도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 123

제 8 장 횡단 배수

8.1 일반사항

도로 암거는 수문 분석에서 결정된 설계홍수량으로 암거 상류부의 수위를 과다하게

상승시키지 않은 상태에서 하류로 원활하게 배수할 수 있는 경제적인 단면과 경사를

갖도록 한다.

【해 설】

암거의 단면은 원형관 또는 박스 형태가 일반적이며, 암거의 크기, 경사, 유․출입부

의 수심 등의 조건에 따라 유입부 조절 또는 유출부 조절을 받는 흐름을 만든다.

<그림 8.1.1>은 암거의 일반적인 설계 흐름을 나타낸다.

<그림 8.1.1> 암거의 설계 흐름

Ⅱ- 124

암거 설치에 있어서, 토사 퇴적 및 부유물로 인한 암거 등 도로 배수시설 손상으로

주변 피해가 있다고 판단되는 경우 교량과 같은 형식으로 토사 퇴적 및 부유물을 통

과시키도록 한다. 계곡부 및 산지부 등에 위치한 암거 등의 횡단 배수시설은 수로의

상류로 부터 발생하는 부유물, 토석류 등이 원활히 빠져나가도록 유입구의 폭을 가

능한 수로폭과 일치하도록 한다.

암거

장점

미관상 도로노선의 끊임이 없다.

도로 주변을 이용할 수 있다.

도로의 확장이 가능하다.

교량과 비교하여 구조적 유지보수가 적게 요구된다.

용량을 추가적으로 증가시킬 수 있다.

교량과 비교하여 시공이 쉽다.

교량과 비교하여 세굴을 보다 쉽게 예측하고 제어할 수 있다.

단점

주기적인 청소가 필요하다.

토사퇴적 및 부유물에 의한 막힘이 발생할 수 있다.

침식과 유출부의 세굴 위험이 있다.

부식과 마모, 균열의 위험이 있다.

부력 및 침투, 파이핑에 의해 파괴될 위험이 있다.

교량

장점

토사퇴적 및 부유물에 의한 막힘현상을 방지할 수 있다.

홍수위를 넘지 않는한 통수능력을 증가할 수 있다.

유로가 유동적이다.

수리적 환경과 습지에 대한 영향을 적게 받는다.

확장 시 수이용량에 영향을 미치지 않는다.

단점

암거와 비교하여 더 많은 구조적 유지를 필요로 한다.

교대 등의 구조물이 세굴에 의하여 파괴될 수 있다.

동결에 의하여 구조물이 영향을 박기 쉽다.

주기적인 상판 배수시설의 유지보수가 필요하다.

자료 : Highway Drainage Guidelines(AASHTO, 1999)

<표 8.1.1> 암거와 교량의 장․단점 비교

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 125

8.2 도로암거의 수리

8.2.1 도로암거의 흐름 분류

일반적으로 도로의 배수시설로 설치되는 박스(BOX), 혹은 관(PIPE)의 흐름은 Class-

Ⅰ, Class-Ⅱ 두 가지로 분류할 수 있다.

【해 설】

도로 배수시설로 사용되는 암거의 흐름은 <표 8.2.1>과 같이 크게 두 가지로 분류할

수 있다.

Class-I과 같이 HW(유입부수두)와 TW(유출부수두)가 잠수되지 않은 흐름과

Class-II의 ①처럼 HW는 잠수되었지만 TW가 잠수되지 않아 자유수면을 갖는 흐

름을 개수로 흐름이라 하고, Class-Ⅱ의 ②처럼 HW와 TW가 모두 설치될 관경보

다 커서 잠수되어 자유수면을 갖지 않는 흐름을 관수로 흐름이라 한다.

도로 암거의 수리 형상에 따라 개수로의 일반사항으로 암거를 해석해야 할 때도 있

고, 관수로의 흐름(오리피스)으로 도로암거를 해석할 수도 있다.

일반적으로 산지부에서 유출되는 유량을 기존수로로 방류시킬 경우 Class-Ⅰ,

Class-Ⅱ의 ①처럼 개수로의 흐름을 유지하는 것이 적합하고, 산지부 또는 유입부

의 상황이 유량은 많으나 지형적인 요건으로 인해 큰 규격의 관을 설치하지 못하고,

수위가 높은 상태로 방류시킨다면 Class-Ⅱ의 ②처럼 관수로의 흐름까지 감안하여

설계할 수 있다. 단, 도로 배수의 경우는 우수의 완전배제를 원칙으로 하고 있으므

로, 가급적 관수로의 흐름은 피한다.

(a) Class-I (b) Class-II

<그림 8.2.1> 흐름 형식 개념도

Ⅱ- 126

Class-Ⅰ HW ≤ 1.2 D

암거의 유입부 및 유출부가

잠수되지 않은상태

개수로의 흐름

Class-Ⅱ

① HW〉1.2 D

그리고 TW 〈D

암거의 유입부는 잠수된 상태

암거의 유출부는 잠수되지 않은상태

웨어의 수리특성(개수로의 흐름)

② HW〉1.2 D

그리고 TW ≧ D

암거의 유입부는 잠수된 상태

암거의 유출부도 잠수된 상태

관수로의 수리특성

<표 8.2.1> 암거 흐름의 분류

8.2.2 도로 암거의 흐름 형상

암거의 흐름 조건은 8가지 형상으로 분류 가능하며, 각각의 흐름에 대한 수리특성이

존재한다.

【해 설】

도로 암거의 수리 설계는 수문분석으로 결정되는 계획홍수량을 도로나 철도의 범람

없이 유입부수두(HW: Head Water Level)를 과다하게 상승시키지 않은 범위에서

안전하게 하류로 배수시킬 수 있는 가장 경제적인 암거 단면과 매설 경사를 결정하

는 것이다.

설계조건에서 도로 암거에 발생할 수 있는 흐름은 8가지의 흐름이 가능하며 지형 및

현장여건에 맞는 유형을 찾아 설계에 적용한다.

도로 암거내 흐름의 유형 및 현장 여건에 맞는 유형을 찾아내어 유입부 수두(HW)

를 구하고 해당 지점의 허용 상류수심(AHW)과 비교하여 홍수시에 도로 및 철도의

월류 여부를 판단한다<그림 8.2.2>.

도로 암거의 수리 계산은 대부분의 흐름이 자유수면을 유지하는 개수로의 흐름을 가

지므로 유입부에서 모든 물의 흐름을 지배하는지, 유출부에서 모든 물의 흐름을 지

배하는지에 대한 판단이 중요하다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 127

흐름의 종류에 따른 8가지 수리형상에 대해 설명하면 다음과 같다.

구 분 수 리 모 형 수 리 조 건

1 형식

<상류의 흐름>

HW ≤ 1.2D(Class Ⅰ)

So 〈 Sc

Tw 〈 dc

dn : 암거내등류수심

S0 : 암거의 경사

Sc : 암거의 한계경사

2 형식

<상류의 흐름>

HW ≤ 1.2D(Class Ⅰ)

So 〈 Sc

dc ≤ TW 〈 D

dn : 암거내등류수심

TW : 유출부수두

dc : 한계수심

3 형식

<사류의 흐름>

HW ≤ 1.2D(Class Ⅰ)

So ≥ Sc

TW ≤ dc 〈 D

dn : 암거내등류수심

dc : 한계수심

4 형식

<사류→상류 : 도수발생>

HW ≤ 1.2D(Class Ⅰ)

So ≥ Sc

TW 〉 dc

dn : 암거내등류수심

dc : 한계수심

Ⅱ- 128

가. 제 1 형식

제 1 형식은 암거의 경사(So)가 한계경사(Sc)보다 작은 완경사이며, 유출부에서

하류수심(TW)이 한계수심(dc)보다 작은 상류(常流) 상태로 흐름의 지배단면은

유출부가 된다. 이와 같은 흐름조건을 만족시키는 설계는 경사가 완만하고 소류

구 분 수 리 모 형 수 리 조 건

5 형식

<사류의 흐름>

HW ≥ 1.2D(Class Ⅱ)

