입되는지하수량을지반공학및수리학적인계산과분석을통하여적절한유입수량산정과이에따른양수량및양수계획이수립되어야한다. 이방법의장점은기초바닥 Slab의경제적인단면설계가가능하고이로인한토공량절감도기대할수있을뿐아니라시공이간편하고공기가단축되어공사비가저렴하다. - 12 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

3.2.3.3. 내, 외부배수시스템 1, 2의부분적인장점을취하여현장조건에맞게지하수압을조절하는방법이다. 양호한암반층이조기에출현하여대심도굴착에따른외력 ( 토압, 수압, 암반거동 ) 의최소화를기대할수있는경우, 지하외벽외부에임의의인위적인지하수위 ( 상수위보다아래 ) 를선정하고, 지하외벽단면을감소시켜전체적인공사비절감을기대할수있다. 아울러내부에는 (2) 와같은개념으로기초바닥영구배수시스템이설치된다. 이방법은외부에는인위적인지하수위를유지하고, 내부에는최소의부력앙카를설치하여수압및부력에저항하는방법으로도응용될수있다. 따라서지하외벽및매트기초의단면을감소시켜공사비절감을기할수있는방법으로이용될수있으나, 현장의주변조건을고려하여적용성여부를결정해야한다. 3.2.3.4. 조합형및기타공법 1~3 에열거된방법중에서현장의지층구성, 시공조건, 신뢰성 ( 내구성, 안전성, 경제성 ) 을고려하여, 2 또는 3 개방법을복합적으로적용할수있다. - 13 - ( 주 ) 유경기술단

3.3. 양압력대책공법검토및선정 그림 8. 합리적인양압력처리방법결정을위한 FLOW CHART 건축물개요파악 ( 건축구조형식, 규모및하중 ) 양압력에대한기본검토 ( 지하수위, 지층및투수성분석 ) 양압력에대한고려필요? YES NO 일반지반조사 상세지반조사및투수시험 - 지반의성층상태 - 각지층의투수계수시험 - 암반층의수압시험 - 지층특성분석에필요한물리성, 강도, 변형시험 양압력처리방법검토 양압력처리방법결정 양압력처리방법설계 건축물기초바닥에작용하는상향수압의처리방법을비교검토한결과배수에의한장기안정성및시공성이양호하고, 경제적인배수방법은기본배치의장 단점에따라여러형태가있으나, 당현장의경우기존시스템의문제점을개선한기초형식및상부구조물의형식과규모등을고려하여통수속도가빠르며, 토립자및부유물등의배수로침투로인하여기능상실염려가없는 ' 드레인매트배수시스템공법 ' 을적용하여안정성을높였으며, 비교검토결과는다음표와같다. - 14 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

표 8. 부력방지대책공법별비교표 조건구분 비배수조건 배수조건 적용공법 부력 Anchor 부분트렌치 드레인매트배수시스템 단면도 시공법 천공장비에의한천공작업후공장제작된앵커체삽입및그라우팅작업, 기초콘크리트타설양생후인장작업에의한설치 굴토바닥면에일정간격 (7~10m) 으로터파기된트렌치안에다발관또는유공관과자갈을포설하여유입지하수를집수정으로유도하는영구배수공법 굴토전단면위에일체화된유도수로와배수로배수자재를일정간격으로설치하여기초지반내로유입되는지하수를배수로에서직접처리하여토립자및부유물등에의한상향수압에항구적으로안전하게한영구배수공법 장 단점 추천안 기초콘크리트타설후인장작업을위한 Box Out Form 이필요하므로시공시구체방수작업이필요 인장작업및방수작업에따른공종이복잡함 Relaxation 이발생시재인장작업을위한별도 System 필요 선인장작업으로구조물에추가적인하중발생 앵커체의현장제작이어려움 장기적관점에서강선의부식및스트레스이완또는감소우려 지반조건에따라건물하중을지지할수있는별도의기초공법이필요함 공사비증가및공기연장으로비경제적임 시공관리만철저히한다면전문시공업체가아닌일반시공업체도시공가능 영구배수의통수능력은토목섬유에의해좌우되며트렌치내다발관을감싸고있는토목섬유의눈막힘이발생할경우통수능력이현저히떨어짐 배수층을형성하는양질의자갈의수급이어려움 ( 불량자갈일경우트렌치내다발관외주면을감싸고있는토목섬유의눈막힘을가속화시킴 ) 자갈배수층을형성하기위해터파기물량이추가됨 공정이복잡하여토공진행에따라신속한영구배수시공이어렵고그만큼공기가지연됨 당현장의접지공정과의간섭및독립기초와의간섭이우려됨 트렌치터파기가생략되므로터파기물량과자갈의감소로공기가절감되며상시배수시스템공사가가능하여공기에제약이거의없음 시스템의일체화로장기적인토목섬유의눈막임현상으로인한배수능력저하를최소화시키고안전율를향상시킴 시스템배수로가버림콘크리트내에설치되므로시공성이우수하며현장관리가용이함 토공완료후시공기간이구간에따라 0.5 일내지 1 일정도이므로기초바닥면의장기간노출로인한지반이완을최소화시킬뿐아니라기초타설계획등에있어서별도의영구배수공기가필요없음 접지공정과병행하여시공이가능함. 기존의영구배수공법의문제점을보완한공법으로전문시공업체에의한시공이되어야함 따라서, 부력 ANCHOR 공법과비교하여공기단축및시공성이, 경제성이우수한배수공법을본현장에적용하여야할것으로사료된다. - 15 - ( 주 ) 유경기술단

