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

849

5.1 일반사항

설계에서는 강널말뚝을 사용하는 특수성, 설계의 기초가 되는 자료의 정확도를 고려하여 안전하고 경

제적으로 되도록 해야 한다.

일반구조물의 설계와 마찬가지로 안전하고 경제적으로 설계하는 것은 물론 강널말뚝을 사용

하는 장소의 특수성을 충분히 고려하여 시공이 용이한 신뢰성 있는 설계를 해야 한다.

강널말뚝 사용 시 점성토 지반의 경우 부풀음의 문제, 사질토 지반의 경우 파이핑이나 보일

링의 문제, 양압력에 의한 저부파괴의 문제에 대해서 특히 주의하면서 설계해야 한다.

또 강널말뚝에는 연직하중을 지지시키지 않는 것을 원칙으로 한다. 그림 5.1에 설계계산 흐

름도를 나타낸다.

5.2 재 료

5.2.1 주요부재

사용재료는 설계계산에 일치하는 재질과 치수로 현저한 손상이 없고, 구입이 용이한 것으로 선택, 사

용한다.

버팀보, 띠장의 최소단면은 H - 300 × 300으로 하고 띠장의 이음간격은 6 m 이상을 원칙으로 한다.

강널말뚝은 일반적으로 Ⅱ형에서 Ⅴ형까지 사용되고 있지만 토압, 수압 등이 불명확하여 생

각하지 않은 하중이 작용하고 흙막이 및 물막이 전체에 변화를 초래할 수 있으므로 응력상

단면에 여유가 있어도 Ⅲ형 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

단 흙막이공 굴착깊이가 2 ~ 3 m 정도인 경우는 이에 따르지 않아도 좋다. 버팀보, 띠장에

대해서는 강널말뚝과 같은 관점에서 최소단면을 규정했다.

5. 강널말뚝방식 흙막이공 및

단일물막이공의 설계

제2권 교량

850

5.2.2 강널말뚝의 이음

(1) 강널말뚝은 원칙적으로 일체로 된 것을 사용한다.

(2) 부득이 현장이음을 하는 경우 아래에 따르는 것을 원칙으로 한다.

(가) 이음위치는 가능한 한 응력이 큰 곳을 피하고 이음이 동일 장소에 집중하지 않도록 하고, 인

접 널말뚝 이음과는 상하 1 m 이상 떨어지게 지그재그로 만든다.

(나) 이음공법으로서 현장용접을 하는 경우는 맞댐용접과 필릿용접을 병용한다.

(다) 이음공법으로서 볼트 접합공법을 사용하는 경우 용접과 병용하여서는 안 된다.

제8-8 가설 구조물

851

기초구조물의 형상, 치수, 위치

및 굴착깊이, 공법의 결정

NO

YES

시 작

토질상수의 결정

강널말뚝단면의 가정

강널말뚝 강성의 가정

(60%, 80%)

최하단 버팀보 위치 가정

굴착저면 : 최종굴착면을 고려

가상지지점의 계산

가상지지점의 결정

가상지지점계산시의

평형깊이(ℓ₁′)

근입길이 ℓ₁= 1.2ℓi

가상지지점의

위치가 굴착저면 보다

5 m 이내인가

ℓ₁≥ 3m

YES

NO

YES

NO

가상지지점을 굴착저면

5 m로 한다.

ℓ₁= 3m

최하단 버팀보

위치 변경

최하단 보다 1단위

버팀보 위치의 가정

굴착저면 : 최하단

버팀보에서 1 m 밑

가정한

굴착저면 : 최종굴착면

보다 얕은가

C

1단위 버팀보

위치 변경 B

A

Rankine-Resal

토압 수압

(계속)

제2권 교량

852

최하단(또는 1단위) 버팀보와

가상지지점을 지점으로 한

단순보로 생각

최하단과

동 조건으로 1단위

버팀보에 대해 계산

하였는가

평형길이ℓ₁′를 계산대상으로 한다.

휨모멘트 M′(M′′)계산

최종굴착상태

최상단 버팀보 위치 가정

최상단 버팀보를 지점으로 하여

가상지지점 깊이의 1/2을 탄성

지점 한 단순보로 생각

주동토압과 수압은

장방형분포로 한다.

강널말뚝변위의 계산

허용변위

내에 있는가

최하단 버팀보에 구하는 휨 모멘트

M′과 1단위 버팀보 M′′중 큰 쪽 을

취하여 설계 모멘트 M으로 한다.

굴착저면 하에서

단면결정 토압

수압을 고려하여

Rankine-Resal

수동토압을 뺀다.

A

L

K

YES

NO

(계속)

강널말뚝 단면계산

D

제8-8 가설 구조물

853

F

YES

E

G

J I

B C

D

B

D

C

K

YES

YES

YES

NO

NO

NO

NO NO

NO

NO

YES

YES

YES

YES

YES

NO

NO NO

YES

(계속)

강널말뚝

단면이 허용응력

이내인가

강널말뚝

단면에 응력의 여유

가 있는가

강널말뚝변위

를 위한 단면변경(up)

을 하였는가

강널말뚝

단면변경(down)

가능한가

M=M′

최하단

버팀보 위치변경이

가능한가(up)

최하단

버팀보 위치변경이

가능한가(down)

1단위 버팀보

위치변경이 가능한가

(down)

1단위 버팀보

위치변경(up)이

가능한가

M = M′

최종굴착저면까지 고려

버팀보 수평간격결정

버팀보(띠장) 단면가정

버팀보(띠장) 계산

최하단 버팀보 위치에 대한 계산

단면결정용토압수압

강널말뚝단면 down

강널말뚝단면 up

강널말뚝단면적당

제2권 교량

854

버팀보(띠장)