So 〉 Sc, So 〈 Sc

TW 〈dc

dn 〈 dc

dn : 암거내등류수심

dc : 한계수심

6 형식

<관수로의 흐름>

HW ≥ 1.2D(Class Ⅱ)

So 〉 Sc, So 〈 Sc

TW 〈 D

dn 〉 D

dn : 암거내등류수심

dc : 한계수심

7 형식

<관수로의 흐름>

HW ≥ 1.2D(Class Ⅱ)

So 〉 Sc, So 〈 Sc

TW 〉 D

dn : 암거내등류수심

dc : 한계수심

8 형식

<사류→상류 : 도수발생>

HW ≥ 1.2D(Class Ⅱ)

So 〉 Sc, So 〈 Sc

TW 〉 D

dn : 암거내등류수심

dc : 한계수심

<그림 8.2.2> 암거의 흐름 유형

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 129

지가 있는 소하천의 경우에 적합하며 유입부와 유출부의 에너지 방정식으로부

터 식(8.2.2)를 얻을 수 있다.

식(8.2.2)는 해석할 수 있는 모노그래프를 제시하지 못하므로, 1형식이 예상된

다면 he(유입부 손실수두), hf(마찰 손실수두)등을 계산하여 적용하여야 하며

1형식으로 수리형태가 결정되었을 경우의 유출부 유속 Vo는 한계유속(Vc)일

때이다.

         





 (8.2.1)

         





   (8.2.2)

여기서,  : 유입부 상류 수심(m)

he : 유입손실 수두= (Ce ․ g

V 

)(m)

hf : 마찰손실 수두 (=  

R





n ․ L



g

․ V 

)(m)

dc : 한계수심(m)

Vc : 유출부의 한계유속(m/sec)

g : 중력가속도(9.8m/sec2)

So : 암거의 경사(m/m)

L : 암거의 길이(m)

Ce : 유입부 손실계수

n : 마닝의 조도계수

R : 암거의 동수반경(m)

나. 제 2 형식

제 2 형식은 수로경사가 완만하고 하류수심(TW)이 한계수심보다 크고 암거의

높이보다 낮은 경우로 지배단면은 유출부가 된다. 이런 흐름은 경사가 완만하고

폭이 좁으며 수심이 깊은 수로에서 발생하나 흔하지 않은 경우이며 유입부와

유출부의 에너지 방정식으로부터 식(8.3.3)을 얻을 수 있다.

Ⅱ- 130

2형식을 해석할 수 있는 모노그래프를 제시할 수 없으므로 he, hf, dtw 등을 구

하여 식(8.2.3)의 방정식을 통해 HW를 구한다. 2형식으로 수리형태가 결정되

었을 경우의 유출부 유속(Vo)는 유출부의 평균유속 즉, TW가 이루는 유속

(dtw)를 유출부 유속으로 사용한다.

         







   (8.2.3)

여기서,  : 유입부 상류 수심(m)

he,hf : 유입손실 및 마찰손실 수두(m)

dtw : 유출부 수심(m)

Vtw : 유출부의 평균유속(m/sec)

So, L : 암거의 경사 및 길이

다. 제 3 형식

제 3 형식은 수로경사가 급하고 하류수심(TW)이 한계수심과 암거 높이보다

낮은 사류(射流)의 상태이며 입구부가 지배단면이 된다. 이와 같은 흐름은 급

경사의 산악지역 수로에 적합하며 암거 상류부와 유입부의 에너지 방정식으로

부터 다음 식을 얻을 수 있다. 이때의 수리형상으로 결정되었을 경우에는 설치

될 암거의 길이가 5m 미만일 경우 한계수심일 때의 유속(Vc)을 사용하고 암

거의 길이가 5m 이상일 경우 등류 수심일때의 유속(Vn)을 유출부 유속으로

사용한다.

  



 







    





 (8.2.4)

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 131

박스 암거의 경우, 직경을 S라 하면 한계수심(dc)과 한계유속(Vc)은 다음과

같다.

  









  









(8.2.5)

 







  



 



  









(8.2.6)

여기서, S : 암거 대각선의 길이

파이프의 경우, 입구부에서 dc와 Vc의 표현이 쉽지 않으므로 관경(D) = S로

간주하여 상기  산출식을 정리하면 다음과 같다.

(1) 파이프의 경우 :

  D

Q







   Ce  ∙ Vc

 (8.2.7)

(2) 박스의 경우 :

     

 ∙S

Q







(8.2.8)

라. 제 4 형식

제 4 형식은 하류수심(TW)이 암거높이(D) 보다 높아 하류부가 잠수된 상태

로 암거내 유출부와 인접한 곳에 도수가 발생한다. 도수가 상류로 이동하여 유

입부에 도달하면 제 7 형식의 흐름과 같고 하류로 씻겨 내려가면 제 8 형식의

흐름이 된다. 이와 같은 흐름은 급경사의 산악지 수로에서 하류수위가 암거높

이 위로 올라가는 상황을 의미하므로 실제 발생가능성은 희박하며 지배단면이

유입부가 되어 제 3 형식의 수리식과 동일한 조건이 된다. 이와 같은 흐름형

상에서의 유출부 유속(Vo)은 유출부에서 도수가 발생하고 도수의 시작점이 암

Ⅱ- 132

거내부이므로 만관일 때의 유속(Vf)을 유출부 유속으로 사용한다.

(1) 파이프의 경우 :

  D

Q







   Ce  ∙ Vc

 (8.2.9)

(2) 박스의 경우 :

     

 ∙S

Q





 (8.2.10)

여기서,  : 유입부 상류수심(m)

Q : 유량(m3/sec)

Ce : 유입부 손실계수

D : 파이프의 직경(m)

S : 박스 암거의 직경, 암거의 대각선 길이(m)

Vc : 유입부에서 한계유속(m/sec)

마. 제 5 형식

제 5 형식은 암거내 자유수면을 갖는 흐름으로 유입부의 흐름이 수문 아래로

흐르는 경우처럼 흐름의 상태가 오리피스류가 되어 지배단면은 유입부가 된다.

유입부와 상류부의 에너지 방정식으로부터 다음식을 얻을 수 있다. 이와 같은

수리형태의 유출부 유속은 등류수심일 때의 유속 즉 등류 유속(Vn)을 유출부

유속으로 사용한다.

  



  





  





(8.2.11)

  



 





  

  (8.2.12)

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 133

여기서, 

= 유입부 상류 수심(m)

D = 암거의 직경 또는 높이(m)

VD = 깊이 D인 암거입구에서의 평균 유속(m/sec)

Ce = 유입부손실 계수

g = 중력가속도(9.8m/sec2)

바. 제 6 형식

제 6 형식은 암거내 흐름이 만수상태로 관수로의 특징을 갖고 있으며, 압력차

에 의해 흐르게 되어 지배단면은 유출부가 된다. 암거상류 수면과 유출부사이

의 에너지 방정식은 식(8.2.13)과 같다.

수리형태의 흐름의 유출부 유속(Vo)은 만관일때의 유속(Vf)을 사용한다.

           (8.2.13)

식(8.3.13)에서 유입손실 수두(he), 마찰손실 수두(hf) 그리고, 속도수두

(hv)를 대입하면 다음과 같다.

