사면 안정 공법

사면 안정 공법 

 

■ 사면보호대책

토지조성, 도로, 철도공사 등에 수반하여 설치하는 사면은 그 연장, 면적이 크기 때문에 자연재해를 받기 쉽고, 귀중한 인명의 손실 및 가옥의 손실 등을 초래하여 산업, 국민생활에 불안을 가져오는 경우가 많다. 급경사지의 붕괴에 대한 재해방지대책은 경사면의 설계, 시공, 유지관리에 대한 기준을 설정하여 여러가지 규제가 이루어져야 하나, 우리나라에서는 아직도 이의 충분한 배려가 미진한 것이 현재 상황이다.

 

현재는 많은 재해의 발생과 사면안정의 중요성이 높아지고 있으며, 급경사지에 대한 대책이 각 지역에서 실시되어 가고 있다. 따라서 경사면은 점검을 실시하고, 이의 대책을 수립 실시하는 유지관리가 지속적으로 이루어져야 한다. 사면의 안정 을 위하여 시공된 구조물(석축, 옹벽 등)은 항상 점검 및 유지관리를 하여야하며, 정기적으로 점검을 실시하여 시설물의 기능과 안전성이 유지되도록 파악할 필요가 있고, 상황에 따라 보수, 보강 등의 조치를 실시하여 재해를 미연에 방지하여야 한다.

 

정기점검 이외에 호우중이나 계절적 태풍 및 해빙기와 지진후에는 아래항목 등에 대하여 점검할 필요가 있다.

- 지표수, 지하수의 유출상황과 그에 따른 침식의 유무
- 옹벽, 석축, 사면 등의 균열, 돌출변위, 이음의 어긋난 상태, 변형 등의 상황
- 식생의 변화상태(새육불량, 고사, 생장상태 등)
- 뜬 볼, 전선의 위치변동, 원지반에서의 부상상태
- 토지이용 변화(배수로, 주택, 도로)에 따른 배수상태 변화
- 용수나 침투수의 물빼기 상황
- 기초지반의 침식, 침하, 미끄럼 등에 의한 이동변위상태

 

1. 사면보호공법

1) 식생공법

사면을 식물로 피복하여 우수에 의한 침수방지, 지표면의 온도완화와 식물 뿌리개의 토립자 결함에 의한 동상봉락의 억제 및 녹화에 의한 미적효과 등을 목적으로 한다. 사면안정공법으로서는 보통공사비, 미관 등의 점에서 식생공법이 요망되나 식물재료를 사용함으로 시공장소, 시기에 제약이 있다. 식생공법은 크게 파종공법과 식재공법으로 나눌 수 있으며, 파종공법은 종자 뿜칠공, 식생매트공, 식생반공, 식생근공, 식생대공, 식생혈공, 객토식생 등이 있고, 식재공법은 잔디입히기공, 줄잔디공 등이 있다.

 

2) 피복공법

사면표층의 풍화방지, 식생재료 시공후의 침식방지, 수중사면의 차수 등을 목적 으로 하여 각종 인공재료에 따라 사면표면을 피복하는 공법으로 플라스틱, 소일 시멘트, 액상합성수지, 합성섬유, 매트, 아스팔트, 아스팔트패널, 합성고분자 시트 등이 있다.

 

3) 뿜칠공법

슬러리상, 분체상 혹은 입상의 재료를 압축공기에 의해 사면표면에 뿜어 붙이는 공법으로 피복공법과 같으며 주로 사면층의 풍화방지를 목적으로 한다. 다짐은 각 재료를 고속으로 사면에 충돌시켜서 자력으로 막대다짐으로 부착시킨다. 뿜칠공은 종자의 뿜칠공, 플라스틱, 소일시멘트나 합성수지의 뿜칠공, 시멘트몰탈 및 시멘트 콘크리트와 뿜칠공 등이 있다.

 

4) 붙임공법

편상 또는 괴상의 물질을 사면표면 전면 또는, 일부에 붙여서 그 중량에 의해 사면을 안정화하는 동시에, 사면표층의 토사류망을 막거나, 수중사면의 라이닝 등을 목적으로 하여 시공한다. 사용재료로서는 돌, 콘크리트 블록 등이 있다.