단면허용응력

이내인가

버팀보(띠장)

단면에 여유가

있는가

단면변경(down)이

가능한가

버팀보

수평간격변경(확대)이

가능한가

버팀보

위치변경이

가능한가

버팀보와 같은

높이의 띠장의 계산을

하였는가

1단위 버팀보

위치에서 계산

하였는가

하2단

이외 버팀보 위치에서

계산하였는가

강널말뚝단면

설계모멘트M에서 큰

휨 모멘트가

있는가

버팀보

수평간격변경(축소)이

가능한가

버팀보(띠장)

단면변경(up)이

가능한가

최하단

버팀보 위치에 대한

계산인가

1단위

버팀보 위치에 대한

계산인가

버팀보(띠장)단면 down

버팀보 수평간격(확대)

버팀보(띠장)단면적당

하2단 이외 버팀보 단수 위치 변경 1단위 버팀보 위치에서의 계산

하2단 이외 버팀보 단수 위치 가정

버팀보 수평간격축소

버팀보(띠장) 단면 up

J

H

I

G

H

C

F

E

F

E

NO

YES

YES

NO

NO

YES

YES

YES

YES

NO

NO

NO

NO

NO

NO

NO

YES

YES

NO

NO

YES

YES

YES

YES

YES

NO

B

(계속)

제8-8 가설 구조물

855

L

L′≥1.8h

h : 최종굴착깊이

L′을 50㎝ 단위로 반올림하여

사용길이 L 결정

YES

NO

NO

NO

NO

YES

YES

NO

YES

YES

YES

NO

YES

NO

L′= 1.8h

L₁ L₂ L₃중 최대의 것을

취하여 L′로 한다.

하부구조물의

기초말뚝이 선행시공되어

있는가

사질지반인가

최종굴착저면을 고려

최하단 버팀보 위치 또는 1단위 버팀보

위치에서 가상 지지점계산시의 널말뚝

전길이 중 큰 쪽을 취함

가능활동깊이 x?의 계산

x?의

가상지지점보다

깊다

Fs≥1.2

히빙 계산에 의한

근입길이

ℓ₃ = x? + 5m

히빙 계산에 의한

근입길이

ℓ₃=ℓ₁′

x? ≥ 5m

x?를 가상지지점

으로 한다.

M′의 계산

단면불변

히빙 계산에 의한

널말뚝 전 길이

L₃

보일링의 계산

보일링 계산에 의한

근입길이 ℓ₂

보일링 계산에 의한

널말뚝 전길이 ℓ₂

널말뚝단면의 변경

이음의 계산

중간말뚝의 계산

경사보강재의 계산

강널말뚝에

현장용접이음이

필요한가

강널말뚝단면은

적당한가

NO 끝

YES

<그림 5.1> 강널말뚝 흙막이공 및 단일물막이공의 설계계산 흐름도

제2권 교량

856

(1) 강널말뚝은 일반 강재에 비하여 용접성이 나쁘고 단면형상이 복잡하여 완전한 용접을 기대

할 수 없으므로 이음이 없는 것의 사용을 원칙으로 한다.

(2) 이음말뚝으로 강널말뚝을 설치해야 하는 경우가 있으므로 이 규정을 만들었다.

(가) 이음부의 응력을 가능한 한 작게 함과 동시에 약점을 분산하기 위한 규정이다.

(나) 현장용접부의 강도를 충분히 신뢰할 수 없을 때 단면강성을 높이기 위해 맞댐용접과 필

릿용접의 병용구조로 했다.

(다) 응력의 전달법이 전혀 다르므로 볼트접합과 용접은 병용하지 않도록 했다. 단, 응력의

전달은 볼트로 하고 지수의 목적만으로 용접을 병용하는 경우는 이에 따르지 않는다.

강널말뚝 이음의 예를 그림 5.2에 나타냈다.

5.2.3 강널말뚝의 단면계수

강널말뚝의 응력과 휨의 계산에 이용하는 단면계수는 폭 1m 당 전체 강성의 60%로 하는 것을 원칙

으로 한다.

단, 널말뚝 끝단부근에서 끝부분을 용접하거나 콘크리트로 머리부를 연결해서 고정한 것이나, 근입이

충분하고 토사의 구속을 기대할 수 있는 것은 위의 수치를 80% 정도 까지 올려도 좋다.

각 강널말뚝 간의 이음 강성에 대해서는 완전히 일체로 외력에 저항한다고 생각할 수도 있

지만 실험결과에 의하면 일체로 한 경우의 약 50 ~ 70%의 강성 밖에 없다는 보고가 있다.

그러나 이들 실험은 육상에서 단면 변형을 구속하지 않고 행한 것으로 실제 구조물에서는

토사의 영향 또는 녹 등에 의해서 강성이 약간 증가한다고 생각되므로 전 강성의 60%를

취하였다.

또, 각 강널말뚝 간의 엇갈림 방지책을 도입한 것과 근입이 충분하여 토사의 구속을 기대

할 수 있는 것 등은 전 강성치의 80% 정도까지 올려 사용할 수 있게 했다. 반대로 근입길

이가 짧은 것이나 수중에 있어 토사의 영향이 그다지 없는 것에 대해서는 60% 보다 더욱

작게 할 필요가 있다.

제8-8 가설 구조물

857

ℓ= 7m + 8 m

볼트 Φ28n=30개

지수가 목적

ℓ=7m+8 m교차

ℓ=7m+8 m교차

ℓ=3m+4 m 교차타입

볼트 Φ22n=36개

지수가 목적

<그림 5.2> 강널말뚝 이음의 예

제2권 교량

858

5.3 근입지반의 안정

5.3.1 보일링의 검토

포화 모래층의 투수성 지반에서는 아래의 두 가지 방법으로 검토하여 강널말뚝의 근입길이를 구한다.

