배수공 ❙ 155

배수공

44

배 수 공

깎기비탈면 배수 취약구간 설계 개선 설계처-3329

(2015.11.30)

1 검 토 배 경

□ 이상기후로 강우량 및 집중호우 증가 추세

o 지난 100년간(1911~2010) 우리나라 기후변화 현상 (기상청, 2013년)

- 평균기온 : 1.8℃(10.5→12.3℃) 상승(6개도시* 기준)

* 서울, 인천, 강릉, 대구, 부산, 목포

- 강 수 량 : 17%(2.1mm/년) 증가

o 한반도 기후변화 전망 (기상청, 2012년)

- 온실가스 저감 정책이 실현될 경우에도 평균기온 및 강수량 지속적 증가 예상

※ 현재(1981~2010) 대비 21세기 후반(2071~2100년) 기후 전망

- 평균기온 : 3℃증가

- 강수량 16% 증가. 반면, 호우일수

0.7일 증가로 강우강도 증가

- 극한 기상현상 발생 증가

□ 깎기비탈면 배수 취약지형에 대한 고려 미흡으로 피해 지속

o 깎기비탈면 오목부는 우수가 빠르게 모이는 지형으로 강우도달시간이

매우 짧음 (강우도달시간이 대부분 3분 이내이나 5분으로 설계)

o 비탈면 상부 배수시설 유입부에 집수정(침사지)을 설계하고 있으나,

소규모 토석류 발생에도 차단 곤란

※ 깎기비탈면 토석류 피해현황 (최근5년간) : 20건 / 복구비 53억원

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

피해현황 비 탈 면 터널 입구부

20건

3건

2012.7 순천완주선 96.5k

토석류 유입 40㎥

2013.7. 서울양양선67.2k(서울)

토석류 유입 150㎥

156 ❙ 배수공

2 추 진 경 위

□ 산지부 도로설계기준 검토 (2006.12, 설계처)

o 산지부 비탈면 설계강우 발생빈도 상향 조정 (10년→20년)

o 깎기비탈면 상단 계곡(오목)부 수로보호공 및 집수정(침사지) 설치

□ 산지부 도로설계기준 개선 (2007.11, 설계처)

o 산지부 기준 변경 : 과거 100mm/hr 이상 집중호우 발생 지역

⇒ 표고400m 이상산지를접한계곡등영향권내지역

□ 깎기비탈면 설계기준 개선 (2008.10, 설계처)

o 배수시설 설치 강화 : 도수로 규격 확대 (600×500→1,000×600mm)

□ 도로 배수시설 설계 및 관리지침 개정 (2012.11, 국토부)

o 강우강도-지속시간-빈도(I-D-F) 곡선 변경 : 2000년 이후 강우특성 반영

o 최소 강우지속시간 변경 : 10분 → 5분 (설계강우강도 평균 59% ↑)

□ 비탈면 및 배수시설 심사강화 방안 (2014.4, 기술심사처)

o 깎기부 배수취약시설* 설계강우 발생빈도 상향 (평지부 10년 이상)

* 대절토부(h≥20m) 도수로, 터널 입출구부 상부 배수시설 등

o 도로상단 계곡부에서 토사유출이 우려되는 경우 보강 실시

배수공 ❙ 157

배수공

3 설 계 기 준

□ 도로 배수시설 설계 및 관리지침 (국토교통부, 2012.11)

o 설계절차

- 설계강우 발생빈도 결정 ⇒ 설계홍수량() 산출 ⇒ 배수시설 규모 결정

o (발생빈도) 배수시설물의 중요도, 위험도, 경제성을 고려하여 결정

구 분

발생빈도

평지부 산지부

암거, 배수관 30년

(도심지 50년) 100년

노면, 비탈면 배수시설,

측도 및 도로 인접지 배수시설

10년 20년

※ 산지 기준 (산지부 도로설계기준, 2007.11)

- 산림청의 산사태 위험지도상 1, 2등급으로 분류되는 지역

- 표고 400m 이상 산지를 접한 계곡 등 영향권 내의 지역

- 산사태 및 토석류 등으로 피해가 발생한 지역

- 전문가로 구성된 설계자문위원회에서 현행 설계기준보다 배수규격

확대 등 특별히 설계기준 강화가 필요하다고 판단되는 지역

o (설계홍수량) 배수 유역면적은 소규모(4㎢)로서 합리식 적용

․설계강우강도( I ) 산정

․유출계수(C) 결정

․유역면적(A) 산정

⇨

․설계홍수량() 산출

(=1/3.6×C×I×A, ㎥/sec)

․통수용량(

) 계산

( 

=Ac×Vc)