표 9. 영구배수공법비교표 구분 공법 드레인매트배수시스템 부분트렌치배수시스템 개요도 시공법 굴토전단면위에일체화된유도수로와배수로배수자재를일정간격으로설치하여기초지반내로유입되는지하수를배수로에서직접처리하여토립자및부유물등에의한상향수압에항구적으로안전하게한영구배수공법. 굴토바닥면에일정간격 (7~10m) 으로터파기된트렌치안에다발관또는유공관과자갈을포설하여유입지하수를집수정으로유도하는영구배수공법. 투입자재 스템배수로 (10.0x4.0cm) - 버림콘크리트내설치 유도수로재 (B=300mm) - 전단면에일정간격으로설치 목섬유 - 다발관및유도수로재외주면 보호비닐 - 전단면에버림콘크리트하단에포설 다발관 (Φ150~300mm) - 부분트렌치내에설치 자갈 (Φ40mm 이하자갈 ) - 부분트렌치내포설 토목섬유 - 부분트렌치및다발관외주면 보호비닐 - 전단면에버림콘크리트하단에포설 추천안 따라서, 기존공법과비교하여안전성이우수하며, 공기단축및시공성이우수한드레인매트배수시스템을본현장에추천함. - 16 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

표 10. 드레인매트배수시스템적용시기대효과 구분드레인매트배수시스템비고 공사비절감 공사비절감효과가현저함. 트렌치터파기가생략되므로터파기물량과자갈의감소로공기가짧아지고, 공정관리가간소화됨. 원활한공정을통한원가절감이가능. 시공단축 구조안정성 공정관리가용이하고시공속도빠름. 기초바닥슬라브에직접적인수압이작용하지않으므로슬라브 Crack 등의모체간손상이발생할우려가적음. 방수층보존이용이함. 토질전문가에의한정확한수리모델링및수리, 토질공학적설계로구조적으로안전함. 인접건물안정성 지하수위는최고홍수위조건으로설계되고, 외부지하수위를유지시키면서건물내로유입되는지하수만처리하므로인접구조물및기타시설물에대한영향이없어피해발생또는민원야기는없음 적용성및유지관리 본현장은강제배수개념의영구배수시스템이아닌순수자연배수의드레인매트배수시스템으로기초지반이대체로풍화암층 ~ 보통암층으로유입수량이매우적어적용성이양호함. 장기배수에따른동력비부담문제는우기시를제외한평상시의유입수량이크지않으므로제한적인 Pump 가동이예상되어유지관리비가저렴함또한당현장의경우계단시배치로자연배수공법을적요할경우적용성은매우양호할것으로판단된다. - 17 - ( 주 ) 유경기술단

4. 지하수유입량산정 지하외벽선단부를통해부지내로유입되는개략적인지하수유입량의판단은일반적으로 Darcy 법칙을적용하여산정하는경우가많지만, 산정결과에서지하수유입량을과소하게평 가하는경우가많다. 지하수의유입량은지하수위의계절적변동, 지형, 토질및지층의경사등에따라크게달라지므로이들의조건을충분히고려해서설계해야한다. 배수층의투수계수는현장투수시험을실시하여부지내암반의투수계수결정, 암반절리조인트의조사등이세밀하게이루어져야한다. 또한, 보다정확한지하수유입량산정을위해서는, 컴퓨터수리모델링프로그램 (SEEP/W) 에 의거하여현장여건에맞는입력데이터를작성, 해석해야만한다. 4.1. 지하수유입경로 4.1.1. 개요 흙중에포함된물은그존재형태에따라다음과같이분류할수있다. 흡착수 지중수 모관수 지하수 자유수면을갖는지하수 피압지하수 이중흡착수는전기화학적인힘에의해흙입자표면에견고하게부착되어고열로가열하지않으면분리되지않는다. 모관수는흙중의공극의모관력뿐만아니라중력의작용을받는흙중에서이동하는물이다. 그리고지하수는중력의작용에의해흙의공극을자유로이동하는물이다. 이러한것들을도식적으로표현하면아래 < 그림 > 과같다. - 18 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

