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하천제방의 제방축조 재료 및 안정성 평가방법 그리고 하천 제방의 누수와 안정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1. 하천제방축조재료 조건
1) 사면안정성을 확보하기 위해 전단강도가 커야하고 참투수에 의한 토성 및 역학적성질변화가 적어야 합니다
2) 투수계수는 10에 -3cm cm/sec 정도이고 그 외 투수계수를 가지는 재료는 양질의 피복토와 혼용하여 사용하빈다.
3) 제방의 균열방지를 위해 포화도에 따른 흙의 수축 및 팽창성 변화가 적어야 합니다
4) 운반, 포설, 다짐 등의 시공이 용이해야 합니다
5) 함수비가 너무 높은 흘은 주변 야적장에 일정기간 쌓아두어서 함수비가 낮아진후 사용해야 합니다.
6) 압축성이 적고 간극수압의 발생이 적은 흙이어야 합니다.
7) 완전 사질토의 경우 파이핑 Piping 가능성이 있기 때문에 이는 피해야 합니다
8) 입도조건을 만족하는 재료를 사용해 토립자의 유출을 방지해야 합니다
2. 제방제체의 안정성 평가방법
1) 평가항목 : 누수량, 누수위치, 파이핑 발생여부, 간극수압, 전단강도
2) 조사방법
기존자료 수집 및 검토 : 설계보고서, 구조계산서, 지반조사보고서, 설계도면, 시공시 변경사항, 관리시험자료와 공사일지를 입수해 자료검토를 하여 현장조사, 안전진단 수행시 기초자료로 활용해야합니다.
사면안정과 관련한 현장조사 : 재료의 단위중량, 전단저항각, 암성종류, 풍화상태, 변질도를 파악해야 합니다. 계측 자료인 토압계, 간극수압계의 측정기록을 수집합니다. 사면붕괴의 흔적을 찾기위해 횡단면상에서 활동흔적, 균열, 사면구배 등을 관찰하고 측정합니다.
누수 및 파이핑 관련 현장조사 : 누수와 파이핑 조사는 제체와 기초지반에 대해 실시하여 누수위치파악, 누수량, 간극수압계의 이상유무와 날짜별 간극수압, 토압의 분포 파악합니다. 누수위치를 파악하기 위해 색소를 사용할수 있고 구멍, 균열 등을 세밀한 관찰을 실시해야합니다.
3) 사면안정 평가방법
하류측은 정상침투시가 사면안정이 불안할수 있으므로 간극수압을 확인하고 전 C', 파이의 전단강도로 유효응력해석을 하여 안정검토를 실시합니다. 상류측은 수위급강하시가 사면ㄷ안정이 불리하게 되므로 간극수압 파악 또는 간극수압비를 고려한 유효응력으로, 간극수압을 고려치 않는 전응력으로 해석해 종합분석토록 한다.
4) 제체의 누수와 파이핑
제체와 관련하여 누수가 발생되면 유선이 집중하고 재료의 손실이 생기고 발전되면 파이핑이 생겨 제체붕괴의 중요한 원인이 됩니다. 파이핑 현상의 원인은 제체의 원인과 기초지반의 원인으로 나누어 볼수 있는데요. 제체가 원인인 경우는 단면이 부족하거나 앞비탈면이나 중심부에 지수벽이 없고 필터층 잘못 설계되거나 누락시, 수압파쇄(응력전이, 부등침하), 다짐불량, 투수성 큰 재료, 입도불량, 지진에 의한 균열에 의해서 입니다. 기초지반원인의 경우는 투수층이 존재하고 파쇄대, 풍화대 기초처리가 없거나 제체와 기초지반 접축불량되거나 그라우팅(간격, 주입압 등) 불량 이거나 누수에 의한 세굴 또는 기초처리불량 원인입니다.
