스크랩 옹벽표준도작성연구용역

[배재학]

옹벽표준도작성연구용역

종합보고서

 1998.

건  교  부

1. 서   론

1.1 과업의 목적

국내․외의 관련자료와 학계 및 업계 전문가들의 자문의견 등을 종합적으로 검토하여 옹벽설계에 필요한 설계기준을 정립하고 도로건설공사에 적용할 옹벽표준도를 작성함으로써 설계의 표준화 및 도로건설기술발전에 기여하고자함에 그 목적이 있다.

1.2 과업의 범위

(1) 현행 기준 및 시방에 따라 설계기준 및 표준도를 작성하였다. 이때 적용한 기준과 시방규정을 요약하면 다음과 같다.

  1) 설계방법이 기존의 허용응력설계법에서 강도설계법으로 전면 변경

  2) ‘96년 개정된 도로교 및 콘크리트표준시방서의 기준에 부합되도록 작성

  3) 개정된 철근의 덮개, 정착 및 이음, 최소철근량 규정을 적용

  4) 지진을 고려한 토압이론 적용(지진공학회 지진계수 적용)

(2) 현행기준 및 시방규정이 명확하지 않은 사항에 대해서는 국내․외 관련 도면집, 시방서 및 기타 기술자료를 수집하여 그 결과를 설계기준 및 표준도 작성에 적용하여 하였다.

1.3 표준도 적용시 제한조건

옹벽표준도를 적용하기 위해서는 「2. 설계일반」에 제시된 옹벽설계기준에 따른 제반사항과 「3. 표준옹벽의 설계」의 설계조건들을 만족하여야 한다.

2. 설 계 일 반

2.1 개  요

옹벽의 설계에 필요한 일반적인 기준을 정립, 이에 따른 설계방법과 부대공에 대한 사항을 제시한다.

2.2 옹벽의 정의와 이용

  (1) 정  의

옹벽은 성토와 절토로 자연 사면을 유지할 수 없는 경우 흙 또는 기타 재료의 안정성을 확보하기 위해 이용되는 구조물로 지표면이 급경사 도는 수직단차를 이룰 때 설치한다.

  (2) 옹벽의 이용

    옹벽은 그림2.1과 같은 토목시설물(도로, 교량 등)에 이용되고 있다.

그림 2.1 옹벽의 이용

  (3) 설계시 고려사항

    옹벽을 설계할 때는 아래의 사항을 고려하여 구조형식 및 단면치수를 정한다.

    1) 설치목적

    2) 설치장소의 지형, 지질 및 토질조건

3) 주변 구조물과의 연관

4) 시공조건

5) 경제성 및 구조물의 안정성

6) 도로시설물인 경우 도로의 전체계획과 도로설계와의 관계

  (4) 설계 순서

1) 지형조사, 지반 및 뒷채움 흙의 토질조사

2) 조사결과와 관련 시방서에 따라 설계조건을 결정

3) 옹벽형식을 선택하고 단면을 가정

4) 옹벽의 자중, 옹벽에 작용하는 토압과 뒷채움 흙 위의 상재하중의 크기를 계산

5) 옹벽에 대한 안정검토

6) 옹벽부재의 단면계산을 수행하여 철근량을 산정하고 필요한 경우에는 단면을 수정

7) 뒷채움 흙에 따라 배수시설의 형식과 벽체의 세부구조를 결정

2.3 옹벽의 형식 및 단면가정

  (1) 옹벽높이에 따른 구조형식

     1.5m ≤ H ≤ 4.0m : 중력식

     2.5m ≤ H ≤ 4.0m : 반중력식

     3.0m ≤ H ≤ 8.0m : 캔틸레버식 옹벽(역T형 옹벽, L형 옹벽)

(2) 옹벽형식의 특징 및 단면가정

    1) 중력식 옹벽

중력식 옹벽은 그림 2.2와 같이 자중으로 토압을 저항하도록 만든 무근콘크리트 구조물로 지반이 양호하고 옹벽높이가 그다지 높지 않은 경우에 이용되는 옹벽.

중력식 옹벽과 철근콘크리트 옹벽의 혼합된 구조 특징을 갖춘 반중력식 옹벽은 인장응력이 생기는 단면에서는 철근으로 보강한다.

그림 2.2 중력식 옹벽

그림 2.3 반중력식 옹벽

    2) 캔틸레버식 옹벽

캔틸레버식 옹벽은 역T형 옹벽과 L형 옹벽으로 대별할 수 있는데 벽체 뒤 사면의 안정을 유지시키는 철근콘크리트 구조물이다.

그림 2.4 역T형 옹벽

그림 2.5 L형 옹벽

2.4 작 용 하 중

  (1) 사하중(콘․시 3.2)

     사하중은 다음표에 나타난 단위중량을 사용한다.

     단, 실하중이 명백한 것은 그 값을 사용한다.

