부등침하 설계기준

1. 개 요

∙ 교량기초의 경우 기초지반 침하에 대한 검토 이외에도 교축방향의 기초간 부등침하 검토도 이루어져야함 ∙ 특히, 동일 교량내에서 기초형식 및 지지층의 상이함으로 인해 인접구간의 부등침하가 클 것으로 예상되는 구간에 대해서는 반드시 이에 대한 안정성을 검토해야 함 ∙ 본 검토시 탄성이론에 의한 각종 침하량 산정결과와 수치해석을 통한 침하량 산정결과를 비교, 검토 후 각 구조물간 총침하 및 부등침하에 대한 안정성을 확보함

2. 검토조건

• 부등침하의 검토는 일반적으로 단일기초내에서의 각변위량과 교량 상부구조물의 안정성을 확보하기 위하여 기초간의 부등침하와 각변위량에 대한 안정성 검토

 •주요검토대상

   ① 교량내 교각간 기초형식이 상이한 경우

   ② 교량내 교각간 지지층의 지반특성이 상이한 경우

   ③ 교량내 교각간 지지층의 변화가 심한 경우

 • 부등침하에 대한 검토방향 및 기준

구  분	검토개념도	검토방향 및 기준
단일기초 부등침하		∙단독기초에서 지지층을 동일하게 적용하였으므로 지지층의 차이로 인한 부등침하량이 매우 작을 것으로 판단되어 검토에서 제외하였음
기 초 간 부등침하		∙상부구조검토에 의한 허용각변위를 적용하여 기초간 및 경간별로 부등침하에 의한 각변위를 검토하였음

3. 침하기준 선정

가. 각종 허용각변위및 부등침하 기준

 기초의 허용부등침하기준(Skempton, 1955)

기    준		단 독 기 초	전 면 기 초
각 변 위		1/300
최대부등침하	점  토	1⅓ (1½)
	모  래	1¼ (1)
최 대 침 하	점  토	3 (2½)	3~5 (2½~4)
	모  래	2 (1½)	2~3 (1½~2½)
☞ 괄호내 수치는 큰 보 또는 2중 슬라브로 강성이 충분히 큰 경우 추천하는 최대값(단위 : inch)

 허용침하기준(MacDonald & Skempton, 1955)

구      분			독립기초	확대기초
부등침하 (mm)	최대부등침하량	점토층	35	-
		모래층	25	-
	최대침하량	점토층	75	65～100
		모래층	50	35～65
각변위			1/300

 각 구조물별 최대 허용침하량(Sowers, 1962)

침 하 형 태	구 조 물 의 종 류	최 대 침 하 량
전 체 침 하	배수시설 출입구 석적 및 벽돌구조 뼈대 구조 굴뚝, 사이로, 매트	15.0～30.0cm 30.0～60.0cm 2.5～5.0cm  5.0～10.0cm  7.5～30.0cm
전       도	탑, 굴뚝 물품 적재 크레인 레일	0.004S 0.010S 0.003S
부 등 침 하	빌딩의 벽돌벽체 철근콘크리트 뼈대구조 강뼈대구조(연속) 강뼈대구조(단순)	0.005S～0.002S 0.003S 0.002S 0.005S
☞ S : 기둥사이의 간격 또는 임의의 두 점 사이의 거리

 Manuals for the Design of Bridge Foundations(미 교통국, 1991)기준

구 분	기 준	현    상	인 용 문 헌
침하량 (mm)	51	Not harmful	Bozoauk(1978)
	63	Ride quality	Walkinshaw(1978)
	263	Structural distress	Walkinshaw(1978)
	102	Ride quality and structural distress	grover (1978)
	102	Harmful but tolerable	Bozozuk(1978)
	〉102	Usually intolerable	Wahls(1990)
각 변위 (δ/S)	0.004(1/250)	Tolerable for multiple-span bridges	Moulton, et al.(1985)
	0.005(1/200)	Tolerable for single-span bridges	Moulton, et al.(1985)
☞ Data used by Moulton et al.(1985) to establish criteria for magnitudes of angular distortion.  ：Moulton & Barker(TRB manual)는 167개소의 교량에 대해 조사한 결과 각변위에 대한 안전도를 제시(연속교 109개소,단순교 56개소) - 도로교 표준시방서 부록편 수록(1996) 각변위량(δ/S) 각변위에 대한 안전도(연속교) 각변위에 대한 안전도(단순교) 0.000 to 0.001 100 % 98 % 0.001 to 0.002  97 % 98 % 0.002 to 0.003  97 % 98 % 0.003 to 0.004  96 % 98 % 0.004 to 0.005  92 % 98 % 0.005 to 0.006  88 % 96 % 0.006 to 0.008  85 % 93 % 허 용 각 변 위 A = δ/S ＜ 0.004 A = δ/S ≤ 0.008

