TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
(6) 튼튼한 피복공도 영구적으로 견디는 것이 아니며 그 기능을 다하면서 외력에 의해 점점 약해져가므로 늘 보수를 하여야한다. 이 때문에 마모에 강하고 어느 정도 요성(요성)을 가지며 부분적인 보수를 할 수 있는 구조가 좋다.
(7) 피복공의 재료 선택은 재료의 특성을 고려하여 내구성과 경제적인 면을 고려하여 채택해야 한다.
다) 기초공
(1) 기초공은 상부 구조물을 안전하게 지지하고 파랑에 의한 세굴에 견디는 구조로 한다.
(2) 물막이 기간 중 유속에 의한 세굴과 유실이 되지 않는 구조로 한다.
(3) 기초공은 방조제의 축조 후에 상부 구조물을 안전하게 지지하여야 하고, 파랑에 의한 제체 하부의 세굴방지와 방조제 끝막이 과정에서 발생하는 조류 속에 의한 기초지반의 세굴을 방지해야 되므로 기초공의 변조는 방조제의 규모, 하중, 수심, 기초지반의 토질조건, 발생유속, 시공성, 공기 등을 충분히 고려하여 결정한다.
① 받침대 기초
받침대 기초는 돌쌓기고 돌붙임공의 기초로서 사용하고 파랑에 의한 침식으로 노출되지 않도록 충분한 깊이로 넣는다. 지반이 연약할 경우는 말뚝박기 기초공을 함께 사용하여 멈춤말뚝 (지항)이 붙은 사다리꼴 받침대로서 사용하면 효과적이다.
받침대는 콘크리트 제품을 사용하는 것이 목재는 항상 물에 잠겨있거나 해수 중에 있어 피해가 적을 때에만 사용한다.
② 말뚝박기 기초
이 공법은 파일 기초공이라고도 할 수 있으며 널말뚝식을 포함한 넓은 의미의 말뚝박기 기초이다.
말뚝은 원칙적으로 콘크리트 또는 철근 콘크리트제품을 사용하고 그 치수 간격은 목적에 따라 토질조사 및 재하시험을 하여 결정하나 말뚝을 타압함으로써 토질 구조를 파괴하는 일이 없도록 주의한다.
③ 현장타설 콘크리트 기초
기초공과 상부 구조는 일체가 되어야 하므로 줄눈은 동일개소에 두고 줄눈께는 물막이(지수)판 줄눈재를 사용하여 성토재의 흡출에 대비한다. 이 공법은 양호한 지반에서는 일반적으로 안전하고 확실한 공법이기는 하나 수중시공에는 적합하지 않으므로 빠른 시공이 요구되는 수중공사에서는 타당한 공법이라고는 볼 수 없다. 이 점을 개량한 것으로 프리펙트 콘크리트가 있으며 방조제에서는 이를 사용한 것이 많다.
④ 콘크리트 블록기초
이 공법은 수심이 비교적 깊은 경우에 사용하나 각 블록이 일체가 되어 블록의 접촉부에서의 흡출작용을 방지하도록 블록의 물팀에 유의함과 동시에 블록의 상층에 적어도 두께가 40cm 이상의 현장타설 콘크리트를 시공한다.
블록 1개의 중량은 안정상으로 보아서는 클수록 좋으나 시공 중의 안전 및 운반을 고려하면 2∼3tf 정도가 좋다.
⑤ 셀루라 블록기초
셀루라 (Sellular) 블록기초공법은 수심이 비교적 깊은 경우 사용하고 설치한 후 속채움을 하여 일체화 한다. 속채움에 깬돌, 자갈 등을 사용할 경우에는 잘 채워서 표면을 콘크리트로 덮을 필요가 있다.
⑥ 사석기초
가. 모래질 지반
사석은 수중시공에 용이하다는 점이 있으나 제체 흙의 흡출방지가 곤란하므로 이 점에 대한 대책이 필요하다.
최근에는 널말뚝 또는 매트리스 등에 의한 여러가지 차단층이 고안되어 사용되고 있으나 이들은 시공방법에 유의해야 한다.
표층 사석중량은 허드슨공식 또는 이리바렌 (Iribarren)의 수정공식에 따라 결정하나 소요중량의 돌을 얻을 수 없는 경우에는 샌드마스틱 아스팔트 공법이나 콘크리트 블록으로 한다.
기타 파랑의 영향을 받지 않는 부분의 분재는 채취 및 시공상 가장 경제적이 되도록 한다.
나. 연약지반
방조제의 급격한 침하를 방지하기 위해 기초면적을 넓혀서 하중을 지반에 넓게 분포시켜 단위 지지력의 경감시켜 주로 수중시공이 편리하고 또한 바닥다짐의 유적을 겸하는 것이다. 차단층을 두어 흙의 유실을 방지하도록 유의해야한다.
또 사석을 현저하게 두껍게 할 경우는 연약지반이 치환된 상태가 된다.
따라서 하중을 장기에 걸쳐 서서히 가하는 것이므로 사석부분이 제체에 비하여 비교적 큰 경우에 적합하다.
이 공법은 우리나라에서는 오래전부터 사용하고 있는 것으로 석재 노동력을 손쉽게 구할 수 있어 가장 유리하다.
그러나 빠른 시공이 요망되는 최근에는 시공기계의 발달과 더불어 원거리에서 모래를 경제적으로 운반함이 가능하므로 모래를 주체로 한 기초공을 채용하는 경우가 많아졌다.
⑦ 깐모래 기초
제체 하중에 따라 충분히 두꺼운 모래를 깔아 시공하면 뜬기초가 되므로 제체 전체로서의 압밀침하는 면치 못하더라도 파괴 침하를 방지할 수 있다.
이 경우 깐모래 (Sandman)의 충분한 두께라는 것은 단위하중이 불량지반의 허용지지력 이하가 되도록 넓게 균등하게 분포시키는데 필요한 충분한 두께를 말한다.
이때 불량지반에 작용하는 하중은 깐모래의 양만큼 증가하나 깐모래 내부의 마찰저항의 증가가 지반의 지지력을 강화함과 동시에 제체외의 깐모래가 카운터웨이트 (Counter Weights) 역할을 한다.
뜬기초를 형성하는데 필요한 깐모래의 두께는 50cm 정도라고 하나 기초지반 표층이 극히 연약한 곳에서는 시공관리의 면에서 2m 정도의 치환을 하는 수도 있다.
⑧ 매트리스 기초
매트리스 기초는 그 하부에 깐모래 상부에 사석 등을 병용하는 것이 보통이다.
매트리스의 넓이는 되도록 넓게 하며 방조제 바닥 전체에 걸치게 하며 특히 기단방향으로 튼튼하게 넓게 연결시킨다. 매트리스 소요인장 강도는 테르자기의 극한지지력 공식으로 구한다.
⑨ 치환기초
이 공법의 가장 완전한 형태는 연약층을 완전히 제거하고 모래자갈 기타의 안정도가 높은 재료로 치환하는 것이다.
치환재료로서 가장 적당한 재료는 잔모래이다.
⑩ 샌드드레인 기초
이 공법은 연약토층의 탈수를 촉진시켜 지반의 지지력을 강화시키기 위해서 연약층안에 모래말뚝 상태의 투수부를 설치하여 이것을 제체 밖으로 이끌어내고 다시 하중을 실어 공극수를 배제하는 것이다. 이때의 말뚝의 깊이 지름 간격 재하속도는 정밀한 토질조사와 계산에 따라 결정한다.
모래말뚝의 깊이는 치환공법과 같이 밑층의 지반에 도달하는 것이 좋으나 실제로는 공사비 및 시공면에서 20m 정도를 한계로 한다. 따라서 연약층이 두꺼운 경우에는 말뚝 아래쪽의 압밀 유동 등의 변화와 함께 말뚝군 내부의 압밀에 따라 생기는 제체의 침하는 고려해야한다.
⑪ 역청재 부설기초
이는 필요한 크기의 석재를 얻을 수 제고 유속에 의한 모기지반 세굴을 방지하면 어느 정도의 수밀성이 요구될 때 사용한다. 역청재 부설을 위하여 보조기층으로서 호박돌 또는 이와 유사한 돌을 잘 깔아놓고 샌드마스틱 (Sand mastic) 아스팔트 또는 역청재공법을 써서 일체화되도록 한다.
라) 사석공
(1) 방조제 축조재료로 사석은 끝막이터와 피복석용, 필터를 포함한 깬돌로 구분하여 용도에 따라 적정한 규격, 단위중량, 비중 등 시공성, 내구성, 경제성 등을 고려하여 결정해야 한다.
