흙막이 가시설 세부설계기준

2005. 4

설  계  처

목     차

1. 적 용 범 위	1

2. 설 계 일 반	3

2.1 단면 설계법	3

2.2 하       중	3

2.3 재       료	3

3. 흙막이공 설계	5

3.1 측벽말뚝(엄지말뚝)	9

3.2 토 류 판	13

3.3 띠 장(Wale)	14

3.4 버팀보(Strut)	15

3.5 사보강재	17

3.6 지반 앵커(Earth Anchor)	18

3.7 기타 검토 사항	21

1. 적용 범위

개착공법에 의하여 구조물을 시공하는 경우 굴착지반 및 주변 지반의 안정을 확보하기 위해 설치하는 흙막이중 측벽말뚝(엄지말뚝) 가시설 설계에 적용한다.

지하매설물에 대한 관리사항은 지하매설물 안전관리요령(건설교통부, 1995. 5)을 기준으로 한다.

< 표 1-1 가시설 벽체 공법 선정 흐름도 >

2. 설계 일반

2.1 단면 설계법

가시설 구조물의 설계는 허용응력 설계법을 적용함을 원칙으로 한다.

										a. 지하수 조사 b. 지반 조사 c. 지하매설물 조사 d. 근접 구조물 조사 e. 시공조건 조사
				조사 결과의 검토
				구조 형식의 선정						비차수용(H-Pile+토류판) 또는 차수용(강널말뚝등)
				구조물 치수 결정						굴착 폭, 말뚝 간격
				단면 가정						버팀보(Strut, Earth Anchor 등), 띠장 및 엄지말뚝의 간격, 강널말뚝
			지반정수의 결정							C,[eqn: phi], γ, 지하수위
			근입부 계산용 토압 및 수압 계산							a. 토압 : Rankine-Resal 토압 b. 수압 : 정수압
			토압/수압에 의한 평형깊이(l1)의 계산							a. 최하단 버팀보 설치시b. 최하단 굴착시 c. 최하단 버팀보 철거시 d. 기타 위험하다고 생각될 때
			보일링에 대한 근입깊이(l2)의 계산							사 질 토 지 반
			히빙에 대한 근입깊이(l3)의 계산							점 성 토 지 반
			근입 깊이의 결정							l1, l2, l3중 최대값
			가상 지지점의 계산							평형깊이의 수동토압 합력의 작용점
			단면결정용 토압 계산							a. Rankine-Resal 토압 b. Peck 토압
	NO
					말뚝의 단면 계산
						YES
	δ > δa
					말뚝의 변위량 계산
						δ ≤ δa
			토류판 계산
			버팀보(Strut, Earth Anchor 등), 띠장에 작용하는 토압 계산							a. 하방분담법 b. 단면결정용토압
			H형강의 허용응력 산정							a. 휨 작용면 내 b. 휨 작용면 외
	fc > fca
					버팀보, 띠장 단면 계산
						fc ≤ fca
			구조세목의 설계

2.2 하   중

2.2.1 하중의 종류

∙고정하중

∙활 하 중

∙충격하중

∙토압 및 수압

∙기타 하중

2.2.2 하중의 조합

하중의 조합은 아래 표를 기준으로 하되 각 가설 부재에 작용하는 하중조건을 면밀히 검토하여 추가하중을 조합할 수 있다.

하중의 종류	측벽파일			버팀보	띠장
	근입장	지지력	단면	단면	단면
고정 하중		○	○	○
활 하 중	○	○	○
충 격		○	○
토압 및 수압	○		○	○	○

2.2.3 고정 하중

재료의 중량은 개개의 경우에 따라 다르고 설계시 큰 영향이 있어 가능한 실하중을 분명히 하는것이 바람직 하지만 정하기 어려우므로 “도로교 설계기준 해설” 2.1.2장에서 규정하는 고정하중을 사용하기로 한다.

2.2.4 활 하중

∙지표면 상재하중

- 지표면에 1.0 tonf/m2의 상재하중 적용

- 자동차, 중기 및 건축물 등이 흙막이에 근접하는 경우 별도의 적절한 값 적용. (자동차 하중은 DB하중 사용)

- 건설용 중기( 크레인 등)의 자중 및 작업하중을 필요에 따라 검토하여 적용

2.2.5 충격하중

활하중에 의한 충격을 고려하여 충격계수는 지간에 관계없이 0.3으로 한다.

2.2.6 토  압

(1)  흙막이벽체 설계시 적용 토압

구 분	적용토압	비고
- 가설 흙막이벽에서 굴착 단계별 , 근입깊이 결정 및 자립식 널말뚝의 단면 계산 - 흙막이 벽체 설계 굴착 단계별 검토시	삼각형토압 (Rankine-Resal)
- 굴착 및 버팀구조 설치가 완료된 후의 장기적 안정 해석	경험토압 (Peck)

- 안정성 검토 및 단면 검토시 두 가지 경우의 해석을 모두 병행한 후 그 결과를 종합하여 설계 수행

(2) 삼각형 토압

Rankine-Resal의 토압분포
수동토압 ([eqn: P_{ p }])	주동토압 ([eqn: P_{ a }])
[eqn: P_{ p } =(q+ gamma h) CDOT tan^{ 2 } left ( 45 DEG + { phi } over { 2 } right )][eqn: ~~~~~+2C CDOT tan left ( 45 DEG + { phi } over { 2 } right )]	[eqn: P_{ a } =(q+ gamma h) CDOT tan^{ 2 } left ( 45 DEG - { phi } over { 2 } right )] [eqn: ~~~~~-2C CDOT tan left ( 45 DEG - { phi } over { 2 } right )]
[eqn: q] : 지표면상에서의 상재하중 (tonf/m2),[eqn: gamma] : 흙의 단위체적중량 (tonf/m3) h : 지표면에서 임의점까지의 깊이(m), [eqn: phi] : 흙의 내부마찰각([eqn: DEG]) C : 흙의점착력(tonf/m2)

(3) 경험 토압

버팀구조 설치가 완료된 후의 토압은 실측자료 및 최악의 조건 등을 고려하여 Peck의 제안식을 기본적으로 적용한다.

