2015년도 고속도로 설계실무자료집

3-1 보 강 토 옹 벽 설 계 적 용 방 안 개 선

3-2 토 석 류 피 해 예 방 을 위 한 설 계 가 이 드 라 인 수 립

토 공 03

 

토 공 ❙ 67

토 공

31

토 공

보강토옹벽 설계 적용방안 개선 설계처-1498

(2015.06.01)

1 검 토 배 경

o 보강토옹벽 전면벽체인 블록이 공사용자재 직접구매 품목으로

지정되어 지급자재로 반영

- 조달된 블록에 맞춰 보강토옹벽 공법(연결재, 보강재 등)이 결정

o 설계시 1식 단가(㎡ 단위)로 반영

- 견적처리를 통해 평균 공사비만 반영(보강재, 기초 미산출)

- 현장에서 선정된 공법에 따라 구조검토가 이루어지나 보강재

수량변경에 대한 설계변경 곤란

o 현장여건에 맞게 시공중 공법선정을 하나 저가의 품질이 낮은

공법 적용 우려

o 따라서 현장여건에 부합하며, 품질과 안정성이 확보가 가능한

합리적인 보강토옹벽 설계적용 기준을 검토하고자 함

□ 보강토옹벽 구성

o 전면벽체 : 콘크리트 블록, 콘크리트 패널, 녹화토망, 녹화철망

o 보 강 재 : 지오그리드, 띠형 토목섬유, 돌기형 강판, 강봉+앵커블럭 등

68 ❙ 토 공

2 그간 추진경위

□ 보강재 설계 적용방안 검토(설계일15212-1228호, 1998. 9)

o 공사시행시 현장여건에 따라 제품선택이 가능도록 도면작성

□ 보강토옹벽 설계적용기준 검토(설계처-3563호, 2007.12)

o 보강재 및 뒤채움재 기준, 기초처리방식 및 단가산출 등「고속도로

건설공사 보강토옹벽 설계기준」수립

□ 식생 보강토옹벽 설계 적용방안 검토(설계처-1631호, 2008. 6)

o 친환경성 및 미관이 필요한 구간 적용(화재 우려구간 제외)

o 식생기준 등 시방기준 제시

□ 특정공법 설계적용 관련 설계도서 작성 및 적용절차 검토(설계처-1731호, 2010. 4)

o 일반화된 도면/명칭, 품질기준 만족하는 공법 3개이상 견적 최저단가 적용

□ 보강토 옹벽 설계기준 개선(설계처-193, 2011. 1)

