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 8-7 편 옹벽

 

제2권 교량

768

특수 옹벽에 대해서는 개개의 설계 자료 · 공사 실례 등을 참고로 하고, 충분히 검토하여 설계한다.

다만, 보강토 옹벽은 이하에 기술되는 것을 근거로 설계한다.

8.1 보강토 옹벽의 적용

보강토 옹벽은 충분한 토질조사와 안정해석으로부터 안정이 확인될 경우에 현장 여건에 따라 비탈면

보강 구조물로 이용할 수 있다.

보강토 옹벽은 보통 연직면을 갖는 지반 보강 구조물로서, 일반 흙쌓기 구조물에 비하여 요

구되는 지반강도가 크다. 보강토 옹벽을 이용할 경우는 다음에 기술되는 각종 검토를 실시하

여 안정을 확인할 필요가 있다.

보강토는 기술적으로 10 m 이상의 높이도 시공이 가능하지만 현 단계에서는 내진성 · 내구

성 등에 있어서 불명확한 점이 있으므로 10 m를 넘는 보강토 옹벽을 이용할 경우에는 그

안정성에 대하여 신중한 검토가 필요하다.

철근 콘크리트 옹벽에 비하여 보강토 옹벽은 다음과 같은 경우에 효과적으로 이용될 수 있다.

① 중기의 사용이 어려운 경우

② 콘크리트 타설이 어려운 경우

③ 철근 콘크리트 옹벽에서는 기초말뚝이 필요하나 보강토이면 불필요한 지반일 경우

④ 소음이나 진동 등의 건설공해에 대한 제한이 엄격한 경우

⑤ 철거를 고려하여 가설 구조물로 이용할 경우

⑥ 장래에 높이의 증감이 있는 경우

또한, 보강토를 이용하기에 부적합한 경우는 다음과 같은 경우가 있다.

① 보강토의 하중에 의하여 지지지반이 기저파괴나 큰 침하를 일으킨다고 생각되는 연약 지반

8. 특수 옹벽(보강토 옹벽)

제8-7편 옹벽

769

② 중공업 지구나 강산성 토양, 산업폐기물에 의한 매립지반 등 부식에 관한 환경이 열악한

경우

③ 변전소의 부근 등 지중에 미주전류(stray current)가 많은 곳

④ 장래 보강토의 내부를 굴착하거나 항타 등을 실시할 가능성이 있는 곳

⑤ 산간부 등에서 비탈면 자체가 불안정한 곳

⑥ 보강토체 윗면이나 내부에 큰 국부하중이 작용하는 곳.

⑦ ʻ8.3 보강토의 뒤채움 재료ʼ에 제시된 양질의 뒤채움 재료를 얻기가 곤란한 곳

<그림 8.1> 블록식 보강토 옹벽

(1) 보강토옹벽 설계 및 시공 시 유의점

(가) 보강토 옹벽의 보강재인 그리드의 장기 설계인장강도는 금속 보강재와 토목섬유 보강재

등 재질에 따라 결정하며 항목별 감소계수는 공신력 있는 기관에서 수행한 시험결과를

통해 산정한다. 설계도서에 적용된 항목별 감소계수에 대한 검토 결과 시험값의 신뢰도

가 높지 않은 경우에는 토질 및 기초분야 전문가의 확인하에 감소계수를 결정한다. 이때

감소계수 중 시공손상에 대한 감소계수(RFID)와 크리프 파단에 대한 감소계수(RFCR )에

대한 산정 방법은 다음을 참고한다.

① 시공손상에 대한 감소계수(RFID) : 입경이 19 mm를 초과하는 흙을 뒷채움 재료로

사용할 경우에는 시공손상 평가를 위한 현장내 시공성 시험을 실시하여 시공성 강도감

소계수를 산정한다. 참고로 시공손상에 대한 현장시험 방법은 ASTM D 5818(1995),

GSI-GG4(1995) 등을 참조할 수 있다.

제2권 교량

770

② 크리프 파단에 대한 감소계수(RFCR ) : 산정방법은 KS K ISO 20432에 따른다. 단

발주자와 협의하에 KS K ISO 20432에 제시된 시간-온도중첩법(TTS) 및 단계등온법

(SIM)을 이용하여 산정할 수 있다. 이때 시험결과값이 앞서 기술한 참조값의 최솟값보

다 작은 경우에는 참조값을 적용한다.

(나) 다량의 배면 유입수로 뒤채움 흙이 포화되면 흙의 전단강도가 급격히 저하되어 불안한

상태가 될 수 있으므로 배면 용출수의 유무, 수량의 과다에 따라 적절한 배수 시설을

설계해야 하며, 장기 안정성 및 유지관리를 고려하여 설계‧시공 시 누락되지 않도록 반영

해야 한다.

(다) 보강재의 길이는 전면벽체 기초부터 산정된 벽체 높이의 0.7배 및 2.5 m 보다 길어야하

며, 실제 보강재 길이는 상재하중과 외력, 보강재와 뒤채움과의 마찰저항력을 고려하여

최종적으로 결정한다.

(라) 보강재의 수직 설치간격은 0.8 m를 초과하지 않도록 하고, 저항영역내로 설치되는 보강

재의 길이는 최소 1.0 m 이상이 되어야 한다. 또한, 전면벽 상부의 전도활동 등을 방지

하기 위해 최상단 보강재의 설치 위치는 전면벽 최상부 표면에서 0.5 m 이내로 한다.