구조물의 허용부등침하(처짐각)기준(Bjerrum, 1981)

각 변 위 (δ/L)

1/100

1/200

1/300

1/400

1/500

1/600

1/700

1/800

1/900

1/1000

침하에 예민한 기계기초

기초의 작업곤란 한계

사재를 가진 뼈대의 위험한계

균열을 허용할 수 없는 빌딩에 대한 안전 한계

칸막이 벽에 첫 균열이 예상되는 한계

고가 크레인의 작업곤란이 예상되는 한계

강성의 고층빌딩의 전도가 눈에 뛸 수 있는 한계

칸막이 벽이나 벽돌벽의 상당한 균열

일반적인 건물의 구조적 손상이 예상되는 한계

 기타 구조물의 종류에 따른 허용침하량 및 각변위 기준

구  분	구 조 형 식	허용침하량(cm)	허용각변형(rad)
Baumann (1873)	철근콘크리트 구조	4.0	-
Jenny (1985)	철근콘크리트 구조	5.0～7.5	-
Simpson (1934)	철근콘크리트 구조	10.0～12.5	-
Tschebotarioff(1951)	벽돌구조	5.0～7.5	-
Purdy (1891)	-	7.5～12.5	-
Terzaghi and Peck (1934)	철근콘크리트 구조	5.0	1/320
Terzaghi (1934)	벽돌구조	-	1/280
Ward and Green (1952)	벽돌구조	-	1/480
Meyerhof (1953)	철근코크리트구조(라멘)	-	1/300
	철근콘크리트구조(벽식)	-	1/1000
	벽돌구조	-	1/600
大  寄 (1956)	철근콘크리트구조	-	1/600～1/1000

 즉시침하에 대한 건물의 한계치

지지지반	구조종별	기초형식	변형각		상대침하량
			하한	상한	하한	상한
풍화화강암 (진토)	철근콘크리트(라멘구조)	독립	0.6	1.4	1.5이하	2
	철근콘크리트(벽식구조)	줄	0.7	1.7	1.5	2이상
사구사	콘크리트 블록조	줄	0.3	1.0	-	0.8
	철근콘크리트(라멘, 벽식)	독립, 줄 전체	0.5	1.0	0.8	1.5
홍적점토	철근콘크리트(라멘구조)	독  립	0.5	1.0	0.7	1.6
홍적역층 풍화화강암	철골 철근 콘크리트조 철근콘크리트(라멘구조)	지지말뚝 지반침하량 5cm/년 이하	0.7	1.5	1.0	2.0
		지지말뚝 지반침하량 15cm/년 이상	0.4	1.0	0.7	1.5

나. 허용각변위 및 부등침하 기준 선정 결과

 각종 기준에 따른 허용각변위 및 부등침하 기준 선정 결과

구  분	구 조 형 식	허용각변위	허용부등침하량(cm)
Skempton	단독기초	1/300 (0.003)	7.6～12.5
	전면기초		5.0～7.6
MacDonald & Skempton	독립기초	1/300 (0.003)	5.0～7.5
	확대기초		3.5～10.0
Sowers	철근콘크리트 뼈대구조	1/300 (0.003)	5.0～10.0
	빌딩의 벽돌벽체	1/200～1/500 (0.005～0.002)	2.5～5.0
Meyerhof	철근코크리트구조(라멘)	1/300 (0.003)
Moulton (미 교통국)	연속교	1/250 (0.004)	5.1
	단순교	1/200 (0.005)
Bjerrum	칸막이벽, 고가크레인	1/300 (0.003)	-
	균열 허용 않는 빌딩	1/500 (0.002)	-
기타제안	철근콘크리트 구조	1/300～1/1000 (0.003～0.001)	4.0～2.5
	벽돌구조	1/280～1/600 (0.003～0.002)	5.0～7.5
설계적용	구조물기초	1/300 (0.003)	5.0
	단독주택지	1/500 (0.002)	2.5

 열차를 지지하는 구조물의 레일레벨에서의 허용부동변위량(평상시, 일시)

변위의 방향	열차속도 (km/h)	턱δ (mm)	꺽임각θ(1/1000)
			평행이동		접어넣기
			L<30m	30m≤L	L<30m	30m≤L
수  직	70	2	9	9	9	9
	110		7.5	9	9	9
	160		5	6	6.5	7
	210		4.5	4	5.5	4.5
	260		3.5	3	4	3
수  평	70	2	6	6	6	6
	110		4	5.5	5	6
	160		3	3	3.5	4
	210		2.5	2	3	2.5
	260	1.5	2	1.5	2.5	2
☞ 바라스트 궤도의 경우는 턱의 검토를 하지 않아도 좋다.(평상시, 일시의 경우)