(2) 석재는 방조제의 물막이용 사석을 비롯하여 할석, 방괴석, 호박돌, 조골재 등 다량으로 소요되고 있다. 특히 방조제 끝물막이용 사석은 개당 중량이 가급적 커야하고 축조 후 파손되는 것은 유실의 우려가 있으므로 양질의 석재가 요구된다.
(3) 일반적으로 석재원의 조건은 다음과 같다.
① 재료조건
가. 흡수률이 적고 내구성이 있는 암석
나. 발파시 적정규격으로 생산 가능한 암석 (절리상태가 적어야 한다.)
다. 비중이 큰 암석(흐름유속에 안정)으로서 보통암 이상으로 한다.
② 경시적 조건
가. 운반거리가 가까운 곳
나. 운반도로가 양호한 곳
다. 암석채취 공간과 량이 충분한 곳.
라. 활용도가 다양할 것
③ 주위환경조건
가. 토심이 얕고 자연경관 훼손이 적은 곳
나. 개발 후 절개지가 적고 복구가 용이할 것
다. 인근에 학교 등 발파 시 인원이 최소화 될 수 있는 위치
라. 채취허가의 결합이 없는 위치
마) 필터공
(1) 방조식의 단면에서 조석 또는 강우 등으로 피복공 또는 사석층과 성토층 사이에는 토입자가 흡출되므로 반드시 필터공을 설치해야 한다.
(2) 방조제 축조에 있어 많이 사용되고 있는 사석, 콘크리트블록, 돌망태 등은 공극이 커 연속되는 파력이 공극을 통하여 성토부까지 그 영향을 끼치어 토립자가 흡출되므로 토립자가 빠져 나가지 않도록 양층 사이에 2∼3개 층으로 화학섬유, 모래, 자갈 조약돌순 등으로 필터공을 설치한다.
(3) 필터재의 입도곡선
이상적인 필터재의 입도는 흙, 모래, 조약돌 사석층 순으로 각층의 입도곡선이 서로 평행하는 것이 좋다.
(4) 필터재가 갖추어야 할 조건
성토층의 안정성과 내구성을 조장하고 있는 필터공은 아래와 같은 2개의 주요 필수 조건을 갖추어야 한다.
조건 I : 필터층을 통하여 수분은 통과하지만 토립자가 통과하지 않는 구조이어야 한다.
조건 II : 필터재의 투수성은 성토재의 투수성보다 큰 것이 원칙이나 적어도 같아야 한다. 이것은 조위와 파동에 의해 변화되는 수압이 필터공내로 잘 침투되면서 소멸하기 위한 것이며 또한 필터층이 과압을 받지 않도록 하기 위해서이다.
(5) 토목섬유 필터
① 토목섬유 필터는 방조제의 경우 모래 필터층으로 대신하거나 돌붙임공 뒷면의 토입자 흡출을 방지하기 위해 설치하는데 널리 활용 되고 있다. 토목섬유의 필터는 운반 및 부설이 용이한 반면 외부에 노출되면 재질의 변질이 촉진되고 석재의 돌출부위 등에 의해 재료의 손상과 시공 후 재질의 압밀과 세립자 층의 차단 등 필터역할이 저해될 여건이 많으므로 채택에 신중을 기하도록 한다.
② 피복돌붙임공 뒷면에 설치되는 필터공은 필터를 보호할 수 있는 충분한 보호용 자갈층과 율석층등 점진적인 변화층을 두어야 한다.
③ 투수유속이 크게 발생하는 구간에서는 시공성을 고려하여 결정해야 한다.
바) 바닥다짐공
(1) 바닥다짐공은 바깥쪽비탈 피복공의 비탈끝 또는 기초공의 앞면에 접속하여 설치하는 것으로서 방조제본체와는 독립하여 침하 또는 가요성 구조로 한다.
(2) 바닥다짐공은 보통 바깥쪽 비탈피복공 또는 기초공의 전면에 설치되며 파력을 감쇄하는 효과 및 파랑에 의한 세굴을 방지하여 피복공, 기초공을 보호하는 역할을 한다. 따라서 지반이 양호하여 비탈기슭의 세굴염려가 없는 경우에는 바닥다짐공이 필요치 않다. 그러나 방조제를 축조하면 해안의 평형이 깨져 앞면이 세굴되는 등 해안선에 예기치 않은 변화가 일어나므로 원칙으로 바닥다짐공을 하도록 한다.
(3) 바닥다짐공은 바깥쪽 비탈 피복공의 비탈기슭 기초공의 앞면에 접속하는 위치에 설치하며 이때 가요성이 있어야 하며 단독으로 침하될 수 있도록 피복공이나 기초공과 띄어 놓는 것이 좋다. 이밖에 바닥다짐공 자체가 세굴에 의하여 기울어져 기초공 또는 피복공과의 사이에 틈이 생기거나 바닥다짐블록 사이의 지반이 파랑에 노출되지 않도록 잘 시공해야한다. 세굴에 의한 바닥다짐공의 흐트러짐을 방지하기 위하여 작은 깬돌, 섶다발 아스팔트, 매트 등을 부설하는 경우도 있다. 또한 연약지반인 경우는 모래기초공, 섶다발기초공 등의 위에 돌을 깔기도 하고 그 위에 바닥다짐을 한다. 직립형의 바깥쪽 비탈피복공인 경우는 바닥다짐 나비를 넓게 하는 것이 좋다.
(4) 바닥밑 다짐공의 규모결정에 활용되는 공식은 특수한 조건에서의 실험식이기 때문에 바닥다짐공 연장결정에 일치되는 것이 아니므로 세굴심도와 세굴범위를 추정하여 공사 기간중 안정성이 유지할 수 있는 범위와 상고공이 유실되었을 때의 끝막이 공사에 미치는 경제적, 기술적 제반여건을 검토하여 결정되어야 한다.
① 바닥다짐 연장계산은 Bligh식을 이용한다.
② 세굴심도 계산은 바닥다짐이 있는 경우 Spaagaren 실험식을 이용한다.
③ 사석바닥 다짐공
이 공법은 일반적으로 널리 사용되지만 최근에는 큰돌을 구하기 어려워서 비교적 파랑이 작은 곳에 채용된다. 사석의 두께는 1m이상 둑마루 폭은 2∼5m 비탈기울기는 1 : 1.5 ∼ 1 : 3 정도가 표준이다.
④ 콘크리트 블록공
이 공법은 사석대신 최근에 널리 채용되고 있으며 여러 가지 형상의 콘크리트 블록이 사용되고 있다. 그러나 콘크리트 블록공은 공극이 매우 크므로 사석, 섶다발 등을 병용하는 것이 좋다.
각 블록은 충분한 크기의 것을 사용하여 흩어지지 않도록 배려해야 한다. 특히 제일 선단에 있는 것은 이동하기 쉬우므로 그 부분만 중량을 크게 하는 것도 한 방법이다. 블록은 일반으로 2단 쌓기로 하며 바닥나비는 사석인 경우와 같은 정도이다.
사) 파라핏공
(1) 파라핏공은 제체와 일체가 되도록 견고하게 연결해야하며 원칙적으로 철근콘크리트 구조로 하고 신출이음은, 바깥비탈피복공의 신축이음과 일치되도록 한다.
① 파라핏 (Parapet)공은 피복공에 충돌한 파랑을 바다 쪽으로 돌려보내는 기능을 갖는 것으로 제체의 마루에서 돌출시켜 설치한 구조물을 말한다. H= 1.65∼4.7m의 파랑을 대상으로 한 모형실험으로 부터 얻은 2m정도 높이의 파라핏공의 표준형이다. 파라핏에는 상당히 강한 파력이 작용하므로 제례와 일례인 구조로 할 필요가 있다. 그러므로 철근콘크리트 구조를 원칙으로 한다.
② 바깥비탈 피복공은 보통 직선형이므로 파라핏공이 그 위에 설치되면 절선이 된다. 이런 경우 접촉부는 약한 부분이 되기 쉽기 때문에 접속부를 매끈하게 시공할 필요가 있다.
③ 바깥비탈 피복공이 콘크리트 피복공인 경우에는 파라핏공의 철근 1m 이상 바깥비탈 피복공 속에 묻어 바깥비탈 피복공과 일체가 되도록 한다.
아) 소파공(消波工)
(1) 소파공에 의하여 둑마루 높이를 낮출 때는 소파공의 둑마루 폭은 이형블록 2개의 폭 이상 소파공의 둑마루 높이는 표 4.2-4에 나타낸 높이로 해야 한다. 여기서 hc는 설계조위 위의 제방 둑마루 높이다, 또한 이형블록의 개수는 제일 위 층의 블록에 대한 것으로 한다.
<표 4.2-4> 소파공의 소요 둑마루 높이

