사면의 개요와 붕괴 방지 대책

여름철만 되면 집중호우로 인해서 국내공사현장은 산사태, 사면붕괴 등 안전검토를 하게 됩니다. 사면붕괴는 정말 무서운 재해중 하나인데요. 이번 포스팅은 사면의 문제점과 대책공법에 대해서 포스팅하겠습니다.

1. 사면의 개요

1) 사면이란 인공사면과 자연사면으로 분류된다고 할수 있습니다. 인공사면의 경우는 공사시에 발생할수 있는 절토를 하거나 성토를 하면서 만들어진 사면을 말하며,  자연사면은 지각변동에 의해 형성된 사면을 말합니다.

2) 사면의 붕괴 원인은 내적으로는 지하수 상승에의해 발생되며 외적으로는 지표수 유입에 의한 전단응력 증가하는 부분이 있습니다.

3) 자연사면 붕괴시 대책은 응급처리 방법과 영구 대책방법이 있습니다. 이 둘의 차이는 영구 대책방법의 경우는 안전율을 증가시키는 방안입니다. 또 자연사면 붕괴 재해를 최소화 하기 위해 실시간 계측을 해야합니다.

2. 사면의 인공사면과 자연사면 구분

구분	인공사면	자연사면	비고
종류	절토사면 성토사면	토사사면 암반 사면	전단강도 τ =C + σ'tanΦ
붕괴원인	설계 검토 불량 보수 및 보강을 위한 자재 및 시공 불량	집중호우, 지하수 유입, 사면경사, 단층파쇄대 등 사면의 전단강도가 저하되거나 사면내 전단응력 증가
대책	안전율을 증대	응급대책과 영구대책

3. 사면 붕괴시 야기되는 문제점

- 1차적으로는 인적, 물적 피해가 발생하고 교통단절로 인해 물류소송이 지연될수 있습니다.

- 2차적으로는 수목이 유실되고 하천유입으로 인해 하상구조물 파손이 생기고 통수단면이 감소되어 붕괴가 될수 있습니다.

4. 사면 붕괴 원인

- 여름철 집중호우가 많은 국내 같은경우는 집중호우로 인해 사면내 간극수압이 증가하게 되고 유효응력이 감소하며 사면 전단강도 감소해서 최종적으로 사면붕괴가 일어나게 됩니다.

- 이런 사면붕괴는 사면의 배수가 불량하거나, 지하수 상승, 집중호우, 단층파쇄대 등의 원인으로 

5. 사면 붕괴 방지 대책

1) 설계대책

사면붕괴 방지를 위하여 사전조사를철저히 합니다. 사전조사는 예비조사 현장답사 본조사로 이루어지면 예비조사시 토질 및 지형형태 지하수 등을 조사하고 본조사를 통하여 정밀조사를 하게 됩니다. 

2) 식생보호공

Seed spray 및 식생공법을 통하여 사면에 전단강도를 증가시켜 사면붕괴를 방지 할수 있습니다. 

3) 압성토

압성토는 응급대책공법으로 사면 붕괴시 지반의 안정을 위하여 인공성토를 하여 사면이 안정할수 있게 합니다. 압성토 공법시 강우로 인한 피해가 없도록 신속한 처리와 설계계산이 필요합니다.

4) 안전휀스 : 사면불안정시 도로나 사면 하부로 떨어지는 암석, 토사 등을 방지 하기 위함입니다. 이는 영구 대책은 되지 않습니다.

5) 완화구간 시공 : 급경사 사면은 붕괴에 취약하기 때문에 완화구간을 시공함으로써 붕괴 방지를 할수 있습니다.

6) 락앵커, 어스앵커 : 락앵커와 어스앵커는 강제공법중의 하나로 사면에 앵커를 박아서 사면 붕괴를 받지 하는 것입니다. 시공시 앵커 간격과 주입재의 품질 또한 사면시공시 안전에 주의해서 시공해야 합니다. 특히나 락앵커의 경우 시공의 난이도가 있기 때문에 철저한 시공관리와 안전대책 내에서 이루어져야합니다.

