보강토옹벽 구조안전확인

 
보강토 옹벽을 시공함에 있어서 주의사항, 확인사항, 안전핵심사항 등을 안내합니다.
건축 부지가 경사지에 있는 경우, 토공사에서 보강토 옹벽을 선택하는 이유는 경제성, 시공성, 공기단축효과 등이 탁월하다는 장점 때문입니다.
그러나 쉽게 짐작하고 대충 쌓으면 문제가 발생합니다.
풍부한 시공경험을 가진 전문 시공사가 아닌 자가 콘크리트 블록을 쌓아올린 겉모습만 보고, 그 뒤에 어떤 조치가 필요한지 알지 못하는 수준에서 대수롭지 않게 여기고 직접 시공하거나, 무경험자에게 시공을 맏긴다면 붕괴될 가능성이 높습니다.
 

주의사항

1. 시공은  풍부한 시공경험을 가진 전문 시공사에게 의뢰하여 진행할 것.
 
2. 설계(구조안전확인)은 시공 전에 해당 전문분야 기술사에게 의뢰하여 안전여부를 확인 받을 것.

    1) 시공전에 구조설계를 통하여 현장조건을 정확히 반영한 구조적 안전성 여부를 확인하고, 시공조건 등을 확보.
    2) 건축부지에 부속된 시설에 대한 구조설계(구조안전확인)는 '건축구조기술사'에게 의뢰할 수 있음. 다만 높이 5미터 이상의 옹벽은 「건축법시행령」 제941조의 3 제3항에 따라 '토목구조기술사' 또는 '지질 및 기반 기술사'의 협력을 받아야 함.
 

3. 다음의 조건에서는 보강토 옹벽을 설치를 금지함.

    1) 배수시설 외의 다른 시설물을 옹벽 보강 영역 내에 설치하여야 할 경우. 즉, 보강재를 손상하지 않고는 시설물에 접근할 수 없고, 시설물의 손상이 구조물의 안정성을 위협하는 경우.
    2) 범람으로 인한 침식이나 세굴에 의해 보강토체, 전면벽체 그리고 기타 지지 기초의 하부층이 손상 받을 수 있는 경우.
    3) 지반, 지표수, 지하수가 강한 산성 또는 화학적으로 오염되어 토목섬유 보강재를 부식시킬 수 있는 해로운 환경조건에 노출된 경우.
 

설계(구조안전확인) 및 시공 내용에 대한 확인사항

1. 재료조건

    1) 콘크리트 블록 :  한국산업표준규격 KS F 2422, KS F 2405, KS F 4419에서 정하는 바에 따라 평균압축강도가 28MPa 이상,  평균 흡수율 7% 이내, 최대 흡수율 10% 이내인 제품이어야 함.
   2) 토목섬유 보강재  : 보강토 옹벽의 붕괴를 막는 주요한 역할을 하는 부재는 토목섬유 보강재이고, 강재 띠형 보강재, 강재 그리드형 보강재, 토목섬유 보강재 등 세 가지가 있으며, 이중에 토목섬유 보강재의 하나인 '지오그리드'가 보편적으로 사용되고 있음. 토목섬유 보강재 제품은 시험성적서의 극한인장강도(Tult) 값이 설계 구조계산서에서 가정한 값 이상을 확보하는 제품이어야 함.
    3) 뒷채움 : 콘크리트 블록 후면의 뒷채움은 자갈을 사용함으로서 사이 공극으로 배수를 원활하게 하여 옹벽에 수압이 작용하지 않도록 하는 역할 뿐만 아니라, 블록 주변에서 다짐시 작은 힘으로도 블록이 밀려나지 않고 충분히 다져질 수 있도록 배려된 것임. 이 뒷채움의 두께는 0.3m 이상을 기본으로 하고, 뒷채움 배수층과 보강토 사이에 분리용 부직포를 필터용으로 설치하는 경우에 뒷채움 배수층의 두께는 0.15m까지 감소시킬 수 있다고는 하지만, 부직포 필터 설치는 가급적 모든 조건에서 설치하는 것이 바람직하며, 기상이변 등에 의한 폭우와 또 블록 주변 다짐시 블록이 외부로 밀릴 수 있는 가능성 등을 종합적으로 우려했을 때에 현장조건이 허락한다면 가급적 0.3m 보다 더 두껍게 뒷채움을 설치하는 것이 안전에 크게 도움이 됨. 
    4) 콘크리트 블록 저하부의 기초 : 잡석 또는 무근콘크리트로 시공하고, 잡석인 경우는 입경 50~150mm 범위의 양호한 입도분포를 갖는 것이어야 하며, 콘크리트인 경우는 KS F 4009에서 규정된 레디믹스트 콘크리트로서 강도 18MPa 이상이어야 함. 다만 기초 지반이 불량한 경우에는 철근 콘크리트로 시공하고, 기초 지반이 암반인 경우에는 직접 정착시킬 수 있음.
 

