절토사면 안정성 검토

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구 분 최 소 안 전 율 (Minimum Safety Factor)

부 한국 도로 공사

도로설계요령 (1976년)

원위치시험에 의한 전단강도 Fs ≥ 1.7

일축 및 삼축압축시험에 의한 전단강도 Fs ≥ 1.5

도로설계요령 (1992년)

절토사면은 시공 후 기간의 경과와 함께

불안전하게 되므로 최소안전율 삭제

-미 국

Federal Reqister, (1997)

시공직후 Fs ≥ 1.3

침윤을 고려할 때 Ms ≥ 1.5

지진을 고려할 때 Fs ≥ 1.0

미 국

Dapponia Cconsulting

Inc, (1997)

실내시험에 의해 강도를 구할 경우 1.8 > Fs > 1.3

최대 지진가속도를 고려할 때 1.5 > Fs > 1.2

영 국

National Coal Board, (1970)

1) Peak Shear Stress (UU Test) 1.5 > Fs > 1.2 2) Residual Shear Stress (CD Test) 1.5 > Fs > 1.25 3) 포화된 사질토의 경우(C=0) 1.35 > Fs > 1.15 4) 2),3)항 공히 적용되는 경우

(C=0, CD Test) 1.2 > Fs > 1.1 NAVFAC-DM

7.1 - p329

하중이 지속적으로 작용할 경우 Fs ≥ 1.5

구조물 기초의 경우 Fs ≥ 2.0

일반적인 하중작용 및 시공시 Fs ≥ 1.25 - 1.3

일본항만협회 항만시설 기술상의 기준, 동해설 Fs ≥ 1.3

도 로 공 단 도로설계 요령(일본) Fs ≥ 1.5

일본건설성 표준적인 계획 안전율 Fs ≥ 1.1 - 1.3

건 설 부 구조물 기초설계 기준 Fs ≥ 1.3

표 3.15 절토사면의 최소 안전율 적용기준

구 분 안 전 율

단기 안정만이 필요한 경우 1.0 ~ 1.3

도로나 중요 구조물에 근접한 절토사면 1.5

표 3.16 암반절토사면의 안전율(Hoek & Bray)

구 분 안 전 율 극한강도로 설계한 경우

잔류강도로 설계한 경우

100년 주기의 지진가속도를 포함한 경우

지진이 있는 지역의 제방 하부에서 수평활동이 일어날 경우 (제방 내에 갇혀있는 세립 폐사(Fine Refuse)의 강도를 무시함)

1.3* or 1.5 1.2* or 1.3 1.1* or 1.2 1.3* or 1.3 표 3.17 캐나다 (Mines Branch, 1972)

다. 적용기준

안정성평가는 안전점검(정밀점검, 긴급점검)에서는 상태기준이 D이하로 판정되거나, 전문가에 의해 안정성평가 요구가 있을 경우에 실시하며, 정밀안전진단에서는 필수적으 로 수행되어야 한다. 안전성평가에서는 안정해석 결과(안전율)를 통해 안전성평가 결과 를 산정한다.

절토사면은 자연지반이 주 구성물질이므로 안정해석을 실시함에 있어 타 시설물에 비 해 불확실성이 높은 요소들이 많이 존재한다. 따라서 절토사면의 안전성평가 기준은 인 공구조물로 이루어진 타 시설물에 비해 높은 수준의 평가기준을 적용하는 것이 바람직 하므로 국내에서 표준(건설공사비탈면 설계기준)으로 사용되는 허용안전율을 평가기준 에 적용한다. 또한 기준산정에 있어 안정해석 결과가 허용안전율 보다 클 경우에는 설 계기준에 적합한 상태이므로 B, C가 아닌 A로 산정하며, 허용안전율 보다 작을 경우에 는 보강 및 사용제한 등의 조치가 필요한 D, E로 산정한다.