사질토 지반에서의 Peck 토압 분포
개수성 흙막이	차수성 흙막이 (강널말뚝, 지중연속벽, 주열식말뚝)
[eqn: P_a ``=``0.65K_a``γH+K_a w,``````````P_a ' ``=``0.65K_a``γ'H +K_a w,``````````P_w``=``h_w gamma_w] [eqn: K_a``:``]주동토압 계수[=[eqn: (1-sin phi) / (1+sin phi)]], [eqn: phi] : 흙의 내부마찰각(°), [eqn: gamma] : 흙의 습윤단위중량(tonf/m3) [eqn: gamma``′]: 흙의 수중단위중량(tonf/m3), [eqn: gamma _w] : 물의 단위중량(tonf/m3), [eqn: H] : 굴착깊이로서 공사용 측구 하단까지 포함(m) [eqn: w] : 지표면 과재하중(tonf/m2), hw : 지하수면의 높이(m)

점성토 지반에서의 Peck 토압 분포
[eqn: K_a ``≥``0.4] 의 경우	[eqn: K_a ``〈``0.4] 의 경우
[eqn: K_a] : 토압 계수[eqn: left (= 1-m 4c over gammaH right)], [eqn: m] : 체감률 (=1.0), [eqn: c] : 흙의 점착력 (tonf/m2) [eqn: gamma] : 흙의 습윤단위중량(tonf/m3), [eqn: w] : 지표면 과재하중(tonf/m2)

다층 지반에서의 토압 분포

- a, h1, h2 및 h3는 Peck 토압의 기준에 따라 결정

- 지반이 여러 토층으로 구성된 경우의 토압([eqn: P_{ a1 }], ,[eqn: P_{ a2 }] [eqn: P_{ a3 }])

[eqn: P_{ a1 } ~=~a(K_a1 TIMES gamma _t1 TIMES h_1 )], [eqn: P_{ a2 } ~=~a(K_a2 TIMES gamma _t2 TIMES h_2 )], [eqn: P_{ a3 } ~=~a(K_a3 TIMES gamma _t3 TIMES h_3 )]

(4). 암반 지반에서의 토압

암반지반의 토압분포 적용은 현장조사 등을 시행하여 불연속면 방향성과 경사각의 임계 파괴면을 확인한 후 책임기술자의 판단에 의해 현장여건을 감안하여 적용한다

2.2.7 수  압

∙굴착 배면 지반의 수위는 굴착 심도, 지반의 특성 및 흙막이벽 종류에 따라 변하므로 시공조건을 감안하여 흙막이벽체에 작용하는 수압을 설계에 반영한다.

∙토사지반에 작용하는 수압은 흙막이벽체가 불투수층에 이상적으로 관입된 경우와 관입되지 못한 경우 등의 시공상태와 굴착 배면 토층의 투수계수가 다른 경우 등의 지층조건을 고려하려 합리적으로 적용하여야 한다.

∙암반지반에 작용하는 수압은 암반의 투수성이 작은 경우와 투수성이 큰 경우 또는 암반내에 파쇄대가 발달하는 경우 등을 조사하여 합리적으로 적용한다.

2.3 재   료

2.3.1 허용응력의 증가계수

구 분	가시설 구조물	영구 구조물
		시공도중	시공완료후
허용응력 증가계수	1.5	1.25	1.0

2.3.2 철근 및 콘크리트의 허용응력

구 분	콘크리트	철 근
	허용 휨압축응력	허용 휨인장응력	허용 압축응력
허용응력	[eqn: rm it f_ca ~=~ 0.40 ~ f_ck]	[eqn: it f_sa ~=~ 0.50 ~ f_y]	[eqn: it f_sa ~=~ 0.40 ~ f_y]

※ “도로교 설계기준 해설 2003”중 2.2.2.4장 참조

2.3.3 강재의 허용응력

∙흙막이용 가설 강재의 허용응력 및 강널말뚝의 허용응력은 “구조물 기초설계기준 해설 2003” 7.7.3장 을 따른다.

∙가설 흙막이 구조물에서 강재의 허용응력은 영구구조물에 대한 허용응력보다 50% 큰 값을 사용하며 신강재가 아닌 구강재를 사용하는 경우 부재의 재사용이나 단면의 감소에 따른 허용응력 저하를 고려한다.

∙공사기간이 2년 미만인 경우에는 가설 구조물로 간주하여 설계하고, 2년 이상인 경우에는 영구 구조물로 간주하여 설계한다.

2.3.4 목재의 허용응력

토류판에 사용되는 목재의 허용응력은 “구조물 기초설계기준 해설 2003” 7.7.3장을 따른다.

2.3.5 기둥의 유효좌굴길이

구조용 강재의 허용응력 계산시 기둥의 유효좌굴길이는 “도로교 설계기준 해설 2003” 3.3.2장을 따른다.

3. 흙막이공 설계

3.1 측벽말뚝

3.1.1 지반 지지력 검토

(1) 허용지지력

최대 축방향력은 말뚝의 허용지지력 내에 들어야 한다.

∴ 최대 축방향력(P) = 주형보지점의 반력+ 버팀보 지점의 반력+ 주형보 지지보 자중 +띠장의 자중+ 파일의 자중+ 앵커의 수직분력+ 부마찰력(필요시)

(2) 허용지지력 산정

- 말뚝재하시험을 하지 않는 정역학적 공식으로 계산하며, 필요한 경우 시항타에 의해 동역학적 공식으로 확인한다.

