624 ❙ 부대공

813

부 대 공

연약지반 장기침하를 고려한 설계 개선 방안 설계처-3237

(2015.11.23)

1 검 토 목 적

연약지반 장기침하로 부등침하가 큰 교량 접속구간의 다이크,

가드레일, 중분대의 기능 저하 현상이 발생됨에 따라 이에 대한

설계 개선방안을 검토코자 함

2 관련 설계기준

□ 연약지반 포장의 허용침하량 기준 (건설일17111-121 89.11.24)

o 연약지반 허용잔류 침하기준은 최종압밀도의 95% 이상으로 설정

o 시공 관리시 이론 잔류 침하량이 10cm 이하가 되도록 관리

□ 연약지반 중앙분리대 개선방안 검토 (설계기13201-511, 2001.10.10.)

o 연약지반 부등침하 문제점은 교량 전․후 약100m 구간에서 주로 발생

o 교량 전후 100m 구간 프리캐스트 방호벽 설치

□ 도로설계요령 (5편 토공 14.8.3 침하의 추정방법, 14.8.2 침하의 추정 방법과 적용)

o 연약지반의 침하 : 단기침하(즉시 + 1차 압밀) + 장기침하(2차 압밀)

․즉시침하 : 재하 즉시 발생

․1차압밀 : 과잉간극수압 소산

․2차압밀 : 크리프 변형

o 연약지반 설계시 일반적으로 장기침하(2차 압밀) 무시

※ 2차 압밀침하량은 설계시점에서 산정하기가 곤란하며, 막대한 시간과 비용이

소요되어 유지관리로 대응하는 것이 효과적이라 판단됨

Ss(2차 압밀침하량) = Cα × Hp × log(ts / tp)

여기서, Cα = 2차 압밀지수 (→ 1차 압밀 종료시점 계측자료로 산정)

Hp = 1차 압밀 완료후 연약층 두께

tp = 1차 압밀 종료시간, ts = 2차 압밀시간(가정)

부대공 ❙ 625

부대공

3 현 설계의 문제점

1 장기침하 현황 및 문제점

가. 공용중 장기침하 현황 조사결과 (붙임 #2 참조)

연약층이 깊거나 연약도가 심한 지반의 경우 2차 압밀에 의해

공용 중에도 허용잔류침하량(10cm) 이상의 장기침하 발생

※ 서해안선, 남해선 등 4개 노선의 공용 8~9년차 침하량 : 평균 34cm(위치별 최대 76cm)

나. 장기침하 문제점

□ 장기침하에 대한 유지관리 대응 현황

o 장기침하에 따른 포장 평탄성 불량구간은 이용객 만족도, 주행안전

등에 민감하여 덧씌우기로 수시 대응 중

덧씌우기

ex) 남해선 냉정-부산구간 덧씌우기 횟수

(96년 개통이후 ~ 2014년 확장공사 완료전까지)

※ 부산경남본부 도로팀-102호(2015.1.21)에서 덧씌우기 횟수 자료 인용

o 하지만 성토체, 다이크, 가드레일 등은 민감도가 다소 떨어지고

보완 방법이 곤란하여 방치되는 경우가 빈번함

626 ❙ 부대공

□ 유지관리 문제점

o 포장 덧씌우기 후 다이크 노출높이 저하에 따른 노면수 월류

현상으로 성토 법면이 세굴되어 구조물-토공 접속부위 공동 발생

※ 사례 : 남해선 및 중앙지선 18개 교량의 뒤채움부 중심으로 발생된 공동에 대한

조치방안으로 다이크 증고가 반드시 필요한 것으로 검토

(양산지사 관내 연약지반 구간 교량 뒤채움부 공동 처리방안에 대한

검토의견 : 도로교통연구원 연구기획팀-982호, 2005.7.29)

<다이크 상부로 월류> <교량 접속부 및 날개벽 공동>

o 가드레일 지주 인상시 근입깊이 감소로 방호성능 부족, 미 인상시에는

가드레일 노출높이 저하에 따른 승월사고 우려

☞ 장기침하를 고려한 다이크 규격 조정 및 추가성토 검토 필요

부대공 ❙ 627

부대공

2 연약지반 교량접속부 중앙분리대 설계기준 부적정

□ 현 설계기준

o 연약지반 교량 전・후 100m 구간 프리캐스트 방호벽 적용

※ 연약지반 중앙분리대 개선방안 검토 (설계기13201-511, 2001.10.10.)

□ 문제점

o 중앙분리대 차량방호성능 부적합

- 현재까지 개발된 프리캐스트 방호벽은 SB4 등급이 최대 등급

※ 확장공사구간 주행안전성 향상을 위한 이동식 PC방호벽 개선방안 (설계처-1624호, 2012.6.11.)

