지침 200707_수해예방을_위한_산악지_도로설계_매뉴얼_5장_산악지도로비탈면및토석류
2021.08.27 15:50
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제 5 장 산악지 도로 비탈면 및 토석류
5.1 일반사항
산악지 도로 비탈면 설계는 「건설공사 비탈면 설계기준」등을 적용하며, 기본
계획은 다음 사항을 고려한다.
구조물의 계획에 따른 쌓기 또는 깎기 비탈면의 형성조건
안정성 검토 및 터널 등 대체 구조물의 적용성 여부
비탈면 시공 전․후의 수리․수문 및 생태환경에 미치는 영향
주요구조물에 발생 가능한 재해영향과 토석류에 의한 재해영향
사업대상지역내에 있는 분묘, 가옥, 문화재 및 각종 시설물의 이전방안
시공 중 수질오염, 진동, 분진, 소음 등의 가능성과 대책방안
경제성 및 공사소요기간
법적 규제사항 등
현장여건에 맞는 적용공법 선정 및 시공성(장비의 규모, 작업공간의 확보
가능성 여부, 시공가능성 등)
산악지의 지형과 지반조건, 계곡부와 하천유역에 따른 토석류의 거동여건,
시공여건, 장애물 등의 여부에 따라 보강공법, 산사태 및 토석류 억제공법,
옹벽공법, 표면보호, 녹화공법 및 안전시설의 적용 여부도 함께 고려한다.
산악지 도로 비탈면 설계는 「건설공사 비탈면 설계기준」과「건설공사 비탈면
표준시방서」외에도 각각의 공법에 대한 적용사례 검토를 통해 정확한 시공
이 될 수 있도록 하고, 시공을 위한 공사 시방서를 작성하여 비탈면이 안전하
게 될 수 있도록 한다.
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<그림 5.1.1> 산악지 도로 비탈면 설계 흐름도
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5.2 지반조사
5.2.1 조사일반
비탈면 설계를 위한 조사는 비탈면의 규모 및 필요한 자료와 정보의 내용에
따라 예비조사, 본조사의 순서로 진행하며, 보완조사를 실시 할 수 있다. 예
비조사와 본조사를 동시에 수행할 수도 있고, 여러 단계로 나누어 실시할 수
도 있다.
예비조사 : 부지계획에 따라 주변과의 영향을 고려한 비탈면 계획을 수립
하고, 본조사 계획을 설정하기 위해 실시한다.
본조사 : 비탈면의 상세 설계와 시공계획을 수립하기 위하여 실시한다.
보완조사 : 설계를 보완하기 위해 추가로 실시하거나 설계단계에서 확인하
지 못한 사항을 시공단계에서 확인하기 위해 실시한다.
비탈면 조사는 사업규모와 예상되는 비탈면의 규모를 고려하여 단계별 조사
목적에 부합하도록 조사 계획을 수립하여 실시한다.
<그림 5.2.1> 지반조사 단계별 흐름도
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비탈면은 규모에 따라 다음과 같이 구분할 수 있으며, 설계에서 규모의 구분
에 따라서 조사 내용을 다르게 적용한다.
2종 시설물 : 비탈면높이 50m 이상, 연장 200m 이상인 깎기 비탈면을 말
하며, 비탈면에 설치되는 높이 5m 이상, 연장 500m 이상인 옹벽 시설물도
해당된다. (시설물의 안전관리에 관한 특별법 시행령)
대규모 깎기 비탈면 : 비탈면 높이가 20m 이상인 깎기 비탈면.
대규모 쌓기 비탈면 : 비탈면 높이가 10m 이상인 쌓기 비탈면.
<표 5.2.1> 광역지반 조사 종류 및 내용
구분 조 사 내 용
지형판독
지형도, 지질도, 위성영상, 항공사진 등을 이용하여 문제지형(파괴지형,
애추지형, 단층지형 등), 노두상황, 식생상황, 토지이용 상황 및 기타 광
역적인 지질구조선 등을 확인
지표지질조사
지형, 지표면 토질상태, 노두의 발달상태, 용수상황, 불안정한 지형 및
지질구조의 특성 등을 개괄적으로 파악, 설계의 기본 자료로 활용
<표 5.2.2> 물리탐사 적용기준
구분 조 사 내 용
물리탐사
적용기준
깎기
비탈면
∙깎기높이 20m이상, 연장 200m이상 구간에 실시 ∙불안정 요인을 갖는 지형, 지질에 해당하는 경우 ∙대상 비탈면의 종, 횡단면의 상태를 확인할 수 있도록 측선을
설정 ∙측선의 연장은 비탈면 상태를 확인할 수 있도록 충분히 길게
설정
쌓기
비탈면
∙일상적으로 실시하지 않음 ∙원지반의 지하공동, 연약지반분포, 지질구조선의 분포 등을 파
악하기 위하여 필요한 경우 실시
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<표 5.2.3> 시추조사 적용기준
구 분 적용기준
깎
기
비
탈
면
일
반
비
탈
면
∙깎기 높이 20m 미만 비탈면에 대해 1개소 시추(특히, 불리한 지형,
지질조건을 갖는 비탈면) ∙연장이 긴 경우는 200m 마다 1회의 시추조사 추가 ∙대표 비탈면 단면에 대하여 비탈면 경계부 위치에서 부지계획면 아래
2m까지 시추. (물리탐사를 실시하여 시추위치를 결정할 수 있음) ∙시추규격은 NX 시추실시, 전구간 교란시료, 코어 회수
대
규
모
비
탈
면
∙깎기 높이 20m 이상 비탈면에 대해서 최소 2개소 시추 ∙연장이 긴 경우는 200m 마다 1회의 시추조사 추가 ∙대표 비탈면 단면에 대하여 비탈면 경계부와 비탈면 중간부에서 부지
계획면 아래 2m까지 시추. 비탈면 중간부 시추는 경암 노출시 경암
2m 아래까지 시추. (물리탐사를 실시하여 시추위치를 결정할 수 도
있음) ∙토석류 대책공지역, 산사태 예측지역 ∙시추규격은 NX 시추실시, 전구간 교란시료, 코어 회수
쌓기
비탈면
∙쌓기구간 내 대표단면 또는 구조물 위치에서 최소 1회
실시(물리탐사를 실시하여 시추위치를 결정할 수 도 있음) ∙쌓기연장 200∼300m 마다 1회의 시추 추가 ∙지지층의 종류를 판단할 수 있는 깊이까지 실시(연암 확인 또는
표준관입시험에서 N=50/10을 5m 이상 확인) ∙시추규격은 NX시추 실시
※ 이 기준은 일반적인 최소권장사항이며 토석류 대책공지역, 산사태 거동예상지역과 같이
대상 비탈면별 또는 사업규모에 따라 지반분야 책임기술자의 판단에 따라 시추조사 계획
을 수립하여 실시한다. 또한 시추조사 기준에 대해서는 기관별, 노선 특성을 고려하여
적용할 수 있다.