구             분		단위중량(t/㎥)	비   고
철  근  콘  크  리  트		2.50
무  근  콘  크  리  트		2.35
뒷 채 움 흙	사   질   토	1.90
	양질의 사질토	2.00	모래 및 선택층

  (2) 토  압

    1) 시행쐐기법에 의한 토압산정

      (가) 적용 근거

Rankine 및 Coulomb의 토압론은 수평 및 경사진 무한 배면에 적용되는 이론 이므로 뒷채움흙의 경사가 불균일한 경우에는 시행쐐기법을 이용하여 토압을 산정하는 것이 보다 합리적. 뒷채움흙의 경사가 일정할 경우에는 토압의 작용각이 동일하여 Rankine 이나 Coulomb 토압론에 의해 산정된 토압과 시행 쐐기법에 따른 토압은 같은 결과를 얻게된다.

      (나) 토압 계산시 가정

        가) 벽체뒤의 흙쐐기를 자유물체(강체)로 간주하여 힘의 평형을 생각한다.

        나) 수평면과 임의 경사를 이루는 활동 파괴면을 반복 가정하여 토압의 최대치를         구한다.

        다) 파괴면각 : S = 45°+ Φ/2 ± Δ로 본다.

    2) 토압 작용각

      가) 토압 작용면의 벽면 마찰각

옹벽 형식	계산의 종류	벽 면 마 찰 각		비  고
		상시(정적분력)	지진시(동적분력)
중력식 옹벽	안정계산	⅔Φ	0
	벽의 단면 계산
역T형, L형 옹벽 반중력식 옹벽	안정계산	0	0
	벽의 단면 계산	⅓Φ	0

      (나) 역T형 및 L형 옹벽 안정계산시의 토압 작용각

※ 뒷채움흙의 경사(α)가 일정할 경우의 토압작용 각: ρ=α

그림 2.6 역T형 및 L형 옹벽 안정계산시의 토압 작용각

    3) 시행쐐기법에 의한 토압 산출  

        (가) 시행 쐐기의 중량 W

 

그림 2.7 시행쐐기의 중량

        ① CASE1 : 경사면이 옹벽 가상배면내에 있을 때

        ② CASE2 : 경사면이 가상배면과 파괴면 사이에 위치할 때

        ③ CASE3 : 경사면이 가상파괴면 밖에 위치할 때

        ① CASE1. when tan ∝․b 〉 H_o

           

     

② CASE2. when tan ∝․b 〈 H_O 〈

                

   

    

   

        ③ CASE3. when

           

           

            

      (나) 토압력 Pa

j : 벽배면(또는 가상배면)과 연직면이 이루는 각 δ : 벽배면에 직접 토압이 작용할 때에는 벽면     마찰각을 적용하고, 가상배면에 작용할 때에는     ∝'를 적용하여야 한다.

   4) 지진시의 토압

       지진시의 토압산출을 위하여 Mononobe-Okabe의 의사-정적 해석방법을 사용한다.

      가) 토압 계산

상시와 같이 벽체뒤의 흙덩이, 즉 흙쐐기를 자유물체(강체)로 간주하되 흙쐐기의 자중에 수평 및 수직지진계수를 곱한 지진력을 포함하여 힘의 평형에 대하여 계산한다.

      나) 토압 작용각

토압의 작용각은 정적분력은 상시의 토압의 작용각과 동일하고, 동적분력은 수평 으로 작용하는 것으로 본다.

      다) 토압 작용 위치(도․시 V편 6.3.2)

토압의 작용점은 정적분력은 토압작용면 높이의 1/3 위치에, 동적분력은 토압 작용 면 높이의 0.6배 위치에 작용하는 것으로 본다.

그림 2.8 토압작용 위치

      라) 지진가속도계수(도․시 V편 6.3.3)

지진시의 옹벽은 경제적인 구조물이 되도록 변위를 허용하여 설계한다.

        (a) 옹벽의 변위식

 

           d : 변위량           A : 가속도 계수                g : 중력 가속도

           V : 최대속도                N : 최대저항계수 = K_h

        (b) 가속도계수 결정 방법

           최대 허용변위량 d를 결정하고 변위식을 이용하여 지진가속도계수를 결정

             (Richards와 Elms)

        (c) 적용 지진가속도계수

           직접기초로 설계되 옹벽에 대하여는 Elms와 Martin의 연구성과를 준용한다.

             , 여기서 d=254Amm 일 때

            , 여기서 d=254×0.11=27.94mm 일 때

        (d) 안정검토시에는 구조물 및 뒷굽상면토사의 관성력을 고려하고 벽체단면 설계시

           에는 벽체자중의 관성력을 무시한다.

      (3) 상재하중

옹벽배면에 작용하는 상재하중은 실제 재하되는 상재하중에 대하여 검토하여야  하며, 옹벽에서 발생되는 변위의 영향을 받는 구조물이 배면에 있을 경우에는 옹벽 및 옹벽벽체의 변위에 따른 구조물의 안전을 확인. 노면에 작용하는 활하중은 배면경사가 수평인 구간에 재하한다.

      (4) 풍하중

옹벽에 설치된 방음벽에 작용하는 풍하중의 크기는 0.15 t/  으로 함. 단, 풍하 중을 저감시킬 수 있는 구조를 가지는 방음벽에 대하여는 위 값을 감소시켜 적용할 수 있다.

