급경사지 옹벽 및 석축의 붕괴(손상) 유형

급경사지 옹벽 및 석축의 붕괴(손상) 유형

• 옹벽은 흙막이 구조물로써 비탈면처럼 붕괴유형을 보이지 않고 구조물을 구성하는 요소들이 부분적으로 손상이나 결함의 형태로 나타나고 손상이나 결함은 한 가지 원인에 의해서 발생하는 것이 아니라 발생한 현상과 원인의 복잡한 조합에 따라 손상패턴을 달리한다.

 

1. 콘크리트 옹벽 손상

• 콘크리트 옹벽에서 발생하는 손상의 종류는 실시하는 안전점검 및 정밀조사 등의 유지관리 과정에서 발견할 수 있는데 구조물 침하, 구조물 전도, 구조물 활동, 콘크리트 파손 및 손상, 콘크리트 마모 및 침식, 콘크리트 열화, 콘크리트 균열, 세굴, 배수공 불량 등으로 구분할 수 있다.
• 구조물 침하는 옹벽구조물이 시공위치에서 수직방향으로 가라앉는 현상으로 정의할 수 있으며 침하가 부분적으로 발생하는 경우에는 인접한 블록간의 단차를 육안 또는 측정 장비를 활용하여 확인할 수 있다.
• 침하의 주원인은 기초지반의 압밀침하, 부등침하, 기초의 세굴 등이며 옹벽 하단 기초지반의 전단파괴에 의해서도 발생할 수 있으며 주로 전도와 활동과 같은 외적 변형과 침하의 형태에 따라 콘크리트 구조체의 균열을 수반하는 것이 특징이다.

침하발생 모식도

옹벽배면 지반침하

 

• 구조물 활동은 저면활동과 원호활동으로 구분되며 저면활동은 작용하는 토압의 수평분력에 의해서 토압이 작용하는 방향으로 활동하려는 것을 말하는데 이 경우 기초지반의 저항력(자중+마찰력)이 부족하면 옹벽은 전체적 또는 부분적으로 이동이 발생하며, 그 정도가 심각할 경우 배면지반의 침하 및 변형의 주된 발생 원인이 될 수 있다.
• 저면활동 시 토괴는 주동 상태에 있으며, 발생형태는 주로 전면으로 이동하는 형태를 나타낸다.
• 원호활동은 저면활동과는 관계없이 지반의 전반적인 전단파괴로 인해 아래와 같은 파괴형태를 나타낸다.

저면활동	원호활동

 

• 구조물 전도는 기울기의 개념으로 옹벽이 설계 시 또는 준공시보다 기울어지는 현상으로서 일반적으로 침하를 동반하여 발생하며 경사가 심해지면 옹벽의 전도에 대한 안정성에 문제가 발생할 수 있다.
• 전도 발생원인은 지반의 침하, 기초의 세굴, 뒤채움 토사에 과도한 토압, 과도한 상재하중, 기초 마운드의 산람이나 옹벽하단의 전단파괴 등에 기인하여 주로 발생한다.

옹벽의 전도

 

• 세굴은 기초지반이 유실된 현상으로 기초지반의 지지력 저하와 수동토압의 감소로 침하, 전도, 활동 등의 외적안정성에 크게 영향을 미치는 결함 항목이며 특히, 하천옹벽과 같이 전면부 기초지반의 침투가 가능한 경우에 발생 가능성이 높으므로 특별한 관리와 주의를 요한다.

기초부 세굴

옹벽 기초부 세굴 상태 및 흔적

 

• 콘크리트 파손 및 손상은 지속적인 외력의 작용이나 과도한 충격에 의해 발생하는 결함으로 구조부재의 주요부가 부서지거나 파손되는 등 눈에 띄는 형상의 변화를 수반하며 이에 따라 구조부재의 안정성과 사용성을 심각하게 저하시키며 구조적인 기능을 회복시키기 위해서는 근본적인 보강이 필요하다.
• 파손으로 분류될 수 있는 결함의 형태는 옹벽의 전면부가 깨진 경우, 철근이 휘거나 부러진 경우 등으로 주원인으로는 낙석이나 차량의 충돌, 비탈면이나 토류벽 구조의 파괴로 인한 과도한 변위, 지진 등을 들 수 있으며, 파손의 크기는 영향부위의 최대치수(깊이, 폭, 변위 등)로 표시한다.
• 손상은 콘크리트 부위가 유실되었으나 철근의 노출이 없이 콘크리트 덮개의 손상만 발생한 현상으로 콘크리트 표면이 충격으로 거칠어진 상태에 있는 것으로 구분할 수 있다.
• 충격손상의 발생 원인은 낙석 및 기타 구조물의 충돌 등이며, 구조적 영향은 크지 않으나 콘크리트 덮개의 감소로 인해 철근의 부식이 촉진될 수 있다.
• 콘크리트 균열의 종류는 과응력 균열, 일반균열, 부식균열 등으로 구분되며, 과도한 외적하중이 작용한 결과로 발생하는 균열인 과응력 균열은 건조수축이나 온도변화에 의한 균열과는 달리 보통 직선으로 발생한다.
• 과응력 균열의 발생 원인으로는 시공 중 과하중 또는 설계오류나 상세 설계의 잘못으로 발생할 수도 있다.