(1) 파이프의 경우 :

   





   







 ․

     (8.2.14)

(2) 박스의 경우 :

   





   







 ․

     (8.2.15)

Ⅱ- 134

여기서,  : 유입부 상류수심(m)

Vo : 유입부 유속(m/sec)

Ce : 유입부손실 계수

n : 매닝의 조도 계수

L : 암거의 길이(m)

D : 암거의 직경 또는 높이(m)

R : 암거의 동수반경(m)

ho :

유출부 단면의 중립축까지의 높이로 이론상

D/2이나 설계시 흐름의 조건을 유지하기

위해 파이프는 0.75D, 박스는 0.8D를 적용

So : 암거의 경사(m/m)

사. 제 7 형식

제 7 형식에서 암거내 흐름은 상류와 하류의 수위차로 인해 흐르는 관수로의

흐름이 되며 지배단면은 암거 하류의 수면이 된다. 상류부와 하류부의 에너지

방정식으로부터 식(8.2.16)을 유도할 수 있다. 이러한 수리형태의 유출부유속

(Vo)은 만관일때의 유속(Vf)을 사용한다.

           (8.2.16)

식(8.3.16)을 제6형식과 같은 형태로 표현하면 다음과 같다.

(1) 파이프의 경우 :

   

 

   







 ․

    (8.2.17)

(2) 박스의 경우 :

   

 

  

 







 ․

     (8.2.18)

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 135

여기서,  : 유입부 상류 수심(m)

V : 암거의 평균 유속(m/sec)

TW : 암거의 하류의 수심(m)

아. 제 8 형식

제 8 형식에서 흐름은 하류수심(TW)이 암거의 높이(D)보다 크지만 암거내 유

속이 빨라 유출부가 잠수되지 않는 형식으로 지배단면은 유입부가 된다. 이런

흐름은 암거내에서 제 5 형식과 동일한 모형을 갖고 있으므로 제 5 형식과 같

은 식으로 표현할 수 있다. 이러한 형태에서의 유출부 유속(Vo)은 하류부에서

도수가 발생하나, 도수가 발생되는 지점이 암거의 외측이므로 Class -Ⅰ의 4

형식과는 달리 등류 유속(Vn)을 유출부 유속으로 사용한다.

  



  





  

  (8.2.19)

여기서,  : 유입부 상류 수심(m)

D : 암거의 직경 또는 높이(m)

VD : 깊이 D인 암거입구에서의 평균유속(m/sec)

Ce : 유입부 손실 계수

g : 중력가속도(9.8m/sec2)

Ⅱ- 136

8.2.3 도로 암거의 수리특성

암거 수리특성은 사류(비교적 급경사)와 상류(완만한 경사)로 분류되며, 이때 개수로의

흐름의 분류는 유입부 지배단면과 유출부 지배단면으로 구분된다.

【해 설】

가. 흐름상태에 따른 수로 경사분류 및 특성치 관계

개수로 내의 흐름은 수로 경사의 가장 큰 영향을 받는다. 그리고 개수로 및 자연하

천인 경우 흐름을 등류로 가정해야만 수리계산이 가능하다. 따라서 개수로의 수리계

산을 위해서는 설치될 관경과 홍수량 (Qd)에 따른 등류수심(Dn)을 구하여 암거내

의 수리형상을 파악하여야 한다.

개수로내 등류수심(dn)이 한계수심(dc)와 동일하게 유지되었을 때의 수로경사를 한

계경사(Sc) (Critical Slope)라 하고 이대의 흐름을 한계등류 (Critical Uniform

flow)또는 한계류라고 한다. 따라서 임의 수로의 한계경사는 만닝공식으로부터 다음

과 같이 표시할 수 있다.

  



 

 



  (8.2.20)

여기서, Rc : 한계수심일때의 동수반경

Dc : 한계수심일때의 수리평균심

유량이 일정할 때 한계경사 (Sc)보다 작은 수로경사 (So)를 가지는 수로상에 등류

가 흐르면, 흐름의 등류수심(dn)은 한계수심(dc)보다 커져 상류(Subcritical flow)

가 되고 지배단면은 유출부가 된다.

반대로 한계경사보다 큰 수로경사위에 등류가 흐르면 흐름의 등류수심(dn)은 한계

수심(dc)보다 작아지며, 이때 흐름은 사류(Subcritical flow)의 흐름을 가지고, 지

배단면은 유입부가 된다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 137

지배단면이 유입부 또는 유출부가 된다는 것은 모든 물의 흐름을 유입부 또는 유출

부에서 지배한다는 뜻이며 유입부가 지배단면이 되면, 유출부의 모든 상황 즉, 손

실수두(ho), 위치수두(h), 수로경사(So) 수로연장(L) 등은 HW 산정에 영향을 미

치지 않는다. 이러한 흐름의 상태를 요약하면 <표 8.2.2>과 같다.

흐름의 상태 수로경사 흐름의 형상 평균유속 지배단면

한계류 한계경사 dc = dn Vn = Vc -

사 류 급경사

dc

dn

dc 〉dn Vn < Vc 유 입 부

상 류 완경사

dn

dc

dc〈dn Vn > Vc 유 출 부

<표 8.2.2> 흐름상태에 따른 수로경사의 분류 및 특성치 관계

나. 유입부 지배단면

유입부 지배단면이란 개수로 수리해석에서 적용되는 개념으로 설치될 도로암거의 모

든 물의 흐름을 유입부에서 지배 통제한다.

유입부 수심(HW, Head Water)과 관경, 날개벽의 유무 등에 의해 흐름이 결정된

다. 즉 유입부 지배단면의 흐름에서는 위치수두 H, 관의 길이 등에 의해 산출되는

마찰손실수두(Hf), 손실수두 (ho), SoL 등은 수두 및 흐름의 결정에 커다란 영향

을 미지치 않으므로 구하지 않아도 무방하다.

등류수심과 한계수심의 위치에서 사류의 흐름을 나타낸다.

다. 유출부 지배단면

유출부 지배단면이란 설치될 도로 암거의 모든 물의 흐름이 유출부에서 지배, 통제

된다.

Ⅱ- 138

CLASS-1 의 1형식처럼 경사가 완만하고 연장이 긴 횡배수관이 설치되었다면, 암

거내의 흐름의 특성은 상류의 특성을 가지며, 지배단면이 유출부이다. 이러한 수리

특성은 유출부까지의 상황 즉 마찰손실수두 (Hf), 유입손실수두 (Ce), 경사와 길이

(SoL) 등이 유입부 수두(HW)의 높이를 좌우한다.

이 경우 HW/D 등, 관경의 크기는 유입부수두(HW)를 결정하는데는 큰 영향을 미

치지 않으므로 무시해도 좋다.

설계조건에서 도로암거에서 발생할 수 있는 흐름은 8가지 흐름이 가능하며, 지형 및

현장여건에 맞는 유형을 찾아 설계에 적용한다.

8.3 도로 암거의 수리설계

도로 암거의 수리설계는 도표를 이용한 반복시산에 의한 방법, 방정식과 수리학적 공

식에 의한 방법(도식에 의한 방법), 부유물 및 토사퇴적을 고려한 수리계산 방법 등의

세 가지가 있다.

【해 설】

도표를 이용한 반복시산에 의한 방법과 도식에 의한 방법은 지형여건과 구조물의 설

치형태에서 비교적 토사퇴적의 우려가 적은 지역에 적용한다.

부유물 및 토사퇴적을 고려한 수리계산 방법은 부유물 및 퇴적된 토사가 암거의 유

입부를 막아 유수의 흐름을 방해할 우려가 있는 지역에 적용한다.

