교량가설공사 접속도로 시공사례

[최현기]

1. 절토사면 안정 대책

1.1 개요

본 현장의 시종점의 토공부중 STA.0+320~0+460 구간 및 STA.3+290~3+360 구간은 비교적 절토고가 높게 형성되는 관계로 시공후 대규모 강우 등으로 인한 균열 및 누수현상이 발생되었다.

STA.0+320~0+460 구간은 기반암과 풍화암 사이의 경계구간에 있어 수진 균열이 발생하여 이곳을 따라서 지하수가 유출되고 있는 실정이며, STA.3+290~3+360 구간은 상부토사층 내부의 원호활동에 의해 법면상부의 대지 경계선 배면에 인장균열이 발생하였고 이 원호 활동은 계속 진행중으로 판단되었다. 이에 따라 현장에서는 사면조사 및 대책을 검토하였으며 그 결과 추가용지매입 및 환경훼손을 줄이고 미관이 양호한 현장타설 격자형블록설치 및 Soil Nailing보강 공법을 선정하여 사면보강을 실시하였다.

1.2 사면안정대책 검토(STA.0+320~0+460구간)

1.2.1 현황

본 구간은 절토고가 약 27.0m 정도이며 암절취 구배는 1:1.0로 시공이 완료된 상태이며 기반암과 풍화암 사이의 경계구간에 있어 수직균열이 발생하여 이곳을 따라서 지하수가 유출되고 있는 실정이었다.

육안조사 결과 시간 경과에 따른 풍화와 강도손실로 인하여 연직 균열부에 지반이 전면으로 밀려 나오는 경향이 있으며, 풍화대가 발달한 STA.0+380.0 구간에는 물이 완전히 포화되어 있는 상황이나, 전반적인 사면의 활동의 진행양상은 보이지 않고 있는 상태이다. 따라서 현 단계에서 사면의 안정성을 해치는 원인을 추정하고 시간경과에 따라 차후 발생 가능한 사면활동을 방지하기 위한 대책공법을 검토하였다.

1.2.2 검토 조건

1.2.2.1 지질 개요

(1) 검토구간은 만장년기의 산록말단부에 위치하고 있으며, 비교적 완만한 경사를 가지고 있음.

(2) 구성암석은 중생대 백악기의 하양층에 속하는 퇴적암류로써 역암과 사암 또는 사질셰일이 교호되어 나타나며, 관입과 접하는 부근의 셰일은 Hornfels화되어 고결되어 있음.

(3) 지층의 층서는 지표로부터 풍화잔류토, 리핑암 및 발파암의 층서로 분포하며 시점측에서는 전 구간이 리핑암이 분포하고 종점측에는 상부에 풍화 잔류토층이 분포함.

1.2.2.2 사면상태

(1) 사면내에 기반암과 풍화암사이에 소규모의 수직균열이 발생한 상태이고, 건기시인 현재에도 지하수가 유출되고 있지만 안정상태를 유지하고 있음.

(2) 사면내부에서의 용수가 사면표면부로 스며나오고 있으며, 용수구간이하의 사면구간은 대체로 습윤상태를 나타내고 있음.

(3) 강우시 사면내부로 우수가 침투되어 토사층의 전단강도 특성이 저하되며, 특히 기반암과 풍화토사이의 접촉부의 전단강도가 약해질 경우 전이적인 활동파괴가 발생 가능성이 있음.

(4) 또한 1, 2소단 사이의 수직 균열에 수압이 가해지면, 전면부의 토사가 국부적으로 사면대 활동(진행성)으로 진전될 가능성이 있으며 점차적으로 높은 측 사면으로 진행될 가능성이 있는 것으로 판단됨.

1.2.3 대책 공법선정

조사구간의 암반 및 토사 절취사면에 대한 균열 및 용수에 대한 대책공법으로는 사면의 국소적인 활동에 대한 저항력을 증가시키는 방법으로 쏘일 네일링공법이 있으며 사면의 수위를 낮추어 활동하중을 감소시키는 수평배수공법을 고려할 수 있다.

