2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제3권 교량

 

교 량

제8편 교량

제8-1편 교량 계획

제8-2편 교량 상부 구조물

제8-3편 교량 하부 구조물

제8-4편 내진 설계

제8-5편 교량 부대시설물

제8-6편 교량의 확폭

제8-7편 옹벽

제8-8편 가설 구조물

제3권

 

제 8-3 편 교량 하부 구조물

 

제8-3편 교량 하부 구조물

333

1.1 적용범위

이 편은 교량 하부구조물의 설계에 필요한 제 조건 및 설계방법의 표준을 나타낸 것이다.

하부구조물의 설계에 대하여 기본적인 개념은 KDS 24 14 51:2016 교량하부구조설계기준

(한계상태설계법)에 따르고 KDS 24 14 51:2016 교량하부구조설계기준(한계상태설계법)에

기술되어 있지 않은 구체적 사항 또는 해석에 대하여 추가하여 보완한 것이다. 적용범위는

지간 200 m 이하 교량의 하부구조로 하고, 이것을 넘는 교량의 하부구조나 특수한 형식의

하부구조의 설계는 충분한 조사와 시험을 하여 구조형식 · 설치장소 · 지반의 제 조건 등을

충분히 검토한 후에 준용한다. 그러나 이 편은 어디까지나 설계상의 기본적인 표준을 기술한

것으로서 구체적인 설계는 아래의 각 설계기준을 따르고, 또한 이 요령에서 의도한 것을 정

확하게 파악하고 현지조건을 충분히 고려한 후 합리적이고 경제적인 설계를 해야 한다.

1.4 참조기준

1.4.1 관련기준

• KDS 11 00 00 지반설계기준

• KDS 14 20 00 구조설계기준(콘크리트구조 설계, 강도설계법)

• KDS 24 00 00 교량설계기준

• KDS 24 14 21 콘크리트교설계기준(한계상태설계법)

• KDS 24 14 51 교량하부구조설계기준

• KCS 24 20 30 교량공사(교량하부구조물)

1. 일반사항

제3권 교량

334

1.4.2 설계방침

(해당 내용 없음)

1.5 설계원칙

1.5.1 기본방침

하부구조의 설계 및 시공과정에서는 상부구조에서 전달되는 하중과 하부구조 자체에 작용하는 하중을

안전하게 지반에 전달시킴과 동시에 상부구조에서 주어진 설계조건을 만족해야 한다.

이 설계요령에서는 그림 1.1에 표시한 바와 같이 하부구조를 구체와 기초구조로 나누는 것

으로 했지만 이들 구조는 상부구조에서의 하중이나 토압, 지진력 등의 외력을 기초지반에

충분히 전달함과 동시에 필요한 강성을 갖도록 상부구조, 하부구조를 포함한 구조물 전체로

서 안정과 변형에 대하여 안전성을 확보할 수 있게 설계해야 한다.

구체와 기초구조의 구분은 일단 확대기초를 구체에 포함하여 구분했지만 직접기초의 경우

나 파일벤트 등 구분이 어려운 구조물도 있다. 직접기초에서는 확대기초를 기초구조로 간주

하는 경우도 있지만 이 요령에는 일단 구체에 포함하였다. 구체의 설계 안정성을 확보하고

지반의 굴착을 적게 하는 방법으로 기초의 폭 · 깊이를 산출하고, 벽두께 및 기초 두께에

대해서도 계산상 필요한 단면만 결정할 것이 아니라, 받침의 설치여유 · 배근 및 콘크리트

타설 등 시공성을 고려하여 결정하는 것이 필요하다.

기초구조는 가설지점의 지반상태나 지형에 밀접한 관계가 있으므로 상세한 조사와 세밀한

검토가 필요하다.

<그림 1.1> 하부구조의 구분

제8-3편 교량 하부 구조물

335

1.5.2 설계방법

한계상태에 대한 규정은 KDS 24 10 11을 따르고 저항계수의 적용은 KDS 24 14 51 교량하부구조

설계기준(한계상태설계법)에 따른다.

1.5.3 하부구조에 작용하는 하중

설계하중은 KDS 24 12 21을 참고하고 하중조합은 KDS 24 12 11을 참고하여 선정한다.

온도차에 의한 영향은 일반적으로 부정정구조물에 대해서만 고려한다. 부정정구조물에 따

라서는 온도차 이외에 건조수축, 크리프, 프리스트레스 등에 의한 부정정 응력도 고려해야

한다.

1.5.4 활하중의 재하방법

(1) 하부구조의 설계에 사용하는 활하중은 일반적으로 상부구조 거더의 설계에 적용한 하중을 사

용한다.

(2) 하부구조의 설계에 사용되는 활하중은 구조물에 가장 불리한 영향을 주도록 재하시켜야 한다.