도로암거를 수리학적으로 해석하기 위해서는 설계홍수량(Q)이 일정한 기존수로 혹

은 자연수로를 흘러 도로암거 구조물을 만났을 때 암거구조물에 의한 범람 또는 월

류를 방지할 수 있는 유입부수두(HW)를 산출하여 월류 혹은 범람의 여부를 판단한

다. 홍수위가 생성되는 기존 유입부수두 및 유출부수두(TW)등의 사전조사가 필요

하며, 사전조사를 바탕으로 설치될 구조물의 흐름을 파악하여 기존수로에서 흘러내

린 홍수위가 도로암거를 만났을때 암거 유입부수를(HW)를 구하는 과정을 수리계산

이라 한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 139

8.3.1 도표를 이용한 반복시산에 의한 방법

도표를 이용한 반복시산에 의한 방법은 유출부 수두(TW) 또는 유입부 수두(HW)이 사

전조사되어 예측이 가능한 경우에 적용한다.

【해 설】

도표를 이용한 반복 시산방법은 유출부 수두(TW) 또는 유입부 수두(HW)가 사전조

사 되어 암거의 수리형태를 8가지 수리모형중 하나로 예측이 가능한 경우 적용하는

것이 적절하며, 이러한 수리형태를 예측하기 위해 여러 수리 모형과의 관계를 이용

하여 반복시산에 의해 유입부 수두(HW)만을 산출한다.

[STEP - 1] 설계 조건에 관련되는 모든 자료를 획득한다.

(1) 설계배수량(Qd)을 결정한다.

(2) 설치될 암거의 유입부 및 유출부 기존수로에 대한 제원, 평균경사도 등 제반사항

을 획득한다.

(3) 계획된 설계홍수량이 암거 유입부까지 도달할 때의 수두를 구한다.

(4) 암거의 단면형, 입구부의 모양 및 암거의 종류를 선택한다.

(5) 다음의 상황을 고려하여 암거초기 치수를 가정한다.

① 배수량의 크기를 고려하여 경험적으로 임의선정

② 암거의 단면적 A = Q/10을 기준으로 하여 선정

③ <그림 8.3.1> 또는 <그림 8.3.2>에서 주어진 설계홍수량 Q 와 HW/D = 1.5를

연결하여 얻어지는 D값을 선정

[STEP - 2] 위의 자료를 바탕으로 주어진 암거 하류부 수심과의 관계에서 반복 시산

법으로 적절한 단면을 찾아간다. 이때 설치될 암거의 유입부수두(HW)만을 구한다.

[STEP - 3] 구해진 유입부 수심과 허용상류수심(AHW)와의 관계에서 해당암거의 설

치여부를 판단한다.

Ⅱ- 140

<그림 8.3.1> 유입부지배단면의 수리조건

<그림 8.3.2> 유출부 지배단면의 수리조건(관수로일 경우)

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 141

8.3.2 도식에 의한 방법

방정식과 수리학적 공식에 의한 방법은 기존 유입부 및 유출부 수두 및 수리형상을

알 수 없거나 설계홍수량의 상황을 추적하는 방법으로 유입부 수심(HW)을 구하는 방

법이다.

【해 설】

8가지 수리형태에서 해당지점의 수리상황을 가정하여 하나의 수리형상을 만들어 가

는 과정으로 기존 유입부 및 유출부의 수두 및 수리형상을 알 수 없거나 설계홍수량

(Q)의 상황을 추적하는 방법으로 유입부 수심(HW)을 구하는 방법이다. 다음 절차

에 의거하여 수리계산을 수행한다.

[STEP - 1] 설계조건에 관련되는 모든 자료를 획득한다.

(1) 설계홍수량(Q)을 결정한다.

(2) 설치될 암거의 유입부 및 유출부 기존수로에 대한 제원, 평균경사도 등 제반사항을

획득한다.

(3) 계획된 계획홍수량이 암거 유입부까지 도달할 때의 수두를 구한다.

(4) 암거의 단면형, 입구부의 모양 및 암거의 종류를 선택한다.

(5) 다음의 상황을 고려하여 암거초기 치수를 가정한다.

① 배수량의 크기를 고려하여 경험적으로 임의선정

② 암거의 단면적 A = Q/10을 기준으로 하여 선정

③ <그림 8.3.1> 또는 <그림 8.3.2>에서 주어진 설계홍수량(Q)와 HW/D =

1.5를 연결하여 얻어지는 D값을 선정

[STEP - 2] STEP 1에서 구해진 자료로 암거의 수리형상을 도식한다.

(1) 위 방법에서 산정된 암거의 규격에 위해 형성될 암거의 흐름 형태를 다음과 같이

Ⅱ- 142

산정한다.(지배단면의 결정)

① 암거의 흐름은 등류로 가정되므로 Q가 흐를때의 암거의 등류수심(dn)을 구한

다.

② 암거의 흐름에 따른 한계수심(dc)를 구한다.

③ 등류수심(dn) 과 한계수심(dc)의 위치로 상류와 사류를 구분한다.

④ 암거를 흐른 물이 하류에 접속될 유출부 기존수로를 만났을 때의 유출부수심

(TW)을 구한다.

⑤ 설계홍수량이 유입부 기존수로를 흐를 때의 유입부수두(HW)를 구하여 유입부

의 잠수여부를 판단한다.

(2) 다음의 그림과 같이 ①~⑤까지 구한 한계수심(dc), 등류수심(dn), 하류부수심

(TW), 유입부 기존수로의 유입부수두를 위치별로 도식하여, 위에서 제시한 8가지

단면중 하나를 찾아내고, 해당단면의 방정식을 적용하여, 유입부수두(HW)를 구한

다.

[STEP - 3] 이러한 도식으로 하나의 수리형상이 정해지면, 정해진 군형의 유입부수두

(HW)를 허용 상류부수심(AHW)와 비교하여, 암거의 설치여부를 판단한다.

만일, 도식후 해당되는 단면이 8가지 수리유형에 포함되어 있지 않다면, 이는 적절

하지 못한 단면으로 판단하고, 관경, 경사 등 설치 여건을 변화시키면서 반복시산을

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 143

한다.

한 개의 도로암거를 설계하기 위해서는 각종 계산과 모노그램을 이용하는 등 복잡한

시행착오의 과정을 거치고, 하나의 암거에 여러 형태의 수리모형이 나올 수도 있다.

따라서 이러한 과정을 일정한 수리계산 양식을 만들어 쓰고 있다. 이러한 수리계산

양식에 대해 설명하면, 다음 <그림 8.3.3>과 같다.

<그림 8.3.3> 암거 수리계산표(예)

항 용어/(단위) 기 호 내 용

1

유역면적

(㎢)

A

도로암거(Highway Culvert)를 설치하려는 지역으로서 분수령을 경계로 하여

면적을 구한다.(통상 Planimeter 사용)

2

설계유량

(㎥/sec)

Qd

해당지역 강우에 따른 최대 홍수량으로 유역면적의 크기로 구분하여

산출한다.

1) 유역면적이 4.0 ㎢ 이하(소규모)일 때는 합리식 사용

Qd = 0.2778 CIA

2) 유역면적이 4.0 ㎢ 이상인 경우 설계홍수량은 환경부에서 정한 홍수량

산정 표준 지침을 적용한다

3

설계빈도

(년)

설계하고자 하는 배수구조물에 대한 유량의 회기빈도

(동일용어 : 발생주기 = 회기빈도 = 생기빈도)

4

유달거리

(m)

L

설계 유역내에서 배수구조물 설치지점으로부터 유로를 따라서 측량한

거리와 최상류점과 그 점에서 가장 먼 지점과의 직선거리를 합산한다.

5 표고차(m) Hs 배수구조물 설치지점과 유달거리에서 정한 가장 먼 지점과의 표고차

<표 8.3.1> 도로암거 수리계산시 사용되는 설명

Ⅱ- 144

항 용어/(단위) 기 호 내 용

6 지속기간(hr) Tc

배수구역의 가장 먼 지점의 유량이 배수구조물 까지 도달 하는데 소요된

시간

7

강우강도

(mm/hr)

I 본 지침 부록편에 제시한 개정 I.D.F 곡선을 사용하여 강우강도를 구한다.