그림 9. 흙중의물 일반적으로지하수는자유수면을갖는경우와자유수면을갖지않는피압지하수로분류되는데이들의운동은 Darcy 법칙으로지배된다. 여기서취급하는지하수는흡착수를제외한모관수와지하수의두가지이다. 지하구조체시공을위한굴착작업시원지반에형성된지하수위는굴착공정에따라단계적으로강하된다. 이것은토공사작업을위한양수작업, 흙막이벽체의형태 ( 차수성 / 개수성 ), 지지체의형식에따라큰영향을받게되기때문이다. 특히양수작업에의한탈수등은외부지하수위의변동에직접적인원인이된다. 내부토공사가완료된시점에서지하실기초바닥지반에는외부의지하수위면과수위차 ( 중력에의한동수구배 ) 가발생되고, 이수위차에의하여지반내유로를통해부지내로지하수의유입이발생되게된다. 4.1.2. 지하수유입경로강우또는융설에의해생긴지표수가지중에침투하므로지하수는상승하게된다. 흙중에침투된물은일반적으로중력방향으로이동하고지반내의불투수층에도달하면불투수층상부에고이게되며, 이로인하여지하수를형성하여지하수면이된다. 지하수의유무나지하수면의높이는지반을구성하는지층에따라상이하며, 지반조건에따라서는지하수면을갖는지하수외에피압지하수로도형성되고, 용수로서지표에용출되기도한다. 아래 < 그림 > 에지하수의흐름을간단하게나타냈으나실제의지반구성은복잡하므로지하수는여러가지형태의흐름을갖는다. 지하수의몇가지흐름형태예를다음 < 그림 > 에나타냈으나계절에따라지하수는상당히변동하는것이보통이고또인근의하천수위와밀접한관계를갖는다. - 19 - ( 주 ) 유경기술단

특히지하수위는양수와같은인위적인영향에의해서도크게변화하기도한다. 그림 10. 지하수의흐름 그림 11. 지하수의형태 지하수면보다아래에있는흙의공극은물로포화되어있으나지하수면으로부터위쪽으로갈수록포화도는저하된다. 그러나일반적으로지하수면부근의흙은지하수면보다위에있어도모관력에의해공극을통하여물이상승되어대부분포화되어있는경우가많다. - 20 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

모관력이큰쪽을향하여물이이동되므로예를들면지표면의흙이건조하면모관력이증대되고 수분이아래쪽으로부터공급된다. 부지내지하수유입경로는, 2 가지경우로구분할수있다. 1 기초바닥아래로외, 내부수위차에의한지하수유입 2 부지내대수층지반의포화지하수및피압수존재에의한지반내자체생성, 기초바닥의상향수압으로작용하는것은대부분 1 에의존하나대수층이두텁고, 암반층일지라 도지층구성이불완전하고조인트, 절리가발달하여피압수의형성이우려되는경우 2 에의한지 하수생성도무시할수없다. 1조건의경우부지내의지하수유입경로에대해지반조사서를토대로하면, 지층구성이표토층부터퇴적토, 풍화토, 풍화암등으로전이되고지하수위가일반적으로평탄한면으로형성되어있다면, 지하외벽 4개면모두가일률적인지하수유입경계면이된다. 2의경우, 지하수생성은상당히복잡한양상을보일수있다. 기초지반의상태가풍화토나풍화암이상의지층일경우부지내자체의생성지하수및피압수는거의없다고보아도좋으나, 현장기초바닥토공작업시육안관찰에의해정확히판단할수있다. - 21 - ( 주 ) 유경기술단

4.2. 투수의기본이론 4.2.1. Darcy 의법칙 흙속을통해흐르는물의침투유량 (Seepage) 을구하기위하여 1856 년 Henry Darcy 는다음 < 식 > 과같은실험식을제안하였다. 여기서, Q = 유량 (cm 3 /sec) V = 유속 (cm/sec) a = 면적 (cm 2 ) K = 투수계수 (cm/sec) i = 동수경사 Δh = 수두차 l = 평균유선장 4.2.2. Laplace 방정식 흙을통해흐르는물의 2차원흐름에대해서다음과같은가정을두고기본방정식을유도한다. 1 Darcy 법칙은합당하다. 2 흙은등방성 (Isotropic) 이고균질 (Homogeneous) 이다. 3 흙은포화되어있으며, 모관현상은무시한다. 4 흙의골격 (Soil Skeleton) 은비압축성이며, 물이흐르는동안흙은압축이나팽창을하지않는다. 이것은비압축성의다공성매체 (Porous Medium) 에대하여 X 방향의동수경사변화의합이영 (Zero) 이라는것을가리키므로, 등방 등질의흙으로물이 Laplace 방정식을만족시킨다는사실은유선망을 이루는유선과등수두선은서로직교한다는것을의미한다. - 22 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