      (5) 수  압

배수공이 적절히 설치되지 않는 옹벽의 설계는 수압의 영향을 고려하여햐 한다.

이 때의 수압은 옹벽의 구체에 작용하는 정수압으로 본다.

2.5. 안 정 검 토

옹벽구조물은 평상시와 지진시의 사용하중에 대하여 활동, 전도 및 지지력에 대하여 안정하여야 함. 풍하중이 작용할 경우의 안정검토는 지진시의 안전율을 사용하고,

지진시에는 옹벽구조물과 뒷채움흙에 작용하는 관성력을 고려하여 안정을 검토하여야 한다.

  (1) 활동에 대한 안정

    1) 최소 안전율(도․시 Ⅳ편 7.3.3)

      활동은 저판과 흙 또는 가상활동면의 마찰저항력으로 안정을 유지하며 안전율은 평         상시 1.5, 지진시 1.2 이상이어야 한다.

    2) 지반 마찰 계수

      (가) 활동방지벽이 없을 때

          콘크리트와 흙 : μ = 0.50

      (나) 활동방지벽이 있을 때

          흙  과  흙 : μ₁ = tanΦ , 콘크리트와 흙 : μ₂ = 0.50

    3) 안전율 계산

      

    4) 활동방지벽(도․시 Ⅵ편 7.3.3)

      (가) 활동방지벽 설치위치의 결정

활동방지벽에 의한 마찰저항력 측면에서는 옹벽의 배면에 설치할수록 유리하나, 옹벽 뒷굽판 끝단에 설치할 경우 활동방지벽 깊이에 따른 토압의 증가가 예상 되므로 토압이 증가하지 않는 범위내에서 배면측에 근접되게 설치하여야 한다.

그림 2.9 활동방지벽 설치 위치

      (나) 활동방지벽이 있을 때의 마찰저항력

        가) 합력의 작용점이 저판의 중심으로부터 저면 폭의 1/6 이내에 있는 경우

그림 2.10	V1 : 활동방지벽 전면 지반반력하중 V2 : 활동방지벽 후면 지반반력하중 μ1 : 흙과 흙의 마찰계수 μ2 : 콘크리트와 흙의 마찰계수 Hu : 마찰저항력

        나) 합력의 작용점이 저판의 중심으로부터 저면 폭의 1/6 이내에 있지 않는 경우

그림 2.11	V1 : 활동방지벽 전면 지반반력하중 V2 : 활동방지벽 후면 지반반력하중 μ1 : 흙과 흙의 마찰계수 μ2 : 콘크리트와 흙의 마찰계수 Hu : 마찰저항력

        다) 활동방지벽의 높이

          활동방지벽의 높이 : 저판 높이의 2/3배이상, 저판 폭 B의 10～15% 이내로 한다

  (2) 전도에 대한 안정

    1) 최소 안전율

평상시 전도에 대한 저항모멘트는 작용 전도모멘트의 2.0배 이상.

하중의 합력이 작용하는 위치 : 평상시 저판의 중심으로부터 저판 폭의 1/6 이내, 지진시에는 저판 폭의 1/3이내에 있어야 한다.

    2) 안전율 계산

      

 

그림 2.12 전도에 대한 안정

  (3) 지지력에 대한 안정

저판에 작용하는 최대 지반반력 ≤ 기초지반의 허용지지력.

기초지반의 극한지지력에 대한 허용지지력은 상시에는 안전율 3.0, 지진시에는 안전율 2.0으로 나눈 값을 사용, 지하수위의 영향을 고려하여 결정하여야 한다.

최대 지반반력을 산정하기 위한 반력분포는 편심(e)이 B/6 이내일 경우에는 사다리 꼴분포로, 이상일 경우에는 삼각형분포로 가정하여 다음과 같이 계산한다.

 q_{max ≤} 허용지지력 q_a

    1) 편심이 B/6 이내일 경우

       

여기서, q_max : 저판의 최대 지반반력 (t/㎡)

V : 저판에 작용하는 연직하중 (t)

e : 저판중앙에서 작용하중의 합력점까지의 편심거리 (m)

B : 저판의 폭 (m)

L : 저판의 단위 깊이 (m)

    2) 편심이 B/6 이상일 경우 (지진시 허용편심 : B/3)

       

        여기서,   x : 최대지반 반력이 작용하는 점에서 작용하중의 합력이 작용하는 점

                     까지의 거리(m)

옹벽저판의 지지층은 하부에 압밀층이 없고 저판폭의 2.0배 이내에 연약층이 존재 하지 않는 사질토층. 또한 기초저면의 깊이는 동결심도 이상이어야 하며 최소 깊이는 1.0m 이상. 옹벽저판의 지지층보다 더 연약한 하부층이 존재할 경우에는 사면 활동에 대한 외적안정에 대하여도 추가로 검토하여야 한다.