o 고속도로 보강토옹벽 설계기준과 상이한 부분에 대해 일치된 기준 정립

- 안전율, 보강재 인장강도, 감소계수 등 국토부 잠정지침 적용

☞「건설공사보강토옹벽설계·시공및유지관리잠정지침(국토해양부, 2010.11)」제정·시행

3 현 실태 및 문제점

□ 목적물에 대한 미확정 설계

o 특정공법 지양을 위해 견적처리에 의한 공사비 반영

- ㎡ 당 1식 단가로 반영

- 일반화된 도면 작성, 구조검토에 의한 보강재 수량 미산출

토 공 ❙ 69

토 공

o 시공사가 목적물에 대한 공법 선정 및 상세설계 시행

- 품질이 확보된 안정된 공법보다는 저가 제품 적용 우려

- 유지관리시 준공도면(보강재 종류 및 길이 등) 현황 이관 불리

※ 붙임 ‘보강토옹벽 품질불량 사례’ 참조

□ 보강토옹벽 공법 적용 제한

o 블록이 공사용자재 직접구매 품목으로 되어 지급자재로 분리

- 시공시 패널식 공법 적용 곤란

□ 공사비 과다 산출

o 견적단가가 수량산출 공사비보다 고가

- 견적단가 산출시 보강재 수량 과다 적용

- 견적단가 평균 적용으로 공사비 과다

□ 시공중 현장여건 변화시 설계변경 곤란

o ㎡ 단위 평균단가(1식) 적용으로 높이변화, 뒤채움재 변경에 따른

보강재 종류 및 수량 변경시 설계변경 곤란

◆ 목적물에 형식 및 공법 선정 및 상세설계 시행

◆ 구조검토를 통한 안정성 확보 및 수량산출

◆ 현장여건 변화에 대응 가능한 공사비 산출 및 내역 반영

현장여건에 부합하며, 품질과 안정성 확보를 위한

보강토옹벽 설계적용 기준 개선 필요

70 ❙ 토 공

4 개 선 방 안

□ 경제성, 유지관리 등을 고려한 교량, 노선 설계로 보강토옹벽

설계 지양

o 경제성, 현장여건 등 보강토옹벽 적용 타당성 검토

o 지형여건, 뒤채움 재료 등을 고려 전면벽체, 보강재 검토

□ 보강토옹벽 상세설계 시행

o 구조계산을 통한 보강재 수량 등 설계도면, 구조계산서 수록

o 설계변경이 가능토록 세부 공종별로 내역 구성

□ 설계 절차

1. 설계조건 검토

2. 보강토옹벽

형식 선정

∙ 전면벽체(패널식, 블록식) 형식

∙ 보강재 종류(신장성/비신장성)

3. 보강토옹벽

구조 계산

∙ 국토해양부 설계기준 적용

4. 보강토옹벽

설계 적용

∙ 설계도면, 설계내역서

완 공

∙ RC/보강토 옹벽 검토

5. 보강토옹벽

시 공

∙ 시방기준

토 공 ❙ 71

토 공

 설계조건 검토 (RC/보강토 옹벽 검토)

o 노선의 종․평면 선형, 교량의 설계시 경제성, 유지관리 등을 고려하여

보강토옹벽 적용을 지양하고 하천, 연약지반 등에서는 제외

o 경제성 위주의 지형, 미관 등을 종합 검토하여 선정

- 높이에 따른 RC옹벽과 보강토옹벽 경제성 검토

(단위 : 원/m)

구 분 RC 보강토 비 고

H=3.0m 524,169 569,290

H=4.0m 738,915 694,811

H=5.0m 955,844 1,065,257

H=6.0m 1,287,458 1,331,473

H=7.0m 1,694,174 1,531,599

H=8.0m 2,247,241 1,872,130

※ 현장여건, 지반상태, 뒷채움 등에 따라 공사비가 변경되므로 상세검토 필요

 보강토옹벽 형식 및 공법 선정

o 전면벽체 형식

- 지형여건(지반조건, 곡선 등), 작업공간, 미관, 경제성 등을 고려 결정

구 분 패널식 블록식

개 요

∙ 프리캐스트 콘크리트 전면판,

Steel Strip 및 띠형 섬유보강재,

흙으로 구성

∙ 블록형태의 전면판, 지오그

리드 형식의 보강재와

연결핀, 흙으로 구성

보강재 ∙ 신장성, 비신장성 ∙ 신장성, 비신장성

지반조건 ∙ 하단부 줄기초 CON'C 필요 ∙ 잡석 다짐

작업공간

∙ 전면판 설치를 위한 장비의

작업공간 필요(크레인또는굴삭기)