옹벽 손상

 

• 일반균열은 다양한 원인으로 발생하고 경우에 따라 다르나 원인이 불분명한 것들이 많으며, 철근배근 오류, 건조수축, 온도변화 기후작용 및 화학작용 등으로 발생한다.
• 균열폭은 0.5mm 보다 작고 온도에 따라 변하며, 크기는 균일의 길이 및 폭으로 나타낸다.
• 일반균열로 야기되는 구조적인 영향은 크게 심각하지 않으나 구조물의 내구성 저하를 유발한다.
• 부식균열은 철근의 부식과 같은 화학작용에 의한 부식철근의 팽창으로 콘크리트가 쪼개지는 균열이며 부식된 철근을 따라 주로 발생한다.
• 균열폭은 최대부식 위치에서 가장 크고 끝으로 갈수록 폭이 줄어져 사라지고 균열 위치에서 적색, 주황색 또는 갈색의 부식 부산물이 종종 관찰되며 부식균열의 크기 역시 길이 및 폭으로 나타낸다.
• 부식균열이 구조적으로 미치는 영향은 일반적으로 크지는 않지만 철근의 단면 손실과 관련된 구조적인 기능저하를 유발할 수 있고 내구성의 저하를 야기한다.

균열발생형태
전면부의 종방향 균열	전면부의 횡방향 균열

 

• 옹벽 배수공 불량은 우기 시 배면부의 토압 증가를 야기시켜 옹벽의 안전성에 크게 영향을 주는 경우가 있으며, 옹벽 배수공 불량 유형은 뒤채움 흙의 유출이 없는 아주 양호한 상태, 뒤채움 흙의 유출이 부분적으로 일어나 배수의 원활한 흐름에 영향을 주는 보통의 상태, 뒤채움 흙의 유출로 인해 배수공이 완전히 막혀 옹벽 배면부의 과도한 수압증가를 초래하여 옹벽의 안전성에 큰 영향을 조는 불량한 상태로 구분할 수 있다.

배수공 상태에 따른 판단기준	배수공 불량 상태

 

• 콘크리트 열화는 공기 중의 배기가스가 녹은 물 또는 유해한 성분을 포함한 침투에 의해 상당한 깊이까지 변질하여 강도저하를 일으키는 현상이다.
• 열화를 유발하는 가장 큰 원인은 배기가스 및 유해수는 시공이음부 뿐만 아니라 콘크리트 자체에 배기가스 중에 함유된 아황산가스가 녹은 물(습기)이 침투함으로 인해 상당한 깊이까지 침투하여 여러 가지 손상의 원인이 되며 강산성의 유해수가 침투하는 경우에는 주로 재료가 시멘트 경화체인 콘크리트를 쉽게 열화하게 한다.
• 따라서 열화현상에 의해 박리, 박락, 백태 등과 같은 결함을 초래함과 동시에 외력에 대한 저항력을 감소하게 된다.

콘크리트 열화

 

2. 보강토 옹벽의 손상

• 보강토 옹벽의 손상종류는 앞서 전술한 콘크리트 옹벽의 손상종류와 유사한 구조물의 침하, 활동, 세굴, 전도 등이 있으나 전술한 바와 같아서 생략한다.
• 다만 전면판, 전면블록 등 전면부의 손상 및 균열, 유실 및 이격, 배부름에 대하여 기술한다.
• 전면부의 손상은 지속적인 충격이나 과도한 충격에 의해 발생하는 결함으로 구조부재의 주요부가 깨지거나 망손 되는 등 눈에 띄는 형상의 변화를 수반하고 이에 따라 구조부재의 안전성과 사용성을 심각하게 저하시키며 구조적인 기능을 회복시키기 위해서는 근본적인 대책이 필요하다.
• 파손의 발생 원인으로는 낙석이나 차량의 충돌과 같은 외적충격, 비탈면이나 토류벽 구조의 파괴로 인한 과도한 변위로 구조적인 안전성 상실, 과도한 정적 하중, 지진 등을 들 수 있고, 파손이 발생하는 위치는 일반적으로 최대하중이 작용하는 위치나 응력이 최대로 발생하는 위치이다.
• 전면부의 균열은 옹벽의 외적·내적 요인에 의해서 발생되며, 보강토 옹벽에서의 균열발생 원인으로는 재료적 결함 또는 배면지반의 하중증가로 인한 발생 및 전면판의 연직하중에 대한 저항으로 추정할 수 있다.

