보강토 옹벽의 배부름 현상의 발생원인과 시공대책 및 시공 시 유의사항에 대하여 설명하시오.

 보강토 옹벽의 배부름 현상의 발생원인과 시공대책 및 시공 시 유의사항에 대하여 설명하시오.

1. 개요 (Introduction)

보강토 옹벽의 배부름(Bulging) 현상이란 옹벽 전면판이 외측으로 배가 부른 듯이 돌출되는 변형을 의미한다. 이는 주로 우수 침투에 의한 수압 증가, 뒷채움재 불량, 다짐 부족 등으로 발생하며, 방치 시 옹벽의 붕괴로 이어질 수 있으므로 철저한 시공 관리 및 대책 수립이 필요하다.

2. 배부름 현상의 발생원인 (Causes)

1) 설계 및 재료적 요인

뒷채움재 입도 불량: 배수성이 낮은 점성토 사용 시 수압 상승 및 전단강도 저하.

보강재(Geogrid) 강성 부족: 보강재의 인장강도 부족 또는 설계 길이 미달.

배수시설 설계 미비: 용수 및 우수 배출을 위한 배수층(Drainage Layer) 설계 누락.

2) 시공적 요인

다짐 불량: 전면판 인근 과다 다짐(전면판 밀림) 또는 배후면 다짐 부족.

층다짐 두께 미준수: 한 층의 다짐 두께가 너무 두꺼워 보강재와의 결속력 저하.

벽체 수직도 관리 미흡: 시공 중 전면판의 수직도 확인 소홀.

3) 외적 요인

강우 및 지하수: 집중 호우 시 배수 불량으로 인한 수평 토압 증가.

상부 과적재 하중: 옹벽 상단부에 예기치 못한 장비 하중이나 자재 적재.

3. 시공 시 유의사항 (Construction Precautions)

구분 주요 유의사항

기초 공사 지반 지지력 확인 및 치환(필요시), 기초 수평 유지

뒷채움 관리 CBR 10% 이상, 소성지수(PI) 10 이하의 양질토 사용

다짐 작업 전면판 1.0m 이내는 소형 다짐 장비(Rammer, Vibratory Plate) 사용

보강재 설치 보강재 인장 상태 유지, 전면판과의 결속력(Connection Strength) 확인

4. 배부름 방지를 위한 시공대책 (Countermeasures)

1) 사전 방지 대책

배수체계 강화: 옹벽 배면에 골재 배수층을 설치하고, 최하단에 유공관을 배치하여 침투수 즉시 배출.

철저한 층다짐: 1층 다짐 두께를 20~30cm로 엄격히 제한하고, 다짐도(95% 이상) 확인.

전면판 시공 시 내측 기울기 부여: 시공 중 발생하는 압밀을 고려하여 전면판을 미세하게 안쪽으로 기울여 설치.

2) 발생 시 조치 대책 (보수/보강)

압성토 공법: 옹벽 전면에 토사를 쌓아 수평 토압에 저항 (응급 조치).

Ground Anchor 보강: 배부름이 심한 구간에 앵커를 박아 직접적으로 벽체 고정.

배수구 추가 천공: 벽체 전면에 배수 구멍을 추가 확보하여 내부 수압 제거.

5. 결론 (Conclusion)

보강토 옹벽은 유연 구조물로서 어느 정도의 변형은 허용되나, 배부름 현상은 붕괴의 전조 증상일 가능성이 높다. 따라서 시공 전 양질의 뒷채움재 선정, 시공 중 전면판 인근 다짐 관리, 시공 후 계측(경사계, 침하계)을 통한 유지관리가 기술사적 관점에서 매우 중요하다.