한편, 콘크리트 블록을 전면벽으로 사용하는 경우에는 보강토 옹벽의 시공성 유지와 장

기 안정성 등을 위해 보강재의 최대 수직간격은 콘크리트 블록 깊이(뒷길이)의 2배를 초

과하지 않도록 한다.

(마) 전면벽체는 기초지반내로 최소 0.5 m 이상 근입되어야 한다. 경사지반의 경우에는 0.6

m 이상이어야 하며, 적정 근입깊이 확보를 위해 벽체 전면에 폭 1.2 m 이상의 소단설

치 등 적절히 조치한다. 기초지반이 동상피해가 예상되는 경우 동결심도 이상 근입시켜

야 한다.

(바) 볼록한 곡선부에서 포설시 보강재의 겹침이 발생하게 되면 보강재 사이에 뒤채움 흙을

최소 7.5 cm 이상 채워 보강재와 흙 사이의 마찰력이 저하되지 않도록 해야 한다.

(사) 뒤채움 흙의 품질확보를 위해 한층의 시공두께는 0.2 ~ 0.3 m가 넘지 않아야 한다.

(아) 다짐으로 인한 전면벽체의 변형을 최소화하기 위해 벽면으로부터 배면쪽 1 ~ 2 m 까지

는 대형장비의 진입을 방지하고 소형의 다짐장비로 다져야 한다. 또한, 배수처리 및 뒤

채움 흙의 유출을 방지하기 위해 전면벽 배면에 자갈 배수/필터층을 두께 0.3 m 이상

설치해야 한다.

(자) 뒤채움 다짐 시 다짐장비의 주행은 전면벽체와 평행이 되도록 하고, 다짐도는 최대 건조

제8-7편 옹벽

771

밀도(KS F 2312의 C, D 혹은 E 방법)의 95% 이상, 평판재하시험에 의한 K30 값은 토

사의 경우 15 MN/m3, 쇄석 및 잡석으로 치환한 경우 30 MN/m3 이상이 되도록 한다.

(차) 보강토 옹벽 상단에 각종 시설물(가드레일 지주 등)이 중첩 설계될 경우 그리드 손상에

따른 추가적인 보강 설계를 해야 한다.

8.2 전면판 및 보강재

(1) 철제 전면판의 재질

철제 전면판 재질은 아연도금 강판으로서 규격은 KS D 3056에 표시한 SBHG2로 한다.

(2) 콘크리트 전면판

콘크리트 전면판은 fck = 21 MPa 이상의 콘크리트를 사용하고, 철근에 의한 보강을 실시하는 것

으로 한다. 단, 제작에 있어서는 철근과 연결 보강재가 전면판에서 접합되지 않도록 주의한다.

(3) 보강재의 종류

보강재는 철 보강재(steel strip)와 합성섬유 보강재(geogrid strip)가 있으며 철 보강재에는 평

활형과 돌기형으로 나눌수 있다.

(4) 기타의 재료

보강토를 가설 구조물이나 장기 변형을 다소 허용할 수 있는 벽체로 이용할 경우에는 사용년수나

하중조건 등을 감안하여 상기 (1) ~ (3)에 따르지 않아도 되며, 안전이 확인되었을 경우에는 기타

의 재료를 사용할 수 있다.

(1) 현재 일반적으로 이용되고 있는 철제 전면판은 380 g/m2의 아연 도금을 한 3.2 mm 두께의

강판을 높이 333 mm가 되게 중앙부 볼록형으로 굽혀 가공한다. 보통 이것을 이용하면 좋은

데, 특히 부식 환경이 나쁜 경우에는 도금의 중량(예를 들면 610 g/m2)을 늘이는 것을 고려

할 필요가 있다.

또한, 연결용 볼트와 너트는 일반적으로 직경 20 mm · 길이 25 mm의 것이 적당하며, 나사

의 길이는 19 mm를 사용한다.

(2) 콘크리트 전면판의 철근은 전면판에 작용하는 외력에 저항하기 위한 것이며, 배면에 주동토

압을 적용시켜 계산하면 응력상으로는 적은 철근량으로 만족하는 수가 많다. 그러나 균열을

방지하기 위해 연직방향과 수평방향으로 콘크리트 단면적의 0.2% 이상의 최소 철근을 배근

하는 것으로 한다. 예를 들면, 전면판 표면과 이면에 직경 6 mm의 철근을 150 mm 간격으

로 종횡으로 배치하면 이 조건을 만족시킨다. 철근은 KS D 3504 혹은 KS D 3527의 규정

제2권 교량

772

에 적합한 것 또는 동등 이상의 품질을 갖는 것으로 한다.

콘크리트 전면판 내에서 보강철근과 연결 보강재가 접합될 경우 전식(電食)의 피해가 발

생할 수 있으며 이는 보강토의 내구성에 영향을 준다.

철제 전면판은 지지지반이 약하고 벽면 방향의 부등침하량이 클 경우와 크레인을 사용할

수 없어 전면판의 조립을 인력으로 실시할 경우 그 효과가 좋다.

콘크리트 전면판은 전면판부의 보수가 거의 필요 없으며, 뒤채움 재료의 입경이 클 경우

강재 전면판에 비하여 전면판 뒷면의 다짐 시공이 용이한 특징이 있다. 구조물의 외관 및

중요도 등을 고려하여 적절한 전면벽의 형태를 선정한다.

(가) 조립식 콘크리트 패널 : 십자형, 직사각형, 정사각형, 다이아몬드형, 육변형 등 다양한

형태가 사용되며 최소두께는 140 mm 정도이고, 패널 간 수직연결은 보통 전단핀

(shear pin)을 사용한다.

