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문제 정의
- 본 연구는 단양군 휴석동 위험사면에 대한 현장조사와지 반 시추조사를 통해 붕적토층 및 암반의 특성과 지하수 흐름 특성 평가를 실시하고, 이를 근거로 사면안정해석을 실시하여 적절한대책공법(안)을 제시함으로써 유사 붕 적토 사면의 안정성 확보를 위한 하나의 방안을 제시하고자 한다.
- 위험사면 조사시점이 5월인 관계로 도래하게 될 장마철에 대비한사면의 안정성을 확보하기 위해 기존에 시공중이던 시설물들을 가급적 유지하면서 효율성을 극대화하기 위한 응급대 책 이 제안되었다. 응급대 책에 는 주로 위험사면의 지하수위를 낮추기 위한 방안이 채택되었다.
- 조사대상 위험사면의 항구적인 안정성을 확보하기 위하여 크게 두 가지의 사면안정 대 책방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- (5) 사면의 지지력과 하천에 의한 침식 방지를 위한 사면 저부 대책공법은 사면 자체가 이동 중에 있으므로 강성의 콘크리트 옹벽 등의 구조물보다 연성의 구조물인 토목 섬유를 이용한 보강토 옹벽을 제안하였다.
- 15개의 시추공으로부터 얻어진 지하수위 자료와 사면저부의 지하수 누수지 점 6개소를 사용하여 강우전(8월 1 일)과 강우후(8월 5일)의 지하수위 등고선도를 작성하였다(그림 4, 그림 5). 이 때, 8월 1 일과 5일 사이의 누적 강우량은 140mm 였다.
- 강우에 따른 지 하수위 의 변동을 파악하기 위하여 조사기 간 동안 지하수위 측정 자료와 일일단위 로 측정된 강우량 자료를 비교하였다. 이 결과, 조사대상 위험사면을 구성하는 붕적토층은 강우시 지표로 흘러내 리는 수량이 많지 않고 대부분이 지하로 침투한다는 것을 고려할 때 현장 투수 계수가 비교적 높을 것으로 추정 할 수 있으며, 강우에 의한 지하수의 변동에 있어서도 강우후 즉시 지하수 위가 상승하는 것을 볼 수 있다(그림 3).
- 상승으로 분석되었다. 따라서 불안정 사면에 대한 응급조치로서 사면상부수평배수공설치에 의한 지하 수위 저하를 시도하였다. 수평 배수공에 의한 지하수 배출량은 강우시 약 700~1000m3/dayo]] 달하며 사면붕괴 위험성을 감소시키는데 기여하였다.
- 따라서 조사대상 위험사면의 앵커 정착지점은 기반암이며, 정착길이는 10m내외로 설치함으로써 각각의 해당단면에서 앵커에 작용하는 인장응력을 충분히 발휘할 수있도록 한다. 앵커의 정착부는 시멘트 그라우팅을 실시하여 암반에 대한 밀착도를 높이며 장기적으로는 앵커의 부식을 방지한다.
- 이용하였다. 사면안정해석에는 건조시와 포화시를 고려하여 지하수가 사면안정에 얼마만큼의 영향을 미치는가를 파악하였다. 이때 포화시의 사면안정해석은 현장에서의 간극수압 계측이 실시되지 못한관계로 예상 지하 수위가 지표면에 존재하여 대상사면이 완전히 포화된 상태를 모델링하여 수행하였다.
- 소성시험, 수축한계시험, 삼축압축시험 등을 실시하여 붕적토층의 물성 치를 도출하였으며, 그 대표값은 표 1과 같다.
- 원지반상태의 붕적토 사면 구성재료에 대한 강도 정수를 얻기 위해 블록 샘플(block samples)을 채취하여 체분석 시험, 입도분석시험, 함수비시험, 비중시험, 액 . 소성시험, 수축한계시험, 삼축압축시험 등을 실시하여 붕적토층의 물성 치를 도출하였으며, 그 대표값은 표 1과 같다.
- 사면안정해석에는 건조시와 포화시를 고려하여 지하수가 사면안정에 얼마만큼의 영향을 미치는가를 파악하였다. 이때 포화시의 사면안정해석은 현장에서의 간극수압 계측이 실시되지 못한관계로 예상 지하 수위가 지표면에 존재하여 대상사면이 완전히 포화된 상태를 모델링하여 수행하였다.