8 유출계수 C 강우에 대하여 배수유역의 특성에 따라 결정되는 유출계수

9

기존수로의

수두와

관경의 비

HW/D

유입부에서 연결되는 기존수로에서 흐르는 수두와 설치될 암거와의 비율을

표시한다.

HW/D가 1.2D 이상이면 설치될 암거가 잠수될 가능성이 있는 것으로

CLASS - Ⅱ로 가정하고, 1.2D 이하이면 잠수되지 않는 것으로, 즉 CLASS

- Ⅰ로 가정한다.

10

유입구수심

(m)

HW

기존수로에서 흘러온 계획홍수량이 설치될 암거를 만났을 때 발생하는

유입부의 수두.

11 유입손실율 Ce

넓은 단면에서 유입부가 수축되면 단면 수축에 따라 손실수두가 발생하여

he = Ce(V2/2g)로 구한다.

12 위치수두 H

관수로 흐름상태에서의 위치수두로써 관수로의 흐름은 이 위치수두 H

만큼의 압력에 의해 상류부에서 하류부로의 흐름의 조건이 완성된다.

  





    







 ․ 

 : PIPE

  





    







 ․ 

 : BOX에서 구한다.

13

한계수심

(m)

dc

비에너지가 최소가 되는 이론상의 수심,

즉 프로이드수 F2=1이 될 때의 수심을 한계수심이라고 하며,

 





   

  



     에서 구하거나,

(부록 Ⅲ-1 ～Ⅲ-23)에서 구한다

한계수심은 암거내 흐름이 상류의 흐름인지 사류의 흐름인지를 판단하는

중요한 근거이다.

14 한계유속 Vc 암거내에서 형성되는 한계수심일때의 평균유속으로   



 에서 구한다.

15 한계경사 Sc

개수로내 등류수심이 한계수심과 동일하게 유지되도록 했을때의

수로경사를 한계경사라고 한다.

   



 

 



  에서 구할 수 있다.

여기서, Rc 는 한계수심에 대응하는 동수반경

Dc 는 한계 수리평균심이다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 145

항 용어/(단위) 기 호 내 용

16

유출부단면

의

중립축까지

의

높이

ho

유출부 단면의 중립축까지의 높이로 이론상으로는 D/2이나, 설계시 흐름의

조건을 유지하기 위해 파이프는 0.75D 박스는 0.80D를 적용한다.

17 조정HW HW

암거의 수리특성이 사류일 경우는 모든 물의 흐름이 유입부에서 지배가

되고, 상류일 경우는 모든 물의 흐름이 유출부에서 지배가 된다. 따라서

조정HW는 이러한 단면의 특성에 따른 유입부의 수두를 에너지 방정식으로

푼 것이다.

18 유출부 유속 Vo

유출부의 유속 Vo는 횡배수관의 수리계산에서는 제시된8가지 군형에 따라

모두 다른 유속을 적용하고 있다. 예를 들어, 설치될 암거의 수리형상이

CLASS-1의 1형식이면, 한계유속인 Vc를 유출부 유속으로 사용하고, 설치될

암거의 수리형상이 CLASS-1의 2형식이면 Vtw를 유출부 유속으로

사용한다.

19

유출수두

(m)

TW

하류수면으로부터 출구단면의 하단까지의 수심, 일반적으로 배수구조물을

통과한 설계유량이 하류부 기존수로를 만났을 때의 수심을 말하며,

하류수로(유출부의 기존수로) 단면과 설계유량과의 관계에서 추정한다.

예) 하류수로 단면이 사다리꼴 일 때 (시산법)

Qd = 설계유량

l = 수로의 바닥경사도

S1 S2 : 측면경사도

b :저변폭

n : Manning 계수

s : (S1 S2) /2 : 평균측면경사도

     ×  × × 

   ⋅  ×

R = A/P

P = b+2TW× ( 1+S 2)

  

⋅   

  ․  

⋅

( nQ

I 1/2 ) 3 = (do+TW⋅S )․TW ) 5

{bo/2⋅TW⋅ ( 1+S ) 2}

 

  ⋅  

  



 

또는 가능하면 (부록 Ⅲ-24 ～ Ⅲ-36)를 이용해서 구한다.

Ⅱ- 146

항 용어/(단위) 기 호 내 용

20

허용상류

수심

AHW

도로의 계획고에서 여유고를 고려한 허용상류수심.

1) 도로의 낮은노견 보다 0.3M 이하의 높이

2) 토피고가 높을 경우에는 2.2D만을 사용.

3) 허용수두는 다음 사항에 피해가 없는 높이로 한다

① 가옥 또는 인접 시설물

② 식생지 또는 경작지

③ 사람, 동물, 식물

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 147

① HW/D

유입부에서 연결되는 기존수로에서 흐르는 수두와 설치될 암거와의 비율를

표시한다.

HW/D가 1.2D 이상이면 설치될 암거가 잠수될 가능성이 있는 것이며 1.2D

이하이면 잠수되지 않는 것으로, 즉 CLASS - 1으로 가정한다.

② HW(지배단면이

유입부 일때의 유

입부 수두)

여기서의 HW (유입부수두)는 지배단면이 유입부로 될 때의 수두 즉 모든

물의 흐름을 유입부에서 지배할 때의 유입부수두를 구한 값을 적는다.

참고) 모든 물의 흐름이 유입부에서 지배가 되므로 유출부지배(조정)의 ④

H ⑦ TW ⑧ ho ⑨ SOL ⑩ HW 등은 표기하지 않아도 무방하다.

③ Ce

(유입손실수두)

기존수로를 흐른 물이 설치될 암거의 입구부의 형상을 만났을 때 형상에

의해 손실되는 수두 값으로 <그림 11.4.4>를 참고하여 적용한다.

④ H

(위치수두)

도로암거(Highway Culvert)의 유입부와 유출부가 모두 잠길 때 즉 CLASS -

Ⅱ 6형식과 7형식으로 흐름이 발생할 경우(관수로의 흐름)의 압력으로

작용하는 위치수두의 값으로 CLASS - Ⅱ 6형식과 7형식으로 예상되는

흐름에서만 구하면 된다.

⑤ dc(한계수심) 본 지침 <표 8.3.1>의 13항 참고

⑥ TW

(유출부수두)

본 지침 <표 8.3.1>의 16항 참고

⑦ ho

(중립축의높이)

유출부 단면의 중립축 까지의 높이로써 이론상 D/2이나 설계 시 흐름의

조건을 유지하기 위해 파이프는 0.75D, BOX는 0.8D를 사용한다.

단, 흐름의 조건을 유지할 수 있는 단면은 CLASS - Ⅱ의 6형식과 7형식과

같이 관수로 흐름을 가지는 흐름에서 유효한 것이며, 유입부 지배단면 혹은

유출부 지배단면 일 때라도 CLASS -Ⅰ의 1형식, 2형식일 경우는 해당되지

않는다.

⑧ SoL

(경사도)

암거의 경사와 연장을 곱한 값으로 지배단면이 유출부일 경우 모든 물의

흐름은 유출부의 상황이 좌우하므로 유출부 까지의 경사와 암거의 연장은

유입부 수두(HW)산정에 큰 영향을 미친다.

⑨ HW(지배단면이

유출부일 경우의

유입부 수두)

수리계산의 결과 해당하는 흐름의 지배단면이 CLASS -Ⅰ의 1형식과 2형식,

CLASS - Ⅱ의 6형식과 7형식일 경우 구해지는 유입부 수두(Head Water

Level, HW)이다. 즉, 모든 물의 흐름이 유출부에서 지배가 되면,

②HW(유입부 지배단면일 때의 유입부 수두)를 최종 HW로 산정 하는 것이

아니고, ⑨번란의 HW(유출부지배단면일때의 유입부수두)를 유입부 수두로

사용하는 것이다.