(1) 하부구조의 안정계산, 기초를 설계하는 경우 그림 1.2와 같이 활하중을 재하한 상태에서 설

계를 실시하면 된다. 또 왕복차도가 중앙분리대에 의해서 완전히 분리되어 있는 경우에는 왕

복 차도에 각각 하중을 재하한 상태에서 기초의 안정을 검토하는 것으로 한다(그림1.3 참조).

교각의 캔틸레버부, 라멘식 교각의 보를 설계하는 경우, 그림 1.4와 같이 고려하고 있는 단

면에 가장 불리한 영향을 주도록 활하중을 재하한다. 이 경우 활하중에 의한 각각의 지점

최대 반력을 하부구조 설계활하중으로 하면 과대하게 되는 경우가 있으므로 최대반력 하중

조합 경우를 적용한다.

제3권 교량

336

a : 1차로 차로폭 : 3.0 m

<그림 1.2> 일반적인 재하방법 <그림 1.3> 왕복차도가 분리되어 있고 하부구조가

일체로 되어 있는 경우의 재하방법

(a) 상부공 일체형 (b) 상부공 분리형

<그림 1.4> 캔틸레버부의 설계 시 재하방법

(2) 단순보가 두 경간 이상 나란히 있는 경우

교각에 작용하는 활하중의 영향은 그림 1.5와 같이 재하한 상태에서 설계하는 것으로 한다.

(3) 활하중은 일반적으로 표준차로하중을 사용하지만 경간이 작은(통상 10 m 이하) 경우에는

표준트럭하중의 영향이 더 클 때가 있으므로 주의해야 한다.

(4) 충격의 영향에 대해서는 일반적으로 고려하는 것으로 하고 중력식 교대와 같이 충격의 영향

이 작다고 생각되는 경우에는 생략하여도 좋다.

제8-3편 교량 하부 구조물

337

<그림 1.5> 교각의 활하중 재하방법

1.5.5 건조수축, 크리프 및 온도변화에 의한 영향

(1) 라멘 교각처럼 하부공 구체가 부정정구조물인 경우 구체의 건조수축, 크리프 및 온도변화의 영향

을 고려한다.

(2) 가동교각의 경우에 대해서도 상부공의 건조수축 · 크리프 및 온도변화의 영향을 고려하고, 그 수평

력은 원칙적으로 고정하중 반력에 받침의 마찰계수를 곱한 것으로 한다.

(3) 여러 개의 고정교각의 경우에는 상부공의 건조수축, 크리프 및 온도변화의 영향을 고려한 후 설계

한다.

(1) 라멘 교각의 경우 교각높이가 낮으면 건조수축 및 온도변화의 영향이 크게 되므로 벽식교각

과 비교할 필요가 있다. 라멘형식을 선정할 경우에는 교각 단면에 대한 충분한 검토가 필요

하다.

(2) 주로 가동교각에서 건조수축, 크리프 및 온도변화에 의한 수평력의 취급방법을 규정한 것이다.

기본적인 구조인 단순보를 나란히 놓았을 때의 취급방법에 대해서 그림 1.6으로 설명한다.

P2에 작용하는 상부구조의 온도변화에 의한 받침 마찰에 의한 수평력은

HRA = RA3×f3

HRB = RB2×f2

중에서 큰 것을 취한다.

HRA : A보의 온도변화에 의한 받침 P2R, P3L에 작용하는 수평력

HRB : B보의 온도변화에 의한 받침 P1R, P2L에 작용하는 수평력

제3권 교량

338

<그림 1.6> 수평력의 취급방법

RA3 : 교각 P3에 A보에서 오는 고정하중반력

RB2 : 교각 P2에 B보에서 오는 고정하중반력

f2 : P2 교각의 가동받침 P2L의 정마찰계수

f3 : P3 교각의 가동받침 P3L의 정마찰계수

여기서 중간교각의 경우 작용력의 방향이 반대일 지라도 상쇄하지 말고 어느 것이든 큰 값

을 취하도록 한 것은 같은 종류의 받침이라도 시공에 따라 실제 마찰계수의 값은 달라질

것으로 생각되기 때문이다. 또 곡선교의 경우 가동받침의 마찰계수가 계획치와 다를 것으로

예상되고 라멘교에서 복수의 고정교각이 있는 교량형식은 건조수축 크리프 및 온도변화의

영향이 커지므로 상부공 반력은 전반력으로 하는 것이 좋다. 또 고무받침의 수평력은 산정

된 변위량에 따라 산정하되 마찰계수는 0.15로 산정하여도 좋다. 온도변화에 따른 받침의

마찰에 따라 일어나는 수평력은 원칙적으로 고정하중에 받침의 정마찰계수를 곱한 것으로

하지만 경우에 따라서는 과대한 값이 될 수 있으므로 주의해야 한다. 예를 들면 온도변화에

의해서 생기는 수평력은 보의 신축길이 이상의 변위를 하부구조에 미칠 수는 없으므로 변위

에 상당하는 힘에 대하여 설계하면 된다. 받침의 마찰계수가 큰 경우(0.10이상), 하부공의

강성이 작은 경우 및 반력이 큰 경우에 대해서는 하부공이 보의 신축량 만큼 변위를 일으키

는 힘을 산출하고 본문의 규정에 의해서 산출한 수평력과 비교하여 작은 쪽의 값으로 설계

하면 된다. 특히 고가교의 중간가동교각에 대해서는 교각의 강성이 작고 비교적 반력이 크

므로 양쪽을 비교할 필요가 있다.

