[논문]염해로 인한 교대부 보강토옹벽 손상 원인 분석 연구

도종남; 김낙영; 조남훈; 유광호

doi:10.14481/jkges.2018.19.12.59

염해로 인한 교대부 보강토옹벽 손상 원인 분석 연구
A Study on Cause Analysis and Countermeasures of Chloride Attack of Reinforced Earth Retaining Walls Installed on Bridge Abutment 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.19 no.12, 2018년, pp.59 - 64

도종남 (Safety & Disaster Prevention Research Division, Korea Expressway Corporation Research Institute) , 김낙영 (Safety & Disaster Prevention Research Division, Korea Expressway Corporation Research Institute) , 조남훈 (Miryang-Ulsan Expressway Construction Project Group, Korea Expressway Corporation) , 유광호 (Department of Civil and Environmental Engineering, Suwon University)

초록
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보강토옹벽에 발생되는 손상은 전면벽체부, 기초부, 배수로, 상부사면으로 구분하여 발생되고 있다. 보강토옹벽의 손상은 주로 배수문제로 인한 손상이 현장에서 많이 발생되는데, 이 중 제설염에 의한 손상이 최근에 사례화 되고 있는 실정이다. 최근 이상기후로 인해 겨울철에 사용되어지는 제설염의 양이 점점 늘어나고 있다. 이 제설염은 콘크리트 구조물을 열화시키는데, 여기서 보강토옹벽도 예외는 아니다. 배수통로를 통해 뒤채움부로 유입된 염해 성분이 보강토옹벽의 전면벽체를 열화시키는 사례가 최근 발생되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 교량의 교대부에 시공된 보강토옹벽의 손상원인을 분석하고, 이에 대한 대책에 대한 분석 연구를 수행하였다. 연구 결과, 교량 교대부의 신축이음장치나 상부 구조에서 집수된 배수계통을 통해 유입된 염해 성분이 보강토옹벽 뒤채움부로 유입되어 손상이 발생되는 것으로 나타났다. 따라서, 배수체계를 개선하고 전면벽체의 강성을 회복하는 방안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The damages to the reinforced earth retaining wall are divided into the front wall, foundation, drainage and upper slope. Damage of reinforced earth retaining wall is mainly caused by damage caused by drainage problem in the field. Recently, damage caused by snow removal materials have been occurred. Recently, the amount of snow removal materials used in winter is increasing due to abnormal weather. This chlorides degrades the concrete structure, where the reinforced earth retaining wall was no exception. There has recently been a case in which the front wall of the reinforced earth retaining wall deteriorates due to the chlorides introduced into the back filling portion through the drainage passage. Therefore, in this study, the cause of damages of reinforced earth retaining wall constructed in bridge abutment was analyzed, and an analytical study was conducted on the countermeasure. As a result, it was found that chlorides, which was introduced through the drainage system in the expansion joint of the bridge shift part or the upper structure, is infiltrated into the back part of the reinforced earth retaining wall and damaged. Therefore, it is suggested to improve the drainage system and restored the stiffness of the front wall.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Damage type of reinforced earth retaining wall (KEC, 2017)
그림 Fig. 2. Damage of reinforced earth retaining wall related to drainage (KEC, 2017 ; Yonhap News Press Release)
그림 Fig. 3. Mechanism of concrete deterioration by chloride ion (KRIA, 2011)
그림 Fig. 4. Corrosion of rebar (KRIA, 2011)
그림 Fig. 5. Plan and longitudinal section views of reinforced earth retaining wall
그림 Fig. 6. Shape of reinforced earth retaining wall damaged by chloride attack
그림 Fig. 7. Foundation scour
그림 Fig. 8. Segmentation of measurement area
그림 Fig. 9. Measurement result
그림 Fig. 10. Cause analysis result
그림 Fig. 11. Reinforcement range
그림 Fig. 12. Determined reinforcement method
그림 Fig. 13. Detail of reinforcing method for drainage

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 교량의 교대부에 시공된 보강토옹벽의 손상원인을 분석하고 이에 대한 대책에 대한 분석 연구를 수행하였다.
연구대상 보강토옹벽은 2002년 준공된 ○○선 ○○교의 교대 A2 앞성부에 적용되었으며, 전면벽체 기울어짐, 옹벽 벽체 파손, 옹벽 기초 및 앞성토부 공동이 발생하였다. 따라서, 이에 대한 원인을 현장조사를 통하여 분석하고 대책을 제시하고자 하였다. 연구대상 보강토옹벽의 평면도 및 종단면도는 Fig.
본 연구에서는 보강토옹벽 구조물의 적용사례가 급증하고 있고 일부 손상이 발생된 보강토옹벽 구조물 중 교량의 교대부에 시공된 보강토옹벽의 손상원인을 분석하고 이에 대한 대책을 제시하기 위한 연구를 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

그리고, 보강토옹벽의 국부적인 변위는 옹벽 상단에 설치된 배수로의 부분 파손으로 인한 옹벽 토체의 유실로 인한 보강재와의 마찰력 손실로 인한 것으로 분석되었다. 측선 A의 코너부 보강토옹벽 기초와 보호공에서 발생한 공동은 보강토옹벽 상단 배수상태 불량으로 우수의 과다 침투에 의하여 발생한 것으로 분석하였다. 그리고, 측선 A의 코너부 보강토옹벽 벽체 하단부 열화도 옹벽 상단에서 토체로 유입되는 우수에 의하여 동결융해 작용을 받아서 열화가 발생하였으며, 동절기에는 제설제가 유입되어 벽체의 열화를 촉진한 것으로 분석되었다.

