양압력에 대한 검토방법

1. 일반사항

일반적으로 지하수위 하부에 구조물을 축조할 경우에는 지하수위면 하부측 구조체 면에 연직방향으로 수압이 작용하게 된다. 이러한 수압중에서 특히 구조체의 바닥 면에 작용하는 상향력을 양압력(uplift pressure)이라고 한다. 부력 혹은 양압력의 작 용이 확실한 경우에는 이것을 고려해야 하며, 그 작용이 확실하지 않더라도 경년적 인 물의 침투 혹은 구조물의 접지상태에 따라 이 힘들의 작용을 예측하여 설계시 안전측이 되도록 한다.

 

 

2. 양압력에 대한 대책공법

양압력에 대한 안정성이 확보되지 않는 경우 다음과 같은 처리대책방법이 있다.

- 사하중(dead weight or pre loading)에 의한 방법

- 영구Anchor(holding down anchor)에 의한 방법

- 외부배수(exterial drainage system)에 의한 방법

- 기초바닥 영구배수(permanent under drainage system)에 의한 방법- 내, 외부 배수처리에 의한 방법

(1) 사하중에 의한 방법

건물의 순수하중과 건물에 작용하는 마찰력이 양압력보다 크도록 설계하는 방법으 로서, 특히 무게 균형 검토를 위한 하중 산정시 건물에 실제로 작용하는 하중만을 순수자중으로 고려한다. 사하중에 의한 지하수압의 저항은 건축기초에서는 흔히 이 중매트, 단일매트 형식을 이용하는 것으로서, 국내에서 건축기초 바닥슬래브의 상향 수압 처리방법으로 가장 널리 이용되고 있다. 이러한 추가하중은 저층부의 구조체 및 기초의 두께를 증가시키거나, 하중균형을 위한 비중이 큰 재료(자갈, 잡석 등)를 계획된 공간에 채움으로써 이루어진다. 그러나 굴착깊이와 기초 및 구조물의 단면 증가에 따른 공사비의 증가가 단지 양압력을 극복하기 위한 용도로만 사용된다는 약점이 있다. 이 방법은 비교적 지하수위가 낮고 얕은 지하굴착에 효과적이다.

 

(2) 영구Anchor(부력Anchor)에 의한 방법 건물의 순수자중과 건물에 작용하는 마찰력이 양압력보다 작은 경우에 그 차이에 대한 부분만큼을 기초바닥 아래 암반층에 강제적으로 긴장된 스트랜드 다발강선 (anchor cable or tendon)을 설치 저항하는 방법이다. 경우에 따라서는 록볼트도 사용 한다. 이러한 영구anchor는 anchor root의 안정, friction cylinder의 안정, 지반앵커 (ground anchor) steel의 인장파괴, 지반앵커(ground anchor) steel과 grouting과의 slip파 괴에 대해 모두 안전해야 한다. 영구Anchor를 이용하는 방법은 양압력의 크기에 따라 지반앵커(ground anchor)의 규모 및 간격의 선택이 자유롭고 슬래브 바닥을 관통하여 지지층에 설치된 지반앵 커(ground anchor)는 슬래브에 작용하는 휨모멘트를 감소시키는 효과가 있다. 이 방 법의 결점은 국내에서 영구 Anchor설치를 위한 장비동원이 용이하지 않고, 공사비 의 부담이 큰 것이다. 긴장된 강선의 부식 및 스트레스 감소에 의한 위험요소를 배 제키 위해서는 전문업체의 참여가 요구된다.

 

(3) 외부 배수처리에 의한 방법

외부 배수처리 방법은 지하벽체 외부의 소정 심도에 배수층을 만들어 유공관을 통 하여 집수정으로 지하수를 모은 후 펌프에 의한 배수처리로 지하벽체에 작용하는 양압력을 감소시켜 지하외벽의 단면을 조절 할 수 있는 방법이다. 이 시스템은 외부 지하수위 조절로 지하실 바닥에 걸리는 양압력을 원칙적으로 감 소시키므로 지하구조물 전체의 안정에는 효과적이나 건축 대지상황에 따라 설치가 불가능한 부분이 발생할 수 있으며, 유공관이나 집수정 부위의 joint에 대한 시공관 리에 주의를 기해야 한다. 이 방법은 외부에 배수관(drain pipe) 및 일정수위(설계가 정 지하수위)를 유지시키는 인공 수위조절 불투수막(impervious plug), slump pit 등을 설치할 수 있는 최소 공간(1.0m이상)이 유지되어야 하기 때문에 건축 지하벽이 합벽 처리되는 경우에는 별도의 수직배수 방법이 강구되어야 한다. 이 방법은 강제배수로 자연지하수위를 조절하는 인공수위저하방법으로서 인접 구 조물의 침하등의 위해가 발생 할 수 있기 때문에, 건물밀집 지역에서는 적용성 여 부를 신중히 검토하여야 한다.

 

(4) 기초바닥 영구배수에 의한 방법(내부배수처리 방법)

기초바닥 영구배수에 의한 방법은 기초슬래브 아래에 인위적인 배수층을 만들고 유공관을 통하여 집수정으로 지하수를 모아 펌프에 의한 배수처리로 수압을 감소시 키는 방법이다. 이 시스템은 지하벽체 선단이 투수성이 작은 지반까지 시공되었을 때 이 지층을 통해 건축 부지내로 유입된 지하수의 처리에 효과적이며, 외부의 지하수처리를 위 한 양수작업(dewatering)시에 야기되는 주변 침하문제는 해결될 수 있다. 그러므로 지하수가 많고, 터파기 하부 지층이 견고한 (풍화대 이상) 지반에서 수압을 완화시 키는 방법으로 널리 적용되고 있다. 이러한 시스템 설계시에는 지층별 투수계수 자 료를 이용하여 지반내로 유입되는 기초 바닥슬래브의 경제적인 단면 설계가 가능하 고 이로 인한 토공량 절감도 기대할 수 있을뿐더러 시공이 간편하여 공사비가 저렴 하다.

 

 

3.　양압력 대책공법 설계시 고려해야 할 사항

(1) 양압력을 받는 구조물의 안정에 대해 안전율은 1.2이상으로 한다.

(2) 모든 지하구조물의 양압력에 대한 검토시에는 공사중 가장 불리한 조건과 완공후에 대하여 단계별로 검토해야 한다.

(3) 양압력에 대한 검토시 영구 anchor를 설치할 경우에는 영구 anchor위치에 지점을 두고 양압력에 대한 구조해석을 별도로 해야 한다.

 

출처-국가철도공단-KRC-11010