철근콘크리트 암거2

鐵筋 콘크리트 暗渠(Ⅱ)

박스형 암거, 아치형 암거, 문형 암거

<그림 26>

7. 날개벽의 설계

(1)날개벽의 설계

①암거의 날개벽은 원칙적으로서 평행 날개벽으로 한다.

②날개벽의 흙쌓기 구배는 1:1.5를 표준으로 하고, 근입 깊이는 1m로 한다. 또, 날개벽의 최대길이는 8m로 하고, 두께는 5cm 단위 최소 30cm두께로 하며, 최대라도측벽 두께 이상이 되지 않게 한다.<그림 26(a)>

③흙쌓기시 암거가 흙쌓기면 밖으로 노출되는 경우 날개벽 위의 &#53354;막이부는 높이 30cm, 폭은 날개벽의 두께로 한다. 또, 토피 두께가 얇을 때 원칙적으로 높이는 포장두께, 폭은 날개벽의 두께로 하고, 날개벽의 두께가 50cm 이하일 때는 50cm로 한다. <그림26(b)>

④날개벽은 본선의 종단구배에 평행하게 한다. 단, 토피가 3m이상일 때는 수평으로 해도 된다. <그림26(c)>

⑤사각을 이루는 암거에서 끝부분을 연장했을 때 날개벽 및 흙쌓기부의 처리는 <그림27(a)>를 표준으로 하고, 이와 같이 할 수 없을 때에는 <그림27(b)>로 해도 좋다.

<그림 27>

⑥높은 흙쌓기의 암거 날갭겨은 암거를 연장하는 것과 옹벽을 쳐서 날개벽을 짧게하는 것을 비교 검토한 후 경제적인 것으로 결정한다. <그림 28>

<그림 28>

(2)평행날개벽의 계산

①평행날개벽은 암거 본체를 고정단으로 하는 캔틸레버로 설계하며, 암거 본체의 접합부 전폭을 폭으로계산한다.

또, 토압은 일반적으로 토압계수 K_h = 0.4로 하여 식(11), 식(12), 식(13)으로 계산해도 된다. <그림 29>

여기서,

M_X : 날개벽 끝단에서 X의 위치에서의 휨모멘트(tㆍm)

S_X : 날개벽에서의 X 위치에서의 전단력 (t)

m_A : 날개벽에서의 단위폭당 휨모멘트 (tㆍm/m)

S_A : 날개벽에서의 단위폭당 전단력 (t/m)

α: 암거 본체와 연결부의 강성 영향에 의한 증가계수 α= 1.2로 함

K_h : 토압계수 0.4(활하중의 영향을 고려한 토압계수)

h_A: 날개벽 부근의 유효높이 (m)

r : 흙의 단위중량 r =2.0t/㎥

② 날개벽이 근입되는 전면에서 1m이상 떨어진 곳의 수동토압은 생각하지 않는다.

③ 방호책이나 방음벽을 설치하는 날개벽은 그 영향을 고려해서계산한다.

날개벽 부근에서의 단면력은 식(14), 식(15)로서 구해도 된다.

m_A - (1.7l - 3.0) P + 0.17l ㆍm ..................(14)

m_A' = (0.6l - 1.0) P + 0.11l ㆍm ..................(15)

여기서,

m_A : 날개벽 부근 상단의 단위폭당 휨모멘트 (tㆍm/m)

m_A : 날개벽 부근 하단의 단위폭당 휨모멘트 (tㆍm/m)

P : 날개벽 상단에 작용하는 단위길이당 수평력 (t/m)

m : 날개벽 상단에 작용하는 단위길이당 휨모트 ( tㆍm/m)
 

<그림 29>

④ 시공시의 검토는 특별히 필요할 때 이외는 하지 않아도 된다.

①날개벽의 응력 분포 및 암거 본체에의 내력 전달을 본체의 강성을 고려해서 해석하면,<그림30(a),(b)> 와 같이 날개벽 부근에서의 휨모멘트는 상부슬래브에서 크고 측벽에 작게 분포한다. 이와 같은 이유로 설계 계산에 있어서는 단면력을 모두 20% 증가시킨다.