소파공의 둑마루 폭(B)

소파공의 소요마루 높이()

블록 2개를 놓을 때

0.8 이상

블록 3개를 놓을 때

0.7 이상

블록 4개이상을 놓을 때

0.5 이상
(2) 소파공은 다음과 같은 경우에 사용된다.
① 기초지반이 연약하여 필요한 높이의 제방을 축조할 수 없는 경우
② 배후지의 용도가 중요하여 많은 양의 월파를 허용치 않을 경우
③ 파랑이 커서 아주 높은 제방이 필요하지만 소요높이로 할 수 없는 경우
(3) 소파공은 충분한 둑마루 높이와 둑마루 나비가 없으면 큰 소파효과를 기대하기 어려운 경우 등이다. 만일 소파공의 둑마루 높이가 부족하여 설계고조위시에 수몰 또는 수면에 약간 돌출하는 경우에는 오히려 월파를 더 심하게 할 위험이 있으므로 이러한 단면은 피해야 한다.
(4) 소파공의 내부는 흡출되지 않을 만한 크기의 졸 또는 블록을 채우고 표면 부근에는 소요중량의 블록 등을 설치하는 것이 공사비도 저렴하고 또 유실에 대하여도 효과적이다.
(5) 소파공은 방조제 비탈기슭의 세굴, 제체 위로 흡출되는 것을 방지하는 효과가 있으나 이를 설치했다고 하여 비탈피복공의 기초공사를 극단으로 간단하게 해서는 안 된다.
자) 기슭 보호공 (根止工)
(1) 제체의 안쪽 및 바깥쪽 비탈끝에는, 원칙적으로 기슭 보호공을 설치한다.
(2) 안쪽비탈 기슭 보호공
① 기슭보호공은 안쪽비탈 보호공의 이동, 침하를 방지하며 비탈기슭을 보호하기 위해 근입깊이는 충분하게 할 필요가 있다.
② 기슭보호공의 둑마루를 너무 높게 하는 것은 토압이 증대하여 좋지 않다. 또한 기슭보호공을 배수로의 한쪽 벽과 병용할 수 있다.
③ 기슭보호공체는 일반으로 현장타설 콘크리트가 사용되며 근입깊이는0.5∼1.0m 정도이다. 때로는 널말뚝, 콘크리트 채움말뚝, 콘크리트 관, 울타리공 등이 사용된다. 또한 연약지반일 때에는 필요에 따라 말뚝기초로 한다.
(3) 바깥쪽 비탈기슭 보호공
① 바깥쪽 비탈기슭보호공은 파랑에 의한 바깥쪽 비탈보호공의 이동 유실 침하를 방지하여 비탈기슭을 보호하므로 그 구조는 피복공의 중량, 기초지반의 지지력 및 앞면의 수리조건 등에 따가 결정한다. 지반이 좋은 경우에는 콘크리트 기초, 콘크리트 블록 기초 등이 사용된다. 기초지반이 연약하여 단순한 기초로는 충분한 지지력을 기대할 수 없는 경우는 2종류 이상의 기초공을 병용하는 경우도 많다.
② 매우 연약한 지반의 경우에는 모래기초공, 사분 또는 사블록기초공, 섶다발 기초공 또는 연약지반 처리공법에 의한 처리를 한다.
다. 안정성검토
1) 개설
(1) 방조제 안정을 위해서는 제체 자체의 안정성과 기초의 안정검토가 중요한 사항이며 부득이한 경우 안정성을 높이기 위해서는 지반을 개량해야 한다. 또 방조제의 중요도에 따라 내진설계를 해야 한다.
(2) 방조제의 안정도 검토는 이를 축조할 기초지반에 대한 안전검토와 방조제 자체의 안정검토로 나누어서 생각할 수 있다.
(3) 연약 기초지반 위에서는 아무리 완벽한 단면을 갖는 방조제를 축조하더라도 기초지반위에 작용하는 하중에 의하여 지반이 침하하거나 활동이 일어나기 쉽다. 이러한 방조제의 침하량은 연약층 두께가 클수록 크게 되고 또 활동은 이것이 일어나는 위치에 따가 달라지므로 기초지반의 안정도는 세심한 검토를 해야 한다.
(4) 방조제는 일반적으로 암반이나 견고한 지반위에 축조하는 일은 거의 없고 대부분 연약한 지반위에 축조하게 된다. 또 간척규모가 커짐에 따라 방조제의 규모도 대형화되고 있으며 따라서 기초지반상에 작용하는 제체의 단위하중도 증가하게 되어 이에 대한 기술적 검토의 필요성이 더욱 요구되고 있다.
(5) 이와 같이 연약지반상에 축조하는 방조제의 안정성을 높이기 위해서는 연약한 기초지반을 개량하여 지지력을 증가시키고 침하량을 작게 하는 방법과 제방의 형태를 개선함으로써 기초지반에 작용하는 하중을 작게 하는 방법으로 대별할 수 있다.
(6) 연약지반의 개량공법에는 제방을 지지하기 위한 여러 가지 기초공법이 채택되고 있으며 또한, 지반자체를 개량하는 방법도 많이 연구되고 있으나 공사비가 많이 소요되는 결점이 있다.
(7) 제방의 형태를 개선하는 방법은 기초의 나비를 넓혀 제체하중을 분산시켜 단위하중을 작게 하여 제방의 안정도를 높이는 것이다.
(8) 연약지반상에 방파제를 설계할 때는 기초지반에 대한 충분한 현장조사와 시료를 채취해서 실내시험 결과를 토대로 하여 지지력과 침하에 대한 안정검토를 해야 한다.
(9) 또한, 제체의 성토재료로는 공사현장 부근의 토사, 해사 또는 이토 등이 있으나 현장여건에 따가 양질의 재료를 얻지 못하는 경우가 많으므로 현장여건에 적합한 실내토질시험을 하여 재료선정에 따른 안정도를 검토해야 한다. 특히 방조제의 안정검토를 위해서는 안전율을 구하는데 사용하는 토질정수의 정확한 값을 구하도록 노력해야 한다.
(10) 제체에 작용하는 외력으로는 정수압, 파력, 양압력, 토압 등이 있으며 이로 인해 발생하는 제체의 활동, 전도 침하 등에 대한 안정검토를 해야 한다.
(11) 간척지의 방조제는 외수위의 승강에 따라 내외수위차가 생겨서 제체내의 수류는 바깥쪽에서 안쪽으로 또는 안쪽에서 바깥쪽으로 이동 방향이 바뀌면서 흐르게 된다. 이때에 바깥쪽에서 안쪽으로 침투하는 유량은 허용범위 내에 들어야하며 파이핑이 일어나지 않도록 침투로의 길이를 충분히 길게 취해야 한다. 또한 외수위가 강하하였을 때 방조제 바깥쪽에서 작용하는 양압력의 변화에 대해서도 안전할 뿐만 아니라 침윤선 이하 부분의 성토재료가 포화되어 공극수압의 증가에 따른 전단력이 감소하는 경우에도 제체는 안전해야한다.
(12) 간척지에 축조되는 방조제의 안전율은 조위의 변동이나 간척공사완료후의 안정조건의 변화 등에 따라 달라지므로 이들 각각의 조건에 대한 안전율 중에서 가장 위험한 상태에 대하여 검토해야한다.
(13) 실제의 문제로서 안정성을 검토하는 방법의 적합성을 검토하는 것도 중요하겠으나 안정해석에 채택되는 흙의 강도정수에 대한 검토가 더욱 중요하다.
2) 제체의 안정
(1) 제체의 안정검토는 파괴면을 가정하고 파괴이상에 작용하는 역학적 조건들을 고려하여 안전율을 산출한다. 본질적으로 불정정적인 문제의 해석을 위해 여러 가지 해석방법이 제시되고 있으나 평형조건의 만족을 위한 가정조건들이 각각 다르기 때문에 산출된 안전율도 다르게 나타난다. 단괴제 및 토압의 문제도 같은 범주에 속하며 이를 모든 해석방법에 적용하는 기본개념은 한계평형방법이다.
가) 안정해석의 접근방법
(1) 방조제와 같이 흙으로 구성된 제체 및 기초의 안정해석은 가정된 단면에 미치는 수압, 파력, 토압, 상재하중 등 외력에 대한 지반 및 제체가 갖는 저항력을 고려하여 안전율을 구하고 이 안전율로서 제체의 안정성을 평가한다.
(2) 기존의 역학적인 평형조건해석에 의한 안전율 산출방법과 더불어 근래에는 확률적 개념에 의해 안정성을 검토할 수도 있으나 불확실조건에 대한 개념과 그 영향력 규명의 어려움 하나의 기준으로 적용된 안전율과의 연계성 부족, 토질분야에서의 확률적 개념 미정착 등으로 국내의 경우 기존의 한계 평균개념에 의한 안전율을 설계의 기준으로 적용하는 것을 원칙으로 하고 있다.
나) 제체의 안정해석
(1) 안정해석의 원리
① 간편하게 사용할 수 있는 펠레니우스 (Fellenius) 방법과 작도법을 주로 적용한다. 또한 별도의 계산과정이 필요 없이 투표에 의해 안정계수를 적용하여 수로제방과 같이 비교적 간단하게 제체에 적용할 수 있는 방법을 택하여 실무에 적용하여 왔다. 그러나 이러한 안정해석 방법은 힘과 모멘트의 평형조건 모두를 만족시키지 못하는 이론상의 결함을 가지고 있다.
② 이러한 방법 외에 복잡한 계산을 요구하고 이론적으로 보다 진보된 Bishop, Janbu, Spencer, Morgenstern과 Price 방법 등이 컴퓨터의 보급으로 실용화가 가능하게 되었으며 이들 방법을 적용함으로써 이론적 완벽성 이외에 최소안전율을 나타내는 임계권의 추출 계산상의 오차 등 반복적인 계산의 정확성을 기할 수 있으므로 고급해석방법을 적용한 전산프로그램을 사용하여 안정해석을 하는 것을 원칙으로 해야 한다.
(2) 한계평형방법과 안전율
한계평형방법에서는 흙의 변형을 무관하며 일반적으로 모어 - 쿨롬(Mohr- Coulomb)의 파괴기준을 적용한다.
한계평형방법은 안정해석 뿐만 아니라 지지력 및 토압문제에도 적용되며 실제적인 면에서 한계평형방법에 의한 안전율은 그 값이1.0인 경우에만 이론과 부합되며 기타의 조정에서의 안전율의 크기에 대한 개념은 그 값이 커지거나 작아짐에 따가 안전성이 비례적으로 증가하거나 취약해짐을 뜻하는 것은 아니다. 즉 안전율이 1.0인 경우 한계적인 평형을 나타내며 파괴와 안정의 갈림점이 되는 것으로서 안전율 0.9와 0.8의 차이는 숫자상의 차이는 있으나 이미 파괴가 발생되었다는 점에서는 공통적으로 같다. 그 이유는 안전율이 가상된 파괴면에 대해 한계평형개념에 의해 산출되기 때문이다.