또한 국부적으로 수직균열이 발생한 구간은 우수 등의 지표수의 침투를 감소시키고 풍화의 진전을 방지하기 위한 표면처리공법을 적용해야 할 것이다.

1.2.3.1 격자틀 공법(현장타설공법)

(1) 공법 개요

불안정한 자연사면이나 절토사면 등의 표면 침식·풍화방지와 사면전체의 미끄러짐 붕괴를 미연에 방지하는데 목적이 있다.

(2) 설치 목적

- 비교적 안정된 완구배의 토사사면 : 표면토사의 붕락, 침식세굴 등의 표층처리대책

- 급구배의 암반 및 절벽 퇴적층의 사면 : 표층암반의 풍화, 박리, 낙석 등의 방지 대책

- 불안정사면, 미끄럼 붕락사면 : 불안정한 심층 토층을 포함한 변상 방지대책

- 변상된 기설 사면 구조물의 보수·보강 : 기설사면 구조물 등의 배후의 불안정 토층을 포함한 변상방지

1.2.3.2 쏘일 네일링

(1) 공법개요 : 지반을 천공하여 강봉이나 강관을 삽입한 후 몰탈을 주입·피복하여 흙에 인장 강도, 전단강도 및 휨강도를 부여하여 지반 보강재 복합체로서 거동하게 하는 것이다.

(2) 장단점

(2.1) 소형 장비로도 시공이 가능하기 때문에 좁은 장소나 경사가 급한 지형에도 적용성이 우수하며, 시공방법이 간편하고 작업시 소음진동이 없음.

(2.2) 어느 정도 변위를 허용하는 구조적 유연성을 주변지반의 변위에 어느 정도 대처할 수 있음(지진에 대한 저항성이 타공법 보다 우수).

(2.3) 표면보호공은 법면의 느슨해짐으로 인한 침식 또는 세굴을 방지하기 위한 것으로서 재래식방법은 Soil Nailing을 시공시 표면처리를 Shotcrete로 보강하나 현재와 같이 사면굴착 후 장기간 노출된 경우에는 적용성이 적은 것으로 사료됨.

1.2.3.3 수평배수공법

(1) 지하수 상승으로 인하여 사면 내 용수가 발생할 경우 파이핑이 발생하여 국부적으로 사면의 안정을 약화시킬 수 있으며, 또한 전체 사면의 활동에 대한 안정성을 크게 약화 시킨다. 이럴 경우 수평배수공을 설치하여 사면에 형성되는 지하수위를 저하시켜 사면의 안정성을 확보한다.

(2) 지하수의 원활한 배출을 위하여 네일의 Grouting영역보다 보다 긴 P.V.C Drain Pipe(Ø50mm)를 5~10° 상향경사(Sub Horizontal Drain)로 설치함.

(3) P.V.C Drain Pipe는 현장제작 또는 기성제품을 사용할 경우로 구분되므로 현장토질조건에 맞도록 선정하고 현장 책임기술자의 확인을 받은 후 사용할 수 있음.

(4) 수평배수공의 천공구멍은 3 inch로 하고, P.V.C(원형) Drain Pipe 직경은 2 inch로 사용하며 필히 Drain 단면은 청소가 가능한 원형관을 사용하도록 하여야 함.

(5) 수평배수공의 시공 설계도면에 의해 시공함을 기준으로 하나, 사면보강 네일천공시 지반의 조건(지반의 투수능력, 포화 또는 습윤상태)에 따라 책임 기술자의 승인을 득한 후 수량을 증·감할 수 있음.

1.2.4 검토의견

(1) STA. 0+360~0+440 구간의 사면내에서 발생한 사면내 연직균열은 굴착시 하중제거로 인한 암반이완현상이 원인인 것으로 판단됨.