대상 데이터

연구대상 보강토옹벽은 2002년 준공된 ○○선 ○○교의 교대 A2 앞성부에 적용되었으며, 전면벽체 기울어짐, 옹벽 벽체 파손, 옹벽 기초 및 앞성토부 공동이 발생하였다. 따라서, 이에 대한 원인을 현장조사를 통하여 분석하고 대책을 제시하고자 하였다.

성능/효과

(1) 손상된 보강토옹벽의 조사 결과, 제설염에 의해 상부 배수로가 열화되었고, 열화로 인한 균열이 발생함으로써 우기 시 교량부에서 흘러나오는 우수가 보강토체로 유입이 집중될 수 있음이 분석되었다. 이로 인하여 벽체가 열화되고, 침투확산된 제설염 성분이 철근을 부식시켜 상부벽체가 구조체로서 기능을 상실하고 벽체가 기울어져 교대 앞성토 및 날개벽으로서의 안정성을 저하시킬 수 있는 것으로 분석되었다.
(2) 본 연구대상 보강토에 대하여 현장계측은 변위가 과다하게 발생된 전면벽체부를 7개 측선으로 나누어 실시하였고, 각 측선별로 기울어진 상태를 확인한 결과 구간 1에서 최대 기울기 10.2%이고 구간 2에서 최대 기울기는 3.0%로 계측되었고 기울기의 증가추세를 고려할 때 보수보강이 필요한 상태로 확인되었다.
(3) 손상 원인 분석 결과, 고성토부 침하로 인하여 보강토옹벽 전도 및 접속부 침하가 발생하였고, 특히 상부 교대부에서 흘러나온 물이 보강토옹벽 뒤채움부로 유입 되어 보강토체의 강성이 저하되었으며, 제설염이 함유된 물이 전면벽체를 열화시킨 것으로 분석되었다.
(4) 손상된 보강토옹벽에 대한 대책으로는 상부 배수로 균열부 보수, 보강토옹벽 기초보강, 전면벽체 강성 확보 (소일네일+콘크리트옹벽) 방안이 적정한 것으로 분석 되었다.
계측 결과, 보강토옹벽의 일반적인 설계 기울기인 –2%를 적용하면, 모든 측선에서 벽체의 기울어짐이 설계값 대비 최소 120㎜ 이상 발생(최대 236mm)하였고, 전체 높이 대비 벽체의 기울기는 1.9~4.3%로 발생하였다.
측선 A의 코너부 보강토옹벽 기초와 보호공에서 발생한 공동은 보강토옹벽 상단 배수상태 불량으로 우수의 과다 침투에 의하여 발생한 것으로 분석하였다. 그리고, 측선 A의 코너부 보강토옹벽 벽체 하단부 열화도 옹벽 상단에서 토체로 유입되는 우수에 의하여 동결융해 작용을 받아서 열화가 발생하였으며, 동절기에는 제설제가 유입되어 벽체의 열화를 촉진한 것으로 분석되었다.
그리고, 단면 (2)는 보통의 경사/전도가 발생한 상태이고 근본적인 보수 대신에 월 1회마다 벽체의 기울기에 대한 확인과 보강토옹벽 상단부 배수로의 파손부위와 인근 공동부의 보수와 함께 배수로 측면에 방수층을 설치하는 차수대책이 필요한 것으로 분석 되었다. 또한, 교대부에 존재하는 2개의 배수구는 보강토옹벽 배수로와 합류하지 않도록 보수될 RC 옹벽 앞쪽으로 우회 배수관 설치가 필요하고 또한 수평 배수관 부분의 막힘을 방지하기 위하여 정기적인 점검을 실시하여야 할 것으로 분석되었다. 보강토옹벽의 ① 전면 보호공, ② 기초부 및 ③ 상부 배수로 주변의 공동은 저압 그라우팅으로 충전하고, 시공 순서는 ①~③으로로 순차적으로 시행하는 것이 기존 구조물의 안정성 확보에 적정한 것으로 분석되었다.
또한, 교대부에 존재하는 2개의 배수구는 보강토옹벽 배수로와 합류하지 않도록 보수될 RC 옹벽 앞쪽으로 우회 배수관 설치가 필요하고 또한 수평 배수관 부분의 막힘을 방지하기 위하여 정기적인 점검을 실시하여야 할 것으로 분석되었다. 보강토옹벽의 ① 전면 보호공, ② 기초부 및 ③ 상부 배수로 주변의 공동은 저압 그라우팅으로 충전하고, 시공 순서는 ①~③으로로 순차적으로 시행하는 것이 기존 구조물의 안정성 확보에 적정한 것으로 분석되었다.
본 보강토옹벽 단면 (1)에 대한 상태평가결과, [E-2] 등급에 해당할 뿐만 아니라 벽체에 열화도 발생하였으므로, 전면적인 보수가 필요한 것으로 조사분석되었다(Fig. 11). 여기서, 단면 (1)의 보수는 A2 교대의 안정성을 확보하기 위하여 기존 보강토옹벽을 유지한 상태로 보강토체내에 소일네일링 및 수평배수공을 설치하고 기존 벽체 앞에 RC 옹벽을 설치하는 것이 적절한 것으로 분석되었다.
11). 여기서, 단면 (1)의 보수는 A2 교대의 안정성을 확보하기 위하여 기존 보강토옹벽을 유지한 상태로 보강토체내에 소일네일링 및 수평배수공을 설치하고 기존 벽체 앞에 RC 옹벽을 설치하는 것이 적절한 것으로 분석되었다. 그리고, 단면 (2)는 보통의 경사/전도가 발생한 상태이고 근본적인 보수 대신에 월 1회마다 벽체의 기울기에 대한 확인과 보강토옹벽 상단부 배수로의 파손부위와 인근 공동부의 보수와 함께 배수로 측면에 방수층을 설치하는 차수대책이 필요한 것으로 분석 되었다.
(1) 손상된 보강토옹벽의 조사 결과, 제설염에 의해 상부 배수로가 열화되었고, 열화로 인한 균열이 발생함으로써 우기 시 교량부에서 흘러나오는 우수가 보강토체로 유입이 집중될 수 있음이 분석되었다. 이로 인하여 벽체가 열화되고, 침투확산된 제설염 성분이 철근을 부식시켜 상부벽체가 구조체로서 기능을 상실하고 벽체가 기울어져 교대 앞성토 및 날개벽으로서의 안정성을 저하시킬 수 있는 것으로 분석되었다.

