이 연구에서는 경기도에 위치한 ${\bigcirc}{\bigcirc}$대학교 캠퍼스 내 외곽도로 신설을 위해서 설치된 보강토옹벽의 붕괴사례를 통해 다양한 원인조사 및 분석에 대한 내용을 다루었다. 붕괴된 보강토옹벽에 대한 안정성 평가 및 설계도서 검토결과 다짐불량, 기초지반의 지지력 검토 누락, 보강재 설치 길이와 간격, 배수시설 문제 등의 시공과 관련한 문제들로 인해서 붕괴가 발생한 것으로 판단되었다. 설계 시 고려해야 할 전체 사면활동에 대한 안정성 검토, 2단 형태의 보강토옹벽에서 일반적으로 사용되는 FHWA 또는 NCMA 제안방법을 적용하지 않는 등의 여러 설계상의 문제점들도 확인하였다. 또한, 이러한 안정성 평가 내용을 바탕으로 재시공될 보강토옹벽의 안정을 위한 보강대책 및 시공방안 등을 제시하였다.
이 연구에서는 경기도에 위치한 ${\bigcirc}{\bigcirc}$대학교 캠퍼스 내 외곽도로 신설을 위해서 설치된 보강토옹벽의 붕괴사례를 통해 다양한 원인조사 및 분석에 대한 내용을 다루었다. 붕괴된 보강토옹벽에 대한 안정성 평가 및 설계도서 검토결과 다짐불량, 기초지반의 지지력 검토 누락, 보강재 설치 길이와 간격, 배수시설 문제 등의 시공과 관련한 문제들로 인해서 붕괴가 발생한 것으로 판단되었다. 설계 시 고려해야 할 전체 사면활동에 대한 안정성 검토, 2단 형태의 보강토옹벽에서 일반적으로 사용되는 FHWA 또는 NCMA 제안방법을 적용하지 않는 등의 여러 설계상의 문제점들도 확인하였다. 또한, 이러한 안정성 평가 내용을 바탕으로 재시공될 보강토옹벽의 안정을 위한 보강대책 및 시공방안 등을 제시하였다.
This case study deal with the investigation of various causes and analyses concerning the cases of the collapse of reinforced segmental retaining walls installed for newly constructing a peripheral road within the campus of ${\bigcirc}{\bigcirc}$ University located in Gyeonggi-do. As resu...
This case study deal with the investigation of various causes and analyses concerning the cases of the collapse of reinforced segmental retaining walls installed for newly constructing a peripheral road within the campus of ${\bigcirc}{\bigcirc}$ University located in Gyeonggi-do. As results of stability analyses and reviewing of design documents concerning collapsed reinforced segmental retaining walls, such a collapse appeared because of problems related to construction including poor-compacted backfill, the omission of the investigation on the bearing capacity, the length and space in the installation of reinforced materials, and drainage systems. Also, problems during diverse types of designing were confirmed involving the stability analysis of the entire slope stability to be considered during designing and failure in application of the proposed methods of FHWA or NCMA which are generally used for two-tier reinforced segmental retaining walls. In addition, based on these details of the stability assessment, the study proposed reinforcement solutions and construction methods for stabilizing reinforced segmental retaining walls to be reconstructed in the future.
This case study deal with the investigation of various causes and analyses concerning the cases of the collapse of reinforced segmental retaining walls installed for newly constructing a peripheral road within the campus of ${\bigcirc}{\bigcirc}$ University located in Gyeonggi-do. As results of stability analyses and reviewing of design documents concerning collapsed reinforced segmental retaining walls, such a collapse appeared because of problems related to construction including poor-compacted backfill, the omission of the investigation on the bearing capacity, the length and space in the installation of reinforced materials, and drainage systems. Also, problems during diverse types of designing were confirmed involving the stability analysis of the entire slope stability to be considered during designing and failure in application of the proposed methods of FHWA or NCMA which are generally used for two-tier reinforced segmental retaining walls. In addition, based on these details of the stability assessment, the study proposed reinforcement solutions and construction methods for stabilizing reinforced segmental retaining walls to be reconstructed in the future.
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문제 정의
이 논문에서는 경기도에 위치한 ◯◯대학교 캠퍼스 내 외곽도로 신설을 위하여 설치된 보강토옹벽의 붕괴사례에 대한 원인조사 및 분석을 실시하고 이러한 안정성 평가 내용을 바탕으로 보강토옹벽의 안정을 위한 보강대책 및 재시공방안 등을 제시하였다.