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5.2.2 비탈면의 불안정 요인을 갖는 지형
․
지질 조사
불안정 지형․지질 요인을 갖는 산악지 비탈면은 불안정 요인에 따라 조사방법
과 조사범위를 설정하여 안정성 확보를 위한 상세한 설계를 실시한다. 불안정
요인을 갖는 지형․지질조건은 다음과 같다.
<표 5.2.4> 불안정 요인을 갖는 지형・지질 조건의 조사 항목
불안정 요인 내 용
비탈면 파괴
또는
산사태 지역
조사 항목
∙파괴 토체의 활동범위, 심도, 방향 ∙파괴 토체의 활동으로 인한 예상되는 위험도 ∙비탈면 활동 요인
붕괴성 요인을
갖는 비탈면
지질조건
∙침식에 약한 지반 : 모래지반, 실트질모래, 화강풍화토 지역 ∙고결도가 낮은 지반 : 애추퇴적물, 화산회토, 화산쇄석층, 붕적토 지역,
점토성분이 많은 지역 ∙풍화가 빠른 암반 : 이암, 응회암, 셰일, 점판암, 편암 지역 ∙균열이 많은 암반 : 화강편마암, 편암류 ∙비탈면 방향으로 일정하게 경사진 불연속면 : 편암, 점판암의 편리가 발
달한 변성암 지역과 이암, 사암 등의 층리가 발달한 퇴적암 지역 ∙구조적 약대를 갖는 지질 : 단층파쇄대, 탄층구간, 점토충전된 암반, 석
회암이 분포하는 구간
낙석발생
가능 구간
∙급경사의 깎기비탈면 상부에 낙석이 발생 가능하고 낙석발생시 비탈면
하부의 시설물 및 인명에 위험성이 있는 경우 ∙조사방법은 낙석의 위치 및 상태, 크기, 비탈면경사, 지질상태(균열, 절
리상태 등), 낙석 예상경로, 경로상의 표면식생상태 등을 조사
토석류 발생
가능 구간
∙과거에 토석류가 발생하였거나 계곡부의 유역면적이 매우 넓고 경사가
급한 경우에 실시한다. ∙토석류 조사는 지형도를 바탕으로 유역면적, 유역면적의 표토두께, 식생
상태, 그리고 계곡부 바닥상태를 육안으로 관찰하여 기록한다.
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5.3 비탈면 설계
5.3.1 쌓기 비탈면 설계
쌓기 비탈면 설계시 고려해야 하는 사항은 다음과 같다.
지형조건에 따른 쌓기 계획
비탈면 안정해석 및 경사와 소단의 결정
지하수 및 지표수의 배수계획
장기적인 비탈면표면보호 방법
유지관리를 위한 점검시설
시공 중 관리방안
비탈면 높이는 원지반 조건, 지형조건, 쌓기재료의 특성, 주변 환경조건, 경
제적인 여건을 고려하여 결정한다. 일반적으로 최대높이는 10m 전후로 하고
안정해석과 제반 여건을 고려한 후에 더 높게 쌓을 수 있다.
깎기․쌓기 경계구간은 경계부에서 급격한 침하로 인한 단차가 발생할 수 있으
므로 깎기 구간과 쌓기 구간의 접속부는 점진적으로 경사지게 연속이 되도록
한다.
<그림 5.3.1> 경사진 지반에서 쌓기 단면
70
<그림 5.3.2> 한쪽 깎기
․
한쪽 쌓기부 층따기와 배수처리 예
비탈면의 안정해석시 안전율 적용기준과 안정해석 조건은 다음과 같다.
<표 5.3.1> 쌓기 비탈면 안정해석시 적용하는 기준안전율
구 분 기준안전율 참 조
건 기 FS > 1.5 ∙지하수가 없는 것으로 해석하는 경우
우 기 시 FS > 1.3
∙일반적인 쌓기 비탈면은 별도의 지하수위 조건 없음.
한쪽쌓기 한쪽깎기 비탈면에서는 측정한 지하수위 또는
침투해석을 통한 지하수위를 이용하여 해석 ∙쌓기 표면에 강우침투가 발생하는 경우에는 강우침투를
고려한 해석 실시
지 진 시 FS > 1.1 ∙지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용시킴 ∙지하수위는 실제측정 또는 침투해석을 수행한 지하수위
단 기 FS > 1.0∼1.1 ∙1년 미만의 단기적인 비탈면의 안정성
※ 산악지 도로의 포장체가 형성되는 쌓기 비탈면의 경우에는 필요시에 우기시 안전율을
검토하고 건기시의 안전율도 만족하도록 설계함
※ 강도정수를 최대강도가 아닌 잔류강도로 해석한 경우: 위 기준에서 0.1 감소
※ 비탈면 상하부 파괴범위 내에 가옥, 건물 등의 고정시설물이 있는 경우: 위 기준에서
0.05 증가
※ 비탈면 상부 파괴범위 내에 1,2종 시설물의 기초가 있는 경우 : 별도 검토
※ 상기 조건을 중복 적용하여 FS < 1.0인 경우에는 최소안전율 1.0 적용
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<표 5.3.2> 비탈면 안정 해석 조건 및 고려사항
구 분 내 용
안정
해석
조건
∙비탈면높이가 10m를 초과하는 경우 ∙비탈면경사가 표준경사보다 급한 경우 ∙쌓기 재료의 함수특성이 높고, 전단강도가 낮은 경우 ∙붕괴시 복구가 장시간 소요되거나 주변 인접시설물에 중대한 인명, 재산상
피해를 주는 경우 ∙지형특성으로 인하여 쌓기토체 내부로 지속적인 지하수의 유입이 발생하는
경우 (경사지반, 계곡부 쌓기) ∙홍수시 비탈면이 침수되거나 비탈끝이 침식되는 경우 ∙쌓기 비탈면의 원지반이 양호하지 못한 경우(연약지반 등) ∙내진안정해석이 필요한 경우 ∙위조건 외에 설계자가 필요하다고 판단하는 경우
파괴
형태와
원인
∙응력조건 변화 : 비탈면 하부 굴착 및 상부 쌓기, 구조물 증설 등 ∙지하수의 증가 : 강우로 인한 침투, 배수조건 변화 등 ∙지반상태 변화 : 풍화 등으로 인한 비탈면 재료의 저하 등 ∙지진동 하중 : 발파진동, 지진 등으로 인한 동적하중
해석시
고려사항
∙비탈면 안정해석 시 지하수 조건은 지반조사 결과를 종합적으로 판단하여
안정성에 가장 불리한 상태가 발생하는 조건에 대해서 수행한다. ∙비탈면 안정해석은 비탈면 지반조건과 장단기적인 배수조건을 고려하여
유효응력해석 또는 전응력해석을 수행한다. 이때, 해석은 배수조건에 따라
시험한 강도정수를 사용한다.
