상향 수압 처리

[최현기]

	지하구조물에 작용하는 수압(uplift force)에 대하여 기초바닥및 외벽에 영구적으로 작용하는 상향수압은 계측기기(Piezometer, 간극수압계) 매설을 통한 장기적인 관측이 되지 않는 한 설계수압을 조정하기 위한 정량화는 매우 어렵다. 따라서 설계에 반영하는 수압은 외, 내부 지하수위 수두차에 의한 삼각형 분포를 채택하는 것이 일반적이다. 깊은 굴착에 따른 지하구조물 시공은 필연적으로 지하수압에 대한 문제가 야기된다. 다음에 시공 및 영구조건하에서 지하수 흐름에 따른, 지하수압(Uplift Pressure)에 대한 지하구조물 거동 모델링을 요약하였다. (1) 시공중의 지하수압은 가설 (또는 본체벽) 흙막이 벽의 외력으로 작용하고 기초지반의 상태(점토, 모래, 암반층은 제외)에 따라 지하수의 흐름에 의해서 지반의 융기(Heaving), 파이핑 현상 등을 유발하게 된다. → 시공조건 경우 (2) 또한 영구조건하에서 지하층 바닥에 작용하는 양압력 (Uplift)의 문제는 대체로 다음의 모델로 요약될 수 있다. ① 건물전체 무게와 지하외벽과 흙과의 상호작용에 의한 마찰력(Friction), 기초 바닥에 작용하는 상향수압(Uplift Pressure)의 균형 문제로서 지하벽체가 지하연속벽으로 시공되어, 시공, 영구조건을 만족하는 구조체로 시공되었을 경우, ①에 대한 저항은 대단히 크다. ② 상향수압모멘트와 저항모멘트의 관계에 따른 건물무게 균형 문제 ③ 기둥 주위가 충분히 상향수압을 견딜수 있는 자중 일지라도 대단면 스팬일 경 우 중앙부의 저항문제에 대한 모델링이다. 이것은 영구배수시스팀을 적용할 경우 부력저항 균형이 이루어지는 기둥, 기초아래에는 별도로 부력저항 시설인 자갈배수층을 생략할 수 있으나, 일반 기초슬라브 구간에 인위적인 배수층을 중점적으로 배치하는 이유가 있다따라서 ①,②,③ 모든 부분에 대한 안전성이 유지될 수 있는 방법이 강구되어야 함은 물론이다.
	다음에 배수조건에 따라 지하수압 적용에 대한 설계기준을 요약 하였다
	1) 무배수 조건 (NO DRAINAGE CONDITION) 부지내 최대지하수위에 대응하는 정수학적 상승 압력을 바닥슬라브 설계에 적용해야만 한다.
	2) 배수 조건 (PERMANENT DRAINAGE CONDITION) 기초 바닥 슬라브에 적용하는 정수학적 양압력은 인위적인 영구배수시스팀 시설을 기초바닥 아래에 설치하여 제거할 수 있기 때문에, 기초바닥 슬라브 설계용 수압은 내부설치 경우 최대 3.0 t/m2이하 적용이 가능하다.

<합리적인 부력(양압력) 처리방법 결정을 위한 FLOW CHART>

1.건물자중에 대한 지하외벽과 흙과의 성호작용에 의한 마찰력과 기초바닥에 작용하는 상향수압의 균형문제

U > W + F U = Uplift Force W = Total dead weight of the building F = Friction be tween the basement wall and the soil

2.상향수압에 의한 모멘트와 저항모멘트의 균형문제

Md > Mr Md = Driving upward moment due to Ub Mr = Resisting downward moment due to Ub and F Wb = Dead weight of basement Ub = Uplift force at basement area

3.기둥과 기둥사이의 지간이 될 경우 중앙부의 구조적인 안정에 대한 문제

Where L is too large

	영구배수 공법적용에 따른 주변 구조물의 위해영향
	영구 배수 시스팀의 기본원리는 원칙적으로 외부의 지하수위를 강제로 저하시키지 않고 암반의 미세한 공극사이로 자연스럽게 내부로 유입되는 지하수를 계획된 관으로 유도시켜 일정량이 되면 모인 물을 제거하는 것으로써, 강제 배수의 방법이 아니다. 외부의 지하수위를 변화시키지 않는 한 양수에 의한 주변지반의 침하는 발생하지 않는다.

	영구배수시스템 추천 이유
	(1) 현장 지반 조건 현장의 지반조건이 지질조사서 및 시공자료를 토대로 최종 굴착 레벨 아래 투수계수가 낮은 풍화암반층 이상의 지반조건이면(또는 cut of wall형성시) 부지내로 유입되는 유입수량은 크지않을 것으로 판단된다. 이것은 미미한 유한의 지하수를 부지내 일정한 곳으로 배수시설 파이프를 이용하여 집수정으로 모아 일정간격으로 제거가 가능하다는 것이다. 따라서 기초 바닥 슬라브에 지하수압의 직접적인 작용을 피할 수 있고 슬라브에 작용하는 지하수압의 임의 조절이 가능하여 기초 바닥슬라브의 단면조정 및 단일 기초슬라브 처리가 가능하다. 지하연속벽 선단부가 연암반 이상 지층에 근입되면, 지하연속벽 하단부에서 부지내 지하수 유입은 집수정을 통한 일일 양수작업을 통한 유지관리가 가능하다. 아울러 번거로운 부력 앙카에 의한 지하수압 저항장치를 생략 할 수 있으며, 부력앙카의 스트레스 감소에 의한 직접적인 위험요소를 배제할 수가 있다. (2) 지하 암반 굴착에 따른 어려움 감소/ 암반 굴착량의 감소에 따른 공기 단축 ----> 이경우는 slab on grade (단일 비내수입 기초슬라브) 처리 경우 해당 영구배수시스팀 적용시 토공량의 감소는 이중매트를 생략하고, 단일매트슬라브로의 처리가 가능하기 때문에, 단면의 증가분 만큼의 토공량을 절감할 수 있어, 전체적으로는 공기단축이 공사비 절감의 효과를 기대할 수 있다. (3) 부력앙카 설치의 문제점 해결 부력앙카 설치에 의한 지하수압저항 방법을 실시한다면 영구배수시스팀 보다 구조물공사가 최소 1개월 정도가 지연된다. 부력앙카(영구앙카)의 근본적인 문제점은 부력앙카에 요구되는 기술적인 문제(인장력 손실, 방청, 유지보수)를 해결할 수 있는 국내 전문 시공업체가 희소하며, 비용 또한 고가이다. 영구배수시스팀의 시공은 아주 단순한 작업으로 부력앙카 설치에 비해서 시공의 능률면에서도 월등하다. (4) 기초슬라브 철근 콘크리트 공사의 시공성 제고 단일 슬라브 처리가 가능 하기 때문에 철근및 콘크리트 공사가 단순( 지중보 생략 가능)해지며, 그만큼 재료의 절감도 기대 할수 있다. (5) 방수면적의 감소및 방수층보호 용이 단일슬라브 처리에 따른 기초보, 이중매트 부분의 방수면적이 감소되며, 기초슬라브에 수압이 작용하지 않는 관계로 수압에 의한 구조물,방수층의 손상이 거의 없다.

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