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

 

제3권 교량

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5.1 일반사항

5.1.1 지지지반의 선정

얕은기초는 원칙적으로 양질의 지지층에 지지시키기로 한다.

일반적으로 양질(점성토 N ＞ 20, 사질토 N ＞ 30)인 지반이 지표면 아래 5 m 이내에 있으

면 얕은 기초로 할 수 있지만 중간층을 지지층으로 하는 경우, 물막이 등이 곤란한 경우 또는

지표면 아래 5 ~ 10 m에 지지층이 있을 경우 충분히 검토한 후에 근입깊이를 정해야 한다.

5.1.2 기초의 근입깊이

근입깊이는 다음 각 항목을 충분히 검토하여 결정해야 한다.

(1) 하천의 흐름, 바다, 호수의 파랑에 의한 세굴과 하상저하

(2) 압밀침하를 일으키는 깊이

(3) 지하매설물 및 인접구조물의 영향

(4) 동결작용을 받는 깊이

(5) 지하수위

(6) 시공성과 경제성

(1) 경제성를 고려하여 동결 및 세굴심도 아래에 기초 하단이 위치하도록 한다.

(2) 지지력 및 침하량에 대한 안전성 검토를 해야 한다.

기초의 근입깊이는 기초 재료의 특성과 침식 가능성을 고려하여 결정한다. 기초가 흐르는 물

속에 위치한 경우에는 예상 최대세굴깊이보다 최소한 600 mm 아래에 설치해야 한다. 기초

가 흐르는 물에 노출되지 않는 기초(또는 영향을 받지 않는 기초)는 동결선 아래 단단한 지반

위에 설치하거나 또는 대책공법(동결되기 쉬운 재료를 굴착해 내고 동결되지 않는 재료로 치

5. 얕은 기초

제8-3편 교량 하부 구조물

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환하는 등)을 적용한 후에 설치해야 한다. 사석, 교대 뒤채움 시에는 파이핑 방지를 위해 토

목섬유를 사용하거나 입도를 조정한 사질토 필터를 사용해야 한다.

단, 향후 교량 하부공간 활용이 예상되는 경우 푸팅 상단이 지표 아래에 위치하도록 한다.

※ 동결심도 : 포장 설계 시의 완전방지법으로 구한 동결심도

※ 설계기준면 : 기초의 하단으로 한다.

<그림 5.1> 기초의 근입깊이

5.2 하중분담

연직하중은 얕은기초 저면의 지반만으로 지지하고, 수평하중은 저면의 활동저항만으로 지지하는 것을

원칙으로 한다.

근입부분은 장래 변동 가능성이 있으므로 측면의 마찰저항 및 수평저항을 무시한다.

5.3 지반반력

(1) 얕은기초의 지반반력은 지반반력계수를 이용하여 산정하는 것으로 한다.

(2) 지반반력계수는 지반조사와 실내 토질시험 및 원위치시험(CPT, PMT, DMT, SPT 등)의 결과를

종합적으로 검토하여 결정한다.

(1) 지반반력의 계산방법은 ʻ도로교설계기준(2010) 5.5.7 지반반력계수와 지반탄성계수, 5.5.8

지반반력 및 변위량ʼ 및 에 의해서 하중을 저면지반만으로 지지되는 경우로 하여 구하기로

한다.

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(2) 이 규정에서 지반반력계수는 다음과 같이 정의한다.

k = P/δ (5.1)

여기서, k : 지반반력계수(kN/m3)

P : 지반반력(kN/m2)

δ : 변위량(m)

얕은기초의 지반반력계수는 말뚝기초와 같이 충분한 연구 결과 실용적인 정확도가 있는 값과

달리 경험에 따라 구해야 한다. 추정방법으로 ʻ구조물 기초 설계기준(2016) 4.3.4 현장시험

에 의한 지지력 방법ʼ과 ʻ도로교설계기준(2010) 5.5.7 지반반력계수와 지반탄성계수ʼ의 방법

에 의해서 구하여도 좋다.

5.4 얕은기초의 안정

5.4.1 안정계산

얕은기초의 안정계산은 지반의 지지력, 전도 및 활동에 대한 안정을 검토해야 한다. 이 경우 기초 근

입부의 앞면 저항토압은 원칙적으로 무시한다.

(가) 일반적으로 얕은기초에서 근입부분은 통상 장래 변동을 예상한 최소 근입깊이로 그치

는 경우가 많고 시공 상에서 굴착토를 그대로 되메우기 하는 경우가 많으며 다짐도

완전하지 않으므로, 근입부의 앞면 저항토압을 고려하지 않고 저면에서만 저항하도록

한다.