4.2.3. 유선망 (Flow Net) 유선망은 Laplace 방정식을만족시키도록유선 (Flow Line) 과등수두선 (Equipotential Line) 이서로직각으로만나고정방형이되도록작성하며그특징은다음과같다. 1 각유로의침투량이같다. 2 임의의수두선의수압강하량은다른수두선에대해서도같다 3 침투속도및동수경사는유선망폭에반비례한다. 여기서, Q = 유량 (cm 3 /sec) K = 투수계수 (cm/sec) Nf = 유선에의한투수층의수 Nd = 등수두면의수 4.2.4. Computer Modeling : SEEP/W 4.2.4.1. 프로그램개요및특징 SEEP/W 프로그램은유한요소기법을이용한침투해석프로그램으로서이차원이나축대칭 (Confined flow) 의해석이가능하고, 또 2 차원이나축대칭의 Free Surface flow 해석이가능 한프로그램이다. 4.2.4.2. 적용이론 기본적인지배공식으로 Darcy 의법칙을적용하되흙의성질을포함한응력의변화도고려할 수있다. 적용이론은다음과같다. 여기서, h = 전수두 k x,k y = x 축및 y 축방향의투수계수 - 23 - ( 주 ) 유경기술단

V W q V V W /V t m 2 W = 요소내에서물이차지하는체적 = 경계조건으로부여되는유출입량 (Flux) = 흙요소의체적 = 체적함수비 (Volumetric Water Content) = 시간 = 체적함수비와간극수압관계곡선의기울기를나타내며 흙의공극수저유능력 (Storage Capacity) 으로표시한다. μ g = 물의밀도 = 중력가속도 흐름에의한구성방정식의일반적인형태는일반준조화방정식 (General Qurasi-harmonic Equation) 으로서다음과같이나타낼수있다.... ( 식 4.6) 여기서, k x, k y, k z : x, y, z 축에대한각각의침투계수 φ: 수두 (Water Head, P/γ+ z ) ( γ 는물의단위중량, p 는수압 ) Q : Fluid Flux t : 시간 (Time) Transient 흐름이아닌 Steady Flow 에서는 φ/ t = 0 이되며경계조건 (Boundary Condition) 은, - 수두혹은 Potential Boundary Condition :... ( 식 4.7a) - 흐름의경계조건 :... ( 식 4.7b) 여기서 l x, l y, l z 는경계에서의단위법선벡타의성분, 즉방향여현 (Direction Cosines) 이며, q는경계면을통해흘러들어오는유량 (Flow Flux) 이다. 식 (4.6) 에대응되는유한요소방정식을 (4.7a),(4.7b) 의경계조건을사용하여변분법을이용하여구하면다음과같이정의된다. - 24 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

4.8)... ( 식 여기에서변수 φ 의 x,y,z 에대한도함수를다음과같이정의한다. 또영역을구성하는물질의값을행렬형태 (Material Properties Matrix) 로쓰면다음 < 식 4.10> 과같다.... ( 식 4.10) 즉, [ D ] : Matrix of principal permeabilties 식 (4.8) 에 { g } 와 { D } 를대입하여다시쓰면,... ( 식 4.11) 임의의영역에서수두의근사함수 Φ를 Φ = [N]{Φ (e) } 로정의한다. 여기서 {Φ (e) } 는영역의절점에서의수두값인데요소당절점수가 r개이면 {Φ (e) = [ φ 1,φ 2,... φ r ] T 이고 [N] 은 N = [ N 1,N 2, N 3,... N r ] T 인형태함수들이다. 이것을이용하여 {g} 을다시정의하면, 로쓴다.... ( 식 4.12) < 식 4.12> 과 Φ = [N] {Φ (e) } 을이용하여 < 식 4.11> 을다시쓰면, - 25 - ( 주 ) 유경기술단