 

5) 격자틀 공법

사면의 표층토사의 붕괴, 침식 및 세굴, 표층암반의 풍화, 박리 및 낙석 등을 방지하기 위해 주로 시멘트 콘크리트 재료에서 격자상으로 사면을 구획하는 것이다.

격자틀은 표류수의 배수로로서 작용하는 동시에 틀내의 식생공이나 각종 붙이공, 병용되는 말뚝고정(철근핀, 록볼트, 앵커)에 의해 사면을 안정화 시킨다. 격자틀공의 종류는 콘크리트 블록 격자틀, 특수경량 격자틀, 현장타설 콘크리트 격자틀, 격자틀과 앵커의 조합 등이 있다.

 

6) 낙석방호공법

풍화나 호우 등에 따라 낙석이 예상되는 곳으로 낙석의 피해를 경감하기 위해 시공되는 공법으로, 낙석이나 뜬 돌을 억제하기 위한 낙석방지망공, 낙석을 사면 의 도중이나 사면끝에서 정지하기 위한 낙석방지책공, 대규모인 낙석에서 도로나 철도를 수호하기 위한 낙석용 복공, 접착제에 의한 암석을 접착시키는 낙석방지공 등이 있다.

 

7) 기타의 공법

사면표면을 보호하고 붕괴를 억제하는 공법으로서 과거부터 시공되고 있으며, 채공법과 사농공법이 있다. 채공법은 사면표토의 미끄럼을 막는다든지 정지시키는 것이며, 사농공법은 수중 사면의 공법이나 붕괴되기 쉬운 사면의 누름공으로서 작용시킨다.

2. 사면보강공법

1) 누름성토공법

사면의 미끄럼 파괴를 억지하기 위해 사면저부에 카우터 웨이트로서 성토를 설치하는 공법으로, 주로 연약지반상의 성토사면의 안정화에 대해서 시공되는 경우가 많으나 절토사면에도 적용되는 수가 있다.

 

2) 옹벽공법

사면의 구배를 급하게 하여 토지의 유효이용을 도모할 ? 옹벽구조가 채택된다. 옹벽으로서는 종래부터 부축구조(돌쌓기 옹벽이나 콘크리트 블럭쌓기 옹벽 등) 및 중력식 구조(중력식 콘크리트 옹벽 등)이 시공되고 있으나, 최근 틀짜기 구조 의 옹벽 등이 개발되어 있다.

 

3) 보강토공법

지반속에 일정한 인장강도를 가진 보강재를 배치하여 흙과 보강재를 일체화하는 데 따라 지반을 강화하고 사면의 안정화를 도모하는 것으로 성토보강공법(지오 텍스타일을 부석하여 성초를 강화하는 공법), 철근삽입 보강공법(강봉이나 강관을 지반속에 삽입하여 보강하는 공법)의 세종류로 대별된다.

 

4) 미끄럼방지 말뚝공법

땅사태지대 등의 사면에 말뚝을 타입하는데 따라서 미끄럼면의 절단, 지반의 긴밀화, 말둑체의 저항력 등을 기대하여 사면을 안정화하는 공법으로 현지의 상황에 따라 목말뚝·콘크리트말둑, 강말뚝이 쓰인다.

 

5) 앵커공법

미끄럼면이나 균열이 있는 암반에 강재를 써서 프리스트레스를 도입하는데 따라 전단저항력을 증가시켜서 사면을 안정화시키는 공법으로, 옹벽이나 격자틀 등에 작용하는 토압을 앵커로 받게 하는 수도 있으며, 사면안정으로서 사용되는 앵커는 록볼트와 어스앵커로 구별된다. 앞에서 말한 보강토 공법중의 철근삽입 보강공과의 상이점은 보강재에 프리스트레스가 도입되고 있는가 여부이다.

3. 사면지반 개량공법

1) 주입공법
시멘트나 약액을 주입하여 지반을 강화하는 공법이며, 토사에서 경암까지 적용 범위는 넓다. 주입공법에는 종전부터의 로드 주입공을 발전시킨 이중관식 주입공 이나, 순경성 주입재와 침투 주입재를 병용하는 복합주입공이 있다.

 

2) 이온 교환 공법
흙의 흡착양이온의 질과 양을 변경하는떼 따라 흙의 공학적 성질을 변경하여 사면의 안정을 꾀하는 공법이다. 특히, 2가 양이온인 염화칼슘을 사면상부에 타설하여 칼슘이온을 흡착시키는 방법이 실시되고 있으며, 그 효과가 나타나는 시기가지 장시간이 필요하며, 속효성이 아닌 점이 문제이다.

