EPS(Expanded Poly Styrene) 공법 설계

1. 토  압

E.P.S배면의 지반구배는 안정구배 이하인 것이 바람직하고 이때의 토압은 고려치 않는다.    이를 만족시키지 않는 경우 토압을 고려해야 하며 토압 산정은 시행 쐐기법으로 산정한다.     사질토에서 토압의 산정은 간편 계산법으로 다음의 도표를 사용할 수 있다.  <그림1> 참조

2. 상재하중

Φ i	40	35	30	25	20
90 80 70 60 50 40 30 20	0.200 0.139 0.088 0.047 0.015 0 0 0	0.244 0.180 0.126 0.078 0.036 0.005 0 0	0.297 0.232 0.174 0.121 0.071 0.025 0 0	0.361 0.295 0.237 0.181 0.124 0.065 0.012 0	0.438 0.375 0.319 0.264 0.205 0.137 0.058 0

<그림1> 토압 간이계산법

설계시 고려될 상재하중은 일반적으로 E.P.S 상부에 놓이는 포장, 도로시설 및 성토자중(사하중)과 교통하중(활하중)으로 구분된다.

<표3> 재료별 단위체적 중량

종 별	단 위	중 량	비 고
점 질 토	㎏∼㎥	1,600	자연상태
일 반 토 사	〃	1,700	〃
철 근 콘 크 리 트	〃	2,400
무 근 콘 크 리 트	〃	2,300
아 스 콘 (#78)	〃	2,300	다져진상태
〃 (#57)	〃	2,320	〃
〃 (#467)	〃	2,340	〃
혼 합 골 재 A 급	〃	2,270	〃
〃 B 급	〃	2,100	〃

※ 사하중은 단위 체적 중량은 다음 값을 기준으로 설계한다.


<표4> 설계기준강도 구분

구분 종류	K S 규 격		실험결과 (압축강도)				설계강도 (㎏/㎤)
	밀도 (㎏/㎥)	압축강도 (㎏f/㎤)	5%변형 (㎏f/㎤)	10%변형 (㎏f/㎤)	단성한계 (㎏f/㎤)	강도비 (%)
1 호	30	1.6	1.80	1.95	1.3	67	0.8
2 호	25	1.2	1.55	1.75	1.0	57	0.6
3 호	20	0.8	1.25	1.40	0.7	50	0.4
4 호	15	0.5	0.70	0.85	0.4	47	0.25

강도비 = 탄성한계/10% 변형압축강도 x 100


3. E.P.S 자중

E.P.S의 자중은 15㎏/㎥∼25㎏/㎥으로 다양하며 상재하중에 따른 소요강도에 따라 단위중량을 결정하여야 한다. 일반적인 성토용 E.P.S는 20㎏/㎥을 주로 사용하고 있다.

설계시 적용자중은 부력고려시 자중을 고려하지 않고 압밀, 치환 깊이 등의 계산시 흡수율을 고려 100㎏/㎥을 적용한다.


4. E.P.S 설계기준 강도

E.P.S블럭은 KS규격에 의하여 생산되고 있으며 압축강도 실험자료를 분석한 결과 3호의 경우 10% 변형 압축강도에 대한 탄성한계비는 약 50%이며 이 비율은 밀도가 클수록 증가하였다. 또한 기준밀도시 실축된 압축강도가 KS기준 강도보다 20∼50%정도 큼을 감안하여 KS에 규정된 강도기준의 50%를 설계기준 강도로 함이 충분히 안전한 값이다.

E.P.S의 설계기준 강도는 <표4>와 같다.


5. E.P.S 측압

측압은 사용목적에 따라 고려하여야 한다. 측압의 발생은 E.P.S가 하중을 받을 때 수직변형에 따른 횡방향의 변위로 발생하며 상재하중의 0.1정도임을 실험을 통해 알 수 있다. <그림11>은 상재하중 증가시 벽체에 작용하는 E.P.S의 측압을 측정한 것이다.

그러나 배면 경사가 흙의 안식각보다 작고 E.P.S 블록을 벽체와 띄워 설계하는 경우 측압은 0과 같다. 실제로 노르웨이에서 시공한 Lambertseterveien 교대에 교대와 도로의 단차 및 수평토압을 줄이기 위해 E.P.S뒷채움을 하였다. 시공도중 E.P.S성토와 교대사이에 틈이 발생하였는데, 7년이 지난 후 E.P.S와 교대의 틈을 측정한 결과 틈이 여전히 존재하였다.

<그림2> E.P.S 블록의 측압시험

6. 부  력

부력에 대한 검토는 부상에 의한 파괴면을 수직으로 보고 저항하중은 상재하중만을 고려하여 E.P.S의 자중은 무시한다. 안전율은 1.2로 하며 파괴면에 발생하는 전단저항을 무시한다.

<그림12> 부력

7. 침하에 대한 교통하중의 영향

연약지반에서 발생되는 침하에 대하여 사하중에 대한 해석은 가능하며 침하량, 참하속도를 산출할 수 있으나, 하중의 거동이 불규칙적인 활하중에 대한 연구 결과는 없는 실정이다. <그림13>은 저성토 도로의 관측으로 얻은 침하량 곡선을 근거로 성토두께에 따른 교통하중의 영향을 평가하여 그 크기를 성토하중으로 치환된 값을 나타낸 것이다.

<그림13> 교통상당 하중과 성토두께와의 관계

예를 들어 성토고 3m의 저성토가 계획되어 있을 때 교통하중에 상당하는 압밀하중은 2∼3ton/㎥가 추정된다.


8. 포장

E.P.S성토 상부의 포장설계는 교통하중, 노상 강도 및 기상조건을 고려하여 구조를 결정한다. 일반적으로 E.P.S상부 보호층에는 철근 콘크리트 슬라브가 이용되며 설치목적은 지지력 보강 및 스치로폴 상부의 노반 시공성 확보에 있다. 이때 사용되는 콘크리트는 σ28 = 210㎏/㎤이고 사용철근은 φ5mm, 15 x 15㎝인 철망을 사용하며 이렇게 구성된 노반은 단위중량 20㎏/㎥인 E.P.S사용시 C.B.R 8%를 기준으로 포장구조를 설계한다.