⑩ 조정 HW

(통제단면의 HW)

8가지 수리형상 중 해당되는 흐름의 형상이 결정되면 해당

통제단면(지배단면)의 HW를 구하는 방정식에 의해 또는 모노그래프에 의해

구해진 HW(유입부 수두)를 표기한다.

⑪ 암거내수위

(dn)

횡배수관 수리계산은 암거내의 물의 흐름을 등류로 가정하는 것이므로

등류수심(dn)을 구해 암거내 수위로 적용한다.

<표 8.3.2> BOX, PIPE 수리계산표의 설명

Ⅱ- 148

<그림 8.3.4> 유입부 손실 수두의 적용

도로암거의 수리계산과정은 일차적으로 개수로 흐름으로 설계하느냐 또는 관수로 흐

름으로 설계하느냐를 결정한 다음 개수로의 흐름으로 설계한다면 개수로의 이론에

따라 등류수심(dn)과 한계수심(dc) 그리고 도수의 여부 등에 따른 지배단면별 유입

부수두(HW)를 구하는 과정이고, 관수로의 흐름으로 설계를 한다면 관수로 흐름의

중요 요인인 위치수두(H)와 연장, 경사의 관계에 따라 유입부수두(HW)를 구하는

과정이다.

8.3.3 토사퇴적을 고려한 수리계산

암거의 수리계산은 토사퇴적을 고려한다.

【해 설】

토사퇴적을 고려한 수리계산은 기존의 암거 수리계산방법과 다르다. 그 이유는 암거

전후에 흐름 상황이 급격하게 변화하는 경우는 등류조건에 적합한 Manning식 설계

계산법을 적용하기 어려우며, 태풍 피해조사 등에서 부유물 및 토사퇴적을 고려하여

야 하는 것으로 나타났다.

본 설계계산법은 미국 지질조사소(USGS)의 매뉴얼을 참고로 하였다. 또, 미국과의

도로, 지형조건 등의 차이에 의해 직접 응용할 수 없는 부분도 있어 수정을 추가하

였다. 암거에서의 수리에 관한 조사․연구가 적기 때문에 본 설계계산법의 신뢰성에

대해서는 금후 검토를 필요로 하는 점도 있으므로 발주청과 협의하에 이를 시행한

다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 149

가. 설계계산 순서

암거 단면의 설계계산법은 다음 2가지 경우로 대별하여 나타낸다.

(1) 수로의 단면 및 경사가 유입부 및 유출부를 따라 일률적이고 수로와 동일폭의 암거

를 설치하는 경우(유입부 및 유출부의 수로의 폭과 암거의 경사를 기존수로와 비슷하

게 설치하는 경우)

(2) (1)이외의 경우로 특히, 산지부의 수로, 계곡 등 부정형인 수로를 횡단하는 경우(유

입부 기존수로의 제원과 유출부 기존수로의 제원이 다르거나, 설치될 암거의 경사가

기존수로의 경사와 많이 다른 경우)

각각의 경우에 대한 설계계산법은 다음과 같다.

(1)의 경우

이 경우는 암거의 경사() 및 는 수로와 같게 한다. 암거의 조도계수는 수로에 비

해 일반적으로 작지만 암거의 흐름은 유입부 및 유출부 수로조건에 강하게 지배 된

다. 또한 암거내에 상시 토사퇴적이 예상된다는 점에서 암거단면 설계에는 수로의 조

도계수를 이용한다.

수심 (h)을 다음 식에 의해 구한다.

  ․  

 ․ ․

 (8.3.1)

여기서,  : 설계유량(㎥/sec),  : 유수단면적(㎡)

 : 유속(m/sec),  : 상하유수로의 조도계수(sec/)

 : 경심(m),  : 암거(상하유수로)경사

Ⅱ- 150

이것은 암거 단면형상에 따라 다음과 같이 계산한다.

(가) 구형 단면의 경우

   ∙ 

  





 

․ (8.3.2)

여기서,  : 암거폭(m)

 : 윤변(m)

 : 수심(m)

식 (8.3.2)를 식 (8.3.1)에 대입하면 다음 식을 얻을 수 있다.

  



∙  ∙∙ 

․

 ∙

 (8.3.3)

위 식에 의 값을 시행오차법으로 반복 계산함으로써 h의 답을 얻을 수 있다. 암거

의 높이 D를 다음 (식 8.3.4)에 의해 결정한다.

    ₁ ₂․ (8.3.4)

여기서, α₁: 통상의 토사퇴적에 의한 통수단면의 축소를 고려한 여유로 적어도 20%

정도를 예상한다.

α₂: 호우시에 대량의 토사․유목 등이 유입할 우려가 있는 경우에 예상하는 것

이 바람직하다.(설계자 판단사항)

(나) 원형단면의 경우

이 경우 <그림 8.3.5>를 이용하여 다음과 같이 계산한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 151

우선 유량에 대해서 (식 8.3.4)의 α₁, α₂을 적용한 여유를 예상하고, (식 8.3.5)

로 나타낸다.







   ₁ ₂  (8.3.5)

여기서,  : 만관일때의 유량

이 유량비에 대한  를 <그림 8.3.5>에 의해 읽고,   



  cos 에서 φ를

구한다.이 값을   



∙ ∙

 에 대입하여 직경 를 구한다. 그리고 여기서

얻어진 직경 는 식 (8.3.4)에 대응하는 여유가 식 (8.3.5)에서 적용된다.

h : 수심(m),   



  cos 

P : 윤변(m),   ⋅

A : 유수단면적(),

  



⋅   



sin 

R : 경심(m),   



⋅

  sin

v : 유속(m/sec),   



⋅⋅ 

Q : 유량(㎥/sec),    ⋅

단, 첨자0은 만관일 때를 표시함

(이때 Φ = π가 된다.)

<그림 8.3.5> 원형수로의 수리특성곡선

Ⅱ- 152

(2)의 경우

이 경우 수로와 암거의 단면형상 등이 다르고 흐름이 복잡해진다.

암거단면의 설계계산은 <그림 8.3.6>에 있는 순서로 실시한다.

<그림 8.3.6> 암거단면의 설계계산 순서

① 설계유량 

 = 0.2778C․I․A 인 합리식을 사용하여 설계유량을 산정한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 153

② 경사    의 결정

암거의 경사, 저면 높이 및 폭은 토사의 퇴적과 침식을 방지하기 위해 기존수로와 일

치시키는 것이 원칙이다. 단, 계곡과 같은 하상경사가 매우 급한 지점에 암거를 설치

하는 경우 시공상 문제, 미끄럼 문제, 토사에 의한 마찰 문제 등이 발생할 우려가 있

는 경우 암거 경사를 10%정도 이내로 한다.

암거의 폭이 상류측 수로의 폭에 비해 적은 경우 수로폭의 급격한 축소에 의해 암거

상류의 수위를 막아서 역류시키기 때문에 암거 전체 혹은 유입구의 폭을 가능한 한

넓게 하여 상류측 수로로 원활하게 빠져나가도록 한다. 그 외 소구경 암거의 경우 계

산상의 유량과 관계없이 청소 또는 보수를 고려하여 높이 1.5m 이상으로 하는 것이

바람직하다. 또, 관리상 특히 필요한 경우에는 충분한 크기를 확보하여야 하는 경우

도 있다.

③ 암거 폭 B 2- 3(구형단면) 혹은 직경 D 2- 3(원형단면)의 설정

암거의 높이(혹은 직경) D는 다음 조건을 만족하도록 결정한다.

(1) 수면이 암거 상면에 접하지 않는다.

(2) 암거 상류측의 수심이 암거 높이의 1.5배를 넘지 않는다.