- 조사대상사면 직상부는지형 특성상 집수지형을 이루고 있고특히 사면 구성 재료 특성상 강우시 지표수로 흐르지 않고 대부분 지 하로 침투되는 특성을 나타낸다. 지하수위의 상승은 활동면이 위치하는 지 반의 전단강도를 저 하시 키 며, 우수의 침투와 더불어 상부토괴의 함수비 증가로 인한토괴 중량의 증가를 유발하여 토괴가 저항하려는 힘보다 활동하려는 힘을 크게 하여 지반활동이 시작되는 것으로 해석하였다.
- T형 콘크리트 옹벽과보강토옹벽의 경제성 및 시공성을 비교 검토한 결과, 하안 침식 방지 와 상부 이 동사면의 사면 저부 지지력 향상을위하여 보강토옹벽 시공이 더욱 경제적이고 조사대상 위험사면에 적절한 것으로 판단된다(표8). 특히 강물의 월류에 의한 옹벽의 토사 유출을 방지하기 위하여부직포를 이용한 보강재를사용하여 지지력의 향상과 함께 보강토 옹벽의 전면에는 자연석을 설치하여 강에 의한 사면 하부 세굴 방지와 자연친화적 시공법을 채택한다. 보강토옹벽의 전면부는 인근하천에서 쉽게 구할 수 있는 자연석 으로 시공하며 , 뒷부분은 부직 포 보강토층을 설치 한다.
대상 데이터
- 조사대상 사면의 최 하단부는 홍수시 남한강 유수의 흐름으로 인하여 침식작용을 받아토사가 유실된 상태로 상부사면을 지 지 할 수 있는 지 지 대를 상실한 상태 이다. 특히조사대상 사면은 남한강 하안의 곡선부에 위치하여 홍수시 유수에 의한충격으로사면 하단부의 침식이 지속적으로 진행된다고 할 수 있다.
- 조사대상 지역의 지질은 변성퇴적암, 회색사암, 편암등으로 구성된 홍점통으로 지 질구조가 불규칙 하고, 기 반암 및 암반이 오랜 세월동안의 풍화 . 퇴적작용에 의해 견고한 지 질구조를 갖지 못하고 있다.
- 조사지역은 태백산맥의 서남부에서 분기하여 남서 방향으로 발달하는 소백산맥의 서편에 위치하며, 주요 능선은 대체적으로 북북동-남남서 방향으로 발달되고 있다. 조사지역의 산계는 북쪽으로 높이 솟아있는 세이봉 (898.
이론/모형
- 조사대상 위 험 사면 이 자연사면 인 점 을 감안하여 안정해석에는 힘과 모멘트의 평형을 고려하여 원호 및 비 원호 활동 해석에 용이 한 Janbu의 간편법을 이용한 해석을 수행하였으며, 사용된 사면안정 해석 프로그램은 PCSTABL5M 을 이용하였다. 사면안정해석에는 건조시와 포화시를 고려하여 지하수가 사면안정에 얼마만큼의 영향을 미치는가를 파악하였다.
성능/효과
- (1) 단양군휴석동 위험사면은 1972년 붕괴된 이래 지속적으로 붕괴가 진행되고 있으며 붕괴심도는 지표하 약8 ~ 10m이다. 사면붕괴의 형 태는 슬럼프 형태를 보이고 있다.
- (2) 단양군 휴석동 위 험사면의 붕괴 원인은 첫째로 붕괴사면 상부에 발달된 강우 함양지 역, 둘째로 대부분의 강우가 지표밑으로 침투하는 토층의 투수 특성, 그리고 세번째로 지 질학적으로 홍점통과 사동통에 해당하는불안정 한 지 질조건 등을 들 수 있다.
- (3) 사면안정 해석 결과 사면불안정의 주된 요소는 지하 수위의 상승으로 분석되었다. 따라서 불안정 사면에 대한 응급조치로서 사면상부수평배수공설치에 의한 지하 수위 저하를 시도하였다.
- (4) 사면의 중심부에 2단의 앵커공법을 제안하였으며, 안정해석 결과 사면의 안전율을 L5이상으로 향상시킬수 있었다.
- 15개 시추공에 대하여 NX코아링을실시하여 조사대상 위험 사면의 지반구성을 붕적토층, 잔류토층, 풍화암층, 연암층으로 나누었으며, 붕적토층의 분포는 지표하5.7~30.0m, 잔류토층은 15.8~ 17.5m, 풍화암층은 14.5-25.0 m, 기 반암은 5.7 ~30.0m로 확인되었다.
