급경사지 인공비탈면

급경사지 인공비탈면

• 급경사지에서 정의하는 인공비탈면은 "높이가 5m 이상이고, 경사도가 34˚이상이며, 길이가 20m 이상인 비탈면"을 말하며, 깎기비탈면과 쌓기비탈면, 옹벽 및 축대 등으로 구분된다.

 

1. 깎기비탈면

• 깎기비탈면은 "절토비탈면"이라고도 하며, 도로나 부지확보를 위해 지반을 인위적으로 절토하여 발생된 비탈면을 말한다.
• 깎기비탈면은 자연적으로 형성된 지반에 인위적인 변형을 가해서 조성된 구조물이기 때문에 비탈면 구성물질의 풍화, 세굴 등에 의해 안정성이 저감될 수 있어 지속적인 유지관리가 필수적이다.

깎기비탈면의 구성

• 비탈면 구성물질의 70% 이상이 토사로 이루어진 비탈면은 토사비탈면이라고 하며, 비탈면 경사, 지반정수, 침투수 등이 안정성에 큰 영향을 미친다. 대규모 붕기비탈면에서 토사비탈면이 차지하는 분포비율은 상대적으로 높으며, 구성 물질이 비교적 균질하여 사전붕괴 인지에 가장 유리하다. 대표적인 붕괴유형으로는 침식, 표층유실, 활동파괴 등이 있다.
• 암반비탈면은 비탈면 구성물질의 70% 이상이 암반으로 구성된 비탈면을 지칭하며 주로 불연속면에 의한 거동지배를 우세하게 받는다. 대표적인 붕괴유형으로는 낙석, 쐐기파괴, 전도파괴 및 평면파괴 등이 있다.
• 투수율이 낮은 암반층과 토사지반이 상하로 구성되어 있는 것을 혼합비탈면이라 한다.
• 혼합비탈면에서 암반과 토사의 지층경계선(또는 지층구분선)이 비탈면 방향 쪽으로 기울어져 있는 혼합비탈면의 경우, 강우 시 지하수의 흐름은 토사층으로 침투된 우수가 불투수층인 암반층과 토사층의 경계인 지층경계선을 따라 흐르게 되며, 지층경계선을 따라 지하수가 이동하는 경우 토사유실이나 저항력 감소로 인해 집중강우 시 붕괴될 수 있는 위험성을 가지고 있으므로 주의해야 한다.
• 암반비탈면과 토사비탈면이 종단방향으로 반복될 때 복합비탈면이라 하며, 일반적으로 지질적인 요인에 의해 단층대가 전단대가 존재하는 비탈면이 이에 해당하고, 차별풍화가 진행되어 암반비탈면과 토사비탈면이 반복되는 경우가 있으며, 이 외에도 지형적인 요인이나 지하수 영향에 의해 혼합비탈면 형태로 노출될 수 있다.

토사깎기비탈면 내 표층붕괴	암반깎기비탈면 실례
혼합깎기비탈면에서의 토층붕괴
혼합깎기비탈면 실례
복합깎기비탈면 실례

 

