철근콘크리트 암거3

철근 콘크리트 암거(Ⅲ)

박스형암거, 아치형암거, 문형암거, 관형암거

Ⅳ.아치형 암거

1. 형상

① 평면 형상

아치형 암거의 평면 형상은 직각으로 함을 원칙으로 한다. 신축줄눈 간격은 10M 정도로 한다.

② 토피 두께와 부재 단면

설계 계산은 각 구간의 최대 토피 두께

(h₁, h₂, h₃)

로 한다. 단, 부재 두께는 최대토피 두께 (h₁)로 구한단면을 사용한다. <그림49>

③ 단면

아치형 암거의 단면은 소정의 내공단면 (a x b)을 확보하고 위쪽에 반원을 그린 모양을 표준으로 한다.

<그림50>

① 아치형 암거의 설치는 가능한 주변의 지형, 흙쌓기가 죄우대칭이 되도록 하는 것이 바람직하다. 또, 사각을 이루면 한쪽면만 토압을 받게 되므로 직각으로 하는 것이 좋다.

② 아치형 암거는 토피 두께 변화가 각 단면마다 크게 다르므로 설계하고자 하는 단면위의 토피로 부재 단면을 구한다. 단면 분할은 종단 방향으로 동일 단면인 점을 고려해 토피두께의 차이를 7m정도로 한다.

③ 아치형 감거의 단면은 소요 단면 (axb) 및 토피 두께에 따라 아치 모양이 정해지므로 표준 형상을 결정하기가어렵다.

④ 단면은종단 방향을 동이랗게 하며, 배근은 각각 토피 두께에 대응해 증감시킨다. 이것은 아치부의 시공성, 거푸집의 사용성을 고려한 것이다.

2.단면력 계산

① 하중 계산시에는 바깥쪽 치수선 ( B₀, h₀)를 사용하며, 이것에 의해 얻어진 하중을응력 계산시에 강역을 고려해 골조선 (B', h')에 적용한다.

<그림51>

<그림52>

② 우각부의 단면 응력은 각각의 강역 단면력을 사용해 구한다. <그림15참조>

③ 우각부 안쪽은 응력집중의 영향을 고려해 콘크리트의 허용응력을

60kg/cm² (σ_ca = 240kg/cm² 의 경우)로 한다. 이때 철근의 허용응력은 변하지 않는다.

④ 단면 응력의 계산에 있어서 측벽 및 아치부는 축방향력을 고려하고, 저판은 축방항력을 고려하지않아도 된다.

⑤ 토피가 두꺼운 장소에 설치되면 저판에 큰 전단력이 발생하므로 사인장 철근을 배근해 단면을 결정한다.

⑥ 아치부의 최소 부재 두께는 60cm 또는 B(내공폭) x 0.15 이상으로 한다.

⑦ 사인장철근을 배근할 경우 저판의 전단 응력은 15kg/cm²로 한다. 측벽과 아치부와의 단면 두께의 균형을 고려해 단면을 결정하는 것이 바람직하다.

Ⅴ. 문형암거

1. 형상

문형 암거의 평면 형상은 직각일 경우 박스형 암거에 준한다.

직각일 때에 대해서는 박스형 암거에준하지만 경사각이 작을 때나 연약지반에 설치할 때는 한쪽면만 토압을 받을 경웅의 영향을 고려해서 형상을 결정하여야 한다.

2. 하중

① 사하중, 활하중 및 토압에 대해서는 박스형 암거항을 준용한다.

② 일반적으로 온도 변화 및 건조수축의 영향을 고려한다.

③ 지진의 영향

양쪽에서 토압을 받을 경우에도 지진시에는 한쪽만 토압이 작용하는 것으로 검토한다.
 

W_d : 사하중 (상부슬래브 + 흙의 중량) (t/m²)

P : 상부슬래브 및 위에 덮은 토사에 의한 지진력 (t/m)

P_g : 측벽에 작용하는 지진력 (t/m²)

P_E : 지진시 주동토압 (t/m²)

(P_E = K_EA ㆍrㆍh)

여기서,

K_EA : Coulomb의 지진시 주동토압계수

① 온도변화와 건조수축의영향을 고려할 경우와 고려하지 않을 경우에대해 측벽 하단의 모멘트비를 구하면 <표10>과 같으며, 이 영향은 무시할 수 없는 값이므로 이 영향을 고려하도록 한다.