또한, 고무받침 이외의 가동받침 마찰계수의 최솟값은 표 1.1에 따른다.

제8-3편 교량 하부 구조물

339

<표 1.1> 가동받침 마찰계수의 최솟값

마찰기구 받 침 의 종 류 마찰계수

회전마찰 롤러 및 로커 받침 0.05

활동마찰

불소수지 받침판 받침 0.05

고력 황동주물 받침반 받침 0.15

주철의 선받침 0.20

강재의 선받침 0.25

1.5.6 홍수 시의 영향

홍수 시에는 고정하중 · 활하중 및 충격 · 토압 · 부력 · 유수압 · 세굴 · 충돌하중 등을 고려하고, 곳에

따라서는 파압도 고려한다.

(1) 유수압에 대하여

하부구조물에 종방향으로 작용되는 유수에 의한 압력은 식 2.3과 같이 구한다.

p   ×   × CD × V  (2.3)

여기서,  : 유수에 의한 압력(MPa)

CD : 교각의 기하학적 형상에 따른 항력계수(표 1.2 참조)

V : 설계홍수시의 설계유속(m/sec)

<표 1.2> 항력계수

교각의 단면 형상 CD

반원형(선단) 교각 0.7

사각형 교각 1.4

부유물질이 부착 집적된 교각 1.4

쐐기형 선단교각(선단각 90°이하) 0.8

세굴의 영향이 있는 경우의 유수압을 산출할 때 사용하는 수심은 평상 시에는 하부구조에

의한 세굴의 영향이 없을 때의 수심에 평상 시 하부구조의 영향에 의하여 발생하는 세굴의

깊이와 교량의 내용기간 중에 예상되는 전반적인 하상 저하량을 더한 깊이로 한다. 홍수 시

에는 평상 시의 설계수심에 홍수 시 수위의 증가와 홍수 시 세굴깊이를 더한 깊이로 한다.

제3권 교량

340

(2) 세굴의 영향에 대하여

하천 부지 내에 구조물을 축조하는 경우 세굴의 영향을 고려해야 한다. 세굴의 영향은 그림

1.7과 같이 생각할 수 있으므로 홍수 시에는 구조물의 안정에 대하여 주의해야 한다.

Hn : 평상시 설계수심

H : 평상시 유수의 수심(m)

ΔHd : 예상 하상 저하량

ΔHsn : 평상시의 세굴깊이

Hf : 홍수시의 세굴수심

ΔHf : 홍수시의 H에 대한 증가수심

ΔHsf : 홍수시, 평상 시 세굴선에서의

세굴깊이(m)

Hn : 평상시 설계수심(m)

∇M.W.L

∇M.W.L

∇M.W.L

홍수시세굴선

장래하상

현재하상

상시세굴선

<그림 1.7> 세굴의 영향

(3) 파압

연직벽에 작용하는 쇄파의 파력은 다음 식에 의해서 산출한다. 파압은 정수면상 1.25Ho에서

해저까지 균일하게 분포한다.

P  W × Ho (2.4)

여기서, P : 쇄파의 압력(kN/m2)

W : 해수의 단위체적중량(kN/m3)

H0 : 외해파의 파고(m)

단, 하천이나 호수 등의 교각에 작용하는 파압은 일반적으로 무시할 수 있다.

(4) 충돌하중

(a) 자동차의 충돌

자동차가 충돌할 우려가 있는 교각에는 콘크리트 벽 등으로 충분히 안전한 방호시설을

설치한다. 방호시설은 설치하지 않을 경우 충돌하중이 노면 위 1.8 m에서 수평으로 작용

하는 것으로 보고 표 1.3과 같은 충돌하중으로 교각을 설계한다.

제8-3편 교량 하부 구조물

341

<표 1.3> 충돌하중

작 용 방 향 충 돌 하 중

차도 방향 1,000 kN

차도 직각 방향 500 kN

(b) 선박의 충돌

항로상 또는 항로 근처에 교각을 설치하여 선박과 충돌할 우려가 있는 경우에는 이것을

설계에 고려해야 한다.