<그림 5.2> 치환콘크리트의 안정 검토

(나) 얕은기초에서 콘크리트로 치환하는 경우 기초의 안정에 크게 영향을 미친다고 생각되

는 경우는 그림 5.2와 같이 치환콘크리트 저면에서의 안정도 검토한다.

제8-3편 교량 하부 구조물

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5.4.2 지반의 허용 연직지지력

(1) 지반의 허용 연직지지력은 하중의 편심경사를 고려해서 구한 지반의 극한지지력을 안전율로 나눈

값이다. 다만 안전율은 상시의 경우 3.0, 지진 시 2.0으로 한다.

(2) 토사지반의 허용지지력

① 연속기초(L ＞ 5B)의 허용지지력은 아래 식으로부터 계산된 극한 지지력에 소정의 안전율로 나

누어 산정할 수 있다.

qult = cNc + qNq + 0.5γBNr (5.2-1)

배수하중조건에서는 유용응력해석법과 배수강도를 사용하여 지지력을 계산한다. 점성토지반의

지지력은 비배수전단강도정수를 사용하여 비배수하중조건에 대해서도 검토되어야 한다.

② 식 5.2-1은 경사가 없고 지표면과 기초바닥면이 수평한 경우에만 적용하며, 편심하중 · 경사하

중 · 기초형상 · 지표면의 경사 · 기초 바닥판의 경사 · 근입깊이의 영향이 있을 경우 이를 고려

하여 극한지지력을 산정해야 한다.

(3) 암반의 허용지지력

① 암반의 불연속면이 치밀하게 밀착되었거나 틈새가 3 mm 이내일 경우, 신선한 암반으로 분

류된다.

② 신선한 암반위에 놓인 얕은기초의 허용연직지지력은 Peck, et al(1974)의 RQD와 허용접지압

(allowable contact stress)과의 관계, 일축압축강도 그리고 탄성파 속도력을 비교하여 작은

값을 사용해야 한다. 이때 사용하는 RQD는 기초저판 아래 기초 폭(B)이내의 평균 RQD 값

이다.

③ 파쇄나 절리가 발달한 암반에서는 절리 및 기타 불연속면의 상태와 간격을 고려하여 아래의 식

으로 허용지지력을 계산한다.

qa = Ksp × qu (5.2-2)

여기서, Ksp는 암반지지력 결정계수(Hoek, 1983)이며, 기초 크기의 영향과 불연속면의 영향을

참작하고 안전율 3.0을 포함한 값이고, qu는 암석의 일축압축강도이다.

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5.4.3 활동에 대한 안정

(1) 기초저면의 활동에 의한 안전율 및 활동저항식은 다음과 같다.

RH = CB A' + V tan∅B (5.3)

여기서, RH : 기초저면에서의 활동저항(kN)

CB : 기초저면과 지반과의 사이의 점착력(kN/m2) ∅B : 기초저면과 지반과의 사이의 마찰각(도)

A' : 유효재하면적(m2)

V : 연직하중(kN) 단 부력을 뺀 값으로 한다.

<표 5.1> 안전율

구 분 안 전 율

상 시 1.5

지 진 시 1.2

(2) 활동에 대해서는 원칙적으로 기초저면의 활동저항만으로 저항하는 것으로 한다. 활동 방지벽을 만

드는 경우는 경암 등 양호한 지반을 대상으로 하여 수평력을 지반에 전달하기 위해 지지지반에 충

분하게 매입시킨다.

(1) 일반적으로 확대기초저면과 지반과의 사이의 점착력 및 마찰력(마찰계수)으로서 표 5.2, 표

5.3의 값을 사용하여도 좋다.

<표 5.2> 마찰각 및 점착력

조 건 마 찰 각 ∅B(마찰계수 tanφB) 점 착 력 CB

흙과 콘크리트 ∅B = 2/3∅ CB = 0

암과 콘크리트 tan∅B = 0.6 CB = 0

흙과 흙 또는 암과 암 ∅B = ∅ CB = c

흙과 콘크리트 사이에 자갈을 부설하는 경우

tan∅B = 0.6

∅B =∅ 중 작은 값 CB = 0

여기서, ∅ : 지지지반의 전단저항각(ﾟ)

C : 지지지반의 점착력(kN/m2)

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<표 5.3> 마찰계수

조 건 흙 의 종 류 마찰계수(tanφB)

흙과 콘크리트

자갈 또는 자갈과 모래의 혼합물 0.55

모래 0.50

사질토 0.45

5.4.4 전도에 대한 안정

편심하중을 받는 기초에서는 전도에 대한 안전을 검토해야 한다. 이 경우 기초 저면에서 하중의 작용

위치는 기초 외연 단에서 측정하여 상시에는 저면 폭의 1/3, 지진 시에는 1/6 보다 내측에 있어야

한다. 안전율은 상시 1.5, 지진 시 1.1로 한다.

