설계행정

배수공 ❙ 115

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

42

배 수 공

성토부 다이크 집수거 구간 개선 설계처-3809

(2016.12.13)

1 검토배경

성토부는 노면수 처리를 위하여 다이크 집수거를 설치하고 있으나,

오목형 집수거 형식으로 시공이 복잡하고 가드레일 설치여건이

불리하므로 안전하고 경제적인 집수거 형식을 검토하고자 함

※ ‘집수거’란 ? 도로의 우수나 지표수를 한곳으로 모으기 위해 설치하는 시설

2 추진경과

□ 성토부 다이크 및 도수로 개선방안 검토 (설계처, 1998. 9)

o 집수거 유입부를 주변 포장보다 낮게 설치 (+4%)

□ 집수거 및 나들목 중분대 집수정 집수효율 개선방안 검토

(설계처, 2011. 1)

o 급경사(종단경사 2%이상) 구간 집수거 길이 확대 : L=2.4→3.5m

o 집수효율 증대를 위해 전구간 집수거 폭 확대 : W=0.54→0.7m

□ 성토부 다이크 집수거 개선 (설계처, 2015. 9)

o 집수거 바닥 저판 경사조정 : LEVEL→ 종방향 5%(L형), 10%(T형)

116 ❙ 배수공

3 설계기준

1. 도수로(집수거) 간격

일반부

곡선외측

종단곡선

일반도로 산지부도로 저점부

최소 30m

최대 100m

최소 30m

최대 70m 최대 200m 전후 25m,

50m, 100m

2. 집수거 형식 및 규격

□ 표준도 (한국도로공사, 2016)

L형 T형

종단경사 2%미만 종단경사 2% 이상 종단곡선 저점부

2.4m × 0.7m 3.5m × 0.7m 5.0m × 0.54m

□ 도로 배수시설 설계 및 관리지침 [제5장. 노면배수, 국토교통부(2012)]

- 도로 노면우수는 지체 없이 집수정을 통하여 배제하며, 이때 이물질에

의한 막힘이 없도록 한다.

- 흙쌓기 구간의 배수흐름은 다이크, 집수거, 배수구, 인접배수시설 순으로

배수되며, 설계는 강우강도, 도로의 종ㆍ횡단경사 등을 연계하여 고려한다.

설계행정

배수공 ❙ 117

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

3. 국내‧외 사례

□ 국 내

집수거 규격 축소 및 위치 조정

(무안~광주선 시험시공)

길어깨 집수정 설치

(무안~광주선 시험시공)

직접 배수 형태

(절 성토 경계부)

☞ 다양한 집수거 형식 시험시공 및 절‧성경계부 직접 배수방식 적용

□ 해 외

구 분 적 용 기 준

미 국

o U형측구 모양이 아닌 직접 배수방식 또는 집수정 형태

* 직접 배수방식은 집수거 내 가드레일 지주 설치

직접배수 (캔터키주) 집수정 (FHWA)

영 국

[ BRITISH COLUMBIA (Ministry of Transportation & Infrastructure) ]

o 미국(캔터키주)의 직접배수 형태와 유사 함

o 다이크에서 차로 측으로 30cm 구간은 약 8%의 경사를

두어 집수 효율을 높임

일 본

[ 중부도로설계요령 ]

o 가드레일 외측에 U형측구

형식의 집수거 설치

☞ 직접배수, 집수정, 가드레일 외측 U형 집수거 등 다양한 형식 적용

118 ❙ 배수공

4 현실태 및 문제점

□ 집수거 형상이 U형으로 시공과정이 복잡하여 시공성 저하

o 집수거 오목부 처리, 기초바닥 경사 등 시공단계 복잡

설치 준비 기초거푸집설치 기초콘크리트타설 라운딩거푸집제작 벽체 시공

o 소구조물로써 단계시공이 필요하며 비경제적 공종으로 인식

- 집수거 설치 시 3인 1조, 콘크리트 타설 시 레미콘 및 백호 각 1대 투입

□ 집수거 구간 가드레일 성능만족을 위해 보강 필요

o (공용 중 노선) 집수거 구간 연결대만 사용 시 성능기준 부족

가드레일 연결대 사용 집수거내 지주설치

평택-제천 고속도로

※ 집수거 구간 실물충돌시험(SB3, 소형차) 결과(‘13.3.12, D社의뢰, 도교원 시험)

구 분

탑승자 보호성능 충돌 후 차량거동

충격속도 가속도 차량전도 등 이탈속도 이탈각도

기 준 33 km/hr 이하 20g 이하 없음 충돌속도의

60% 이상

충돌각도의

60% 이하

결 과 25.8 km/hr 21.8g 없음 71.1% 65.3%

비 고 OK NG OK OK NG

o (설계 중 노선) 2015년 6월 이후 설계 준공노선 가드레일 보강공법 적용

- 집수거 구간 보강 후 실물충동

시험(SB3) 결과(‘15.5.18, D社의뢰,

도교원 시험) 성능기준 만족

전면 보강 배면 보강

설계행정

배수공 ❙ 119

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

120 ❙ 배수공

2. 집수거 직접배수 방안 검토

□ 집수거 형상

구 분 제1안 제2안

개 념 現집수거 형상(L형,T형) 유지 도수로 유입부 까지 곡선처리

평

면

도

L형

(1-1)