현지반

과잉수압곡선

강널말뚝

굴착저면

굴착저면

하상저면

강널말뚝

(a)Terzaghi에 의한 보일링의 검토법 (b) 한계동수경사에 의한 보일링의 검토법

<그림 5.3> 보일링에 의한 검토법

d ≥ 

Fs

× 

′

H

(Terzaghi에 의한 방법) (5.1)

L = d1 + d2 (한계동수경사에 의한 방법) (5.2)

d1 = h + d2 = H + d2

여기서, γ' : 모래의 수중 단위체적중량

d1 : 그림 5.3의 값(자갈층은 제외한다)

d2 : 굴착저면에서의 근입길이

H : 수면에서 굴착저면까지 높이(수두차)

Fs : 안전율(1.5 이상)

L : 모래층의 두께(유선길이)

포화된 모래지반에서 강널말뚝 선단으로의 물의 유입은 일반적으로 두 가지 현상으로 나누

어 생각할 수 있다.

하나는 침투압에 의해서 지반파괴가 급격하게 일어나는 보일링 현상이고 또 하나는 물길이

생겨 서서히 침식되어 지반이 파괴되는 광의의 파이핑 현상이다. 식 5.1은 전자에 식 5.2는

후자에 이용하는 것으로 두 식을 만족하도록 강널말뚝의 근입길이를 정해야 한다.

보일링의 계산에는 물막이 내로 돌아 들어가는 과잉간극수압을 토사중량으로 누르는 방법과

제8-8 가설 구조물

859

동수경사와 한계동수경사를 비교해서 근입길이를 정하는 방법 두 가지를 생각할 수 있지만

여기서는 일반적으로 이용되고 있는 전자에 의한 방법을 기본으로 해서 식 5.1을 채용했다.

파이핑의 계산에는 크리프비를 고려하는 방법이 있다. 이것은 침투유선길이로서 현 지반의

근입효과(d1)를 물막이내의 근입길이(d2)와 합한 d1 + d2와 수두차(H)의 비를 고려하는 것

이다. 즉 물막이내의 근입길이(d2)외에 물막이 외측의 근입길이(d1)가 필요하다는 것을 나

타내고 있다. 보일링의 위험성이 있는 경우에는 강널말뚝의 근입길이를 길게 함으로서 유선

의 길이를 길게 하여 상향 침투력을 약하게 하고, 깊은 투수층까지 우물을 설치하고 지하수

를 퍼내어 지하수의 흐름을 바꾸거나 수압을 약하게 하는 것도 검토한다.

5.3.2 부풀음

점성토 지반에서는 물막이 내에 기초말뚝이 선 시공되는 경우를 제외하고 부풀음(heaving)에 대한 안

정계산을 시행함을 원칙으로 한다.

안정계산에서는 가능 활동깊이를 이용하여 계산하고 이것으로 강널말뚝의 근입길이 및 단면을 구한다.

물막이내에 기초말뚝이 선 시공된 경우에는 부풀음현상이 발생한 예가 없다. 이것은 기초말

뚝에 의한 효과라 생각되므로 부풀음의 계산을 생략하기로 했다. 단, 군말뚝의 영향으로 인

한 계산생략은 물막이에 평행하는 기초말뚝의 중심간격이 말뚝폭 5배 이내이며 순간적 5

m 이내인 경우에 한하기로 한다. 이 조건이 충족되지 않을 때는 부풀음에 대한 안정계산을

해야 한다.

부풀음의 계산에는 여러 방법이 있지만 부풀음이 발생하지 않기 위해서는 충분한 강성의

강널말뚝이 충분히 근입되어야 하고, 이를 위해서는 다음과 같은 검토 방법이 있다.

흙의 활동면 및 점착력에 의한 활동저항을 그림 5.4와 같이 취하고 우선 최소 안전율을 보

장하는 가능활동깊이 Xo를 구한다. Xo가 ?5.5.1 평형깊이 및 가상지지점 구하는 법?에서 구

한 가상지지점 보다 얕은 경우 또는 이보다 깊어도 X = Xo의 깊이에 안전을 Fs ≥ 1.2 일

때는 흙의 활동은 발생하지 않고 부풀음에 대해서는 안전하다고 생각한다. Xo가 가상지지

점 보다 깊고 안전율 Fs ＜ 1.2 일 때는 X = Xo인 점에 재차 가상지지점을 가정하고 ?5.5.4

강널말뚝의 단면계산? 및 ?5.5.5 강널말뚝 변위의 검토?로 다시 강널말뚝 단면 및 변위계산을

한다. 이때 Xo가 매우 큰 값이 되면 부풀음의 검토에 상당히 큰 단면이 필요하고 비경제적

인 것이 된다. 또 부풀음의 검토는 결국 토압에 대한 검토이고 토압에 대한 응력계산에서는

제2권 교량

860

?5.5.1 평형깊이 및 가상지지점 구하는 법?에서와 같이 가상지지점 깊이는 최대 5 m로 제한

하고 있음을 감안해서 Xo의 최대값을 5 m로 한다. 이 경우 Xo = 5 m 보다 깊은 곳에서 강

널말뚝단면은 안전을 보증할 수 없지만 ?5.5.5 강널말뚝 변위의 검토?에서 물막이 전체의

변위를 검토하고 있으므로 큰 부풀음은 생기지 않는다고 생각된다. 따라서 강널말뚝 단면은

Xo = 5 m 까지의 지간에 대하여 단면을 검토하고, 근입길이는 계산한 Xo에 5 m를 더한 것

으로 한다. 단 근입길이를 구하기 위한 Xo는 계산으로 구한 값을 그대로 사용하여 5 m 보다

크게 되어도 좋다. 가능활동깊이 Xo는 점착력이 깊이 방향으로 증가하는 것을 고려한 경우

에만 산출하므로 토질시험에 의해서 점착력을 깊이의 함수로 결정해야 한다.