∙ 전면의 작업공간 불필요

곡선부

및 미관

∙ 조립식 Precast Con'c Pannel

이므로 Pannel 형상자체가

무늬 역할을함

∙ 곡선부 처리시 별도의 자재필요

∙ 석조구조물 형상의 뛰어난

조형미와 임의의 곡선 및

색상처리가 가능하며 다양한

형상의 구조물축조가능

∙ 곡선부 처리 자유로움

72 ❙ 토 공

o 보강재

- 뒤채움 재료가 쇄석, 암버력인 경우 비신장성 보강재 적용

보강재

뒤채움 재료

비 고

최대입경 입 도

신장성(연성, 강성) 102mm

․No.200 통과 15%이하

․전단저항각 25°이상

․소성지수(PI) 6이하

붙임

참조

비신장성 250mm 쇄석, 암버력 조건

- 보강재의 연성, 강성 적용은 경제성 검토후 선정

 보강토옹벽 구조계산

o 보강재의 일반적 인장강도를 적용하여 표준설계 시행

보강재 인 장 강 도 비 고

신장성

연성 kN/m ․60, 80, 100, 150, 200

붙임

참조

강성 kN/m ․40, 60, 80, 100, 120, 150

비신장성 N/㎟ ․500, 600

o 설계기준은 ‘비탈면 설계기준’(국토해양부, 2011), ’건설공사 보강토옹벽

설계․시공 및 유지관리 지침‘(국토해양부, 2013) 적용

o 시공중 설계내용과 일치하는 제품 선정 및 품질관리

- 시공중 현장여건에 맞는 품질 확보가 가능한 보강재 적용 가능

 보강토옹벽 설계적용

o 설계도면

- 전면벽체 형식, 보강재 간격 및 길이 등 설계도면, 구조계산서 수록

토 공 ❙ 73

토 공

o 내역구성

- 현재 : 1식 단가(㎡) ⇒ 개선 : 세부 공종별 단가

․전면벽체, 보강재, 기초로 구분하여 품셈, 물가자료를 근거로 공사비 산출

구 분 현 재 개 선

내역

구성

․보강토옹벽 : ㎡

1. 토공

․터파기/되메우기/잔토처리 : ㎥

2. 기초콘크리트

․무근콘크리트 타설(㎥)/거푸집(㎡)

3. 블록/패널 쌓기 : ㎡

4. 자재대

․블록/패널(EA)/보강재(㎡)/깬잡석 채취

및 운반(㎥)/콘크리트 생산 및 운반(㎥)

5 적 용 방 안

□ 설계중인 노선, 설계완료 미발주 노선 : 본 방침 적용

붙 임 : 1. 보강토옹벽 종류별 특성 비교

2. 보강토옹벽 형식별 경제성 검토

3. 보강재 종류 및 특성

4. 보강재 종류별 뒤채움 재료

5. 보강토옹벽 설계 절차

6. 공사비 산출(내역 구성)

7. 보강토옹벽 품질불량 사례

74 ❙ 토 공

별첨 1 보강토옹벽 종류별 특성 비교

구 분 패널식 블록식

개요

∙ 프리캐스트 콘크리트 전면판, Steel Strip

및 띠형 섬유 보강재, 흙으로 구성되며

보강재를 설치하고 뒷채움 재료를 다져

일정한 높이의 보강토 옹벽을 축조하는

공법

∙ 블록형태의 전면판, 보강재와 연결핀,

흙으로 구성되는 보강토옹벽으로 원리는

패널식과 유사함

지반조건

∙ 지반의 지지력이 약한 곳에서 단순치환만으로

설치 가능 (하단부 줄기초 Con'c 필요)

∙ 지반의 지지력이 약한 곳에서 단순치환만으로

설치 가능 (Con'c 또는 잡석기초)

배수처리

∙ 패널과 패널 사이에 Filter층(부직포)를

설치하여 옹벽하단으로 배수처리

∙ 블록 속채움 잡석층이 Filter 기능을

수행하고 블록 사이로 자연 배수처리

공사기간

∙ 기성제품으로 상부까지 동일한 작업이

반복되므로 공기단축가능

∙ 전면판이 대형으로 설치시 장비(크레인

또는 굴삭기)에 의한 설치가 필요

∙ 기성제품으로 설치가 용이하고 동일한

작업반복 수행으로 공기단축 가능

∙ 소형 블록을 격자로 조적하는 방식으로

설치시 장비(굴삭기) 또는 인력에 의한

설치가 가능

작업공간

∙ 공장 제작 후 현장 야적공간 필요

∙ 전면판 설치시 10ton급 Crane의 작업공간

필요(굴삭기 병행 시공 가능)