<그림 30>

<그림 31>
 

<표 8>
 

단, σ_sa = 1,800㎏/㎠  τ_a = 9㎏/㎠  σ_sa = 80㎏/㎠

<그림 30(b)>와 같은 날개벽에서 하단의 철근이 없는 부분은 α= 1.2로 하면 안전측이므로 유효높이로 h_A를 잡을 수가 있다. 또 측벽부에의 전달은 <그림31(a),(b)>와 같이 암거 종방향에는 암거 높이의 1/4에서 60%, 1/2에서 15% 정도 감소한다.
식(11), 식(12)의 계산 결과를 <그림 32>,<그림 33>에 나타낸다.
날개벽의 길이 방향의 중간점에서응력 분포는 대략 균등하므로 활중은 고려하지않아도 된다. <그림 30>

②방음벽과 같이 법면측에서하중을받으면 날개벽의 전면에 인장응력이 생길 때가 있으므로 검토가 필요하다. 식(14), 식(15)는 날개벽 길이

을 구려해서 계산하면 최소 부재 두께 30cm, 최소 철근량 4-D16/m로 충분히 안전하다.
<그림 34>

날개벽의 부재 두께별 사용 철근과 저항모멘트, 저항전단력의 계산 예를 <표8>에 나타낸다. 

<그림 32>

<그림 33>

<그림 34>

<그림>

(가)토압만 받을 경우

단면 A-A'의 단면력을 <그림 32>에서구한다.

M_A = 81.7 t CDOT m

S_A - 38.3 t

단위폭당
 

<표8>에서,

날개벽 두께

T_W = 45cm < T₃ = 50cm

(측벽두께)

m_R = 18.1 tㆍT m/m > m_A

S_R = 29.4 tㆍm/m > S_A

<그림> 날개벽의 설계 계산 예

(나)토압과 방음벽 하중을 받을 경우

(a)토압에 의한 단면력

계산 예(1)과 마찬가지로,

l = 6.50m  h₀ = 0.70  n = 1.5 로 해서 M_A = 48.3 tㆍm (<그림 33>)
 

(b) 방음벽 하중에 의한 단면력

풍하중 P_W = 0.30 t/m²로 하면 날개벽에서의 수평력 및 휨모멘트는,

P = P_Wㆍh_W = 0.30 ×5.00 = 1.50 t/m

m = P_Wㆍh_W² ×1/2 = 0.30 ×5.00² ×1/2 = 3.75 tㆍm/m

이 되므로 풍하중에 의한 단위폭당 단면력은 식(14), 식(15)를 사용해서,

W_mA = (1.7l - 3)P + 0.17lㆍm

    = (1.7 ×6.5 - 3 ) ×1.50 + 0.17 ×6.5 ×3.75

    = 12.08 + 4.14 = 16.2 (tㆍm/m)

W_mA = 1/3(1.7l - 3)P - 0.11lㆍm

    = 4.03 - 2.68 = 1.4 (tㆍm/m)

이 된다.

(다)합성단면력

따라서, 토압과 방음벽 하중의 합성단면력은 다음과 같이 된다.

m_A = Em_A + Wm = 11.9 + 16.2 = 28.1 (tㆍm/m)

m_A - Em_A + W_mA' = 11.9 + 1.4 = 13.3 (tㆍm/m)

풍하중에 의한 훌증계수는 1.25 이므로 통상의 경우로 환산해서,

m_A' = 28.1/1.25 = 22.5 tㆍm/m > Em_A = 11.9 (tㆍm/m)

m_A' = 13.3/1.25 = 10.6 m/m < Em_A = 11.9 (tㆍm/m)

<그림 35>

<그림 36>

가 되므로, <표8>에서 소요철근을 구하면 아래와 같이 된다.

날개벽 T_W = 50cm = T₃ ........ OK

저항모멘트

m_R = 23.6 tㆍm/m > m_A = 22.5 tㆍm/m

사용철근

A_S = D22 - 4개 /m

     D25-4개 /m

풍하중의 반대 방향일 경우의 검토 [날개벽 전면이 인장]

m_A = Em_A - Wm_A = 11.9 - 16.2 = - 4.3 tㆍm/m

(통상의 경우로 환산 -3.5tㆍm/m)

소요 철근량
 

사용철근

D16-4개/m = 7.94cm^3 ........OK

(3) 배근 및 단면응력 검토

① 날개벽 부근은 원칙적으로 <그림35>와 같이 배근한다.