3. 제방 침하에 대한 안정
1) 제방침하의 원인은 지반의 탄성침하, 압밀, 흙이 측방으로 부풀어 오르는 현상등을 생각 할수 있으므로 지반조사를 토해 기초지반의 압밀침하량을 산정하여 안전하고 경제적인 제방이 되도록 설계해야 합니다
2) 연약지반에 제방을 축조하는 것은 가능한 피하는 것이 원칙이지만 제방법선을 선정할때 부득이 연약지반에 축조하는 경우에는지반조사를 통해 NX규격(KSE 3107) 이상으로 자료시료를 채취하고 물리시험 및 역학시험 등을 실시해 침하량을 추정하고 대책공법을 결정해야 합니다. 또한 제방의 중요도를 고려하여 시공시 지표면 및 지반 내에 계측기를 설치해 축제로 인한 지반의 압밀침하 진행 및 지반파괴 및 융기현상 등을 지속적으로 파악해 대책공법을 마련해야 합니다. 연약지반처리공법 선정시 모래, 쇄석, 인공배수재 등 수평배수재가 적용되는 공법의 경우, 이로 인한 홍수기간 중 침투유로를 유발할 수 있으므로 대책을 강구하여야 합니다.
4. 연약지반 허용잔류침하량 기준
1) 연약지반에 축조되는 제방의 침하를 검토하는 경우에는 시간효과를 고려하여 시공완료 후 발생할 침하를 예측하여 설계하는 것을 기본으로 합니다.
2) 연약집나의 허용잔류침하량 기준은 일반 제방, 도로겸용 제방, 배수구조물이 설치된 방으로 구분하여 정합니다.
5. 제방 누수에 대한 안정
1) 제체누수는 일반적으로 제방 비탈기슭 부근에서 침투수가 유출하는 것을 말하여 이것은 하천의 외수위가 상승하여 제체내로 유수가 침투하여 발생하는 것입니다. 즉 침윤선이 제내지 비탈면에 도달하면 누수가 시작되고 그 양이 많으면 파이핑 현상에 의해 붕괴위험을 내포하게 됩니다.
2) 제체 침윤선의 형상은 하천제방의 비탈면붕괴에 결정적인 요인이 되므로 침윤선이 제체하부에 위치하도록 해야 합니다.
3) 제체누수를 일으키는 원인을 제방단면이 너무 작은경우 제방이 사질토 또는 조립토를 다량으로 포함한 토사로 만들어지고 제외지 또는 중심부에 말막이벽이 없는경우 제체를 충분히 다지지 않ㅇㄴ 경우 동물에 의해 구멍이 뚫린 경우, 제체내에 매설되어 잇는 구조물과의 접합부에 흐름이 생기는 경우 등이 잇습니다.
4) 파이핑 현상을 판정하는 한계동수 경사에 의한 판정 및 한계유속에 의한 판정을 하기 위해서는 한계동수경사에 의한 방법, 한계유속에 의한 방법 등이 있습니다.
5) 파이핑 현상은 치수상 문제가 되기 때문에 유선망, 침투압, 누수량 등을 검토하여 충분한 대책을 강구해야 합니다.
6) 지반누수를 일으키는 원인에는 지반이 투수성이 큰 모래층 또는 모래 자갈층인경우, 고수부지 부근 표토가 유수에 의해 세굴되어 투수층이 노출되었을경우, 제방 제외지 비탈면 부근에서 골재를 채취하여 투수층이 노출되었거나 불투수성 표토의 두께를 얕게 했을 경우, 제방 제내지 비탈기슭 부근에서 골재를 채취해 투수층을 노출시켰을경우, 지반침하에
의해 하천수위와 제체 지반고의 차가 커진 결과 침투압이 증가했을 경우 등이 있습니다.
7) 배수통문 혹은 배수통관과 같은 배수구조물이 제체누수에 대해 취약한 경우 적절한 보강대책을 강구해야합니다.
8) 일반적으로 수문은 콘크리트로 제작되어 제체 토사와 중량 및 강성 등의 차이로 다짐밀착의 어려움과 연약지반상에 설치될 경우 말뚝기초에 의한 통문 상단부와 주변부 사이의 상대적 침하차 등으로 야기된 공동에 의해 제체누수가 발생됩니다. 따라서 배수통문의 유지 보수는 지반의 부등침하, 콘크리트의 노후화 및 균열, 이음새 부분의 변형, 암거 및 날개벽 접속부의 변형 등을 조사하여 보강이 필요한 장소의 경우 적절한 대책을 강구해야 합니다.