- 정역학적 공식에 의한 극한지지력으로부터 허용지지력 산정시 안전율은 2.0이상을 적용한다.

- 측벽말뚝 배면 흙이 배수 등의 원인으로 침하할 우려가 있는 경우 부마찰력을 측벽파일의 축하중에 가산하여 검토한다.

- 최대 축방향력에 흙막이 앵커의 수직분력이 포함되는 경우에는 허용지지력 산정시 흙막이 앵커의 수평분력 및 버팀보의 반력에 의한 마찰력을 고려한다.

- 천공말뚝의 마찰력 또는 부착력은 말뚝의 재질 또는 뒷채움재 등에 의해 결정된다.

3.1.2 말뚝의 근입깊이 검토

∙흙막이 말뚝의 근입깊이는 평형깊이의 1.2배로 하며 1.5m를 만족하지 않을때는 1.5m로 한다. 단, 평형깊이는 아래표중 큰값을 적용한다.

굴착완료시의 계산	최하단 버팀설치 직전의 계산

∙암반을 지지층으로 하는 경우는 1.0m 이상으로 하여 선단 폐쇄 효과가 발생하도록 한다.

∙엄지말뚝에 작용하는 주동토압의 작용폭은 굴착저면 상부는 말뚝의 간격, 굴착저면 하부는 플랜지 폭으로 하며, 수동토압의 작용폭은 아래 표에 준하되 특별한 경우 책임기술자의 판단에 따른다.

지반의 상태	사질토	N > 30	30≥N>10	N≤10
	점성토	N>8	8≥N>4	N≤4
토압의 작용폭 (파일간격 이하)		플랜지 폭의 3배	플랜지 폭의 2배	플랜지의 폭

3.1.3  측벽말뚝의 구조

∙버팀보 설치 위치를 탄성지점으로 하는 연속보로 계산한다.

∙관용 계산시 지중 가상 지지점의 위치

- 굴착 도중  : 굴착저면 아래 0.5m로 하되 연약지반인 경우에는 그 이  상으로 한다.

- 굴착 완료후 : 평형 근입장을 계산하여 수동토압 합력의 작용점으로 한다.

∙배면지반 침하량 및 부등침하 경사각은 측벽파일의 수평변위를 이용하여 검토한다.

3.1.4  굴착 저면의 안정성

1) 지반융기 (Heaving)

- 점성토 지반은 융기에 대한 검토를 한다.

- 지반융기에 대한 안정성 검토는 하중-지반지지력에 의한 방법과 모멘트 평형에 의한 방법에 의하며 “구조물 기초설계기준 해설 2003”의 제7장에 따라 검토한다.

2) 파이핑 (Piping)

- 사질지반에서 차수성 흙막이를 설치할 때는 파이핑에 대한 검토를 한다.

- 파이핑에 대한 안정성 검토는 한계동수경사 방법 및 테르자기(Terzaghi) 방법에 의하며 “구조물 기초설계기준 해설 2003”의 제7장에 따라 검토한다.

3.2 토 류 판

구 분	내 용
토 압	∙토류벽에 작용하는 토압 적용
계산 지간	∙[eqn: rmℓ `=` L`-`3 over 4 b] (ℓ:계산지간, L:측벽파일 중심간격, b:플랜지 폭)
목재토류판 두께	∙[eqn: rm h `=` sqrt {{6M times 10 ^5} over { f_a times b}}], [eqn: rm M `=` 1 over 8 w ℓ ^2] ([eqn: w] : 토압, [eqn: rm f_a] : 허용휨응력, b : 토류판 폭(=100cm)
응 력 검 토	∙모멘트 : [eqn: rm M `= `{ w `ℓ^2} over 8] ∙휨응력 : [eqn: rm f_b `=` {M} over Z `＜ `f_a `] (Z:단면계수) ∙전단력 : [eqn: rm S `=` {w` ℓ} over 2] ∙전단응력 : [eqn: rm tau `=` S over {b`h} ＜ tau_a]

3.3 띠  장 (Wale)

∙띠장은 버팀보 또는 앵커 위치를 지점으로 하는 3경간 연속보 또는 단순보로 가정하고, 띠장 위치에서의 엄지말뚝 지점반력을 집중하중으로 간주하여 계산한다.

∙굴착 및 해체단계의 띠장 설계에 쓰이는 하중은 각 단계에 있어서의 최대 하중으로 한다.

∙띠장의 길이 및 연직간격은 하중 크기, 흙막이벽체 부재의 강도, 강성 및 작업성 등을 고려하여 충분히 안전하도록 결정한다.

∙띠장은 이음으로 일체화시키고, 이것이 곤란한 경우 다음 엄지말뚝까지 띠장을 연장하여 내민보가 생기지 않도록 한다.

∙버팀보 위치에서 띠장의 횡변위를 구하고, 그 변위가 버팀보 축력에 미치는 영향을 검토한다.

∙버팀보와 연결되는 띠장 부위는 stiffner로 보강한다.

3.4 버 팀 보 (Strut)

∙버팀보는 압축재로서 좌굴되지 않도록 충분한 단면과 강성을 가져야 한다.

∙버팀보 위에는 원칙적으로 재하해서는 안 되며 버팀보 위에 부득이 재하시에는 축력과 휨이 작용하는 단면으로 설계하여야 한다.

∙버팀보에는 이음을 하지 않는 것이 바람직하나 부득이하게 이음을 하는 경우에는 보강을 하여 충분한 강도를 확보한다. 이음의 위치는 띠장 등으로 구속된 부근(1.0m이내)에 설치하는 것이 바람직하다.

∙흙막이 벽체의 변위를 억제하고 띠장과 흙막이벽체의 밀착을 위하여 초기 지압력을 도입하는 것이 바람직하다.