(나) 조립식 콘크리트 블록 : 보강토 옹벽에 사용하기 위해 특수하게 설계하여 만든 비교

적 작은 콘크리트 블록(보통 15 ~ 50 kg 정도 중량)으로 길이 200 ~ 450 mm × 폭

200 ~ 600 mm × 높이 100 ~ 200 mm 정도의 크기를 갖는다.

(3) 보강재의 재질

(가) 철 보강재(steel strip)

보강재의 재질은 아연도금 강판으로 하고, 규격은 KS D 3056에 표시한 SBHG1으로 한

다. 전면판과 보강재의 연결을 위해 볼트 너트를 사용한다. 이는 KS B 1002 및 1012에

따라 열간압연 도금한 것으로 한다.

아연도금 강판의 도금량은 금속 전면판과 같이 일반적으로 380 g/m2정도면 적당하지만

필요한 경우 도금량을 늘인다.

보강재의 폭은 60 mm · 80 mm · 100 mm · 120 mm · 150 mm 등이 사용되고 있으

나, 일반적으로 100 mm를 표준으로 간주하고 있다. 보강재 단위 폭 당의 허용인장력

(Ta)은 식 8.1과 같이 구한다.

Ta = b

fa × Ac

(8.1)

여기에서 허용인장응력(fa)은 강재의 항복응력(fy)의 55%를 택하고, 보강재의 순단면적

(Ac)은 부식 두께를 고려하여 결정한다.

제8-7편 옹벽

773

(나) 합성섬유 보강재 (geogrid strip)

① 보강재는 폴리에스터 · 고밀도 폴리에틸렌 · 기타재료 등으로 만들어진 것이며, 보강목

적을 위해 소요의 인장강도 · 연신율 · 인발저항력 · 내구성 및 블록과의 연결강도 등

을 확보해야 한다.

② 보강재의 극한인장강도는 광폭인장시험으로부터 구해야 한다. 시험으로부터 득한 극

한인장강도로부터 장기설계인장강도(TLDS)는 아래의 식을 이용하여 계산한다.

TLDS = F D × FID × FC R

Tult

(8.2)

Tult : 광폭인장시험에서 구한 극한인장강도

FD : 미생물 및 화학물질 등에 의한 손실율

FID : 시공 시의 손실율

FC R : 보강재의 크리프변형에 따른 손실율

③ 보강재의 허용인장강도(Tall)는 상기에서 구한 장기설계인장강도(TLDS)를 구조물의 형

상, 뒤채움재 성질, 보강재의 재질특성 및 외부하중의 크기 등에 대한 불확실성을 고

려하여 임의 안전율 1.5로 나눈 것을 사용한다.

(4) 철제 전면판이나 철재 보강재를 사용할 경우 도금을 생략하고 흑피강판으로 하거나, 2 ~ 3

mm 두께의 강판을 이용할 수 있다.

보강재 벽체의 장기변형을 다소 허용할 수 있을 경우에는 토목섬유(geosynthetics)와 같은

신장성 보강재를 사용할 수 있다.

8.3 보강토의 뒤채움 재료

보강토에 이용되는 뒤채움 재료는 보강재와의 인발저항 효과와 배수성을 충분히 기대할 수 있어야 하

며, 표 8.1을 참고하여 각 공법의 설계 및 시공 특성에 맞는 뒤채움 재료를 선정할 수 있다.

(1) 뒤채움 재료의 품질

보강토 옹벽의 뒤채움 재료는 보강재, 전면판의 성질 및 설계개념에 따라 결정되어야 하므로

각 공법의 공학적 특성에 따라 뒤채움 재료의 품질기준 및 다짐방법이 상이할 수 있으며 뒤

제2권 교량

774

채움 재료의 일반적 성질은 다음과 같아야 한다.

① 흙-보강재 사이의 마찰효과를 기대하기 위해 내부마찰각이 큰 사질토

② 배수성이 양호하고 함수비 변화에 따른 강도특성의 변화가 적은 흙

③ 입도분포가 양호할 것

④ 보강재의 내구성을 저하시키는 화학적 성분이 적은 흙

보강토 벽체는 뒤채움 재료와 보강재 사이의 인발저항 효과를 전제로 하고 있는 흙 구조물이

므로 뒤채움 재료의 선정은 매우 중요하다. 인발저항 효과를 크게 하기 위해서는 내부 마찰

각이 큰 조립토를 이용하는 것이 유리하므로 표 8.1의 뒤채움 재료를 추천하며 삼축압축 또

는 직접전단시험에 의하여 내부마찰각이 30ﾟ이상, 소성지수(PI)는 6 이하 이어야 한다. 단,

뒤채움 재료가 설계 시 고려된 마찰각 이상이 발휘되고 시공 시 보강재의 내구성을 확보할

수 있으면 다른 입도분포 재료를 사용할 수 있다.

<표 8.1> 보강토 뒤채움 재료의 입도 분포

입경(mm) 통과중량백분율(%) 비고

53 75 ~ 100

19 75 ~ 100

4.75 (No.4) 20 ~ 100

0.425 (No.40) 0 ~ 60

0.075 (No.200) 0 ~ 15

※ No.200체 통과량이 15% 이상인 경우라도, 0.015 mm 입경통과율이 10% 이하이면 사용가능하고, 0.015 mm 입

경통과율이 10% ~ 20%이고, 흙의 내부마찰각이 30도 이상이면 사용가능

※ 뒤채움 재료의 최대입경은 102 mm까지 사용할 수 있으나, 시공 시 손상을 입기 쉬운 보강재를 사용하는 경우에

는 최대입경을 19 mm로 제한할 수 있다.

