1.7.3 토압

(1) 콘크리트옹벽에 작용하는 토압은 벽체의 변위에 따라서 주동토압, 수동토압, 정지토압이 있으며, 실제 옹벽의 변형조건에 따라 적절한 토압을 적용한다.

(2) 토압 계산방법은 Coulomb 토압이론, Rankine 토압이론을 적용할 수 있다. 일반적인 경우는 Coulomb 토압이론을 사용하고, 캔틸레버 옹벽(역 T형 또는 L형 옹벽 등) 또는 부벽식 옹벽과 같이 뒷굽에서부터 연직하게 세운 가상면에 토압이 작용하는 경우에는 Rankine 토압을 사용해야 한다.

(3) 콘크리트옹벽 배면의 뒤채움 형상이 불규칙하거나 상재하중 조건이 불규칙한 경우는 Coulomb의 흙쐐기 이론에 기초한 시행쐐기법을 이용한다.

4.4 안전율 기준

(1) 콘크리트옹벽의 안정해석에서 안전율은 표 4.4-1의 기준안전율 이상이어야 한다. 지진 시는 지진하중을 고려하여 검토한다.

4.4.1 활동 안정성

(1) 활동에 대한 안정성은 기초지반면과 콘크리트옹벽 저면에서의 미끄러짐이 발생하는가에 대한 검토이다. 경사하중 또는 비탈면상에 설치된 기초, 수평력을 받는 구조물의 기초에 대해서는 활동에 대한 파괴를 검토해야 한다.

(2) 활동에 대한 검토는 활동을 유발하는 횡방향 하중과 활동에 저항하는 저항력의 비율이 기준안전율 이상이어야 한다.

                                             (4.4-1)

여기서, ：활동에 대한 안전율

          ：활동저항력(resisting force to sliding)

          ：활동력(sliding force)

           ：설계안전율

(3) 점성토지반상의 콘크리트옹벽기초에 대해서는 지반의 건조수축과 침하로 인하여 지반과 기초사이의 이격이 생길 가능성을 고려해야 한다. 콘크리트옹벽 전면 흙의 수동토압을 활동 저항력으로 고려하고자 하는 경우에는 기초 전면 흙이 장기적으로 유지될 수 있는지 여부를 확인해야 한다.

(4) 옹벽 저판의 설치깊이는 동결심도 이상이어야 하며 동결심도가 얕은 지반이라 하더라도 지표면 아래로 최소한 1.0 m 이상의 깊이에 설치해야 한다. 그리고 비록 저판이 소요깊이를 확보하더라도 다음과 같은 점에서 수동토압에 의한 저항을 무시하는 것이 안전측이다.

① 수동토압이 발생하기 위해서는 상당한 옹벽의 변위가 필요하다.

② 우수나 유수에 의해 옹벽 앞굽 주변의 흙이 세굴될 수 있다.

③ 옹벽 앞굽 주변은 되메움한 흙으로서 초기 강도를 기대하기 곤란하다.

(5) 옹벽 앞굽 앞에 있는 저판 바닥 위의 토피 두께가 그대로 유지될 수 있다면 활동에 대한 안정 검토 시 수동토압을 고려할 수 있으나 이때의 최소안전율은 2.0 이상이어야 한다.

(6) 저판과 흙 사이의 마찰력이나 부착력에 의한 저항만으로 활동에 대한 안정이 제대로 얻어지지 못하는 경우에는 저판 바닥면에 돌출부를 설치하거나 말뚝을 설치하여 활동에 대한 저항력을 증대시킬 수 있다.

4.4.2 활동저항력의 증가

(1) 횡방향 하중에 대한 활동저항력을 증가시키기 위하여 기초 저판하부에 돌출된 활동방지벽(shear key)을 설치하거나 또는 지반과 접하는 기초를 경사지게 설치하는 방법이 있다. 활동방지벽의 높이는 일반적으로 저판높이의 2/3배 이상, 기초폭의 10% ~ 15%로 하는 것이 바람직하다.

(2) 활동방지벽을 설치한 경우 활동에 대한 검토는 활동을 유발하는 횡방향 하중과 활동에 저항하는 지반의 저항력과 활동방지벽에 의한 저항력을 함께 고려한다.

