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문제 정의
- ⑥ 경사버팀대는 두 방향의 힘 중 띠장에 수직한 힘은 벽체측으로 전달되어 저항체가 될 수 있으나, 띠장에 수평한 힘은 엄지말뚝과 띠장 사이의 홈메우기부를 전단(활동)하는 힘이 발생하게 되면 구조적 불안정이 발생하므로 이에 대해 고려할 것을 제시하는 것이다. 이러한 구조적 불안정을 방지하기 위해서는 띠장이 폐합되도록 하는 것이 바람직하다.
- 또한, 국가건설기준은 기본사항을 위주로 하고 있어 세부사항을 필요로 하는 경우에는 기존 설계기준, 표준시방서 등의 내용을 참고하여 설명을 돕고자 한다.
- 본 기술강좌에서는 흙막이 가시설의 설계 및 시방의 주요사항에 대해서 기술하고자 한다. 본 강좌에서 참고하는 국가건설기준은 지반설계 일반사항(KDS 11 10 05 : 2016), 가설흙막이 설계기준(KDS 2130 00 : 2016), 지반조사(KDS 11 10 10 : 2016), 앵커 설계기준(KDS 11 60 00 : 2016), 지반공사 일반사항(KCS 11 10 05 : 2016), 앵커(KCS 11 60 00 : 2016), 네일(KCS 11 70 05 : 2016) 등을 대상으로 하고자 한다.
대상 데이터
- 본 기술강좌에서는 흙막이 가시설의 설계 및 시방의 주요사항에 대해서 기술하고자 한다. 본 강좌에서 참고하는 국가건설기준은 지반설계 일반사항(KDS 11 10 05 : 2016), 가설흙막이 설계기준(KDS 2130 00 : 2016), 지반조사(KDS 11 10 10 : 2016), 앵커 설계기준(KDS 11 60 00 : 2016), 지반공사 일반사항(KCS 11 10 05 : 2016), 앵커(KCS 11 60 00 : 2016), 네일(KCS 11 70 05 : 2016) 등을 대상으로 하고자 한다.
성능/효과
- (1) 지반설계는 재해에 대해서도 안정성이 확보될 수 있도록 하여 붕괴로 이어지는 등의 대규모 사고발생은 방지하도록 할 것을 제시하고 있는 것으로 지반 사고 시 그 원인이 자연재해가 되지 않도록 하라는 것으로 계획하는 구조물과 시설물이 자연재해의 가능성이 있는 기간에 시공될 경우 등을 대비하여 설계할 필요성이 높아졌다.
- (1), (2) 공사 수급인은 공사 착수 전에 설계도서를 면밀히 검토하고 설계도서의 오류, 누락 등으로 공사가 잘못되거나 공기가 지연되는 일이 없도록 조치하도록 하고 있으므로 설계대로 시공한다는 것보다는 안전하고 품질이 확보되는 공사가 될 수 있도록 하여야 한다.
- (14) 크리프가 우려되는 지반에 정착을 하여야 하는 경우에는 크리프 시험을 실시하여 최종 앵커력을 제시하는 것이 바람직하며, 한 본당 큰 앵커력보다는 앵커 수를 증가시키는 것이 바람직하다 판단된다.
- (15) 앵커 정착장 설계 시 주로 사용하고 있는 극한주면마찰저항력은 일본에서 1960년대 현장실험을 거쳐 제시된 값이며, 그라우트도 가압방식으로 한 실험결과이다. 우리나라 지질특성에 적합한 사항이 아닌 것으로 설계를 수행하고 있는 셈이므로 설계 시 추정한 값을 현장에서 시공전 확인하여 설계정착장의 적정성을 확인하여 시공정착장을 최종 결정하도록 하여야 안전한 시공이 이루어질 수 있을 것이다.
- (2) 경험토압은 계측에 의한 것으로, Peck, Tschebotarioff 등의 것이 있으며, 벽체 배면의 수압은 고려하지 않은 것이므로 차수를 겸한 가설 벽체의 경우는 수압을 별도로 고려하여야 한다. 부재단면 검토에 있어서 굴착 단계별, 굴착 완료, 해체 시, 사용 시까지 전 과정에 걸쳐 적용할 토압과 해당토압에 대한 변위를 함께 고려하여 설계토록 하는 것이 바람하다.