※ 자갈섞인 토사에서는 입경 74μ이하의 함유율이 25% 이하가 되어야 하며, 쇄석은 표 8.2에 제시한 조건을 만족

하는 것이어야 한다.

<표 8.2> 쇄석의 조건

최대 입경

입경 100 mm

이상의 함유율

입경 74 μ 이하의

함유율 세립분이 적당히 혼합된 입도로서

다짐이 쉬운 것

250 mm 이하 5% 이하 25% 이하

여기서 열거하지 않은 모래, 실트 등 세립분이 상당량 포함되어 있는 재료가 현장 뒤채움 재

료로 사용될 경우에는 이들이 갖는 전단강도 특성을 고려하여 충분한 인발저항을 기대할 수

있도록 수동 인발저항 보강재를 선택한 후 보강토 옹벽을 구축하는 것으로 한다.

제8-7편 옹벽

775

최근에 소개되고 있는 수동 인발저항 보강재를 사용할 경우 뒤채움 재료의 선택 범위가 다소

넓어질 수는 있으나 이 경우에도 흙의 내부마찰각이 25ﾟ이상이 되어야 하며, 소성지수(PI)는

20 이하가 되도록 한다. 또한, 이 경우에는 투수성을 고려하여 필요한 경우 별도의 배수시설

을 설치해야 한다.

흙의 PH나 전기비저항(電氣比抵抗) 등 강재의 부식에 관계되는 자료는 별도로 언급하지 않았

으나 현장 여건에 따라 부식이 심한 환경이라고 생각되는 경우에는 신중히 고려해야 한다.

이 경우 pH는 6 ≤ pH ≤ 10의 범위를 만족해야 하며, 최소 전기비저항은 50(Ω-m)이 되도

록 하는 것이 좋다.

(2) 뒤채움 재료의 다짐

뒤채움 채료의 다짐기준으로 1층 다짐 두께는 200 mm, 다짐밀도는 최대 건조밀도의 95%이

상으로 하는 것을 원칙으로 하며 다만, 시공 시 보강재의 내구성이 확보되고 보강재와 뒤채

움 재료의 마찰각이 설계 시 고려된 값 이상으로 발휘될 수 있는 경우는 별도의 입도분포

및 다짐두께 기준을 적용할 수 있도록 한다.

보강토 옹벽의 뒤채움 재료를 다짐하는 방법으로는

① 전면판에서 1.5 ~ 2.0 m 까지는 인력다짐 또는 소형 램머로 다짐한다.

② 다짐장비는 벽면에 평행하게 주행한다.

③ 뒤채움재의 포설은 벽면측에서부터 순차적으로 수행한다.

④ 다짐장비의 급정지, 급선회를 피한다.

⑤ 보강재 위에 뒤채움 재료를 포설하지 않은 상태에서 다짐장비가 주행하지 않도록 한다.

8.4 설계의 기본 방침 및 절차

보강토의 설계는 기본적으로 다음 항목에 대하여 수행하는 것으로 한다.

(1) 설계 제한 사항, 설계 범위 및 외부 하중 조건의 지정

(2) 기초 지지지반, 뒤채움 재료 및 자연지반의 물성치 결정

(3) 안전율 및 설계 기준의 결정

(4) 보강토 구조체의 형상 및 치수의 예비 결정

(5) 외적 안정 조건의 검토

(6) 내적 안정 조건의 검토

(7) 벽체의 과다한 횡방향 변위 검토

제2권 교량

776

시작

설계조건의 설정

설계안전율의 설정

예비 설계단면 가정

외적 안정성 평가

저면활동 전도 지지력 전반활동 침하 및 측면변형

내적 안정성 평가

보강재 파단 보강재 인발

연결부 강도 평가

지진 시 안정성 검토(필요 시)

끝

<그림 8.2> 토목섬유 보강토 옹벽의 개략적인 설계순서(토목섬유, 지반공학시리즈9, 1998)

제8-7편 옹벽

777

(1) 설계 제한 사항, 설계 범위, 외부 하중 조건 등의 설계 조건은 그림 8.3에 나타낸 바와 같이

다음 항목들을 결정한다.

<그림 8.3> 보강토 옹벽의 설계 조건

(가) 보강토 벽체의 높이, Ho

(나) 보강토 벽체의 횡방향 총 길이 및 벽체 높이의 변화

(다) 흙쌓기 지표면의 경사각, β

(라) 외부 하중의 크기 및 작용 위치

① 등분포 상재하중 : q

② 집중 상재하중 : Pv, Ph

③ 교통하중

(마) 전면판의 형태 및 연결부

(바) 보강재의 수직 간격(SV), (이것은 일반적으로 전면판의 연결부 위치, 시공 조건, 보강재

의 강도 등에 의하여 결정된다.)

(사) 사용년수 결정

(아) 환경 조건의 고려(배수, 뒤채움 재료의 화학적 특성, 전면판 선단부의 침식, 동결작용 등)

(2) 보강토 벽체의 안정은 기초지반과 뒤채움재 그리고 뒤채움재 뒷면 지지 지반 등의 지반조건

에 따라 영향을 받으며, 다음과 같은 물성치가 결정되어 있어야 한다.

(가) 기초지반의 물성치 결정에 있어서는 다음의 항목들이 필요하다.