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5.3.2 깎기 비탈면 설계
깎기 비탈면 설계시 고려해야 하는 사항은 다음과 같다.
지형조건에 따른 깎기 계획
비탈면 안정해석 및 경사와 소단의 결정
지하수 및 지표수의 배수계획
장기적인 비탈면표면보호 방법
유지관리를 위한 점검시설
시공 중 관리방안
깎기 비탈면의 안정해석시 안전율 적용기준과 안정해석 조건은 다음과 같다.
<표 5.3.3> 깎기 비탈면 안정 해석시 적용하는 기준 안전율
구 분 기준안전율 참 조
건 기 FS > 1.5 ∙지하수가 없는 것으로 해석
우 기
FS > 1.2
또는
FS > 1.3
∙암반비탈면은 인장균열의 ½심도까지 지하수를 위치시키고
해석수행, 토층 및 풍화암은 지표면에 지하수를 위치시키고
해석수행(FS=1.2 적용) ∙강우의 침투를 고려한 해석을 실시하는 경우(FS=1.3 적용) ∙위 두 가지 조건 중 선택적으로 1가지 조건을 만족시켜야 함
지 진 시 FS > 1.1 ∙지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용시킴 ∙지하수위는 실제측정 또는 평상시의 지하수위 측정
단 기 FS > 1.0 ∙기간 1년 미만의 단기간의 안정성 검토시
※ 강도정수를 한계강도가 아닌 잔류강도로 해석한 경우: 위 기준에서 0.1 감소
※ 비탈면 상하부 파괴범위 내에 강우침투가 심한 경우, 가옥・건물 등의 고정시설물이 있는
경우: 위 기준에서 0.05 증가할 수 있음
※ 비탈면 상부 파괴범위 내에 1,2종 시설물의 기초가 있는 경우 : 별도 검토
※ 상기 조건을 중복 적용하여 FS < 1.0인 경우에는 최소안전율 1.0 적용
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<표 5.3.4> 깎기 비탈면 안정 해석 조건
구 분 내 용
안 정
해석조건
∙비탈면높이가 20m 이상인 경우 ∙비탈면경사가 표준경사보다 급한 경우 ∙비탈면 지반이 붕적토로 이루어진 경우 ∙암반의 풍화가 심하고 용수가 많은 경우 ∙붕괴시 복구가 장시간 소요되거나 주변 인접 시설물에 중대한 인명, 재산상
피해를 주는 경우 ∙불연속면이 비탈면 방향으로 경사진 지질조건의 경우 ∙내진안정해석이 필요한 경우 ∙불안정 요인을 갖는 지형․지질 조건인 경우 ∙위조건 외에 설계자가 필요하다고 판단하는 경우
파 괴
형 태 와
원 인
∙응력조건 변화 : 비탈면 하부 굴착 및 상부 쌓기, 구조물 증설 등 ∙지하수의 증가 : 강우로 인한 침투, 배수조건 변화 등 ∙지반상태 변화 : 풍화 등으로 인한 비탈면 재료의 상태 변화 등 ∙지진동 하중 : 발파진동, 지진 등으로 인한 동적 하중
해 석 시
고 려 사 항
∙비탈면 안정 해석시 지하수 조건은 지반조사 결과를 종합적으로 판단하여
안정성에 가장 불리한 상태가 발생하는 조건에 대해서 수행한다. ∙깎기 비탈면 안정해석은 비탈면내의 지하수위 및 시공속도에 따른 장단기적인
배수조건을 고려하여 유효응력 해석 또는 전응력 해석을 수행한다. ∙실트 및 모래질로 구성된 깎기 비탈면은 강우를 고려한 침투해석을 실시하고
이로부터 구한 간극수압 분포를 이용하여 안정해석을 수행한다. ∙불연속면에 기인한 파괴가 예상되는 경우에는 불연속면의 전단강도를
이용하여 안정해석을 수행한다.
깎기 비탈면 현황도(Face map)는 예상치 못한 비탈면 붕괴 또는 녹화 후 부
분적인 붕괴에 대한 효율적인 대책을 강구하기 위하여 작성한다.
깎기 비탈면의 현황도는 깎기 비탈면의 깎기면 뿐만 아니라, 깎기 비탈면
의 안정성에 영향을 미칠 수 있다고 판단하여 조사를 실시한 일정범위(상
부 자연 비탈면, 비탈면하부지반, 깎기 비탈면 좌․우 일정부분 등)를 포함
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하여 작성한다.
현황도 작성은 일반 깎기 비탈면(연직높이 20m미만)은 깎기가 완료되는
시점까지 1회 이상 실시하고, 대규모 깎기 비탈면(연직높이 20m이상)은 중
간높이(약 20m내외)까지 깎았을 때 1회, 깎기가 완료되는 시점까지 1회 이
상을 실시한다. 현황도는 비탈면의 상태를 기록 보관하는 것이 목적이며,
발주설계시 시공자가 작성하고 대가를 설계에 반영하며, 비탈면 녹화 공법
이 시행되기 전에 실시한다.