- (2) 되메움상태가 불량하게 되면 버팀대 해체에 따른 흙막이 구조의 불안정이 가중되어 가시설 해체 중 변형, 붕괴사고로 이어지게 되므로 유의하여 시공하여야 한다.
- (2) 말뚝의 이음부는 현장이음으로 불량한 상태가 될 가능성의 것이 연속성을 갖지 않도록 하는 것인데, 엄지말뚝 반입시 그 길이가 다른 것을 반입하도록 적절히 계획하여야 할 것이다.
- (2) 시공기준에 있어서 토사지반에서 단계별 연직 깎기 깊이는 최대 2m로 제한하고 있고, 그 상태로 1~2일간 자립할 수 있는 범위로 하고 있으나, 5~6m로 연직 깎기깊이를 행하고 있는 경우도 많아 주의를 요한다. 또한, 네일은 지반의 변위가 동반되어야 네일 기능이 발휘되는 구조이므로 변위를 허용할 수 있는지 여부에 따라 적용 여부를 결정하여야 한다.
- (2), (3) 까치발의 각도가 45°를 초과하거나 좌우 길이를 다르게 설치하거나 좌우대칭이 이뤄지지 않을경우에는 버팀대 연결부에 편심하중이 발생하여 버팀대 불안정성을 야기하므로 버팀대 배치계획 시 유의하여야 한다.
- (2), (3) 설계자는 구조물 시공과 제거 작업의 간섭으로 인해 제거가 불가능하게 해서는 안 되며, 미제거로 인해 향후 소송으로 이어지는 경우도 있으므로 앵커 설치위치와 구조물 시공 관계를 도면화 하여 면밀히 검토하는 것이 바람직하다. 또한, 앵커 제거에 따른 구조 안정성을 검토하여야 하며, 굴착과정에서 벽체의 변위가 크게 발생한 경우는 배면지반이 이완되었다고 보아야 하므로 앵커 제거에 따른 흙막이 안정성 검토 시 지반상태를 고려하는 것이 바람직하다.
- (2), (3) 정착구는 강선을 정착구에 고정하는 쐐기를 포함하는 것으로 쐐기와 강선, 나사와 너트 등이 긴장력 전달에 바람직하여야 하며, 재긴장(앵커력 손실 시), 완화(앵커력이 강선능력 초과 시)가 가능할 수 있도록 한 것이다. 그러나, 긴장력 완화에 있어서는 앵커력이 증가하는 경우에 이를 완화하면 구조물의 변위로 이어질 수 있기 때문에 이견이 있다.
- (4) 벽체와 지반의 상호거동(주동, 정지, 수동 변위)을 고려하여 토압(주동, 정지, 수동 토압)을 결정하는 것이 바람직하다. 예로, 레이커(경사고임대)의 지지구조에 있어서 벽체의 배면은 주동토압, 레이커 지지체 측은 수동토압을 고려하고 있는데 이는 적합하지 않은 토압의 설정이 되는 것이다.
- (5) 단일띠장으로 앵커를 지지할 경우 앵커 시공위치, 시공각도 등의 차이로 인하여 앵커력이 띠장에 불균형되게 전달되어 벽체의 안정성이 저해되는 경우를 방지하고자 하는 규정으로 설계자는 이를 반드시 지키도록 하는 것이 바람직하다.
- (7) 앵커 정착장을 10m 이내로 제시하는 것은 진행성 파괴의 문제가 아니라 앵커 정착장을 10m 보다 길게 하여도 앵커력 증가효과가 없다는 것이 하중전이시험에 의해서 밝혀진 결과에 의한 것이다. 진행성 파괴에 대해서는 상기 3.
- (9) 말뚝 인발 후 그 공내부를 충실히 전 깊이에 걸쳐 채움하지 않으면 지반함몰의 원인이 되므로 이에 대한 사항도 전 과정을 감리확인서로 제출하는 것이 바람직하며, 인발할 말뚝에 대해서는 설치 시 미리 공채움 계획을 수립하는 것이 좋다.
후속연구
- (1) 설계, 시공의 대상이 되는 현장과 그 주변의 지반 및 지하수 상태와 관련된 모든 자료를 얻을 수 있도록 계획을 수립하고 조사하도록 하고 있으므로, 과거와 같이 단순히 시추조사에 의한 지층 구분, N치확인, 암강도 확인 수준의 조사방식은 지양하고, 지표 및 지중에서의 물의 흐름, 물의 영향 여부, 물의 영향에 의한 지반의 약화 가능성 여부 등을 면밀히 파악하여 보다 안정적인 지반설계가 될 수 있도록 조사계획을 수립하고 실시할 것을 규정하는 것이다.