여기에서 [N*] 는경계에서정의되는형태함수이다. 변분이론에의해서, 위식을간단히나타내면, [ k (e) ] { φ (e) } + { f (e) } = 0 으로표현된다. 여기에서 [k (e) ] 와 {f (e) } 는각각요소의계수행렬과입력벡타이다. 즉, [k (e) ] = v [B] T [D] [B] d v { f (e) } = - v Q [N] T d v + s q [N*] T d s 이다. 이식으로부터각절점 (Nodal point) 에서수두 (φ) 를알수있다. 유량은다음과같이구한다. Darcy 의법칙으로부터, 이되는데이는흐름의구성방정식 (constitutive law) 이다. 이것을 Matrix 형태로다시쓰면, 가성립한다. 유량, Q = AV 인데, 여기서 A 는단면적이고, 단위길이당 Section Line 을통 해흐르는유량은, - 26 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

가된다 여기서, d i : 요소 i 에서요소단면 (Section) Line 의높이 n : 단면 (Section)Line 에위치한요소의수 {T} T = [ -sin ( θ- α) cos( θ- α) ] 4.2.4.3. 프로그램의구성 SEEP/W 프로그램은본프로그램 (seep) 에 3 개의서브루틴 SEEP1, SEEP2, SEEP3 으로구 성되어있으며개략적인흐름은아래그림과같다. - SEEP1 : Transimissibility Matrix를구성한다. - SEEP2 : 경계조건에의해주어진고정수두를보정하고매트릭스를가우스 (Gauss) 소거법을이용하여 Confined Flow의해를얻는다. - SEEP3 : Free Surface의경우 Mesh를이동시켜새롭게 Mesh를형성한다. - 27 - ( 주 ) 유경기술단

그림 12. SEEP/W FLOW CHART S T A R T ITER = 1 S E E P 1 S E E P 2 CONFINED FLOW YES NO STOP S E E P 3 CONVERGED NO STOP YES ITER IMX NO STOP YES ITER = ITER + 1-28 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

4.3. 기초바닥내지하수유입량산정굴착현장의유입량검토는시공중유입되는우수유입에의한양수 (Dewatering) 작업량추정에사용되는일시적유입량 (Temporary Seepage Condition) 과공사중건물의부력설계에관련되는양수량예측으로분리할수있으며, 본검토에서는영구조건하에서기초지반하부로유입되는지하수유입량을검토하였다. 표 11. 수리모델링경계조건및입력자료요약 구 분 설계지하수위 ( 홍수시 ) 굴착심도 불투수층깊이 ( 가정 ) 비 고 SECTION-A EL+52.00m EL+47.75m ~ EL+52.45m 굴착면이하 20m SECTION-B EL+52.00m EL+48.85m 굴착면이하 20m SECTION-C EL+52.00m EL+47.75m ~ EL+51.25m 굴착면이하 20m 표 12. 투수해석을위한각지층의투수계수 지층조건 투수계수 (cm/sec) 비 고 매립토 1.00 E-02 추정치 붕적토 1.00 E-03 추정치 풍화토 4.03 E-05 시험평균치 풍화암 1.00 E-04 추정치 연암층 5.00 E-05 추정치 보통암 5.00 E-05 추정치 표 13. 투수해석결과 - 지하수유입량산정요약 해석구간 Net Flux (m 3 /sec/m) Net Flux (m 3 /day/m) Perimeter (m) 침투유량 (m 3 /day) Fs 설계유량 (m 3 /day) SEC.-A 1.0189 e-6 0.088 47.0 5.0 2.0 10.0 SEC.-B 2.8139 e-6 0.243 100.0 25.0 2.0 50.0 SEC.-C 4.9857 e-7 0.043 31.0 2.0 2.0 4.0 합계 32.0 64.0-29 - ( 주 ) 유경기술단

그림 13. 지하수유입량 SEEP/W 검토평면도 - 30 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

그림 14. SEEP/W 투수해석결과 - SECTION(A) PRESSURE HEAD 서울제 3 영어마을신축공사 SECTION-A 범 례매립토층붕적토층풍화토층풍화암층연암층보통암층 Elevation (EL.+m) 60 55 50 45 40 35 30 EL+56.85m BH-5 Exca. EL+51.55m EL+52.00m Exca. EL+48.85m Final exca. EL+47.75m Exca. EL+51.25 1 0 1.5 0 Exca. EL+52.45m 0 BH-1 EL+56.85m 25-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 Distance (m) FLUX VECTORS 서울제 3 영어마을신축공사 SECTION-A 범 례매립토층붕적토층풍화토층풍화암층연암층보통암층 Elevation (EL.+m) 60 55 50 45 40 35 30 EL+56.85m BH-5 Exca. EL+51.55m EL+52.00m Exca. EL+48.85m Final exca. EL+47.75m 1.0189e-006 Exca. EL+51.25 Exca. EL+52.45m BH-1 EL+56.85m 25-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 Distance (m) - 31 - ( 주 ) 유경기술단