<그림 5.3.3> 깎기 비탈면 현황도(Face Map) 작성예
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5.3.3 산악지 도로 비탈면 배수
비탈면 배수 목적
우수에 의한 침식 및 토사유출 방지
강우에 따른 급속한 지하수위 증가와 간극수압의 증가 방지
불안정 요인 제거로 비탈면의 안정성 확보
비탈면 배수처리 대책
비탈면 배수시설 조기 시공
비탈면 외곽부 유도배수로 유입되는 지표수량의 최소화
소단 배수시설은 비탈면 표면을 흐르는 지표수의 조속한 배수
(a) 쌓기부
(b) 깎기부
<그림 5.3.4> 비탈면 배수처리 사례
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깎기부 비탈면 상단 오목부
지하수위 상승으로 인한 토체내 자중으로 슬라이딩이 발생하지 않도록 맹
암거 및 관정 설치
지형 지질, 지표상태에 따라 콘크리트, 돌쌓기, 돌망태 등의 벽체 설치
<그림 5.3.5> 깎기 비탈면 상단 오목부 배수처리 사례
산악지 도로 계곡부의 토석류 차단시설 설치
<그림 5.3.6> 토석류 차단 시설과 횡단배수암거의 연계 처리 사례
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5.4 비탈면 안전대책 방안
비탈면 안전 대책 방안은 다음과 같은 사항을 고려하여 적용한다.
산림청의 산사태 위험지도를 이용하여 도로변 산사태 취약지구 점검 및 응
급보강조치 시행한다.
호우시 도로변 산사태 취약지구 순찰 강화, 응급복구장비 및 인원을 점검
한다.
주요 도로변 절개지 기준 강화 (완경사 비탈면, 도로변 일정공간 확보, 비
탈면안정공법의 강화) 및 공사비를 투자한다.
전국 주요 도로변 강우 특성에 따른 산사태 위험도 평가를 한다.
식생에 의한 보호공
식생공은 비탈면에 대해서 식생 피복을 실시하는 것이며 그 목적으로 우수
침식의 방지, 지표면 온도의 완화 및 뿌리로 표토를 묶어 동상붕락의 억제
및 완화에 의한 미적 효과 등이 있다.
비탈면 녹화 설계는 「건설공사 비탈면 설계기준」과 「비탈면 녹화 설계
및 시공 잠정 지침」을 적용한다.
구조물에 의한 보호공
구조물 보호공법은 식생이 적당하지 않을 경우 혹은 식생만으로는 비탈면
의 안정을 확보할 수 없는 경우, 구조물에 의해 적절한 보호공법을 실시하
는 것이 일반적으로 식생공과 비교해서 공사비가 높아지므로 지질, 비탈면
의 안정성, 경제성, 미관, 유지보수, 기타 현지 상황 등을 충분히 고려한
후에 적절한 보호공을 결정한다.
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비탈면 보호공법
비탈면 안전율이 설계요구 안전율보다 클 경우, 깎기 비탈면이 영구구조물임
을 고려하여 안정성 해석 시점을 기준으로 한다. 지반상태가 열악해 지는 것
을 방지하기 위하여 식생토, 예상치 못한 낙석피해 예방 등을 위한 낙석방지
망, 낙석방지울타리 등 보호공법(protection method)을 적용한다.
비탈면 보강공법
비탈면 대책공법 결정은 비탈면의 안정성해석을 근거로 안전율이 설계요구 안
전율보다 적을 경우, 깎기 비탈면을 대상으로 앵커, 소일네일링 등 보강재 삽
입공법, 추가절취 등의 보강공법(reinforcement method)을 적용한다.
<표 5.4.1> 비탈면 보호공
구 분 지 반 상 태 공 법
깎기부
․ 비탈표면의 풍화침식 및 동상 등의
방지
․ 콘크리트 격자블럭, 콘크리트
뿜어붙이기공, 블록붙이기,
돌붙임공, 녹화공
․ 비탈표면부의 붕락방지 ․ 약간의 토압을 받는 흙막이
․ 현장타설 콘크리트 격자공,
콘크리트 붙임공, 비탈면 앵커공,
소일네일링 및 녹화토
․ 용수가 많은 곳 ․ 부등침하가 예상되는 곳
․ 비탈면 돌망태공, 콘크리트 블록
정형공
쌓기부
․ 비탈면에 용수가 있어서 토사가
유출할 위험성이 있는 경우 ․ 붕괴된 곳을 복구할 경우 ․ 동상으로 비탈면이 붕괴할 위험이
있는 경우 ․ 비탈면이 수로와 접하는 경우
․ 배수공 ․ 비탈면 돌망태공(Gabion)
․ 지형여건으로 흙쌓기 안정 비탈면
경사를 확보할 수 없는 경우 ․ 비탈면을 보강할 필요가 있는 경우 ․ 용지보상비가 과다한 경우
․ 보강토 옹벽
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<표 5.4.2> 비탈면 보강 공법 특성과 적용 예
공 법 특 성 적용사례
앵 커
∙고강도 강재를 앵커재로 하여 보링공 내에 삽입하고 그라우
트 주입과 강재의 인장에 의해 앵커재를 지반에 정착시켜 앵
커재 두부에 작용한 하중을 정착지반에 전달하는 공법 ∙대단위 파괴가 우려되는 암비탈면 ∙불연속면이 연속적으로 발달된 비탈면
∙두꺼운 붕적층 또는 풍화잔류토 지역에서 원호파괴 활동이
우려되거나 지층간 경계가 뚜렷하여 활동이 우려되는 지역에
사용하는 공법(수압판 설치) ∙토사 및 붕적층이 두꺼운 토사비탈면
록볼트
∙원지반을 착암기 등으로 천공하여 볼트를 삽입한 후 정착시
킴으로써 뜬돌 등을 원지반에 고정시키는 공법. 록볼트 자체
가 강도를 발휘하여 지반을 보강하는 것보다 지반자체가 강
도를 발휘하도록 도와줌 ∙예상활동면이 깊지 않거나 낙반이 예상되는 암비탈면 ∙암반의 균열과 절리를 따라 발생하는 활동방지
네일링
∙보강재를 프리스트레싱 없이 좁은 간격으로 지반에 삽입하여
전체적인 전단강도를 증대시킴으로써 지반을 보강하는 공법 ∙토사 또는 풍화가 심한 대깎기 비탈면 ∙평면활동이 우려되고 얕은 활동이 예상되는 비탈면
버 트
리 스
∙비탈면 하부 지지력 상실 공간의 콘크리트재 등에 의한 채움
으로 깎기비탈면의 지지력 확보 ∙소규모의 특정 구간에 사용 가능 ∙적은 재원으로 큰 효과 발휘 가능
기대기
옹 벽
∙비탈면에 기댄 형상 ∙자립하지 않고 원지반 또는 뒤채움 흙에 기댄 자중에 의해
토압에 저항 ∙비탈면 하부 지지력 상실 공간의 채움과 그 외 깎기비탈면
표면에 대한 보호 기능 ∙비탈면 활동 블록의 억제 효과 ∙앵커 등에 의한 옹벽의 지지력 확보 및 깎기비탈면 보강가능
∙계단형의 단면 형상 ∙비탈면하부 지지력 상실구간의 채움과 그외 깎기비탈면 표면
에 대한 보호 기능 ∙비탈면 활동 블록의 억제 효과 ∙앵커 등에 의한 옹벽의 지지력 확보 및 깎기비탈면 보강가능 ∙충분한 이격거리 확보시 효율성 증대
80
5.5 토석류 및 유송잡물 설계
5.5.1 토석류 및 유송잡물의 정의
토석류
토석류는 오랫동안 풍화작용을 받아 흙과 암석편이 많이 생긴 비탈면이 집
중호우로 인해 물로 포화되어 그 무게가 마찰력을 지탱하지 못하여 흘러내
리는 현상으로, 장년기 지형 비탈면에서 일어나는 산사태의 일종이다.