2.6 설계하중계수 및 조합(콘․시 3장 3.2.4)

옹벽의 안정과 사용성을 검토하기 위해서는 사용하중을 적용. 그러나 설계 단면 력을 산정하기 위해서는 사용하중에 하중계수를 곱한 극한(설계)하중들의 하중조합에 따른다. 이러한 하중조합을 요약하면 다음과 같다.

(1) 사하중(D)와 활하중(L)과 횡토압(H)이 작용하는 경우

     U = 1.50 D + 1.80 L + 1.80 H

  (2) 사하중(D)와 횡토압(H)과 풍하중(W)이 작용하는 경우

     U = 0.75 ( 1.50 D + 1.80 H + 1.80 W )

  (3) 사하중(D)과 횡토압(H)과 지진하중(E)이 작용하는 경우

     U = 0.75 ( 1.50 D + 1.80 H + 1.80 E )

  (4) 수압(F)이 작용하는 경우

    ① 사하중(D)과 활하중(L)과 횡토압(H)과 수압(F)이 작용하는 경우

       U = 1.50 D + 1.80 L + 1.80 H + 1.50 F

    ② 사하중(D)과 횡토압(H)과 풍하중(W)과 수압(F)이 작용하는 경우

       U = 0.75 ( 1.50 D + 1.80 H + 1.80 W + 1.50 F )

    ③ 사하중(D)과 횡토압(H)과 지진하중(E)과 수압(F)이 작용하는 경우

       U = 0.75 ( 1.50 D + 1.80 H + 1.80 E + 1.50 F )

     활하중은 영(零)일 때도 반드시 고려. 벽배면의 지표에 하중이 작용하는 경우의 토압은       재하하중에 토압계수를 곱한다.

2.7 부재의 설계

  (1) 전면벽 설계

    (가) 캔틸레버식 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계.

    (나) 설계단면력은 전면벽 하단과 전면벽 높이의 1/2점에서 계산하며, 이를 기초로 철근          량을 산정하여 배근도를 작성한다.

  (2) 저판의 설계

    (가) 앞굽판의 설계

        앞굽판은 지반반력에서 콘크리트의 자중만을 뺀 하중으로 설계한다.

    (나) 뒷굽판의 설계

저판의 뒷굽판은 좀 더 정확한 방법이 사용되지 않는 한, 상부에 재하되는 모든 하중을 지지하도록 설계. 또한, 캔틸레버식 옹벽의 저판은 수직벽에 의해 지지된 캔틸레버로 설계될 수 있다.

  (3) 설계강도

     철근배근이 완료된 다음 부재 단면의 설계강도는 설계단면력 이상이어야 한다.

     ψM_n ≥ M_u

     여기서, ψ : 강도 감소계수

            휨강도    감소계수 : ψ_f=0.85

            전단강도  감소계수 : ψ_v=0.80

  (4) 전단검토 위치

전단의 검토는 각 부재의 위험단면에서 검토. 옹벽 전면벽과 뒷굽의 경우 에는 각 접속위치에서 최대 전단력을 검토하고, 앞굽에 대하여는 접속위치에서 앞굽 유효높이의 떨어진 점에서의 최대 전단력에 대하여 검토.

그림 2.13 단면의 전단검토 위치

2.8 사용성 검토

  (1) 균열(콘.시. 6장 6.3.3, 6.3.4)

     가) 균열폭 계산

       

            d_c : 최대 인장연단에서 이 연단에 가장 가까이 놓여있는 인장철근 중심까지의

                거리(cm)

            A : 주 인장철근 주위의 인장부 콘크리트 단면적을 철근의 개수로 나눈 유효

               인장 단면적(cm²)

     나) 허용 균열폭

        W_a = 0.005C (일반환경일 때)

        C : 최외단 철근의 표면과 콘크리트 표면사이의 거리

2.9 구 조  세 목

 (1) 부재 최소 치수

     부재의 최소치수는 다음과 같이 정한다.

구      분	부재최소지수	비    고
전  면  벽	20 cm 이상	중력식 옹벽 : 40cm
저      판	30 cm 이상

  (2) 철근의 덮개

철근의 덮개란 최외측 철근의 바깥표면으로부터 콘크리트표면까지의 길이이며, 철근의 녹방지, 내화구조 형성 및 부착응력의 확보를 위해 다음의 값 이상이라야 한다.

또한, 전면벽에 문양 거푸집 사용시에도 아래의 철근덮개 규정을 만족하여야 한다.

구      분	대  상  부  분	덮    개	비    고
전  면  벽	배면 (흙에 접하는 구조물)	5 cm
	전면 (기상작용을 받는 부분)	3 cm
저      판	콘크리트 치기로부터 흙에 접하는 경우	8 cm

  (3) 최소 철근비(콘․시 10장 10.3)

    (가) 해석에 의하여 소요철근량을 산정한 휨부재단면 : P_min = 14/σ_y

단, 단면에서 사용된 철근량이 해석으로 요구되는 철근량보다 최소한 1/3이상 많을 때는 위 식을 따르지 않아도 되나 0.0015 이상이여야 한다.

