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(1)KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea. 토사보강재를 이용한 철탑사면 안정화 방안 연구 A Study on slope stabilization method of the transmission tower using soil reinforced material. 이용희 Yonghee Lee1)*, 황영철 Young-Chol Hwang2), 방인황 In-Hwang Bang3) 이경진 Kyung-Jin Lee4), 황성춘 Sung-Chun Hwang5) ,김명환 Meyong-Hwan Kim6) 1) 2) 3) 4) 5) 6). 전력연구원 원자력발전연구소, Nuclear Power Lab., KEPCO Research Institute 상지대학교 건설시스템공학과, Dept. of Civil Engineering, Sangji University 엔지니어스(주), Engineers Inc. 전력연구원 원자력발전연구소, Nuclear Power Lab., KEPCO Research Institute 경주대학교 철도건설환경공학과, Dept. of Railroad Civil & Environmental Engineering, Gyeongju University 충북대학교 지역건설공학과, Dept of Agricultural & Rural Engineering, Chungbuk University. * 교신저자: [email protected] 주요어. : 철탑사면, 사면안정, 토사보강재, 플라이애쉬. 1. 서론. 한국전력공사에서 운영 중인 송전철탑은 약 39,000여 개소이며, 이 중 약 2/3 정도인 26,000여 개소가 154kV 송전철탑에 해당한다(한국전력공사, 2010). 송전철탑은 발전소에서 생산된 전기를 수요처까지 안정적으로 공급하기 위하여 필수적인 설비로서, 이들 중 상당수가 산지에 건설된다. 산지에 건설된 철탑사면의 보강방법은 흔히 작업장으로 이용할 수 있는 부지가 협소하고 진입 로가 없거나 좁아 시공방법이 비교적 간단한 개비온 옹벽이나 돌망태 등의 사방공법들이 주로 이 용되어 왔다. 그러나 이러한 방법들은 지반공학적 관점에서 시공 후 지반강도의 증진효과를 크게 기대하기 어렵고, 붕괴사면 높이가 높은 경우에는 그 적용성이 상당히 제한된다. 따라서 본 연구 에서는 중장비의 투입없이 토사보강재를 이용하여 원지반 강도를 향상시킬 수 있는 산지 철탑사 면 복구방안에 대한 사례연구를 실시하였다. 2. 현장조사 결과. 최근 기후변화로 인하여 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있으며, 산지에 위치하고 있는 철탑 기초 사면의 붕괴발생빈도도 점차 증가하고 있다. 이는 국토해양부에서 제시한 10년 단위 집중호 우 발생빈도 변화도에 나타낸 바와 같이 1일 100mm 이상의 집중호우 발생현황이 1971년～1980년 사이에는 222회가 발생하였으나, 1992년～2001년 사이에는 325회가 발생함으로써 집중호우 발생 빈도가 약 1.5배정도 증가하였음을 알 수 있다(그림 1). 본 논문의 사례연구 대상철탑은 자연사면으로 높이 30m 상부에 철탑기초가 건설되었으며, 사면 의 경사는 약 35° 정도이다. 철탑기초의 시공이 완료된 상태에서 2010년 8월 중순 이 지역의 국지 성 집중호우로 철탑기초 하부에 설치된 돌망태와 식생마대 등 사면붕괴가 발생하였다. 이 기간동 - 215 -.

(2) KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea. 안 국지성 집중호우가 발생한 5일간의 총 누적강우량은 485mm에 이르며, 철탑사면 하부에 설치 된 돌망태와 수목 등 일부 잔해는 약 150m 하부까지 이동하여 발견되었다. 본 사면의 붕괴원인은 실트질 모래 지반에서 집중호우에 의해 유발된 간극수압 상승에 의한 것으로 판단되며, 일반적인 사면 표면파괴와 마찬가지로 파괴면의 깊이는 약 2m 내외이다.. 그림 1. 집중호우 발생빈도의 변화(국토해양부). 피해지역. (a) 평면도. (b) 평면도 그림 2. 철탑사면 평면도 및 붕괴 횡단면도. - 216 -.

(3) KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea. 붕괴심도는 원지반 하부 1～1.5m 정도이며, 중앙부는 붕괴후 추가적인 세굴현상이 발생한 것으로 나타났다. 또한 유실되지 않은 개비온 옹벽하부 지반이 우수 침투 등에 의하여 세굴이 지속되고 있어 일부 개비온 옹벽은 처짐이 발생하여 추가 붕괴가능성 또한 존재하는 것으로 판단된다.. (a) 붕괴후 철탑사면 전경. (b) 돌망태 유실지점. (c) 개비온 옹벽 하부 지반 유실. (d) 100m 하부에서 발견된 돌망태, 수목. 그림 3. 사면 붕괴현황. 3. 안정해석 3.1 원지반 안정해석. 철탑사면의 안정성 평가를 위해서 한계평형해석 프로그램인 TALREN 4 프로그램을 이용하였 다. 그리고 안전율 적용 기준은 국토해양부(2006) 비탈면 설계기준을 준용(표 1 참조)하였으며, 안 정해석시 적용한 풍화토와 토사보강재의 지반물성치는 현장에서 불교란시료를 채취하여 직접전단 시험을 수행한 후 그 결과를 이용하였으며, 풍화암과 돌망태의 물성치는 국내외 문헌에서 제시된 물성치를 이용하였다(표 2 참조). 또한 사면안정 해석시 철탑기초 상부에 하중을 재하한 상태에서 우기시와 건기시의 안정 해석을 수행하였다. 그림 4에 나타낸 바와 같이 안정 해석결과 우기시와 건기시의 안전율은 각각 0.83과 1.45로서 기준 안전율보다 낮은 것으로 평가되었다. - 217 -.