단, 토피 50cm 정도에서는 온도 변화의 영향이 적으므로 고려하지 않아도 된다.

<표10>
 

② 지진의 영향에 대해서는 박스형 암거와 달리 후팅이나 기초말뚝의 변위에 대해 차이가 있으무로 본 지침의 방법으로 검토한다.

이때의 토압은 지진시 Coulomb 토압을 고려하는 것으로 한다.

3. 기초

(1)기초 설계

문형 암거의 기초는 직접기초로 한다. 부득이 말뚝 기초로 할 경우에는 충분한 검토를할 필요가 있다. 박스형 암거에 준하여 직접기초로 함을 원칙으로 한다.

연약지반에 말뚝기초를 하면 흙쌓기에 의해 말뚝에 수평토압이 작용하게 되며, 사각이 작을 대에는 회전 영향을고려해야하기 때문에 충분한 검토를 할 필요가 있다.

(2)스트러트

① 문형 암거에는 원칙적으로 스트러트를 설치한다.

② 스트러트는 장방형의 보 구조로 하고 후팅의복수에 설치한다.

③ 스트러트의 설계는 기초지반의 종류(<표11>)에 표시한 하중을 받는 양단핀의 보로 보고 설계한다.

<표11>
 

하중 계산은 지반의 종류에 따라 <그림54(a),(b),(c)>에 표시한 요령으로 한다.

P_t = P(1+I) / a+b ㆍB

P_t : 활하중 (t/m)

P : 윤하중(t)

I : 충격계수

B : 스트러트의 폭(m)

a = (2D + 0.2) (m)

b = (2D + 0.5) (m)

D : 토피 (m)

W_d : 스트러트의 자중 (t/m)

W_e : 상재토사의 중량 (t/m) = rㆍDㆍB

N : 스트러트에 작용하는 축방향력 (t)

q : 지반 반력 (t/m)

R : 반력 (t)

① 스트러트는 라멘의 수평 반력을 받게 하여 후팅의 활동에 의한 우각부의 모멘트에 의한 사고 위험을 적게 하고 말뚝의 수평력 부담을 줄이기 위해 설치한다.

② 스트러트와 후팅은 강결구조이지만 계산상 안적측이 되도록 양단핀으로 된 단순보로 가정한다. 철근의 배근은 스트러트의 전 길이에 걸쳐 대칭 복철근으로 하여 후팅에 정착시킨다.

<그림54>

Ⅵ. 관형 암거

1.적용

관형 암거에는 철근 콘크리트 관, 원심력 철근 콘크리트관, 로울 전압 철근 콘크리트 관, 프리스트레스 콘크리트 관 등의 강성 관과 변형성이 좋은 코러게이트 철제 암거(이하 파형 암거라 한다)가 있다.

본 설계요령에서는 일반적으로 흔히 사용되고 있는 원심력 철근 콘크리트 관, 프리스트레스 콘크리트 관 및 파형 암거에 대해 기본 설계 방법을 적용할 수 있도록 한다.

① 본 요령에서 다루는 관형 암거는 본선 노면배수를 위한 관거 배수 구조물 이외의 관거에 적용한다.

② 관형 암거의 관 종류 선정에 있어서는 충분히 그 관 종류의 특징을 살리고, 송사비의 비교를 통해 결정해야 한다. 관형 암거로 사용되는 관의 특징을 기술하면 다음과 같다.

(가) 원심력 철근 콘크리트 관

시공성은 좋으나 내하력 문제가 있으므로 토피 두께가 비교적 작을 때에 쓰인다. 적절한 이음 구조를 사용하면 곡석 형태의 부설 혹은 다소의 기초지반의 침하가 예측되는 장소에서도 사용할 수가 있다.

(나) 프리스트레스 콘크리트 관

내하력 및 시공의 신속성이라는 점에서 뛰어나다. 따라서, 큰 하중이 작용하는 곳에서도 사용되나 관경이 커지면 파형 암거에 비해 운반비가 차지하는 비율이 커진다. 연약지반과 같이 부설 후 침하가 클 것으로 예상되는 장소의 사용은 피하는 것이 좋다.