    (나) 콘크리트 총단면적에 대한 수평철근의 최소철근비

수평철근의 최소 철근비는 건조수축 및 온도변화에 대한 보강 철근비 이상.

벽체 : 0.0025, 슬래브 : 0.0020

(다) 전면벽 표면측에 배치되는 수평방향철근은 벽의 높이 1m당 5cm² 이상, 중심간격       30cm이하로 배치하여야 하며, 전면벽에 배치되는 총수평철근량의 1/2이상이어야        한다.

  (4) 철근간격(콘․시 17장 17.4)

    (가) 해석에 의하여소요철근량을 산정한 휨부재단면에서는 철근간격이 최대 휨모멘트가          발생되는 단면에서 단면두께의 2배이하, 30cm이하, 그 밖의 단면에 대해서는               단면두께의 3배이하 30cm이하이어야 한다.

    (나) 수평철근은 단면두께의 3배이하, 40cm이하이어야 한다.

  (5) 철근의 정착 및 이음(콘․시 7장)

    (가) 철근의 정착길이

        철근의 정착길이는 기본정착길이(I_d)를 적용하되 30cm 이상으로 한다.

σ_ck=240kg/cm² ,  σ_y=3000kg/cm²

철    근	인    장    철    근		압축철근(ℓd)
	일반철근(ℓd)	상부철근(1.3ℓdb)
D13	30	39	20
D16	37	49	25
D19	45	59	30
D22	52	68	35
D25	60	78	40
D29	75	98	45
D32	93	121	50

(단위 : cm)

σ_ck=180kg/cm² ,  σ_y=3000kg/cm²

철    근	인    장    철    근		압축철근(ℓd)
	일반철근(ℓd)	상부철근(1.3ℓdb)
D13	35	46	23
D16	43	56	29
D19	52	68	35
D22	60	78	40
D25	69	90	46
D29	87	114	52
D32	107	140	57

  (단위 : cm)

    (나) 철근의 이음길이

σ_ck=240kg/cm² ,  σ_y=3000kg/cm²

철    근	인      장      철      근				압축철근
	일 반 철 근		상 부 철 근
	A급	B급	A급	B급
D13	30	39	39	51	30
D16	37	49	49	64	34
D19	45	59	59	77	41
D22	52	68	68	89	47
D25	60	78	78	102	54
D29	75	98	98	128	61
D32	93	121	121	158	67

(단위 : cm)

σ_ck=180kg/cm² ,  σ_y=3000kg/cm²

철    근	인      장      철      근				압축철근
	일 반 철 근		상 부 철 근
	A급	B급	A급	B급
D13	35	46	46	60	40
D16	43	56	56	73	46
D19	52	68	68	89	55
D22	60	78	78	102	63
D25	69	90	90	117	72
D29	87	114	114	149	82
D32	107	140	140	182	90

(단위 : cm)

2.10 부 대 공

  옹벽 설치를 위한 부대시설물로서 옹벽의 안정에 영향을 주는 배수시설, 옹벽 설치 후 온도면화 및 건조수축에 의하여 콘크리트 균열을 초래하는 신축이음과 수축줄눈, 시공이음, 상부 연약층 및 지층변화가 심한 구간의 기초공 등에 대한 각 항목별 설계 및 시공사항은 다음과 같다.

(1) 배수공 설계

  옹벽구조물의 안전여부는 배면에 작용하는 수압의 유무에 따라 지대한 영향을 받게되므로 옹벽설계시 배수공 설계를 합리적으로 수행하여 수압이 작용치 않도록 하여야한다. 배수공의 형식은 지형, 지질조건 및 지하수의 상태등에 따라 다르게 선택하여야 한다. 이와같은 배수공의 전형적인 형식의 특징 및 시공방법을 요약하면 다음과 같다.

전개도 단면도  그림 2.14

1) 수평 배수공 배수공 설치장소에 수평으로 잡석층을 두어 배면 침투수가 이 층을 통하여 배수구멍으로 집수되도록 유도하는 방법. 이와같은 방법은 침하발생시 배수구멍이 막힐우려가 있으므로 충분한 다짐이 필요. 또한 상하 배수층 간격을 최대 1.50m 로 하여 침투수를 배수층을 통하여 배수구멍으로 배수시키며 배수구멍 수평간격은 4.5m 이하로 배수층에 설치. 그리고 배수관은 경사각 10°로 설치하고 잡석층은 부직포로 피복한다.

2) 연직 및 수평 배수공 지하수위가 비교적 높은 경우 배수 구멍 설치장소에 연직 및 수평으로 잡석층을 두어 배수구멍으로 유도배수하는 방법으로 배수효과는 양호하나 시공성이 다소 불량하다.

그림 2.15

3) 유공관 설치 배수공 지하수 및 유출수가 많은 구간에 사용하는 배수공으로 옹벽배면에 배수촉진제를 설치하고 잡석층을 전 구간에 설치하여 침투수 및 지하수를 유공관으로 유도하여 배수하는 방법이다.