② 날개벽 전면의 철근은 일반적으로 D16-4개/m로 해도 좋으나 전면에 인장응력을 받을 때는 그 필요 철근량 이상으로 한다.

③ 날개벽의 흙막이 부분의 배근은 날개벽 상부와 같이 하고, 좌우 날개벽 및 암거상부를 지나도록 배근한다. <그림36>

④ 암거 본체의 측벽에 배근하는 보강 철근은 휨 및 인장을 받는 부재로 검토한다.

8. 기초

① 암거의 기초는 직접기초를 원칙으로 한다.

② 연약지반에 암거를 설치할 경우는 원칙적으로 암거시공 전에 선재하, 배수 공법등에 의해 지반 개량을 한다.

③ 연약층의 두께가 얇을 때는 연약층을 제거하고 양질의 재료로 치환한다. 또한, 치환 재료는 뒷채움재 이상으로 하고, 지하수위가 있는 경우는 알맞게 섞은 쇄석 등 양질의 것을 사용한다. 그 형상은 <그림 37>을 표준으로 한다.

④ 지지층이 암반으로 경사져 있어 부등침하의 염려가 잇을 때는 이를 방지하기 위해 <그림38> 과 같이 버림 콘크리트, 치환 기초 등을 고려해야 한다.

⑤ 지반이 종방향으로 경사진 경우에는 <그림39>에 표시한 치환기초 등을 고려하여 부등침하를 방지한다.

① 연약지반 위에 구조물을 축조하는 경우 말뚝기초로 하기도 하지만, 주위의 지반이 침하하면 구조물을 말뚝으로 저항하는 형태가 되어 상재토압이 큰 하중으로 말뚝에 걸리게 된다. 또, 포장면이 울퉁불퉁하게 되어 주행에 방해가 되므로 암거는 직접기초가 바람직하다.

② 연약지반 위에 암거를 설치할 때, 일반적으로 지반 개량을 하여 잔류침하를 일정치 이하로 하는 것이 바람직하나, 곤란한 경우에는 '9.(4)연약지반위의 암거의 설치 방법'을 참조해서 설계한다.

③④⑤항은 암거의 평면 위치를 다소 옮김으로써 해소될 때가 있으므로, 이 점을 고려해서 설계하는 것이 바람직하다, 또, ⑤의 경우는 줄눈의 위치도 아울러 검토하는 것이 바람직하다.

9.기타 암거 설계에 관한 주의 사항

(1)암거의 뒷채움 및 배수

암거의 뒷채움부에 빗물이나 지하수가 고여 이것이 잘 배수되지 않으면 흙쌓기를 약화시켜 붕괴 원인이 될 때가 있으므로 암거에 <그림40>과 같은 배수용 파이프를 설치한다.

(2) 암거 내 도로

① 암거 내 도로의 포장은 하지 않는 것이 원칙이다.

② 암거 앞뒤의 도로가 포장되어 있을 때는 그 포장의 종류에 따라 암거 내 도로를 포장한다.

③ 포장이 유리하다면 간단한 포장을 한다.

④ 암거 내 도로의 횡단구배는 3~5%의 편구배를 둔다. 단, 포장할 때는 앞뒤에 맞는 구배로 한다.

(3) 수로가 있는 암거

수로 암거 및 수로를 별설하는 암거의 경우 하류측에 지수벽을 만든다. 지수벽의 깊이 h는 호안공의 밑까지로 한다.

① 호안의 근입 깊이는 세굴을 고려해 정하나, 유속이 빨라 세굴의 염려가 있을 때는 수로 바닥에 버림 콘크리트를 치는 것이 좋다.

② 호안의 기초콘크리트 및 버림 콘크리트는 기초재를 쓰지 않아도 된다.

③ 언더패스(Under pass)형 암거, 저류형 암거를 설계할 때에는 측벽읫 &#34433;압을 고려한다.

(4)연약지반 위의 암거 설치 방법

시공장소가 연약지반이기 때문에 구축 후에 침하가 예상되는 경우에는 암거를 더올림해 설치한다.