L형

(1-2)

이물질 퇴적

(배수 불리)

특 징

∙이물질 간섭 배제로 배수 원활

∙라운드 구간 거푸집 유용 가능

∙도수로 연결부 처리 원활

- 현재 도수로와 연결 가능

∙이물질 퇴적 우려로 배수 불리

∙라운드 구간 거푸집 유용 곤란

∙도수로 연결부 처리 불리

- 현재 도수로 돌출 시공 불가피

검 토

의 견

이물질 간섭 배제가 가능하며, 라운드 구간 거푸집 유용 및 도

수로 연결부 처리가 유리한 현재 집수거 형상(제1안) 적용

□ 집수거 규격

o 가드레일 지주와 집수거 벽체 사이 이물질 간섭 배제를 위한 충분한

이격거리 확보를 위하여 집수거 폭원 증대 (0.54~0.7 → 0.87m)

o 길어깨(최대횡단경사 6%)의 허용통수량 이상 확보가 가능한 저판경사(40%) 적용

길어깨 통수단면

집수거 적용 규격

평 면 도 단 면 도

설계행정

배수공 ❙ 121

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

3. 집수거 내측 가드레일 적용 안전성 검토

□ 검토방법 : 컴퓨터 충돌 시뮬레이션 검증

※ 관련근거 : 도로안전시설 설치 및 관리지침 (국토교통부, ‘14. 2)

(제3편 차량방호 안전시설 편)

실물충돌시험 조건과 다른 현장조건에 방호울타리를 설치할 경우는 컴퓨터

시뮬레이션을 통해 성능을 검증하여 설치할 수 있다.

□ 적용단면 : SB3, SB5 (하단레일 보완 및 도수로 개량)

□ 검증결과

강도성능 및 탑승자 보호성능 평가결과 성능 기준에 만족함

o 탑승자 보호성능 평가 (V=100km/hr, 충돌각도 20°)

항 목 단위 한계값 검증결과(SB3/SB5) 비고

탑 승 자

보호성능

탑승자 충돌속도

(THIV*) ㎞/h 33 이하 30.0 / 27.9

탑승자 충돌가속도

(PHD**) g 20 이하 19.6 / 16.5

충 돌 후

차량거동

차량전도 - 없을 것 없음

차량회전각 Deg Roll, Pitch

75도 이하

Roll 9.24 / 12.3

Pitch 6.33 / 10.5

탈출박스 - 박스내로 이탈 만족

* THIV(Theoretical Head Impact Velocity, 탑승자-컴파트먼트 충돌속도)

: 탑승자 머리가 차량 내부 가상면에 부딪칠 때 차량과 탑승자 머리의 순간 상대속도

** PHD(Post-impact Head Deceleration, 탑승자-컴파트먼트 충돌 후 최대 가속도)

: 탑승자가 차량 내부공간의 가상 면에 부딪힌 후 접촉상태에서 차량의 평균가속도 최대치

o 강도성능 평가 (V=80km/hr, 충돌각도 15°)

항 목 단위 한계값 검증결과(SB3/SB5) 비고

구조성능

강도성능 - 돌파방지 강도유지

최대변형 m 1.0 이하 0.38 / 0.73

충 돌 후

차량거동

차량전도 - 없을 것 없음

차량중심 방호울타리

중심선 침범

- 없을 것 없음

탈출박스 - 박스내로 이탈 만족

122 ❙ 배수공

6 검토결론

구 분 현 재 개 선 비 고

집수거

형 식

오목형 (U형) 노면에서 직접 배수

가드레일 연결대 및 보강재 설치

연결대 및 배면 보강재 삭제

(하부 ㄷ형 가로보는 설치)

규

격

L형

(1-1)

2.4m × 0.7m 2.4m × 0.87m

L형

(1-2)

3.5m × 0.7m 3.5m × 0.87m

T형 5.0m × 0.54m 5.0m × 0.87m

평면도

단면도

※ 가드레일 하단의 'ㄷ‘형 가로보 길이 : L형(1-1) 6m, L형(1-2) 8m, T형 10m 적용

설계행정

배수공 ❙ 123

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

7 적용방안 및 기대효과

1. 적용방안

□ 설계 중 노선 : 본 방침 적용

□ 공사 중 및 유지관리 노선 : 현장여건 판단 후 적용

2. 기대효과

□ 집수거 형식 변경(U형→노면 직접배수), 가드레일 연결대 및

보강재 삭제에 따른 시공성 개선

□ 가드레일 지주 위치 조정(집수거 外→內)을 통한 차량 충돌 시

안전성 향상

□ 가드레일 연결대 및 보강재 삭제로 예산 절감 (△1.0백만원/개소)

o 설계노선(32개공구) 적용 시 2,112백만원 절감 (절감액 66백만원/공구)

124 ❙ 배수공

별첨2 컴퓨터 충돌 시뮬레이션 결과

□ 탑승자 보호성능 (충돌속도 100km/hr, 충돌각도 20°)