토석류는 집중강우시 자연산지의 파괴에 기인하여 발생하며 파괴 원인은
다음과 같다.
∙ 강우와 지표수가 침투하여 흙이 포화되는 경우
∙ 표토층과 상대적으로 불투수성인 기반암의 두께가 얇아 유선망의 집중으
로 인한 국부적인 간극수압이 증가되는 경우
∙ 파쇄가 심한 기반암의 균열을 통해 물이 침투되는 경우
토석류는 다음과 같이 구분한다.
비탈면형 토석류(open slope debris flow)
비탈면형 토석류는 수로에서 발생하는 것이 아니고 비탈면내에서 발생하는
것으로, 이동거리가 비교적 짧으며 수로형 토석류에 비해 규모가 작고 이
동거리는 주로 비탈면의 경사도에 영향을 받는다.
수로형 토석류(channelized debris flow)
수로형 토석류는 수로를 기반암까지 침식시키고 발생지점에서 수십 내지
수백킬로미터 정도까지 이동하는 토석류
우수에 따른 지반 거동
강우강도가 큰 경우 계곡부로 물이 집중되어 많은 유량과 빠른 유속으로
계곡바닥 및 계곡 측벽에서 침식된 흙, 자갈, 바위, 나무 등과 함께 흐르는
토석류
81
유송잡물
유송잡물은 집중호우로 인한 우수의 흐름에 의해 토사, 토석, 유목 등이 원지
반으로부터 분리되어 이동하는 것으로, 물보다 가벼운 부유물질과 물보다 무
거운 이동물질, 또는 이 두가지 물질의 혼합물 형태로 이동하게 된다.
유송잡물은 다음과 같이 분류할 수 있다(FHWA, 1971).
매우 가벼운 유동 부유물 또는 유동 부유물이 거의 없는 경우
(Very Light Floating Debris or No Debris)
소규모 부유물(Light Floating Debris) : 작은 나무가지, 나무조각, 천
중규모 부유물(Medium Floating Debris) : 나무가지, 큰 나무조각
대규모 부유물(Heavy Floating Debris) : 통나무, 목재
82
<표 5.5.1> 토석류의 발생 형태(지형별 분석)
분 류 해 설 모 식 도 비 고
수로바닥의
퇴적토유입으로
인한 토석류
급경사의 수로바닥상에
퇴적되어 있는 토사가
호우나 급격한 융설
등으로 인해 유량이
증가하여 유입되는 경우.
자연비탈면
토사붕괴로 인한
토석류
자연비탈면의 토사가
붕괴되어 이동하는 동안에
유송잡물과 혼합되어
유입되는 경우.
자연적인 댐의 붕괴로
인한 토석류
붕괴 토사가 계곡류를
일시적으로 막아
자연적으로 댐을 만들고,
이곳에 물이 넘쳐 흘러
침식하거나 또는 붕괴하여
토석류가 발생한다.
활동으로 인한 토석류
고함수비를 가진 점질토가
산사태를 일으켜 토석류가
발생한다.
83
5.5.2 토석류 및 유송잡물 차단시설물의 계획
토석류 및 유송잡물 차단시설의 계획은 계획지역의 지형적, 수리적, 사회적
특성에 기초하여 합리적으로 정한다.
토석류 및 유송잡물 차단시설이 설치될 장소의 특성, 유송잡물의 특성, 시공
및 유지관리 용이성 등을 종합적으로 고려하여 유송잡물 차단시설을 계획한
다.
토석류 및 유송잡물 차단사설은 도로관리청이 도로부지내에 필요한 지역에
설치하며, 도로부지외의 지역으로 설치가 필요한 경우, 산림청 등과 같은 관
계기관에서 설치할 수 있도록 협의한다.
5.5.3 토석류 및 유송잡물 발생 조사
토석류 및 유송잡물 발생 조사
노선에 따른 발생 예상 지점 조사
∙ 우수가 집중되는 계곡부의 하상경사가 15°인 지점부터 상류의 집수 면
적이 0.05㎢ 이상이고, 수로 바닥상에 토석류로 될 수 있는 퇴적물이 존
재할 경우를 기준으로 하여 발생 예상 지점을 조사한다. 또한, 계곡부에
서 토석류와 함께 흘러내린다고 예상되는 유목(流木)등 유송잡물에 대해
서도 조사한다.
∙ 하상 경사가 15°인 지점부터 상류의 집수 면적이 0.05㎢ 미만이어도 지
질, 용수 등의 해당지역의 붕괴 이력이 있다면, 토석류 발생예상지점으
로 예측된다. 이상의 작업은 지형도, 항공사진 등으로 개략 조사한 후,
현지답사를 실시하여 수정한다.
84
토석류 및 유송잡물 발생 빈도 조사
기존의 재해 자료, 현지 답사 등을 통해 해당 계곡류에 있어서 최근의 토
석류 발생 시기, 빈도를 구한다.