∙세장비([eqn: lambda])는 100 이하이어야 하며, 현장 여건상 좌굴에 대하여 효과적으로 구속이 불가능한 경우라도 120을 초과할 수 없다.

∙좌굴길이 산정방법

구 분		좌굴 길이
수직방향 (강축방향)		∙엄지말뚝에 연결된 버팀보의 전 길이(ℓ) 를 고정점 간 거리로 함.
수평방향 (약축방향)	수평방향 구속이 없는 경우	∙엄지말뚝에 연결된 버팀보의 전 길이(ℓ) 를 고정점 간 거리로 함.
	수평방향 구속이 있는 경우	∙1.5ℓ1, 1.5ℓ3 및 2.0ℓ2 중 큰 것을 고정점 간 거리로 하며 이 값이 전장 ℓ을 넘을 경우 ℓ로 함.

3.5 사보강재의 설계

∙사보강재는 버팀보의 수평간격을 넓게 하거나, 모서리의 띠장 하중의 받침 또는 띠장을 보강하는 목적으로 사용한다.

∙사보강재의 접합부는 활동에 대하여 충분한 내력이 있는 구조로 하여야 한다.

∙사보강재를 버팀보에 설치하는 경우에는 반드시 좌, 우 대칭으로 하여 버팀보에 편심하중에 의한 휨모멘트가 생기지 않도록 한다.

∙사보강재는 띠장과 45° 각도로 대칭으로 설치하는 것을 원칙으로 한다.

∙사보강재는 축력을 받는 압축재로 설계한다.

∙사보강재를 설치하는 띠장은 수평력에 대하여 밀리지 않도록 보강한다.

사보강재에 작용하는 축력[eqn: rm { N= { ell_1 + ELL _ 2 } over { 2 } TIMES W times { 1 } over { `sin` phi } }]

3.6 지 반 앵 커 (Earth Anchor)

3.6.1  일반사항

∙지반앵커는 구조물의 규모, 형상, 지반조건 및 환경조건에 적합한 것을 선정하고, 설계하중에 대하여 인발저항력을 갖도록 설계한다.

∙지반앵커는 흙막이의 구조, 앵커의 치수 등을 고려해서 소요 정착력이 얻어지도록 설계하여야 한다.

∙지반앵커는 양호한 지반에 정착하는 것으로 하고, 그 길이 및 배치는 토질 조건, 시공조건, 환경조건, 지하매설물의 유무, 흙막이벽의 응력, 변위 및 구조계의 안정 등을 고려하여 결정한다.

∙지반앵커의 초기 긴장력은 지반조건, 흙막이벽의 규모, 설치기간 및 시공방법 등을 고려하여 적절한 값을 설정한다.

∙좌대 및 지압판은 설계 정착력에 대하여 충분한 강도를 갖고, 유해한 변형이 생기지 않도록 한다.

3.6.2 설계 순서

① 주어진 지반 및 하중조건을 검토하고 시공성을 고려하여 앵커 배치계획을 수립한다.

② 1개의 앵커에 가해지는 외력을 계산한다.

③ 안전율을 고려하여 앵커 1개당 극한인발저항력을 구하고 앵커체의 설계를 실시한다.

④ 흙막이의 경우 구조체 전체의 안정성 검토를 실시한다.

⑤ 앵커 두부, 인장부, 좌대 등의 세부 설계를 실시한다.

⑥ 변위량, 초기인장력 등 구조물과 관련된 기타 세부를 설계한다.

3.6.3 앵커의 허용정착력 ([eqn: rm { T_{ a } }] )

∙설계정착력(Td)은 허용정착력(Ta) 이하이어야 한다.

∙허용정착력(Ta)은 허용인발력(Tag)과 허용인장력(Tas)중 작은 값을 사용한다.

∙앵커의 허용인발력 (Tag)

앵커의 종류		사용 기간	극한인발력(Tug)에 대한 안전율
임시 앵커		2년 미만	1.5
영구 앵커	상 시	2년 이상	2.5
	지진시	2년 이상	1.5 ～ 2.0

∙허용인장력(Tas)은 인장재 극한하중(Tus) 및 인장재 항복하중 (Tys)에 대하여 아래 표의 값 중에서 작은 값을 사용한다.

앵커의 종류		사용 기간	인장재 극한하중 (Tus)에 대하여	인장재 항복하중 (Tys)에 대하여
임시 앵커		2년 미만	0.65 Tus	0.80 Tys
영구 앵커	상 시	2년 이상	0.60 Tus	0.75 Tys
	지진시	2년 이상	0.75 Tus	0.90 Tys

∙앵커체 단위면적에 작용하는 지반과의 주면마찰저항(τu)은 기본시험을 토대로 구하는 것이 원칙이나, 시험에 의하지 않을 경우 책임기술자의 판단에 의해 아래 표를 참고하여 정할 수 있다.

지반의 종류			τu (kgf/cm2)
암 반	경 암 연 암 풍 화 암		10 ～ 25 6 ～ 15 4 ～ 10
사 력 층	N	10 20 30 40 50	1.0 ～ 2.0 1.7 ～ 2.5 2.5 ～ 3.5 3.5 ～ 4.5 4.5 ～ 7.0
모 래 층	N	10 20 30 40 50	1.0 ～ 1.4 1.8 ～ 2.2 2.3 ～ 2.7 2.9 ～ 3.5 3.0 ～ 4.0
점 성 토			1.0×C(=점착력)

3.6.4 앵커의 정착장 (La)

∙앵커의 정착장(La)은 설계정착력으로부터 산출되는 앵커의 정착장(La‘)과 인장재의 부착장(Lsa) 중 큰 값을 적용한다.

∙토사층인 경우 최소 정착장은 4.5m 이상으로 한다.

∙정착장 검토에 있어 진행성 파괴에 대한 검토를 생략할 수 있는 경우는 정착장이 10m 이내인 경우로 한다.