(3) 안전율
설계에 적용하는 최소안전율은 " 1) " 항에서 언급한 바와 같이 절대적인 값으로 정할 수 없으며 원칙적으로는 설계자가 안정계산에 적용된 토질정수의 대표성 안정해석방법 및 계산회수, 시공과 설계의 일치가능성여부, 외적 하중조건의 변화, 지진, 파이핑, 세굴 및 각종 조사 자료의 신빙성 등을 고려하여 결정해야 한다. 설계기준 안전율은 지구별, 노선별, 형태별로 다를 수 있고 또 설계자에 따라 다를 수 있으나 특별한 경우를 제외하고는 방조제 완성후의 단면은 1.2이상을 1차 단면은 1.0이상을 기준으로 한다.
이밖에 항복점에서의 전단강도 적용시의 안전율 1.5를 1기준으로 하나 일반적으로는 1.2∼1.4를 적용한다. (영국 캐나다 및 미국)
결론적으로 설계기준 안전율은 제반여건을 고려하여 설계자가 안정성을 충분히 확보할 수 있는 범위에서 정해야 하며 확신을 얻지 못할 경우는 유사한 조건의 타 제체의 설계 및 현 상태의 안정여부 등을 참고하여 결정하고 자료가 빈곤하거나 기본설계 시에는 종래의 적용기준을 사용하여도 무방하다.
(4) 안정해석방법에 따른 안전율 비교
동일한 조건하에서 여러 가지 방법을 적용하여 계산된 결과를 비교하면 Spencer Morgenstern과 Price 방법은 거의 유사한 결과를 나타내며 Fellenius 방법은 안전율이 다른 방법에 비해 작은 값으로 산출된다. 비숖(Bishop)의 간편법은 차이는 작으나 전반적으로 큰 값을 나타내는 경향이 있다.
다) 토질정수의 선정
(1) 제체 및 지반의 안정계산 시에는 무엇보다도 토질정수의 선정이 중요하다. 일반적으로 지반 파괴면에 작용하는 전단응력은 그 응력을 발생시키는 외력을 고려하여 토질정수를 결정한 후 안정해석을 한다. 사체의 경우, 가정 파괴면에 작용하는 실제의 전단응력이 만일 전단강도보다 작다면 안전율이 1.0이상이 되며 이때는 파괴가 발생하지 않는 것으로 생각한다.
(2) 이와 관련하여 비숖(Bishop)과 비에룸(Bjerrum)은 포화연약지반의 안정문제를 단기와 장기로 구분하여 해석해야 한다고 지적하고 있다.
① 전응력 설계법
투수성이 매우 적은 포화점토지반상에 비교적 단기간에 제체를 축조할 경우 제체 하중으로 발생하는 과잉간극수압이 시공 중에 대개 완전히 소산되지 않으며 결국 비배수상태가 된다. Cam-Clay 모델에 의하면 재하에 의한 지반내의 응력변화가 삼축압축 상태에 있다고 가정하고 그림 4.3-1의 응력경로와 같이 정규압축점토에서는 비배수상태의 강도가 C점에 나타나 배수상태의 B점보다 매우 작게 된다. 이러한 경우 외력에 대해 비배수상태가 되며 비배수전단강도계수 를 적용하여 안정해석을 한다.
② 유효응력설계법
과압밀된 점토의 경우 비배수상태의 강도인 F점은 배수상태에서는 E점으로 된다. 따라서 과압밀점토의 경우는 정규압밀점토와는 달리 배수상태가 비배수상태보다 더 위험하게 되므로 유효응력에 의한 정수 C', Ф'를 적용한다.
<그림 4.3-1> 삼축압축시험의 응력경로
③ 다짐과 전단강도
방조제의 초기의 성토는 수중에서 진행되므로 다짐이 현실적으로 어렵게 된다. 따라서 성토재료의 전단강도를 적당한 다짐에 의해 규정할 필요가 있다. 수중성토부분에 대한 자연다짐은 전성토의 하중 및 시공완료 후 경과기간수위 및 지반조건의 영향을 받으나 일반적인 방법으로 최적함수비 상태에서의 최대건조밀도의 약90%를 취하고 이때의 밀도에 대한 전단강도를 적용하도록 되어있다. 그러나 수중성토부분의 단위중량 추정이 어려우므로 토질 및 제 여건을 관련하여 안전치로 택해야 하며 시공 중에 확인검토가 필요하다.
④ 간극수압의 산정
방조제 한쪽은 정상침투류로 간주할 수 있는 반면 외측은 비정상류로 해석해야 한다. 정상류는 일반적 침투해석방법인 유선망을 사용하여 제체 및 지반의 간극수압을 구할 수 있다. (3.3 침투해석 참조)
그러나 내측의 수위급강하시 또는 외측 조위의 변화에 따른 영향에 대하여 보다 정확한 해석을 하기 위해서는 Laplace 방정식을 이용하여 비포화 흐름을 고려한 방법으로 해석하고 그 결과에서 얻은 간극수압을 안정해석에 적용해야 한다. 수위급강하 또는 수위 급상승의 경우는 조위와 같이 일정한 주기로 수위가 변화하는 경우에 비해 간극수압의 변화가 크며 외측의 조위의 영향은 고정된 이력(Hysterisis)으로 나타나므로 투수층의 표면부분에 변화가 생기고 하류 쪽은 거의 고정된 간극수압을 나타낸다.
안정해석을 위한 간극수압의 산출은 일반화된 유한요소법을 사용한 여러 가지 전산프로그램으로 쉽게 적용할 수 있고 작도법 또는 경험식으로 구한 값보다 정확한 값을 얻을 수 있다.
수위변화에 따른 비정상류의 침투해석시 간극수압은 가장 위험한 상태의 수위조건에서의 정상류로 가정하여 안정해석을 할 수 있다.
라) 안정해석과 전산처리
(1) 제체의 활동에 대한 안정검토는 각 방법별로 전산프로그램이 개발되어 임의로 선택하여 사용할 수 있으나 해석방법 및 프로그램의 정밀도와 신뢰도를 파악하여 적응하여야 한다.
마) 단괴제에 대한 안정검토
(1) 제체가 사석 콘크리트 등 흙이 아닌 구조물로서 기초지반과 일체로 작용하지 않는 경우에 대해서는 지지력, 활동 및 전도에 대한 안정검토가 필요하다. 단괴제(單塊提)에서의 활동은 대개 제체와 지반의 경계면 즉 이질층의 경계면에 따른 활동을 의미한다. 이와 함께 취약층을 따라 파괴되는 현상과 구조물의 하중으로 인한 지반의 원호활동도 검토되어야 한다.
(2) 활동에 대한 안정검토
기본적인 개념은 제체의 안정해석 개념과 동일하다. 단괴제에 대한 안정검토를 위한 일반적인 방법으로서의 안전율은 Deere의 식을 적용할 수 있다.
(3) 전도에 대한 안정검토
단괴제의 경우 전도에 대한 안정검토가 필요하다. 안정검토방법은 옹벽의 경우와 같으며 일반적인 전도에 대한 안전율로 구한다. 최소안전율은 1.5를 적용하되 지반이 점질토이거나 수동토압을 고려할 경우에는 2.0을 적용한다.
3) 방조제 시설의 내진설계
① 이 기준은 「지진·화산재해대책법 시행령」 제10조제1항제2호에 따라 국가에서 설치·관리하고 있는 배수갑문 및 방조제의 내진설계에 적용한다. 본 기준에서 방조제 시설이라 함은 방조제와 배수갑문을 통칭한다.
4.3.3.1 내진설계 일반
(1) 내진설계의 기본 방향
① 방조제 제체의 경우 액상화 평가를 수행하되 축조재료의 입경이 매우 클 경우 과잉간극수압의 발생이 어려운 것으로 간주하여 제체에 대한 액상화 평가를 생략할 수 있다.
② 방조제 시설이 느슨한 사질토 지반에 놓이는 경우 기초지반에 대한 액상화 평가를 수행하여야 한다.
③ 이 설계기준에서 규정되어 있지 않은 내진설계를 위한 상세사항은 관련 시설물에 대한 설계기준과 입증된 설계법에 따른다.
가. 설계지반운동의 정의와 고려사항은 KDS 17 10 00 (4.2.1.3)에 따른다.
나. 방조제 시설의 내진설계를 수행하는 경우 방조제 내·외측 수위의 변화 상태에 따라 방조제 시설의 안전에 가장 불리한 조건으로 안정해석을 수행한다.
(가) 지진구역. 지진구역계수, 평균재현주기별 위험도계수는 KDS 17 10 00 (4.2.1.1)에
따른다.
나. 설계지진가속도 크기의 결정
(가) 유효수평지반가속도는 KDS 17 10 00 (4.2.1.4(5))에 따른다. 경제적인 설계가
필요한 경우, 소성해석법이나 동적유효응력해석을 이용한 동적검토를 수행하는 경우, 기존 시설의 내진보강 설계를 위한 성능평가를 적용하고자 하는 경우에는 국가지진위험지도를 이용한 방법으로 유효수평지반가속도를 산정할 수 있다. 다만, 국가지진위험지도를 이용하여 결정한 유효수평지반가속도는 상기의 행정구역에 의한 방법으로 결정된 유효수평지반가속도 값의 80% 보다 작지 않아야 한다.
(나) 기초지반의 영향을 고려하기 위한 지반증폭계수는 KDS 17 10 00(4.2.1.4(3)②)에 따라 산정한 단주기 증폭계수를 적용한다.
(다) 방조제 시설이 위치할 지점의 설계지진가속도의 크기는 유효수평지반가속도와 지반증폭계수를 곱한 값으로 한다.
가. 기초지반의 분류는 KDS 17 10 00 (4.2.1.2)에 따른다.
가. 설계지반운동의 특성 표현은 KDS 17 10 00 (4.2.1.4)에 따른다.
① 방조제 시설의 내진등급은 내진 I등급과 내진 II등급으로 분류하며 <표 4.3-1>과 같이 내진 등급별로 규정된 평균재현주기를 갖는 설계지진 수준을 적용하여 내진설계를 수행한다.
<표 4.3-1> 방조제 시설의 내진 등급과 설계지진