지반동결공법의 적용상 문제점과 대책

 지반동결공법의 적용상 문제점과 대책

1. 개요

1.1 지반동결공법의 정의

지반 내 간극수를 인공적으로 동결시켜 지반을 일시적으로 고결화하는 특수 지반개량공법

동결관을 지반에 삽입하여 냉매를 순환시켜 지반을 동결시키는 공법

1.2 적용목적

연약지반의 강도 증대 및 차수

지하수 유입 차단

터널 및 수직구 굴착 시 토류벽 역할

2. 적용상의 문제점

2.1 기술적 문제점

(1) 동결지반의 융해침하

문제점: 동결 종료 후 지반 융해 시 급격한 침하 발생

원인: 동결팽창으로 인한 지반구조 변화, 간극수압 증가

(2) 히빙(Heaving) 현상

문제점: 동결팽창(최대 9%)으로 인한 지표면 융기

영향: 인접구조물 손상, 지하매설물 파손

(3) 동결벽 두께 확보의 어려움

문제점: 지하수 유속이 큰 경우 동결효과 감소

한계: 유속 2m/day 이상 시 동결 곤란

(4) 염분 농축현상

문제점: 동결 시 염분이 미동결부에 농축

영향: 동결온도 저하, 동결범위 축소

2.2 경제적 문제점

(1) 고비용 구조

초기 설비투자비 과다

냉매 순환을 위한 지속적인 전력비용

동결관 설치 및 유지관리비

(2) 공기 지연

동결완료까지 장기간 소요(1~3개월)

기상조건에 따른 동결효율 변동

2.3 환경적 문제점

(1) 에너지 과다소비

대량의 전력 소비로 인한 환경부하

(2) 냉매 누출 위험

프레온가스 등 냉매의 환경오염 가능성

3. 문제점별 대책

3.1 동결융해 침하 대책

(1) 설계단계

동결범위 최소화 설계

단계별 동결-융해 계획 수립

침하량 사전 예측 및 여유고 확보

(2) 시공단계

서서히 융해시키는 제어융해 실시

융해수 강제배수 시스템 구축

계측관리를 통한 침하 모니터링

(3) 보강대책

융해 후 그라우팅 보강

침하방지용 지반개량 병행

3.2 히빙 방지대책

(1) 사전대책

동결심도 및 범위 최적화

히빙량 사전 계산 및 여유공간 확보

인접구조물 보호공 설치

(2) 시공관리

동결속도 조절(급속동결 지양)

단계별 동결로 팽창량 분산

실시간 변위 계측 및 피드백

(3) 구조적 대책

억지말뚝 또는 앵커 설치

인접구조물 언더피닝 실시

3.3 동결효율 향상대책

(1) 지하수 대책

사전 지하수위 저하공법 병행

차수그라우팅으로 지하수 유속 감소

동결관 배치간격 조정

(2) 동결시스템 개선

냉매온도 저하(-40℃ 이하)

동결관 개수 및 배치 최적화

2중관 동결시스템 적용

(3) 염분 대책

담수 주입으로 염분 희석

동결온도 추가 저하

동결범위 확대 설계

3.4 경제성 개선대책

(1) 공법 선정

소규모 공사는 경제성 검토 후 대체공법 고려

액체질소 급속동결공법 검토

부분동결공법 적용

(2) 시공효율화

동결관 재사용 계획

동절기 시공으로 동결효율 향상

자동제어시스템 도입

3.5 환경대책

(1) 친환경 냉매 사용

프레온가스 대신 암모니아, 브라인 사용

액체질소 등 무공해 냉매 적용

(2) 에너지 절감

고효율 냉동기 사용

단열재 보강으로 열손실 최소화

4. 계측관리

4.1 필수 계측항목

동결온도 분포 측정

지표면 및 구조물 변위 측정

지하수위 및 간극수압 측정

동결벽 두께 확인

4.2 관리기준

동결온도: -10℃ 이하 유지

변위 허용치: 설계값의 80% 이내

실시간 모니터링 및 피드백 시스템 구축

5. 결론

지반동결공법은 효과적인 지반개량공법이나 동결융해에 따른 지반변형, 고비용, 환경문제 등의 단점이 있다. 따라서 철저한 사전조사와 설계최적화, 단계별 시공관리, 실시간 계측을 통해 문제점을 최소화하고, 경제성과 환경성을 고려한 대체공법과의 비교검토가 필요하다.