그림 2.16

그림 2.17

4) Drain Board 설치 배수공 옹벽 배면에 Drain Board(폴리스틸렌 일면 배수재)를 부착시키고 부직포로 Drain Board를 덮은후 양질의 토사로 뒷채움하는 방법으로 배면 토압의 증가를 억제하고 뒷채움부 토사의 동상과 동결에 따른 수축 팽창을 방지할 수 있다.

5) 옹벽상단부 배수공  배수용 반월관을 설치하여 비탈면의 표면수나 용수가 옹벽 전면으로 흐르는 것을 방지. 따라서 옹벽 전면에 도로가 설치되어 있는 경우에는 미관 및 교통에 미치는 영향을 고려하여 이러한 배수공을 두는 것이 좋다.

그림 2.18

(2) 기초공 설계

옹벽기초 하부 일부에 연약층이 있을 경우와 암반층이 경사를 이루고 있을 경우는 양질의 재료로 치환하거나 기초치환 콘크리트로 기초지반을 보강한 후 옹벽을 설치하여야 한다.

    1) 연약층부 보강

비교적 얕은 연약층에 직접기초를 설계하는 경우 연약층을 양질의 지층까지 굴착하여 양질의 재료로 대체하고 다짐을 실시하여야 하며, 치환 재료에 대해서는 토질시험을 실시하고 저판 시공시 평판 재하시험을 시행하여 지지력을 확인여야 한다. 보강 표준단면은 다음 그림과 같다

그림 2.19  연약층부 보강 표준단면

    2) 기초지반 경사시

기초지반이 경사를 이루고 있을 경우 저면 하부 일부 연약층을 굴착하여 기초콘크 리트로 치환하여야 하며 치환부 콘크리트 저면은 수평으로 50cm 이상 유지되도록 하여 계단 형태로 시공하여야 한다. 보강 표준단면은 다음 그림과 같다.

그림 2.20 기초지반 경사시 보강 표준단면

(3) 옹벽의 신축, 수축, 시공이음

  1) 신축이음

신축이음은 온도변화 및 건조수축으로 구조물에 발생하는 균열을 억제하기 위하여 설치. 중력식 및 반중력식 옹벽의 경우 콘크리트의 인장균열에 취약하므로 신축 이음 간격을 10m이내, 역T형 및 L형 옹벽의 경우는 철근이 균열을 제어하는 역할을 하므로 20m 이내로 신축이음을 둔다. 이와같은 신축이음은 콘크리트의 수화열, 온도 변화, 건조수축 등에 대한 별도의 해석이 없는 경우에는 반드시 설치하고, 신축이음   에서 철근을 잘라야 한다. 또한 신축이음의 위치에 있는 난간은 그 위치에 난간의 신축이음을 두어야 한다.

옹벽단면 및 기초단면 위치가 변화하는 구간은 하중상태의 변화 및 지반지지력 변화가 수반되어 옹벽에 불균형 하중이 작용하므로, 기초지반 변화구간은 신축이음을 두는 것이 바람직하다.

그림 2.21 신축이음

  2) 수축줄눈

      콘크리트 건조수축에 의한 균열을 제어하기 위하여 옹벽 전면벽 표면에 V형 홈으로        수축줄눈을 둔다. 이러한 수축줄눈은 5.0m 이내로 설치한다.

그림 2.22 수축줄눈

역T형 및 L형 옹벽에 수축줄눈의 깊이는 35mm 이상. 표면철근이 배근 되지 않는 중력식과 반중력식 옹벽의 수축줄눈의 깊이는 부재두께의 10% 이상이어야 한다.

(4) 시공 이음

헌치 상면과 전면벽 사이에 시공이음을 두어 콘크리트를 타설한다.

그림 2.23 시공이음의 표준단면

(5) 버림 콘크리트

옹벽기초 시공시 기초지반 다짐을 시행한 후 구조물 시공이 원활하도록 10cm의 두께 로 버림 콘크리트를 타설. 버림 콘크리트는 σ_ck = 150 kg/cm² 이상의 빈배합콘크리트  를 사용한다.

소규모 옹벽의 경우에는 기초지반조건과 경제성을 감안하여 두께를 조절하여 적용하여도 좋으나 최소 5cm이상이어야 한다.

3. 표준옹벽의 설계

3.1 개 요

  이 장에서는 「2장 설계일반」에 기술된 옹벽설계 기준을 기초로 옹벽표준도를 작성하기 위한 설계조건을 결정하고, 표준도 옹벽의 설계방법을 기술한다.

3.2 단면가정

  설계일반에서 기술한 단면가정에 대한 일반사항으로부터 표준도 작성을 위해 옹벽구조 형식별로 단면치수를 가정한 방법을 기술하면 다음과 같다.

  (1) 역T,형 및 L형 옹벽

    1) 표준단면

그림 3.1역T형 및 L형 옹벽의 표준단면

    2) 단면기능 및 치수

      (가) 벽  체

ㆍ벽체는 수평토압에 대하여 저항하며 전면의 공간확보를 목적으로 설치.