(c) 유목 등의 충돌

유목 등 유송물의 충돌력은 다음 식에 의해서 계산한다. 이 경우 작용높이는 수면위치로

한다.

P  W × V (2.5)

여기서, P : 충돌력(kN)

W : 유송물의 중량(kN)

V : 표면유속(m/sec)

(d) 충돌물에 대한 방호

충돌로 인하여 큰 피해가 우려되는 교대 및 교각에 대해서는 적절한 방호를 해야 한다.

(5) 풍하중

(a) 구조물의 정적설계를 위한 단위면적 당 작용하는 풍하중 p(MPa)는 설계기준 풍속

Vd(m/sec), 공기밀도 ρ(= 1.225 kg/m3) 항력계수 Cd 및 거스트 응답계수 G를 사용하

여 식 2.6에 따라 구한다.

p   ×   ×  × Vd

 × Cd × G (2.6)

여기서, 항력계수 Cd는 기존문헌 · 실험 · 해석 등의 합리적인 방법으로 산정하며, 거스

트 응답계수 G는 풍속의 순간풍속변동의 영향을 보정하기 위한 계수이다.

(b) 바람의 특성은 가교지점에 따라 다르며, 또 항력계수 값도 교량의 단면형상에 따라 달라

지기 때문에 실제로 작용하는 풍하중은 교량마다 다르게 된다. 그러나 설계의 편의를 위

해 구조물의 중요도 및 크기에 따라

제3권 교량

342

∙ 일반 중소지간의 교량

∙ 태풍이나 돌풍에 취약한 지역(해안 인접지역 등)에 위치한 중대지간의 교량

∙ 주경간 길이가 200 m 이상인 장대 특수교량으로 구분하도록 하였다.

(c) 일반적인 중소지간 교량의 상부구조에 작용하는 풍하중

일반적인 중소지간 교량의 상부구조에 작용하는 풍하중은 교축에 직각으로 작용하는 수

평하중으로 하고, 고려하고 있는 부재에 가장 불리한 응력을 발생시키도록 재하한다.

(d) 상부에 작용하는 풍하중은 상부구조 형식에 따라 다르므로 KDS 24 12 21 (4.10)에 따

른다.

1.5.7 벽면에 작용하는 토압

(1) 가동벽에 작용하는 토압

교대 등 가동벽에 작용하는 토압은 Coulomb 토압을 사용한다.

(가) 사질토

(a) 지하수위 이상의 경우

PA = KA × γ·z + KA × q (2.7)

PP = KP × γ × z + KP × q

(b) 지하수위 이하의 경우

Pa’ = γ'× KA × z + KA × q (2.8)

여기서, Pa, Pa' : 깊이 Z에서의 측벽의 단위면적에 작용하는 유효토압(kN/m2)

γ : 흙의 단위체적중량(kN/m3)

γ' : 흙의 수중 단위체적중량 = γ - 9(kN/m3)

KA : 주동토압계수

KA 

coscos  





 

cos  cos   

sin   sin     





cos    

KP : 수동토압계수

KP 

coscos  





  

cos  cos   

sin   sin     





cos    

또, ∅±α ＜ 의 경우에는 sin(∅± α) = 0으로 한다.

z : 지표면에서의 깊이(m) ∅ : 흙의 전단저항각

α : 지표면과 수평면과의 각

제8-3편 교량 하부 구조물

343

θ : 벽 배면과 연직면과의 각

δ : 벽 배면과 흙과의 벽면마찰각

q : 지표재하 하중(kN/m2)

벽 배면의 지표에 하중이 작용하는 경우의 토압은 재하하중에 토압계수를 곱하며, 교대

에 대한 지표면 재하하중은 일반적으로 교량의 등급에 관계없이 q=10 kN/m2로 한다.

(a) 주동토압의 경우 (b)수동토압의 경우

<그림 1.8> 토압

(나) 점토층

(a) 점착력을 고려하지 않을 때

(가)와 같음.

(b) 점착력을 고려할 때

① 지하수위 이상의 경우

Pa = γ × KA×z - 2 × C × KA + KA × q (2.9)

② 지하수위 이하의 경우

Pa’ = γ’ × KA × z - 2 × C × KA + KA×q (2.10)

여기서, C : 흙의 점착력(kN/m2)

단, 상재토압이 작을 때, Pa가 음으로 되는 경우가 있으나, 이 부분의 토압은 0으로 한다.

(2) 고정벽에 작용하는 토압

고정벽에 작용하는 토압은 정지토압에 따른다.