(다) 파형 암거

파형 암거는 내하력 및 가용성이 뛰어나므로 높은 흙쌓기나 연약지반에 사용할 수 있다. 그러나 내하력은 조립 혹은 뒷채움 시공 여하에 따라 대단히 큰 영향을 받으므로 설계 시공에 대해 충분한 검토를 함과 동시에 신중한 시공을 요한다.

③ 본 요령에 표시되어 있지 않는 사항에 대해서는 아래의 기준에 따른다.

• 철근 콘크리트 관 ---------------------------------- KS F 4401
   
• 로울 전압 철근 콘크리트 관 ------------------------ KS F 4402
   
• 원심력 철근 콘크리트 관 --------------------------- KS F 4403
   
• 도로 암거 표준도 ---------------------------------- 건설부

2.철근 콘크리트 관형 암거

(1)종류

철근콘크리트 관형 암거에 사용하는 관은 원심력 철근 콘크리트 관 및 프리스트레스 콘크리트 관으로 하고, 매설 장소의 하중, 기초,지반 등의 조건에 따라 적절한 관은 선정한다. 원심력 철근 콘크리트 관 및 프리스트레스 콘크리트관의 최소 관 두께 및 외압 강도는 <표12> 및 <표13>과 같다.

① 원심력 철근 콘크리트 관은 이음의 종류에 따라 A형, B형 및 C형으로 구분된다. 개개의 이음 구조, 특성은 <표14>와 같다.

② <표12> 및 <표13>에 표시된 이외의 관 종류에 대해서는 그 외압 강도를 결정한 후 본 요령에 따라 설계를 하도록 한다.

<표12> 관경과 두께 (단위 mm)
 

<표13> 외압 강도 1) (단위 kg/m)
 

[註] 1.외압강도는 관에 0.05mm의 균열이 생겼을 때의 하중을 관의 유효길이로 나눈 값이다.

2. 원심력 철근 코크리트 관은 KS F 4403 의 규정이다.
 

<표14> 원심력 철근 콘크리트 관
 

<그림57> C형 관

<그림58> 돌출형의 매설 상태

<그림59> 반구형의 매설 상태

(2)매설 상태 및 기초 형식

①매설 상태

관의 매설 상태는 돌출형 및 반구형으로구분한다.

(가)돌출형

돌출형이란 관을 기존 지반 위 혹은 잘 다진 흙쌓기 지반 상에 설치하고, 그 위에 흙쌓기를 하는 형식이 반구형이란 기존 지반 혹은 잘 다진 흙쌓기 지반 상에 도랑을 파서 매설하고 되메우기를 하는 형식이다 <그림 59>

②기초 형식

기초는 모래 또는 콘크리트로 하고, 그 지지각의 크기에 따라 <표15>와 같이 구분한다. 또한, 기존 기반이 모래와 같은 양질의 재료일 때는 기존 지반을 잘 마무리하여 기초로 해도 좋다.

<그림 60> 돌출형으로 생각하여야 할 경우

<표15> 기초 형식
 

[註] 1) 콘크리트 기초 360°는 토피 두께가 없을 때 특수한 경우에 사용한다.

2) 모래 기초 및 기존 지반일 때는 유효지지각 90°를 얻기 위해 시공은 120°로 한다.

<그림 61> 각종 기초 형식

또한, 기초 형식의 선정에 있어서는 지반 조건, 매설 조건을고려한 후 'Ⅳ.2.(3) 관형 암거의 설계'에 결정한다.

①토피 두께가 두꺼울 경우 반구형으로 매설된 관에 작용하는 토압이 돌출형의경우에 비해 약하거나 작으므로 반구형이 설계상 유리하다. 그러나 굴착 부분 양쪽의 지반이 약하거나 특별한 이유로 굴착폭 B_d를 지름의 2배 이상 넓게 잡을 경우에는 정상적인 반구형으로서의 토압보다 큰 값이 고려되어야 하므로, 이와 같은 경우는 설계시 돌출형의 토압을 사용하는 것이 좋다. (<그림60>). 콘크리트 기초 360° 이내의 것은 최소토피를 30cm로 한다.

②각종 기초 형식의 모양은 <그림61 (a), (b)> 와 같다. 또한, 모래 기초 혹은 기존 지반을 기초로 할 때에는 지지각 120°로 시공된 것이라도 유효지지각이 90°인 것으로 보고 설계한다.