 

3) 전기화학적 공법
주로, 외부에서 직류전기를 주어진 전기화학적으로 흙을 개량하여 사면의 안정을 꾀하는 공법이다. 이 공법에는 음극에 물이 집수되는 성질을 이용하는 전기침투공과 양극(알루미늄 전극)에 접하는 흙이 고결되는 것을 이용한 전기 화학적 고결공이 있다.

 

4) 시멘트안정 처리공법
흙에 시멘트 재료를 첨가하여 혼합, 교반하여 고화시켜서 사면의 안정을 도모 하는데 효과적이다. 시멘트계 재료에 의한 흙의 안정처리는 주로 수화반응생성물 이 토립자를 접착시켜 고결시키는 작용에 기인된다. 사면표층 처리뿐 아니라, 시멘트와 흙을 원위치에서 혼합처리한 말뚝상의 처리체로 사면붕괴의 억제를 도모하는 경우도 볼 수 있다.

 

5) 석회안정처리 공법
주로, 점성토에 소석회 또는 생석회를 가하여 이온교환작용, 화학적 결합작용 등에 따라 그 토성을 개량하고 사면안정을 도모하는 것으로, 생석회를 사용하는 경우에는 다시 소화에 의한 흡수작용, 발열작용 및 팽창작용이 생기므로 사면 표층토의 혼합처리나 생석회 말뚝타설에 의한 개량공법이 시공된다.

 

6) 소결공법
가열에 의한 토성개량을 목적으로한 안정공법이며, 어느 온도이상이되면 흙이 수분과 비가역적으로 반응하는 것을 이용한 것이다. 경제적인 가열방법에는 아직 문제가 있으며, 다른 공법이 불가능할 때에는 쓰이는 특수공법으로 강제통풍 밀폐식 공법과 자연통풍 연도식 공법의 2종류로 대별된다.

(1) 표면수에 의해 비탈면의 세굴, 붕괴의 위험이 있는 경우는 비탈어깨 또는 소단에 집배수 설비를 만들어 종배수구 등에 의해 배수시켜야 한다.

① 표면수는 종배수구 등을 설치하는 경우 우수가 비탈면이나 노면에 넘쳐 흘러 세굴되지 않도록 적당한 처리를 해야 한다.

② 지하수 등의 용수는 배수를 위한 수평공, 맹암거 등을 서치하도록 하고 적절한 비탈면 보호공을 해야 한다.

(2) 암깍기 비탈면은 노출면 조사나 채취한 암석의 관찰과 균열, 절리의 상태, 암층의 흐트러짐, 풍화에 대한 저항성 등을 조사하여 표면 미끄러짐과 활동이 생길 가능성에 대해 검토하여야 하며, 그 결과로서 다음과 같은 형식중 적절한 것을 택하여야 한다.

① 단일 비탈면 구배
절토고가 7∼10M이하의 균질한 경암에 적합하다.

② 암질에 따른 비탈면 구배의 변화
암질이 균질하지 않을 때에 각 층에 적합한 구배를 줄 수 있다.

③ 소단설치
본 현장에 적합한 비탈면 형식으로 판단되며, 절토고가 7∼10M이상일 대나 암질이 변화하는 경우에 적합하다. 3) 이외에도 전단저항을 증가시키고, 완공후의 압밀침하를 감소시키기 위하여 다지기를 철저히 하고, 연약지반에 대한 적절한 대책을 강구하며, 높이가 3.0M 이상이 되는 측제 등에서 침식의 방지를 위해 비탈면 중간에 소단을 설치하도록 한다.

4. 비탈면의 안정율 산정

▶ 비탈면의 붕괴를 방지하기 위하여 전도모멘트는 최소한으로 줄이고, 저항모멘트 는 최대로 증가시키도록 해야 한다.

이를 위해 다음과 같은 안전대책이 필요하다.

1) 비탈면의 기울기를 안식각 이하로 함은 물론, 강우, 지진 등의 급작스런 천재에 대비하여 안전한 기울기를 만들어야 한다. 이외에도 단면의 높이가 큰 경우에는 아래로 내려올수록 기울기를 느리게 하기도 한다.