ㆍ벽체 전면(노출면)의 경사는 1:0.02로 하고 옹벽상단의 최소폭은 30.cm, 하단      부는 최소폭 40cm로 전단철근이 필요하지 않는 단면이상(0.1H ～ 0.15H)으로     한다.

ㆍ벽체와 기초의 연결부에는 헌치를 설치한다.

      (나) 저  판

ㆍ옹벽에 상면토사를 유효하게 작용시키며 활동, 전도 및 지지력에 대한 안정을    확보한다.

ㆍ저판은 필요단면, 경제성, 구조적 안전성을 고려하여 저판폭의 길이에 따라       단면두께를 변화시키되 최대경사는 15% 이내로 한다.

ㆍ최소두께는 40cm이상이며 전단철근이 필요하지 않는 두께이상 (0.1H ～          0.15H)으로 한다.

ㆍ역T형 옹벽의 앞굽의 폭은 B/10 이상 B/3 이하로 한다. 또한 앞굽의 폭은        변단면 옹벽의 시공성등을 감안하여 옹벽높이 또는 뒷채움토의 높이가 증가할    때 감소시키지 않는다.

      (다) 활동방지벽

ㆍ옹벽의 활동면을 변화시켜 활동에 대한 저항력을 증가시킨다.

ㆍ최소두께 : 40cm이상. 전단철근이 필요하지 않는 두께이상으로 한다.

  (2) 반중력식 옹벽

    1) 표준 단면

그림 3.2 반중력식 옹벽의 표준단면

    2) 단면기능 및 치수

      (가) 벽  체

ㆍ벽체는 수평토압에 대하여 저항하며 자중으로써 옹벽 전체의 안정에 기여.

ㆍ벽체전면(노출면)의 경사는 1:0.02로 하고 옹벽상단의 최소폭은 30cm, 하단은     최소철근으로 배치하도록 단면을 설계. 철근은 단면의 인장측에만 배근.

ㆍ벽체와 기초의 연결부에는 헌치를 설치하지 않는다.

      (나) 저  판

ㆍ옹벽에 상면토사를 유효하게 작용시키며 안정을 확보.

ㆍ저판은 단면두께를 변화시키지 않고, 최소두께는 40cm이상이며 전단철근이      필요하지 않는 두께이상(0.1H ～ 0.15H)으로 최소철근으로 배치하도록            설계. 철근은 단면의 인장측에만 배근한다.

(다) 활동방지벽

ㆍ최소두께 : 40cm이상. 전단철근이 필요하지 않는 두께이상으로 한다.

  (3) 중력식 옹벽

    1) 표준단면

그림 3.3 중력식 옹벽의 표준단면

    2) 단면기능 및 치수

      (가) 옹벽 구체

ㆍ중력식 옹벽은 구체의 자중으로 벽배면에 작용하는 토압에 대하여 저항한다.

  시공성을 감안하여 별도의 저판을 설치하지 않고 벽체와 일체로 한다.

ㆍ전면(노출면)의 경사는 1:0.02, 1:0.1, 1:0.2, 1:0.3 으로 구분하고 옹벽상단의       최소두께는 35cm 이상으로 하고 철근은 배근하지 않는다.

(나) 활동방지벽

ㆍ최소두께 : 40cm이상이며 전단철근이 필요하지 않는 두께이상으로 한다.

  (4) 저판폭의 결정

     뒷굽이 긴 옹벽의 경우, 벽배면 성토높이(Ho)의 증가시 토압작용각의 변화에 의하여        소요저판폭이 감소하는 S-curve 구간이 발생하게 된다.

성토높이에 따른 소요저판폭의 변화(H=6.0m)

그림 3.4 옹벽 저판폭의 결정

이는 흙쐐기 또는 절편의 측면에 작용하는 힘의 위치와 경사가 명확하지 않기 때문 이며, 표준도 작성시에는 사용성과 안정측의 단면확보를 위하여 S-curve의 가 (-)인 구간을 보정하여 저판폭을 결정하였다.

3.3 설계 조건

 (1) 뒷채움 흙의 성질 및 형상

뒷채움 흙은 원활한 배수가 이루어질 수 있도록 사질토 또는 선택층을 사용. 사면의 안정을 위하여 뒷채움 흙의 내부마찰각을 사면경사각 이상으로 하였으며 점착력은 무시.

사면 경사	뒷채움 흙	내부마찰각	단위중량	비      고
수    평	사질토	30°	1.9 t/m3	활동방지벽 없음
1  :  1.8	사질토	30°	1.9 t/m3	활동방지벽 설치
1  :  1.5	선택층	35°	2.0 t/m3	활동방지벽 설치

사면의 높이는 지진고려시에는 옹벽높이의 0, ¼, ½, 1.0, 2.0배로 적용하고, 지진을 고려하지 않을 경우에는 무한사면의 경우를 추가로 적용. 지진시에 높은 사면의 단면을 고려하지 않는 이유는 현행 성토사면경사와 성토재료의 관계에서 수치해석상 사면의 안정이 확보되지 않기 때문. 현장사무실에서는 실제 뒷채움흙의 내부마찰각과 점착력을 고려하여 적정단면을 설계하여야 함.