2. 쌓기비탈면

• 쌓기비탈면은 '성토비탈면'이라고도 하며, 지반 위에 흙이나 암석을 쌓아서 형성되는 인공비탈면을 말한다.
• 일반적으로 비탈면의 표면은 수평이 아니라 경사져 있기 때문에 토체는 안정성을 확보하기 위하여 잠재활동면을 따라 하향으로 이동하려는 경향을 가진다.
• 토체의 활동은 흙의 전단강도가 비탈면의 자중 및 회전 하중에 의한 전단력 보다 작은 경우에 발생할 수 있으며, 이러한 토체의 활동을 방지할 수 있도록 흙의 전단강도를 증가시키기 위하여 적절한 안정성을 확보한 상태로 시공되어 진다.
• 쌓기비탈면에 사용되는 재료는 대부분 현지에서 활용 가능한 토사, 암석 등을 사용하며, 때로는 점성토와 같이 과도한 침하, 변형을 유발하여 성토재료로 사용이 부적합한 재료를 사용하거나, 강우 등 기상조건의 영향을 받아 충분한 다짐을 실시하지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
• 또한 쌓기비탈면은 장기적으로 침하 등의 과정을 거치면서 안정화되는 과정을 거치게 되는데, 최근에는 대규모공사로 기계화 시공에 의한 급속 시공을 실시하게 됨으로써 재료의 품질관리가 많이 향상된 것이 사실이나, 과거의 쌓기비탈면의 경우 시공과 관리의 기록이 거의 없는 실정이다.
• 따라서, 쌓기비탈면을 안정적으로 유지관리하기 위해서는 공사중에는 규격에 적합한 토공재로를 사용하며, 다짐 등 규정에 맞는 품질관리가 요구되고, 원지반의 경사가 14˚(1:4)이상인 경우 원지반과 경계면에서의 활동을 방지하기 위해 층따기를 실시하여야 하며, 쌓기비탈면 높이가 높은 경우 장기적인 침하, 변형관리를 위하여 계측 등 시공관리 기록 유지가 중요하다.
• 쌓기비탈면의 종류는 쌓기비탈면이 만들어지는 관련 구조물과 연관되어 구분되는 것이 대부분이고, 도로나 철도의 성토는 포장이나 철길을 통하여 각각의 교통하중을 지탱하게 되므로 쌓기비탈면은 상부 구조물을 충분히 지지할 수 있어야 하며, 부등침하 등으로 구조물의 손상이나 기능이 저해되지 않도록 해야 한다.
• 한편 하천제방, 택지 및 필댐은 지수, 물막이, 저수를 목적으로 하는 쌓기비탈면이므로 유수, 월류, 침투수 등에 의한 세굴, 퀵샌드(Quick sand), 파이핑(Piping)의 방지와 이것에 의한 비탈면 붕괴가 발생 되지 않도록 조치하여야 한다.

쌓기비탈면 대표 단면(건설공사 비탈면 설계기준(2011))

쌓기비탈면의 대표단면(한국도로공사)

땅깎기 및 흙쌓기 부위의 명칭(국가건설기준 KDS 44 30 00 도로 토공)

 

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3. 옹벽 및 축대

• 옹벽은 '흙 또는 암반으로부터 안정을 유지하기 어려운 곳에 붕괴를 방지하고 사용 목적에 따른 기능을 수행하기 위하여 설치하는 구조물'을 말하며, 축대는 '구조물 상부 부지를 평평하게 조성하여 활용할 목적으로 높이 쌓아 올린 시설물'로서 옹벽의 일종으로 볼 수 있다.
• 옹벽은 콘크리트, 블록, 돌 등의 다양한 재료를 사용하여 지반을 안정화하여 옹벽 상부 또는 하부의 시설물을 보호하는 시설물로 사용 재료와 구조적 특성에 따라 콘크리트 옹벽, 보강토 옹벽, 돌망태 옹벽, 돌(블록)쌓기 옹벽(석축), 기대기 옹벽, 축대 등으로 분류할 수 있다.

옹벽의 분류

 

가. 콘크리트 옹벽

• 콘크리트 옹벽은 비탈면의 안정성을 유지하고 옹벽 전면 또는 배면에 공간을 확보하기 위해 설치하며, 옹벽의 형식은 중력식, 반중력식, 캔틸레버식, 부벽식 등으로 분류한다.
• 콘크리트 옹벽은 옹벽과 기초지반 사이의 파괴, 옹벽배면 지반의 파괴와 옹벽을 지지하는 기초지반의 파괴가 발생하지 않도록 설계해야 하며, 콘크리트 옹벽의 설계수명기간동안 과도한 변형, 단면손상 및 파괴가 발생하지 않아야 한다.

콘크리트 옹벽의 분류

나. 보강토 옹벽

• 보강토 옹벽은 금속(스트립, 그리드 등) 또는 토목섬유 보강재(지오텍스타일, 지오그리드, 띠형 섬유 등)의 인장저항력과 흙과의 마찰저항력을 활용함으로서 수직에 가까운 보강토체를 형성하여 옹벽의 기능을 수행하며, 전면판의 형식과 보강재의 재질 및 삽입방법에 따라 구분할 수 있고, 국내에서 적용되는 일반적인 형식으로는 블록형과 패널형으로 대별할 수 있다.