〉       

(3) 암거 상류측의 수위가 쌓기부 높이를 넘지 않는다.

  쌓기부높이

단, 위의 기호는 <그림 8.3.7> 컬버트부의 흐름제원을 참조한다.

Ⅱ- 154

h : 수심

z : 기준선에서 측정한 하상의 높이

h +z : 수위

B : 수로(또는 암거)의 폭

D : 암거의 높이(또는 직경)

H : 노면의 높이

S : 수로(또는 암거)의 종단경사

<그림 8.3.7> 암거부의 흐름 제원

④ (a) 하류측등류수심 의 계산

하류측 수로를 구형단면 혹은 제형단면으로 치환하여 <그림 8.3.8>에서 구할 수 있

다. 같은 그림에서 를 구하기 위해서는 다음과 같이 하면 좋다.

(1)  ․      ∙ 

 ∙ 

(횡축 값)를 계산한다.

(2) 수로측벽의 경사 z에 대응하는  (종축 값)를 읽어낸다.

(3)      × 

구형 단면의 경우는 다음 식에서 반복계산에 의해 를 구할 수도 있다.

  

⋅



⋅ 

⋅ 



 

(8.3.6)

수로가 암거 하류에 굴곡한 경우 하류측 등류수심 h 04로서 식 (8.3.6)에서 얻어지는

값에 적절하게 할증한 값을 이용한다. 그리고 하류에서 합류하는 하천의 수위에 지배

받는 일이 예상되는 경우에는 그 수위를 이용한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 155

<그림 8.3.8> 등류수심 산출도

(b) 암거내 한계수심    의 계산

이것은 <그림 8.3.9>를 이용하여 다음 순서에 따라서 구할 수 있다.

<그림 8.3.9> 한계수심산출도

(1)     ⋅ (구형단면) 혹은     ⋅ (원형

단면)을 계산한다.

(2) 그림에서 대응하는  혹은  값을 읽는다.

(3)       ×   또는       ×  

Ⅱ- 156

또한, 이것은 다음과 같이 계산에 의해서도 구할 수 있다.

(구형단면의 경우)

     

⋅  



⋅  (8.3.7)

단, α : 에너지보정계수(≒ 1.0)

 : 중력의 가속도( = 9.8m/sec²)

(원형단면의 경우)





  



 



 cos





sin

sin

(8.3.8)

(c) 암거내 한계경사    의 계산

위에서 구한 한계수심    등을 이용하여 다음 식으로 계산된다.

(구형단면의 경우)

      

      

    

⋅  

 ⋅    (8.3.9)

(원형단면의 경우)

     

⋅

  ⋅ 







 





  



sin⋅

     



sin

  ⋅ 





(8.3.10)

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 157

단, 암거의 조도계수 n은 본문의 <표 4.4.1>에 있는 값을 이용한다.

⑤, ⑥ 수리조건과 흐름 형태는 다음과 같이 적용한다.

구 분 S2-3 > Sc2-3 S2-3 < Sc2-3

h04 < hc2-3 type - 1 type - 2

h04 > hc2-3 type - 1 type - 2

주1) 이 분류는 엄밀하게는 정확하지 않은 점도 있지만 실용성을 배려하여 다

소 간략화하고 있다.(8.3.2절과 8.3.3절에서 제시한 수리형태와는 다른 것이

므로, 토사퇴적 및 부유물 및 퇴적토사를 고려하는 경우는 <그림 8.3.11>에

제시한 수리형태만을 고려한다.)

주2)             의 조건에서는 정확히는 1타입이지는 하지만

타입 1의 설계법에 따라 안전측이라 생각하여 이와 같이 분류하고 있다.

⑦ 상류측 수심 h₁의 계산

상류측 수심 h₁의 계산은 본 설계계산 중에서도 특히 중요하다. 그 계산법은

기본적으로는 위에서 기술한 형태마다 다른 것이지만 여기에서는 근사를 이용

하여 타입 1~3을 통해 같은 계산식에 의해 산정하도록 한다.

타입 1의 흐름에서는 암거유입구에서 한계수심()이 발생한다. 타입 2의 흐

름에서는 암거 유출부에서 한계수심()이 발생한다. 타입 3은 전체가 상류이

다.

흐름의 수리 계산은 지배단면(한계수심을 낳는 단면)을 시점으로 이루어진다.

이에 따라서 타입 1에서는 암거 유입부, 타입 2에서는 암거 유출부, 타입 3에

서는 하류측에서 각각 부등류 계산을 하고 상류측 수심 h₁을 구하게 된다.

그런데 이 계산을 충실히 실행하는 것은 번거롭기 때문에 여기에서는 <그림

8.3.7>의 단면 ①-②간에 에너지식을 세워 수심 h₁을 구하기로 한다. 이 때

타입 2, 3에 대해서 단면 ②에서의 수심을 근사적으로 등류수심 와 같다고

Ⅱ- 158

되어 있다.

단면 ①-②간에 다음 에너지 식이 성립한다<그림 8.3.7>.

     

 



 

   

 



 

         (8.3.11)

여기서,   상류측(단면 ①에서의) 수심

  단면 ②에서의 수심

Type - 1에서는    (단면 ②에서의 한계수심)

Type - 2에서는    (단면 ②에서의 등류수심)이 된다.

  단면 축소에 의한 에너지 손실 계수

단면 ②에 일어나는 프로이드 수 Fr₂를 다음 식에 의해 계산하고, <그림

8.3.10>으로부터 찾는다.

<그림 8.3.10> 단면 급축소에 의한 에너지 손실계수

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 159

  





  



 (8.3.12)

(단,  : 단면②에서의 유수단면적)

타입 1에서는 Fr₂= 1, 타입2, 3에서는 Fr₂〈1 이다.

   단면 ①, ②에서의 유수단면적

(「구형단면」의 경우)

   ∙  (8.3.13)

(「원형단면」의 경우)

  

 

⋅



sin

(8.3.14)

그리고 원형단면의 경우 다음과 같이 해도 좋다. 즉, 만관으로 흐르는 경우의

유량()을 다음 식에 의해 계산한다.

  



⋅ 

 

⋅

 

⋅  

 (8.3.15)

다음으로 <그림 8.3.5>를 이용하여  에 대응하는 의 값을 읽어낸다.

단지, 여기서 ＞1이 되면 ③으로 돌아가고 를 크게 해서 계산을 다시

한다.

같은 그림에서 이 에 대응한   값을 읽고 다음 식으로 구한다.

  ⋅    

 

⋅  (8.3.16)

Ⅱ- 160

여기서, α₁: 에너지보정계수(통상α₁=1.0으로 한다)

    : 단면 ①-②간에 마찰손실수두(무시해도 좋다)

 : 단면 ①, ②에서 기준선에서 측정한 하상높이

식 (8.3.11)에서 경우에 따라서는 답을 얻을 수 없는 경우가 있다. 그 때에는

(a)의 경우의 설계계산법을 근사적으로 적용할 수 있다.

이것은 본래 구형단면수로에 대해 구해지는 것이다. 원형단면의 암거에 대해서

는 <그림 8.3.10>을 이용하는 것으로 한다.

⑧ 상류측에서 보를 막아 수위가 도로를 월류하지 않는다는 조건이다.

이 조건을 만족하지 않는 경우에는 ③으로 되돌아가고 암거의 폭  혹은 직경

를 크게 하여 계산을 다시 한다.

