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강우로 인한 보강토옹벽의 붕괴사례 연구
A Case Study in a Rainfall induced Failure of Geosynthetics-Reinforced Segmental Retaining Wall 원문보기

한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.4 no.1, 2005년, pp.17 - 25  

유충식 (성균관대학교 토목공학과) ,  정혜영 (성균관대학교 토목공학과) ,  정혁상 (대정컨설턴트)

초록
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본 논문에서는 옹벽 시공 완료 후 여름철 집중강우로 인해 붕괴된 보강토 옹벽 사고사례에 대한 원인 분석을 실시하였다. 사고 원인의 명확한 규명을 위해 붕괴된 옹벽의 현장조사 및 실내시험, 현 설계법에 근거한 안정성평가, 강우의 침투해석 및 suction을 고려한 사면안정해석을 실시하였고, 그 결과 현장조건을 제대로 반영하지 못한 부적합한 설계와 불량한 뒤채움 흙의 사용, 단기간의 집중호우로 인한 suction의 감소 및 전단강도의 감소가 붕괴의 주원인인 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a case history of a geosynthetics-reinforced segmental retaining wall, which collapsed during a sever rainfall immediately after the completion of the wall construction. In an attempt to identify possible causes for the collapse, a comprehensive investigation was carried out incl...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 2003월 7월 충남에서 시공 완료 후 여름철 집중강우로 인해 붕괴된 보강토 옹벽의 사고 사례에 관한 원인 분석을 실시하였다. 붕괴 원인에 대한 다각도의 분석을 위해 붕괴된 보강토 옹벽에서 채취한 뒷채움 흙의 물리적, 역학적 실내시험 및 기존 설계법(FHWA, NCMA)에 근거한 내·외적 안정성 평가, 강우로 인한 간극수압의 변화를 고려한 사면 안정성 평가를 포함한 포괄적인 연구를 실시하였다.
  • 본 논문에서는 공장부지 조성을 위한 진입도로 용지 확보 차원에서 시공된 7.4m 높이의 토목섬유 보강토 옹벽의 붕괴사례에 대한 연구내용을 다루었다. 이 옹벽의 붕괴는 시공완료 후 하계 집중호우 기간동안 발생하였다.
  • 본 논문에서는 보강재의 인장강도를 평가하기 위하여 리브인장강도(GRI-GG1) 시험을 실시하였다(GRI Test Method 1988). 실험에 사용된 지오그리드는 붕괴된 옹벽에서 채취한 길이 10cm의 시료를 이용하였고, GRI-GG1기준에 의거하여 인장속도는 10±3%/min을 적용하였다.
  • 붕괴 원인에 대한 다각도의 분석을 위해 붕괴된 보강토 옹벽에서 채취한 뒷채움 흙의 물리적, 역학적 실내시험 및 기존 설계법(FHWA, NCMA)에 근거한 내·외적 안정성 평가, 강우로 인한 간극수압의 변화를 고려한 사면 안정성 평가를 포함한 포괄적인 연구를 실시하였다. 본 논문은 이러한 붕괴 사례연구를 통해 사고의 원인을 분석함으로써, 사고를 미연에 방지하고, 지반공학 기술자들에게 보강토 옹벽의 설계에 관한 지침을 제공하는 데에 그 목적이 있다고 할 수 있다.
  • 본 연구에서는 강우이전의 상황을 모사하기 위하여 이전 강우량을 적용한 정상류 침투해석을 통하여 초기조건을 구현하였다. 또한 강우기간 동안 임계 간극수압 분포를 파악하기 위하여 붕괴현장 흙의 투수성 및 강우강도, 강우지속기간을 고려한 일련의 부정류 침투해석을 수행하였다.
  • 본 해석을 위해 NCMA 및 FHWA에서 개발한 해석 및 설계프로그램인 SRWall(Bathrust 1999)과 MSEW(Leshchinsky 1999)를 사용하였다. 본 해석은 시공완료 설계에 대한 안전율의 하한선을 예측하는 데 그 목적이 있다.
  • 부정류 침투해석은 강우 시 보강토체 및 배면토의 간극수압 및 지하수위 변화를 파악하고, 사면안정해석에 입력치로 사용 될 간극수압 분포를 결정하는 데에 그 목적이 있다. 완전배수를 가정한 설계에는 간극수압이 고려되지 않으나, 낮은 투수성을 가진 지반의 경우, 강우기간 동안의 일시적인 간극수압의 변화 및 지하수위의 상승은 보강토체내에 큰 간극수압 발달을 초래함에 따라 붕괴의 원인으로 작용한다.
  • 붕괴원인의 파악을 위한 연구의 일환으로 뒷채움 흙과 보강재에 대한 실내시험을 수행하였다. 이러한 일련의 실험결과는 이후의 보강토 옹벽의 안정성평가에 적용하였다.
  • 해석에 사용된 프로그램은 사면안정해석프로그램인 SLOPE/ W로, 이는 SEEP/W를 이용한 침투해석 결과 산정된 간극수압결과를 사면안정해석에 이용하여 해석 시지하수위 위의 불포화영역에 존재하는 부의 간극수압(matric suction)의 적용이 가능한 지하수-사면안정해석 연계프로그램이다. 사면안정해석은 보강토옹 벽의 파괴메커니즘을 파악하고, 간극수압이 파괴에 미치는 영향을 평가하는 데에 그 목적이 있다.