2. 설계조건

    1) 보강토 옹벽의 설계(검토)는 자격이 되는 기술사에게 의뢰하여 구조계산에 의해 안전성을 확인받을 것. 
    2) 보강토 옹벽 전면벽체로부터 지오그리드 등의 보강재가 포설되어야 하는 영역의 상부에는 건축물이나 과도한 중력방향 하중이 작용하지 않는 조건이어야 하며, 차량의 통행이 가능한 영역에서는 그 하중의 영향을 충분히 반영하여야 함.
    3) 보강토옹벽은 외적 안정성(저면활동, 전도, 지지력, 전체 안정 및 침하)와 내적 안정성(인발파괴, 보강재파단)에 대해 모두 안전하도록 설계(검토)되어야 함.
    4) 상기 내·외적 안정성(6항목)에 대하여 평상시 뿐만 아니라 지진시에 대해서도 모두 설계(검토)되어야  함.
    5) 전면활동에 대한 검토 : 보강토옹벽 전체 활동에 대한 검토는 보강토옹벽이 배면의 토압에 의해 외부경계 밖으로 미끄러져 나가는지에 여부에 대한 검토임. 보강토옹벽을 하나의 강성구조체로 보고 활동파괴면이 보강토체를 통과하지 않는 것으로 고려함. 일반적으로 균등한 보강재 간격을 갖는 수직 보강토옹벽에서는 활동파괴면이 보강영역과 비보강영역을 동시에 통과하는 복합활동파괴가 발생하지 않음.
    6) 전도에 대한 검토 : 보강재가 설치된 영역을 포함하는 보강토옹벽이 배면의 토압에 의해 외부경계 밖으로 넘어가는지 여부에 대한 검토이며, 전면활동과 같이 보강토옹벽을 하나의 강성구조체로 고려함. 설계기준에서 허용하는 약식의 검토방법과 정식의 검토방식을 모두 검토함.
    7) 지지력에 대한 검토 : 보강토옹벽의 하부 지반이 단단한지에 대한 검토임. 지지력이 부족하면 보강토옹벽 및 보강재 설치범위의 상재하중 및 토사하중에 의한 압축하중으로 지지면 파괴가 발생하여 침하 및 외부경계 밖으로 토사가 융기되는 현상 등이 발생할 우려가 있으므로 이를 검토함.
    8) 전체 안정 및 침하에 대한 검토 : 보강토옹벽 설치구간은 옹벽의 자중과 보강재 설치구간의 상재하중 및 토사하중에 의해 수직방향으로 변형이 발생할 우려가 있으므로 이를 검토함.
    9) 인발파괴에 대한 검토 : 보강재가 토압에 의해 저항영역으로부터 빠져 나오는 여부에 대하여 검토함. 보강토옹벽의 내적안정은 보강토체를 활동영역과 저항영역으로 나누어 각 층위에서 최대작용하중을 계산한 후,  안전여부를 확인함. 보강재 설치높이별 작용인발력에 대한 소요(설치)길이를 산정하여 결점함.
    10) 보강재파단에 대한 검토 : 토목섬유 보강재가 설치되는 각 층위에서 작용하는 최대작용하중에 대하여 보강재가 인장파괴(끊어짐)되는지 여부에 대하여 검토함. 보강재 설치높이별 보강재의 파단 가능성 여부를 평가함.
    11) 지진시 보강토옹벽에 고려하는 하중은 정적상태에서 작용하는 하중과 지진에 의해 작용하는 지진관성력 및 동적토압이며, 일시적인 상재하중은 고려하지 않음. 지진관성력은 보강된 토체 중량에 의해 작용하는 지진하중이고 토체 자중과 수평지진계수를 곱하여 산정하고 보강토체의 도심에 수평으로 작용하며, 동적토압은 보강된 토체 뒷부분의 파괴쐐기에 의해 보강토체에 작용하는 토압이고 파괴흙쐐기의 자중과 수평지진계수를 곱하여 산정한 토압이며 Mononobe-Okabe 방법을 이용하여 유사정적해석법으로 산정할 수 있음.
    12) 풍하중은 방음벽 등을 설치하는 경우 이에 적용할 수 있으나, 보강토 옹벽 전면벽체는 비교적 두께가 얇아 가드레일 등의 구조물로부터 전달되는 충격력과 방음벽 등에 의한 하중을 지지할 수 없기 때문에 이들의 부대구조물을 벽면공에 직접 연결시키지 않도록 하여야 함.