내진 등급

방조제 시설

설계지진의 평균재현주기

기능

수행

붕괴

방지

내진Ⅰ등급

· 지진·화산재해대책법 시행령 제14조 제1항 제2호에 따라 국가에서 설치·관리하고 있는 방조제 및 배수갑문 중 포용조수량 8천만톤 이상인 시설

100 년

1,000 년

내진 II등급

· 지진·화산재해대책법 시행령 제14조 제1항 제2호에 따라 국가에서 설치·관리하고 있는 방조제 및 배수갑문 중 내진 I등급으로 분류되지 않는 시설

50 년

500 년
① 내진설계 시 지진 관성력은 방조제 시설의 안정에 불리한 방향으로 작용하는 것으로 고려한다. 즉, 방조제 제체는 상·하류 방향의 수평지진력만을 고려하여 설계하며, 배수갑문은 구조물의 특성에 따라 상·하류 방향 또는 축 방향의 지진력을 선별적으로 고려하여 설계한다.
② 지진 시 유체의 동압력뿐만 아니라 파랑고의 영향도 고려할 수 있다.
① 내진성능수준 및 거동한계
가. 방조제 시설의 내진성능수준은 ‘기능수행수준’과 ‘붕괴방지수준’으로 구분한다.
나. ‘기능수행수준’이란 지진하중 작용 시 방조제 시설에 발생한 손상이 경미하여
지진 후 방조제 시설의 저수 또는 해수유입방지 기능 등이 발휘되는 성능수준이다.
다. ‘붕괴방지수준’이란 설계지진 시 방조제 시설에 상당한 변형과 부분적 손상이
발생하는 것은 허용할 수 있으나 통제 불가능한 저수량의 유출 또는 해수의 유입상태는 있어서는 안 되는 성능수준이다.
가. 내진성능목표는 내진등급별로 설계지반운동에 대한 내진성능수준으로 정의되며
<표 4.3-2>에 따른다.
<표 4.3-2> 방조제 시설의 내진성능목표

