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 8-8 편 가설 구조물

 

제8-8 가설 구조물

793

1.1 적용범위

이 편은 교량하부공, 옹벽공, 암거공 등의 시공에 사용하는 표준적인 흙막이, 물막이, 가설교량 등의

가설구조물의 설계에 적용한다.

이 편은 가설구조물 중 사용빈도가 높은 것에 대해서 설계방법을 제시한 것으로, 교량하부공

· 옹벽공 · 암거공 등의 시공에 사용하는 가설구조물의 설계에 적용하는 것이다.

가설구조물에 대한 지반조건, 시공조건은 매우 다양하며, 공사의 목적 · 시공하는 구조물의

종류 · 규모 · 중요도 등도 가지각색이다. 이 편에서는 계획 · 조사 · 설계상의 표준적인 경우

를 나타낸 것으로, 실제 적용에 있어서는 이러한 주의사항을 충분히 고려해서 설계하는 것이

바람직하다.

이 편에서 말하는 표준적인 흙막이 · 물막이 · 가설교량 · 지수벽은 일반적인 구조물로서, 흙

막이 · 물막이에서는 굴착깊이 또는 수면에서의 깊이로 10 m 정도까지, 가설교량에서는 수

심이 10 m 정도까지, 지수벽에서는 높이 8 m 이하를 말한다.

표준적인 흙막이, 물막이 범위를 위와 같이 정한 것은 종래의 설계 예에 따른 것이지만 안정

수(stability number)를 고려할 때 타당한 값이라 생각된다.

또 이 범위를 넘는 규모의 것, 토질조건이 아래의 규정과 현저히 다른 경우, 또는 2차적 재해

에 의한 영향이 매우 크다고 생각되는 조건에서 시공되는 경우에는 별도 검토하기로 한다.

이 요령에 정해져 있지 않은 사항에 대해서는 관련 지침을 참조한다.

1. 일반사항

제2권 교량

794

1.2 용어 정의

이 기준에서 다루는 흙막이, 물막이, 가설교량 등은 아래와 같이 정의한다.

(1) 버팀보방식 H말뚝 흙막이

육상부에서 H형강을 소정의 간격으로 타입하거나 보링 구멍에 타입하고 말뚝 사이에 흙막이판을

집어 넣어 흙막이용 구체를 만들어, 주로 토압에 저항시키는 가설구조물을 말하며 이 공법을 버팀

보방식 H말뚝 흙막이공법이라 한다.

(2) 강널말뚝 방식 흙막이

육상부에서 강널말뚝을 타입하여 주로 토압, 수압에 저항하는 가설구조물을 말하며 이 공법을 강

널말뚝방식 흙막이공법이라 한다.

(3) 물막이

수중부에서 강널말뚝을 타입하여 주로 수압에 저항시키는 가설구조물을 말하며, 이 공법을 물막이

공법이라 한다. 물막이 중 강널말뚝이 1열인 것을 단일물막이, 강널말뚝을 이중으로 해서 그 사이

에 토사를 채워 넣고, 내측 강널말뚝에 버팀보, 띠장을 설치하는 것을 이중물막이라 한다.

(4) 가설교량

임시교량, 공사용 차량을 통행시키는 공사 전용의 가설교량 및 물막이 내의 작업대를 말한다.

(5) 축도

하천 및 항만에서 지표면이 수면보다 아래에 있는 경우에 케이슨기초를 시공하기 위한 케이슨의

고정지반으로서 수면 위까지 강널말뚝 등에 의하여 울타리를 만들고 내부에 토사를 쌓아 조성하

는 가설 인공섬을 말한다.

(6) 케이슨 지수벽

케이슨에서 상부판, 교대 및 교각 구체를 구축하기 위해 강널말뚝 또는 콘크리트를 사용하여 주로

수압 및 토압에 대하여 저항하는 가벽을 말한다.

일반적으로 흙막이에는 육상에서 토압에 저항시키는 흙막이와 수중에서 수압 및 토압에 저항

시키는 물막이가 있지만 이 기준은 육상부에서 사용하는 흙막이를 사용재료와 외력에 의하여

버팀보방식 H말뚝 흙막이와 널말뚝방식 흙막이의 2가지로 분류했다.

버팀보방식 H말뚝 흙막이는 주로 H형강을 타입하거나 오거보링으로 근입하고 말뚝 사이에

흙막이판을 넣어 토압에 저항시키는 것이고, 널말뚝방식 흙막이는 강널말뚝을 타입하여 토압

· 수압에 저항시키는 가설구조물이다.