보강토 옹벽의 구성

보강토 옹벽의 설치기준

 

다. 돌망태 옹벽

• 돌망태 옹벽은 일정한 규격으로 짜여진 철망에 중량의 사석 또는 잡석을 채워 쌓음으로써 중력식 옹벽과 같이 자중에 의해서 배면토압이 저항하는 옹벽의 한 종류이며, 돌망태 옹벽의 주요부재는 철망과 채움재로 이루어 진다.
• 돌망태 옹벽은 철망의 일부가 부식, 손상 또는 파손되더라도 원래의 형상을 유지하고 옹벽의 기능을 유지할 수 있어야 하며, 채움재로 사용되는 돌은 철망의 망목 보다 크고 장기적인 내구성을 지닌 재료를 사용해야 한다.
• 돌망태 옹벽은 수직전면형으로 설치하는 경우는 시공 중 변형과 장기적인 안정성을 고려하여 전면부분이 6˚~10˚이상 뒤로 경사지게 설치하며, 평지의 경우는 0.3m이상, 경사지만의 경우 0.6이상 기초지반에 근입되도록 한다.
• 또는 옹벽배면의 지표 경계면에 부직포 등을 설치하여 배면의 토사가 유출되지 않도록 해야 하며, 옹벽 배면 또는 옹벽 전면에서 지표수가 유입되는 지형에서는 별도의 배수시설을 설치하여야 한다.

돌망태 옹벽의 배수시설

라. 돌(블록)쌓기 옹벽

• 돌(블록)쌓기 옹벽은 과거부터 석축이라는 용어로 흙이 무너지지 않거나, 비탈면 표면 보호용으로 사용되어 왔으며, 다듬은 돌(또는 콘크리트 블록)을 비탈면 표면에 쌓는 방법으로 돌의 틈새에 모르타르나 그라우트를 채운 찰쌓기와 채우지 않은 메쌓기로 구분할 수 있다.
• 돌(블록)쌓기 옹벽은 일반적으로 표준선정 도표에 제시된 옹벽규격을 선택하여 적용하며, 한계높이는 7m로 하며, 찰쌓기는 5m, 메쌓기는 3m를 표준으로 하며, 이보다 높게 설계하고자 할 때는 중력식 옹벽으로 고려하여 옹벽의 두께와 기초의 크기를 결정하여야 한다.

돌(블록)쌓기 옹벽(석축)의 구성

돌(블록)쌓기 옹벽(석축)의 단면 및 배수시설(단위:mm)

 

마. 기대기 옹벽

• 기대기 옹벽은 깎기탈면 하단부의 지지력이 상실된 공간이 발생하여 추가적으로 암이탈이 발생할 위험성이 높거나 단층 등의 파쇄대 발달에 의한 깎기비탈면의 침식 등으로 불안정성이 예상될 때 비탈면의 안정성을 높이기 위해 적용하는 공법이다.
• 기대기 옹벽은 비탈면에 기대어 평행하게 설치하는 합력식 옹벽, 비탈면 하부에 지지력이 상실된 공간에 콘크리트 등을 채우는 버트리스(buttress)옹벽, 계단형태로 옹벽을 만들어 이탈과 붕괴를 방지하는 계단식옹벽으로 구분될 수 있으며, 형식에 따라 최소 200~300mm이상의 벽체두께를 확보하여야 하고, 배수공, 토목섬유 배수제 등을 설치하여 옹벽배면으로 유입되는 지하수를 적절히 배수처리하여 수압이 안정성을 저해하지 않도록 해야 한다.
• 기대기 옹벽은 비탈면에 밀착되어 비탈면의 안정성을 확보하는 방식으로 옹벽과 비탈면의 일체성을 확보하기 위하여 시공 중 거푸집 변형에 의한 공동이 발생되지 않도록 주의해야 한다.

기대기 옹벽의 종류

 

바. 축대

• 축대는 사전적으로 '돌이나 기타 재료를 높이 쌓아 올려 만든 대나 터'를 의미하며, 공학적으로는 옹벽의 일종으로서 옹벽은 옹벽 상부에 비탈면이 존재해나, 축대의 경우 상부를 편평하게 조성하는 구조물이다.
• 축대는 예로부터 경험적인 판단에 의해 돌 등의 재료를 적절히 엇물리게 쌓아 이탈, 전도, 붕괴 등을 방지하도록 설치되어 왔기 때문에 축조된지 오랜기간이 경과 할수록 설계기준, 도면 등의 근거가 없고, 구조적 안정성을 판단하기 어려우며, 장기적으로 틈새에 토사 등이 유입되어 배수효율이 저하되거나, 폭우시 과도한 수압상승 등에 의해 붕괴사고 발생비율이 높다.
• 따라서, 축대는 가급적 콘크리트 옹벽이나 보강토옹벽 등으로 대체 적용하되, 불가피하게 사용해야 하는 경우 중력식 옹벽으로 고려하여 안정성을 확보할 수 있도록 해야 한다.

 

출처 : 급경사지 관리 실무편람