굴착저면

<그림 5.4> 활동저항

그러나 토질시험에 의한 경우는 점성토에 모래층이 존재하는 등의 이유에서 점착력을 결정

하기 어려우므로 안전과 계산의 편의를 고려해서 c = 0.2z (z : 지표에서의 깊이)로 해서 계

산하면 다음과 같이 된다.

Xo = 0.5h, Fs =  h  q

h

(5.3)

여기서, h : 굴착깊이

일반적으로 c = az + b의 경우는

Xo  

a

ah  bh

(5.4)

Fs  h  q

h  ah  b   ah  abh  (5.5)

이다.

그림 5.5는 c = 0.2z의 경우 굴착깊이 h와 안전율 Fs의 관계를 나타낸 것이다. 파라메터로

제8-8 가설 구조물

861

되어 있는 γh + q의 값은 굴착저면 상에서의 하중강도에 상당하므로, 물막이의 경우 수심

이 있을 때는 수심에 의한 하중을 재하하중으로 간주하게 된다.

굴착깊이 h(m)

안전율 Fs

<그림 5.5> 굴착깊이와 부풀음의 안전율

부풀음 검토의 계산 순서는 다음과 같다(그림 5.6).

부풀음의 가능성이 있는 경우에는 다음과 같은 대책을 검토하면 좋다.

(가) 강성이 높은 흙막이벽을 부풀음의 우려가 없는 양질의 지반까지 설치해서 흙막이벽의

침하이동을 억제한다.

(나) 지중(地中) 깊은 연약지반을 개량해서 부풀음의 발생우려가 없는 크기의 전단내력을 기

대할 수 있는 지반으로 치환한다.

(다) 큰 평면을 한번에 굴착하지 않고 몇 개로 분할해서 시공한다. 또 트랜치커트 공법 등도

부풀음에 대해서 유효한 시공방법이다.

(라) 굴착위치 외주에 여유가 있는 경우에는 그림 5.7과 같이 주위지반을 깎아내고 부풀음

의 원인이 되는 흙막이벽 배면토의 하중을 줄여서 활동면에 작용하는 파괴 모멘트를

감소시킨다.

(마) 굴착위치에 근접해서 부풀음에 영향을 주는 구축물이 있는 경우에는 터파기 보강을 하

고 구축물의 하중을 양질의 지반에 직접 전달시켜 부풀음의 파괴모멘트에 영향을 주지

않게 한다.

제2권 교량

862

X0가 가상지점 보다도

깊거나 안전율 ≥ 1.2

Yes

? 강널말뚝 내 기초말뚝 선시공 ? 기초말뚝 중심간격이 말뚝폭의 5배 이내 또는 순간격 5 m 이내

점착력은 c = 0.2z 또는

c = az + b 형으로 가정

X0의 계산 및 X = X0인

경우 안전율의 계산

X0가 가상지점 보다도

깊거나 안전율 ＜ 1.2

X = X0로 가상지점을

놓고(단, 최대 5 m),

다시 단면계산, 변위

검토를 해서 입길이를

X0 + 5 m로 한다.

강널말뚝 강성 부족 시

단면증가 또는 버팀보

위치변경, 지중보를

설치한다.

히빙에 대해서 안전

No

<그림 5.6> 부풀음계산의 순서

깎아낸 부분

굴착저면

활동면

굴착저면

흙막이벽

활동면 양질지반

터파기보장

<그림 5.7> 부풀음에 대한 대책

제8-8 가설 구조물

863

5.3.3 양압력의 검토

점성토 아래 피압수를 갖는 모래층이 있는 경우에는 부풀음을 검토하고, 강널말뚝의 근입길이를 피압

수대 이하까지 연장하던가 배수공법에 의한 수압저하 등의 보조공법을 사용하도록 한다.

P ≥ h (5.6)

P≥γh

G.L

h 단위체적중량γ

수압 p

점성토

사질토

<그림 5.8> 양압력

피압수를 갖는 모래층이 굴착저면 부근에 있는 경우 피압수의 압력이 흙의 무게 보다 큰

경우에는 굴착저면이 부풀어 오르거나 강널말뚝 주위에서 피압수가 분출할 수 있으므로

주의가 필요하다. 이 경우에는 수압을 저하시키든가 체수층을 차단하는 등의 처리가 필요

하다.

5.4 자립식 강널말뚝공

자립식 강널말뚝공은 지반이 양호하여 변위가 미소하게 발생되는 경우에 적용한다.

또, 강널말뚝의 근입이 굴착깊이에 비해서 너무 길게 되는 경우에는 ?5.5 버팀보를 사용한 강널말뚝공?

과 비교 검토할 필요가 있다.

자립식 강널말뚝공은 강널말뚝을 지중에 타입하고 근입지반의 횡저항과 강널말뚝의 휨강성

만으로 토압 등의 횡하중을 견디게 하는 것으로 구조가 단순하고 시공도 간단하지만, 기타

흙막이공에 비해서 강널말뚝끝단의 변위가 커지므로 굴착배면의 지반 침하가 문제되는 경우

에 사용해서는 안 된다. 굴착깊이가 깊고 배면하중도 클 경우에는 강널말뚝의 근입길이가 너

무 길어져서 강널말뚝 단면도 큰 것이 필요하므로 자립식 강널말뚝은 통상 굴착깊이가 3 ~

5 m 정도의 소규모 굴착에 사용될 수 있다.

