3. 표준옹벽의 설계

3.1 개 요

이 장에서는 「2장 설계일반」에 기술된 옹벽설계 기준을 기초로 옹벽표준도를 작성하기 위한 설계조건을 결정하고, 표준도 옹벽의 설계방법을 기술한다.

3.2 단면가정

설계일반에서 기술한 단면가정에 대한 일반사항으로부터 표준도 작성을 위해 옹벽구조 형식별로 단면치수를 가정한 방법을 기술하면 다음과 같다.

(1) 역T,형 및 L형 옹벽

1) 표준단면

그림 3.1역T형 및 L형 옹벽의 표준단면

2) 단면기능 및 치수

(가) 벽  체

□벽체는 수평토압에 대하여 저항하며 전면의 공간확보를 목적으로 설치.

□벽체 전면(노출면)의 경사는 1:0.02로 하고 옹벽상단의 최소폭은 30.cm, 하단      부는 최소폭 40cm로 전단철근이 필요하지 않는 단면이상(0.1H ∼ 0.15H)으로     한다.

□벽체와 기초의 연결부에는 헌치를 설치한다.

(나) 저  판

□옹벽에 상면토사를 유효하게 작용시키며 활동, 전도 및 지지력에 대한 안정을    확보한다.

□저판은 필요단면, 경제성, 구조적 안전성을 고려하여 저판폭의 길이에 따라       단면두께를 변화시키되 최대경사는 15% 이내로 한다.

□최소두께는 40cm이상이며 전단철근이 필요하지 않는 두께이상 (0.1H ∼          0.15H)으로 한다.

□역T형 옹벽의 앞굽의 폭은 B/10 이상 B/3 이하로 한다. 또한 앞굽의 폭은        변단면 옹벽의 시공성등을 감안하여 옹벽높이 또는 뒷채움토의 높이가 증가할    때 감소시키지 않는다.

(다) 활동방지벽

□옹벽의 활동면을 변화시켜 활동에 대한 저항력을 증가시킨다.

□최소두께 : 40cm이상. 전단철근이 필요하지 않는 두께이상으로 한다.

(2) 반중력식 옹벽

1) 표준 단면

그림 3.2 반중력식 옹벽의 표준단면

2) 단면기능 및 치수

(가) 벽  체

□벽체는 수평토압에 대하여 저항하며 자중으로써 옹벽 전체의 안정에 기여.

□벽체전면(노출면)의 경사는 1:0.02로 하고 옹벽상단의 최소폭은 30cm, 하단은     최소철근으로 배치하도록 단면을 설계. 철근은 단면의 인장측에만 배근.

□벽체와 기초의 연결부에는 헌치를 설치하지 않는다.

(나) 저  판

□옹벽에 상면토사를 유효하게 작용시키며 안정을 확보.

□저판은 단면두께를 변화시키지 않고, 최소두께는 40cm이상이며 전단철근이      필요하지 않는 두께이상(0.1H ∼ 0.15H)으로 최소철근으로 배치하도록            설계. 철근은 단면의 인장측에만 배근한다.

(다) 활동방지벽

□최소두께 : 40cm이상. 전단철근이 필요하지 않는 두께이상으로 한다.

(3) 중력식 옹벽

1) 표준단면

그림 3.3 중력식 옹벽의 표준단면

2) 단면기능 및 치수

(가) 옹벽 구체

□중력식 옹벽은 구체의 자중으로 벽배면에 작용하는 토압에 대하여 저항한다.

시공성을 감안하여 별도의 저판을 설치하지 않고 벽체와 일체로 한다.

□전면(노출면)의 경사는 1:0.02, 1:0.1, 1:0.2, 1:0.3 으로 구분하고 옹벽상단의       최소두께는 35cm 이상으로 하고 철근은 배근하지 않는다.

(나) 활동방지벽

□최소두께 : 40cm이상이며 전단철근이 필요하지 않는 두께이상으로 한다.

(4) 저판폭의 결정

뒷굽이 긴 옹벽의 경우, 벽배면 성토높이(Ho)의 증가시 토압작용각의 변화에 의하여        소요저판폭이 감소하는 S-curve 구간이 발생하게 된다.

성토높이에 따른 소요저판폭의 변화(H=6.0m)

그림 3.4 옹벽 저판폭의 결정

이는 흙쐐기 또는 절편의 측면에 작용하는 힘의 위치와 경사가 명확하지 않기 때문 이며, 표준도 작성시에는 사용성과 안정측의 단면확보를 위하여 S-curve의 [eqn: dB OVER dH_o]가 (-)인 구간을 보정하여 저판폭을 결정하였다.

3.3 설계 조건

(1) 뒷채움 흙의 성질 및 형상

뒷채움 흙은 원활한 배수가 이루어질 수 있도록 사질토 또는 선택층을 사용. 사면의 안정을 위하여 뒷채움 흙의 내부마찰각을 사면경사각 이상으로 하였으며 점착력은 무시.

사면 경사	뒷채움 흙	내부마찰각	단위중량	비 고
수 평	사질토	30°	1.9 t/m3	활동방지벽 없음
1 : 1.8	사질토	30°	1.9 t/m3	활동방지벽 설치
1 : 1.5	선택층	35°	2.0 t/m3	활동방지벽 설치

사면의 높이는 지진고려시에는 옹벽높이의 0, ¼, ½, 1.0, 2.0배로 적용하고, 지진을 고려하지 않을 경우에는 무한사면의 경우를 추가로 적용. 지진시에 높은 사면의 단면을 고려하지 않는 이유는 현행 성토사면경사와 성토재료의 관계에서 수치해석상 사면의 안정이 확보되지 않기 때문. 현장사무실에서는 실제 뒷채움흙의 내부마찰각과 점착력을 고려하여 적정단면을 설계하여야 함.