설계지진

평균재현주기

내진성능수준

기능수행

붕괴방지

50년

내진 II등급

100년

내진 I등급

500년

내진 II등급

1,000년

내진 I등급
4.3.3.2 내진설계
(1) 방조제
① 설계 기본
가. 정역학적 설계기준으로 등가정적해석에 기초한 안정성 평가기법을 내진설계 및
해석의 기본으로 한다.
나. 설계에 적용하는 지진력은 작용 정하중에 대한 지진 관성력만 고려하고 동수압은
영향이 미미하므로 제외한다. 지진에 의한 파랑고는 필요한 경우에만 따로 고려한다.
② 등가정적하중 산정
가. 등가정적해석법에 의한 사면안정해석에서 사면토체에 작용하는 등가정적하중(Fh)은 활동면 상의 제체 무게에 등가정적하중계수(Kh)를 곱한 지진 관성력이며, 이 힘의 작용점은 활동면의 중심이고 작용 방향은 수평방향으로 하되 안정에 불리한 쪽으로 정한다.
여기서, : 수평방향 등가정적하중계수
: 지표면 최대 수평가속도
W : 파괴토의 무게
나. 위 식에서 등가정적하중계수를 결정하는 지표면 최대 수평가속도는 사면의 높이가
비교적 낮은 경우에는 제방저면(원지반)에서의 지표면 최대 수평가속도, 즉 설계지반운동에서 산정한 설계지진가속도 크기를 그대로 적용한다. 다만, 제방고가 낮더라도 제방이 놓이는 기초지반의 토층이 30m 이상인 경우에는 지진응답해석을 수행하여 획득한 지표면 최대 수평가속도를 적용한다. 그리고 사면의 높이가 비교적 높은 경우에는 제체 내의 지진가속도의 증폭특성이 고려되어야 하므로 사면 상부까지 지진응답해석을 수행하여 사면 바닥면(원지반)에서부터 사면 상부까지의 깊이별 최대가속도의 평균값을 지표면 최대 수평가속도 값으로 적용한다.
③ 활동면법에 의한 지진 시 등가정적 사면안정 검토
가. 방조제 제방의 내진설계에 있어 가장 중요한 부분은 등가정적 사면안정 검토이다.
나. 활동면 위의 제체가 활동하도록 하는 힘은 정수압, 해당 제체의 자중, 활동면을
따라 작용하는 간극수압 및 수평 지진관성력이고, 이러한 외력에 저항하는 힘은 활동면에 연직으로 작용하는 반력과 활동면의 접선방향으로 작용하는 점착력과 마찰력이다.
다. 활동원의 중심에 대하여 외력의 모멘트에 설계 안전율을 곱한 값이 저항 모멘트를
초과하지 않으면 제방은 활동에 대하여 안전하다.
라. 지진시 간극수압은 변화하지만 현재는 그 변화의 증감폭을 정량적으로 평가하기
어려워 설계자가 적절하게 판단한다.
마. 지진시 활동에 대한 안전율은 내외측 수위조건이 평균해면(해측)-관리수위(내측)
수위조건하에서 1.2이상이어야 한다.
(2) 배수갑문
가. 배수갑문이 설치될 기초지반에 따라 액상화 안정의 검토 여부를 결정하고 필요시 액상화 안정을 검토한다.
나. 간편해석인 등가정적해석으로 설계를 수행하고, 해석결과와 구조물의 설계 단면력을
비교하여 동적 안전성을 만족하지 못한다면, 추가로 동적해석을 수행하여 상세한 안전성을 확인 하여야 한다.
② 배수갑문의 등가정적 해석
가. 대상구조물의 해석 대상 단면을 결정한 후 구조물이 파일기초 상에 설치되는 경우
파일의 강도와 지반지지력을, 암반기초 상에 설치되는 경우에는 전도, 활동 등의 안정성을 우선 검토한다.
나. 검토된 해석 단면에 대하여 지진구역계수, 반응수정계수, 동적계수, 지반증폭계수,
위험도계수 등을 산정하여 관성력인 밑면 전단력을 계산한다.
여기서, V : 밑면전단력
A : 지진구역계수
I : 위험도계수
C : 동적계수(탄성지진응답계수)
S : 지반증폭계수
T : 배수갑문의 기본진동주기는 RC 모멘트 저항골조로 보고 선정
R : 반응수정계수
W : 구조물의 중량
다. 밑면 전단력을 이용하여 구조물의 각 부분에 작용하는 층지진하중을 산정하여 등가정적
해석을 실시한다. 층지진하중은 구조물의 각 층에 작용하는 하중으로 밑면전단력을 각 층의 위치로 분배한 값으로 다음과 같이 계산된다.
여기서, : 구조물의 각 층에 작용하는 층지진하중
V : 밑면전단력
, : i 및 x 층의 구조물 중량
, : 구조물의 밑면으로부터 i, x 층까지의 높이
k : 높이가중지수
라. 해석을 수행할 때에 배수갑문 구조물은 해수의 영향을 받는 구조물이므로 해석시 정수압, 동수압, 조류력, 파랑하중 등을 고려하여 해석을 수행해야 한다.
마. 등가정적해석에 의한 배수갑문 구조물의 인장, 압축응력을 구조물의 허용인장,
압축응력과 비교하여 동적 안전성을 평가한다. 등가정적해석에 의한 구조물의 응력이 구조물의 허용응력을 넘지 않으면 안전성 평가를 완료한다.
③ 배수갑문의 동적 해석
가. 배수갑문 등 부속구조물에 대한 동적 해석은 응답스펙트럼법과 시간이력해석법이 있다.
나. 해석 방법
(가) 설계지반운동과 지진하중으로 적용되는 시간이력하중은 본 기준에 제시된 설계지반
운동 및 인공합성 지반운동 시간이력 작성방법에 따라 생성하여 사용한다.
(나) 동적해석에서 수치모형은 관성력과 지반-구조물 상호작용에서의 부가적인 특성인 감쇠특성을 고려하여 모형화하여야 한다. 동적해석시 기반암 상부의 모든 지반과 구조물을 모델링하여 해석하거나 기반암에서 기초지반까지는 1차원 지반응답해석을 수행한 후 기초지반 상부를 모델링하여 해석할 수 있다. 지반을 포함한 구조물을 모델링한 후 3차원 지진해석을 실시하는 데에 있어 지반경계에서의 지진파의 반사를 억제시키기 위해 경계조건에 대해 고려하여야 한다.
(다) 동적해석에서도 자연하중을 선정하여 해석하여야 한다.
(라) 동적해석을 수행하여 구조물에 발생하는 응력을 검토하고 구조물의 단면력과
비교하여 안전성을 평가한다.
(마) 동적해석 결과 안전하지 않을 경우, 단면 등을 재가정하여 구조물의 안정성을
재평가한다. 재평가의 결과가 동적 안전성을 만족할 경우 설계를 완료한다.
(3) 액상화의 검토
① 검토의 필요성 및 검토 범위
가. 액상화의 검토 필요성 및 검토 범위는 4.3.3.1 (1) ①과 ②에 따른다.