이 현장은 보강토옹벽에 발생한 이상 징후를 발견하여 안전진단을 실시하던 중 계속 붕괴가 진행되어 결국 붕괴구간을 포함한 일부 구간에 대해서 재시공을 실시하기로 결정하였다. 이에 따라 보강토옹벽의 재시공 시에는 앞에서 살펴본 여러 문제점을 보완하여 보강토옹벽의 안정성 확보를 위해 다음과 같이 다양한 방법을 고려하였다.
안정성 평가 중 부분적으로 붕괴가 발생한 보강토옹벽은 부분 재시공이 결정되었다. 이와 같이 재시공이 결정된 구간에 대해서는 안전진단에서 조사된 설계 및 시공 상의 문제점들을 보완하여 설계 및 시공하도록 조치하였다. 붕괴가 발생한 기존 보강토옹벽의 경우에는 붕괴의 주된 원인이 다짐불량인 것으로 판단되었고, 이 외에도 시공전지반조사나 평판재하시험 등을 이용한 지지력 검토의 누락, 설계에서 적용한 깊이보다 얕은 기초의 근입깊이로 인한 기초간 부등침하, 보강재 설치 길이와 설치간격 및 설계시 보강재의 강도저하를 고려하지 않은 문제, 콘크리트 블록 전면판과 보강재의 결속력 미흡, 보강토체 내부에 설치된 배수관으로 인한 안정성 저하, 보강토옹벽 외부 배수시설의 미설치, 2단 형태의 보강토옹벽을 설계시 일반적인 설계기준인 FHWA 또는 NCMA의 제안방법을 적용하지 않은 문제 등이 확인되었다.
제안 방법
경기도에 위치한 ◯◯대학교 캠퍼스 내 외곽도로 신설을 위하여 설치된 보강토옹벽의 붕괴사례에 대한 다양한 원인조사 및 분석을 실시하여 안정성 평가를 하였다. 안정성 평가 중 부분적으로 붕괴가 발생한 보강토옹벽은 부분 재시공이 결정되었다.
따라서 재시공 시에는 블록을 쌓는 매 층마다 블록 속, 뒤채움을 철저히 하도록 하였고, 보강재와 블록사이에 결속력을 최대로 증가시키기 위해서 보강재 설치시 보강재의 선단을 블록 전면까지 연장시켜 설치하도록 하였다. 뒤채움재의 경우 보강토옹벽 뒤채움 재료의 입도기준에 따라 뒤채움 재료의 최대입경을 102mm가 초과되지 않도록 하였으며, 102mm가 초과되는 재료에 대해서는 선별과정을 거치도록 하였다. 이 보강토옹벽 붕괴의 가장큰 원인으로 판단되었던 다짐관련 문제에 대해서는 블록 1단의 높이를 고려하여 층당 다짐 후의 성토두께가 0.
따라서 재시공 시에는 블록을 쌓는 매 층마다 블록 속, 뒤채움을 철저히 하도록 하였고, 보강재와 블록사이에 결속력을 최대로 증가시키기 위해서 보강재 설치시 보강재의 선단을 블록 전면까지 연장시켜 설치하도록 하였다. 뒤채움재의 경우 보강토옹벽 뒤채움 재료의 입도기준에 따라 뒤채움 재료의 최대입경을 102mm가 초과되지 않도록 하였으며, 102mm가 초과되는 재료에 대해서는 선별과정을 거치도록 하였다.
5m보다 길게 적용하였다. 또한 보강재 수직간격은 최대 간격을 블록깊이(뒷 길이)의 2배를 초과하지 않도록 하여 전면벽 상부의 전도, 활동 등을 방지하기 위해 최상단 보강재의 설치위치를 전면벽 최상부 표면에서 0.5m 이내로 하였다. 또한 그 바로 아래 층 보강재는 최대 수직간격의 1/2 정도의 간격으로 배치하도록 하였다.
또한 현재의 지반조건에서 추가적인 사면보강공법을 적용하지 않고 안전율 증가를 도모하기 위해서 보강토옹벽의 기초지반을 0.5∼1.0m 정도 골재(잡석)으로 치환하고 다짐을 통해서 하부 지반의 전단강도를 증가시키는 방법을 적용하도록 하였다.
뒤채움재의 경우 보강토옹벽 뒤채움 재료의 입도기준에 따라 뒤채움 재료의 최대입경을 102mm가 초과되지 않도록 하였으며, 102mm가 초과되는 재료에 대해서는 선별과정을 거치도록 하였다. 이 보강토옹벽 붕괴의 가장큰 원인으로 판단되었던 다짐관련 문제에 대해서는 블록 1단의 높이를 고려하여 층당 다짐 후의 성토두께가 0.2～0.3m를 초과하지 않도록 하였고 다짐 후 다짐평가는 현장 들밀도시험을 이용하여 상대다짐도 95%이상의 다짐도를 유지할 수 있도록 다짐관리를 하도록 하였다.