Ps = γ × Kh × z + Kh × q (2.11)

여기서, Ps : 깊이 Z인 경우 고정벽에 작용하는 토압(kN/m2)

Kh : 정지토압계수( = 1 - sin∅)

(3) 수압

Pw = γw × H2 (2.12)

여기서, Pw : 측벽에 걸리는 수압(kN/m2)

γw : 지하수의 단위체적중량(kN/m3)

H2 : 지하수면에서의 깊이(m)

제3권 교량

344

(1) 가동벽이란 교대와 같이 구조물 자체가 강체로서 회전하거나 전면으로 밀려나가는 것과 같

은 변위가 일어나는 것을 말하며, 이에 대한 변위를 무시할 수 있는 것을 고정벽이라고 말하

는데 전자의 경우 위에서 설명한 방법으로 토압을 구하면 된다.

주동토압계수 KA는 Coulomb 식에 따라 구하는 것으로 하지만, 지표면이 수평이고 벽 배면

이 연직이고 벽면마찰을 무시한 경우에는 Rankine 식과 같은 결과가 된다.

KA  tan°  

∅  (2.14)

또, 점성토의 토압계산식에 있어서도 편의적으로 위 식 2.14에서 구한 토압계수를 사용하여

나타낸다.

(2) 실험결과에 의하면 보통 정지토압계수는 모래에서 0.5, 점토에서 0.7 ~ 0.75로 알려지고 있

다. 고정벽에 작용하는 토압은 깊이에 따라 증가하게 될 것이다. 일반적으로 15 m 정도의

깊이부터는 일정한 것으로 하여도 된다.

(4) 지하수위 이하인 경우의 유효토압의 산정에 사용하는 흙의 단위체적중량은 수중중량(γ-0.9)을 사

용한다. 따라서 벽면에 작용하는 전 토압은 유효토압에 수압을 더한 것으로 그림 2.9와 같이 계산

한다.

전 토압 : P = P1 + P2 + Pw(kN/m2) (2.13)

여기서, P1, P2 : 유효토압(kN/m2)

Pw : 수압(kN/m2)

K : 토압계수

<그림 1.9> 전 토압

제8-3편 교량 하부 구조물

345

1.5.8 일반교대에 작용하는 토압

교대에 작용하는 토압의 계산방식은 ʻ1.5.7 벽면에 작용하는 토압ʼ 중 (1) 가동벽에 작용하는 토압에

준하지만 토압계수 이외의 값은 다음에 따른다.

<표 1.4> 토압산정에 사용하는 토질상수

뒤채움재 종류 단위체적중량(γ) 흙의 내부 마찰각(∅)

잘 다져진 자갈과 모래의 혼합물 20 kN/m3 35ﾟ

잘 다져진 모래 및 사질토 19 kN/m3 30ﾟ

(1) 높이 15 m 이하의 교대에 작용하는 토압은 일반적으로 표 1.4에 나타낸 뒤채움재의 토질상수를

써서 산정하여도 좋다. 단 뒤채움재의 토질이 불량한 경우와 교대 배면에 침수의 우려가 있을 경

우 뒤채움재의 충분한 조사 및 시험결과에 따라 토질상수를 결정하기로 한다.

(2) 상시에는 교대 배면에 10 kN/m3의 재하하중을 고려한다.

(3) 토압의 작용면은 다음 규정에 따른다.

(가) 중력식 교대의 경우는 구체 콘크리트 배면으로 한다.

(나) 역 T형과 부벽식 교대의 경우는, 벽의 단면계산에서는 구체콘크리트 배면, 안정계산에서는 확

대기초 뒤쪽 연단에서 연직인 가상배면으로 한다(그림 1.10).

(a) 안정 계산 시 작용면 (b) 앞벽 설계 시 작용면

<그림 1.10> 토압의 작용면

또 벽면과 흙의 마찰각(δ)은 일반적으로 표 1.5와 같다.

<표 1.5> 토압작용면의 벽면마찰각(δ)

교대의 종류 계산의 종류 구 분 상 시 지 진 시

중력식 교대

안정계산

벽의 단면계산

흙과 콘크리트 ∅/3 0

역T형 부벽식 교대

안정계산 없음 0 0

벽의 단면계산 흙과 콘크리트 ∅/3 0

주) ∅는 흙의 전단저항각

제3권 교량

346

(1) 높이 15 m 정도의 일반적인 교대에 작용하는 토압의 계산에 사용하는 토질상수에 대하여

설명한 것이지만 높이가 15 m를 넘는 경우와 중요한 교대에서는 토질시험 결과에 따라 토압

을 계산하고 완전한 배수시설을 설계하여 시공해야 한다.

(2) 재하하중의 재하방법은 가장 불리한 경우로 고려한다.

(3) 박스식 교대, 라멘 교대에서 뒤판이 작은 경우의 안정계산 및 단면계산 시에는 구조물 배면

(콘크리트 면)과 흙의 마찰각을 이용하기로 한다.

1.6 설계 고려사항

1.6.1 변위량

1.6.1.1 허용변위량

(1) 기존의 지반반력 및 변위량은 ʻ도로교설계기준ʼ 하부구조편 5.5.8 지반반력 및 변위량에 따른다.