7) 측구관리 : 사면에 강우가 유입되지 않도록 측구를 설치해 주게 되는데요, 대표적으로 산마루 측구와 소단측구가 있습니다. 사면내에 물이 유입되고 커지게 되면 전단응력이 올라가게 되며 그로인해 사면의 전단강도가 저하되게 합니다. 그렇기 때문에 배수공법을 통해서 배수가 될수 있도록 물길을 만들어 주는것이 중요합니다.

8) 숏크리트 : 사면외부 균열 등으로 인해 진행성 균열이 더 커지지 않도록 숏크리트를 뿌릴수 있습니다. 숏크리트의 경우는 건기식과 습기식이 있으며 분사시 Rebound를 고려하여 1m내에서 분사할수 있도록 합니다. 사면 숏크리트 작업은 경사가 있는곳에서 작업을 하기때문에 고위험성 작업으로 안전대책이 마련되고 나서 진행을 해야합니다.

9) 소일네일링 : 앵커공법과 소일네일링 공법은 조금 다르다고 할수 있는데요. 앵커공법은 부둣가의 배를 생각해면 됩니다. 부둣가에서 배가 떠내려 가지 않도록 큰 돌이나 앵커에 밧줄로 묶어 놓는 반면 소일네일링 공법은 텐트를 칠때 밧줄에 앵커를 박고 땅에다가 박아놓는데요 이는 앵커와 땅과의 사이가 소일네일링공법과 비슷하다고 보면됩니다.

6. 자연사면 파괴형태 및 안정성 검토 방법

1) 사면 파괴형태

구분	Land Sliding	Land Creep	비고
원인	호우, 지진, 융설	강우, 지하수 상승	사면안정검토방법 SMR = RMR + (f1+f2+f3) + f4
발생시기	오후시	강우후(약 1일후)
지질	풍화암, 사질토	파쇄대, 연암지역
지형	급경사(30도이상)	완경사(5~20도)
발생속도	급속	완속
발생규모	소규모	대규모
보강비용	작음	많음

2) 안정성 검토 방법

- 지질조사 : 사면의 절리면, 주향과 경사를 검토합니다.

- 평사투영법 : 개략적인 검토방법으로 암반 사면안정해석시 현장에서 비교적 손쉬게 사면의 안전성여부를 미리 평가 할수 있는 방법으로 절리면이나 단층면과 같은 3차원적인 형태를 불연속면의 주향과 경사를 측정하여 Stereo Net에 절리면의 Pole을 2차원적인 평면상에 투영하여 밀도분포도를 작성후 절취면의 주향과 경사 그리고 암반의 내부마찰각의 3가지 요소로 암반사면의 안정성을 평가하는 방법입니다.

- 한계평형법 : 정밀한 검토방법으로 활동면을 따라 토체가 파괴되려는 순간의 안정성을 해석하는 것입니다. 한계평형법에서는 문제를 단순화 하기위한 가정을 설정하여 간단한 정역학적 이론으로 해석을 할수 있기 때문에 그간 널이 사용되어 왔으며 이방법의 유용성과 신뢰성은 지금까지 춪적된 경험으로 잘 알려져 있습니다. 그리고 한계평형 이론에 의한 사면안정해석법은 여러가지 있으나 그 정확성은 강도정수와 사면의 기하학적 조건의 정확도와와 각 해석방석 고유의 정밀도에 좌우됩니다.

7. 자연사면 안정성 검토를 위한 계측관리 방안

- 경사계 : 사면의 경사를 측정하는 방법으로 사면의 거동을 파악합니다.

- 신축계 : 사면에 균열이나 미세 붕괴 발생시 신축계를 통하여 균열의 진행사항과 위험수위를 체크해야합니다. 사면의 경우 내부 외부요인으로 인한 갑작스러운 붕괴가 일어나고 사고 피해가 크기 때문에 항상 주의해야합니다. 

- 간극수압계 : 집중호우로 인해 강우가 유입되게 되면 간극수압이 올라가게 됩니다. 그렇기에 간극수압계 측정을 통해 간극수압 상승을 검토합니다.

- 지하수위계 : 지하수위 상승에 의해서 간극수압이 상승하고 사면내 전단강도가 저하될 수 있기에 지하수위계를 통한 모니터링을 합니다.

- 지중변위계 : 지중변위계를 통해 사면의 거동에 대한 파악과 변위 발생에 따른 추가 위험요소를 모니터링 합니다.