옹벽의 안정성 시공시 유의사항

산이 많은 우리나라에서는 토지를 좀 더 유용하게 이용하기 위해 또는 공사 구간인 토사가 무너지는 것을 방지하기 위해 설치하는 구조물을을 옹벽이라고 합니다. 한자로 옹은 낄옹자이며 벽은 벽벽자 입니다. 즉 낀 벽이라는 뜻입니다.

1. 옹벽의 종류

옹벽은 그 구조상에 다라서 중력식 옹벽, 반중력식 옹벽, L형 옹벽, 반 T형 옹벽 등이 있습니다. 중력식 옹벽은 말그래도 콘크리트 구조물의 무게로 토압을 견디는 구조물이고 반중력식 L형으로 갈수록 중력보다는 구조물과 토사와의 접촉에 의해서 토압을 견디게 됩니다. 옹벽을 설계할때 가장 중요한것은 토압에 대한 안정, 침투수에 대한 안정 등을 고려하고 철근 배근량과 배근방법을 정하게 되는 것입니다.

2. 옹벽에 작용하는 토압

1) 주동토압

주동토압은 옹벽의 벽체가 배면 토사로부터 떨어지도록 움직일때, 즉 토압이 옹벽을 밀때 생기는 흙의 압력을 말합니다. 

2) 수동토압

수동토압은 옹벽의 벽체가 배면 토사쪽으로 움직일때 토사가 벽체에 미치는 압력을 말합니다. 수동토압 계산에 Coulomb의 토압을 적용할수 없는데요. 이는 Coulomb의 토압은 흙쐐기 이론에 근거한 토압으로 파괴면만 극한 상태에 있고 지반 내부의 변형에 대한 파괴는 없습니다. 즉, 주동토압은 직성 활동면에 부합하지만 수동토압은 실제 파괴면과 큰 차이가 있습니다.

3) 정지토압

정지토압은 옹벽과 벽체가 힘의 균형이 이루어져 이동이 없을때 배면토사가 벽체에 미치는 압력을 말합니다.

※ Coulomb과 Rankine 해석방법상 차이점

Coulomb은 벽마찰각은 고려하는 반면 Rankine은 벽마찰각을 무시합니ㅏ다. 파괴에 있어서 Coulomb은 파괴면안에서 파괴가 일어난다고 해석하고 Rankine은 파괴면외 흙에서 파괴가 일어난다고 보고 있습니다.

3. 옹벽배면의 침투수와 안정성

1) 옹벽의 활동

침투수에 의한 간극수압의 상승으로 옹벽의 활동이 발생할수 있습니다.

2) 옹벽의 전도

간극수압상승에 따른 옹벽의 전도가 발생할수 있습니다. 이는 Fs 즉 안전율 저하로 발생하게 되는데 Fs=저항력/활동력 입니다. 옹벽의 전도는 뒤집한다는 뜻입니다. 옹벽전도를 방지하기 위해서는 설계시 하중산정과 안전률을 확보하고, 시공시에는 지반지지력을 확인하며, 지하수를 처리하고 뒷채움재 품질을 확보합니다. 유지관리시에는 기상조건을 항상 모니터링하고 계측 분석을 철저히합니다. 옹벽구조물의 경우 계측시 경사계를 옹벽 구조물에 설치하여 옹벽의 활동에 크기를 모니터링 할수 있습니다. 옹벽의 기울기가 일정이상 되었을때 곧바로 조치를 해야하며 그렇지 않으면 대형 사고가 일어날수 있기 때문입니다.

3) 옹벽의 침하 발생

옹벽 저면부에 전단강도 저하 따라서 침하가 발생할수 있고 그 침하로 인해 토압으로 옹벽이 무너질수 있습니다.

4) 옹벽 원호 활동

침투수에 의한 영향으로 활동면에 원호 활동이 발생할수 있습니다.

5) 옹벽 내구성 저하

침투수에 의한 영향으로 옹벽의 내구성이 저하될수 있습니다. 옹벽은 콘크리트로 구성되어지는데 콘크리트의 풍화, 탄산화, 균열진행 또는 화학적 침식등으로 인해서 내구성 저하 될수 있습니다.

4,. 옹벽 시공시 유의사항

1) 배수공 설치 관리

배수공을 시방서에 준수하여 설치합니다. 옹벽의 배수공의 형식은 지형, 지질, 지하수의 상태등에 따라 다르게 선택되어야 합니다. 수평 배수공의 경우 배수공 설치장소에 수평으로 작성층을 두어 배면 침투수가 집수되도록 유도하는 방법입니다. 이와 같은 방법은 침하발생시 배수구멍이 막힐 우려가 있으므로 충부한 다짐이 요구됩니다.  연직 및 수평 배수공은 지하수위가 비교적 높은 경우 연직 및 수평에 잡석층을 두어 배수구멍으로 유도배수하는 방법입니다. 지하수 및 유출수가 많은 구간에는 유공관이 사용되기도 합니다. 배수공 설치시에는 배수로가 막히는 폐색현상에 주의하여 시공관리를 철저히 해야합니다.

2) 배수재 설치 방안

배수재는 일반적으로 직립재를 많이 사용하고 경사 배수재의 경우는 시공이 난이해서 잘 사용이 되지 않습니다. 하지만 팽창성 지반의 경우 2중 배수관은 두어서 직립재와 경사 배수재를 동시에 둡니다.

3) 철저한 뒷채움

옹벽의 뒷채움에 있어서 가장 중요한것은 뒷채움 재료를 신중하게 선정하는 부분입니다. 뒷채움 재료는 Cu>10, 1<Cg<3이며 층다짐을 20cm 씩 하고 다짐도는 95% 이상이어야 합니다. 또한 시방기준상 마모성, 안정성을 고려하고 투수성이 좋은 골재를 사용해야합니다. 

4) 옹벽구간 소형 다짐

다짐시공이 어려운 부분의 경우 소형시공 장비인 Rammer와 Plate를 통해서 다짐하게 됩니다.

5) 옹벽 내구지수

옹벽 내구지수가 환경지수보다 커야하며 이를 위해서 최대골재 크기를 증가 시키고, 잔골재율을 감소 시키며, 물결합재비는 45% 이하로 해야합니다. 또한 옹벽의 내구지수를 높이기 위해서 철근 피복두께를 증가 시켜야 합니다. 

철근의 피복두께란 철근 표면과 콘크리트 표면의 최단거리를 말합니다. 철근 피복두께 결정시 고려사항은 환경조건, 시공성, 경제성, 마감성 및 내구성, 내화성, 방성청, 부착성 등을 고려해야합니ㅏ다.

최소 피복두께는 흙과 옥외공기 미접합하는 슬래브, 벽 콘크리트의 경우 20~40cm로 피복두께를 하고 , 보, 기둥의 경우는 40cm로 피복두께를 갖습니다. 흙 옥외공기에 접합하는 경우 노출 콘크리트는 40~60cm 피복두께를 하고, 영구히 묻히는 콘크리트의 경우 80cm로 피복두께를 증가시킵니다. 수중 타설의 경우는 피복두께를 100cm로 합니다. 

피복두께 미확보시 조치사항으로는 단면을 보강하며 재시공을 합니다. 또한 방청 또는 에폭시를 도포합니다.

6) 옹벽 이음

옹벽 이음 구간은 20~30cm내 이음부를 두고 수팽창 지수재를 설치합니다. 또한 균열 유도를 위한 홈을 파놓습니다.