그림 15. SEEP/W 투수해석결과 - SECTION(B) 서울제 3 영어마을신축공사 SECTION-B PRESSURE HEAD 범 례매립토층붕적토층풍화토층풍화암층연암층보통암층 65 60 EL+56.85m BH-4 EL+52.00m BH-5 EL+59.85m 65 60 Elevation (EL.+m) 55 50 45 40 35 Exca. EL+48.85m 0 0 55 50 45 40 35 30 30 25 25-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Distance (m) FLUX VECTORS 서울제 3 영어마을신축공사 SECTION-B 범 례매립토층붕적토층풍화토층풍화암층연암층보통암층 65 60 EL+56.85m BH-4 EL+52.00m BH-5 EL+59.85m 65 60 Elevation (EL.+m) 55 50 45 40 35 2.8139e-006 Exca. EL+48.85m 55 50 45 40 35 30 30 25 25-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Distance (m) - 32 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

그림 16. SEEP/W 투수해석결과 - SECTION(C) 서울제 3 영어마을신축공사 SECTION-C PRESSURE HEAD 범 례매립토층붕적토층풍화토층풍화암층연암층보통암층 Elevation (EL.+m) 60 55 50 45 40 35 30 EL+54.00m BH-3 EL+52.00m Exca. EL+51.25m 1.5 Exca. EL+47.75m 0 BH-3 EL+56.85m 60 55 50 45 40 35 30 25 25-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 서울제 3 영어마을신축공사 SECTION-C Distance (m) FLUX VECTORS 범 례 매립토층 붕적토층 풍화토층 풍화암층 연암층 보통암층 Elevation (EL.+m) 60 55 50 45 40 35 30 EL+54.00m BH-3 EL+52.00m Exca. EL+51.25m Exca. EL+47.75m 4.9857e-007 BH-3 EL+56.85m 60 55 50 45 40 35 30 25 25-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Distance (m) - 33 - ( 주 ) 유경기술단

5. 배수시스템검토 당현장의영구배수시스템설계를위하여양압력처리구간은불투수면으로가정하여굴착측내로유입되는지하수는시스템유도수로및시스템배수로로유입되나본검토에서는안전성을감안하여홍수시기초지반내로유입되는최대지하수량을시스템유도수로재에서모두집수한다고가정하고시스템배수로는유입된지하수를집수정으로유도하는것으로검토하였다. 5.1. 시스템유도수로재검토 5.1.1. 시스템유도수로재검토 당현장의지하구조물에드레인매트배수시스템을설치적용할경우기초 Slab 에작용하는양압력 을최대 1.5 t/ m2이하로관리가가능하다. 5.1.2. 시스템유도수로재통수능력검토 건물내기초바닥으로유입되는지하수는검토유역별세분화하여설치한시스템유도수로재에의하여시스템배수로로유도되고다시집수정으로보내져처리된다. 따라서, 유도수로와배수로는유입되는지하수를집수정으로보내어처리할수있도록적절한간격으로배치되어야하며, 당현장에서시스템유도수로재의지하수집수능력은아래와같다. 5.1.2.1. 유입량및시스템유도수로재의통수능력산정 당현장의지하수유입량 구 간 설계지하수침투유량 (m 3 /day) SECTION-A 10.0 SECTION-B 50.0 SECTION-C 4.0 합계 64.0 비 고 - 34 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

시스템유도수로재통수능력 (Q p ) 산정 시스템유도수로재의통수능력 (Q p ) 은유도수로재의주변조건 ( 굴토마감면의부직포, 흙입자 에의한막힘현상등 ) 에의해영향을받는다. 본현장은시스템유도수로재하부에부직포 를설치함으로유도수로로유입되는유량은유도수로재하부에설치된토목섬유 ( 부직포 ) 의 투수계수 (K g ) 에유도수로재의집수면적 (B p L p ) 을곱하고토목섬유의기능성저하에대한개 별안전 ( 아래 < 표 > 참고 ) 을고려하여구할수있다. Q p K g B p L p i Fs m daym 표 14. 지오텍스타일필터및배수공의개별안전율 필터 배수공 적용대상 흙의클로킹과블라인딩 장기적공극감소 인접재료의침입 화학적클로킹 생물학적클로킹 옹벽 2.0~4.0 1.5~2.0 1.0~1.2 1.0~1.2 1.0~1.3 지하배수공 5.0~10 1.0~1.5 1.0~1.2 1.2~1.5 2.0~4.0 침식방지공 2.0~10 1.0~1.5 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 매립지 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 중력배수공 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 압력배수공 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 2.0~4.0 지반공학시리즈 9, 토목섬유, 1998, p105 5.1.2.2. 시스템유도수로재의소요길이검토 시스템유도수로재의소요길이산정 (L p ) 구 간 설계지하수침투유량 (Q, m 3 /day) 유도수로재통수능력 (Q p, m 3 /day/m) 유도수로재소요길이 (L p, m) 체험동 64.0 0.48 135.0 시스템유도수로재가기초지반으로유입되는지하수를처리하기위해서는상기에서검토 한소요길이이상을설치해야함. - 35 - ( 주 ) 유경기술단