⇨ ≤ 



- 설계강우강도(I)는 강우강도(I)-지속기간(D)-설계빈도(F) 곡선을 이용하여 산출

- 강우도달시간*은 강우지속기간으로 가정 (5분 이내인 경우 5분 적용)

- 유출계수(C)는 선행강우조건, 지표면 경사, 피복상태 등을 고려하여 결정

158 ❙ 배수공

4 현실태 및 문제점

깎기비탈면 배수 취약지형(오목부)에 대한 고려 미흡

□ 강우도달시간이 짧은 지형특성(급경사, 小유역) 미고려

o 실제와 다른 강우도달시간* 적용으로 배수시설 과소 설계

- 깎기비탈면의 강우도달시간은 대부분 3분 이내 이나, 5분 적용

※ 도로 배수시설 설계 및 관리지침 (국토교통부, 2012.11)

강우강도는 강우지속시간 5분을 적용하며, ~~~~~~~~~~~~~~~~~.

o 피해패턴 : 집중호우 → 빠른 집수 → 유입부 용량 부족 → 월류

☞ 지형특성을 고려한 실제 강우도달시간 적용 필요

□ 깎기비탈면 상부 배수시설 유입부 토석류 대책 미흡

o 유역면적이 5만㎡ 미만인 경우, 토석류 관련 상세조사 미시행

- 깎기비탈면 토석류 피해의 75%가 유역면적 5만㎡ 미만에서 발생

※ 도로배수시설설계및유지관리지침(2011.12) 및산악지도로설계매뉴얼(2007.7)

계곡경사 15˚ 이상, 유역면적 5만㎡ 이상 시 토석류 대비 조사 시행

o 계곡(오목)부는 집중호우 시 토석류가 함께 유입되는 특성이

있으나 소규모 집수정(침사지)만 반영

※ 깎기비탈면 상단 계곡(오목)구간 설계 (예시)

산마루측구

수로보호공

산마루측구

깎기부도수로

- 수로보호공 및 집수정(침사지) 설치

- 수용 가능 토석량 (2.25㎥)

⇒ 소규모 토석류 발생 시 기능 상실

o 피해패턴 : 집중호우 → 토석류 유입 → 배수시설 메움 → 월류

☞ 토석류 피해가 발생하고 있어 배수시설 유입부 설계 강화 필요

배수공 ❙ 159

배수공

5 개선방안

1. 지형특성에 맞는 실제 강우도달시간(T) 적용 검토

□ 강우도달시간 적용성

o 現확률강우강도식*은 실제 강우도달시간(1~3분) 직접 적용 곤란

ln(I) = a + bln + cln + dln + eln  + fln + gln

(I : 강우강도(mm/hr), a~g : 6차 다항식 계수, t : 강우지속시간(hr))

확률강우강도식 (국토교통부, 2011.11)

- 강우도달시간별 설계강우강도 증가율 지역별 편차 과다

※ T = 5분 대비 1분에서 설계강우강도 1000% 이상 증가 (29개소)

- 강우도달시간 5분 이내에서 설계강우강도 감소 지역 존재 (20개소)

□ 지형특성에 맞는 강우도달시간 검토

(강우도달시간 5분 이내로 계산되는 경우)

구 분 현 재

개 선

제 1 안 제 2 안

강우도달시간 5분 분 단위 (2,3,4,5분) 분단위(1,2,3,4,5분)

설계강우강도 I분 I분 × 1.1~1.5

(2~5분 증가율 차등 적용)

 

I분 × 1.1~2.0

(1~5분 증가율 차등 적용)

적 용 (안)

2012년 11월 이후 반영된 설계강우강도 증가량을 고려하고

지형특성(급경사, 유역면적) 반영이 가능한 제1안 적용

※ Tc=5분 대비 Tc=1분에서 설계강우강도 증가율 (단위 : %)

 

구분

전국 측후소

평균(69)

증가율500%↓

측후소평균(14)

증가율300%↓

측후소평균(9)

적 정

증가율

도달

시간

1분 4,931 210 118 100

2분 147 58 49 50

3분 43 26 24 25

4분 14 10 10 10

5분 - - - -

160 ❙ 배수공

□ 깎기부 배수설계 검토

o 깎기비탈면 도수로 설계 시 배수규격은 유입부에서 결정

o 깎기비탈면 경사부는 유속이 빨라 배수용량에 여유가 있음

- 깎기비탈면 경사부(1:1.8) 통수량은 유입부 대비 2.76~5.56배 여유

구 분 유입부

(현설계: 유입부단면으로결정)`

경사부

비 고

(통수량 비율 :

경사부/유입부)

유 속

(m/s)