반구형의 경우는 다음에 의한다.

(가) D(관의 내경) < 90cm 의 경우 B_d = 2D (또는 60cm 중 큰값)

(나)D90cm 의 경우 B_d = D + 70cm

<그림62>

<그림63>

(3)관형 암거의 설계

① 관형 암거의 설계는 외압강도(<표13참조>)가 관에 작용하는 활하중과 토피하중의 합계 이상이 되도록 관 종류 및 기초 형식을 선정한다. 이때 안전율은 1.25로 한다.

② <그림 64> 및 <그림 65> 는 표준 지반에 대한 토피, 관 종류 및 기초 형식의 관계를 나타낸 것이다. 관 종류 및 기초 형식의 선정에 있어서는 이 그림을 참고로 한다.

① 관에 작용하는 활하중의 계산은 다음 식을 사용한다.

W_TL = C_L ×B_C
 

여기서,

W_TL : 활하중 (t/m)

C_L : 하중강도 (t/m²)

B_C : 관의 직경 (m)

D : 토피의 두께 (m)

I : 충격계수

P : 활하중의 식5로구한값 (DB-24인 경우)

하중강도는 DB-24 하중이 지표면에 실리고 45°로 분포한다고 가정해서 구한 것이다. <그림62>

② 토피하중의 계산은 돌출형의 경우는 매스턴공식.

반구형의 경우는 일반 토압공식을 사용하고 있다.

(가)돌출형의 경우 ....... 매스턴 공식

W_DL = C_P ㆍr_tㆍB_C² ............. (17)

(나) H < H_C일 때
 

(다) H >= H_e일 때
 

여기서,

r_t : 흙의 단위체적중량 ( t/m²)

C_P : 토압계수

K : 정수 (사질토의 경우 0.4 점성토의 경우 0.8)

H_e : 등침하면의 높이 (관상단과 등침하면간의 거리 (m))

다음식으로 계산한다.
 

예를 들면
 

이라 하면

사질토의 경우 H_c = 1.66B_c

점성토의 경우 H_c = 1.12B_c 가 된다.

여기서,

r_sd : 침하비(지반 조건에 따름)
 

(라)반구형의 경우 : 일반 토압공식
 

③ 관형 암거 설계는 'Ⅵ.2.(1)' 및 'Ⅵ.2.(2)'에서 구한 하중에 따라서 식(21)으로 계산한다.
 

여기서,

L_c : <표13>에 표시한 관의 외입강도 (kg/m)

F : 안전율로서 1.25

W_TL, W_DL : 식(16), 식(17) 및 식(20)으로 구한다.

L_f : 하중계수 (매설 상태 및 기초 형식에 따라 <표16>에서 구한다.)

④ <그림64> 및 <그림65>에 의해 관 종류 및 기초 형식을 선정할 때는 다음 사항에 유의해야 한다.

(가) 동일 토피에 대해 2종 이상의 관 종류 및 기초 형식이 적용될 때는 경제성, 시공성을 고려해서 선정한다.

(나) 토피가 1.0m 이하의 경우는 RC 2종 360°콘크리트 기초도 비교 검토한다.

(다) 토피가 두껍고 PC관 콘크리트 기초로도 대처할 수 없을 때는 파형 암거나 기타구조를 검토한다.

(라) 차선 분리나 높은 흙쌓기 (흙쌓기 높이 7m이상의 것)로 토피가 극단적인 변화를 할 경우에 각각의 토피로 관 종류, 기초 형식을 결정하는 것이 좋다. 이때 관 종류는 2종류 정도(1종류 5m 이상)로 하고, 기초 형식은 통일한다.

<그림64> 토피-관 종류, 기초 형식(돌출형)

<그림65> 토피-관 종류, 기초 형식(반구형)

<표16> 하중계수L_f
 

3.파형 암거

(1)종류

파형 암거는 파형, 이음 및 도장의 종류에 따라 <표17>과 같이 분류한다. 파이프 종류의 선택에 있어서는 관 지름, 지반, 유수의 상태 등의 현장 조건 경제성을 고려해야 한다.

①<표17>에 표시한 파형, 1형 1S형, 2형, 3S형의 형상 및 치수는 다음과 같다.
 