∙ 공장 제작 후 현장 야적공간 필요

∙ 모든 작업이 옹벽배면에서 이루어지므로

전면의 작업공간이 불필요

곡선부

및 미관

∙ 조립식 Precast Con'c 패널이므로

패널 형상자체가 무늬 역할을함

∙ 곡선부 처리 별도 자재 필요(코너패널 등)

∙ 석조구조물 형상의 뛰어난 조형미와

임의의 곡선 및 색상처리가 가능하며

다양한 형상의 구조물축조가능

∙ 곡선부 처리가 자유로움

부등침하

에 대한

안정성

∙ 부등침하에 대한 저항이 커 부등침하에

유연하게 거동하며 지진시에도 안전한

구조체임

∙ 격자형 Grid 보강재 사용시 횡방향 결속이

커 지진에도 비교적 안전한 구조체임

구조적인

안정성

∙ 곡선구간 곡선패널 적용 후 안정성 확보

∙ 패널과 패널사이 연결이음부를 두어

종․횡방향 부등침하에 유리

∙ 곡선구간에서 모든 보강재는 블록면과

수직으로 설치가 가능하여 안정성 확보

∙ 보강재가 Grid형이 많아 횡방향 결속이 큼

뒤채움

재료

∙ 신장성, 비신장성 보강재 선택 가능 ∙ 신장성, 비신장성 보강재 선택 가능

토 공 ❙ 75

토 공

별첨 5 보강토옹벽 설계 절차

☐ 구조계산 흐름도

76 ❙ 토 공

구 분 적용 기준 비고

보강재

- 감소계수: 재료별 공인된 특성시험을 통한 값을 적용

- 변형률: 최대인장강도 발생시 5% 이내

- 보강재 길이: 0.7H(H:벽체높이)☞ 구조검토 결과에 따라 조절 적용

- 보강재 파단에 대한 안전율: 1.0~1.5 이상

건설공사 비탈면

설계 기준 적용

뒤채움재

- No.200 통과 15%이하, 전단저항각 25°이상, 소성지수(PI) 6이하

- 1층 다짐두께: 20cm, 다짐밀도: 최대건조밀도의 95% 이상

설계법

- 마찰쐐기법: 지오텍스타일, 지오그리드 등 신장성 섬유보강재

이용한 보강토 옹벽 설계

- 복합중력식법: 철재, 아연도강판 등 비신장성 보강재를 이용한

보강토 옹벽 설계

건설공사 비탈면

설계 기준 적용

안전율

- 외적안정: 전체 안정성(평상시 1.5, 지진시 1.1)

- 내적안정: 인발 파괴(평상시 1.5, 지진시 1.1)

건설공사 비탈면

설계 기준

기초

침하량

- 부등침하 : 패널식(1/100), 블록식(1/200)

- 총침하량 : 패널식(50mm)

국토해양부

잠정지침

구조계산

- 대표 사용프로그램 : MSEW3.0, Xrewall4.0 등

- 사용설계기준 : FHWA, NCMA, BS 8006, 1995, AASHTO,

FHWA

NCMA

BS 8006, 1995

AASHTO

한국도로공사

설계요령

기초부

처리방식

- 전면 벽체 기초 근입깊이(d)

☞ 0.3m 이상(일반적인 경우)

☞ 0.6m 이상(경사지반인 경우) 및 벽체 전면 1.2m 이상 폭의 소단 설치

- 무근콘크리트 수평기초: 폭 0.4~0.5m, 깊이 0.15m 이하

- 잡석기초 규격: 폭 0.75~0.8m, 높이 0.15~0.3m

- 지반이 불량하여 근입깊이가 깊은 경우(d > 0.8m)

☞ 골재다짐+콘크리트 또는 철근콘크리트 기초 적용

배수시설

- 지하수 처리: 보강토체 내부 수평배수층 설치

- 보강토체 전면판 뒤 30~100cm 필터재 설치

- 벽체 상부 지표수 유입방지를 위한 배수구 설치

☐ 재료별 설계기준