제2권 교량

864

소규모의 굴착에서도 지반이 연약한 경우에는 강널말뚝의 근입길이가 굴착깊이에 비하여 너

무 길어지므로 일단 버팀보가 있는 버팀보식 강널말뚝공과 비교할 필요가 있다. 단 시공조건

에 따라 버팀보를 설치할 수 없는 경우에는 어스 앵커공법 등을 고려한다.

5.4.1 평형깊이 구하는 법

강널말뚝의 임의점에 관하여 이보다 상향의 주동토압 및 잔류수압에 의한 모멘트와 수동토압에 의한

모멘트가 평형상태가 될 때의 굴착저면 이하의 깊이를 평형깊이라 한다.

(가) 토압은 RankineResal의

토압을 사용한다.

(나) Pa × Ya + Pw × Yw = Pp × Yp에서 평형깊이를 구한다.

강널말뚝 전길이를 0.5 ~ 1 m로 분할하여 각 분할점의 주동측 모멘트 Max 및 수동측

모멘트 Mpx를 구하여 이 차이가 Mx = Max - Mpx = 0이 되는 점을 평형깊이라 한다. 이

하 이 방법을 모멘트법이라 한다.

잔류

수압

평형깊이

수동토압

주동토압

<그림 5.9> 평형깊이 구하는 법

5.4.2 모멘트의 평형에 의한 강널말뚝의 근입길이

모멘트의 평형에 의한 강널말뚝의 근입길이는 평형깊이의 1.2배 또는 평형깊이에 2 m를 더한 길이

중 큰 값으로 한다. 단 근입길이의 최솟값은 굴착깊이(수중에서는 설계수위에서 굴착저면까지의 높이)

로 한다.

제8-8 가설 구조물

865

자립식 강널말뚝공에서 가장 문제가 되는 강널말뚝의 근입길이 계산법에는 다음 세가지 의

방법이 일반적으로 사용되고 있지만 여기서는 모멘트법을 사용했다.

(가) Chang의 방법

(나) 罔部 방법

(다) 모멘트법(간략법)

Chang의 방법은 지반을 탄성체로 해석하고 있지만 罔部의 방법 및 모멘트법에서는 지반의

극한평형상태를 고려하여 계산하고 있다. 모멘트법은 罔部의 방법을 간략화한 방법이고 罔

部의 방법은 모멘트와 수평력의 평형을 고려하고 있지만 모멘트법에서는 모멘트의 평형면

을 고려하고 있다.

즉 모멘트의 평형만으로 평형깊이 ℓo를 구하며 근입길이 L은

L = ???? 1.2ℓo (5.7)

???? ℓo + 2 m

중 큰 쪽의 값을 취하면 수평력의 균형도 유지된다고 사료된다.

주동토압에 및 잔류수압에 의

한 모멘트

수동토압에 의한 모멘트

Mpx=Pa · Yp

<그림 5.10> 강널말뚝의 휨모멘트

5.4.3 강널말뚝의 근입길이 결정

강널말뚝의 각 점에 관하여 이보다 상향 주동토압 및 잔류수압에 의한 모멘트와 수동토압에 의한 모

멘트의 차이를 각 점의 휨모멘트로 하여 강널말뚝 단면을 계산한다.

제2권 교량

866

5.4.4 강널말뚝의 단면계산

강널말뚝의 근입길이는 보일링, 부풀음, 양입력 및 모멘트의 평형을 검토해서 결정해야 한다.

?5.4.1 평형깊이 구하는 법?으로 구한 주동측 모멘트 Max와 수동측 모멘트 Mpx의 차이 Mx

= Max - Mpx를 강널말뚝에 생기는 모멘트로 한다.

5.5 버팀보를 사용한 강널말뚝공

5.5.1 평형깊이 및 가상지지점을 구하는 법

최하단 버팀보 및 1단 위의 버팀보의 한점에서 이보다 하향의 주동토압 및 수압에 의한 작용모멘트와

수동토압에 의한 저항모멘트가 평형상태로 될 때의 굴착저면 이하를 평형깊이로 하고 이때 수동토압

합력의 작용점을 가상지지점으로 한다. 단, 가상지지점의 최대깊이는 굴착저면에서 5 m로 한다.

PaYa = PpYp에서 평형깊이와 가상지지점을 구한다. Pa는 주동토압과 수압의 합력이다. 계

산은 최하단 버팀보 및 1단 위의 버팀보 두가지 경우에 대해서 계산해야 한다.

평형깊이에는 최대치의 규정이 없다. 따라서 가상지지점을 5 m로 하는 경우에도 평형깊이

는 계산에 의해서 구해야 한다. 왜냐하면 가상지지점은 강널말뚝 단면계산에 이용하고 평형

깊이는 근입길이의 계산에 이용하는 것이지만 근입길이에는 별도로 ?5.5.2 모멘트 평형에

의한 강널말뚝의 근입길이?에 의해서 최대치가 정해져 있기 때문이다.

굴착저면

수동토압

주동토압

평형깊이

수압

가상지지점

최하단(또는 1단위) 버팀보

<그림 5.11> 평형깊이 및 가상지지점 구하는 법

제8-8 가설 구조물

867

5.5.2 모멘트의 평형에 의한 강널말뚝의 근입길이

모멘트의 평형에 의한 강널말뚝 근입길이는 평형깊이의 1.2배로 한다. 단, 근입길이의 최소치는 3 m,

최대치는 굴착깊이(수중에서는 설계수위에서 굴착저면 까지의 높이)의 1.8배로 한다.

