설계행정

구조물공 ❙ 203

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

59

구조물공

토압분리형 일체식 교대 교량 설계지침(요약) 구조물연구실-1068

(2016.12.14)

1 배 경

□ 기존 교대는 상부 수직하중과 토압을 동시에 지지함으로서 교대 단면

비대와 말뚝의 과다 소요로 경제성 저하

□ 교대부 말뚝기초와 접속부 및 성토부의 강성차이로 교량 접속부 단차

유발 및 주행성 저하

□ 신축이음장치의 누수로 인한 교대부 오염 및 내구성 저하

□ 보강토옹벽으로 토압을 분리하고 일체식 교대 및 기둥일체형 말뚝기

초을 사용하는 토압분리형 교량의 적용을 개발

□ 추진경위

o 보강토를 이용한 교대 적용성 검토(설계구10201-375, 2004.12.10)

- 구조적 안전성 및 경제성 확보가 가능하므로 설계기준 정립 필요

o 토압 분리형 교대시스템 개발 연구(도교원, 2014. 1 ~ 2016. 12)

o 토압분리형 교대 시범설계 적용 검토(설계처-3012, 2015.11.2.)

- 광주-강진 6공구 장암교 시범설계 수행 중(2016. 6 ~ 12)

o 토압분리형 교량 설계지침(안) 사전심사 실시(구조물연구실-389, 2016.5.30.)

o 토압분리형 교량 설계지침(안) 설계심의 요청(구조물연구실-862, 2016.10.19.)

o 토압분리형교량설계지침(안) 설계심의결과통보(기술심사처-2713, 2016.11.11.)

o 토압분리형 교량 설계지침(안) 조치결과 제출(구조물연구실-1057, 2016.12.08)

204 ❙ 구조물공

2 현 실태 및 문제점

□ 기존 교대는 상부하중과 횡방향토압 동시 지지하여 경제성 저하

o 교대 특성상 상부하중과 토압 동시 지지로 단면 과다 소요

o 교대 수평변위 방지 등을 위한 앞성토 설치로 하부공간 협소 및

교량연장 증가

☞ 교대에 작용하는 횡방향토압을 보강토옹벽으로 분리하여 지지

□ 신축이음부 손상 및 뒤채움 침하로 인한 사용성 및 주행성 저하

o 신축이음장치 누수발생으로 인한 콘크리트 열화 가속

o 교량과 뒤채움부 강성차이로 인한 침하로 주행성 저하

o 횡방향 토압으로 교대 밀림 현상 발생

☞ 상부구조와 교대를 일체화하여 주행성 개선과 유지보수비 절감

교대부 열화 바닥판 열화 교량접속부의 주행성 저하

[열화부 보수비용 및 신축이음장치 교체비용]

(강원본부 구조물안전팀-423, 2016.3) [교량 접속부 연간 보수비용]

(도로처-1498, 2016. 4)

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3 설계지침 주요 내용

□ 토압분리형 일체식 교대 교량 개요

o 정 의 : 보강토옹벽이 교대에 작용하는 토압을 분리하고, 파일벤트

말뚝기초와 상부구조를 일체화시킨 교대로 구성된 교량

o 구성 및 특징

- 신축이음장치를 제거한 완전 일체식 교대 (코핑부 + 벽체부)

- 구조물 슬림화를 위한 파일벤트 말뚝기초

- 횡방향 토압을 지지하기 위한 보강토옹벽

- 접속슬래브 침하 검토를 통한 주행성 확보

그림 1. 토압분리형 일체식 교대 교량 개요 및 구성도

206 ❙ 구조물공

□ 토압분리형 일체식 교대 교량의 적용조건

o 교량 연장

- 콘크리트 교량 : 120m 이하

- 강교량 : 90m 이하

o 교량 사각 : 최대 30° o 교각 : 5° 이하

o 종단 경사 : 5% 이하 o 교량 최대 높이 : 10 m

o 고성토부 조건 : 8 m 이하 및 교대 수평변위에 대한 검토

o 원지반 경사(α) 제한 : α ≤ 20°or 2/3·ϕ(원지반 내부마찰각)

o 교대부 기초지반 조건 : 연약지반은 제외하고 장기침하() 검토

를 통하여 장기허용침하량()을 만족하는 조건(연약지반 제외)