5.2. 시스템배수로검토 5.2.1. S.F DAVIN 배수로의연장 시스템배수로의연장을두께 (t=0.7) 의중심부를기준으로산정하면다음과같다. 2 π( 0.60 + 0.035 ) ( 90 + 35 ) / 360 = 1.386 cm 2 π( 1.18 + 0.035 ) ( 20 + 30 ) / 360 = 1.060 cm 2 π( 0.40 + 0.035 ) ( 20 + 104 ) / 360 = 0.942 cm ( 1.18-0.4 ) cos { 90 - (180-200 - 104 ) } = 0.647 cm 0.40 2 + 0.10 1 = 0.900 cm Σ = 4.935 cm S.F DAVIN 시스템배수로의연장 Ls = 4.935 x 2 x 2 = 19.74cm = 0.1974m - 36 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

5.2.2. 시스템배수로로유입되는유량산정 본현장의시스템배수로유입되는지하수유입량은각각의지하주차장의집수정의시스템배수로로 분산되어유입되므로안전율을고려한각각의시스템배수로가전체유입량을나누어통수한다고 가정하였다. Q = 전체유입량 / 안전율을고려한시스템배수로 = 유입유랑 (m 3 /day) 구 간 설계지하수침투유량 (m 3 /day) 집수정수량 ( 개소 ) 유입되는시스템배수로수량 (ea) 안전율 (80%) 을고려한배수로수량 (ea) 유입유량 Q (m 3 /day) 체험동 64.0 2 4 3 22.0 일반배수트렌치방식의 S.F DAVIN 다발관의통수능력은 S.F DAVIN 다발관을덮고있는토목섬유의투수계수 (K g ) 에다발관의집수면적 ( ( 다발관직경 + 부직포두께 4 ) L1 ) 을곱하여구한유량과토목섬유의기능성저하에대한개별안전을고려하므로통수능력은 S.F DAVIN 다발관이보유하고있는통수능력보다는부직포가좌우하게되어통수능력이현저히저하된다. 그러나시스템배수로의경우시스템유도수로재가시스템배수로로연결소켓에의해직접연결되므로부직포의투수성에의한시스템배수로의통수능력저하현상이발생하지않는다. 따라서, 시스템배수로 (10.0 4.0cm) 의순수통수능력을산정하면다음과같다. Q T A s V V C Ri C n R A s R Ls 여기서, Q T : 배수로에의한처리유량 (m 3 /sec) V : 유속 (m/sec) As : 배수로배수단면적 (m 2 ) R : 경심 (m) - 37 - ( 주 ) 유경기술단

Ls : 배수로연장 (m) n : 조도계수 (= 0.01) i : 동수구배 A s m L s m ( 다발관 8 본 ) A s R Ls m C n R Q T A V A C Ri Q T m day 여기서, 배수로의마찰손실, 유입 / 유출손실수두, 방향변화로인한손실수두, 분류 / 합류로인한 손실수두등을감안하여상기검토한통수량에서 40% 를감안한통수량을배수로의유효통수량으 로결정한다. 178.58 m 3 /day 60 % = 107.15 m 3 /day 상기검토와같이시스템배수로에작용하는압력이클수록통수능력은커지게되나본검토에서는시스템배수로상부에기초슬래브가최소 1.5ton 의상향수압에저항할수있으므로동수구배는 1.5m ( 최대길이는 74.5m ) 로하여시스템배수로 (10.0 4.0cm) 의통수능력을산정하였으며그결과통수능력은집수구역내유입되는지하수량보다크다. - 38 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