모멘트 평형에 의한 강널말뚝 근입길이는 ?5.5.1 평형깊이 및 가상지지점 구하는 법?에서

평형깊이를 구하는 두 가지 경우에 큰 값을 취한다.

최소근입길이를 규정한 것은 강널말뚝을 이용하는 곳이 일반적으로 연약지반으로 어느 정

도의 근입길이가 없으면 수동토압을 기대할 수 없다고 생각되기 때문이고, 이 값을 3 m로

한 것은 이제까지의 시공 예를 참고로 한 것이다. 근입길이의 최대치를 굴착깊이의 1.8배로

규정한 이유는 다음과 같다.

모멘트의 평형에 의해서 근입길이를 구하면 때로는 비상식적으로 긴 근입길이가 산출될 수

있다. 이것은 계산에 사용한 토압식(RankineResal)

을 극한평형상태로 가정했기 때문이

나 지중(地中) 깊은 곳에서는 이러한 상태에 이르는 큰 변위가 생기지 않는다고 생각된다.

따라서 RankineResal의

토압식은 비교적 벽의 변위가 크면서 얕은 곳에서 적용되어야

할 것이고 근입길이 산출의 결과로서 큰 근입길이가 산출되어도 이 값은 별로 의미가 없다

고 생각하는 것이 타당할 것이다. 여기서 규정한 계산방법은 적용범위에 한계가 있고 이

범위 외에는 별도의 관점에서 필요한 근입길이를 구해야 한다. 그러나 현 시점에서는 합리

적인 근입길이 산출방법이 이것 이외에 확립되어 있지 않으므로 근입길이의 최대치를 위와

같이 정한 것이다.

5.5.3 강널말뚝의 근입길이 결정

강널말뚝 근입길이는 보일링, 부풀음, 양압력 및 모멘트 평형을 검토해서 정해야 한다.

5.5.4 강널말뚝의 단면계산

강널말뚝 단면의 응력은 ?3.1.6 토압? 및 ?3.1.7 수압?의 하중분포를 이용하고 버팀보 위치와 가상지지

점을 지점으로 하는 단순보로서 계산한다.

제2권 교량

868

하중은 그림 5.12(a), (b)와 같이 주동측에는 단면결정을 위한 토압을 가상지지점 까지 작용

시키고 수압은 ?5.5.2 모멘트의 평형에 의한 강널말뚝의 근입길이?에서 계산한 모멘트의 평

형깊이에서 수압이 0이 되도록 적용시킨다. 수동측 토압은 RankineResal의

수동토압에

따르고 이들 하중에 대해서 주동측에서 수동측을 빼고 그림 5.12(b)의 단순보 AB에 작용시

킨다.

단, 부의 토압은 고려하지 않아도 좋다.

단면결정용토압

가상지지점

평형깊이

수압

수동토압

부의 토압은 고려하지 않는다.

굴착저면

B(가상지지점)

(버팀보) A

(a) (b)

<그림 5.12> 단면계산에 이용하는 토압 및 수압

강널말뚝 단면의 계산에서는 버팀보를 지점으로 한 연속보로 생각하는 방법과 지반을 탄성

체로서 생각하는 방법이 있는데 여기서는 계산의 간략화와 안전측을 고려하여 이 조항과

같이 정하였다.

이 계산은 ?5.5.1 평형깊이 및 가상지지점 구하는 법?에서 구한 두 가지 경우에 대해서 계산

하지만 이 외에 띠장 간격이 큰 곳에서는 응력을 검토할 필요가 있다. 이 경우에도 단순보로

서 계산하여도 좋다. 강널말뚝 단면은 이 조항의 규정에 따라서 정하는 것 외에 ?5.5.5 강널

말뚝 변위의 검토?에 의해서 정할 수도 있으므로 주의를 요한다.

5.5.5 강널말뚝 변위의 검토

강널말뚝의 변위는 흙막이공이나 물막이공 전체의 안전을 좌우하고 주변지반의 침하를 일으키므로 충

분히 검토해야 한다.

계산으로 구한 변위량은 300 mm 정도 이하 또는 강널말뚝 중심선에서 굴착깊이와 같은 거리 안에

들어 있는 가설구조물의 허용변위량을 초과해서는 안 된다.

변위량이 허용변위량을 넘는 경우에는 높은 강도를 갖는 강널말뚝을 사용하든가 굴착에 앞서 물막이

내에 지중보를 설치하든가 지반개량 등의 조치를 취해야 한다.

제8-8 가설 구조물

869

강널말뚝에서는 응력에 여유가 있어도 강널말뚝 전체의 변위를 어느 값 이하로 억제시키는

것은 강널말뚝 배면과 앞면의 지반파괴를 막는데 중요하다.

굴착저면 이하의 지반파괴를 방지하기 위해서는 고강도의 강널말뚝을 쓰든가 굴착에 앞서

지중보를 만들든가 지반개량을 하는 방법이 있다. 버팀보로 단면이 큰 것을 사용하거나 버

팀보의 간격을 작게 하거나 또는 버팀보에 초기하중(프리로드)을 주는 방법으로 완전하게

굴착면 이하의 강널말뚝 변위를 규제하는 것은 곤란하다. 변위량의 추정은 원칙적으로 다음

에 서술하는 간이법에 의하여 추정하기로 한다.