 

3. 시공조건

    1) 터파기 : 터파기 깊이는 지면에서 최소 0.6m 또는 전면벽체 전체 높이의 1/20 중 큰 값 이상으로 전면벽체가 근입되도록 하고, 굴착된 바닥면은 평탄하게 지반고르기를 시행할 것. 연약지반이거나 지하수가 용출되는 지반인 경우에는 설계 구조계산서 요구하는 허용지지력을 갖도록 치환 또는 기초형식변경 등의 조치를 할 것. 기초공 시공전에 원지반 다짐 후 평판재하시험을 시행하고 허용지지력이 최소 150MN/m³ 이상으로서 설계 구조계산서에서 검토한 허용지지력을 만족하는지 확인하여야 함.
    2) 전면벽체 하부 기초공 : 전면벽체 높이가 높지 않고  기초 지반이 양호한 경우에는 잡석다짐 또는 무근콘크리트로 시공할 수 있다. 이때 두께는 통상 150mm 이하에 폭 0.5m 정도이고, 잡석 다짐시에는 국가표준시방서 KCS 44 50 05의 보조기층 다짐기준 이상으로 충분히 하져야 하고, 무근 콘크리트는 압축 강도 18MPa 이상인 레미콘으로 타설하여야 함. 단 공사감독자 및 지반분야 책임기술자가 필요하다고 판단하는 경우에는 10 m 미만의 블록식 옹벽에도 철근 콘크리트를 사용할 수 있음.
    3) 전면벽체 설치 : 전면벽체의 첫 단은 겨냥줄에 맞추어 전면부의 선형 및 수평이 유지되도록 정밀하게 설치하되 블록의 전면부에 미리 철근 등을 고정하여 되메우기 또는 쌓기작업으로 인해 블록이 이동하는 것을 방지하고, 윗단을 설치할 경우에는 아랫단 상부를 깨끗이 청소한 후 견고하게 고정시킬 것. 쌓기 중에는 옹벽전면의 경사와 수평상태를 수시로 확인할 것. 전면벽체는 한 단씩 쌓아올리고 매 단마다 블록속채움 및 뒤채움쌓기를 시행한 후 다음 단을 쌓아 올릴 것. 최상단  최종 블록 설치 후에는 상단의 이물질을 제거하고 시멘트모르타르 또는 접착제를 이용하여 덮개블록을 고시킬 것. 각 블록에는 연결핀을 설치하여 위아래 블록이 연결되도록 하고, 블록 내부가 비어있는 구조인 경우는 블록내부에 25mm미만의 최대입경을 가진 배수성 재료로 속채움을 할 것. 건축물 등의  구조물과의 접속부에서는 전면벽체 배면과 구조물 사이 뒤채움재 유실을 방지하기 위하여 토목섬유 필터재를 충분한 길이로 설치하고, 전면벽체와 구조물 사이에는 충전재로 채우며, 구조물 접속부의 전면은 실란트로 마무리 하거나, 구조물에 L형 가이드를 부착하여 마감할 수 있음. 블록과 블록사이에 틈은 5mm 이상 발생하지 않도록 관리하여 필터층과 보강토체의 흙 입자 유실을 방지할 것. 블록은 벽돌쌓기에 따라서 쌓고 통줄눈이 발생하지 않도록 할 것.
    4) 뒷채움 시공 : 뒤채움의 다짐은 두께는 200~300mm마다 실시하고, 규정된 밀도를 얻기 위하여 필요하면 다짐두께를 줄일 수도 있음. 뒷채움 재의 포설은 전면벽체의 휨방지를 위해 전면벽체 쪽에서부터 시공하고, 전면벽체와 평행한 방향으로 진행하며, 또한 보강재 상부에 포설할 경우에는 보강재가 움직이거나 손상을 입지 않도록 주할 것. 교차각이 120° 이내인 우각부 및 곡선부에서는 다짐이 어려우므로 블록 배면의 자갈 배수/필터층의 폭을 옹벽높이의 1/2까지 확장하여 포설할 수 있음. 블록식 보강토옹벽의 경우 전면벽체에서 1.0 m 이내에서는 포설 및 고르기를 인력으로 시행하고, 다짐은 소형 진동 다짐기계를 사용할 것. 다짐장비의 주행은 전면벽체와 평행이 되도록 하고, 다짐은 최대건조밀도(D, E 방법)의 95% 이상이 되도록 할 것. 타이어가 장착된 장비는 시속 20km 이하 속도로 다지고, 다짐 중 급제동 또는 급회전은 삼가할 것. 전면벽체 배면으로부터 최소 30cm 까지는 자갈 배수/필터층을 설치하고, 전면벽체와 보강재 사이에 단차가 발생하지 않게 주의할 것. 보강재를 설치한 면을 다질 시에는 보강재 위를 다짐장비가 직접 올라타게 해서는 안 되고, 뒤채움재를 명시된 두께로 포설한 후 다짐할 것. 뒤채움재의 포설과 다짐작업은 구조물을 변형시키지 않도록 주의해서 시공하여야 하고, 전면벽체에 변형이 생긴 경우에는 즉시 모든 작업을 중단하고 수정 후 재시공할 것. 하단(옹벽 근입부) 전면벽체의 전･후면은 가급적 빠른 시간 내에 되메우고 다짐하여 우수 등에 의해 세굴되지 않도록 할 것. 뒤채움재의 포설 및 다짐은 기온이 1.5 ℃ 이상일 때만 시행하고, 시공 중 비 또는 눈이 오는 경우에는 즉시 작업 중단하고 폴리에틸렌 등의 피막으로 작업표면을 덮어 우수의 침입을 막으며, 현장과 토질조건이 다지기에 적합할 때까지 작업을 재개하여서는 안 됨.
