[토질 및 기초 기술사] 138회 3교시 기출문제 5번

옹벽 배면에 수위가 형성되면, 옹벽은 지반 자체의 무게에 의한 토압뿐만 아니라 간극 속에 존재하는 물에 의한 수압(배수 상태에 따라 정수압 또는 침투압)을 동시에 받게 된다
배수재가 없는 포화 상태에서는 전응력 해석이 적용되어 큰 주동토압이 발생하나, 배수재 설치 시 침투압이 작용하며 토압 및 수압 분포가 변화한다
본 답안에서는 제시된 4가지 수위 조건별로 주동토압 합력(PA)을 식과 분포도로 나타내고 크기를 비교하며, 수위가 존재하는 (2)~(4) 조건에 대한 개략적인 유선망을 작도하여 물의 거동을 시각화하고자 한다

상대적 크기 순서: (2) > (1) > (3) > (4)
- (2) (배수재 없음): 정수압(γw H²/2)과 유효토압의 합으로 가장 큰 토압 작용. 파괴 위험성 가장 높음
- (1) (습윤 상태): 유효응력(습윤중량)만 작용하여 비교적 안정적
- (3) (경사배수재): 배수 유도로 침투 수압 감소(Pw 감소) 및 유효응력 증가. 조건 (2)보다 작음
- (4) (연직배수재): 벽체 부근 수압을 거의 0에 가깝게 저감시켜 가장 작은 전체 토압 작용. 가장 안전한 설계법
기술적 해석
- 물이 있는 경우 (2)~(4), 배수재 유무가 수압 분포를 지배함
- 조건 (4)가 조건 (2)보다 지반의 유효중량(γ)은 늘어나 유효토압 자체는 커질 수 있으나, 워낙 수압(Pw) 감소량이 크기 때문에 전체 합력(PA)은 가장 작아짐

1) 배수재 폐색(Clogging) 방지 : 조건 (3), (4) 채택 시 배수재 주변에 필터재(양질토 또는 토목섬유)를 설치하여 세립토 유출에 의한 폐색 방지

2) 동결 융해 고려 : 동절기 배수구 동결로 인한 일시적인 수압 상승(조건 (2) 상태)에 대비하여 배수구 단열 또는 적절한 동결 지수 반영

3) 유지관리 점검 : 옹벽 배수구(Weep Hole)의 정상 작동 여부를 주기적으로 점검하여 이상 침투압 발생 감지

- 사질토 옹벽 설계 시 물은 가장 큰 위험 요인이다. 기술사는 다음과 같은 공학적 대응을 수행해야 한다

첫째, 설계 시 배수재가 없는 가혹한 조건(조건 (2))에 대한 안정성을 먼저 확보한 후 배수 공법을 적용할 것
둘째, 경제성과 안정성을 동시에 고려하여 벽체 연직 배수재(조건 (4))를 우선 채택하되, 현장 여건에 따라 경사 배수재(조건 (3))와 혼용하여 침윤선을 확실히 제어할 것
셋째, 노후 옹벽의 경우 배수구 막힘으로 인한 갑작스러운 수압 상승이 붕괴의 주원인이므로, 유지관리 단계에서 배수 성능 점검을 최우선으로 해야 한다

LightTheStreet