(2) 리핑암과 발파암의 경계부에서 지하수 유출되고 잔류토층이 전체적으로 포화된 것은 산지의 피압지하수대(절리가 발달한 기반암층)와 투수계수가 작은 잔류토층에서의 배수가 원활하지 않은데 기인한 것으로 판단됨.

(3) 사면은 현재의 상태에서 안정을 유지하고 있으나, 우기시에 암반의 연직균열에 수압이 작용하거나 잔류토층에 유입수압이 증가하면 불안정한 사면구간에서의 활동파괴가 점차 확장되면서 규모가 큰 사면활동으로 진전될 가능성이 있는 것으로 예상됨.

(4) 본 검토구간의 암반 및 토사 절취사면에 대한 균열 및 용수에 대한 대책공법으로 사면의 활동에 대한 저항력을 증가시키고, 활동하중을 감소시키기 위한 수평배수공법을 추천함. 또한 수평배수공으로부터 배출되는 물을 원활하게 처리할 수 있도록 하는 소단에 측구를 설치하여 집수하고 사면에 연직 배수로를 설치하여야 함.

(5) 연직균열이 발생한 기반암과 리핑암이 혼재하는 구간은 2.0~4.0m 간격의 현장타설 콘크리트 격자틀을 설치하고 교차부에 쏘일 네일링을 시공하여 격자틀의 이동을 방지하고 사면의 안정을 확보하는 것이 바람직할 것으로 판단됨.

(6) 사면보강후 대표단면을 3개소 정도 선정하고 소폭판 혹은 검측 말뚝을 설치하여 사면의 수평 및 수직 변위를 최소 1년 이상 주기적으로 계측함으로써 사면의 장기적인 안정성에 이상이 없는지 확인하는 것이 바람직할 것으로 사료됨.

1.2.5 타공법과의 비교검토

1.3 Soil Nailing 시공

1.3.1 시공현황

(1) 1단소단 상부 : 현장타설 격자형블록+Nailing(SS40, D29이형철근, L = 6m 1.0×1.0간격으로 설치)

(2) 2단소단 상부 : 현장타설 격자형블록+Nailing(SS40, D29이형철근, L = 8m 2.0×2.0간격으로 설치)

(3) 수평배수공 : Ø100mm PVC PIPE 3.0m간격으로 설치

1.3.2 시공순서

1.3.3 투입장비 현황

1.3.4 시공방법

1.3.4.1 천공 및 Nail 설치

(1) 비계파이프로 작업대를 제작하여 크로라드릴을 고정한 후 크레인으로 소정의 위치에 도달시켜 천공작업을 실시한다.

(2) Nail이 긴 경우 용접이음하지 않고 공인기관의 인증을 받은 조임너트를 이용하여 연결한다.

(3) Nail에 1.5m 마다 간격재를 설치하여 천공 Hole의 중앙에 설치되도록 조치한다.

1.3.4.2 그라우팅

(1) 그라우트의 품질은 28일강도가 180kg/㎠ 이상이어야 하며 물시멘트비는 45~55%를 기준으로 한다.

(2) 그라우트주입은 무압으로 Hole내에 Milk가 완전히 차도록 실시한다.

1.3.4.3 숏크리트

(1) 숏크리트의 압축강도는 24시간 이내에 80kg/㎠이상 28일강도 180kg/㎠이상의 품질기준을 만족해야 하며 실제사용한 현장 배합설계표는 다음과 같다.

(2) 노즐의 방향은 뿜어붙이기 면에 직각이 되도록 유지하고 거리는 2m내외로 분사압력은 2~5kg/㎠ 정도로 시공한다.