토석류 및 유송잡물을 발생시키는 강우 조건을 추정하기 위한 조사
∙ 강우 상황의 유사성을 고려하여 지역을 분할하고, 과거에 토석류를 발생
시킨 강우와 많은 강우량에도 불구하고, 토석류 발생까지 이르지 않은
강우에 관한 자료를 해당지역 내에서 수집하며, 토석류 발생과 미발생
경계의 강우 조건을 구한다.
∙ 해당 지역 내에 토석류를 발생시킨 강우가 없을 경우에는 발생되지 않은
강우의 상한을 가지고 가정의 토석류 발생 강우 조건으로 하는 한편, 지
형, 지질적으로 유사한 다른 지역의 정보도 이용한다.
토석류 및 유송잡물의 규모․성질 추정에 관한 조사
∙ 토석류의 규모나 대책을 검토하기 위하여, 토석류의 규모, 피크(peak)
유량, 유속 등을 검토한다.
∙ 토석류의 유출 토사량의 추정 시 최대 입경의 추정은 현지답사를 통해
가능하나, 토석류의 최대 유량, 유속, 단위 체적 중량 등은 토석류 및 유
송잡물의 현지 관측에 근거하여 경험식을 참고로 추정한다.
∙ 대상 계곡부에 토석류가 발생한 기록이 있다면, 지형․지질의 유사성을 확
인하여 추정 시에 참고로 한다.
유출 토사량
∙ 토석류로 유출되는 토사량은 유역면적의 수로전체의 퇴적 토사량으로 하
며 현지답사를 통해 추정한다.
∙ 토석류는 수로바닥 퇴적물의 두께와 유역면적을 포함하는 계곡의 길이를
곱하여 추정할 수 있다.
85
토석류의 최대 입경
∙ 토석류의 최대 입경은 토석류가 예상되는 수로바닥 퇴적물을 현지답사하
고, 약 100개 이상의 큰 자갈 입경 빈도 분포를 조사하여 누가 곡선의
95% 를 가지고 최대 입경으로 한다.
기존의 토석류 차단 시설 또는 사방 시설의 유무, 제원에 관한 조사
이미 설치된 차단 시설의 유무를 확인하고, 시설의 높이, 길이 등의 제원
을 조사하여 자료를 정리한다. 지형도에는 기존의 차단시설과 토석류가 발
생한 지역, 토석류 발생 예상 지점, 범람 예상 구역을 기입한 토석류 및
유속잡물 발생 예측지점을 작성하는 것이 바람직하다. 또한, 기존의 도로
에 대해서 개량이 필요한 지점도 조사 기입한다.
토석류의 퇴적범위를 예측하는 것은 도로 시설물의 피해를 최소화하기 위
한 사항으로 중요하다.
토석류 량이나 유동특성을 추정하는 것이 전제조건이지만 현재 적확한 추정
법은 확립되어 있지 않다. 현재 퇴적범위(위험구역)의 일반적인 설정순서는
다음과 같으며, 설정 예를 <그림 5.5.1>에 나타내었다.
1단계 : 위험지역의 판정
2단계 : 퇴적 발생 지점 결정
계곡부의 출구, 편상지 정상부, 경사도의 변화 지점, 원지형 경사도가 10°
이하에서 퇴적이 발생한다고 판단되는 지점으로 굴곡부도 고려한다.
3단계 : 퇴적 종식 지점의 결정 : 경사도 3°(약1/20)
4단계 : 퇴적 토사 두께의 결정
토석류의 퇴적두께는 3~5m 정도이며. 토사의 퇴적두께는 2~3m 이다.
5단계 : 분산각, 퇴적 최대폭 결정
예상되는 유출 토사량 및 현지 지형을 바탕으로 검토한다.
86
<그림 5.5.1> 토석류 위험구역 설정 사례
5.5.4 토석류 및 유송잡물 차단시설의 종류
토석류 및 유송잡물의 차단은 방어구조물이나 제어시설을 여러 개소에 설치하
여 방류량을 줄임으로써 침식을 방지하고 하류지역의 피해를 방지한다. 이 경
우 나무 등의 조림을 다시 실시함으로써 비탈면 표층부를 안정화시키고, 계
곡부의 유출면의 마찰력을 증가시켜 유속을 줄이는 방법이 병행되는 것이 바
람직하다.
비교적 하류지역인 선상지나 퇴적지의 적절한 장소에 토석류를 억지하거나 조
절할 수 있는 제어시설은 사방댐 등의 사방시설을 설치하는 방안이다. 사방댐
은 하상경사가 큰 계곡에서 급류로 인한 종
․
횡 침식으로 계상과 계안에서
발생하는 돌, 자갈, 모래, 흙 등과 같은 침식 및 붕괴물질을 억제하여 토석류
피해를 저지하기 위하여 계곡을 횡단하여 설치하는 구조물이다. 이 때 고려
해야 할 사항은 토석류 및 유속잡물의 전면부를 저지시키고, 조립질 물질을
강제로 퇴적시키기 위해서 토석류의 경사를 급격하게 줄여야 한다는 점이다.