5.5 비탈면 상의 기초지반의 지지력

(1) 비탈면 상의 기초지반의 극한지지력은 지반의 전단저항각(φ)을 도로교설계기준(2010)에 따라 산

정하고 기초 하면이 수평인 경우에 한하여, 식 5.4에 따라 산출하기로 한다.

qf  R

q  qb

× B ′ b

  (5.4)

 =  × C × Nc + 0.5 × γ × β× B‘ × Nr

여기서,  : 하중의 편심경사 및 끝단 여유 폭을 고려한 비탈면 상 기초지반의 극한지지력

(kN/m2)

q0 : 수평지반에서의 극한지지력(kN/m2)

 : 하중 연단이 경사 끝에 있는 상태(b=0)에서의 극한지지력(kN/m2)

R : 수평지반의 경우 하중 연단과 미끄럼면 연단과의 거리와 재하 폭과의 비로서, 내부

마찰각(φ)에 의하여 해설의 도표에 의해서 구한다.

b : 경사 끝 여유 폭(m)

B' : 유효 재하 폭(m)

, β : 기초의 형상계수

C : 지반의 점착력(kN/m2)

γ : 지지지반의 단위체적중량(kN/m3)

Nc, Nr : 하중경사를 고려한 지지력계수

qdβ = 0 : 수평지반에서의 극한지지력(kN/m2)

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(1) 식 5.4는 유효재하면적에 대해서 경사하중 및 끝단 여유 폭을 고려한 비탈면 상 기초지반의

극한지지력을 나타낸 것이고, 식에서의 지지력계수 및 형상계수는 각각 그림 5.4 ~ 그림

5.18 및 표 5.4에 따르는 것으로 한다. 또 이 식을 적용하는데 있어서 비탈면 사각이 작을

때는 ʻ도로교설계기준(2010) 하부구조 편 5.6.4 허용연직지지력ʼ에 의하여 구한 값 보다도

크게 되는 경우가 있으므로 이 경우에는 작은 쪽의 값을 극한지지력으로 한다.

<표 5.4> 형상계수

기초의 형성형상계수 연 속 정사각형 원 형 직사각형

α 1.0 1.3 1.3 1 + 0.3 B/L

β 0.5 0.4 0.3 0.5 - 0.1 B/L

qdβ = βo : 하중연단이 경사 끝에 있는 상태(b = 0)에서의 극한지지력(kN/m2)

βo : 비탈면 경사각

b : 경사 끝 여유 폭

B' : 유효 재하 폭

γβ = 0 : 수평지반의 경우 하중연단과 미끄럼 면 연단과의 거리와 재하 폭과의 비, 전

단저항각(∅)에 의한다.

<그림 5.3>

(2) 비탈면 상에 기초를 만들 경우 식 5.4에 따라 지지력을 산출함과 동시에 비탈면의 안정에 대하여

검토해야 한다.

제8-3편 교량 하부 구조물

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내부마찰각

<그림 5.4> γβ=0의 값을 구하는 그래프

<그림 5.5> 지지력계수 Nc를 구하는 그래프

제3권 교량

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<그림 5.6>

<그림 5.7>

제8-3편 교량 하부 구조물

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<그림 5.8>

<그림 5.9>

제3권 교량

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<그림 5.10>

<그림 5.11>

제8-3편 교량 하부 구조물

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<그림 5.12> 지지력계수 Nr을 구하는 그래프

<그림 5.13> <그림 5.14>

제3권 교량

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<그림 5.15> <그림 5.16>

<그림 5.17> <그림 5.18>

제8-3편 교량 하부 구조물

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5.6 기초저면의 처리

(1) 얕은기초의 저면은 지지지반에 밀착하고 충분한 활동저항을 갖도록 설계해야 한다.

(2) 치환콘크리트를 설치하는 경우는 하부구조 구체와 일체가 되도록 한다. 또 지지지반이 급경사면으

로 치환 콘크리트의 두께 및 폭이 크게 될 때는 구체에 단을 쌓는 것을 고려하여도 좋다.

(1) 얕은기초의 저면은 지지지반에 하중을 전달하기 위해 기초의 저면처리를 설계도에 명시해야

한다. 또 말뚝기초도 마찬가지이다.

(2) 비탈면상에 기초를 만드는 경우 지반의 경사 때문에 치환콘크리트를 시공하고 저면을 고르

게 하여 기초를 시공하는데 이와 같이 굴착면이 계단모양이 되는 경우 특히 이완된 지반이

없는가 확인하는 것이 필요하다.

콘크리트

콘크리트 t = 100 mm

쇄석 · 암반에서는 불필요

t = 200 mm

쇄석

<그림 5.19> 기초저면의 처리

기반

치환콘크리트

<그림 5.20> 치환콘크리트의 설치