가설교량은 공사용 차량이 통행하는 것이 대부분이며, 물막이 내의 작업대도 가설교량으로

정의하기 로 한다.

케이슨의 지수벽은 일반적으로 강널말뚝이 사용되고 있지만 높이가 낮은 경우 콘크리트가

사용되는 경우도 있다.

제8-8 가설 구조물

795

ⓐ 커버플레이트 ① 복공받침보

ⓑ 브라킷 ② 띠장

ⓒ 버팀보 보강재 ③ 버팀보

ⓓ U형 볼트 ④ 받침보

ⓔ 우각부 연결재 ⑤ 경사보강재

ⓕ 경사보강 연결재 ⑥ 수평이음재

ⓖ 뒤채움 보강 ⑦ 연직이음재

ⓗ 복공받침보 보강 ⑧ 가새(브레이싱)

<그림 1.1> 버팀보방식 H말뚝 흙막이 명칭

① 강널말뚝

② 띠장

③ 버팀보

④ 중간말뚝

⑤ 경사보강재

⑥ 경사보강 연결재

⑦ 우각부 연결재

<그림 1.2> 강널말뚝방식 흙막이, 단일물막이 공법 명칭

제2권 교량

796

① 외측 강널말뚝

② 굴착측 강널말뚝

③ 타이로드

④ 타이로드 연결용 띠장

⑤ 너트

⑥ 와셔

⑦ 띠장

⑧ 경사보강재

⑨ 경사보강 연결재

⑩ 우각부 연결재

<그림 1.3> 이중물막이 공법의 명칭

① 강재복공판

② 복공받침보

③ 받침보

④ 가설교량말뚝

⑤ 가새(브레이싱)

⑥ 난간

<그림 1.4> 가설교량의 명칭

제8-8 가설 구조물

797

1.4 참고기준

1.4.1 관련기준

? KS F 4604 열간압연 강널말뚝

? KDS 11 60 00 : 2018 앵커 설계기준

? KDS 21 10 00 : 2018 가설시설물 설계 일반사항

? KDS 21 30 00 : 2018 가설흙막이 설계기준

? KDS 21 45 00 : 2018 가설교량 및 노면복공 설계기준

? KDS 21 50 00 : 2018 거푸집 및 동바리 설계기준

? KDS 21 60 00 : 2018 비계 및 안전시설물 설계기준

? KDS 24 14 20 : 2016 콘크리트교 설계기준(극한강도설계법)

? KDS 24 14 50 : 2016 교량 하부구조 설계기준(일반설계법)

1.4.2 설계방침

(해당 내용 없음)

1.5 설계 하중

1.5.1 하중의 종류

가설구조물은 아래의 하중을 고려하여 설계한다.

(1) 고정하중 (2) 활하중

(3) 충 격 (4) 토 압

(5) 수 압 (6) 온도변화의 영향

가설구조물을 설계할 때 고려해야 할 하중을 열거한 것으로서 가설구조물의 종류에 따라서

사용하는 하중은 표 1.1과 같다.

제2권 교량

798

<표 1.1> 가설구조물의 사용하중

1.고정하중 2. 활하중 3. 충 격 4. 토 압 5. 수 압

6. 온도

변화의 영향

버팀보

방 식

H말뚝

흙막이

말 뚝

근입길이 ○ ○ ○ ○ - -

단 면 ○ ○ ○ ○ - -

중 간

말 뚝

근입길이 ○ ○ ○ - - -

단 면 ○ ○ ○ - - -

버팀보 · 띠장 - - - ○ - ○

널말뚝

방 식

흙막이

널말뚝

근입길이 - ○ ○ ○ ○ -

단 면 - ○ ○ ○ ○ -

중 간

말 뚝

근입길이 ○ ○ ○ - - -

단 면 ○ ○ ○ - - -

버팀보 · 띠장 - - - ○ ○ ○

물막이

널말뚝

근입길이 - - - ○ ○ -

단 면 - - - ○ ○ -

버팀보 · 띠장 - - - ○ ○ ○

축 도

널말뚝

근입길이 ○ - - ○ ○ -

단 면 ○ - - ○ ○ -

버팀보 · 띠장 - - - ○ ○ ○

가 교 ○ ○ ○ - - -

케 이 슨 지 수 벽 - - - ○ ○ -

물막이, 축도, 가설교량의 경우에는 표 1.1에 제시한 하중 외에도 파압, 유수압, 선박충돌하

중을 설치장소에 따라서 고려해야 한다.