진행성 여굴

1. 용어 정의

1) 터널공사에서 계획된 굴착선보다 더 크게 굴착된 여굴은 (overbreak) 화약 낭비, 버럭 반출,

  콘크리트 충전량 증가 등을 초래하여 비경제적이다.

2) 터널 굴착할 때 여굴 발생은 불가피한 현상이지만 과다한 여굴로 인해 터널에 변형이 발생되

   면 최악의 경우 터널의 붕괴를 초래할 수도 있으므로 발파 중에 진행성 여굴을 방지하거나

   차단할 수 있는 대책을 강구해야 한다.

2. 진행성 여굴의 원인

1) 파쇄대, 불연속면, 자연동공 등의 굴착으로 암층에 손상된 경우

2) 지하수위 이하의 충적토층 굴착 중에 지하수가 집중 유입되는 경우

3) 시추 조사공의 불충분한 채움으로 모래, 자갈의 렌즈가 유실되는 경우

4) 장공을 천공하면서 Forepoling 등으로 주변 지반을 보강하지 않은 경우

5) Jumbo drill에 의해 막장을 부주의하게 굴착, 폭약을 과다하게 사용하는 경우

6) 터널굴진 기술이 미숙하여 지보재의 설치 지연, 부적합하게 설치하는 경우

3. 진행성 여굴의 예측 및 대응

1) 터널굴착 중에 경계심을 갖고 관찰하면 진행성 여굴 징후를 예측 가능

2) 숏크리트 타설장비를 막장으로부터 30m 거리 내에 대기시켜 신속 대응

3) 숏크리트를 즉시 타설할 수 있도록 충분한 양의 건식 배합재 확보

4) 응급조치용 자재(강관, 철근, 결속선, 나무쐐기 등)를 막장 근처에 대기

5) 모든 노출면과 막장을 신속 폐합, 시공 중 응급배수대책, 예비펌프 대기

6) 숏크리트 라이닝에 수발공 설치, 과도한 수압방지 유도배수

7) 터널굴착 중에 지보상태가 불충분한 상태에서 중단 없이 연속작업 진행.  끝.

널말뚝식 안벽

1. 용어 정의

1) 항만 계류시설(mooring facilities)은 선박이 화물 적하와 승객 승강하는데 필요한 물양장,

  안벽, 돌핀, 계선부표, 잔교, 선착장, 부잔교 등을 총칭한다.

2) 물양장과 안벽은 항만부지에서 바다 쪽에 수직으로 쌓은 벽구조물로서 벽 위를 통해 선박과

  육상 사이를 승객과 화물이 안전히 이동한다.

3) 물양장과 안벽의 차이는 수심이다. 물양장은 수심 4.5m 미만으로 1천 톤급 미만의 소형선박,

  안벽은 수심 4.5m 이상으로 1천 톤급 이상의 대형선박이 접안한다.

2. 안벽의 형식별 특징

1) 자립식 널말뚝 안벽

 - 타이로드 버팀공과 근입부 지반을 받침으로 하여 벽체를 안정시키는 일반적인 구조

2) 사항버팀식 널말뚝 안벽

 - 널말뚝 배후에 사항을 타입하고 사항머리와 널말뚝머리를 결합하는 단순, 저렴한 구조

3) 선반식 널말뚝 안벽

 - 널말뚝 배후에 말뚝을 추가 타입하고 선반을 설치하여 수평력에 지지하는 구조

 - 일반적인 널말뚝식 안벽으로는 근입부 수동토압이 부족한 연약지반에 적합

4) 이중식 널말뚝 안벽

 - 널말뚝 배후에 사항을 2열 타입, 타이로드 또는 상판으로 벽체를 형성하는 구조

 - 해저 불규칙한 돌출부에 축조 가능하며 양쪽을 안벽으로 사용 가능

5) 셀(Cell)식 널말뚝 안벽

 - 원통형 널말뚝을 연속 타입하고 중간 채움하여 전단저항과 외력에 저항하는 구조

 - 연약층이 비교적 깊은 해저에도 적용 가능하며 타입 중에 정밀시공 필요.  끝.