(2) 하부구조의 설계 시에는 상부구조의 설계법에서 가정한 허용변위량을 초과해서는 안 된다.

하부구조의 변위량은 기초공의 변위, 구체의 변위를 고려하여 산정한다.

기초공의 허용변위량은 상부구조의 허용변위량에 의해서 결정되지만 상부구조의 허용변위

량 자체가 절대적인 값은 아니다. 요컨대 하부구조의 변위량을 작게 하든가 발생하는 변위

량에 따라서 상부구조를 설계하든가 상하부구조 전체로서 종합적인 검토가 요망된다. 이하

연직변위량 및 수평변위량에 대해서 일반적인 사항을 기술하였다.

(가) 허용 연직변위량

장기 지속하중에 의해서 생기는 부정정구조물 기초의 연직변위량(탄성변위량 + 압밀침하

량)은 표 1.6에 제시하는 값을 넘지 않도록 설계하는 것이 바람직하다. 부등침하가 예상

되는 부정정구조물의 경우 부등침하는 구조계산에 고려하여 구조물이 안전한가를 확인해

야 한다.

교량구조물은 표 1.7에 제시하는 각 변위에 대한 값을 참고할 수 있다.

제8-3편 교량 하부 구조물

347

<표 1.6> 부정정구조물의 허용연직변위량(mm)

지 지 층 최대변위량 부등변위량

모래지반에 만드는 기초 25 20

점토지반에 만드는 기초 50 20

복합지반에 만드는 기초 30 20

<표 1.7> 각 변위에 따른 교량의 침하기준(Moulton, et al., 1985)

각 변위(δ/sec) 구 분

0.004 다경간 교량의 허용치

0.005 단경간 교량의 허용치

말뚝기초에서의 연직변위량은 지지층 밑에 연약층이 형성되어 있는 경우 압밀침하량에

대하여 구조물의 안전성을 검토해야 한다.

(a) 최대변위량은 기초에서 허용되는 침하의 최대량을 말한다.

(b) 부등변위량은 인접기초 간에 생기는 침하량의 차의 허용치를 말한다.

(c) 정정구조물에서는 허용변위량을 부정정구조물의 2배까지 허용할 수 있다. 또 특수한

구조물이나 복합한 지반으로 구성되어 있는 경우는 상황에 따라서 허용변위량을 검토

해야 한다.

(d) 상부구조물 및 하부구조물을 다른 시기에 시공하는 경우 상부구조를 시공하기 전에

일어나는 침하량(Ss)을 무시하고 상부 사하중과 황하중에 의한 침하량 SU + P에 대

하여 표 1.6의 허용변위량을 적용할 수 있다(그림 1.11 참조). 단, 이 경우 정정구조

물의 허용변위량은 부정정구조물의 1.5배로 한다.

(e) 허용변위량에 관한 주의사항

① 표 1.6에 최대변위량과 부등변위량을 제시하고 있지만 상부구조물에 유해한 것은

부등변위량이다. 그러나 실제로 부등변위량은 계산할 수 없으므로 최대변위량이

표 1.6 범위에 들면 경험적으로 부등변위량이 표 2.14의 범위에 들게 된다는 것을

나타내고 있다.

② 상부구조물의 중요도에 따라서 허용변위량에 차를 두는 것은 당연하지만 중요한

상부구조물에서도 이 표보다 작은 값을 취할 필요는 없다.

③ 과거의 확실한 경험치에 의하든가 부등침하에 의한 응력의 계산을 통하여 구조물

에 해로운 문제가 생기지 않은가를 확인해야 한다.

제3권 교량

348

<그림 1.11> 침 하 량

주) 구조물에 대해서 어느 정도의 침하를 허용할 수 있는 가는 지반조건 · 기초형식 · 상부구조 특성 · 주변 상황 · 과거

의 경험이나 경제성 등을 고려하여 결국은 설계자 자신이 결정해야 하지만, 각종 문헌에 서술한 허용변위량을 보

면 25 ~ 100 mm의 범위에 있고, 이 범위의 변위량에서는 상부구조에서 거의 피해가 나타나지 않았다. 따라서 일

단 가장 많이 이용되고 있는 Terzaghi의 문헌을 참고로 하여 이 요령의 허용변위량으로 하였다.

(나) 수평변위에 대한 고찰

편토압에 의한 변형에 대해서는 특히 연약지반에서 현저하고 시공 직후에 측방향 이동의

현상을 종종 볼 수 있지만 아직 설계법은 확립되어 있지 않다. 따라서 설계 시 구조형식,

지반성질을 포함하여 종합적인 검토가 요망된다(ʻ1.6.2 측방향 이동ʼ 참조).