(4) KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea. 표 1. 최소안전율 적용기준(국토해양부, 2006) 구 절토. 분. 표 2. 안정해석 적용 지반정수. 최소 안전율. 건기시.  ≥ . 우기시.  ≥ . ▸ 토층 및 풍화암 건기시 : 지하수위 미고려 특기사항 우기시 : 지하수위 지표면 위치 ▸ 사면 상부 파괴범위내에 고정시설물 이 있는 경우 안전율 0.05증가. 암반등급.   (    ). . . (   ). ( ). 풍화토. 19.8. 5.0. 28.0. 풍화암. 22.0. 0.1. 35.0. 돌망태. 20.0. 700. 40.0. 토사보강재. 19.9. 16.0. 33.8. (a) 우기시(Fs=0.83). (b) 건기시(Fs=1.45). 그림 4. 원지반 사면안정 해석결과. 3.2 토사보강재를 이용한 보강. 본 사면의 붕괴형태는 활동면 깊이가 얕은 표층파괴 형태이고, 상부 개비온 옹벽의 지지지반 유 실에 따른 추가 붕괴 가능성이 있으므로 보강대책의 수립이 필요한 상태이다. 이러한 표층파괴 사 면의 안정성 확보를 위해 통상적으로 이용되는 방법들로는 사면 경사완화 공법, 계단식 옹벽, 다 단의 콘크리트 옹벽설치 등 많은 방법들이 있다. 그러나 본 철탑사면 상부에 철탑기초가 위치하고 있어 사면경사완화는 불가능하고, 장비접근성과 자재운반 등 현장의 시공여건을 반영하여 토사보 강재를 이용한 안정화 방안에 대하여 검토를 실시하였다. 일반적으로 지반강도 향상을 위하여 이용되는 고화재는 크게 석회계, 시멘트계, 플라이애쉬계 등이 있으며, 석회계는 주로 연약지반에 그리고 시멘트계는 사질토에 많이 이용된다. 특히 사면 에 시멘트계 고화재를 사용하는 숏크리트의 경우 타설후 초기 강도발현이 우수하고, 원지반과의 부착이 양호한 경우 지표수의 사면내 침투를 억제하는 효과가 상당히 좋다. 그러나 경시효과에 의 한 열화현상과 원지반으로부터의 들뜸현상 발생시 종종 지표수의 이동통로가 되어 문제가 발생하 기도 한다. 또한 시멘트계 고화재 사용시 식생이 어려워 훼손된 산지 사면복원에는 적용성이 낮아 진다. 이에 반하여 플라이애쉬계 고화재를 이용하는 경우 시멘트계 고화재보다 강도발현이 상대 적으로 작지만 일반적인 사면 안정화에 필요한 강도발현은 가능하다. 또한 현장 발생한 토사를 직 접 유용할 수 있고, 다양한 식생 적용이 가능하므로 산지 철탑사면 복구에 적합하다. 본 사례연구에서는 현장토사와 플라이애쉬계 고화재를 이용한 지반개량제 함량을 0～10%까지 변화시켜가면서 실내실험을 통해 지반정수를 산출한 뒤 사면안정 해석을 실시하였다. 안정해석결 - 218 -.

(5) KSEG Conference / April 7 - 9, 2011 / Jeju / Korea. 과 6%의 지반개량제를 혼합하여 적용시 사면 안정성을 확보(기준안전율 만족)할 수 있는 것으로 판단되었다. 그러나 보강면적이 넓어 강우시 자중 증가 또는 원지반과의 부착력이 부족시 국부적 인 결함발생 가능성이 있으므로 원지반과 개량토사를 고정시킬 수 있는 네일 및 수평배수공을 동 시에 시공되도록 대책방안을 수립하였다.. 그림 5. 보강개념도. 4. 결론. 2010년 8월 집중호우에 의해 ○○지역의 154KV 철탑 하부사면의 붕괴가 발생하였으며, 이로 인 해 사면에 설치된 돌망태와 식생마대가 유실되었고 일부 잔해는 150m 하부까지 이동된 상태로 발 견되었다. 1) 사면 붕괴원인은 실트질 모래지반에서 집중호우에 의해 유발된 간극수압 상승에 의한 것으 로 판단되며, 파괴면의 깊이는 약 2m 내외의 표면파괴 형태이다. 2) 철탑하중을 고려한 원지반 사면에 대한 안정해석결과 우기시와 건기시의 안전율은 각각 0.83 과 1.45로 기준안전율보다 낮은 것으로 평가되었다. 3) 산지에 위치한 철탑사면의 경우 작업장으로 활용할 수 있는 부지와 진입로가 협소하여 중장 비의 활용을 최소화할 수 있는 복구방안이 필요하다. 따라서 본 대상철탑 사면의 안정화방안으로 식생의 적용이 가능한 플라이애쉬계 고화재를 이용한 토사개량제를 선정하여 실내시험을 통하여 안정성 해석을 수행하였고, 그 결과 토사개량제의 중량백분율이 6%인 경우 사면의 안정성이 확보 되는 것으로 평가되었다. 강우시 자중증가, 원지반과의 부착력 부족 등에 의한 문제점을 보완하고 자 수평배수공과 네일을 동시에 시공되도록 대책방안을 수립하였다. 참고문헌. 국토해양부, http://www.mltm.go.kr/ 국토해양부, 2006, 비탈면 설계기준, pp.117-127 김유성, 2007, 비탈면 침식억제 및 복구기술 개발, pp.1-32, 전북대학교 한국전력공사, http://www.kepco.co.kr/ 이용희, 황영철, 2010, 154kV ○○ T/L No.○○호 철탑기초 하부사면 안정성 평가 보고서, 한국전력공사 전력연구원, pp.1-19 - 219 -.

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