항 목 기 준

시뮬레이션 결과

비고 SB3 SB5

하부

미보강

하부보

강

하부

미보강

하부

보강

탑 승 자

보호성능

탑승자 충돌속도(THIV) 33㎞/h 이하 30.6 30.0 27.9 27.9

탑승자 충돌가속도(PHD) 20g 이하 22.7g 19.6g 26.9g 16.5g

구성부재의 비산이 없을 것 비산 없음

충 돌 후

차량거동

차량의 전도 등이 없을 것 없음 없음 없음

Roll, Pitch의 회전각이

75° 이하일 것 - 9.2°/

6.3°

10.7°/

7.3°

12.3°/

10.5°

Roll/

Pitch

차량의 궤적이 탈출박스를

침범하지 않을것 불만족 만족 만족 만족

□ 강도성능 (충돌속도 80km/hr, 충돌각도 15°)

항 목 기 준

시뮬레이션 결과

비고 SB3 SB5

하부

미보강

하부보

강

하부

미보강

하부

보강

구조성능

강도

성능 강도를 유지할 것 - 강도

유지 - 강도

유지

변형

성능 최대 변형 1.0m 이하 - 0.38m - 0.73m

비산방

지성능 구성부재의 비산이 없을 것 - 비산

없음 - 비산

없음

충돌 후

차량의 거동

차량의 전도 등이 없을 것 - 없음 - 없음

차량의 무게중심이 방호울타리의

중심선을 넘어서지 않을 것 - 넘지

않음 - 넘지

않음

차량의 궤적이 탈출박스를

침범하지 않을것 - 만족 - 만족

설계행정

배수공 ❙ 125

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

별첨3 길어깨 다이크 집수거 통수량 검토

□ 길어깨 다이크 통수량 검토

o 길어깨를 통수단면으로 사용할 경우

통수폭은 원칙적으로 연석(다이크)

로부터 포장끝선 (측대)까지로 한다.

(도로배수시설 설계 및 관리지침, 국토교통부 2012.11)

o 길어깨 횡단경사에 따른 다이크 통수량(통수단면의 100%)

   ⋅



⋅





⋅





여기서, A : 통수단면(㎡) n : 조도계수

R : 동수반경(m) S : 수로경사(m/m)

o 길어깨 횡단경사에 따른 다이크 통수량

길어깨

횡단경사

수위

(m)

통수면적

(㎡)

윤변

(m)

경심

(m)

R2/3 Q

(㎥/sec)

1.0 0.025 0.031 2.526 0.012 0.054 0.112 × I1/2

2.0 0.050 0.063 2.553 0.025 0.085 0.355 × I1/2

3.0 0.075 0.095 2.579 0.037 0.110 0.696 × I1/2

4.0 0.100 0.127 2.606 0.049 0.133 1.123 × I1/2

5.0 0.125 0.159 2.634 0.060 0.154 1.625 × I1/2

6.0 0.150 0.192 2.661 0.072 0.173 2.218 × I1/2

o 길어깨 횡단 및 종단 합성경사에 따른 다이크 통수량

종단경사

길어깨

횡단경사

0.30

(%)

0.50

(%)

1.00

(%)

1.50

(%)

2.00

(%)

2.50

(%)

3.00

(%)

1.0 0.006 0.008 0.011 0.014 0.016 0.018 0.019

2.0 0.019 0.025 0.036 0.043 0.050 0.056 0.062

3.0 0.038 0.049 0.070 0.085 0.098 0.110 0.121

4.0 0.061 0.079 0.112 0.137 0.159 0.177 0.194

5.0 0.089 0.115 0.162 0.199 0.230 0.257 0.281

6.0 0.122 0.157 0.222 0.272 0.314 0.351 0.384

126 ❙ 배수공

□ 다이크 집수거 통수량 및 규격 검토

o 길어깨의 최대 횡단경사(6%) 시

허용통수량 이상의 집수거 규격

적용

o 집수거 바닥 및 종단 합성경사에 따른 통수량

종단경사

집수거

바닥경사

0.30

(%)

0.50

(%)

1.00

(%)

1.50

(%)

2.00

(%)

2.50

(%)

3.00

(%)

10.0 0.050 0.065 0.092 0.113 0.130 0.145 0.159

15.0 0.062 0.079 0.112 0.138 0.159 0.178 0.195

20.0 0.073 0.095 0.134 0.164 0.190 0.212 0.232

30.0 0.098 0.126 0.178 0.218 0.252 0.282 0.309

35.0 0.110 0.142 0.201 0.246 0.285 0.318 0.348

40.0 0.123 0.159 0.225 0.275 0.318 0.355 0.389

□ 다이크 집수거 저판 경사 결정

o 길어깨 최대 허용통수량이 확보되는 바닥경사 40% 적용

평 면 도 단 면 도

설계행정

배수공 ❙ 127

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

별첨5 표준도 변경(안)

128 ❙ 배수공

설계행정

배수공 ❙ 129

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

130 ❙ 배수공

설계행정

배수공 ❙ 131

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

132 ❙ 배수공