- 본선용 중앙분리대는 위험구간으로 SB5 이상의 방호등급이 필요

※ 도로안전시설 설치 및 관리지침

설계속도 적용구간

등 급

SB1 SB2 SB3 SB3-B SB4 SB5 SB5-B SB6 SB7

․고속구간A

90km/시

100km/시

-기본구간 ◎ ○

-위험구간 ◎ ○

-특수구간(타도로와교차등)

-특수중차량통행이많은구간

◎ ○

"위험구간(위험도가큰구간)"

① 중앙분리대

②교량구간

③․․․

④․․․

⑤․․․

☞ 방호성능 기준에 부합되는 중분대 설계기준 마련 필요

628 ❙ 부대공

4 연약지반구간 설계 개선방안 검토

1 장기침하를 고려한 다이크 규격 조정 및 추가성토

다이크 높이 상향 및 추가 성토 시행으로 교량 날개벽 등 구조물

접속부 공동발생 및 다이크․가드레일 기능 저하 예방

□ 개 요

o 부등침하가 큰 교량 접속부 구간의 다이크 높이 상향 및 추가 성토

시행으로 장기침하에 따른 기능저하 방지

① 다이크 높이 상향

:포장 덧씌우기시에도 배수능력 유지

② 추가 성토

:교량 날개벽 등 구조물 접속부 공동발생 방지

및 가드레일 인상시에도 근입깊이 확보

③ 가드레일 규격 상향

:가드레일 수시 인상이 곤란하므로 가드레일

규격을 상향하여 방호성능 확보

□ 다이크․가드레일 규격 상향 및 추가 성토 시행방안 검토

o 공용중 장기침하 경향 분석 [ 단기 침하량의 약 20% 발생 ]

- 일반적으로 단기 침하량이 크면 장기 침하량(2차압밀량)이 크게 나타남

※ 군산-줄포간 연약지반구간 잔류침하에 대한 외부위원 기술자문 의견서 중 일부 발췌

“ … 공통적인 것은 1차 압밀량이 크면 2차 압밀량도 커지며 …”

(냉정부산건설사업단 품질기술팀-1080호, 2011.10.20)

- 공용노선 계측결과에서도 대체적으로 단기 침하량(즉시+ 1차압밀)이

크면 공용중 장기 침하량이 큰 경향이 있었으며,

- 공용중 장기 침하량은 단기 침하량의 약 20% 내외로 발생됨

※ 공용중 장기 침하량(잔류침하포함) 36cm / 단기 침하량 171cm ≒ 20% (붙임 #2 참조)

부대공 ❙ 629

부대공

【세부 적용방안 검토】

o 다이크 및 추가 성토 한계고 검토 [ 추가 성토 : 최대 ↑30cm ]

- (다이크 한계고) 가드레일을 감안시 포장 상단면에서 최대 35cm

- (추가 성토 한계고) 토사유입 방지 여유고(5cm) 감안시 최대 30cm

구분 일반 단면 추가성토 시행 단면

단면도

o 다이크 규격 및 추가 성토방안 검토

- 다이크 규격 : 배수 기능을 고려 다이크 최대치인 노출높이 35cm 적용

- (추가 성토) 공용노선 침하경향, 추가성토 한계고를 감안하여 단기침하량

150cm까지는 추가성토 ↑30cm 시행 (150cm×20%=30cm)

․단기침하량이150cm초과시에는성토체추가확폭(향후유지관리시추가성토용이)

구 분 단기 침하량≦150cm 단기 침하량 > 150cm

성토방안 추가성토(↑30cm) 추가성토(↑30cm) + 확폭(α)

단면도

＊i) 필요 추가성토고 : 단기침하량 × 20%

ii) α=(필요 추가성토고 - 30cm)×1.5

추가

공사비

약 19백만원 / 100m

(순성토 운반 20km 기준)

Var

※ 설계시점에서 장기침하량(2차 압밀) 산정이 곤란하므로 공용노선 침하량을 참조하여 추가 성토고 결정

630 ❙ 부대공

o 가드레일 규격 조정 검토

- 침하량이 큰 경우 통상적으로 가드레일 수시 인상작업 미실시

- 그러므로 가드레일 노출높이 저하에 따른 승월사고 예방을 위해

가드레일 규격 상향 조정 필요

당 초 개 선

추가공사비 : 약 7백만원 / 100m(양방향)

※ 단, 위의 개선안(2단 가드레일)은 현재 표준도의 노측용 SB5 가드레일에서 일부

변형한 것으로 2016년 이후 실물충돌시험 검증 후 사용(표준도 게재 예정)

o 다이크․가드레일 규격 상향 및 추가 성토 적용 지반

- 원칙적으로 부등침하가 큰 교량 접속부 100m 구간의 점토질

연약지반에 적용

- 교량과 교량사이 연속성이 필요할 경우 100m 이상 적용 가능

※ 시공중 침하가 거의 완료되는 사질 연약지반과 완전 치환, 고결 등으로

장기 침하량이 무시 가능시에는 미적용

부대공 ❙ 631

부대공

2 연약지반 교량 접속부 중앙분리대 설계기준 개선

부등침하가 심한 교량 접속부 구간의 중앙분리대 형식을 방호성능 기준,

유지관리 등을 고려하여 최적 형식으로 선정

□ 중앙분리대 적정 형식 검토

o 차량방호 성능이 만족되도록 SB5등급 적용 검토

- 중앙분리대 형식 적용 검토(안)