1 Type

3.50

9.66

비탈면 경사

(1:1.8)

2 Type 11.86

3 Type 13.87

4 Type 15.74

5 Type 19.45

통수량

(㎥/s)

1 Type 0.210 0.580 2.76배

2 Type 0.392 1.329 3.39배

3 Type 0.630 2.497 3.96배

4 Type 0.840 4.157 4.95배

5 Type 1.680 9.336 5.56배

구분 Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 Type 5

규격(mm) 300×250 400×350 500×450 600×500 1,000×600

□ 적용방안

o 강우도달시간(T, 5분 이하) : 5분 ⇒ 분단위(2,3,4,5분) 세분화

o 설계강우강도 : 신뢰성 있는 지역의 평균 분 단위 증가율 적용

강우도달시간 3분 미만 4분 미만 5분 미만 비 고

설계강우강도 I분의 50% 증 I분의 25% 증 I분의 10% 증

※ I분 : 강우도달시간 5분으로 산정한 설계강우강도

o 적용구간 : 깎기비탈면 취약구간(오목부) 도수로 상부 유입부

- 도수로 상부 유입부와 경사면 연결부는 변이구간으로 처리

- 유입부 배수규격 2Type 증가 시, 경사면 도수로 배수시설 1Type 높게 설계

※ (파주~포천 적용 시) 도수로유입부1 type↑10개소, 2 Type↑1개소(전체17개소)

배수공 ❙ 161

배수공

2. 깎기비탈면 상부 배수시설 유입부 토석류 대책 검토

□ 피해현황 (최근5년)

o 유역면적 5만㎡ 미만 구간에서 토석류 피해의 75% 발생

o 유역면적 5천㎡ 미만 구간에는 토석류 피해사례 없음

깎기비탈면 토석류 피해현황

□ 적용방안

o 상세조사 대상 확대

구분 현 재 개 선 비고

상세

조사

대상

-유역면적 5~10만㎡ 이상 - 유역면적 5천㎡ 이상

-계곡부 평균경사 15° 이상

-과거 토사유출이 있는 계곡부와 그 주변

- 강우시 우수가 모이는 오목한 지형

- 계곡부에 퇴적물이 존재하는 경우

※ (파주~포천) 깎기비탈면 상세조사 대상 : 0개소→11개소 (전체 17개소)

162 ❙ 배수공

o 토석류 발생가능 구간 소규모 대책시설 반영 (도로구역 內)

구 분 투과형 사방댐 연성방호시설

설 치

사 진

적 용

지 형

- 완경사 지역

- 토사와전석이혼재되어있는지역

- 급경사 지역

- 토사가 적고 전석이 많은 지역

- 계곡 양안이 2m 이상인 지역

적 용

방 안

- 깎기부는 지형 여건상 큰 규모의 대책시설 설치는 곤란

⇒ 계곡부 지형 형상에 맞게 설계

- 투과형 사방댐 기초는 암반층 설치를 원칙으로 함

(토사층이 두꺼운 경우, 별도 안정성 검토 후 적용)

※ ‘토석류 대책시설 표준화’ 연구결과 적용 (2015. 도교원)

※ 지형여건상 도로구역 내(內) 설치가 어려운 경우, 관계기관(산림청,

지자체) 협의 후 도로구역 외(外) 대책시설 반영 (설계 시 또는 공사 중)

6 검 토 결 론

□ 실제 강우도달시간(T)을 반영한 설계강우강도 적용

o 강우도달시간(T , 5분 이하) : 5분 ⇒ 분 단위(2,3,4,5분)

o 설계강우강도 : 신뢰성 있는 지역의 평균 분 단위 증가율 적용

강우도달시간 3분 미만 4분 미만 5분 미만 비 고

설계강우강도 I분의 50% 증 I분의 25% 증 I분의 10% 증

※ I분 : 강우도달시간 5분으로 산정한 설계강우강도

o 적용구간 : 깎기비탈면 취약구간(오목부) 도수로 상부 유입부

- 도수로 상부 유입부와 경사면 연결부는 변이구간으로 처리

- 유입부 배수규격 2Type 증가 시, 경사면 도수로 배수시설 1Type 높게 설계

배수공 ❙ 163

배수공

□ 깎기비탈면 상부 토석류 대책시설 설계 강화

o 상세조사 대상 확대 : 유역면적 5만㎡ 이상 → 5천㎡ 이상

o 토석류 발생 가능구간 소규모 대책시설 반영 (도로구역 內)