87
<표 5.5.2> 토석류 및 유송잡물 차단 시설별 비교 사례(계속)
구분 콘크리트 사방댐
철강재 사방댐
(경사형,버트레스,슬릿형)
개요
• 기초 및 양안어깨부, 본체를 모두 콘
크리트 구조로 설치하여 유송잡물 및
토석류를 차단하는 구조물
• 기초 및 양안어깨부는 콘크리트구조,
본체는 철강구조로 설치하여 유송잡물
및 토석류를 차단하는 구조물
개
요
도
시공
방법
• 콘크리트기초부 굴착 필요 • 현장콘크리트 타설(수중) • 하류측 세굴방지시설(별도공)
• 콘크리트기초부 굴착 필요 • 현장볼트체결에 의해 조립
시
공
성
• 콘크리트기초부 굴착으로 별도의 토공
작업 필요 • 진입로 개설 필요(별도공)
• 콘크리트기초부 굴착으로 별도의 토공
작업 필요 • 철강재 사방댐은 원칙적으로 현장볼트
체결에 의해 조립. • 아연도금, 도장 등과 같은 방식처리보
호 및 현장에서 인력에 의해 간편하게
조립가능 • 진입로 개설 필요(별도공)
유지관리
• 하류측 세굴에 의한 하자 우려 • 부분적인 보수, 확대, 축소가 어려움
• 부분적 보수, 확대, 축소가 어려움 • 토석류 및 유목에 의한 아연도금 손상
으로 부식의 가능성 있음
수질환경
• 댐 상류측 고인물이 부패되어 수질악
화
• 철재조립 틈새로 배수기능이 있어 수
질악화 방지 • 주변 지하수위의 변경을 초래하지 않
음
생 태 계 • 상,하류 생태계 차단 • 철재조립 틈새로 상, 하류 생태계 차
단 없음
88
<표 5.5.2> 토석류 및 유송잡물 차단 시설별 비교 사례
구분 주철 조립식 사방댐 돌붙임 사방댐
개요
• 기초 및 양안어깨부, 본체를 모두
주철틀 구조로 설치하여 유송잡물
및 토석류를 차단하는 구조물
• 기초 및 양안어깨부, 본체를 모두
콘크리트 구조로 설치하여 유송잡물
및 토석류를 차단하는 구조물
개
요
도
CIP 파일
D508
흄관설치
D=450mm, L=7.5m
fck=24N/mm2
기초콘크리트(t=0.7m)
시공
방법
• 콘크리트기초부 굴착 필요 • 현장에서 부재 조립 • 전석 및 쇄석 사용으로 열약한 시공
여건에 적합
• 콘크리트기초부 굴착 필요 • 현장콘크리트 타설 • 하류측 세굴방지시설(물방석)
시
공
성
• 공장제작 기성품을 조립하므로 시공
성 매우 양호 • 주철틀을 조립하여 현장의 전석 및
잡석으로 시공이 가능함으로 열악한
지역에서도 설치가 매우용이 • 현장내 잡석사용으로 외부반출 최소 • 진입로 개설 불필요
• 콘크리트기초부 굴착으로 별도의 토
공작업 필요 • 진입로 개설 필요(별도공) • 돌붙임시 현장내 전석을 사용하여
외부반출 감소
유지관리
• 조립식으로 유지관리 용이 • 내구성이 반영구적이며 자재 재활용
이 가능
•물방석 설치로 하류측 세굴방지 •부분적인 보수, 확대, 축소가 어려움
수질환경
• 일정기간 경과 후 표면에 피막을 형
성하고 주철의 미세한 녹은 식물 및
어류에 철분을 공급 • 수질오염 및 주변 지하수위의 변경
을 초래하지 않음
•배수로를 설치하여 상류의 물고임 현
상 억제 •수질오염 및 주변 지하수위의 변경을
초래하지 않음 •물방석 설치로 주변경관과 어우러짐
생 태 계 • 투과성 구조이고 어도설치가 유리하
여 상,하류 생태계 차단 없음
•투과성 구조이나 상,하류 어류 생태
계 차단
89
(a) 개폐식 토석류 차단시설 사례(워싱톤주, 미국)
(a) 연성형 토석류 차단시설(몬테나) (b) 암거유입부 토석류 차단시설
<그림 5.5.2> 토석류 차단시설 사례
5.5.5 차단시설 예정지 선정
차단시설의 설치 예정지는 산악지가 많은 국도 및 지방도의 비탈면 계곡부에
위치하는 시설 중 상류로부터 토석류 및 유송잡물의 발생이 예상되는 곳을
선정하며, 집중호우시 도로 등에 피해를 끼칠 우려가 많은 지역을 우선적으로
선정한다.
90
설치장소의 지질특성은 지형, 하상경사, 식생의 상황, 지반특성 등을 의미하
는 것으로 유송잡물의 발생 여부, 발생량, 차단시설의 규모를 결정하는 요소
로서, 계획 대상 구역의 현황 조사 자료, 과거 재해 자료, 유사 지역의 자료
등을 기준으로 정한다.
설치장소의 수리특성은 홍수특성, 홍수빈도, 홍수피해 가능성 등을 고려하여
토석류 및 유송잡물 차단시설 설치장소를 결정할 때 고려한다.
5.5.6 차단시설의 결정
유송잡물 차단시설을 선택할 때는 교통흐름의 안전이 최우선적으로 고려한
다. 유송잡물 차단시설의 효과를 극대화하기 위해서는 다음과 같은 항목들을
검토한다.
설치지역의 수리 및 지질특성
설치장소의 길이와 폭
유송잡물의 종류 및 발생량
차단시설의 특성 및 유지관리 방안
경제성(초기설치비, 유지관리비 등)
유송잡물 차단시설을 어떻게 다루는 가와 배치하는 장소 및 활용방안 등은
매우 중요한 문제이다. 유송잡물 차단시설의 종류 및 설치위치 등을 결정하기
위한 검토사항은 대상 지역의 특성에 따라 다르기 때문에 유송잡물 차단시설
의 기능이 가장 유효하게 발휘되도록 고려한다.
토석류 및 유송잡물 차단시설이 제 기능을 발휘할 수 있도록 주기적인 점검,
유지보수를 하도록 한다.
91
도로관리청은 도로부지내에 차단시설이 필요한 지역에 설치하며, 도로부지외
의 구역에 차단시설의 설치가 필요한 경우, 산림청 등 관계기관에서 설치하도
록 협의한다.
토석류 및 유송잡물 차단시설의 선정과정은 <그림 5.5.2>와 같다
<그림 5.5.3> 토석류 및 유송잡물 차단시설의 선정과정
5.5.7 설치장소의 특성파악
설치장소의 수리특성이란 홍수특성, 홍수빈도, 홍수피해 가능성 등의 어떤
배수구조물의 설계기준으로 채택되는 설계홍수량을 의미하며, 유송잡물 차단
시설의 설치 필요성을 결정할 때 고려되는 중요한 요소 가운데 하나이다.
92
설치장소의 지질특성이란 지형, 하상구배, 식생의 상황, 지반특성 등을 의미
하는 것으로 유송잡물의 발생 여부, 발생량, 차단시설의 규모를 결정하는 요
소로서, 계획 대상 구역의 현황 조사 자료, 과거 재해 자료, 유사 지역의 자
료 등을 기준으로 정한다.
<그림 5.5.4> 도로 주변에 토석류 차단시설 설치(안) (계속)
93
<그림 5.5.4> 도로주변의 토석류 차단시설 설치(안)
5.5.8 설치 가능시설의 대안선정
차단시설이 설치될 장소의 길이나 폭, 설치 위치 등을 고려하여 설치 가능한
시설의 대안들을 선정한다.