평가기준 상 태

건기 우기

A 안전율 1.5 이상 안전율 1.2 이상

B -

-C -

-D 안전율 0.75 이상, 1.5 미만 안전율 0.75 이상, 1.2 미만

E 안전율 0.75 미만 안전율 0.75 미만

표 3.18 절토사면 안정성평가 기준

라. 해석에 사용된 지반정수

한계평형해석에 사용될 “Slope W"의 입력치로서 상부사면, 붕괴사면, 자연사면 1∼5 의 구간의 사면을 구성하는 암종인 표층토 및 풍화토는 현장조사 시 채취한 시료를 이용해 직접전단시험을 통하여 표층토 및 풍화토층의 내부마찰각() 및 점착력(c)값을 구한 후 사면안정 해석을 수행하였고, 연암에 대한 지반정수(단위중량, 점착력, 내부마 찰각)의 경우 도로설계 실무편람(1996) 기존문헌을 참조하여 사면안정 해석을 수행하 였다.

사면안정해석에 적용된 지반정수는 아래의 표 3.19에 나타낸 바와 같다.

구분 (kN/m3) c(kPa)  비중 함수비(%)

표층토 12.3 27.5 28.37 2.581 22.78

풍화토 11.2 10.6 31.26 2.429 30.41

연암 26.0 40.0 35 2.6

-표 3.19 사면 안정해석에 적용된 지반정수

마. 한계평형해석 결과

사면안정 해석은 붕괴사면과 자연사면을 기준으로 각각 사면안정해석을 수행하였으 며, 해석단면에 사용된 대표단면은 아래의 그림 3.18과 그림 3.19와 같다. 지하수위는 GL(-) 0.0m(즉, 지하수위가 사면표면에 위치)로 적용하여 해석을 수행하였고, 포화시 에는 표층토 경계면에 지하수위가 존재한다고 가정하여 해석을 수행하였다.

83.73m

60°

연암 표토층

풍화토

사면붕괴시작부

토사유실 176.01m³

옹벽 20m 유실구간

20m

60°

70°

65° 1m1m

그림 3.18 붕괴사면 안정해석 시 사용한 단면

74.96m

60°

연암 표토층

풍화토

10m

70°

65°

그림 3.19 자연사면 안정해석 시 사용한 단면

붕괴사면 안정해석 수행결과, 그림 3.20과 같이 붕괴사면의 경우 건기시와 우기시 안 전율이 각각 1.497과 1.124로서 국토해양부(2012) “비탈면 설계기준”상의 기준안전율인 1.5와 1.2를 만족시키지 못하는 것으로 나타나 불안정한 것으로 판단되며, 사면보강공 법이 필요한 것으로 나타났다.

(a) 건기시 Fs=1.497 < 1.5

N.G

(b) 우기시 Fs=1.124 < 1.2

N.G

그림 3.20 붕괴사면 안정해석 결과

자연사면 안정해석 수행결과, 그림 3.21과 같이 자연사면의 경우 건기시와 우기시 안 전율이 각각 1.560과 1.272로서 국토해양부(2012) “비탈면 설계기준”상의 기준안전율인 1.5와 1.2를 만족시키는 것으로 나타나 안정한 것으로 판단되었다.

(a) 건기시 Fs=1.560 > 1.5

O.K

(b) 우기시 Fs=1.272 > 1.2

O.K

그림 3.21 자연사면 안정해석 결과

바. 안전성평가 결과

기시 안전율 1.5와 1.2이하 이므로 불안정사면으로 파악되었으며, 평가결과 “D등급”으로 시 급한 보수, 보강이 필요한 사면으로 판단된다. 자연사면의 경우 비탈면 설계기준 건기시와 우기시 안전율 1.5와 1.2이상으로 안정사면으로 파악되었으나, 사면의 경사가 급하고 배수 조건 등의 문제점이 있는 것으로 판단되어 B등급으로 산정하였다.

시설물명 00사단 수색대대 사면

파괴유형 안전율 평가결과 비고

붕괴사면 건기 1.497 D 완전 건조시

우기 1.124 D 완전 포화시

자연사면 건기 1.560 B 완전 건조시

우기 1.272 B 완전 포화시

안전성평가 결과

붕괴 - D

자연 - B

표 3.20 안전성평가 결과

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