중력식 및 반중력식 옹벽의 경우 적용 옹벽높이가 높지 않으므로 옹벽높이의 ¼의 경우는 제외.

구 분	역T형 및 L형	중력식 및 반중력식
사면의 높이	수평 ¼H ½H 1.0H 2.0H ∞	수평 ½H 1.0H 2.0H ∞

(2) 기초지반의 조건

옹벽기초의 지지층은 하부압밀층이 없고 기초폭의 2.0배 이내에 연약층이 존재하지 않는 사질토층으로써 지지층의 내부마찰각 □는 35°이상, 지반극한지지력 qu는 90 t/m2이상이 되어야 한다.

지지층의 내부마찰각 □를 35°이상으로 제한한 것은 옹벽의 마찰저항력을 확보하여 활동에 대한 안정을 기하기 위한 것.

(3) 하중 조건

1) 사하중 및 흙쐐기 자중

사하중 및 흙쐐기의 자중은 「설계기준」 하중편의 단위중량을 기준으로 산출.

흙쐐기의 자중에 대하여 상기 단위중량을 고려할 경우 포장층의 단위중량을 별도로 고려하지 않는다.

2) 상재 하중(도·시 Ⅰ편 2.8)

옹벽표준도의 배면 수평구간에 재하하는 상재하중은 도로에 설치된 옹벽에 작용하는 활하중(q = 1.00 t/m2)을 적용. 지진시의 안정계산 및 단면검토시에는 안전율 및 실제토압과의 차이를 고려하여 상재하중을 재하하지 않는다.

3) 풍하중 및 수압

옹벽표준도는 방음벽이 설치된 옹벽이나 수압이 작용하는 옹벽에 대해서는 설계되지 않았다. 옹벽표준도를 적용하기 위하여는 옹벽배면에 수압이 작용하지 않도록 충분한 배수시설이 확보되어야 하고 방음벽이 설치된 경우에는 별도로 검토.

4) 지진하중

지진시의 토압산출을 위하여 Mononobe-Okabe의 의사-정적 해석방법을 사용. 토압계산은 상시와 같이 흙쐐기의 자중에 수평 및 수직 지진계수를 곱한 지진력을 포함하여 힘의 평형에 대하여 계산. 그리고 지진가속도 계수는 경제적인 구조물이 되도록 최대 허용변위량 d를 결정하고 변위식을 이용하여 지진가속도 계수를 결정.

(4) 사용 재료

옹벽 구조물은 외력에 의한 안정과 부재단면의 안전에 지배되는 구조물로서 콘크리트 및 철근의 설계기준 강도 증가에 따른 단면두께, 철근량 등의 변화에 의한 경제적인 효과는 미소하나 구조물의 내구성 및 품질의 향상에 미치는 효과는 지대하다.

철근콘크리트 구조물의 설계강도의 조합으로 철근 □y=3000 kg/cm2 일 때 콘크리트 □y=240 kg/cm2 이상을 적용하는 것으로 하였다.

1) 재료의 강도

구 분	재 료	최소강도(kg/cm2)	비 고
역 T 형 및 L형	콘 크 리 트	240
	철 근	3000	SD30
중력식 및 반중력식	콘 크 리 트	180
	철 근	3000	SD30

2) 재료의 탄성계수

□콘 크 리 트 :  Ec = 2.32×105 kg/cm2

□철       근 :  Es = 2.04×106 kg/cm2

3.4 부재의 설계

(1) 전면벽

캔틸레버 옹벽의 전면벽은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계.

(2) 앞굽판

캔틸레버 옹벽의 앞굽판은 저판에 지지된 캔틸레버로 설계. 앞굽상면토사의 영향은         무시.

(3) 뒷굽판

저판의 뒷굽판은 전면벽에 지지된 캔틸레버로 설계. 저판에 작용하는 휨모멘트의 크기는 전면벽과 뒷굽판과의 접속점의 모멘트평형조건에 의하여 전면벽에 작용하는 휨모멘트를 초과하지 않는다.

Mheel 〉 Mwall 인 경우에는

Mheel ' = Mwall ,

로 보정하여 적용.

옹벽의 길이방향으로 지반조건이 크게 상이하거나 강성이 큰 벽체등에 접속되어 있을 경우의 뒷굽판은 상면에 재하되는 모든 하중에 대하여 저항하여야하며 종방향에 대하여도 설계되어야 함.

(4) 활동방지벽(도·시 Ⅳ편 7.3.3)

활동방지벽에 작용하는 수평력의 작용위치는 지지지반에 관입된 활동방지벽 부분의 중앙점으로 하고 그 크기는 다음과 같다.

[eqn: H_T ~=~ LEFT{cA_1 +V_1 (□_1~-~ □_2 ) + V_2 □_2 RIGHT} H_B OVER H_U]

	여기서, HT : 활동 방지벽에 가해지는 수평력(t) c : 지반의 점착력(t/m2) □1 : 흙과 흙사이의 마찰계수 □2 : 콘크리트와 흙의 마찰계수 Hu : 기초저면에 있어서 전단저항력(t) HB : 기초저면에 작용하는 수평력(t)

활동 방지벽에 작용하는 수평력의 작용위치