또 지진력에 대해서는 가설구조물이 구조물 본체의 공용연수에 비해서 가설기간이 극히 짧

고, 종래 고려된 예도 없으므로 고려하지 않기로 한다.

제8-8 가설 구조물

799

1.5.2 고정하중

고정하중의 산출에는 표 1.2와 같은 단위중량을 사용하여도 좋다. 단, 실중량이 분명한 경우는 그 값

을 사용하기로 한다.

<표 1.2> 재료의 단위중량(kN/m3)

재 료 단위 중량 재 료 단위 중량

강, 주강, 단강

주철

알루미늄

철근콘크리트

프리스트레스트 콘크리트

77.0

71.0

27.5

24.5

24.5

콘크리트

시멘트 모르타르

목재

역청재(방수용)

아스팔트 콘크리트 포장

23.0

21.0

8.0

11.0

22.5

재료의 단위중량은 각각 다르고 설계 시 큰 영향이 있으므로 가능한 한 실하중을 분명히

하는 것이 바람직하지만 정하기 어려우므로, 대강의 표준을 제시하는 의미에서 KDS 24 12

20 (4.1.2 영구하중)이 표 4.1-1재료 단위체적중량에서 제시하는 값을 적용하였다.

1.5.3 활하중

가설교량에 작용하는 설계차량하중은 표준트럭하중(DB하중) 또는 차로하중(DL하중), 보도 등의 등분

포하중을 재하한다. 이 경우의 재하방법은 원칙적으로 다음 그림과 같이 재하한다.

또 가설용 중기, 재하하중(들어올리는 하중) 등이 자동차 하중에 의하여 정하여진 하중을 넘을 경우에

는 실제 하중으로 한다.

(1) 자동차 주행방향에 직각인 경우의 재하

교량등급 하중등급

중량

W(kN)

총하중

1.8W(kN)

전륜하중

0.1W(kN)

후륜하중

0.4W(kN)

1등교

2등교

3등교

DB-24

DB-18

DB-13.5

240

180

135

432

324

243

24

18

13.5

96

72

54

제2권 교량

800

활하중으로 KDS 21 45 00 (1.6.3 설계차량하중)을 사용한다. 자동차 주행방향에 평행하

게 복공받침보가 놓여 있을 경우를 도시하면 다음 그림 1.7과 같이 된다.

복공받침보

<그림 1.7> 복공받침보에 작용하는 활하중

<그림 1.5> 활하중 재하방법(주행 직각방향)

(2) 자동차 주행방향에 평행한 경우

<그림 1.6> 활하중 재하방법(주행방향)

제8-8 가설 구조물

801

따라서 위 그림에서 복공받침보 A에 작용하는 자동차 하중은 다음과 같다.

Pr에 의하여 보 A가 받는 하중

RA = Pr(1 + y1 + y2)

Pf에 의하여 보 A가 받는 하중

RA = Pf(1 + y1 + y2)

활하중으로서 자동차 하중 외에 가설용 중기가 있다. 이들 가설용 중기에 대해서는 시공장

소나 방법에 따라 시공계획의 시점에서 충분히 검토해야 한다.

가설교량 위에서 크레인 작업이 이루어질 경우 아래 내용을 검토해야 한다.

1) 유압 크레인 작업 시 아웃트리거 편심하중 편심측 70%, 반대측 30%를 적용한다.

2) 크롤러 크레인 작업 시 편심 괘도 바퀴에 85%, 반대측 15%를 적용한다.

1.5.4 충격

활하중에 의한 충격을 고려하여 충격계수는 지간에 관계없이 0.3으로 한다. 단, 복공판의 충격계수는

0.4를 적용한다.

활하중에서는 충격을 고려해야 하는데 충격계수는 지간장에 관계없이 0.3으로 한다. ?KDS

21 45 00 가설교량 및 노면복공 설계기준(1.6.4 충격하중)에서 충격계수의 값 i = 15/(40+

ℓ)에서 지간을 ℓ = 6 ~ 12 m로 하면 i = 0.29 ~ 0.33이 된다. i = 0.3으로 할 경우와 i =

0.29 ~ 0.33으로 하는 경우의 차이는 모멘트로 약 2~4%로서 그다지 영향을 주지 않는다.