중력식 및 반중력식 옹벽의 경우 적용 옹벽높이가 높지 않으므로 옹벽높이의 ¼의 경우는 제외.

구         분	역T형 및 L형	중력식 및 반중력식
사면의 높이	수평 ¼H ½H 1.0H 2.0H ∞	수평 ½H 1.0H 2.0H ∞

  (2) 기초지반의 조건

옹벽기초의 지지층은 하부압밀층이 없고 기초폭의 2.0배 이내에 연약층이 존재하지 않는 사질토층으로써 지지층의 내부마찰각 ψ는 35°이상, 지반극한지지력 q_u는 90 t/m²이상이 되어야 한다.

지지층의 내부마찰각 ψ를 35°이상으로 제한한 것은 옹벽의 마찰저항력을 확보하여 활동에 대한 안정을 기하기 위한 것.

  (3) 하중 조건

    1) 사하중 및 흙쐐기 자중

사하중 및 흙쐐기의 자중은 「설계기준」 하중편의 단위중량을 기준으로 산출.

흙쐐기의 자중에 대하여 상기 단위중량을 고려할 경우 포장층의 단위중량을 별도로 고려하지 않는다.

2) 상재 하중(도․시 Ⅰ편 2.8)

옹벽표준도의 배면 수평구간에 재하하는 상재하중은 도로에 설치된 옹벽에 작용하는 활하중(q = 1.00 t/m2)을 적용. 지진시의 안정계산 및 단면검토시에는 안전율 및 실제토압과의 차이를 고려하여 상재하중을 재하하지 않는다.

3) 풍하중 및 수압

옹벽표준도는 방음벽이 설치된 옹벽이나 수압이 작용하는 옹벽에 대해서는 설계되지 않았다. 옹벽표준도를 적용하기 위하여는 옹벽배면에 수압이 작용하지 않도록 충분한 배수시설이 확보되어야 하고 방음벽이 설치된 경우에는 별도로 검토.

4) 지진하중

지진시의 토압산출을 위하여 Mononobe-Okabe의 의사-정적 해석방법을 사용. 토압계산은 상시와 같이 흙쐐기의 자중에 수평 및 수직 지진계수를 곱한 지진력을 포함하여 힘의 평형에 대하여 계산. 그리고 지진가속도 계수는 경제적인 구조물이 되도록 최대 허용변위량 d를 결정하고 변위식을 이용하여 지진가속도 계수를 결정.

  (4) 사용 재료

옹벽 구조물은 외력에 의한 안정과 부재단면의 안전에 지배되는 구조물로서 콘크리트 및 철근의 설계기준 강도 증가에 따른 단면두께, 철근량 등의 변화에 의한 경제적인 효과는 미소하나 구조물의 내구성 및 품질의 향상에 미치는 효과는 지대하다.

철근콘크리트 구조물의 설계강도의 조합으로 철근 σ_y=3000 kg/cm² 일 때 콘크리트 σ_y=240 kg/cm² 이상을 적용하는 것으로 하였다.

    1) 재료의 강도

구         분	재      료	최소강도(kg/cm2)	비    고
역 T  형 및 L형	콘 크 리 트	240
	철       근	3000	SD30
중력식 및 반중력식	콘 크 리 트	180
	철       근	3000	SD30

    2) 재료의 탄성계수

ㆍ콘 크 리 트 :  E_c = 2.32×10⁵ kg/cm²

ㆍ철       근 :  E_s = 2.04×10⁶ kg/cm²

3.4 부재의 설계

  (1) 전면벽

     캔틸레버 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계.

  (2) 앞굽판

     캔틸레버 옹벽의 앞굽판은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계. 앞굽상면토사의 영향은         무시.

 (3) 뒷굽판

저판의 뒷굽판은 전면벽에 지지된 캔틸레버로 설계. 저판에 작용하는 휨모멘트의 크기는 전면벽과 뒷굽판과의 접속점의 모멘트평형조건에 의하여 전면벽에 작용하는 휨모멘트를 초과하지 않는다.

      M_heel 〉 M_wall 인 경우에는

              M_heel ' = M_wall ,

로 보정하여 적용.

옹벽의 길이방향으로 지반조건이 크게 상이하거나 강성이 큰 벽체등에 접속되어 있을 경우의 뒷굽판은 상면에 재하되는 모든 하중에 대하여 저항하여야하며 종방향에 대하여도 설계되어야 함.

  (4) 활동방지벽(도․시 Ⅳ편 7.3.3)

활동방지벽에 작용하는 수평력의 작용위치는 지지지반에 관입된 활동방지벽 부분의 중앙점으로 하고 그 크기는 다음과 같다.

여기서, HT : 활동 방지벽에 가해지는 수평력(t) c  : 지반의 점착력(t/m2) μ1 : 흙과 흙사이의 마찰계수 μ2 : 콘크리트와 흙의 마찰계수 Hu : 기초저면에 있어서 전단저항력(t) HB : 기초저면에 작용하는 수평력(t)

활동 방지벽에 작용하는 수평력의 작용위치