1.6.1.2 탄성변위량

(1) 기초의 변위량은 지지지반이 탄성거동을 한다고 하여 연직, 회전 및 수평변위량을 계산한다. 계산

은 지반의 스프링정수를 이용하기로 한다.

(2) 교각끝단 및 교량받침의 수평변위량은 기초의 변위량과 구체 자체의 탄성변위량의 합으로 한다.

(1) 직접기초에 대해서는 확대기초 저면의 변위량을, 말뚝기초에 대해서는 확대기초 저면 및 가

상지반면의 변위량을, 케이슨 기초에 대해서는 케이슨 끝단과 가상지반면의 변위량을 계산

하고 구체적인 계산법은 ʻ도로교설계기준 하부구조편 5.6 직접기초의 설계, 5.7 케이슨 기초

의 설계 및 5.8 말뚝기초의 설계ʼ에 수록되어 있다.

(2) 일반적으로 다음과 같이 한다.

X  X O  h   EI

Hh

 EI

WH h

제8-3편 교량 하부 구조물

349

X  X O  h  EI

Hh



 EI

WH h



(a) 직접기초의 경우 (b) 케이슨 기초의 경우

<그림 1.12> 기초의 변위와 하부공의 변위와의 관계

[기 호]

δX : 교각 끝단의 수평변위량(m)

δXO : 기초 저면 또는 케이슨 끝단의 수평변위량(m)

δYO : 기초 저면 또는 케이슨 연직변위량(m)

α : 기초 저면 또는 케이슨 회전변위량(rad)

H : 교각 끝단에 작용하는 수평력(kN)

WH : 교각에 작용하는 분포수평력(kN/m)

E : 교각재료의 탄성계수(kN/m2)

I : 교각의 단면2차모멘트(m4)

1.6.1.3 압밀침하량

(1) 압밀침하량은 기초의 저면으로부터 기초 최소 폭의 3배 깊이 사이에 압밀을 일으키는 점성토층이

존재하는 경우 산출해야 한다.

(2) 점성토층의 압밀침하량은 기초에 작용하는 하중에 의한 지반 내의 수직응력의 증가분에 대해서,

압밀 선행응력의 크기를 고려하여 구하는 것으로 한다.

제3권 교량

350

이 내용의 구체적인 계산은 ʻ도로교설계기준 하부구조 편 5.5.8.3 압밀침하량ʼ에 수록되어 있다.

1.6.2 측방향 이동

연약지반 위에 만들어지는 교대의 기초 설계 시에는 측방향 이동의 유무를 검토한다.

연약지반 위에 만들어지는 교대는 배면 흙쌓기에 의한 지반의 압밀침하와 함께 상시 재하되

고 있는 편하중에 의해서 연약지반이 측방향 이동을 일으켜 교대에 기능상 좋지 않은 회전

이나 수평변위 등의 변형(측방향 이동)이 생길 수 있다. 따라서 연약지반 위에 교대를 설계

하는 경우 측방향 이동의 유무에 대하여 사전에 검토해야 한다. 이때 측방향 이동의 유무는

통상 다음의 식들로 판정한다.

(1) 측방유동지수(F)에 의한 판정 방법

연약지반 상에 위치하는 교대의 수평이동에 관한 지반공학적 요인 중 가장 크게 영향을 미치

는 요소로서, 연약지반의 강도(C) · 연약지반의 두께(D) 그리고 흙쌓기 높이(H)의 관계를 수

식화하여 측방유동지수(F)로 나타낸다. 이 지수값은 안정수에 연약층 두께의 역수를 곱한 형

상으로 [L]-1의 차원을 갖으며, 측방향 이동에 미치는 요인 중 연약층 두께의 효과를 크게

고려하고 있다.

측방유동지수는 다음 식으로 제안하고 있다.

F   × H

c

× D



(2.15)

여기서, F : 측방유동지수(x 10-2m-1)

F ≥ 4 : 측방향이동의 우려 없음

F ＜ 4 : 측방향이동의 우려 있음

c/γ×H : Stability number(안정 수)

c : 연약층의 평균 비배수 강도( = qu/2) (kN/m2)

(qu : 점토의 일축 압축 강도)

γ : 흙쌓기재의 단위중량(kN/m2)

H : 흙쌓기고(m)

D : 연약층 두께(m)

제8-3편 교량 하부 구조물

351

<그림 1.13> 측방유동지수 계산위치

(2) 측방이동 판정지수(IL)에 의한 판정 방법

안정계수 γH/C 를 연약층 두께 D, 기초 관입 길이 ℓ, 기초체 폭의 총합 b(말뚝기초이면

말뚝직경의 총합), 교대 폭 B, 교축방향 교대길이 A 등으로 보정하여 판정지수 IL(Index of

lateral movement)을 식 2.16과 같이 정의한다.