숏크리트의 응력측정

1. 용어 정의

1) 숏크리트(Shotcrete)란 압축공기를 이용하여 굴착된 지반면에 뿜어 부착시키는 모르타르

  혹은 콘크리트로서 터널 지보재 중에서 가장 중요한 부재이다.

2) 숏크리트 응력은 터널 숏크리트의 반경(Radian) 방향과 접선(Tangential) 방향으로 측정하여

  허용 응력과 비교함으로써 부재의 적정성을 확인하는 데 사용된다.

2. 숏크리트 응력계(Shotcrete Stress meter) 사양

1) 형식(Type) : 진동와이어(Vibrating Wire)

2) 범위(Range) : 3000 미세 변형(Micro strain)

3) 정밀도(Sensitivity) : 1 미세 변형(Micro strain)

4) 정확성(Accuracy) : ±0.1% 실물 크기(full scale) 기준

5) 온도(Temperature) : -20℃ ~ +80℃ 범위

6) 재질(Material) : 강재(Steel)

3. 숏크리트 응력계의 설치방법 및 작동 원리

1) 숏크리트를 타설하면서 설치 예상지점에 2~4개의 앵커볼트를 미리 박아두고, 숏크리트

  응력계를 설치하면 터널 지반에 부착되도록 고체에폭시를 도포한다.

2) 숏크리트 응력계의 측정빈도는 터널의 동일한 단면에 설치된 내공변위 계측계 및 천단침

  하 계측기의 측정빈도와 동일한 빈도로 동일한 시점에 측정한다.

3) 숏크리트 응력계의 게이지에 변형이 발생하면 진동 주파수가 달라지며, 이때 코일이 진동

  에 따른 주파수를 발생시켜 측정기에 신호를 보낸다.

4) 측정기는 이 신호를 변형(Strain)량으로 환산하여 표시하며, 제공되는 변환계수와 숏크리

  트의 탄성계수, 측정된 변형 값에 의해 응력으로 환산한다.  끝.

순환골재 콘크리트

1. 용어 정의

1) 건설폐자재는 건축물 재건축, 도심지 재개발, 노후 도로 개보수 공사 등에서 발생되며, 일반적

 으로 시멘트 콘크리트류(폐콘크리트), 아스팔트 콘크리트류(폐아스콘), 토사류(폐토사), 철재,

 목재, 유리 등으로 분류된다.

2) 공사현장에서 폐콘크리트 덩어리는 중간처리업체에게 위탁처리하여 순환골재로 재생되면

 주로 포장층 하부 노상의 성토재, 옹벽의 뒤채움재 등 저급 용도로 재활용된다.

2. 순환골재 콘크리트의 품질기준

1) 순환골재는 해체된 폐콘크리트를 파쇄한 후 입도조정을 통해 생산되는 것으로, 원래 골재와

 이에 부착된 모르타르로 구성되어 있다. 순환골재의 품질은 콘크리트의 종류나 성상, 부착된

 모르타르의 체적 등에 따라 현저한 차이를 나타낸다.

2) 따라서 레미콘 공장에서 순환골재를 재생할 때 순환골재 콘크리트의 품질확보 측면을 고려해

 야 한다. KS 규격에 순환골재의 절대건조 밀도, 흡수율, 마모율, 0.08mm체 통과량, 안정성, 이물

 질 함유량 등에 대한 품질기준을 제시하고 있다.