- (2) 굴착 후 지반은 풍화를 겪게 마련이므로 풍화진행에 따른 지반강도 저하, 외력의 증가 등에 대한 설계가 이제는 고려되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 지형, 지세, 지하수 흐름 및 변동 등을 충분히 고려하여 설계하여야 할 것으로 판단된다.
- (3), (5) 강널말뚝뿐만 아니라 가시설 말뚝이 지중에 매몰되어야 할 경우 매몰현황도는 향후 관리에 중요한 자료가 된다.
- (4) 긴장재와 정착구는 대기와 물의 영향 등을 고려하여 부식을 방지할 수 있는 대책을 제시하여 유지관리 하도록 하여야 한다.
- (5) 시험에 의해 구해진 지반정수도 그 평균치를 주로 사용하고 있는 현실인데, 표준편차를 적용하여 안전 측으로 가감할 것을 제시하고 있다.
- (7) 최근 온도변화가 큰 편인데 비해 온도 축력은 12ton을 적용토록 하고 있어 설계 시 실제 온도변화, 버팀대 길이에 대한 별도의 검토가 요구되므로 설계기준의 변경, 설계자의 현실에 맞는 검토가 요구된다. 온도에 의한 축력증가로 버팀대가 변형을 일으키는 사례가 많은 편이므로 적극적인 반영이 요구된다.
- 또한, 지중경사계의 설치심도는 부동층까지 설치하는 것이 대원칙이므로 계획구조물의 부동층이 되는 심도까지 지중경사계를 설치하도록 설계도서에 명기하도록 한다. 그리고 연약지반에서의 굴착은 굴착지반의 교란, 수동토압을 전부 고려하는 현 설계개념 등의 불합리함이 있으므로 주변에의 변위 영향을 확인하기 위해서는 변형해석(유한요소법, 유한차분법 등)을 실시하는 것이 바람직하며, 이를 위해 지반조사 시 공내재하시험 등의 현장시험을 수행할 필요성이 높다.
- (2) 굴착 후 지반은 풍화를 겪게 마련이므로 풍화진행에 따른 지반강도 저하, 외력의 증가 등에 대한 설계가 이제는 고려되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 지형, 지세, 지하수 흐름 및 변동 등을 충분히 고려하여 설계하여야 할 것으로 판단된다.
- (15) 앵커 정착장 설계 시 주로 사용하고 있는 극한주면마찰저항력은 일본에서 1960년대 현장실험을 거쳐 제시된 값이며, 그라우트도 가압방식으로 한 실험결과이다. 우리나라 지질특성에 적합한 사항이 아닌 것으로 설계를 수행하고 있는 셈이므로 설계 시 추정한 값을 현장에서 시공전 확인하여 설계정착장의 적정성을 확인하여 시공정착장을 최종 결정하도록 하여야 안전한 시공이 이루어질 수 있을 것이다.
- (1), (2) 앵커의 설계에 있어서 부식에 대해서는 대부분 고려하고 있지 않고 있어 경계하는 규정이다. 정착구와 강선을 일체가 되게 하는 것은 쐐기인데, 쐐기 이빨이 강선의 일부분을 파고들어 강선의 인장력을 유지토록 하고 있음에도 불구하고 부식이 발생하게 되면 인장력이 손실되는 사항을 설계 시 전혀 고려하지 않고 있는 현실정이므로 설계자는 이에 대해서도 향후 대책을 제시하여야 할 것이다.
- (6) 지반조사 위치를 제한적으로 하여 대상층에 대해 특정위치에서 구한 값을 전 구간에 대푯값으로 사용하는 것을 경계하고 있다. 지형․ 지세, 고지형도 등을 분석하여 대상사업지에 대한 지반조사 위치의 선정, 지층별 시험 등을 면밀히 계획하여야 할 것으로 판단된다.
- 향후 앵커의 설계에 요구되는 지반조사를 제시하여야 한다. 기본적으로 KDS 11 10 10(지반조사)을 따르되, 앵커 설계에 요구되는 조사 즉, 극한주면마찰저항력(인발시험)을 구한 상태에서 설계하는 것을 원칙으로 하고 설계 시 수행되지 않았을 경우에는 시공 전에 실시하도록 하는 것이 바람직하다.
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