가설 설정

  • 따라서 본 연구에서는 앞서 기술한 바와같이 실내시험 결과에 근거하여 뒷채움흙의 내부마찰각은 23°, 단위중량은 19kN/m3을 사용하였고, 현 설계법에 근거하여 겉보기 점착력은 무시하였다. 또한 옹벽은 단단한 기초지반위에 시공된다는 가정하에 기초지반의 내부마찰각은 35°, 점착력은 50kPa을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보강토옹벽의 붕괴 사고는 언제 발생하였는가? 보강토옹벽의 붕괴 사고는 2003년 7월 말에 발생 하였다. 붕괴시점의 강수량 및 강우강도를 조사한 결과 6, 7월 두 달간 사고현장에 내린 강우량은 약 500mm, 최대 강우 강도는 39mm/hr를 기록하고 있었다.
붕괴사례 연구를 통해 얻은 교훈은 무엇인가? 본 붕괴사례 연구를 통해 다음과 같은 교훈은 얻을 수 있다. 첫째, 본 사례와 같은 특정 경우에 대한 보강토옹벽의 설계 시 지하수위 조건 및 간극수압 분포를 고려한 전체안정성 평가를 수행하여 설계의 적합성 여부를 판단해야 한다. 둘째, 뒷채움흙의 잠재적인 역효과를 피하기 위해 반드시 양질의 뒷채움 흙을 사용해야 한다. 셋째, 보강토옹벽의 설계에 있어서 기본적인 지반공학적 원리를 간과할 경우 본 붕괴사례와 같은 대규모 붕괴를 초래하고, 막대한 경제적, 사회적 손실을 야기할 수 있다. 따라서 보강토옹벽 설계 기술자는 기본 지반공학적 이론을 중시하고, 보강토옹벽의 설계에 신중을 기해야 한다.
근대식 보강토옹벽의 역학적 개념은 누구에 의해 구체화되었는가? 1990년대 초 Henry Vidal에 의해 근대식 보강토옹벽의 역학적 개념이 구체화 된 이래 전 세계적으로 토목섬유를 보강재로 이용한 보강토 구조물의 건설이 나날이 증가하고 있는 추세이다. 현재 적용되고 있는 대부분의 보강토 옹벽은 안전하게 시공됨에도 불구하고, 많은 지역에서 열악한 환경 조건하의 보강토 옹벽의 역학적 거동에 관한 깊은 이해와 연구가 필요한 실정이다.
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