② 파형 암거의 관 지름은 그 파형의 관 지름은 그 파형의 차이에 따라 강도와 경제성 등을 고려하여 바람직한 적용 범위가 주어지지만, 관 지름이 1.5m 미만인 경우에는 1형, 1S형 혹은 3S형을, 관 지름이 1.5m 이상일 때는 2형 혹은 3S형을 사용하면 좋다.

<표17> 파형 암거의 종류
 

③ 나선형 파이프는 표준 파이프 혹은 섹셔널 파이프에 비해 조립 및 볼트 조임을 쉽게 할 수 있는 특징이 있으나 재료의 반입이 쉽고 유수의 접촉에 대해 만족스런 도장이 된다는 전제 하에 사용한다. 나선형 파이프에 사용되는 이음 중 딘플 타입은 지반이 양호한 경우에만 사용한다.

④ 섹셔널 파이프에는 원형과 공장에서 사전에 상하 방향으로 5% 늘린 타원형이 있다. 타원형은 관 지름이 크고, 토피 두계가 두꺼울 경우에 또는 뒷채움재가 양질의 것이 아닐 겨웅에 사용한다. <표20>

⑤ 파형 암거는 용도에 딸 여러 가지가 있으나 <표17>에 표시되어 있지 않은 것에 대해서는 별도 규정에 따른다.

(2)관종의 선정

① 단면 조립에 사용하는 볼트의 사용 구분은 단면의 판 두께에 따라 <표18>에 따른다. 또한, 볼트의 재질은 KS(6각 볼트)의 4T(인장강도 40kg/㎟이상) 및 7T(인장강도 70 kg/㎟ 이상) 또는 동등 이상의 것으로 하고 아연도금을 한 것을 사용한다.

② 파형 암거 단면의 판 두께 결정은 파형의 종류에 따라 <표19 ~ 표23>에 따른다.

<표18> 볼트의 사용 구분
 

<표19> 표준파이프 (1R)
 

<표20> 나선형 파이프 1RS형
 

<표21> 섹셔널파이프 2R형

<표22> 나선형 파이프 3RS형
 

<표23> 섹셔널 파이프 2E형
 

②<표19~표23>에 표시한 판 두께 표를 사용함에 있어서는 다음 사항에 주의해야 한다.

(가) 하중 조건으로서 토질의 단위체적중량은 2.0 t/㎥, 또 활하중에 대해서는 DB-24를 적용하지만 이 이하의 하중 조건도 본 표에 따르기로 한다.

(나)판 두께 표는 뒷채움부가 '토목공사 일반시방서 Ⅲ.8 다짐'에 따라 규정대로 다져진 경우의 것이다.

(다)최소 토피 두께는 모두 60cm로 하나, 관의 정점이 항상 포장 저면 이하(보조기층 반면 이하)이어야 한다. 단, 공사용 도로로서 가설 도로의 성격을 갖는 경우에는 60cm보다 적게 할 수 있으나 30cm이하로 해서는 안된다.

(3)뒷채움

뒷채움에 사용하는 재료는 '토목공사 일반시방서 3장 토공'에 따르고, 점토, 실트, 동토, 초목 등 압축성이 큰 것을 함유해서는 안된다.

뒷채움 부분의 모양은 반구형 및 돌출형의 경우 각각 <그림 66> 및 <그림 67>와 같다. 뒷채움 시공 후 피복토의 두께는 반구형일 때 60cm, 돌출형일 때 D/5 또는 25cm 중 큰 값을 선택한다. 피복토로 사용하는 재료는 뒷채움 재료와 같은 재료를 쓰는 것이 바람직하다. 뒷채움부의 시공시에는 편토압이 걸러지 않도록 좌우의 높이를 가능한 같게 하여 20cm두께로 충분히 다지면서 관정부까지 시공하여야 한다. 또, <그림66> 및 <그림67>에 표시한 쐐기 모양의 부분은 다짐봉을 사용해 잘 다져야 한다.

파형 암거는 변형 성능이 좋아 연직 방향 토압에 의한 가로 방향의 변형이 측면 저항토압과의 균형을 이루어 지지된다. 따라서, 뒷채움재가 압축성이 높은 재료이거나 뒷채움부의 다짐이 불충분한 경우에 관의 변형이 커져 파괴에 이르는 수가 있다. 양측을 동시에 뒷채움하지 않았을 경우 관에 편토압이 생겨 파괴의 원인이 되므로 주의를 하여야 한다.