구 분	앵커의 정착장 (La')	인장재의 부착장 (Lsa)
산출식	[eqn: rm L_a ' `=` {T_d times F_s} over {pi times D_a times tau_u}]	[eqn: rm L _{sa} `=` {T _{d}} over {pi TIMES n TIMES d _{e} TIMES tau _{a}}]
	[eqn: rm T_d] : 설계정착력(kgf) [eqn: rm F_s] : 안전율(=1.8) [eqn: rm D_a] : 앵커체의 지름(cm) [eqn: tau_u] : 앵커체와 지반의 주변마찰저항 (kgf/cm2)	[eqn: rm T_d] : 설계정착력(kgf) [eqn: rm n] : 인장재의 사용본수 [eqn: rm d_e] : 인장재의 지름(cm) [eqn: tau_a] : 주입재와 인장재의 허용부착응력 (kgf/cm2)

∙ 주입재와 인장재의 허용부착응력 (τu)

지반의 종류	단기허용 부착응력 (kgf/cm2)	장기허용 부착응력 (kgf/cm2)
토 사	4	7
암 반	7	10

3.6.5 앵커의 자유장

∙버팀구조체가 지반앵커인 경우 정착부는 벽체로부터 가상 활동파괴면 밖에 위치하여야 하며 자유장은 가상 활동면으로부터 1.5m 또는 0.15×H(=굴착 깊이)를 더한 값 중 큰 값을 적용하되 최소 4.5m 이상으로 한다.

∙앵커체가 설계정착력을 충분히 발휘할 수 있는 양호한 지반에 위치하도록 지반조건, 동상 등의 기상조건, 구조조건 등을 고려하여 앵커 자유장을 결정한다.

3.6.6 앵커 축력 및 정착 위치

앵커 축력 및 연직벽에 작용하는 축력	앵커의 정착 위치
∙앵커 축력 : [eqn: T_{ 0 } `=` { R } over { cos` theta }] ∙연직벽에 작용하는 축력 [eqn: V_{ 0 } =R CDOT tan theta] ∙[eqn: R] : 앵커의 수평력 (최대 지반반력) ∙[eqn: theta] : 앵커의 설치 각도	∙설계 자유장 > (앵커 지점에서 파괴면 까지의 거리)+(0.15H 또는 1.5m값 중 큰 값) ∙최상단 앵커체의 최소 토피고 - 토사층 : 5.0m 이상 - 신선한 암반층 : 1.5m 이상 ∙앵커체간 이격거리 - 수직방향 : 3.5d(=앵커체 지름) 이상 - 수평방향 : 4.0d(=앵커체 지름) 이상

3.6.7 기타 검토 사항

∙굴착현장에 인접하여 주변 건물이 존재하는 경우에는 구조물의 침하(부등 및 균등침하)에 대하여 안정성 검토를 수행한다.

5. 계  측

5.1 계측의 목적

∙설계 당시에 지반정보를 얻기 위해 현장의 대표 지점에서 지반조사를 시행하나 이는 한계가 있으므로 상세한 정보는 시공기간 중에 확인한다.

∙굴착공사시 지반 및 인접구조물의 영향에 대한 정보를 제공한다.

∙계측결과에 의한 설계의 수정 및 보강을 시행한다.

∙축적된 자료를 통하여 차후설계에 반영하여, 흙막이 구조물 건설에 있어서 합리성을 확보한다.

5.2 계측 계획

가. 계측계획 수립시 일반사항

1) 개착구간 계측계획 수립시의 일반적 검토 항목

항 목	내 용
인접 구조물 특성	∙주변 도로망 파악 ∙인접건물의 배치 및 노후상태 파악 ∙인접건물의 토질특성 파악
구조물 특성	∙구조물 형태의 특성 파악 ∙지반 지지 주체의 특성 ∙자연적 및 인위적 현상의 상호관계
지질, 토질 특성	∙광역적 지질 특성 ∙해당지역의 지지 기반층 생성과 발달과정 ∙암반 및 토질의 공학적 특성
지지부재 및 시공특성	∙부재 및 뼈대구조의 거동 특성 ∙시공순서 및 시공단계별 시간개념 ∙지층변화 및 지하수유동 예측 ∙시공성 및 취약요소의 파악
계측기기의 특성	∙작동원리 및 설치기법 ∙측정범위 및 측정오차 ∙측정방법 및 경제성 ∙운영시스템의 호환성 및 내구성

2) 지반조사 항목

∙기존 지반조사 자료와 현장여건이 상이할 경우 아래 표와 같은 조사를 필요로 한다.

조 사 항 목	조사에서 얻을 수 있는 것	조 사 방 법
지 질	∙지질 구성 ∙지질분포 상황	∙현지 답사 ∙보링조사, 사운딩, 탄성파시험
물리특성	∙비중, 입도분석, 자연함수비 ∙액소성한계	∙토질 시험의 물리시험
전 단 강 도 (현지반의 강도)	∙일축압축강도 ∙전단강도 ∙점착력, 마찰각	∙일축압축시험, 콘관입시험 ∙삼축압축, 베인횡방향시험 ∙직접전단시험, 표준관입시험
전 단 특 성	∙강도증가계수 ∙흡수팽창에 의한 강도저하도	∙삼축압축시험
압 밀 특 성	∙압축지수 ∙선행압밀하중 ∙압밀계수	∙압밀 시험 ∙피조메타 압밀계수 측정
변 형 특 성	∙변형계수	∙일축, 삼축압축시험 ∙횡방향재하시험 ∙표준관입시험, 사운딩, 콘관입시험
토 압	∙주동토압계수 ∙정지토압계수 ∙수동토압계수	∙Ko 압밀시험 ∙공내수평재하 등 ∙전응력계, 수압파쇄시험
공 극 수 압	∙공극 수압	∙공극 수압 측정
지하수 조사	∙지하수위 ∙유향, 유속 ∙수질	∙주변의 기설 우물 조사 ∙지하수 측정 ∙유향, 유속 측정 ∙수질 분석
대수층의 조사	∙대수층 두께, 분포 상황 ∙투수계수	∙보링조사, 사운딩 ∙현장투수시험 ∙입도분석, 실내투수시험