이 현장은 보강토옹벽에 발생한 이상 징후를 발견하여 안전진단을 실시하던 중 계속 붕괴가 진행되어 결국 붕괴구간을 포함한 일부 구간에 대해서 재시공을 실시하기로 결정하였다. 이에 따라 보강토옹벽의 재시공 시에는 앞에서 살펴본 여러 문제점을 보완하여 보강토옹벽의 안정성 확보를 위해 다음과 같이 다양한 방법을 고려하였다.
이 현장의 보강토옹벽은 2단으로 구성되어 있는 보강토옹벽으로 설계도서 상에서는 2단 옹벽 중 하단(1단) 옹벽의 경우 하단(1단) 옹벽과 상단(2단) 옹벽의 높이를 합한 전체 높이에 대한 구조계산 결과 중 하단(1단) 옹벽 높이에 해당하는 보강재 층까지만 선택하여 적용하는 방법으로 설계하였다. 그러나 이러한 방법은 일반적인 2단 옹벽 설계의 개념과는 다른 방법이라고 할 수 있다.
이 현장의 보강토옹벽은 기존 설계에서 전체사면활동에 대한 안정성 검토가 누락되었다. 이에 재시공 구간에서 지반조사를 임의적으로 선정한 4개 지점에서 실시하였고 이 결과를 바탕으로 5개의 대표 단면에 대해서 사면 안정해석을 실시하였다. 사면안정해석결과 보강토옹벽의 재시공 단면에 대한 전체사면활동의 안정성은 대체로 적정한 안전율을 확보하는 상태인 것으로 나타났다.
대상 데이터
보강토옹벽에서 뒤채움 재료와 더불어 가장 중요한 요소인 보강재는 인장강도 60kN/m, 80kN, 10kN/m, 150kN/m의 지오그리드가 사용되었다. 보강토옹벽 설계시 지오그리드 보강재의 인장강도는 재료의 극한인장강도를 사용하는 것이 아니라 장기설계인장강도를 사용해야 하는데 이러한 장기설계인장강도의 경우 지오그리드의 허용인장변형과 크리프 특성 및 가능한 모든 강도저하 요인 등을 고려한 후 결정해야 한다[8].
붕괴된 보강토옹벽은 ◯◯대학교 캠퍼스 내 교통순환을 원활하게 하기 위해서 대운동장 하단면을 따라 시외버스가 이동할 수 있도록 2011년 12월부터 2012년 3월에 걸쳐 시공되었다. 보강토옹벽의 높이는 최저 약 3m∼최고 약 11m이며, 길이는 2단부 144m, 1단부 179m로 시공되었으며, 전체 종단 길이는 323m이다.
전면판은 높이 30cm, 폭 68cm, 길이 29cm의 콘크리트 블록이며, 보강재는 인장강도 60kN/m, 80kN, 10kN/m, 150kN/m의 지오그리드가 사용되었다. 보강토옹벽의 곡선부인 7, 8 구간의 상단 옹벽에는 주변 하수관로와 연결된 2개의 우수관이 시공되어 있다.
성능/효과
하지만 이 현장에는 옹벽 상단에 2개의 배수관(D≃60cm)을 설치하여 인접한 배수관과 연결 시공하였다. 2개의 배수관 설치로 이 구간의 보강재가 원설계보다 큰 연직간격으로 설치되었고, 이것은 보강토옹벽의 안정성 저하에 영향을 미친 것으로 판단된다. 그리고 철거 후 보강토옹벽내에 설치된 배수관(PE이중벽관)의 상태를 확인한 결과, 보강토체의 다짐시공 부실에 의한 침하로 배수관이 휘어진 모습을 확인하였다(Fig.
3.2절에서 언급한 바와같이 이 현장에서 기초지반에 대한 지반조사를 실시하지 않았으며, 설계에 필요한 토질정수는 보강토옹벽 설계 시 일반적인 기초지반 특성값으로 사용하는 전단저항각 30°를 적용한 것으로 확인되었다.