전면부의 균열	전면부의 파손

 

전면부의 균열	전면부의 파손

 

• 전면판의 유실은 보강토 옹벽 전면판 일부가 유실된 현상으로 육안으로 확인할 수 있고, 전면판의 이격은 전면판이 안쪽으로 밀려들어갔거나 주위블록에 비해 내려앉은 현상으로 인해 블록간의 간격이 벌어진 현상으로 이러한 현상은 국부적인 집중하중이나 배면지반 또는 기초부의 부등침하에 의해서 일어날 수 있다.
• 이런 경우에는 지속적인 관찰을 통하여 이격이 진행되는지를 확인해야 그 발생원인을 알아낼 수 있으며 그에 따른 조치를 취할 수 있다.
• 전면판의 유실이 발생할 경우 배면지반의 이동을 방지하기 위하여 전면판과 연결된 보강재의 인장력 저하가 발생하여 본래의 기능을 발휘하지 못할 수 있으므로 결함이 진행되지 않도록 신속한 보수조치를 실시하여야 한다.

전면판의 유실	전면판의 이격

 

전면판의 유실	전면판의 이격

 

• 전면부의 배부름은 과도한 집중하중, 지반의 측방유동 또는 보강재의 국부적인 파단 및 마찰력 저하 등의 복합적인 요인으로 인해 옹벽의 전면부가 전체적 또는 부분적으로 전면으로 부풀어 오르는 현상으로 벽면의 변형으로 인해 상부지반의 침하를 유발할 수 있다.
• 보강토 옹벽의 특성상 보강재의 허용응력 이하의 변형이 발생되었을 경우에는 전체적인 인장성에는 큰 지장이 없으나, 그 이상의 변형 또는 지속적으로 변형이 발생하는 경우에는 즉각적인 보수·보강 조치가 실행되어야 한다

전면부의 배부름 현

 

3. 석축의 손상

• 석축의 구조적 특성은 단일재료의 연속적은 구성으로 인해 중력식옹벽과 같은 자중으로 토압에 저항하는 구조물이며, 구조적 특성으로 판단할 때 석축은 중력식 콘크리트 옹벽과 유사하고, 재료적 특성으로 볼 때 보강토 옹벽과 유사하게 볼 수 있다.
• 따라서 석축에서 발생하는 손상의 종류 및 원인은 보강토 옹벽 및 콘크리트 옹벽에서 발생한 원인과 동일하게 취급할 수 있으므로 기술을 생략하며, 석축에서 발생하는 손상의 종류는 침하, 활동, 전도, 이격, 파손, 손상 및 균열, 유실, 세굴, 배수공 불량 등이다.

 

4. 돌망태 옹벽의 손상

• 돌망태 옹벽의 손상종류는 침하, 활동, 채움재 유실, 진행성 변형, 철망파손 등이다.
• 채움재의 유실은 부실시공 및 와이어 메쉬의 파손으로부터 발생될 수 있으며, 채움재의 유실로 인해 옹벽 자중 감소와 공극발생으로 인한 배면지반의 침하 및  활동저항력 감소로 인한 변형의 원인이 될 수 있다.
• 진행형 변형은 추가하중으로 인한 배면지반의 침하, 지반의 이완이나 높은 축조고로 인해 돌망태 옹벽 자중에 의한 변형으로 구분할 수 있고, 이러한 경우 변형은 주로 옹벽 하단부에서 발생하며, 옹벽의 수평력 증가로 인해 활동저항력 감소로 치명적인 위험요소가 될 수 있다.

자중에 의한 변형	전면부 진행선 변형

 

• 석재와 같은 중량의 재료를 일정규격의 망에 채워 하나의 중력식 지지벽을 형성하는 돌망태 옹벽에서 철망은 매우 중요한 부재중에 하나이다.
• 철망파손은 채움재의 유실로 이어져 침하, 변형 등의 주요 원인이 되며, 과도한 응력작용, 부식에 의한 재료의 내구성 저하 등이 원인이 된다.

철망 파손 모식도

 

출처 : 급경사지 관리 실무편람