    5) 배수 및 차수 : 보강토 옹벽에서 뒷채움은 블록 인접의 다짐하중 부담을 줄이는 효과와 더불어 수직방향 배수층을 형성하기 위한 것으로서 전면벽체의 배면에 수압이 작용하지 않도록 하고 되메운 흙이 전면벽체 밖으로 유실되는 것을 방지하기 위한 것임. 여기에 더하여 뒷채움과 되메우기 흙 사이에 부직포 등 토목섬유 필터를 설치하여 흙이 뒷채움의 공극을 메우지 못하도록 하고 뒷채움의 두께는 현장에서 허락되는 한 가급적 두껍게 하는 것을 적극 권장함. 뒷채움 하부에는 수직방향 배수층으로 유입된 물을 외부로 방출하기 위하여 배수파이프 수평유공관을 설치하여야 하고, 시공시기가 강우기인 경우와 함수비가 높은 뒤채움흙을 사용하는 경우에는 일정 쌓기 두께마다 배수파이프 수평유공관을 설치하며, 우천시 표층의 면적이 상당히 넓어서 강우의 유입수량이 크고 옹벽 높이가 높아서 배면 지하수위가 탁월하게 높아질 우려가 있다면 뒷채움 하부의 배수파이프 수평유공관 만으로는 물을 제대로 배출할 수 없어서 보강토 옹벽이 붕괴될 수 있으므로 옹벽이 노출되는 곳에도 블록을 관통하는 배수구멍을 추가로 설치하여 적극적으로 사고를 예방하여야 함. 전면벽체 최상단에서 후면으로 약 1m폭으로 깊이 10cm 이상(강우가 큰 지역에서는 더 깊게)의 도랑을 형성하여 표면 차수층을 형성하여야 하고, 이 구간의 단면은 투수성 채움재(두께 20cm) 위에 불투수성 콘크리트 또는 아스팔트 라이닝(두께 10cm)를 설치하거나, 지오맴브레인 위에 불투수성 채움재(두께 20cm)를 설치하고 상부토층으로 덮는 등의 조치를 하여야 함. 전면벽체 외측 저면에 도랑이 있거나 배수가 원할하지 못하면 쇄굴되어 옹벽이 내려앉을 수도 있으므로 콘크리트 포장 배수로를 설치하거나, 기초 위 소단에 큰 잡석을 설치하는 쇄굴방지공을 설치하거나, 기초 저면의 깊이를 충분히 깊게 하는 등의 적극적인 조치를 권장함. 
   6) 보강재의 설치 : 기초면부터 보강재를 설치할 것. 지오그리드 등 보강재의 공인시험기관 시험성적서를 확인하여 징장강도가 설계 구조계산서에서 요규하는 값 이상인지를 확인할 것. 보강재 길이를 설계 구조계산서에서 검토된 길이 이상으로 절단하여 전면판인 블록 위의 연결핀에 고정시켜 뒷길이 만큼 수평으로 펼쳐 포설하고, 맨 뒷부분의 보강재는 못으로 고정하고 이 사이에 이음부가 없도록 할 것. 보강재가 설치될 모든 표면은 움푹 파인 곳이나 뜬 돌, 나무뿌리 등을 제거하여 청결한 상태를 유지할 것. 보강재는 설계도서에 명시된 높이와 길이로 전면벽체와 직각을 이루도록 설치할 것. 보강재의 인장력을 향상시키기 위하여 연결밴드로 보강재와 보강재를 서로 연결하여 하나의 큰 보강재로 만들 수 있고, 이때 폴리에스테르(polyester) 보강재의 횡적 겹침(overlap)은 60~100mm 정도이며, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 횡적 겹침 없이 설치할 수 있음. 간혹 낮은 인장강도의 보강재를 2개 이상 중첩시키면 인장강도 효과가 더 크게 발휘될 것으로 기대하기도 하지만, 오히려 보강재와 보강토체 사이에 마찰력을 저감시켜 토사 미끄러짐으로 보강토 옹벽이 붕괴되는 사고를 유발할 수 있으므로 금지함.
   7) 전체 다짐 : 보강토 옹벽 설치를 완료하고 표층을 다짐할 때는 다짐으로 인한 전면벽체의 변형을 최소화하기 위하여 전면벽체로부터 배면쪽 1m~2m 까지는 대형장비의 진입을 방지하고 소형의 다짐장비로 다져야 함.
 