<그림 66> 반구형의 경우

<그림 67> 돌출형의 경우

(4)기초

파형 암거의 특성을 살리기 위해 양질 재료 (모래 또는 사질토)를 사용해서 기초를 시공한다. 기초의 형상은 지반 상태 및 지름에 따라 <표24>와 같이 한다.

<표24> 기초의 형상
 

기초지반이 양호한 경우 (사질토나 자갈 등)에는 <그림 68>과 같이 관의 1/4 원주 이상이 완전히 기초지반에 지지되도록 설치한다.

① 파형 암거의 기초는 <표24>로 하면 되나 연약지반과 같이 기초지반 침하라 클 때는 본 편 'Ⅲ.8 기초' 및 'Ⅲ.9.(4) 연약지반 위의 암거의 설치 방법'을 참조하여 기초를 설계하여야 한다. 또, 파형 암거의 허용 침하량은 대개 아래의 범위에 들게 한다.

②지반의 성질이 종단 방향으로 변하고 기초재의 두께 및 폭이 다를 경우에 1:4 정도의 완화구간을 만들어 기초재 두께의 급격한 변화에 따른 영향을 피하도록 배려하여야 한다.

<그림68> 기초의 형상

<그림69> 개단부

(5)개단부

파형 암거의 개단부는 가능한 한 비탈면으로부터 돌출한 형태로 한다. 또, 측구나 취배수거의 콘크리트 부분과 접하는 장소는 역청재를 바르는 것이 좋다.<그림 69 참조>

① 파형 암거 (특히 섹셔날 파이프 2R형, 2E형)는 토압에 의해 변형하므로 취배수거관의 접합부를 유동성이 있는 그조로 해야 한다. 또, 상부에 슬래브를 하고 양 측면에 벽체를 만들 때에는 관의 변형이 완료되었다고 생각되는 시점에 설치하고, 상부의 슬래브(관보다 윗부분)는 철근으로 보강한다. <그림 69>

② 파형 암거가 흙쌓기시 경사지게 설취될 경우, 관끝이 취배수거의 콘크리트 벽체와 평행하지 않아도 취배수에 특별한 지장을 초래하지 않는다고 인정될 때는 절단하지 않아도 된다.

4.관형 암거의 설계, 시공상의 주의점

관형 암거의 파괴는 다음과 같은 원인으로 생기는 경우가 많으므로 주의하여야 한다.

① 기초 지반의 부등침하

② 기초지반의 지지력 부족

③ 뒷채움, 뒤메우기 공사의 부실

④ 매설 깊이(토피)의 오차(특히 설계변경시)

⑤ 설계 조건과 시공 조건의 착오(돌출형과 반구형의 구별)

관형 암거 설계시 길이 방향에 대하니 강도를 일반적으로 고려하지 않음으로써 문제를 일으킬 소지가 있다. 이 계산을 하기 위해서는 탄성 지지된 보로서 해석하면 되지만, 기초지반의 스르핑계수 등 불분명한 점이 많이 아려움이 많다. 그러므로 양질의 기초재료를 충분히 다짐으로써 암거에 작용하는 응력을 감소시켜 ① 및 ②의 문제를 줄이도록 한다. 특히 ①의 경우는 한쪽 땅깎기, 한쪽 흙쌓기부의 원지반에 따라 부설하는 등의 주의가 필요하다.

③의 문제는 특히 파형 암거에서 주의를 요하는 사항이며, 강성 관암거의 경우도 좌우균등하게 시공하지 않으면 문제를 일으키는 수가 있다.

④ 에 대해서는 토피가 얕으면 활하중의 영향이 커지고, 토피가 두꺼우면 흙쌓기 하중의 영향이 커지므로 설계시 가능한 정확한 토피 두께를 결정하고, 토피 두께가 시공시 변경되는 경우에는 본 요령에 의해 검토해야 한다.

⑤에 대해서는 설계 계산시에 반구형으로 계산한 것이 시공시 착오로 돌출형으로 시공된 경우이다. 이것을 방지하기 위해 설계도면에 설계 계산 조건을 명시 한다.