- 하단부에 보강토 옹벽을 시공하는 것이다. T형 콘크리트 옹벽과보강토옹벽의 경제성 및 시공성을 비교 검토한 결과, 하안 침식 방지 와 상부 이 동사면의 사면 저부 지지력 향상을위하여 보강토옹벽 시공이 더욱 경제적이고 조사대상 위험사면에 적절한 것으로 판단된다(표8). 특히 강물의 월류에 의한 옹벽의 토사 유출을 방지하기 위하여부직포를 이용한 보강재를사용하여 지지력의 향상과 함께 보강토 옹벽의 전면에는 자연석을 설치하여 강에 의한 사면 하부 세굴 방지와 자연친화적 시공법을 채택한다.
- 대상 사면을 3개의 단면으로 나누어 안정해석을 실시한 결과 표 2와 같은 최소 안전율을 산정하였으며, 지하수 관련 건조기와 우기와의 안전율이 거의 1.7배 정도의 변화를 보이고 있는 것으로 나타났다. 즉, 조사대상 위 험사면의 안전성 해석에 있어서 지하수위의 영향은 절대적인 것으로 추정된다.
- 이 결과, 조사대상 위험사면을 구성하는 붕적토층은 강우시 지표로 흘러내 리는 수량이 많지 않고 대부분이 지하로 침투한다는 것을 고려할 때 현장 투수 계수가 비교적 높을 것으로 추정 할 수 있으며, 강우에 의한 지하수의 변동에 있어서도 강우후 즉시 지하수 위가 상승하는 것을 볼 수 있다(그림 3). 따라서, 조사대상 위험 사면과 같은 붕적토 사면에 강우가 집중되면, 투수 계수가 큰 붕적층을 거의 수직으로 투과한 지 하수는 비교적 투수 계수가 작은 기 반암 상부를 따라 흘러 지 반내 큰 수압이 발생될 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 응급대책 이후의 실측 지하수위를 이용하여 사면안정해석을 수행한 결과, 각단면의 최소 안전율이 안정 측으로 확인되어 응급대책에 의한 지하수위 저하로 사면안정에 큰 효과가 있음이 확인되었다(표 6).
- 시추 굴진과 병행하여 표준관입시험을 실시하였으며, 이 때 N 값은 5 ~ 50이 상으로 다양하게 나타남을 확인할 수 있었다.
- 자료를 비교하였다. 이 결과, 조사대상 위험사면을 구성하는 붕적토층은 강우시 지표로 흘러내 리는 수량이 많지 않고 대부분이 지하로 침투한다는 것을 고려할 때 현장 투수 계수가 비교적 높을 것으로 추정 할 수 있으며, 강우에 의한 지하수의 변동에 있어서도 강우후 즉시 지하수 위가 상승하는 것을 볼 수 있다(그림 3). 따라서, 조사대상 위험 사면과 같은 붕적토 사면에 강우가 집중되면, 투수 계수가 큰 붕적층을 거의 수직으로 투과한 지 하수는 비교적 투수 계수가 작은 기 반암 상부를 따라 흘러 지 반내 큰 수압이 발생될 수 있을 것으로 판단된다.
- 전술한 바와 같이 조사대상 지역 의 사면 붕괴는 여 러가지 원인이 복합적으로 작용하여 발생하였으며, 가장큰원인은 강우시 빗물이 투수성 이 큰 붕적층 지반으로 쉽게침투하여 기 반암에 도달하는데 비해 기반암은 거의 불투수증이 므로 대수증이 되 지 못한다는 것이다. 따라서 강우가 계속되면 침투수가 축적 되어 지 하수위 를 상승시 키 고이것이 지 반활동을 일으키는 활동력으로 작용한다.
- 조사대상 사면의 현장조사결과, 붕괴는 주로 장마철집중 강우에 의한 우수의 침투로 사면내 지하수위 상승에 의해 발생한 것으로 판단하였다. 조사대상사면 직상부는지형 특성상 집수지형을 이루고 있고특히 사면 구성 재료 특성상 강우시 지표수로 흐르지 않고 대부분 지 하로 침투되는 특성을 나타낸다.
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1.3 지질 구조
조사대상 위험사면을 구성하고 있는 평안누층군에서 나타나는 엽리 또는 층리의 주향과 경사는 각각N10°~ 20°E오+ 20°~30°NW이며, 주변의 절개면에서는 노두 규모의 습곡 구조가수 개소 관찰된다
. 조사지역에서 나타나는 중요한 지질구조로는 조사지역의 서쪽에서 북북동-남남서 방향으로 발달하고 있는 드러 스트가 나타나며, 이 러한 드러스트에 의해 조사지역 의 서쪽에서 함탄층을 포함하는 사동통이 반복하여 나타난다.
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