최상단 버팀보 위치를 지점으로 하고, ?5.5.1 평형깊이 및 가상지지점 구하는 법?에서 구한

가상지지점 깊이의 1/2 점을 탄성지점으로 한 단순보로 하고, 하중으로는 ?3.1.6 토압?에서

제시한 토압과 ?3.1.7 수압?에서 제시한 수압을 지간 ℓ전체에 재하시킨다. 단, 사다리형의

하중을 전하중이 등가인 장방형분포로 한다.

또 가상지지점을 나타내는 스프링정수 K(㎏f/m3)에 이 구간의 강널말뚝측 면적 A(그림

5.13에 있어서 폭 100 cm, 깊이 h1)를 곱한 값으로 한다.

즉, K = K · A(kgf/cm) (5.8)

최상단 버팀보 위치

등가인 장방형 분포

가상지지점 깊이의 1/2

가상지지점

최종 굴착저면

<그림 5.13> 스프링 정수의 계산방법

K값은 그림 5.14를 참고로 정한다.

이 간이법은 지반을 굴착하면 굴착벽면은 배면의 측압작용으로 전방으로 변위하고 띠장이

나 버팀보는 굴착의 진행에 따라서 변위한 벽면의 위치에 설치되므로 벽면은 그림 5.15와

같은 변형이 생긴다. 이것은 최종 굴착단계를 모델로 해서 생각한 것이다.

제2권 교량

870

버팀보

<그림 5.14> N값과 K값의 관계 <그림 5.15> 굴착벽면의 변형

최종 굴착단계를 모델로 해서 강널말뚝은 그림 5.16과 같이 최상단 버팀보 위치를 지점으

로 하고 굴착면 이하는 탄성체상의 버팀보로서 변형에 가까운 상태가 된다고 생각된다. 여

기서는 계산의 간략화를 위해 지반 스프링으로서 횡방향 k값을 지중의 강널말뚝측 면적을

곱한 값을 가상지지점의 1/2 깊이에서의 등가 스프링정수로서 이용하고, 단순보로서의 휨

에 의한 가상지지점의지지 이동변형을 고려하는 방법을 강널말뚝 변위 계산 시 검토모델로

한다. 즉, 그림 5.17과 같이 단순보 최대처짐 δ1에 이 최대처짐이 생기는 점에서의 가상지

점 변위의 영향 δ2 = ℓ'/ℓ · δ2'를 더한 양을 최대변위량으로 했다. 하중으로서는 단면결정

용 토압과 ?3.1.7 수압?에 제시한 수압을 지간 전 길이에 걸쳐서 재하하지만 일반적으로는

사다리형 분포에 가까운 상태가 된다. 여기서는 계산의 간략화를 고려하여 전체하중 P를

지간 ℓ에서 나눈 P/ℓ을 하중강도로 하는 장방형분포로 처짐을 구하여도 된다.

이 경우 ℓ'=ℓ/2, δ2 = δ2'/2 가 된다.

강널말뚝의 변위를 30 cm 정도로 규제한 것은 굴착깊이 10 m 정도, 지반조건으로서 C = 20

kN/m2의 연약점토인 경우에 지반이 파괴된다고 생각할 때 강널말뚝에 생기는 변위는 아

래에 제시하는 계산으로부터 약 30 cm 정도 예측되기 때문이다.

그림 5.18의 AB면의 변형율은

ε =y AB   ?

 y

 

y

지반의 파괴변형을 εf ≒ 3%로 하면

ε = εf에서 y = 10 · ε ≒ 10 × 0.03 = 0.3 m = 30 cm

제8-8 가설 구조물

871

지반탄성스프링

<그림 5.16> 강널말뚝의 해석모델 <그림 5.17> 최대변위

약

10m

최종 굴착저면

<그림 5.18> 변형율

5.5.6 버팀보, 띠장 철거 시의 검토

버팀보, 띠장 철거 시의 검토는 강널말뚝 지간이 굴착단계의 상태보다도 길 때 흙막이벽의 단면, 버팀

보, 띠장을 계산해야 한다.

되메우기의 시점에서 버팀보, 띠장의 철거는 설치의 역순으로 하는 것이 보통이다. 기초나

버림 콘크리트에서 버팀보를 철거하는 것이 일반적이므로 굴착 시 보다 안전측이라 할 수

있다. 그러나 강널말뚝의 지간이 굴착단계 상태보다도 길어질 때가 많으므로 이 때에는 흙

막이벽의 단면, 버팀보, 띠장을 계산할 필요가 있다. 또 가상지지점은 철거하는 버팀보의

위치나 다져진 뒤채움토사의 면보다 1 m 밑의 위치로 한다.

제2권 교량

872

5.6 중간말뚝

버팀보의 교점을 버팀보 좌굴구속점으로 설계하는 경우에는 중간말뚝을 설치하고 볼트 등으로 체결해

야 한다. 중간말뚝은 연직하중을 받는 말뚝과 겸용하지 않는 것을 원칙으로 한다.

버팀보 교점을 좌굴구속적으로서 설계하는 경우 이 교점은 움직이지 않아야 하므로 중간말뚝

과 체결시켰다. 버팀보 교점의 침하, 이동은 흙막이공이나 물막이공 전체를 파괴에 이르게

하므로 연직하중을 받는 말뚝과 겸용을 피하게 했다.

단, 지지층까지 타입된 것이나 근입길이가 충분하고 침하에 대해서 안전이 확보된 연직하중

을 받는 말뚝은 중간말뚝과 겸용하여도 좋지만 활하중에 의하여 가로흔들이가 버팀보에 악영

향을 주는 것에서는 버팀보나 중간말뚝에 가새(브레이싱)를 설치하거나 필요에 따라서 침하

방지책을 강구하면 겸용하여도 좋다. 연직하중을 받지 않는 중간말뚝의 근입길이는 이 말뚝

이 지지하는 버팀보의 자중과 각 단의 버팀보에 가하여지는 하중 총합의 1/50을 합계한 하

중이 이 말뚝에 작용하는 것으로 계산한다. 또 이 하중이 인발에 대해서 저항할 수 있는가

계산하도록 한다. 단, 근입길이는 굴착면 이하에 3 m 이상 관입시켜야 한다.