                                        (4.4-2)

 여기서,  ：활동에 대한 안전율

          ：활동방지벽에 의한 활동저항력

           ：활동저항력(resisting force to sliding)

           ：활동력(sliding force)

            ：설계안전율

(3) 기초저면을 경사지게 하더라도 역학적으로 지지력에 대한 문제는 없으나 쉽게 흐트러지기 쉬운 지반조건에서는 주의한다.

4.4.3 전도 안정성

(1) 전도는 콘크리트옹벽의 앞굽을 중심으로 콘크리트옹벽 전체가 앞으로 회전하는지 여부에 대하여 검토한다. 옹벽은 배면의 횡방향 토압으로 인해 저판앞굽을 중심으로 전도하므로 옹벽은 이에 대해 충분히 안전하게 저항해야 한다.

(2) 전도의 검토는 콘크리트옹벽에 작용하는 하중의 조합에 의해 작용모멘트와 저항모멘트의 비율이 기준안전율 이상이어야 한다.

                                              (4.4-3)

여기서, ：전도에 대한 안전율

         ：저항모멘트 (resisting moment)

         ：활동모멘트 (driving moment)

          ：설계안전율

(3) 별도의 계산을 하지 않더라도, 하중저항계수설계법에서는 다음 기준을 만족하면 전도에 대해 안정한 것으로 간주한다.

① 기초지반이 흙인 경우, 힘의 합력이 기초중심에서 1/4B 이내에 있는 경우

② 기초지반이 암인 경우, 힘의 합력이 기초중심에서 3/8B 이내에 있는 경우

4.4.4 지지력 검토

(1) 지지력 검토는 다음과 같이 콘크리트옹벽 하부에 발생하는 지반반력()과 지반의 극한지지력()의 비율이 기준안전율 이상이어야 한다.

                                              (4.4-4)

여기서, ：지지력에 대한 안전율

           ：지반의 극한지지력

        ：지반반력

          ：설계안전율

(2) 지반의 지지력의 계산은 KDS 11 50 05와 KDS 11 50 10을 참조한다.

4.4.5 전체안정성

(1) 전체 안정성이란 옹벽구조물 뿐만 아니라 옹벽기초 아래 및 옹벽 벽체 뒤의 지반이 포함된 전체의 안정성을 의미한다. 특히 연약지반상에 구조물이 축조되는 경우 전체 안정성이 문제될 수 있으며 이에 대한 평가를 위해서는 현장에 대한 지질학적 탐사, 토질역학적 조사 및 시험과 이를 바탕으로 한 안정성 검토가 필요하다. 전체안정성 해석에는 수정 Bishop법, Janbu의 간편법, Spencer방법 등이 사용될 수 있다. 전체 안정성이 문제될 수 있는 연약지반의 경우 다음과 같은 현상이 발생할 수 있다.

① 옹벽 구조물 하중으로 인한 압밀침하

② 장기간의 경과에 따른 크리프 침하

③ 지반의 측방유동으로 인한 구조물의 수평이동

(2) 옹벽을 포함한 굴착면 전체의 안전율이 1.5 이하인 경우 아래의 방법을 취해야 한다.

① 기초 슬래브 하부의 활동방지벽(shear key) 깊이를 증가시킨다.

② 기초지반이 연약하고 비교적 얕은 곳에 지지층이 있는 경우, 연약층을 치환해야 한다. 치환재료는 뒤채움재와 동등 이상의 것으로 하고, 지하수가 있는 경우에는 쇄석 등 양질의 것을 사용해야 한다.

③ 일반적으로 연약층이 얇은 경우는 양질의 재료로 치환하는 것이 경제적이지만, 치환재료 획득이 곤란하거나 수동토압을 기대할 수 있는 옹벽에서는 기초 슬래브 저면을 지지층까지 내리는 것이 경제적일 수 있으므로 치환여부는 현장조건을 감안하여 결정해야 한다.

④ 기초지반이 경사진 경우 또는 기초 슬래브 저면의 일부가 불량한 경우, 그 부분을 굴착하여 콘크리트로 치환해야 한다. 치환하는 위치의 저면은 수평으로 굴착하고 필요에 따라 최소 0.5 m 정도의 받침대를 설치하는 것이 좋다.

⑤ 말뚝기초를 검토해야 한다.

⑥ 상기 방법에 의해서도 안전율을 확보할 수 없는 경우, 옹벽설치에 관한 전체계획을 변경해야 한다.