① 더올림은 선재하 제거 후의 잔류침하량 S_r을 제체의 침하 검토에 의해 구하고, 그 수치에 따라 하지만, 암거 전후의 도로 설치 상황, 수로의 통수 기능, 암거이임부의 구조 등 조건이 허용하는 한 더올림을 많이 하는 것이 좋다.

② 더올림은 암거 종단 방향으로 일률적으로 하는 것을 원칙으로 한다. 단, 연약층 두께가 암거 종단 방향으로크게 다를 때나, 선재하를 할 수 없고 암거를 흙쌓기에 앞서서 시공할 때에는 암거 각부의 잔류침하량을 추정하여 더올림을 정한다.

③ 암거의 침하는 공용 후에도 장기간에 걸쳐 계속되므로,더울림으로 장기간의 침하에 대처하지 못하고 장래 암거의 기능에 장애를 끼칠 염려가 있을 때는 내공높이에 이유를 두어야 한다.

① 암거 이음부의 그조 때문에 과거에는 더올림 시공을 할 때의 기준이 박스형 암거는 30cm, 관형 암거는 50cm가 더올림량의 최대로 되어 있었다. 따라서 이 값 이상의 더올림을 하고자 할 때는 이음의 구조를 별도로 고려할 필요가 있다.

② 암거의 침하 실태 조사에 따르면, 선재하를 했던 박스형 암거의 암거 종단 방향 침하 형상이 중앙부에 서 항상 가장 크지 않고 다양한 형태로 나타나고 있다. 그러므로 시공 편의를 고려하여 더올림은 암거 종단 방향으로 일률적으로 하기로 한다. (<그림43참조>)

<그림43>

부득이 선재하 공법을 채택할 수 없고 암거를 흙쌓기에 앞서서 시공할 때는 더올림을 다음과 같이 한다.

즉, 암거 중앙부의 침하량

<그림44> 

을 기본으로 해서 암거단부의 더올림량을 토피 두께와의 관계로부터 <그림44>를 이용해 구한다. 이 더올림 관계를 표시하면<그림44>와 같다.

③ 잔류침하량의 추정에 있어서현행 방법은 <그림46>에서 볼 수 있듯이 공용 후 장기간에 걸쳐 일어나는 침하를 추정하기 어렵다. 침하 추적 조사결과에 따르면, 이와 같은 장기침하를 포함한 잔류침하량은 개략적으로 식(16)으로 표시된다.(<그림47>참초)

<그림45>

암거내공 높이의 여유에 대한 검토에 대해서는, 잔류침하량을 식(16)에 의해 구하고, 더올림에 의해 대처할 수 없는 침하분을 내공높이의 여유로 한다. 단, 식(16)은 장기침하의 발생 원인, 발생 조건 등 명확치 않는 점이 많이 있으므로, 시험 흙쌓기 또는 유사한 시공 조건에서의 침하 추적 자료가 있을 경우 그 결과에 따라 정하는 것이 바람직하다.

잔류침하량 S_r = S_r1 + S_r2 + S_r3

여기서,

S_r1 : 재하한 흙쌓기의 제거 시점으로부터 흙쌓기 완성 후 600일 까지의 침하량이며,(600일은 침하추적조사 결과에서의 침하 경향이 개력 변화점에 해당함)

S_r2 : 재하한 흙쌓기의 제거시 지반 회복의 영향에의한 침하량이며, 시공시에는 설측치로부터 구한다. 설계시 또는 관측치가 없을 때에는 5~15cm로 가정한다.

S_r3 : 충적층으로 된 연약지반에서의 흙쌓기 완성 후 600일 이후의 장기침하량이며, <표9>로부터 구한다.

④침하에 의해 수로벽의높이를 높일 경우가 예상될 때는 수로벽의 구조를 <그림48>과 같이 장래 보수하기 쉬운 구조로 한다.

<그림46> 침하 추적 조사결과의 예

<그림47> 선재하 공법의 침하곡선

<표9>
 

【주】침하 조사결과에 따라 사용 후 약 5년의 침하량을 층두께별로 표시한 것이다. 연간침하량은 매년 줄어드는 경향이 있고 5년 이후의 침하량은 미소할 것으로 생각되나 암거의 용도에 따라 고려할 필요가 있다.