구 분

당 초

(프리캐스트 방호벽)

변 경 1 안

(양면 가드레일 - 개구부용)

변 경 2 안

(콘크리트 중분대)

제품

사

특 징

- 방호등급 부적합(SB4) - 방호등급 적합(SB5) - 방호등급 적합(SB5-B)

- 단기간 교통차단

- 부분적, 수시인상작업용이

- 철거 및 재설치 필요

- 장기간 교통차단

- 깨기 작업시 파편 비산

등 다소 위험

- 지반 침하시 방호벽 파손

및 미관불량

- 설치비 : 136천원/m

- 유지관리비(1회) : 5천원/m

- 설치비 : 211천원/m

- 유지관리비(1회) : 19천/m

- 설치비 : 55천원/m

- 유지관리비(1회) : 269천원/m

합 계 : 141천원/m 합 계 : 230천원/m 합 계 : 324천원/m

검 토

차량방호 성능(SB5등급)을 만족하고 유지관리비 감안시 가장 경제적이고

인상작업이 용이한 양면 가드레일(변경 1안)을 적용함이 타당함

적 용 ○

□ 적용 구간

o 원칙적으로 연약지반 교대 접속부 100m 구간에 적용 (당초 기준과 동일)

o 교량과 교량사이 연속성이 필요할 경우 100m 이상적용가능

632 ❙ 부대공

5 검토 결론 및 적용방안

□ 검토 결론

o 연약지반 교량 접속부의 공동 발생 및 배수기능 및 방호성능 저하

방지를 위해 다이크 높이 상향 및 추가성토 시행

(점토질 연약지반의 교량 접속부 100m 구간)

구분 당초

변경

단기 침하량≦150cm 단기 침하량 > 150cm

단면도

다이크 포장상단15cm노출 포장상단 35cm 노출 포장상단 35cm 노출

추가성토 - 추가성토(↑30cm) 추가성토(↑30cm) + 확폭(α)

※ 확폭량(α) : 필요한 추가성토고를 감안하여 산정 후 시공관리를 위해 10cm 단위로 적용

o 유지관리시 수시 인상이 곤란하므로 처짐 발생시에도 방호성능이

확보되도록 2단 가드레일 시공 (점토질 연약지반의 교량 접속부 100m 구간)

※ 단, 2016년 이후 실물충돌시험 검증 후 사용(표준도 게재 예정)

o 연약지반 교량 접속부 중분대 형식을 방호성능이 만족되고 유지관리가

용이한 양면 가드레일(개구부용)로 변경 (교량 접속부 100m 구간)

□ 적용 방안

o 설계 중 노선 : 본 방침 적용

o 공사 중 노선 : 공사주관(시행)부서에서 추가용지 등 현장여건을

고려하여 적용여부 판단

붙 임 : 1. 연약지반 처리공법 비교

2. 연약지반 장기침하량 분석

부대공 ❙ 633

부대공

[붙임 #1]

634 ❙ 부대공

[붙임 #2]

□ 공용노선 침하량 계측자료 (개통 후 약 8～9년차 계측자료)

구 간 연약층

심도(m)

침하량 계측자료(cm)

비고

시공중 침하량

공용중

계측시점 침하량 잔류침하량

검토자료

서해안선

(군산~줄포)

6.5~13 74~89 20~21 0.8~2.1 공용

9년

남 해 선 10~33 50~320 17~76

5cm 미만

공용

8년

중 앙 선 7~37 60~220 10~60

중앙지선 18~46 140~380 13~52

평 균 22 166 34

※ 도로처-2545(2009.6.4) 및 도로교통연구원 연구기획팀-982(05.7.9) 자료 가공

□ 공용중 침하량 분석

구 간

단기 침하량(cm) 공용중(잔류포함) 장기 침하량(cm) 비고

시공중 잔류 합계 계측시점 잔류 합계 (개통년도)

서해안선

(군산~줄포)

74~89 5 79~94 20~21 1.45 21~22

1998,

2001

남 해 선 50~320 5 55~325 17~76

2.5

20~79

중 앙 선 60~220 5 65~225 10~60 13~63 1996

중앙지선 140~380 5 145~385 13~52 16~55

평 균 166 5 171 34 36

※ 단기 침하량 = 즉시 침하량 + 1차 압밀 침하량 = 시공중 침하량 + 5cm(1차 압밀 잔류침하량으로 가정)

☞ 단기 침하량(즉시 침하 + 1차 압밀침하)이 클수록 개통 후 침하량이 커지는

경향이 있으며, 공용중 장기 침하량은 단기 침하량의 약 20% 내외로 발생됨

연약지반 공용중 침하량 분석