분리형 보강토옹벽공법

[월드인테리어]

분리형 보강토옹벽공법

현재 국내에서 적용되고있는 보강토 공법은 영국의 Websol System과 C-S 보강토 공법, Geogrid 보강토 공법이 있다. Websol System과 C-S 보강토 공법은 패널식 콘크리트 전면판과 띠형보강재를 이용하고 있으며, Geogrid 보강토 공법은 몰탈 블록과 Geogrid를 이용하고 있다.

기존의 조립식 보강토 옹벽은 축조과정에서 유발수평력이 매우 크기 때문에 대부분의 수평변위가 시공도중에 발생하며 위로 올라갈수록 그 변위가 누적되어 상단에서 누적변위가 크게 나타난다. 블록 또는 패널과 토체가 동시에 축조되는 기존 방식에서 기 발생한 수평변위의 조정은 불가능하며, 이로 인한 경제적 손실이 막대하다. 더구나 패널이나 블록의 상호결속이 핀연결식이어서 곡선부에서의 사면경사를 둘 수 없기 때문에 더욱 심각하다. 또한 외국에서 도입한 공법이므로 해석기법이 국내의 토질 또는 지반조건, 현장조건과 일치하지 않으며 기술적인 자주성을 유지할 수 없을 뿐만 아니라 한계평형해석에 의한 설계는 변형에 대한 예측이 불가능하다.

신기술 내용

1.1.1.1.  분리형 보강토 옹벽의 구조(시공방법)

종전의 단계축조(incremental system)에서 흔히 발생하는 변위 누적현상과 시공시 발생하는 수평압력(induced earth pressure)으로 인한 수평변위를 전면블록에 미치지 않게 하기 위하여 1차로 기하구조를 개선하여 흙과의 마찰결속력을 향상시킨 ES-Grid 보강재를 이용하여 토류옹벽을 시공하고, 2차로 전면블록(ES-Block)을 거치하는 분리시공방법을 적용하였으며, 보강토체의 파괴모델을 기초로 내적 안정성 및 외적 안정성을 확보함을 물론 내진 구조 해석과 토체의 변위예측이 가능한 설계프로그램 KORESWall(ver. 1.0)을 이용한 구조해석을 통해 안정성을 확보하였다.

현재 국내에서 적용되고 있는 보강토 공법은 배면 흙을 성토함과 동시에 보강재를 전면판 또는 블록에 연결하여 층쌓기를 시행하는 것이다. 이러한 방법을 일체식 단계축조방법(incremental system)이라 한다. 이 방법은 시공이 간편하고 품질관리가 용이하여 국내외를 막론하고 대부분 이 방법을 이용하고 있다.

그러나 일체식 단계축조방법은 축조과정에서 유발수평력이 매우 크기 때문에 대부분의 수평변위가 시공도중에 발생하며, 축조하여 위로 올라갈수록 변위가 누적되는 문제가 심각하다. 또한 시공이 완료된 후에도 배면의 뒷채움 부분에서 침하가 발생하면 전면판 또는 블록에 직결된 보강재는 토체와 함께 수직변위를 일으키게 되어 전면판 또는 블록의 연결부위에 과도한 인장응력이 발생하며, 심할 경우 옹벽의 수직선형이 일탈되거나 보강재의 파단파괴가 일어날 수 있다. 외국에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 전면판 또는 블록을 이용하지 않고 보강재만으로 성토체를 구성한 후 전면에 벽체콘크리트를 타설하여 성토과정에서의 수평변위를 수용하는 방법이 이용되고 있으며, 관련연구자료에 따르면 시공도중 발생하는 수평변위는 전체변위의 약 90%로서 절대적인 크기를 나타내며 시공이 완료된 이후의 보강재의 creep 등으로 나타나는 변위는 10% 정도에 불과하다.

1.1.1.2.  블록

높이 300 × 너비 800 × 길이 400mm의 규격은 고궁돌담, 석성, 석축 등 문화유산으로부터 한국인의 정서에 합당하도록 결정하였으며, 수직응력에 대하여 충분하도록 강도 240kg/cm²의 콘크리트를 사용하였다. 블록의 중량은 138kg으로 간단한 기계화시공이 가능하며 상하의 결속구조가 완벽하고 평면곡선부에서의 수직경사가 자유롭도록 설계하였다.

보강토 공법에서의 전면블록의 구조적 기능은 뒷채움재의 유실을 방지하는 것이다. 그러나 보강토 공법에 의하여 축조된 옹벽은 최종적으로 전면블록만이 외부로 노출되기 때문에 블록의 형상과 축조형식은 옹벽 전체의 형태를 결정한다. 즉, 블록은 보강토 옹벽의 외적형태의 결정요소이다.