후속연구

(5) 향후 염해로 이한 보강토옹벽의 손상과 관련된 정량적 분석을 위해 뒤채움재의 염화물이온 농도, 철근의 산화정도 등의 분석을 추가로 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제설작업에 사용된 제설염의 영향 범위는 어디까지인가?	이와 같이 제설제 사용량이 증가함에 따라 제설제 포함되어 있는 염분성분에 의한 구조물의 장기내구성 성능 저하 등의 문제점도 발생하고 있다. 이러한 제설염이 미치는 영향범위는 도로 콘크리트 포장, 교량, 방호벽, 중분대 뿐만 아니라 도로에서 많이 적용되고 있는 옹벽구조물도 예외는 아니다. 특히 도로 상부 구조물의 배수체계가 잘 되어 있더라도 콘크리트 재료로 된 배수로는 제설염에 의해 열화가 가속화 되어 균열이 발생하고, 이 균열을 통해 장기적으로는 하부 구조물까지 영향을 미치게 된다.
	보강토옹벽이 열화로 인한 균열이 발생함으로써 우기 시 교량부에서 흘러나오는 우수가 보강토체로 유입이 집중됨으로 일어날 수 있는 현상은 무엇인가?	(1) 손상된 보강토옹벽의 조사 결과, 제설염에 의해 상부 배수로가 열화되었고, 열화로 인한 균열이 발생함으로써 우기 시 교량부에서 흘러나오는 우수가 보강토체로 유입이 집중될 수 있음이 분석되었다. 이로 인하여 벽체가 열화되고, 침투확산된 제설염 성분이 철근을 부식시켜 상부벽체가 구조체로서 기능을 상실하고 벽체가 기울어져 교대 앞성토 및 날개벽으로서의 안정성을 저하시킬 수 있는 것으로 분석되었다.
	고속도로 보강토옹벽이 일반적인 택지의 보강토옹벽에 비해 열악한 환경인 이유는 무엇인가?	공용 중은 물론 설계 및 시공 중인 보강토옹벽의 현황 자료로부터, 보강토옹벽이 도로 등을 지지하고 있는 중요구조물로서 큰 비중을 차지하고 있고, 대부분 도로부 및 교대부에 위치하고 있기 때문에 노면 활하중이나 제설염을 포함한 지표수 등의 영향, 교대 및 암거 등 인접 구조물과의 접속부 강성 차이에 따른 문제 등으로 인해 일반적인 택지 등에 위치한 보강토옹벽에 비해 상대적으로 열악한 환경 조건에 노출되어 있다.

참고문헌 (4)

Korea Remicon Industry Association (2011), Concrete Technology Information, Technical Committee of Korea Remicon Industry Association, pp. 1-8.
Korea Expressway Corporation (2017), Development of Reinforced Earth Retaining Wall Stability Evaluation and Repair & Reinforcement Techniques, Korea Expressway Corporation.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs and Facilities Safety Corporation (2012), Detailed Inspection and Precision Safety Diagnosis Guide (Retaining Wall), Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2013), Provisional Guidelines for Design, Construction and Maintenance of Reinforced Earth Retaining Walls, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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