⑨ 타입 1, 2 혹은 3과 같은 개수로의 흐름이 형성되기 위한 필요조건이다. 이

조건을 만족하는 에 하기의 여유를 예상한 를 설정할 수 있으면 계산은 종

료하고 설정할 수 없는 경우에는 상과 똑같이 ③으로 되돌아간다. 설계상의 

는 식 (8.3.3) 혹은 식 (8.3.4)에 의해 결정한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 161

형식 수 리 조 건 흐름의 형태 비고

1

유입부에서 한계수심 발생

       

  

    

2

유출부에서 한계수심 발생

       

  

    

3

전체를 통해 완만한 흐름

(상류의 흐름)

       

   ≤ 

4

관수로의 흐름

  

5

유입부가 잠기고, 사류의

형상

 ≤  ≤      

6

관수로의 형상

(유출부는 자유 방류)

 ≤  ≤      

<그림 8.3.11> 암거의 수리형태(토사퇴적 및 부유물 및 퇴적토사를 고려한 경우)

Ⅱ- 162

횡단 배수시설은 도로의 횡방향으로 설치되는 파이프, 박스, 교량 등의 배수시설

물이다.

(1) 배수로 및 배수거(암거, 배구관)의 통수단면 결정

배수로 및 배수관의 단면을 설계할 때는 관리의 효율, 퇴적의 종류를 감안하여

설치 위치 및 종류에 따라 다음과 같이 설계통수량으로 선정한다.

① 배수관 수로암거가 기존 수로의 유량을 받는 경우

도로에 설치되는 횡배수관 및 수로암거가 기존 계곡부 및 기존 수로에 연결되

어 설계유량( Q d)을 통수시키는 경우로써 암거단면은 최초 설치되는 배수관

및 암거 통수 단면을 100%로 보고 횡배수관 수리계산을 수행하여 유입부 수

두(HW)를 산정함으로써 횡배수관의 규격을 검토 설치한다.

② 배수관 수로암거가 유입부에 설치된 배수구조물의 유량을 통수시키는 경우

도로에 설치되는 횡배수관 수로암거의 유입부에 설치되는, 집수정, V형측구,

배수구, U형 개거, 토사측구 등 배수구조물에서 유입된 유량을 횡단 배수시설

이 통수시키는 경우에는 유입되는 설계유량( Q d)와 통수단면 (A)의 관계에서

통수량에 의해 규격을 검토하고 설치한다.

(2) 유출부 유속의 저감 시설의 확보

횡단 배수시설의 유출부에서 발생하는 유속은 하류수로의 흐름 및 쌓기비탈면

의 안정 등에도 지대한 영향을 미친다.

유출부의 유속이 6.0m/sec 이상일 것으로 예상되는 배수 구조물은 설치되는

횡배수 구조물에 적합한 집수정 또는 침전조 등을 고려하며, 횡배수 구조물의

설치경사를 조정하거나 유속 감세 시설을 배수 설계에 반영하여 횡배수 시설

의 안정성을 확보한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 163

배 수 형 태 규 격 검 토

연속

수로

∙횡배수관 수리계산을 통해 유입부 수두  산정에 의한

규격 검토

∙토사유적수리계산을 통해 α1과 α 2의 토사 및 토사퇴적

및 부유물을고려한 유입부 수두 ( )를 산정하여

규격 검토

∙적용통수단면은 배수관 암거규격의 100% 고려한다

비연속

수로

∙유입구구조물에서 집수되는 설계유량 ( Q d )와 설치되는

암거의 통수량 ( Q=AV)의 관계에서 규격을 검토하여

횡배수관 및 암거를 설치한다.

∙적용 통수 단면은 원형배수관일 경우 배수관 단면의

70%를, BOX 암거일 경우 암거단면의 80%를 고려한다.

∙암거의 경사는 토사의 퇴적을 최소화 할 수 있는

암거경사 0.2% 이상, 유속 0.6m/sec 이상의 암거경사와

유속을 유지하는 것으로 한다.

∙도로를 횡단하는 유입부와 유출부가 선형이고, 횡단

배수관이 중간에서 집수정으로 연결되어 있을 경우에는

연속수로에서의 수리계산을 실시한다.

<표 8.3.3> 횡배수관 수리계산

Ⅱ- 164

8.4 도로암거의 설계 고려사항

도로암거는 도로가 홍수의 피해를 받지 않도록 수리학적으로 안전하고 경제적인 단

면으로 설계한다.

【해 설】

주어진 여건 (유입부 형상,기존수로의 폭, 지배단면위치 등)에 대해 설계조건을 만

족하는 암거내 흐름 조건이 여러 유형이 될 수 있으므로 가능한 설계흐름의 조건중

경제성을 고려하여 설계한다. 도로암거의 설계시 고려사항은 다음과 같다.

(1) 암거의 유입구와 유출구의 부가시설은 흐름의 모든 단계에서 물, 소류표사, 부

유물을 알맞게 처리한다.

(2) 암거는 어떤 불필요한 특성을 갖거나 암거가 가져야 할 특성이 지나치게 손상

되어서는 안 된다.

(3) 일반적으로, 구조물의 상․하부에 설치되는 암거는 피해를 발생시키지 않도록

흐름의 변화 없이 유출수를 운반해야 한다.

(4) 장래의 수로와 도로 개량에 대해 원활하게 대처할 수 있도록 설계한다.

(5) 흙이 다져진 후에 적절하게 기능을 발휘할 수 있도록 설계한다.

(6) 모기들이 번식할 수 있는 정체된 웅덩이가 없어야 한다.

(7) 토지개발에 의해 야기되는 증가된 유출수를 잘 처리하도록 미래에 대한 사용성

을 고려하여 설계한다.

(8) 암거는 수리학적으로는 설계유출량을 적절하게 다룰 수 있어야 하고 구조적으

로는 영구성과 관리가 편리하도록 축조되어 경제성을 보장할 수 있어야 한다.

(9) 암거는 재료손상, 암거막힘, 흙의 포화, 혹은 부유물이 상류에서 정체되는 것

등을 일으킬 수도 있는 유입구의 정체를 피하여 설계한다.

(10) 암거의 유입구에는 암거의 기능을 저하시키는 이물질 등이 암거를 통하여 흐

르지 못하도록 소규모 스크린을 설치한다. 암거로 유입되는 흐름을 원활하게

하기 위하여 필요하다면 기울기를 변화시켜 유속을 변화시킨다.

(11) 유출구는 세굴과 유실에 저항 할 수 있도록 설계한다.

도로 배수시설 설계 및 관리 지침 Ⅱ- 165

(12) 우리나라의 경우 대부분 산지부이므로 횡단 배수 암거의 경우 유속이 불가피

하게 커지므로 유속에 따른 유속 조절방안 및 세굴 대책을 세워야 한다.

(13) 토사 퇴적․침전에 의한 단면의 축소 등을 고려하여 20%의 단면적의 여유를

두어야 한다.

(14) 배수구조물(BOX, PIPE)의 침식을 방지하기 위해 유속이 0.6～3.0m/sec 범

위가 되도록 하고, 부득이한 경우 유속이 2.5m/sec 이상일 때 유입․출부에

수로보호공 및 감쇄공 등을 설치하도록 한다.

① 유입부

- 유속이 2.5m/sec 초과시 침식방지용 수로보호공 설치

(바닥은 콘크리트로 T=20cm이상, L=3D 이상)

② 유출부

- 유속이 2.5m/sec 초과시

(바닥은 콘크리트 원칙, T=20cm 이상)

․ 2.5m/sec < V ≦ 4.0m/sec : 콘크리트바닥을 포함하여 배수구조물 높이

3배 이상 설치

․ 4.0m/sec < V ≦ 6.0m/sec : 배수구조물 높이의 3배이상 되도록 하고

감쇄공설치

․ 6.0m/sec < V : 침전조 설치(관리를 고려하여 가급적 지양하고, 부득이한

경우에만 설치)

(15) 주변 지형이 계곡부이거나 부유물에 의해 피해가 예상되는 지역에는 암거 설

치 이전에 충분한 현지조사와 피해가능성 등을 조사하여 부유물물에 의한 피해

가 발생하지 않도록 한다.