나. 시스템에 대한 검토사항

항 목	내 용
계 측 빈 도	∙계측 항목별로 시공 진행도 및 변화 속도 등을 검토 후 결정
계 측 방 법	∙수동, 반자동 및 자동 등의 방법 검토
처리 시스템	∙측정기, 컴퓨터 종류, 용량, 통신방법 등의 검토
계 측 체 계	∙담당자 선정, 시스템 구축, 계측관리 조직에 대한 장기적인 체제 확립

다. 계측기 배치에 대한 검토사항

항 목	내 용
계측목적과의 부합성	∙계측목적 및 해석상 부합하는 장소 선정과 배치간격, 수량 및 심도 검토
시 공 사 항	∙선행부분 또는 가장 취약하다고 판단되는 부분 검토 ∙시공 과정에 대한 합리성 검토 ∙지반 조건 및 주변 여건을 고려한 검토
전체관리 및 집중관리	∙한 계기가 부담할 수 있는 영역 검토 ∙주 계측단면 및 보조계측 단면의 선정
계 기 보 수	∙가설물, 중기 등에 의한 계측기의 손상 여부 검토 ∙장기간 계측하는 경우 계측기의 유지관리 방법 검토

라. 계측위치 선정시 검토사항

계측위치 선정시 경제성 및 시공성을 고려하여 흙막이 구조물 및 배면지반의 거동을 대표 할 수 있는 최소한의 점을 선정하여 최대효과를 얻도록 한다.

① 원위치시험 등에 의해서 지반조건이 충분히 파악되어 있는 곳

(또는 비교적 단순하고 대표적인 지반상태를 갖는 지점)

② 설계와 시공면에서 흙막이 구조물을 대표할 수 있는 장소

③ 중요 구조물이 인접하여 있는 곳

④ 우선적으로 굴착공사가 진행될 곳

⑤ 흙막이 구조물이나 지반에 특수한 조건이 있어 공사에 영향을 미칠 것으로 예상되는 장소 (지반상태 및 재료가 변경되는 지점)

⑥ 교통량이 많은 장소

⑦ 하천주위 등 지하수의 분포가 다량이고 수위의 상승, 하강이 빈번한 곳

⑧ 계측이 용이하고 계측기기의 훼손이 적은 곳 (기기설치와 측정이 용이한 지점)

⑨ 과다한 변위가 우려되는 지점

5.3 계측 항목

가. 일반사항

∙계측항목은 터파기 규모 또는 지반조건 등에 따라서 달라지기 때문에 구체적인 계측결과의 활용목적, 평가수법을 명확하게 수립한 후 필요한 계측항목을 선정하여야 한다.

나. 흙막이 공사에 따른 현장계측항목, 사용계기 및 측정 목적

측정위치	측정항목		사용계기	육안 관찰	측정 목적
흙막이 벽 체	측압	토압 수압	토압계 수압계	∙벽체의 휨 및 균열 ∙흙막이벽의 연속성 확인 ∙누수 ∙주변지반 균열	① 측압의 계측치와 실측치 비교 ② 주변 수위, 간극수압, 벽면수압의 관련성 파악
	변형	두부변위 수평변위	트랜싯, 추, 경사계		① 변형이 허용치 이내인가? ② 토압, 수압, 벽체변형의 관계 파악
	벽체의 응력		변형계 철근계		① 응력분포를 구해 설계시 계산된 응력과 비교 ② 실측과 허용응력의 비교로 벽체 안정성 확보
버팀보, 어스앵커	축력, 신축량, 온도		하중계 신축계 변위계 온도계	∙버팀보 연결의 평탄성 ∙볼트의 조임 상태	① 버팀보, 어스앵커의 토압 분담 역할을 분명히 함. ② 허용축력과의 비교
굴착지반	굴착면 변위 임의적 변위 간극수압 지중수평변위		지중변위계 간극수압계 경사계	∙내부지반 용수 ∙파이핑, 히빙	① 응력해방에 의한 굴착면의 횡변형 및 주변지반 거동 ② 배면, 흙막이벽, 굴착저면 상호간의 변위 관계 파악 ③ 실측과 허용변위량의 비교 ④ 굴착/배수에 따른 침하량 및 침하 범위 파악 ⑤ 지하매설물의 침하 파악
주변지반	지표 및 지중의 수직 및 수평변위 간극수압 지하수위		변위말뚝 지중변위계 경사계	∙배면지역의 균열 ∙도로연석, 블록 등의 벌어짐
인접건물	수직변위, 경사		균열측정계 침하계 경사계	∙구조물의 균열	① 굴착 및 배수에 수반되는 기존구조물의 변위량 파악
유독가스 수질오염	도시가스 탄산/메탄가스 수질오염		가스탐지기 수질시험		① 굴착내 가스 발생 확인 ② 지반개량 등에 의한 주변 지역의 수질오염 확인