1.5.5 재하하중

재하하중으로서 10 kN/m2을 재하한다.

버팀보방식 H말뚝 흙막이공, 강널말뚝방식 흙막이공 등의 가설구조물에 대해서는 재하하중

으로서 10 kN/m2을 고려하기로 한다.

제2권 교량

802

1.5.6 토압

(1) 흙막이 벽체의 근입깊이와 자립식 널말뚝의 단면을 결정할 경우에는 RankineResal

토압을 사

용한다. RankineResal의

토압은 다음 식으로 주어진다.

Pa = (q + γh) tan2 (45˚- ?/2) - 2Ctan(45˚- ?/2) (1.1)

Pp = (q +γh) tan2 (45˚+ ?/2) + 2Ctan(45˚+ ?/2) (1.2)

여기서, Pa : 주동토압강도(kN/m2) ? : 흙의 내부마찰각(도)

q : 도로상의 공사인 경우 Pp : 수동토압강도(kN/m2)

재하하중(10kN/m2) h : 지표면에서의 깊이(m)

γ : 흙의 단위체적 중량(kN/m3) C : 흙의 점착력(kN/m2)

(2) 흙막이 말뚝, 버팀보, 띠장의 단면계산에는 그림 1.8(a), (b)에 제시하는 토압을 사용한다.

(a) 사질지반 토압분포 (b) 점성지반 토압분포

γ: 흙의 단위체적 중량 a, b, c : 표 1.3과 같다.

<그림 1.8> 토압 분포

<표 1.3> a, b, c 값

5.0 m ≤ H a = 1

5.0 m ＞ H ＞ 3.0 m a = 1/4(H-1)

b c

사질토 점성토

2

N ＞ 5 4

N ≤ 5 6

주) N : 점성지반의 평균 N값

흙막이 벽체의 단면결정을 위한 토압도는 그림 1.8 이외의 여러 가지가 방법이 있으므로 현장여건에

맞는 토압을 선정하여 적용할 수 있다.

제8-8 가설 구조물

803

KA = Tan2(45 - φ/2) KA = 1 - (4SU) / (γH) (SU : 비배수전단강도)

(a) 모래지반 (b) 연약 또는 중간정도의 단단한 점성지반 (c) 단단한 점성지반

<그림 1.9> Peck(1969)의 수정토압분포도

(a) 모래지반 (b) 연약 또는 중간정도의 단단한 점성지반 (c) 단단한 점성지반

<그림 1.10> Tschebotarioff의 토압분포도

(a) 모래지반 (b) 연약한 점성지반 (c) 단단한 점성지반

<그림 1.11> 일본토목학회의 토압 분포도

제2권 교량

804

흙막이말뚝, 버팀보, 띠장의 단면계산에 사용하는 토압은 종래 사용되고 있는 Terzaghi

Peck이나 Tschebotarioff의 토압으로 버팀보 반력의 측정결과를 정리하여서 얻은 것이다.

여기서 규정된 토압은 많은 측정결과에서 최대치를 포함시켜 결정한 것이다. 이 자료는 점

토지반 28개 현장, 34개 자료, 사질지반 16개 현장, 32개 자료로서 굴착깊이가 수 m ~ 수

십 m의 널말뚝 또는 H말뚝에 의한 흙막이벽에서의 측정결과이고, 매우 취약하거나 특이한

지반은 아니며, 수압도 분리되어 있지 않은 것이다. 이러한 토압 실측결과를 정리 검토한

것을 그림 1.12 ~ 그림 1.14에 제시하였다. 단 이 토압에서 기초가 된 토압 실측 예는 어디

까지나 표준적인 지반, 굴착깊이, 시공법에 대한 것이므로 실제의 적용에 다음과 같은 주의

가 필요하다.

(가) 흙이 과도하게 교란된 상태에서는 토압이 매우 커지므로 뒤채움 토사, 매립토 또는 시

공 중 교란된다고 생각되는 경우는 별도 고려한다.

(나) 점성토와 사질토가 층을 이루고 있는 경우는 각 층을 사질토, 점성토(N ＞ 5, N ≤ 5)의

3종류로 구별하여 각 층 두께의 합계가 제일 큰 것을 이 지반에서의 흙의 종류로 하여

설계 토압을 구한다.

(다) 지반의 평균 단위체적 중량은 지표면에서 가상지지점까지의 사이에서 각 층을 고려하

여 그림 1.15와 같이 구한다.