보강토옹벽 붕괴 현장에서의 현장조사와 그림 2에서 보는 바와 같은 보강토옹벽의 균열 및 붕괴 상태를 고려해 볼 때 이 현장의 보강토옹벽에 발생한 문제점의 발생 원인으로는 보강토옹벽의 다짐토체 및 뒤채움재의 다짐 불량으로 인한 과다침하 발생, 보강토옹벽 기초지반의 부등침하, 보강재의 시공 불량 등을 고려할 수 있었다. 또한 보강토체의 침하로 인하여 우수배수관의 동반침하가 발생하여 배수관이 기능을 상실하였고 그 결과 우수가 보강토 체내로의 유입되면서 다짐이 불량한 보강토체에 유실이 발생했을 것으로 예측하였다.
보강토옹벽 붕괴 현장에서의 현장조사와 그림 2에서 보는 바와 같은 보강토옹벽의 균열 및 붕괴 상태를 고려해 볼 때 이 현장의 보강토옹벽에 발생한 문제점의 발생 원인으로는 보강토옹벽의 다짐토체 및 뒤채움재의 다짐 불량으로 인한 과다침하 발생, 보강토옹벽 기초지반의 부등침하, 보강재의 시공 불량 등을 고려할 수 있었다. 또한 보강토체의 침하로 인하여 우수배수관의 동반침하가 발생하여 배수관이 기능을 상실하였고 그 결과 우수가 보강토 체내로의 유입되면서 다짐이 불량한 보강토체에 유실이 발생했을 것으로 예측하였다.
이 보강토옹벽 시공현장 역시 기초지반에 대한 지반조사를 실시하지 않았으며, 보강토옹벽의 기초지반에 대한 평판재하시험도 실시하지 않은 것으로 조사되었다. 보강토옹벽 전면부 하단 지표면에서 흙을 파내어 확인한 결과 기초의 근입깊이가 원설계인 90cm보다 훨씬 작은 약 30cm 정도로 파악되었으며, 따라서 근입깊이 부족으로 보강토옹벽 기초지반이 예상보다 크게 침하를 일으키고 또한 옹벽 높이 차이에 따라 기초간 부등침하도 발생한 것으로 판단된다.
이 현장의 보강토옹벽은 경사면에 시공된 상태로 건설 공사 보강토옹벽 설계 시공 및 유지관리 잠정지침[11]에 따라 대표 단면에 대한 전반활동파괴 검토를 실시해야 함이 마땅하지만 보강토옹벽을 포함한 전체 사면에 대한 안정성 검토도 누락되어 있었다. 보강토옹벽 파괴 후 실시한 사면안정해석 결과에서는 보강토옹벽 전면 사면의 경사가 급한 일부 대표 단면에서는 전체사면활동에 대한 안정성 확보가 미흡한 상태인 것으로 확인되었다.
보강토옹벽의 높이는 최저 약 3m∼최고 약 11m이며, 길이는 2단부 144m, 1단부 179m로 시공되었으며, 전체 종단 길이는 323m이다.
이와 같이 재시공이 결정된 구간에 대해서는 안전진단에서 조사된 설계 및 시공 상의 문제점들을 보완하여 설계 및 시공하도록 조치하였다. 붕괴가 발생한 기존 보강토옹벽의 경우에는 붕괴의 주된 원인이 다짐불량인 것으로 판단되었고, 이 외에도 시공전지반조사나 평판재하시험 등을 이용한 지지력 검토의 누락, 설계에서 적용한 깊이보다 얕은 기초의 근입깊이로 인한 기초간 부등침하, 보강재 설치 길이와 설치간격 및 설계시 보강재의 강도저하를 고려하지 않은 문제, 콘크리트 블록 전면판과 보강재의 결속력 미흡, 보강토체 내부에 설치된 배수관으로 인한 안정성 저하, 보강토옹벽 외부 배수시설의 미설치, 2단 형태의 보강토옹벽을 설계시 일반적인 설계기준인 FHWA 또는 NCMA의 제안방법을 적용하지 않은 문제 등이 확인되었다. 이러한 문제들을 고려하여 재시공 구간에 대해서는 개선된 설계단면을 적용하도록 하였으며, 특히 다짐불량이 기존 보강토옹벽 붕괴에 가장 큰 원인으로 파악된 점을 고려하여 시공 중 철저한 다짐관리가 필요할 것으로 판단된다.
이에 재시공 구간에서 지반조사를 임의적으로 선정한 4개 지점에서 실시하였고 이 결과를 바탕으로 5개의 대표 단면에 대해서 사면 안정해석을 실시하였다. 사면안정해석결과 보강토옹벽의 재시공 단면에 대한 전체사면활동의 안정성은 대체로 적정한 안전율을 확보하는 상태인 것으로 나타났다. 그러나 우기시 지하수위 상승에 의한 전체사면활동의 안정성 저하가 우려되어 재시공 단면에서는 배수를 원활하게 유도할 수 있는 배수라인(맹암거 또는 유공관 등을 이용)에 대한 설계가 고려되어야 할 것으로 판단되었다.