1.4 관련 도면 및 사진

1.4.1 표준횡단도

(1) 표준횡단도 STA.0+320~0+460구간

(2) 표준횡단도 STA.3+290~3+360구간

1.4.2 현장타설 격자빔 상세도

(1) 정면도

(2) 상세도

(3) 격자빔상세도“A"

(4) 격자빔상세도“B"

1.4.3 NAIL DETAILS

(1) NAIL 시공단면도

(2) NAIL 연결도

1.4.4 시공 사진

(1) STA.0+320~0+460 구간 : 현장타설 격자블록+Nailing 시공

(2) STA.3+290~3+360 구간 : 현장타설 격자블록+Nailing 시공

2. 압축토공법(PEM)

2.1 개요

당현장 공사구역 중 늑도지역 STA.1+120~1+320구간의 절개면은 절취고약 20m로 당초 일반 흙깍기 공법으로 시행후 사면보호공(녹생토)을 시행하는 것으로 되어 있었다. 그러나 절개면 암선이 설계시의 추정보다 낮아져 현재의 절취구배로 한다면 최종 절취선이 보상구역을 초과하여 문화재구역내의 추가용지 보상이 불가피하며 이에 따른 문화재의 추가발굴에 따른 소요기간 및 발굴비용이 추가로 발생되는 문제점이 노출되었다.

현장에서는 위와 같은 문제점을 해소하기 위하여 추가용지의 보상이 필요 없이 현재의 보상완료 부지 내에서 시공 가능한 공법을 검토하게 되었다. 검토 결과 일반 bottom-up의 옹벽설치시(RC, 보강토 등) 기초부 확보를 위한 터파기의 경사가 보상지내를 벗어나 절토량 및 뒷채움량이 적은 top-down방식의 옹벽 시공 방법인 압축토공법(P.E.M)을 선정하여 시공하게 되었다.

2.2 공법검토비교

2.3 압축토공법(Prestressed Earth Method)

2.3.1 공법설명

제 목 : [PEM옹벽 전경]

압축토공법(Prestressed Earth Method)은 PSC Panel, Earth Bolt, GSB Nut를 이용하여 지반에 압축력을 도입시킴으로서 지반의 전단강도를 향상시켜 발생가능한 전단파괴에 저항하도록 하여 절취면을 안정시키는 공법으로 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

(1) 절취부에 PEM 옹벽을 시공시 공사비가 절감되고 사면안정에 효과적이며 무엇보다 최소의 부지로 시공이 가능하다.

제 목 : [PEM옹벽과 일반옹벽과의 비교도]

(2) 강진 등 예기치 못한 충격하중 등에 구조적으로 안정성이 높고 지반보강의 효과가 있으며 공기단축이 가능하다.

제 목 : [PEM옹벽과 일반토공과의 비교도]

2.3.2 시공순서도

2.3.3 투입장비 현황

2.3.4 시공방법

2.3.4.1 천공 및 Earth Bolt 삽입

(1) 천공직경은 Earth Bolt 직경 +40mm로 천공하고 천공길이는 정착길이 +50cm로 실시한다.

(2) 천공방향은 옹벽면에 직각이 되도록 천공하고 가급적 빠른 시간 내에 Earth Bolt삽입 및 그라우팅을 실시하여 천공구멍이 교란되지 않도록 한다.

(3) Earth Bolt의 자유장 부분은 부식방지를 위하여 아스팔트 프라이머 도포나 아스팔트 방수 쉬트로 감싸 보호한다.

(4) Earth Bolt는 간격재를 사용하여 천공구멍의 중심에 놓이도록 조치한다.

2.3.4.2 그라우팅

(1) 물시멘트비는 42%이하로 최소 2분이상 믹싱하고 주입압은 3~5kg/㎠로 주입한다.

(2) 그라우트의 압축강도는 σ₇ = 50kg/㎠이상, σ₂₈ = 100kg/㎠이상이어야 한다.

2.3.4.3 전면판(PSC PANNEL) 설치

(1) 기초블록의 콘크리트 압축강도는 240kg/㎠이상으로 하며 기초지반의 다짐도는 95%이상 확보한다.

(2)긴장재에 전면판을 기우고 수평, 수직위치를 조정한 후 지압판 겸용너트를 긴장재끝의 나사에 끼워 넣고 전면판과 밀착시킨다.