(라) 재하하중이 있는 경우의 토압은 최상층 흙의 단위체적 중량 또는 (다)에서 구한 평균단

위체적 중량(γ)에서 q/γ(m) 또는 q γ(m)의 환산 토층두께를 구하여 그림 1.16과 같이

적용하기로 한다.

또 근접구조물이 있고 지표면 상의 변위에 제한이 있는 경우에는 버팀보에 축력을 도입해서

억제할 수 있다. 이 경우 토압은 정지토압에 가깝게 된다.

또 연약한 점토지반을 굴착하는 경우는 안정수(stability number), 예민비, 연약층의 두께

등을 고려해야 하므로 이러한 경우 별도로 토압의 크기에 대해서 추정할 필요가 있다.

그러나 여기서 규정한 토압은 흙막이공법에 대해서 규정한 것이므로 케이슨 지수벽의 설계

에 사용하는 토압은 ?8. 케이슨 지수벽의 설계?에서 규정한 토압을 사용하기로 한다.

제8-8 가설 구조물

805

<그림 1.12> 버팀보 반력 실측치에서 구한 토압분포(사질지반)

제2권 교량

806

<그림 1.13> 버팀보 반력 실측치에서 구한 토압분포(점성지반 N??5)

제8-8 가설 구조물

807

<그림 1.14> 버팀보 반력 실측치에서 구한 토압분포(점성지반 N>5)

평균 단위체적 중량

       

   ′  ′  (1.3)

제2권 교량

808

<그림 1.15> 지반의 평균단위 중량

(a) 사질지반토압 (b) 점성지반토압

<그림 1.16> 재하하중이 있는 경우의 토압

1.5.7 수압

강널말뚝에 작용하는 수압은 삼각형분포로 한다.

설계수위는 육상에서는 지하수위로 하고 수중에서는 과거의 수위를 조사하여 결정하기로 한다.

강널말뚝에 작용하는 수압을 삼각형분포로 한 것은 그림 1.17에서와 같이 강널말뚝 선단에

서 굴착측의 수압과 원지반측의 수압이 같다는 가정에서 강널말뚝에 작용하는 수압 △ABC

에서 △OEB를 뺀 △ABD로 한 것이다. 작용수압은 토질조건, 수심 등에 의하여 여러 가지

로 고려할 수 있지만 계산의 편의를 고려해서 이렇게 정했다.

그러나 토질조건에 의하여 이와 같은 방법이 적당하지 않다고 생각되는 경우 별도 검토하기

로 한다.

제8-8 가설 구조물

809

설계수위

강널말뚝

굴착저면

평형깊이

굴착측 원지반측

<그림 1.17> 강널말뚝에 작용하는 수압분포

1.5.8 유수압

유수압은 유수방향에 대한 물막이 등의 수직 투영면적에 작용하는 수평 동하중으로 하고 크기는 다음

과 같이 한다. 또 작용점은 하상에서 0.6H로 한다.

P = 10?K?V2?A (1.4)

여기서, P : 유수압(kN)

K : 형상에 따라서 정하는 계수(표 1.4)

V : 최대유속(m/sec)

A : 가설구조물의 수직투영면적(m2)

H : 수심(m)

<표 1.4> 형상계수

교각의 유수방향 및 단부의 형상 계수

0.07

0.04

0.02

유송잡물이 집적되는 교각 0.07

제2권 교량

810

1.5.9 온도변화의 영향

온도 변화의 영향은 버팀보방식 H말뚝 흙막이, 널말뚝방식 흙막이의 버팀보에 대해서 고려하고, 축력

으로서 120 kN이 작용하는 것으로 설계한다.

일본 田喜久雄(?연약지반에서 깊은 오픈커트의 버팀보 하중에 대해서? 제6회 토질공학연구발

표회)의 연구에 의하면 기온 1℃ 상승에 대한 버팀보 반력의 증가는 11 ~ 12.5 kN 정도로

하고 있다. 여름과 겨울의 연간 기온차에 의한 축력의 변화는 흙의 크리프에 의해서 소거된

다고 생각된다. 여름과 겨울의 1일 온도차를 10℃ 정도라 한다면 축력의 증가량은 약 120

kN 정도가 된다. 따라서 온도변화의 영향에 의한 버팀보에는 120 kN의 축력이 작용하는

 

것으로서 설계하기로 한다.