재시공을 위하여 철거된 보강토의 시공단면을 확인한 결과, 보강토체 및 뒤채움재로 사용된 재료가 전석 및 폐 콘크리트 조각의 혼입으로 다짐시공이 매우 불량하였음을 확인할 수 있었다(Fig. 4 참조).
또한 그 바로 아래 층 보강재는 최대 수직간격의 1/2 정도의 간격으로 배치하도록 하였다. 전면 블록과 보강재의 연결이 단순한 마찰 및 전단저항력에 의한 방식이고 전면블록의 길이가 비교적 짧은 0.29m인 점을 고려하여 주 보강재 사이에 길이 2.0m 정도의 보조 보강재를 배치함으로써 국부적인 안정증가를 도모하였다. 그림 8은 기존 단면설계와 개선사항을 반영한 개선 단면을 비교하여 나타낸 것이다.
후속연구
붕괴가 발생한 기존 보강토옹벽의 경우에는 붕괴의 주된 원인이 다짐불량인 것으로 판단되었고, 이 외에도 시공전지반조사나 평판재하시험 등을 이용한 지지력 검토의 누락, 설계에서 적용한 깊이보다 얕은 기초의 근입깊이로 인한 기초간 부등침하, 보강재 설치 길이와 설치간격 및 설계시 보강재의 강도저하를 고려하지 않은 문제, 콘크리트 블록 전면판과 보강재의 결속력 미흡, 보강토체 내부에 설치된 배수관으로 인한 안정성 저하, 보강토옹벽 외부 배수시설의 미설치, 2단 형태의 보강토옹벽을 설계시 일반적인 설계기준인 FHWA 또는 NCMA의 제안방법을 적용하지 않은 문제 등이 확인되었다. 이러한 문제들을 고려하여 재시공 구간에 대해서는 개선된 설계단면을 적용하도록 하였으며, 특히 다짐불량이 기존 보강토옹벽 붕괴에 가장 큰 원인으로 파악된 점을 고려하여 시공 중 철저한 다짐관리가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보강토옹벽의 사용이 급증한 이유는?
국토의 대부분이 산악지형이고 주요 도시의 인구밀도가 높은 우리나라의 특성상 한정된 부지를 효율적으로 이용하여 택지를 조성하고 도로, 철도 등 건설하는 것은 매우 중요하다. 이런 경우 옹벽이 흔히 사용되는데 그 중 보강토옹벽은 1980년대 후반에 국내에 소개되었고 이후 경제성, 심미성, 시공의 간편성과 토목섬유의 기능향상으로 인해 사용이 급속히 증가하였다. 시장의 성장과 함께 보강토옹벽 관련업체의 수가 급속하게 증가하였고 업체 간 수주경쟁이 매우 치열한 형편이다[1].
보강토옹벽 시공 업체가 증가하고 수주경쟁이 치열해지면서 나타난 문제점은?
시장의 성장과 함께 보강토옹벽 관련업체의 수가 급속하게 증가하였고 업체 간 수주경쟁이 매우 치열한 형편이다[1]. 이러한 무분별한 업체의 난립과 업체간 경쟁은 가격경쟁을 유발하고 이로 인하여 설계시 중요한 기본 조건을 무시하고, 시방 규정을 충족하지 못하는 시공이 이루어지고 있는 등의 문제점이 발생하고 있다. 이에 따라 일부 현장에서 보강 토옹벽 붕괴사고로 이어지고 있는 실정이다.
대학교 캠퍼스 내에서 붕괴된 보강토옹벽은 언제 시공되었는가?
붕괴된 보강토옹벽은 ◯◯대학교 캠퍼스 내 교통순환을 원활하게 하기 위해서 대운동장 하단면을 따라 시외버스가 이동할 수 있도록 2011년 12월부터 2012년 3월에 걸쳐 시공되었다. 보강토옹벽의 높이는 최저 약 3m∼최고 약 11m이며, 길이는 2단부 144m, 1단부 179m로 시공되었으며, 전체 종단 길이는 323m이다.
참고문헌 (11)
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NCMA, "Design Manual for Segmental Retaining Walls", National Concrete Masonry Association, Collin, J. G., editor 2nd Edition, Herndon, VA, TR-127A, 1997.
Minister of Land, Transport and Maritime Affairs (Korean), "Design Standard, Specification and Management Guideline for Reinforced Retaining Wall", 2010[In Korean].
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