5.4 계측 빈도

계측 항목	측정 시기	측정 빈도	비 고
지하수위계	∙설치 즉시 ∙공사진행 중 ∙공사완료 후	∙1회/일 (1일간) ∙1회/일* ∙2회/주*	∙초기치 선정 ∙우천이후 3일간 연속 측정
하 중 계	∙설치 즉시 ∙공사진행 중 ∙공사완료 후	∙3회/일 (2일간) ∙1회/일* ∙2회/주*	∙초기치 선정 ∙다음단 설치시 추가 측정 ∙다음단 해체시 추가 측정
변 위 계	∙설치 즉시 ∙공사진행 중 ∙공사완료 후	∙3회/일 ∙1회/일* ∙2회/주*	∙초기치 선정 ∙다음단 설치시 추가 측정 ∙다음단 해체시 추가 측정
지중경사계	∙설치 즉시 ∙공사진행 중 ∙공사완료 후	∙1회/일 (3일간) ∙1회/일* ∙2회/주*	∙초기치 선정 ∙다음단 설치시 추가 측정 ∙다음단 해체시 추가 측정
건물경사계	∙설치 즉시 ∙공사진행 중 ∙공사완료 후	∙1회/일 (3일간) ∙1회/일* ∙2회/주*	∙초기치 선정
지표침하계	∙설치 즉시 ∙공사진행 중 ∙공사완료 후	∙1회/일 (3일간) ∙1회/일* ∙2회/주*	∙초기치 선정

주) ∙공사 중은 굴착공사를 의미함.

∙상기 측정 빈도는 경우에 따라 (계측 분석반에 승인을 득한 후) 조정, 수행할 수 있다.

∙(*) 표시된 빈도는 외부하중 및 지반거동 변화시 추가측정을 실시하며 공사가 중단된 경우 측정 빈도를 재조정 한다.

∙지하수위계, 지중경사계, 건물경사계, 지표침하계(특히, 센서)는 굴착전에 설치하여야 하고, 하중계와 변위계는 가시설 강재 시공시 설치한다.

5.5 계측관리 기준

가. 절대치 관리

1) 일반사항

∙이 기법의 가장 큰 문제는 설계치에 대한 관리기준치의 결정방법과 계측결과치가 관리기준치를 초과했을 때의 대처방안이다

∙관리기준치 설정 방법

- 1차 관리기준치 : 설계서에 나타난 각각 허용치의 80%으로 설정함.

- 2차 관리기준치 : 설계서에 나타난 각각 허용치의 100%으로 설정함.

∙측정 결과치가 관리기준치에 도달하면 계측빈도를 높이는 등의 감시 체계를 강화하고, 측정치가 계속적인 증가 양상을 보일 경우에는 공사를 중단하고 그 발생 원인을 파악하여 이에 따른 대책을 강구하여야 한다.

∙이 기법은 이상 발견시 대응이 늦어질 우려가 있으므로 굴착심도가 얕은 토류구조물에 적합하다.

2) 계측 관리의 기본적 개념

① 1단계 : 측정치 ≤ 1차 관리기준치 ⇒ 토류구조물이 안전함.

② 2단계 : 1차 관리기준치 < 측정치 ≤ 2차 관리기준치

⇒ 다음 단계 굴착시 예의 주시함.

③ 3단계 : 2차 관리기준치 < 측정치

⇒ 공사 중지 및 토류구조물 안정에 대한 전면 검토가 요구되며, 굴착 깊이의 변경이나 지보재에 대한 검토가 필요함.

3) 계측 결과치 관리기준 예

구 분	대 상 물	기준의 범위	관리 계측 항목
토류 구조물	① 토류벽의 응력 ② 토류벽의 변형 ③ 버팀보 축력, 응력 ④ 버팀보의 평면도 ⑤ 띠장의 응력	∙(장＋단)/2 이하 ∙1/300, 설계치 이하 ∙(장＋단)/2 이하 ∙1/100 이하 ∙(장＋단)/2 이하	∙토압계 ∙지중경사계 ∙하중계, 변위계 ∙하중계
주변 시설물	① 주변지반의 침하 ② 주변 매설물 (상․하수, 도시가스관) ③ 지하철 ④ 주변 건물	∙1/500～1/200 ∙관리담당자와 협의 ∙관리담당자와 협의 ∙1/1000～1/300	∙지표침하계 ∙건물경사계

주) 장 : 장기 허용응력도,   단 : 단기 허용응력도

나. 예측 관리

1) 일반사항

∙계측자료와 예측자료를 비교하여 계측자료가 허용 범위내에 유지되어야 하지만 그렇지 못한 경우에는 설계된 단면을 재가정하여 안전측에 도달되도록 반복설계를 실시한다.

∙개착구간에서는 절대치 관리기법을 주로 사용하고, 특수구간 및 문제 발생 가능성이 상당히 높은 구간에 대해서는 예측 관리기법을 사용한다.

2) 토류구조물 공사에서 행한 안전관리기준 예시

측정 항목	안전, 위험의 판정 기준치	판 정 법
		지표 (관리기준)	위 험	주 의	안 전
측 압 (토압, 수압)	∙설계시에 이용한 토압 분포(지표면 에서 각 단계 근 입 깊이)	∙F1 = 설계시에 이용한 토압/실측 에 의한토압(예측)	F1〈 0.8	0.8≤F1≤1.2	F1 〉1.2
벽체 변형	∙설계시의 측정치	∙F2 = 설계시의 추정치/실측의 변형량(예측)	F2〈 0.8	0.8≤F2≤1.2	F2 〉1.2
토류벽내 응 력	∙철근의 허용인장 응력	∙F3 = 철근의 허용인장응력/실측 의 인장응력(예측)	F3〈 0.8	0.8≤F3≤1.0	F3 〉1.0
	∙토류벽의 허용 휨모멘트	∙F4 = 허용 휨모멘트/실측에 의한 휨모멘트 (예측)	F4〈 0.8	0.8≤F4≤1.0	F4 〉1.0
Strut 축력	∙부재의 허용축력	∙F5 = 부재의 허용축력/실측의 축력(예측)	F5〈 0.7	0.7≤F5≤1.2	F5 〉1.2
굴착저면의 Heaving량	∙실측결과 T. W. Lambe에 의한 허용 Heaving량		∙실측결과가 위험영역에 Plot 되는 경우	∙실측결과가 주의영역에 Plot 되는 경우	∙실측결과가 안전영역에 Plot 되는 경우
침 하 량	∙각 현장마다 허용치를 결정	∙각 현장 상황에 맞는 허용침하량을 지정하고, 그 허용침하량을 넘으면, 위험 또는 주의 신호로 판단한다.
부 등 침 하 량	∙건물의 허용 부등침하량	∙기둥간격에 대한 부등침하량의 비	1/300 이상	1/300～1/500	1/500 이하

다. 계측결과의 활용

1) 일반사항

∙계측결과를 공사에 정확하게 반영시키기 위해서는 신뢰성 높은 데이터를 신속하면서도 공사의 진척상황 및 관리기준치와 대비할 수 있도록 정리하여 안전성을 판정한다.