① 강도정수 : Cf' ·Φf

제2권 교량

778

② 단위중량 : Υf

③ 압밀정수(압밀침하가 예상될 경우)

④ 지하수위의 위치 및 배수시설의 고려

물성치 결정을 위한 보링 깊이는 최소 벽체 높이의 2배 이상, 보링 간격은 벽체 길이

방향으로 30 ~ 45 m 마다 지반 조사를 실시하는 것을 원칙으로 하고, 현장 지반 조건에

따라 그 횟수를 가감한다.

(나) 뒤채움 및 배면지지 지반의 물성치 결정에 있어서는 다음의 항목들이 필요하다.

① 다짐 특성, 건조단위중량 Υf

② 함수비, 입도 분포, 소성지수

③ 보강토 뒤채움재의 내부마찰각(Φr) 및 점착력(Cr)

④ 배면 지지 지반의 내부마찰각(Φb) 및 점착력(Cb)

⑤ pH, Cℓ함유율, SO3 함유율 등(보강재의 부식이 심각한 경우)

(3) 보강토 옹벽의 안정해석에 적용하는 기준 안전율은 다음과 같다. 지진 시는 지진하중을 고려

하여 검토한다.

(가) 보강토 옹벽 안정해석시 적용 안전율

구분 검토항목 평상 시 지진 시

외적

안정

활 동 1.5 1.1

전 도 2.0 1.5

지지력 2.5 2.0

전체 안정성 1.5 1.1

내적

안정

인발파괴 1.5 1.1

보강재

파 단

금속보강재 1.0 1.0

지오그리드 1.5 1.0

섬유보강재 1.5 1.0

* 전도에 대한 안정은 수직합력의 편심거리 e에 대한 다음 식으로도 평가할 수 있다.

평상시, e ≤L/6：기초지반이 흙인 경우,

e ≤L/4：기초지반이 암반인 경우

지진 시, e ≤L/4：기초지반이 흙인 경우,

제8-7편 옹벽

779

e ≤L/3：기초지반이 암반인 경우

* 보강재 파단에 대한 안전율은 보강재의 장기설계인장강도를 적용하므로 1.0으로 한다.

(나) 구조물 설치에 따른 영향검토

∙ 방호벽 : 수평력 29 kN/m 추가

∙ 가드레일, 방음벽 등 지주 : 4.4 kN/m 추가, 전면에서 1 m 이상 이격

(다) 보강재 인장강도 감소계수

폴리머 종류 크리프 감소계수

폴리에스테르(PET) 2.5 ~ 2.0

폴리프로필렌(PP) 5.0 ~ 4.0

폴리에틸렌 (PE) 5.0 ~ 2.5

내구성 감소계수 : 1.1 ~ 2.0 사용

시공성 감소계수 : 1.1 ~ 3.0 사용

(4) 첫째, 전면판 벽체의 근입 깊이 D를 결정한다. 근입 깊이 D는 벽체 저면의 지표 경사에 따라

표 8.3에 규정한 최소치 이상이 되도록 해야 한다. 또한, 현장 조건에 따라 동결 깊이, 기초지

반의 수축 및 팽창의 정도, 선단부의 침식 등을 고려하여 근입 깊이를 증가시킬 수 있다. 그

러나 어느 경우에도 근입 깊이는 0.5 m 이상으로 한다.

<표 8.3> 벽체의 최소 근입 깊이

벽체 전면의 지표 경사 최소 근입 깊이

수평(일반 보강토 벽체) H / 20

수평(교대) H / 10

3H : 1V H / 10

2H : 1V H / 7

3H : 2V H / 5

둘째, 보강재의 수직 간격 SV를 결정한다. 대부분 전면판 패널 연결부의 위치에 따라 결정한

다. 연속형 보강재의 경우는 수직 간격을 다짐층 두께(일반적으로 200 ~ 300 mm)의 2배로

한다. 일반적으로 400 mm 혹은 600 mm로 결정한다.

셋째, 보강재의 예비길이 L을 결정한다. 보강재의 길이는 외적 안정 조건과 내적 안정 조건을

제2권 교량

780

고려하여 반복과정을 거쳐 결정된다. 일반적으로 첫 번째의 가정치는 다음과 같이 결정하며

0.5H를 사용할 수도 있다.

L = 0.5(Ho + D) ≥ 1.8 m (8.3)

8.5 외적 안정 조건의 검토

(1) 보강토 옹벽의 외적안정해석은 보강토체를 중력식 옹벽으로 간주하여 다음의 각 항목에 대한 안정

해석을 수행한다.

① 저면활동에 대한 검토

② 전도에 대한 검토

③ 지지력에 대한 검토

④ 전체안정성에 대한 검토

(2) 보강토 옹벽이 연약지반상에 시공되는 경우에는 기초지반의 침하에 대한 안정성을 검토한다.

(1) 활동에 관한 검토

플리마그리드는 보강 길이가 일정하지 않고 아래쪽이 짧게 배치된다. 어떤 경우나 보강토의

저면에서 활동에 대한 저항안전율이 최소가 되므로 이면에 대하여 검토한다. 그림 8.5는 검

토에 사용하는 하중 조건이다.

<그림 8.5> 보강토 옹벽에 걸리는 하중과 반력

여기서, γa, γb : 보강토 및 뒤채움 흙의 단위체적 중량(kN/m3)

Kab : 뒤채움재의 주동토압계수

제8-7편 옹벽

781

= (1 - sinφ) / (1 + sinφ)

h : 옹벽의 높이(m)

ω : 상재하중 (kN/m2)

ℓ : 보강토의 폭(m)

μ : 보강토 저면에 있어서의 마찰계수

라 하면, 활동에 관한 안전율은 식 8.4와 같이 된다.