* 레미콘 공장에서 사용되는 순환골재의 품질기준

시험항목                    순환 굵은 골재            순환 잔골재

절대건조 밀도(g/cm3)       2.5이상                    2.3이상

흡수율(%)                      3.0이상                    4.0이상

마모율(%)                      40이하                    

0.08mm체 통과량(%)        1.0이하                    7.0이하

안정성(%)                       12이하                    10이하

이물질함유량(%) 유기이물질 1.0이하(용적) 무기이물질 1.0이하(질량)

비용분류체계(Cost Breakdown System)

1. 공정/비용 통합관리체계(EVMS)

1) 분류체계 3가지

 - 작업분류체계(WBS, Work Breakdown Structure)

 - 비용분류체계(CBS, Cost Breakdown Structure)

 - 조직분류체계(OBS, Organization Breakdown Structure)

2) 수행절차 7단계

 - 1단계 : 3가지 분류체계 WBS, CBS, OBS 작성

 - 2단계 : EVMS에서 최저금액 작업 항목 기준으로 일정계획 수립

 - 3단계 : 모든 작업 항목에 대하여 실행예산 기준의 금액을 할당

 - 4단계 : 실행금액을 합산하여 EVMS에서 S커브 곡선 작성

 - 5단계 : 실행단가에 실행물량을 곱하여 실행기성비용 산출

 - 6단계 : 실행단가에 실행물량을 곱하여 실제투입비용 산출

 - 7단계 : 월간공사현황 예정표 작성, 공정/비용 분석

2. 비용분류체계(CBS)

1) 비용분류체계(CBS)는 건설산업 분야에서 대규모 프로젝트를 수행할 때 프로젝트의

  계획예산 대비 투입비용을 관리하는 과정이다.

2) 대규모 건설프로젝트에서 투입비용을 추진일정과 함께 관리하는 경우, 투입인력에

 대한 소요비용을 효율적으로 예산지출을 관리할 수 있다.

3) 또한, SOC 민자유치사업의 경우 건설프로젝트 완공 후 운영 중에 수익관리와 연계하여

 계속적으로 관리할 수 있어 효율적이다.

4) 종전 PERT/CPM에서 최근 공정/비용 통합관리체계(EVMS)로 전환되는 추세.  끝.

건설자동화기술

1. 용어 정의

1) 국토교통부는 2023.7월 "스마트 건설 활성화 방안"을 수립하였고 건설기계 자동화 및 건설 현장 로봇 도입을 위하여 굴삭기 등 자동화장비에 대한 시공기준인 '머신가이던스(MG) 및 머신컨트롤(MC)의 표준시방서'를 2023.1월 고시한 바 있다.

2) 본 문에서는 현재 '건설자동화기술'을 대표할 수 있는 MG/MC에 대해 약술하고자 한다.

2. MG/MC 표준시방서의 주요항목

1) 적용범위 : 다양한 건설공사에 활용할 수 있도록 적용범위 설정

2) 용어 : MC, MG 및 구성 장치에 대한 용어 정의

3) 제출물 : BIM 연계 디지털 설계도면, 검교정계획 등 제춣물 명시

4) 장비 : 주요 구성장치를 구분하고 장비의 교정 및 안전기능 관련사항 규정

5) 작업준비 : 장비의 작동여부, 정확도 검사 등 작업 준비할 때 검토 사항 명시

6) 시공방법 : MG, MC 적용할 때 확인사항 등 시공방법에 대한 기준 규정

7) 정확도 검사 : 공사 후 시공결과에 대한 검사 방법 및 절차 등 규정

3. MG(Machine Guidence) 장비의 구성요소

1) 측정장치 : 건설기계 단말기(end effector)의 허용오차, 정밀도 등 측정

2) 해석장치 : 단말기의 작업 목표정보와 시공정보의 차이를 실시간 산정

3) 입력장치 : 현장 작업결과 수정한 도면 및 데이터를 MG 장비로 전송

4) 출력장치 : 시각(디스플레이 패널, 불빛), 청각(음향), 촉각(진동)으로 제공

4. MC(Mahcine Control)의 구성요소

1) MC 제어장치 : 건설기계 구동부를 조작하여 단말기를 반자동으로 제어

2) MC 조종장치 : MG조종사가 MC 기능을 실행 종료할 수 있도록 조종.  끝.