∙굴착으로 인한 위험이 예상될 경우에는 안전관리기준과 관리항목에 의하여 대책을 수립한다.

2) 개착구간에 대한 관리항목과 방법

구 분		측정 항목	측정기구 또는 방법	비 고
흙막이 구조물	흙막이 벽	머리부 변위 (수평방향)	트랜시트, 피아노선	∙굴착면보다 상부의 휨 측정
		머리부 변위 (수직방향)	레 벨
		휨 변 형	피아노선과 내림추, 경사계
		벽체 응력	변 형 계
		토 압	토 압 계
		수 압	수 압 계
	지보공	버팀보 축력	하중계, 변형계 등	∙주로 강재버팀보, 매일 정기적 으로 2회 이상 측정 ∙매일 정기적으로 2회 이상 측정
		버팀보의 신축	변 위 계
	앵 커	앵커력	하 중 계
근 접 구조물 등	근 접 구조물	침 하	레벨, 침하계
		수평 변위	트랜시트와 테이프, 피아노선
		경 사	내림추, 경사계
	매설관	침 하	레 벨
		관로의 손상	가스 검지기등
지 반	굴 착 지 반	용수량	노치 박스
		지하수위	수 위 계
		지반 팽창	층별 변위계
	주 변 지 반	침 하	레 벨	∙도로, 매설물의 안전관리상 필요 ∙강제배수시공의 경우에는 반드 시 측정
		지표면 수평변위	트랜시트, 변위계
		지붕 수평변위	경 사 계
		지하수위	수 위 계
		지반 균열	육 안

- 굴착단계별 토압, 근입깊이 결정 및 자립식 널막뚝의 단면계산

: Rankine-Resal, Caquot 및 Kerissel 등의 삼각형 토압

- 흙막이 벽체 설계 굴착단계별  검토시    :  삼각형 토압

- 굴착 및 버팀구조 설치가 완료된 후의 장기적 안정해석

: Peck의 경험 토압

나. 설계기준 비교 검토

구 분	도로 설계요령 (도로공사 : 2001. 12. )	지하철 설계기준 (서울시 : 2004. 8. )	구조물기초 설계기준 (건교부 : 2003. 2. )
2.2 하중 2.2.4 활하중 지표면 상재하중	- 재하하중은 1.0tonf/m2재하. - 가설용 중기는 시공계획의 시점 에서 충분히 검토	- 가설구조물 범위 밖의 지표면에 1.0tonf/m2재하 - 자동차, 중기 및 건축물 별도고려 - 기타 크레인 작업하중 별도 고려	- 지표면 하중에는 1.0tonf/m2사용 (옹벽편) 단, 배면에 대하여는 관련 기관의 설계기준 준용
2.2.6 토압 (1) 흙막이 벽체설계시 적용토압	- 흙막이 벽체의 근입깊이와 자립식 널말뚝의 단면을 결정할 경우에는 Rankine - Resal 토압 사용 - 흙막이 말뚝 버팀보, 띠장의 단면 계산에는 Peck의 경험 토압 적용	- 단계별 굴착시 토압의 산정은 실측 자료 및 최악조건 등을 고려하여 Peck 경험 토압을 기본적으로 사용. - 다층지반, 암반이 포함된 지반의 경우 이에 대한 영향을 고려	- 굴착단계별 토압, 근입 깊이 결정 및 자립식 널말뚝의 단면계산은 삼각형 토압 적용 - 굴착 및 버팀구조 설치가 완료된 후의 장기적 안정해석에는 경험 토압 적용
3.6 지반 앵커 3.6.5 앵커의 정착장 3.6.6 앵커의 자유장	∙ 앵커의 정착길이는 통상 3~10m가 바람직 ∙ 앵커의 정착장은 마찰 저항장과 부착저항장중 큰값으로 하며, 설계 정착장은 5.0m이상 10m미만 으로 함 (도로설계실무편람)	∙앵커의 정착길이([eqn: L_a])는 설계정착력 으로부터 산출되는 앵커의 정착 길이 와([eqn: L_a^'])와 인장재의 부착길이 ([eqn: L_sa])중 큰 값 적용	∙앵커의 정착장(La)은 설계 정착력 으로부터 산출되는 앵커의 정착 장(La‘)과 인장재의 부착장(Lsa)중 큰 값 적용 ∙토사층인 경우 최소 정착장은 4.5m 이상
	∙앵커의 자유길이는 구조물의 종류 나 목적, 지반조건등을 고려하여 결정되지만, 앵커가 유효하게 작용 되기 위해서는 4m이상 취하는것이 바람직	∙앵커의 자유길이는 앵커의 프리스트 레스를 유효하게 작용시킬수 있도록 4m 이상을 표준으로 함	∙버팀구조체가 지반앵커인 경우 정착부는 벽체로부터 가상 활동 파괴면 밖에 위치하여야 하며 자유장은 가상 활동면으로부터 1.5m 또는 0.15×H (=굴착 깊이)를 더한 값 중 큰 값을 적용하되 최소 4.5m 이상으로 함