활동에 관한 안전율 활동하는힘

마찰저항력

 Kab ․b ․h  Kab ․w ․h

a ․h ․  w ․

 K abb ․h  wh

a ․h  w

(8.4)

설계 안전율은 통상의 옹벽에 관한 설계 기준에 준하지만 최소 1.5 ~ 2.0 이상으로 한다.

(2) 전도에 관한 검토

전도에 관한 검토는 옹벽의 앞축을 중심으로 하여 토압에 의한 전도 모멘트와 보강토의 중량

에 의한 저항 모멘트의 균형을 고려하여 같이 안전율을 산출한다. 즉, 모멘트를 단면계수

(L2/b)에서 빼서 식 8.6과 같이 산출한다.

전도에 관한 안전 전도모멘트

저항모멘트

 Kab ․b ․h  Kab ․w ․h

a ․h ․  w

(8.5)

 K abb ․h  wh

3a ․h  w

(8.6)

안전율은 이 경우도 옹벽의 설계 기준을 따르지만 최소 2.0 이상으로 한다. 또한, 이 검토에

서 뒷축의 지반 반력이 (-)의 값을 갖지 않는다는 것이 경계 조건이다.

(3) 지지력에 관한 검토

보강토 옹벽 저면의 지반 반력은 옹벽 저면에서의 상재하중, 흙의 중량 및 토압을 고려하여

식 8.7, 식 8.8로 구한다.

제2권 교량

782

앞축 지반반력 σmax  a ․h  w Kab b ․h  wh (8.7)

뒷축 지반반력 σmin  a ․h  w Kabb ․h  wh (8.8)

(4) 원호 활동에 관한 검토

활동원의 검토는 보강토를 통과하는 모든 활동파괴를 상정하고 있지만, 일반적으로는 활동이

발생하는 지반에 대해서는 전 응력법에 의한 원호활동 계산법을 적용한다(그림 8.6).

<그림 8.6> 원호활동 검토의 설명도

원호활동에 관한 안전율 Fs = Σ ․sin

Σ × ′  × cos ․tanø 

(8.9)

여기서, cu : 분할편 활동면을 따르는 흙의 비배수 점착력

øu : 분할편의 활동면을 따르는 흙의 비배수 내부마찰각

ℓ' : 분할편의 활동면 길이

α : 분할편 활동면의 평균 경사각

ω : 분할편의 상재하중과 흙의 중량을 포함한 전 중량

설계 안전율은 흙쌓기에 관한 설계기준에서 규제되어 있는 값(1.2 ~ 1.5)을 만족시키도록

한다.

제8-7편 옹벽

783

8.6 내적 안정 조건의 검토

보강토 벽체의 내적 안정조건의 검토를 위해 다음의 항목들을 검토해야 한다.

(1) 인장파괴에 관한 검토

(2) 인발에 관한 검토

내적 안정 검토에서는 보강재의 인장파괴와 인발에 대하여 검토한다. 이 검토에는 타이 백웨

지(tie-back-wedge)법(그림 8.7)을 사용하며, 수평토압은 전부 주동토압계수를 이용하고,

벽면은 그 하단부를 회전 중심으로 하여 활동면도 쿨롱(Coulomb)의 토압이론에 따른 직선

활동을 가정하여 보강재의 안정성, 벽체의 활동, 뒤채움 토사의 안정성을 검토한다.

<그림 8.7> 타이바 웨지(tie-bar-wedge)법의 설명도

(1) 인장파괴에 관한 검토

깊이 hi의 위치에 매설된 그리드의 단위 폭 당 인장력 Ti는 식 8.10에서 주어진다.

Ti = Ka × σvi × Vi (8.10)

여기서, Ti : 그리드 1 m당 인장력

Ka : 주동토압계

σvi : 깊이 hi의 그리드에 작용하는 연직력

Vi : 깊이 hi의 그리드 부설 간격

여기서, σvi는 식 8.7에서 H = hi로 구한 최대 연직응력이기 때문에 Ti는 식 8.11과 같이 된다.

제2권 교량

784

Ti = Kaa [γa · hi + ω + Kab(γb · hi + 3ω) (hi/ℓ)2] Vi (8.11)

또, 점착력 c'를 갖는 흙에서는 점착력에 관한 힘을 부가하여 다음과 같이 된다.

Ti = Kaa [γa · hi + ω - (2c'/  ) + Kab(γb · hi + 3ω) (hi/ℓ)2] Vi (8.12)

상재하중이 부분적으로 편심을 갖게 될 경우에는 그 하중의 지중에서의 분포를 hi의 깊이에

대하여 고려하여 σvi에 가산하여 Ti를 산출한다. 이렇게 구한 그리드의 최대 인장력으로 안전

율을 예상하여 이것이 그리드의 설계강도 TD를 넘지 않도록 그리드의 부설 간격을 결정한다.

이 경우의 안전율은 통상 1.35로 한다.

(2) 인발에 관한 검토

그림 8.8과 같이 잠정적인 활동면을 상정하여 이 면에 따라 쐐기토사가 활동할 경우에 그리

드의 인발력에 대한 뒤채움 흙 속의 고정 길이를 검토한다.

이 경우 쐐기 영역은 강체로 거동하고 벽면과 뒤채움 흙과의 마찰은 무시한다.

<그림 8.8> 쐐기 토괴에 걸리는 힘

해석은 그림 8.9와 같이 벽면의 각 깊이 a, b, c 등의 점을 지나는 잠정 활동면에 대하여

활동면 경사를 β1, β2, β3.......로 변화시켜 그리드 인발력의 최대치 Tmax를 구한다.