② 액상화 평가 기준 및 평가방법
가. 액상화 평가기준 및 평가방법은 KDS 17 10 00 (4.7)에 따른다.
4) 침투
(1) 방조제는 담수위와 조위를 고려하여 침윤선, 침투유량 파이핑 등을 검토하여 안정성이 있는 구조물이 되도록 설계해야한다.
가) 침투해석
(1) 방조제는 시간에 따라 주기적으로 변화하는 외수위와 접하므로 제체내의 침투류는 비정상류가 되므로 침투류의 정확한 해석은 곤란하다. 방조제의 침투해석은 포화 및 비포화 흐름을 함께 고려하는 최근의 방법에서부터 경험적인 요소가 고려된 작도법에 이르기까지 다양하다. 수계산이 가능한 통상의 방법으로 제체를 통하는 침투량을 구할 경우 대조평균만조위(HWOSTL)를 외수위로 취하고 사수위 (DWL)까지 매1.0m마다 경과시간에 관련시켜 구하되 모두가 허용범위 내이어야 한다.
(2) 침투선
① 제체가 투수성 재료로 축조되었을 때 제체속 최상부의 자유수면도 하나의 유선으로 취급하며 이를 침윤선(phreatic line) 이라고 한다. 이때에 상류측의 비탈면은 등퍼텐샬선의 하나로 되고 침윤선은 이에 직교한다.
② 제체내의 침윤선은 길보이 (Gilboy) 카사그랜드 (Cassagrande) 등 여러 가지 방법으로 구할 수 있다. 침윤선이 제체 외측비탈면으로 침출되지 않도록 제체의 단면을 조정하거나 드레인 (drain)을 설치해서 침윤선을 저하시키고 이곳으로 유입되는 물을 모아 배제하는 방법이 많이 사용된다.
(3) 방조제의 침윤선
① 일반적으로 적용되고 있는 저수지의 침윤선 결정 방법에서는 침투류가 한 방향으로만 흐르고 있으며 투수계수의 영향이 전혀 고려되지 않고 있다. 그러나 방조제의 침윤선은 조위승강에 따라서 침투류의 방향이 반대방향으로 규칙적으로 변하며 침투압도 변하고 있으므로 조위의 승강에 의하여 침윤선이 영향을 받는 범위를 우선 결정해야 한다.
② 이러한 범위는 조위만화의 크기 및 경과시간과 방조제 성토재료의 투수성 등과 밀정한 관계를 가지고 있다. 성토재료의 투수계수가 큰 경우는 방조제외수위의 변동 즉 간만조차에 따가 침윤선의 변화는 제체 전단면에 걸쳐서 발생하나 성토재료의 투수계수가 작은 경우 외수위변화의 영향은 외해에 접한 쪽에 한정되고 방조제내측에서는 조위변동의 영향이 없다. 또한 담수호에서는 내수위가 거의 일정하나 내제 측 조류권의 수위는 만조시는 상승하고 간조시는 하강한다.
③ 이와 같이 내수위의 변동에 의한 침윤선의 영향은 성토재료의 투수계수에 크게 좌우된다.
④ 투수계수에 관계되는 외수위의 영향권 내에서 만조 때는 침윤선의 경사가 급해지고 간조 때는 그 경사가 완만해지며 내수위쪽에서는 수위가 일정한 저수지보다는 내수위가 상승함에 따라 침윤선의 경사가 완만하게 되어 침투압이 감소되고 안정성이 높아질 것이다.
⑤ 카사그랜드 이론을 수위변동이 심한 방조제의 침윤선 해석에 그대로 적용하는 것은 불합리하다. 따라서 방조제의 침윤선 해석을 위해서는 성토재료별로 모형시험 등을 실시하고 장기적인 관측자료에 의하여 수위변동에 의한 영향권의 범위 침출도의 위치 유선망 및 포화한계선 등을 결정해야 하며 설계단계에서의 침투해석은 외수위의 시간적 변화를 고려할 수 있도록 포화 및 비포화 흐름을 함께 취급할 수 있는 방법을 적용하여 분석하는 것이 좋다.
⑥ 침투에 의한 안쪽비탈면의 붕괴 : 침투선이 제체의 안쪽비탈면에 침출하게 되면 이 부분에는 침투수에 의한 비탈면의 침식이 발생하고 점차 확대되어 제체붕괴를 유발할 가능성이 커지게 된다. 앞에서 설명한 방법으로 대조평균 고조위를 외수위로 해서 침윤선을 그려서 이 침윤선이 안쪽비탈면에 나타나는 경우에는 둑마루 폭을 넓혀 방조제의 단면을 크게 하거나 안쪽비탈면의 기울기를 완만하게 하기 위하여 소단을 설치 또는 비탈끝에 침투수를 배제하기 위한 적당한 입도의 필터를 설치하여 침윤선이 비탈면에 침출되지 않도록 저하시켜서 위험을 방지할 필요가 있다.
나) 침투수량
(1) 제체 또는 기초지반을 통해서 침투하는 수량은 제체의 안정도에 영향을 줄뿐만 아니라 담수호에서는 해수의 침투로 인해서 염해를 유발하게 된다. 이와 같은 제체의 침투수량은 제체의 성토재료와 기초지반의 투수성에 따라 다르게 된다.
(2) 제체의 침투수량을 추정하는 방법은 포물선 침투류에 의한 방법과 유선망에 의한 방법으로 구분된다.
① 포물선 침투류에 의한 방법
이 방법은 제체단면이 균질 기초지반이 불투수성일 경우와 투수성일 경우로 구분해서 침투수량을 구한다.
② 타원(橢円) 침투류에 의한 방법
제체와 불투수성이고 기초가 투수성일 경우는 유선의 형상을 타원으로 가정하여 기초지반을 통하는 침투수량을 구한다.
③ 유선망에 의한 방법
도식해법 기타의 방법에 의한 계산 또는 모형 실험 등으로 유선망을 그리고 유선 간의 간극과 등포텐샬선 (equipotential line)의 간극을 같게 취하면 단위시간당의 침투수량을 구한다.
④ 비등방성 지반에서의 침투수량
위에서의 설명은 모두가 등방성의 경우에 대한 것이나 퇴적토는 대부분이 수평방향의 투수계수가 수직방향의 투수계수보다 훨씬 큰 경우가 많다. 이와 같은 비등방성 토층의 침투현상은 외수위를 일정한 정상류로 가정할 경우를 적용하여 해석할 수 있다.
다) 파이핑
(1) 지반속에서 양압력이 발생하고 동수경사가 한계동수경사 (icr)와 같게 되면 파이핑(piping) 현상이 일어난다.
(2) 파이핑 발생의 판단기준이 되는 한계동수경사는 다음과 같이 표시된다.
여기서, : 수중단위중량 (tf/㎥), : 포화단위중량 (tf/㎥)
식 에서 와 e의 값을 대입해서 계산되는 값은 대략 0.85∼1.10 사이에서 변화한다.
(3) 널말뚝에서 파이핑에 의한 파괴는 널말뚝으로부터 D/2 이내에서 일어나므로 이와 같은 구조물의 안정은 하류측의 단위두께와 단면 의 토주를 사용해서 결정한다.
(4) 양압력은 유선망을 사용하여 다음 식과 같이 결정한다.