 

2) 비탈면의 안전에 가장 문제가 되는 배수는 지하수, 빗물이나 강설 등으로 인 한 삼투수 등 그어느것의 경우라도 철저히 해야 한다. 땅깍기 부에서나 흙쌓기 부에서나 배수가 잘 되지않고 흙 속으로 물이 스며들어 흙의 단위중량이 증가되어, 결과적으로 전도모멘트를 증대시킬 뿐 아니라 파괴면 부근의 흙을 약화시켜 저항모멘트를 감소시키게 되는 것이다. 또 물이 흙속으로 스며들지 않는다 하더라도, 비탈면의 뒷면이나 윗면에 고임으 로서 이의 수압으로 인한 전도모멘트를 증가시켜 역시 파괴의 원인이 되기도 한다.

지하수에 의한 피해는 땅각기부에서 특히 심하다. 이와 같은 배수의 불량으로 인한 피해를 없애기 위하여 적절한 배수시설을 실시 하고, 경사진 지반에 흙쌓기를 할 때는 층따기를 하며, 때로는 물막이벽을 설치 한다.

샘(용수)이 있는 곳에서는 비온 후에 침하를 일으키므로 깬 돌(할석, 잡석, 장석) 등으로 반원형 혹운 구형의 맹구를 설치하거나, 콘크리트관에 의해 배수를 해야 한다.

또한 흙쌓기에서는 물로 인한 흙의 팽창, 수축을 줄이고 배수가 잘되도록 하기 위해 양질의 재료를 사용하도록 하여야 하며, 저항모멘트를 증가시키기 위해 압성토 등을 한다.

일반적으로 비탈면의 경사와 높이는 표준구배를 이용하여 결정하며, 비탈면의 경사를 계속적으로 유지하기 위해서는 다움과 같은 사항에 특히 유의하여야 한다.

① 표면수에 의해 비탈면의 세굴, 붕괴의 위험이 있는 경우는 비탈어깨 또는 소단에 집배수 설비를 만들어 종배수구 등에 의해 배수시켜야 한다.

ⓐ 표면수는 종배수구 등을 설치하는 경우 우수가 비탈면이나 노면에 넘쳐 흘러 세굴되지 않도록 적당한 처리를 해야 한다.

ⓑ 지하수 등의 용수는 배수를 위한 수평공, 맹암거 등을 서치하도록 하고 적절한 비탈면 보호공을 해야 한다.

② 암깍기 비탈면은 노출면 조사나 채취한 암석의 관찰과 균열, 절리의 상태, 암층의 흐트러짐, 풍화에 대한 저항성 등을 조사하여 표면 미끄러짐과 활동이 생길 가능성에 대해 검토하여야 하며, 그 결과로서 다음과 같은 형식중 적절한 것을 택하여야 한다.

ⓐ 단일 비탈면 구배
절토고가 7∼10M이하의 균질한 경암에 적합하다.

ⓑ 암질에 따른 비탈면 구배의 변화
암질이 균질하지 않을 때에 각 층에 적합한 구배를 줄 수 있다.

ⓒ 소단설치
본 현장에 적합한 비탈면 형식으로 판단되며, 절토고가 7∼10M이상일 대나 암질이 변화하는 경우에 적합하다.

③ 이외에도 전단저항을 증가시키고, 완공후의 압밀침하를 감소시키기 위하여 다지기를 철저히 하고, 연약지반에 대한 적절한 대책을 강구하며, 높이가 3.0M 이상이 되는 측제 등에서 침식의 방지를 위해 비탈면 중간에 소단을 설치하도록 한다.

 

5. 비탈면의 안정계산

땅깍기나 흙쌓기와 비탈면이 붕괴에 대하여 안정한가 아니가 하는 것을 역학적 으로 계산하는 것을 마하며, 이때 일반적으로 안정율이란 말을 사용한다. 안정율이라 함은 활동붕괴를 일으키려는 작용에 대하여 저항하려는 작용의 비를 말한다.

안정율의 값과 비탈면의 안전성 여부와의 관계는 대체로 다음표와 같다.

 

          - 비탈면의 안정율 

안 정 율	안 전 성 여 부
1.0 이하	불안정
1.0∼1.2 이하	안정성이 의심스러움
1.3∼1.4 이하	보통의 비탈면에는 충분하나, 흙댐에는 의심스러움
1.5 이상	흙댐에도 안정, 지진을 고려할 때 필요