지표면이 평탄하고 일정한 상재하중 ω를 지닌 경우의 인발력 T는 식 8.13으로 표시되며,

최대 인장력 Tmax는 식 8.14인 경우에 발생된다.

제8-7편 옹벽

785

<그림 8.9> 쐐기 토괴의 활동 검토

T = tan ø′  

h ․tan a ․h  w 

(8.13)

β = 45ﾟ- øa′/2 (8.14)

이 깊이 및 활동각도를 변화시켜서 계산된 Tmax를 그 깊이까지의 유효 그리드 총 수에서 뺀

장력(T/N)로 인발파괴를 검토한다. 이 경우, 그리드 고정 길이 Lip는 다음과 같다.

Lip =  ․tanø′ ․   

Ti × 안전율

(8.15)

단, α는 그리드와 뒤채움토의 상호 작용 계수이며, 통상 0.8 ~ 0.9를 적용한다. 또, 이 경우 안

전율은 2.0으로 하고, 쐐기의 저면에서 상방 500 mm 이내에 있는 그리드는 고려하지 않는다.

8.7 보강토 옹벽의 배수시설

(1) 보강토체에 이용되는 뒤채움재료는 비교적 배수성이 양호하고 전면 배수공이 충분한 양질의

토사를 이용하지만, 다량의 배면 유입수로 뒤채움 흙이 포화되면 흙의 전단강도가 급격히 저

하하여 불안한 상태가 될 수 있으므로 배면 용출수의 유무, 수량의 과다에 따라 적절한 배수

시설을 설계해야 하며, 장기 안정성 및 유지관리를 고려하여 설계‧시공 시 누락되지 않도록

반영해야 한다.

(2) 보강토 옹벽에 적용하는 배수시설의 종류는 다음과 같다.

(가) 보강토체 내부 배수시설

(a) 전면벽체 배면의 자갈, 쇄석 등 배수층 및 암거

제2권 교량

786

(b) 전면벽체 배면의 토목섬유 배수재

(c) 보강토체 내부의 수평배수층

(나) 보강토체 외부 배수시설

(a) 벽체상부 지표수 유입을 방지하기 위한 지표면 배수구

(b) 보강토 옹벽 배면에서 유입되는 용수 처리를 위한 보강토체와 배면토체 사이의 경계

면 배수층

(다) 침수시의 대책

(a) 보강토체가 수중에 잠기는 경우, 내외수면이 같아지도록 투수성이 양호한 뒤채움 재

료를 사용해야 한다. 또한 전면판 또는 전면보호재의 이음부에도 원활한 배수가 가능

하고 토립자의 유실을 방지할 수 있는 필터재를 적용해야 한다.

(b) 또한 보강토 옹벽 전면의 침식 및 세굴에 대해서도 저항할 수 있도록 설계해야 한다.

8.8 지진 시 안정해석

(1) 지진 시 안정해석 일반사항

(가) 지진 시 보강토 옹벽의 안정해석에서 고려하는 하중은 정적상태에서 작용하는 하중과

지진에 의해 작용하는 지진관성력 및 동적토압이며, 일시적인 상재하중은 고려하지

않는다.

(나) 지진관성력은 보강된 토체의 중량에 의해 작용하는 지진하중이며, 토체의 자중과 수평지

진계수를 곱하여 산정하고 보강토체의 도심에 수평으로 작용시킨다.

(다) 동적토압은 보강된 토체 뒷부분의 파괴쐐기에 의해 보강토체에 작용하는 토압이며 파괴

흙쐐기의 자중과 수평지진계수를 곱하여 산정한 토압이며 Mononobe -Okabe(유사정

적해석법)의 방법을 이용하여 산정한다.

(2) 지진 시 외적안정해석

(가) 지진 시 외적안정해석에는 8.5에서와 동일하게 다음의 사항을 검토한다.

(a) 저면활동에 대한 검토

(b) 전도에 대한 검토

제8-7편 옹벽

787

(c) 지지력에 대한 검토

(d) 전체안정성에 대한 검토

(나) 외적안정해석에서는 정적하중, 지진관성력, 동적토압의 1/2만 작용시켜 안정해석을 실

시하며, 지진관성력은 토체의 중심에, 동적토압은 옹벽높이의 0.6H에 작용시킨다.

(다) 외적안정해석에서 지진관성력은 관성력의 영향을 받는 보강토체의 자중과 지진계수를

곱하여 산정한다.

(3) 지진 시 내적안정해석

(가) 지진 시의 내적안정해석은 지진관성력에 의해 각각의 보강재에 추가되는 하중에 대하여

보강재파괴와 인발파괴가 발생하지 않도록 한다.

(나) 내적안정해석에서 지진관성력은 활동영역의 자중과 지진계수를 곱하여 산정하고, 활동

영역 내의 각각의 보강재가 차지하는 면적비율로 지진관성력을 분담하는 것으로 한다.

(다) 지진 시 내적안정해석은 각각의 보강재 위치에서 지진에 의해 추가되는 인장력을 고려하

여 정적상태와 동일하게 계산한다.

8.9 구조 세목

구조 세목으로는 다음 사항을 고려하도록 한다.

(1) 보강토 최상단에서의 상재 흙쌓기 두께

(2) 보강토의 우각부에서의 보강재 배치

(3) 흙쌓기 양측에 보강토 설치 시의 보강재 배치

(4) 보강토 하부의 지반 내나 보강토 내에 횡단 구조물이 존재하는 경우에는 지반의 지지조건의 차에 의

하여 발생하는 부등침하의 영향을 피하기 위해 전면판에 종방향의 이음을 설치하도록 한다. 또한, 일

반 보강토에 있어서도 지반의 부등침하가 예상되는 경우 적당히 종방향의 이음을 설치하도록 한다.