IL  

D × B

b × A

D × C

H 

  ×  ×  × C

H

(2.16)

∙ 계산된 교대의 측방이동 판정지수(IL)에 따라 다음과 같이 판정한다.

IL ≥ 1.2 불안정

IL ＜ 1.2 안 정 : (도로교 설계기준 하부구조 편 5.5.12)

여기서, μ1 : 연약층 두께에 관한 보정계수(D/ℓ)

μ2 : 기초체 저항 폭에 관한 보정계수(b/B)

μ3 : 교대길이에 대한 보정계수(D/A ≤ 3.0)

A : 교대길이

B : 교대 폭

b : 말뚝기초체의 폭

ℓ : 기초의 관입 길이

D : 연약층 두께

보다 간단하게는 Tschebotarioff 가 제안하였으며, 일본 건설성 토목연구소에서 적용하

고 있는 다음과 같은 방법이 있다.

제3권 교량

352

Nb  C

H

  : 측방향 이동 발생가능 (2.17)

여기서, Nb : 안정계수 γ : 흙쌓기재의 단위중량

H : 편차 흙쌓기고 C : 연약지반의 비배수 전단강도

<그림 1.14> 편심하중을 받는 기초

(3) 비탈면 안정 검토에 의한 판정

교대의 측방향 이동 여부에 대한 판단을 비탈면 안정 검토를 실시하여 판정하는 방법으로서,

비탈면 안정은 단일 원호활동으로 가정하여 전 응력법에 따라 실시한다.

∙ 일반적으로 흙쌓기 비탈면의 안전율은 1.3 이상이나 일본 토질공학회 기준에 따르면 중요

구조물의 비탈면안정을 위한 기준 안전율은 1.5로 제안하고 있는 것을 감안하여 측방향

이동 검토를 위한 안전율은 1.5를 사용하며 이때 해석 단면은 Pile을 무시한 경우이다.

(4) 연약지반 중간층을 통과하는 원호 활동 안정계산에 의한 판정

지반을 그림 1.15와 같이 이상화하여 원호 활동 저항비와 압밀침하량에 의하여 측방향 이동

의 영향 유무를 판정하는 방법이다(일본 수도 고속도로 공단 1978).

∙ Fc ≥ 1.6 또는 δs ＜ 100 mm 우려 없음.

∙ 1.2 ≤ Fc ＜ 1.6 또는 100 mm ≤ δs ≤ 500 mm 확실치 않음.

∙ Fc ＜ 1.2 또는 δs ＞ 50 mm 우려가 있음.

여기서, Fc : 원호활동 저항비(흙쌓기단부에 중심을 두고 연약층의 중심을 통과하는

미끄럼 면에 대한 원호활동 안전율)

δs : 압밀 침하량

제8-3편 교량 하부 구조물

353

<그림 1.15> 원호활동 저항비 계산단면

상기의 검토 등을 통한 측방향 이동의 위험이 있다고 판정되었을 경우 이동을 방지하기 위

해 적절한 조치를 취해야한다. 대책 공법으로서 다음과 같은 방법이 있다.

∙ 배면 흙쌓기 하중의 경감

배면 측에 EPS 등의 경량재 설치, 박스 칼버트(box culvert)나 Corrugated Pipe, Pile

Slab를 설치하는 방법,

∙ 연약지반의 개량

Pre-Loading, Sand Compaction Pile, Sand Drain, Plastic Board Drain, Pack

Drain 공법 등의 연직 배수공법에 의한 원지반 강도를 증진시킴으로써 측방향 이동에

저항하는 공법

• 지반의 유동에 대해서 충분히 저항할 수 있도록 기초 저항력의 증가

교대와 그 전면에 있는 교각의 사이에 버팀대(STRUT)를 설치하여 수평력에 대하여 교대

와 교각이 동시에 저항하게 하는 등의 방법 등

1.6.3 압밀침하를 일으키는 지반중의 기초

시공 후 압밀침하를 일으키는 지반에 깊은 기초를 설치하는 경우 지반의 침하가 기초구조에 미치는

영향에 대해서 검토한다.

양질인 지지층을 지지지반으로 하는 말뚝기초나 케이슨 기초를 연약지반에 사용하는 경우

제3권 교량

354

기초 주위의 토층이 압밀침하를 일으키면 기초에 부의 마찰력이 작용한다. 다음과 같은 경

우에는 부의 마찰력에 대해서 검토해야 한다.

(가) 기초구조 설치심도 내에 압밀중인 검토층이 있을 경우 : 비교적 새로 조성한 매립공사

의 경우

(나) 지반 내 간극수압의 감소에 기인해서 점토층의 압밀이 수반되는 경우 : 공장용수를 위

해 지하수를 퍼 올리는 경우

(다) 점토층 위에 하중이 가해져 압밀이 생기는 경우 : 인접부에서의 흙쌓기 등에 의하여

지중응력이 증가하는 경우