- 형 식 : 투과형 사방댐 또는 연성방호시설

- 규 모 : 계곡부 형상에 맞게 설치

7 적 용 방 안

□ 설계 중 노선 : 본 방침 적용

□ 공사(유지관리) 노선 : 현장여건을 판단하여 적용

별첨4 깎기비탈면 취약구간(오목부) 표준도면

별첨5 도로구역 내(內) 적용 가능한 소규모 대책시설

□ 투과형 사방댐 (버트리스)

o 정 의

- 스크린 댐으로도 불리우며, 투구형으로 철강제 스크린과 철강판을 사람

“인자형”으로 조립한 것을 H형강으로 지탱케 하는 부벽댐을 말함

o 적용지형 (사방기술교본, 산림청)

- 산사태지 등에서 내려오는 모래자갈의 크기가 작은 계류에 있어서는

시설이 스크린 효과로 토사에 의해 매몰되지 않도록 상류부에 토사

퇴적을 충진시킬 필요가 있을 경우에 시공

- 스크린 효과에 의하여 벌채적지 등 임지 등에서 지조, 낙엽, 지피물

등의 유출 방지를 목적으로 할 경우 적합

- 단기간에 시공할 때 유리하나, 큰 돌의 충격이나 측방으로부터 압력을

받을 위험성이 있는 장소는 피하는 것이 좋음

o 설 치 도

정면도 측면도

o 적용규모 : 토석류 대책시설 표준화 설계(2015, 도교원) 참고

- 계곡부 형상에 맞게 적용하되 댐 상류 규모는 토석량을 고려 결정

댐상장(W) 5.0m 7.5m 10m

댐높이(h) 1.5m 1.5m 2.0m 3.0m 1.5m 2.0m 3.0m 4.0m

개략공사비

(직접비, 백만원) 20 30 38 56 45 56 82 127

* 적용규모는 지형여건에 따라 변경 가능하며, 댐 상류 규모 설계에 대한

공사비는 별도 계상

□ 투과형 사방댐 (슬리트)

o 정 의

- 철근 콘크리트 또는 원통형 철강제 기둥을 빗살 모양으로 세워 홍수시

급격한 유목 및 토사의 유출을 방지하고, 평상시에는 퇴적된 토사를

서서히 유하시키는 기능을 가지는 사방댐을 말함

o 적용지형 (사방기술교본, 산림청)

- 황폐산지에서 유출되는 토사와 굴러 내려온 돌이 혼입되어 있을 경우

에는 토사를 서서히 유출시킴으로써 전석에 의한 재해를 방지하기

위하여 시공하는 경우가 많음

- 토사 및 전석의 급격한 유출을 고려하여 댐체 파괴에 대한 안정에

충분한 주의를 하여야 함

o 설 치 도

정면도 측면도

o 적용규모 : 토석류 대책시설 표준화 설계(2015, 도교원) 참고

- 계곡부 형상에 맞게 적용하되 댐 상류 규모는 토석량을 고려 결정

댐상장(W) 5.0m 7.5m 10m

댐높이(h) 1.5m 1.5m 2.0m 3.0m 1.5m 2.0m 3.0m

개략공사비

(직접비, 백만원) 34 39 47 60 60 70 87

* 적용규모는 지형여건에 따라 변경 가능하며, 댐 상류 규모 설계에 대한

공사비는 별도 계상

배수공 ❙ 167

배수공

□ 연성방호시설 (링네트)

o 정 의

- 링네트 공법은 원형 강선을 서로 연결하여 토석류 충격시 opening

단면이 축소되는 시스템으로 링네트 종류는 V형과 U형으로 나뉘는데

V형은 중간에 지주가 없는 것이며, U형은 중간에 지주가 있는 것으로

일반적으로 폭 20m 이상으로 넓을 경우에 적용함

- 구조적인 유연성을 특징으로 하며, 구성 부재에 대한 과도한 응력발

생을 막고 방호책 전체가 유연하게 균형을 잡아 변형하는 구조로써

높은 수준의 운동에너지를 흡수함

o 적용지형

- 계곡부 양안의 높이가 최소 2m 이상은 되어야 함

- 경사가 급하여 투과형 사방댐 설치가 곤란한 지역

- 토석류 유형이 토사보다는 전석 유출이 많이 우려되는 지역

o 정 면 도

o 적용규모 : 토석류 대책시설 표준화 설계(2015, 도교원) 참고

상단폭(W1) 8m 10m 15m 18m 20m

하단폭(w2) 3m 6m 3m 10m 6m 6m 5m

높이(h) 2m 2.5m 4m 3m 3m 4m 3m

면적(㎡) 11 20 36 37.5 36 48 37.5

개략공사비

(직접비, 백만원) 65 108 135 138 142 154 147

※ 적용규모는 지형여건에 따라 변경 가능함