(5) 보강토 위에 방음벽 · 난간 · 전주 기초 · 전기 관계 · 기기 받침대 등을 설치하는 경우에는 해당 구

조물의 안정에 충분히 주의를 기울이고, 필요에 따라서 보강재를 증설하는 등의 조치를 강구하지

않으면 안 된다. 또한, 보강토의 건설 후, 보강토 내부를 굴착하거나, 말뚝 등을 타설하거나 하는

것은 대단히 곤란하므로 장래 계획 등에 대하여도 충분한 검토가 필요하다.

(1) 보강재와 뒤채움재와의 마찰계수는 보강재 표면의 거칠기, 그리드의 크기, 보강재의 두께,

신장율 등에 따라 달리 나타나므로 실험을 통하여 결정되어야 한다. 만약 실험결과가 없는

경우 표 8.4와 같은 마찰계수를 사용할 수 있다.

제2권 교량

788

<표 8.4> 보강재 종류별 마찰계수

보강재 종류 마찰계수

steel ribbed 보강재

높이 6 m 초과 1.2 + logCu

높이 6 m 이하 tanφ

토목섬유 형 2/3 tanφ

그리드 형 0.8 tanφ

한편, 실험에 의하여 토피가 낮은 부분에서는 마찰계수 자체가 저하하는 경향도 보여진다.

그러므로 최상단 보강재의 상부에는 표 8.5에 제시한 상재 흙쌓기를 실시한다.

<표 8.5> 보강토 상재 흙쌓기 두께

구 분 강재 전면판 콘크리트 전면판

표 준 치 Hs = 700 mm Hs = 400 mm

최소치(부득이한 경우에 한함) Hs = 400 mm Hs = 0 mm

주) Hs는 최상단 전면판의 상단으로부터의 두께

특히 금속제 전면판의 경우, 전면판의 상단에 보강재가 부착되므로, 최상단 보강재는 Sv/2의

수직 간격을 두어 토피고를 증가시키고, 부득이한 경우에도 0.40 m 이상의 상재 흙쌓기를

실시하는 것으로 한다. 이 상재 흙쌓기에는 노반 등은 포함되지 않고 보강토에 이용되는 흙

쌓기 재료만을 의미한다. 표 8.5의 최소치를 이용하여도 좋은 경우는, 상재 흙쌓기의 위에

강화 노반 등이 축조되어 상재 흙쌓기의 토사 유실 등의 염려가 없는 경우에 한한다.

(2) 보강토의 우각부에서는 바깥쪽으로 배가 나오는 경향이 있으므로 우각부 전면판에도 보강재

를 설치함과 동시에 인접하는 전면판에도 경사방향의 보강재를 설치한다. 우각부의 뒷면에

보강재가 배치되지 않은 영역이 남아 있는 일이 없도록 우각부 전면판 및 인접한 전면판에

사각방향의 보강재를 설치, 일반부와 같은 보강재의 설치 밀도를 유지하도록 한다. 또한, 보

강토에 접한 횡단 구조물이나 교대 등이 사각으로 설치되어 전면판에 직각인 방향에 필요한 길

이의 보강재가 배치되지 않은 경우에도 마찬가지로 사각방향으로 충분한 보강재를 배치한다.

(3) 흙쌓기 양측에 보강토를 이용할 경우, 보강재에 의하여 보강된 양쪽 영역의 중간에 보강되지

않은 흙쌓기가 남는 일이 있다. 이 부분이 전체의 안정에 어떠한 영향을 미치는가는 명확하

지 않으나 지진 시 등에는 이 부분이 먼저 파괴된다고 생각된다. 그 때문에 보강재가 부설되

제8-7편 옹벽

789

어 있지 않은 영역은 플라스틱 망 등의 보강재(일반 흙쌓기의 층두께 관리재와 동일한 것)를

포설한다.

흙쌓기 전체 폭이 넓은 경우에도 보강재를 부설하여 두면 내진 강도의 향상에 도움이 되나

지나치게 비경제적이면 처리하지 않아도 좋다. 흙쌓기 폭이 좁은 경우에는 양측의 보강재가

겹치게 된다. 이 경우 보강재를 일정치 이상 겹치면 일체의 보강토로 간주되므로 망은 불필

요하다. 위에 기술한 보강재의 개략 길이 및 보강재와 망의 개략 길이를 구하기 위해서는

많은 실증 연구가 필요하므로, 우선 보강재의 수직 간격 Sv와 수평방향 간격 Sb 중 큰 값을

최소 보강재 길이로 고려한다.

(4) 보강토 내나 하부에 박스형 암거 또는 관거 등이 있으면, 지반에 미치는 하중 강도가 일반부

와 달라지므로 부등침하를 일으키기 쉽다. 전면판에 과대한 변형을 주지 않기 위해 종방향

이음을 설치하는 것이 필요하게 된다.

(5) 보강토 선단부 부근에 교대와 같이 각종 구조물이 설치되는 경우, 보강토에 큰 연직력, 수평

력이 작용하므로 주의가 필요하다. 또한, 전면판에 구조물이 직접 접촉하면 과대한 응력이

전면판에 발생하므로 가능한 한 접촉을 피해야 한다. 부득이 접촉할 경우에는 전면판의 보강

등에 대하여 검토를 하고, 필요한 조치를 취해야 한다.

<그림 8.10> 그리드 정착 길이의 검토