우리 나라의 전통적인 옹벽은 자연의 한 부분으로서 자연과 어우러져 형성되어 왔다. 따라서 옹벽은 단순히 외부공간을 형성하는 기능적인 몫을 담당하는데 그치지 않고 우리 선조의 자연에 대한 예술적 감각을 잘 나타내고 있다고 하겠다. 그러나 현재 시공되고 있는 보강토 옹벽의 블록형태는 외국기술에 의하여 개발되어 기능적인 측면만이 강조되었을 뿐, 우리 고유의 형상과는 거리가 멀다. 또한 일정한 단일 규격의 블록은 전면판의 기울기를 임의대로 축조할 수 없을 뿐만 아니라 규격이 작아 기계화시공에 불리하고 높은 옹벽의 경우 상대적으로 조화를 이루지 못한다.

① 블록 규격

블록 규격은 시공의 편의성을 전제로 한국인의 정서에 합치되도록 하기 위하여 국내의 역사적 돌담과 성곽을 조사하였다. 종묘, 창경궁, 경복궁, 강화산성, 남한산성, 수원성 등을 조사한 결과 막돌 쌓기 이외의 미름돌은 직사각형의 돌을 긴 변을 수평으로 놓는 켜 쌓기(course bond) 또는 수평 쌓기(coursed masonry)가 일반적인 형태이며 세로 : 가로의 비율이 1 : 1.0～8.23의 다양한 형태이나 1 : 1.0～2.0인 25개의 표본은 20개소가 주로 방어용 성곽에 이용되었으며 궁궐등 고급담장의 규격은 1 : 2.0～3.0의 비율로 나타났다. 블록의 세로 크기는 클수록 안정감을 주며 우아하다고 평가할 수 있으나 30～40 cm가 일반적이며 토공과 연관하여 시공되는 만큼 일정 크기로 제한되어야 한다. 즉 도로공사의 설계 요령에 따르면 노체의 다짐 두께는 30 cm 이하, 노상은 20 cm 이하이므로 시공 관리 측면에서 블록의 세로 크기를 30 cm로 하였다. 또한 한국인 정서와 안정감을 고려하여 가로 크기는 79 cm로서 세로 : 가로비는 1 : 2.6으로 하였다. 세로 크기 30 cm에 대하여 5～10%의 기울기를 유지하려면 상하의 블록이 3 cm정도의 이격이 불가피한 점과 블록과 보강재의 연결을 위한 충분한 마찰력을 얻기 위하여 블록의 뒷길이를 40 cm로 하였다.

② 블록 형상

1.1.1.2.1.1.  블록 전면

블록의 전면형상은 우리 나라의 전통적인 관념에 합치하고 사람들의 눈에 가장 익숙한 형태로 제작되어 사람들의 시각에 불편함을 느끼지 않도록 전면부의 형태를 직사각형 모양으로 하였다. 전면부의 가로길이는 790mm이고 세로 길이는 300mm로 세로/가로의 비율은 시각적으로 가장 안정된 비율인  1 : 2.6 이다.

블록 전면부의 단조로움을 피하고 입체감을 느낄 수 있도록 하기 위해 일직선의 평평한 모양보다 좌우 대칭이 되는 3개의 평면(1/4, 2/4, 1/4)으로 나누어 중앙평면은 옹벽의 선형을 맞추는 기준선 역할을 할 수 있도록 직선평면으로 하였으며 양단은 좌우 측면에서 각각 1/4 위치에서 좌․우측 끝으로 50mm씩 안으로 줄여 약 15도 정도의 경사면이 형성되도록 하여 좌․우측 블록과 자연스러운 곡선과 같은 연결상태를 만들 수 있도록 하였다.

좌․우 블록간의 연결부 위치가 위쪽으로 한켜씩 건너 띄어 전면에서 50mm 안쪽에서 번갈아 이루어짐으로 인해 전체적인 모양이 입체감을 느낄 수 있도록 하였고, 또한 시공상의 조그마한 오차는 시각적인 관찰로는 눈에 띠지 않는 자연스러운 연결성을 확보하였다. 그러므로 블록의 전체적인 조립모습에서 입체감과  음․영을 살릴 수 있고 곡율을 주는 것과 같은 효과를 볼 수 있도록 하였다.

블록간의 연결부에 10mm 정도의 줄 눈을 두어 시공시 좌우블록간에 유격을 형성함으로 시공의 편리성을 가지며 블록 뒤의 채움재와 함께 배수구의 역할을 할 수 있도록 하였다. 블록전면의 사방 모서리 예각을 제거하여 운반․설치 취급시 파손을 방지하도록  하였으며 전면 표면에는 자연석 돌 무늬 장식을 하여 전통적인 자연 석축과 같은 효과를 나타나게 하였다.

표준블록의 옆면과 옆면을 붙여서 시공하면 그 사이각은 28°이며, 축조할 수 있는 물리적인 최소반경은 1.58 m이다.