차단시설의 대안을 선정함에 있어 가장 중요한 요소는 토석류 및 유송잡물의
종류이다. 종류에 따른 차단시설은 <표 5.5.3>과 같다. 예상되는 종류가 2가
지 이상일 경우, 2중으로 차단시설을 설치하여 도로시설의 피해를 최소화 할
수 있다.
94
<표 5.5.3> 차단시설물의 선택
시설
유송잡물
(우회시설)
Deflector
(거치대)
Rack
(수직관)
Riser
(격자틀)
Crib
(분리대)
Fin
(사방댐)
Dam
LFD ◎ ◎
MFD ◎ ◎ ◎
HFD ◎ ◎ ◎
FD1 ◎ ◎
FD2 ◎ ◎
CD ◎ ◎ ◎
B ◎
LFD:소규모 부유물(Light Floating Debris) MFD:중규모 부유물(Medium Floating Debris)
HFD : 대규모 부유물(Heavy Floating Debris) FD1 : 유동물질(Flowing Debris)
FD2 : 세립질 암편(Fine Detritus) CD : 조립질 암편(Coarse Detritus) B : 표석(Boulders)
(자료:FHWA)
(a) 우회시설 (b) 수직관
(c) 분리대 (d) 격자 벽체형
<그림 5.5.5> 토석류 및 유송잡물 차단시설 설치 사례
95
5.5.9 최적 대안의 선정
유송잡물 차단시설의 종류와 설치될 장소의 공간 특성, 설치위치 등을 고려
하여 대안들을 선정한 후에는, 최적의 대안을 선정한다. 최적의 대안을 결정
할 때에는 앞서 조사된 유송잡물의 특성, 설치공간의 특성, 차단시설의 특성,
시공 및 유지관리 용이성, 초기설치비 및 유지관리비 등의 경제성을 종합적으
로 고려한다.
유송잡물 차단시설의 설치방안을 종합적으로 검토한 결과를 <표 5.5.4>에 나
타내었다.
<표 5.5.4> 차단시설 설치방안 비교․검토
구분
우회시설
(Deflecter)
거치대
(Rack)
수직관
(Riser)
격자틀
(Crib)
분리대
(Fin)
교량/암거
차단
메카니즘
우회 차단 차단 차단 차단 통과
유송잡물
종류
나뭇가지,
통나무, 큰 암
점토,
실트, 모래
점토, 실트,
모래, 나무가지
굵은 자갈,
암설
통나무, 목재 대규모 유송잡물
시공위치 암거 유입부 암거 유입부 암거 유입부 암거 유입부 암거 유입부 도로
크기
암거크기의
1.1배 이상
3~6m
암거 직경보다
30㎝정도
크게 설치
암거 크기 다양 다양
재료 철재(레일)
목재, 콘크리트,
철재 등 다양
철재 목재 콘크리트 콘크리트
검토결과
구조적 안정성
과 흐름에 대한
저항력이 뛰어
나 대형암거,
유속이 빠른 흐
름, 대형 통나
무, 호박돌 등
과 같은 유송잡
물에 효과적임.
유송잡물의 충
격을 직접 받기
때문에 흐름의
속도가 빠른 경
우에는 경사지
게 설치하거나
타이어 등을 설
치하여 충격을
완화시킴.
제방여유가 충
분한 지역에 설
치하며, 직경
130㎝이하의 암
거에 이용됨.
충격에 저항력
이 약하기 때문
에 빠른 유속을
보이는 곳에는
설치하지 않음.
흐름경사의 미
세한 변화에도
암거 유입부에
유송잡물의 퇴
적이 발상하는
소규모 암거에
적절함.
대형암거에 사용
되며 유송잡물이
부유물일 경우에
적당한 구조물
교량교대에 유송
잡물이 집적되는
것을 방지하는데
사용되기도 함.
대규모의 붕괴나
유송잡물차단시
설만으로는 대응
할 수 없을 것
같은 도로구간이
나 유송잡물 차
단시설을 설치할
공간을 확보하기
어려운 곳에는
터널, 교량 등에
의한 구조형식의
선정 등으로 대
응하는 것이 바
람직함.
96
5.5.10 토석류 및 유송잡물 차단시설의 유지관리
차단시설을 설계할 경우 유지관리를 고려한다. 교통량이 많고 중요한 도로의
배수구조물일 경우 유지관리의 기준이나 빈도가 더 엄격할 것이다. 이러한 유
지관리 계획에 따라 차단시설의 결정이 이루어지기도 하는데, 예를 들면 유지
관리가 어려운 경우 유지관리가 덜 필요한 차단시설을 사용하게 되는 것이다.
일반적으로 제방이 높은 경우는 유지관리 설비의 접근이 어렵다. 그러나 제
방이 높으면 저류공간이 그만큼 증가하므로 유지관리의 빈도를 줄일 수 있다.
유지관리 장비의 접근이 용이하지 않을 경우에는 크레인 같은 장비를 이용하
여 교통의 흐름을 두절시키지 않고 유송잡물을 제거 할 수 있다.
따라서 차단시설이 제 기능을 발휘할 수 있도록 주기적인 점검·유지보수를
하고, 관련 기록을 유지한다.
점검은 시설물의 외관을 수시로 점검하고, 성능의 이상 유무를 확인하기 위
하여 정기적으로 실시하며, 호우 등의 재해가 발생한 후에는 즉시 점검을 실
시한다. 점검은 다음 사항에 유의하여 실시한다.
차단시설의 외관
차단시설 부재의 변형의 상태
차단시설의 상태(위치, 방향)
토석류 및 유송잡물 포착상황
차단시설이 자연 재해에 의해 변형 또는 파손 등 기능 수행상 문제가 있다고
판단되었을 경우에는 즉시 복구한다. 파손이 경미한 경우에는 보수하고, 보수
가 곤란한 경우엔 철거 후 다시 시공한다.
97
차단시설의 시공 및 보수에 관한 기록을 유지한다. 차단시설이 파손 또는 변
형된 경우, 파손 위치, 정도, 원인 등을 면밀히 조사하여 기록·관리하고, 다
음 설계 및 시공시 이를 반영한다. 시공시의 기록 사항은 다음과 같다.
시공 위치 및 간단한 주변 도로 현황
시공 일시, 시공 개시 및 종료 시각
차단시설의 형식, 길이, 높이, 너비
기타 시공상 특이 사항
점검 및 보수시의 기록 사항은 다음과 같다.
위치, 점검 일시
파손 내용과 사유 및 변형 상태
보수 일시