5.3. 유입지하수처리용펌프및 SUMP PIT 용량결정 당현장의기초바닥유입지하수처리를위해 Sump Pit 를지하구조물 (PIT 층 ) 에 2 개소설치하여 유입지하수를처리하는것으로계획하였으므로본검토에서는집수정으로유입되는지하수에 대하여검토하였다. 5.3.1. 펌프용량산정을위한설계예상유입수량 5.3.1.1. Sump Pit 용량 ( 집수정유효고 70% 감안 ) Q1~2 ( 체험동 ) = 1.5 1.5 1.5 70% = 2.36 m 3 5.3.1.2. Sump Pit 설계유입량에의한시간당펌프가동사이클타임 (Sump Pit 개소당 ) S1~2 ( 체험동 ) = ( 64.0 m 3 /day / 2 개소 ) / 2.36 m 2 16 회 /day ( 최대홍수시 ) 5.3.1.3. Sump Pit 설계유입량에하루당가동시간 ( 토출량 : 6 m 3 /hr 인경우 ) T1~2 ( 체험동 ) = ( 64.0 m 3 /day / 2 개소 ) / ( 6 m 3 /hr 70% 효율 ) 8.81 hr 5.3.1.4. Sump Pit 용량에의한 1 회가동시간 ( 토출량 : 6 m 3 /hr 인경우 ) t1~2 ( 체험동 ) = 2.36 m 3 / ( 6 m 3 /hr 70% 효율 ) = 0.56 hr = 34 min 5.3.2. 양정고및길이검토 최고높이및길이로검토함 양정고산정은건축배관 ( 수직양정고, 수평양정고 ) 을고려하여산정하여야한다. 5.3.3. 추천펌프제원 1) 양정길이 : 현장면적을고려하여산정한양정고및길이이상, 2) 토출량 : 0.1 m 3 /min ( = 6 m 3 /hr ) 이상. - 39 - ( 주 ) 유경기술단

5.3.4. Sump Pit 1 개소내펌프대수 수중펌프 2 대 / Sump Pit 1 개소 (1 대는예비용 ) 위에서검토한펌프제원은개략검토사항이므로실적용펌프는반드시건축설비와협의하 여설치하여야한다. - 40 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.

6. 결론 v 지하층구간의추천된배수시스템을적용하여지반공학적및수리학적인검토결과기초바닥으로 유입되는지하수를부지내에집수정을통하여일일정기적인양수를함으로서기초 Slab 에작용 하는양압력이 1.4 t/ m2이하로관리가가능함. v 트렌치공법과드레인매트배수시스템공법의시공성을검토한결과시공성및공기단축이매우 유리한영구배수공법을당현장에적용함이타당할것으로판단된다. v 당현장에드레인매트배수시스템을적용할경우다음과같은장점이기대된다. 트렌치터파기가생략되므로터파기물량과자갈의감소로공기가짧아지고, 공정관리가간소화됨. 배수시스템의일체화로통수능력과집수능력을향상시켜장기적인배수능력저하를최소화하고, 안전율을향상시킴. 지하수를유도하는유도수로재의간격이일정하여상향수압처리가빠르고, 집수및통수능력이우수함. 배수시스템의일체화및배수재의간격조정에의하여장기적인면에서배수능력의저하를최소화하고, 기초 slab에작용하는양압력을최대 1.4t/ m2이하로관리가가능함. 토공완료후시공기간이구간및면적에관계없이 1일이하이므로기초바닥면의장기간노출로인한지반이완을최소화시킬뿐아니라기초타설계획등에있어서별도의영구배수공기가필요없음. 해석구간 Net Flux (m 3 /sec/m) Net Flux (m 3 /day/m) Perimeter (m) 침투유량 (m 3 /day) Fs 설계유량 (m 3 /day) SEC.-A 1.0189 e-6 0.088 47.0 5.0 2.0 10.0 SEC.-B 2.8139 e-6 0.243 100.0 25.0 2.0 50.0 SEC.-C 4.9857 e-7 0.043 31.0 2.0 2.0 4.0 합계 32.0 64.0 v 수리모델링을통한지하수유입량산정결과를토대로유입수처리용펌프및 Sump Pit 규격과개수에대하여검토하였고, 유입수량처리를위하여적절한용량의펌프를설치하여야하며, 펌프제원은건축설비와협의하여결정하여야한다. 단, 펌프의경우유사시를대비예비용펌프를두어야한다. - 41 - ( 주 ) 유경기술단

표 15. 적용영구배수시스템자재요약 재료및시설명수량설치목적규격비고 Sump Pit 2 개소유입수처리 1.5 1.5 1.5m 시스템배수로재 415.0 m 유입지하수배수용 10.0 4.0cm 버림콘크리트내부에설치 토목섬유 ( 장섬유부직포 ) 880 m 2 분리 / 여과 / 배수재료선정참조 시스템배수로및유도수로재에적용 시스템유도수로재 360 m 시스템배수로로유도 B = 300mm 6.0m~9.0m 간격으로설치 보호비닐 Sheet 5,000 m 2 배수층보호 t = 0.08 mm /2 겹 버림콘크리트하단에시공 - 42 - YOO KYUNG ENGINEERING &CONSULTANT Co., Ltd.