여기서 는 토주저면에서의 평균수두이다. 하류측에서 연직으로 작용하는 토주의 수중중량은 다음 식으로 구한다.
(5) 파이핑에 대한 안전율은 다음 식으로 구할 수 있고 이 값은 대략 4이상이면 안전하다고 한다.
방조제와 같은 제체의 유효폭을 결정할 때는 파이핑에 대한 안정성을 고려하여 정한다.
(6) 파이핑 검토를 위한 실험적 기준으로서 크리프비 (creep ratio : )를 적용한다.
여기서, : 크리프비 (Creep ratio), : 최대수두차 (m) , : 침투로의 길이 (m)
5) 지반의 지지력과 침하
(1) 방조제는 기초지반의 지지력에 대한 안정조건과 압밀에 의한 침하에 대하여 검토하고 대책을 세워서 설계해야 한다.
(1) 방조제의 기초지반은 충분히 견고하여 방조제 축조에 충분한 지지력을 가지며 압밀침하가 없는 곳이 좋다. 그러나 대부분이 방조제의 기초지반은 이토질의 연약한 간석지이므로 연약지반에 대한 토질조사와 시료채취 및 토질시험을 실시하여 토질정수를 구하고 이를 토대로 하여 지반의 지지력과 압밀침하에 대한 안정도를 검토해야 한다.
(2) 방조제의 기초지반이 연약할 경우에는 연약지반처리에 특별한 주의를 해야 한다. 특히 콘크리트 구조물을 축조할 때에는 연약지반을 개량하여 직접기초로 설계할 것인지 또는 연약지반처리를 하지 않고 간접기초로 설계할 것인지를 검토하여 안전하고 경제적인 구조물이 되도록 설계해야 한다. 그리고 연약지반위에 제방을 축조할 때는 지반의 지지력 부족으로 인하여 기초지반의 파괴가 일어나므로 이에 대한 안정도를 검토해야 한다.
(3) 침하에 대한 검토는 지반의 변형에 따른 간접적인 제방의 침하에 대한 것으로서 압밀침하로 인한 제방의 붕괴가 일어나서는 안 되며 공사완료후의 압밀침하에 대하여도 대책을 강구해야 한다.
(4) 기초지반의 지지력과 압밀침하는 별개의 문제로서 세립토의 기초지반에서는 구조물 시공시에 지지력에 대한 안정처리를 했어도 공사완료 후에도 압밀침하는 계속되므로 연약지반위에 제방을 설계할 때에는 지지력과 침하문제를 각각 별도로 검토해야 한다.
나) 지반의 지지력
(1) 지반의 지지력은 방조제의 직접적인 안정과 깊은 관계가 있다. 방조제·성토하중에 의한 유효지중응력과 지반의 상재하중에 대하여 지지력이 부족시에는 지반파괴가 일어나며 따라서 성토단면도 변형된다. 그러므로 방조제의 사면 안정 검토시에는 기초지반을 포함한 저부 활동에 대하여 원호 활동면법으로 검토하는 것이 일반적이다. 그리고 방조제 성토에 의한 기초지반의 치환심도를 결정할 경우나 기초지반위에 콘크리트와 같은 강성기초로 된 구조물을 축조시에는 지반의 지지력은 제방의 직접적인 안정과 깊은 관계가 있으므로 지반의 허용지지력에 대하여 검토해야 한다.
(2) 지반의 허용지지력은 일반적으로 테르자기(Terzaghi)의 공식으로 계산한 극한지지력을 안전율 (SF= 2∼3)로 나누어서 구한다.
① 방조제 기초지반의 지지력
지반의 지지력은 방조제를 대상기초로 보고 이에 대한 국부전단 파괴시의 지지력 공식을 사용하여 구한다.
방조제는 해수와 접하고 있어 조위에 따라 성토재료의 포화중량이 달라지므로 지반의 안정은 가장 위험한 조위와 시기에 대한 지지력을 검토해야 한다. 특히 연약지반에서는 기초지반 파괴에 대하여 안전해야 하며 이는 원호활동면법으로 검토하는 것이 일반적이다.
② 편심하중을 받지 않는 구조물의 지지력
연약한 기초지반위에 축조되는 콘크리트 구조물의 지지력 검토는 일반적으로 테르자기의 수정지지력 공식을 많이 사용하며 지반의 허용지지력 (qa)이 구조물의 최대 접지압 즉 지반의 최대응력 ()보다 커야한다.
지반의 허용지지력은 극한지지력을 안전율 (SF≒3)로 나누어서 테르자기의 수정극한지지력 공식으로 구한다.
③ 편심하중을 받을 때의 지지력
구조물의 접지압 ()은 구조물의 총하중 ()이 푸팅 중심에 작용할 때는 로 되나 편심하중이 작용할 때는 편심거리가 멀어질수록 최대접지압 ()은 더욱 커진다. 그러므로 구조물을 설계할 때에는 가급적 편심거리를 짧게 해야 한다.
다) 기초의 침하
(1) 콘크리트 구조물은 부등침하를 방지하기 위하여 지지력이 큰 지반에 축조해야 하며 만약 연약지반위에 축조할 때는 가급적 연약지반을 개량하거나 지지층까지 연결되는 간접기초로 시공해야 한다.
(2) 연약층의 두께가 커서 압밀침하가 불가피한 경우에는 침하로 인한 구조물의 기능장애 및 각 부재의 변위발생 등에 대하여 면밀히 검토해야 한다. 연약지반에 방조제를 축조할 때는 연약층의 토질상태와 성토의 시공조건에 따라서 표층부의 연약층이 옆으로 유동되면서 연약층의 일부분이 성토재로 치환되는 경우가 많으며 이때에는 치환된 심도만큼은 압밀층의 두께가 줄어들게 된다.
(3) 치환심도를 정확하게 산정하는 일은 대단히 중요하며 이 값은 같은 연약층이라도 성토재료의 종류와 두께 시공장비 시공속도 등에 따라 달라진다.
① 압밀침하량
침하량은 즉시 침하와 압밀침하로 구분할 수 있으나 즉시침하는 주로 오래 지반에서 발생되므로 대개는 시공 중에 거의 완료된다. 그러므로 침하량은 공사완료 후에도 장기간에 걸쳐 발생하는 점질토 기초지반의 압밀침하에 대하여 검토해야 한다.
가. 치환두께
기초지반의 치환은 수직 및 평균방향에 대해서 각각 성토하중과 기초지반의 극한지지력을 대비하여 구한다. 이 중에서 기초지반의 표면에 가장 먼저 시공되는 성토에 의하여 연약한 지반토가 측방으로 유동되면서 성토로 치환되는 양이 제일 중요하며 이 후로도 성토고가 높아짐에 따라 치환량은 증가될 수도 있다.
치환심도는 성토하중과 지반의 극한지지력이 평형을 이루는 심도까지로 판단하는 것이 일반적인 방법이다.
성토하중을 계산할 때 성토재료의 하중은 시공장비의 하중을 고려해야 한다. 장비하중은 성토재료의 등분포하중으로 환산하는 경우가 많으며 성토두께가 두꺼울수록 장비하중의 영향은 작다.