(3) 곡선부는 반경의 크기에 따라 절곡부를 두고 이 절곡부에서는 2Hole형 전면판을 사용하여 수직이음이 일치되도록 설치한다.

(4) 전면판의 구멍과 이음부로 토사가 유출되는 것을 방지하고 원활한 배수를 위하여 전면판의 뒷면에 부직포를 부착한다.

2.3.4.4 뒷채움

(1) 뒷채움토사는 현장 내 양질토로 배수가 잘되는 것을 사용하고 300mm이상의 암은 사용하지 않도록 한다.

(2) 포설두께는 75cm이하로 하며 다짐시 긴장재에 손상이 가지 않도록 과도한 다짐을 방지한다.

2.4 P.C PANEL 상세도

(1) 표준형

(2) 2HOLE 형

(3) 삼각형

3. 블록식보강토 옹벽

3.1 개요

공사구역중 늑도지역 STA.0+985~1+050, STA.1+350~늑도대교시점)구간은 대성토구간으로 당초RC 옹벽(부벽식 및 역T형)으로 시공토록 계획되었다. 그러나 시공계획검토결과 해상운반에 따른 레미콘 운반시간 과다로 인한 품질저하의 우려와 운반비용 소요, 최대 높이 12m로 안전시공 우려, 국립공원내로 미관저해, 과다공기 소요 등의 문제점이 발생되었다.

이에 대한 대안 공법을 검토한 결과 공기단축 효과가 우수하고 안전시공이 가능하며 경제적이며 미관이 수려한 보강토공법이 적합한 것으로 검토되었으며 보강토공법들에 대한 특성을 비교하여 뒷채움재에 대한 제한이 없어 현장발생토를 이용할 수 있는 RECO 블록 보강토공법을 선정 시행하였다.

3.2 보강토용벽의 공법 비교

3.3 보강토옹벽의 시공

3.3.1 시공순서

3.3.2 투입장비 현황

3.3.3 시공방법

3.3.3.1 블록쌓기

블록 쌓기시 기초상단 LEVEL을 확인하여 기초콘크리트와 블록의 밀착 및 수평을 위하여 건몰탈(1:3)을 포설후 블록을 쌓기 시작한다.

제 목 : [블록식보강토 옹벽 시공 전경]

3.3.3.2 배수층

블록 내부공간과 블록 뒷면에서 30cm까지 잡석을 사용하여 빈공간이 없도록 충분히 채우고 블록상부는 수평이 되도록 마무리 한다.

3.3.3.3 보강재(RECO BAR) 설치

(1) 물시멘트비는 42%이하로 최소 2분이상 믹싱하고 주입압은 3~5kg/㎠로 주입한다.

(2) 그라우트의 압축강도는 σ₇ = 50kg/㎠이상, σ₂₈ = 100kg/㎠이상이어야 한다.

3.3.3.4 뒷채움

(1) 현장유용토를 이용하여 포설 후 가능한 벽체에서 1m이내는 상단부 수평변위 방지를 위하여 소형 다짐장비를 사용한다.

(2) 대형장비를 사용할 경우 급제동 및 급회전을 금지시킨다.

(2) 1층 다짐두께를 20cm씩, 3회 이상 다짐을 실시하여 90%이상의 다짐도를 확보한다.

(4) 연장 200m, 높이 1m마다(표준블록 5단) 들밀도 시험을 실시하여 다짐상태를 확인한다.

3.3.3.5 CAP 블록

표준블록의 마지막 단을 설치한 후 표면을 깨끗이 청소하고 접착제를 바른후 CAP 블록을 밀착시켜 설치한다.

제 목 : [블록식보강토 옹벽 완료후 전경]

3.4 블록식 보강토 옹벽 상세도

(1) RECO-BAR 설치 평면도

(2) RECO-BAR 설치 단면도

(3) RECO-BAR TYPE 1,2,3 상세도

(4) 수동앙카 단면도

[mbs1]

좋은자료 고맙습니다.