보강토옹벽 안전의 핵심 

 보강토 옹벽의 붕괴가 우려되는 원인은 크게 하중과 물, 그리고 보강재 훼손입니다.
 

1. 하중

시공시 다짐하중과 사용시 상재하중이 과도하면 보강토 옹벽에 변형 및 붕괴를 야기함. 시공시 뒷채움벽의 두께는 가급적 최대한 두껍게 하고 이 부위에서는 소형 다짐장비를 사용하여야 하며, 완공 이후 사용시 보강재가 포설된 영역에는 설계 구조계산서에서 고려한 하중을 초과하는 하중이 작용하지 않도록 통제하여야 하며, 특히 건축물 · 공작물 등 상당한 하중이 작용하는 시설물을 보강재가 포설된 영역 위에 신축·증축하는 경우에는 기존 보강토 옹벽을 모두 철거하고 인장강도가 큰 보강재로 재설치하거나 다른 형식의 안전한 옹벽으로 재시공해야 할 수도 있음도 유념하여야 함. 
 

2. 물

보강토 옹벽으로 돋우어 형성한 부지의 면적이 상당히 넓거나, 주변에 산이나 언덕 등 자연 경사지에 인접하여 지하수가 공급되는 지반인 경우이거나, 옹벽 높이가 높아 일상시 또는 특히 우천시 지하주위 상승으로 인해 측수압이 크게 작용할 것으로 우려됨. 특히 최근의 기상이변으로 예상치 못한 폭우에 대비하여 배수 및 차수계획을 적극적으로 하여야 함.
   1) 배수계획 : 보강토 옹벽 뒷채움 자갈배수층의 두께를 가능한 두껍게 하면서 다층의 수평유공관 및 옹벽관통 배수구멍 설치 등 적극적인 조치를 권장함.
   2) 차수계획 : 보강토 옹벽 내측 부지 내에 지표 상단에 마지막으로 설치되는 보강재는 그 상부의 토심이 얕아 중력방향으로 누르는 하중효과가 작아서 보강재에 마찰저항력이 적게 발휘되는데, 표토의 흙이 우천에 의해 수분포화되면 보강재가 쉽게 미끄러져서 결국 보강토 옹벽 입면의 최상단 블록부터 V자형으로 일부 붕괴될 수 있음. 최상단 블록 주변에 콘크리트 등 불투수층을 설치하고 노출배수관로를 형성하며, 가급적 사용부지 전체는 콘크리트로 포장하여 우수가 지중으로 유입되는 것을 적극적으로 방지할 것을 권장함. 보강토 옹벽 외측 기초주변이 상습 침수되거나 낙수의 영향을 받는 지표라면 쇄굴되어 옹벽이 내려앉을 수도 있으므로 콘크리트로 도랑을 형성하거나 큰 잡석을 두껍게 쌓는 쇄굴방지공설치를 적극 권장함.
 

3. 보강재 훼손

시공중 보강재 포설된 직후에 장비가 진입하면 보강재가 훼손되어 제대로 끊어짐 또는 부분 단면훼손으로 설계에서 고려한 인장강도를 발휘할 수 없으므로 주의하여야 하고, 사용중에 지중관로나 지하구조물 설치를 위해 임의로 보강재를 절단하는 경우에는 마찰저항력이 일부 상실되어 옹벽 블록의 붕괴를 야기할 수 있으므로 작업전에 담당 기술사에게 안전성 여부를 확인받는 등 면밀한 검토 후 추진하여야 함.
 
.  끝.

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이 글은 코어건축구조기술사사무소의 도움으로 작성되었습니다.