5.7 띠장 및 버팀보

5.7.1 띠장 및 버팀보의 간격

(1) 띠장의 수직간격은 3 m 정도로 하고, 흙막이말뚝 머리에서 1 m 이내에 제1단째의 띠장을 넣는

것을 원칙으로 한다. 단, 복공받침보가 있는 경우 이에 따르지 않는다.

(2) 버팀보 간격은 수평에서는 5 m 이하, 수직에서는 3 m 정도로 한다.

(3) 띠장의 이음간격은 6 m 이하로 한다.

띠장과 버팀보의 배치에 대해서는 앵커 프레임, 각주의 위치도 고려해서 결정한다.

5.7.2 띠장 및 버팀보에 작용하는 하중

띠장 및 버팀보에 작용하는 하중은 시공단계의 굴착상태에서 ?3.1.6 토압? 및 ?3.1.7 수압?을 이용하여

하방향 분담법에 의하여 구한다.

제8-8 가설 구조물

873

하방향 분담법이란 어떤 버팀보의 반력은 그 하방향 버팀보까지의 측압(토압, 수압)을 부담

한다는 것이다. 이 경우는 ?5.5.4 강널말뚝의 단면계산?과 같이 토압 및 수압의 분포는 가상

지지점 까지 생각할 필요가 없고 그림 5.19와 같이 굴착저면까지로 하여도 좋다.

그림 5.19에서 구하여지는 면적이 띠장에 가하여지는 하중(kN/m)이고, 이것에 버팀보 간

격을 곱한 결과가 버팀보 반력이 된다.

최종굴착저면

버팀보

강널말뚝

토압

수압

<그림 5.19> 하방향 분담법에 의한 토압, 수압을 취하는 방식

5.7.3 띠장의 계산

띠장을 ?5.7.2 띠장 및 버팀보에 작용하는 하중?에서 구한 반력을 하중으로 하고 버팀보를 지점으로

한 단순보로서 계산한다. 기초와 같이 굴착 평면형상이 장방형인 경우에 띠장은 버팀보를 겸하게 되

므로 압축력을 고려해야 한다.

?4.6.3 띠장의 계산? 해설참조

제2권 교량

874

5.7.4 버팀보의 계산

(1) 버팀보에 작용하는 축력은 ?5.7.2 띠장 및 버팀보에 작용하는 하중?에서 구한 단위길이 당 반력과

버팀보의 분담폭과의 곱으로서 구한다.

5.72에서 구한 반력 ω

경사보강재

버팀보

띠장

<그림 5.20> 버팀보에 작용하는 축력

(2) 버팀보는 연직방향 및 수평방향의 안정에 대해서 검토해야 한다.

(3) 버팀보에서는 축력뿐만 아니라 연직하중을 고려한다.

(4) 버팀보의 온도변화에 의한 축력의 증가는 120 kN으로 한다.

?4.6.4 버팀보의 계산? 해설참조

5.7.5 이음재

이음재 간격은 4 m 이내를 원칙으로 한다.

?4.6.5 이음재? 해설참조

5.7.6 경사보강재

(1) 강널말뚝 방식 흙막이공 및 단일 물막이공은 경사보강재를 설치하는 것을 원칙으로 한다.

(2) 중간부의 경사보강재는 필요에 따라 설계하기로 한다.

(3) 경사보강재는 그림 5.21과 같이 45?로 대칭으로 넣는 것을 원칙으로 한다.

(4) 경사보강재에 작용하는 축력은 다음 식에 의하여 계산한다.

N = 0.7(ℓ1+ℓ2) w (5.9)

여기서, ℓ1, ℓ2 : 띠장의 시간

제8-8 가설 구조물

875

?4,6,6 경사보강재? 해설 참조

5.8 강널말뚝의 구조물과의 간격

구축하는 구조물 측면과 강널말뚝 중심선과의 거리는 타입 오차 및 강널말뚝의 변형량을 고려한 후

결정하기로 한다.

강널말뚝을 사용하는 가설구조물에는 수압이 작용하므로 버팀보 연직간격이 좁아지게 된다.

이 때문에 기초 시공에 방해되는 띠장을 철거할 수 없는 경우가 많다. 여기서는 강널말뚝과

구조물과의 사이에 H-300×300 정도의 띠장을 설치할 수 있고 작업성, 띠장 철거 시 시공

공간을 고려하여 정하도록 한다. 일반적으로 띠장을 사용하는 경우 1 m 정도를 취하기로

한다.

거푸짐

강널말뚝 중심선

띠장 H- 300 × 300

1m

기초

<그림 5.22> 강널말뚝 중심선과 구조물 측면과의 거리

w : 띠장의 단위길이당 작용하는 하중

(a) 우각부 (b) 중간부

<그림 5.21> 경사보강재

(5) 경사보강재 설치부의 전단력은 반드시 검토해야 한다.

S = N/ (5.10)

(6) 경사보강재의 자중은 무시하여도 좋다.

제2권 교량

876

5.9 물막이 끝단의 높이

물막이 끝단높이는 과거 5개년 간 공사기간의 최고수위 + 0.5 m를 표준으로 한다.

파도 등에 의해서 수위가 높아질 가능성이 있는 곳, 하천의 관리상이나 이용상의 조건으로부

 

터 결정되는 경우는 이에 따르지 않는다.