≤    · ( : 접속슬래브 길이)

그림 2. 토압분리형 일체식 교대 교량 적용조건

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□ 토압분리형 일체식 교대 교량 설계절차 및 구조세목

o 한계상태설계법[도로교 설계기준(한계상태설계법) 해설(2015)] 적용

o 교량 접속부 장기침하량 검토로 주행성 확보

시 작

(1) 교량의 연장, 사각, 선형, 교량 높이

(2) 하천교량 및 교량 세굴

(3) 고성토부 및 기초지반 조건

(4) 전면판과 교대와의 이격거리 검토

단계 1 교량계획 및 적용조건 검토

(1) 상부구조 예비설계 검토

(2) 보강토옹벽과 말뚝기초 예비설계 검토

(3) 교대와 접속부 예비설계 검토

단계 2 예비설계 및 적정성 검토

아니오 예비설계

적정성 검토

예

단계 3 상부구조 설계 (1) 상부구조 단면설계

(2) 상부구조 철근량 산정 및 사용성 검토

(1) 보강재 및 전면판 배치

(2) 외적/내적 안정성 검토

(3) 침하 및 기초지반 활동 검토

(4) 구조세목 상세 설계

단계 4 보강토옹벽 설계

(1) 허용지지력 및 침하량 검토

(2) 말뚝 구조해석 (p-y해석)

(3) 말뚝 단면설계 및 검토

(4) 구조세목 및 상세설계

단계 5 파일벤트 말뚝기초 설계

(1) 상부/하부, 접속슬래브 일체 모델링

(2) 지반-구조물 상호작용 적용

(3) 정적/온도/시공단계해석, 지진해석 수행

(4) 부재력 및 부재변위 산정

단계 6 교량 구조해석

아니오 설계 적정성

검토

예 (1) 코핑/벽체부 교대 설계

(2) 접속슬래브 설계

(3) 받침슬래브 설계

(4) 신축조절장치 설계

단계 7 교대 및 접속부 설계

단계 8 교각 설계 (1) 교각의 코핑과 기둥 설계

(2) 교각의 기초 설계

(1) 교량 난간 방호벽, 점검시설, 배수시설

(2) 보강토옹벽 및 말뚝기초 방호시설

(3) 내화시설

단계 9 부대시설 설계

수량산출 및 공사비 산정

그림 2. 토압분리형 일체식 교대 교량 설계절차

208 ❙ 구조물공

그림 3. 토압분리형 일체식 교대 구조세목

□ 토압분리형 일체식 교대 교량 구성 부재별 설계방법

o 일체식교대

- 일체식 교량 설계지침(도로교통연구원, 2009) 및 도로교 설계기준

(한계상태설계법) 해설(2015) 적용

o 보강토옹벽

- 비신장성 보강재 우선 적용

- 교량 접속부 장기침하량() 검토로 주행성 확보[ ≤   ]

(: 허용장기침하량,  :접속슬래브 길이)

- 관련기준 : 건설공사 비탈면 설계기준(2011), 건설공사 보강토옹벽 설계·시공 및

유지관리잠정지침(2013), 도로교설계기준(한계상태설계법) 해설(2015)

o 말뚝기초

- 장기적인 온도신축변형 발생으로 피로에 강한 강관말뚝 적용

- 휨과 압축을 받는 부재 및 지반의 비선형 거동해석(p-y)으로 설계

- 관련기준 : 도로교 설계기준(한계상태설계법) 해설(2015)

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기 타

(a) p-y해석 모델 (b) 말뚝영역 구분

그림 4. 기둥일체형 말뚝기초의 구조해석

4 기대효과

□ 기존 교대 대비 공사비 약 25% 절감(동홍천IC육교 기준)

□ 신축이음장치 배제로 유지관리비 절감

□ 교량 접속부 주행성 개선으로 고객만족도 향상