암반사면의 안정화 공법

1 일반고려사항

1) 재해 및 위험 정도

안정성을 증대시키기 위해 여러 가지 보강공법을 적용할 수 있는데, 먼저 사면 활동에 따른 재해 혹은 위험 정도를 명확히 검토하여야 한다. 재해정도는 파괴발생 크기로 구분하고, 발생 가능성을 확률적으로 분석하며 위험정도는 파괴에 따른 피해 발생규모로 구분한다. 근본적으로 안전하고 경제적인 보강이 바람직하지만, 허용안전도는 재해 또는 위험정도에 따라 적절히 적용할 필요가 있다.

 

2) 자연사면

안정공법을 적용할 때는 다음과 같이 기본적인 세 가지 사항을 고려하여야 한다.

․ 사면의 높이나 경사도를 줄여 활동력을 감소시키는 방안

․ 내, 외부에 배수공법을 적용하여 침투수압을 조절하는 방안

․ 저항력을 증대시킬 수 있는 공법의 적용

 

3) 사면안정 요소

사면안정성은 다음과 같은 여러 가지 변수에 영향을 받는다.

․ 사면형태 - 사면 기울기나 높이

․ 지반조건 - 사면을 구성하는 부분의 구조적 특성이나 강도

․ 기후조건 - 침투수압, 지표수량, 지표수 유동속도

․ 지진특성 - 지진활동이 관성력이나 침투수압에 미치는 영향

․ 기 타 - 상재 하중 등

① 사면기울기

사면의 기울기나 높이가 높아질수록, 사면의 활동력이나 지표수 유동속도가 증가한다. 지표수 유동속도나 양은 침식정도에 직접 영향을 미치며 결국에는 유수의 침식에 의한 파괴가 발생한다.

② 활동구간의 구조적 특성

활동구간의 구조적인 특성은 파괴형태나 파괴가 일어나는 장소, 파괴면 상태에 직접적인 영향을 미치는데 균질한 지반일 경우와 불균질 지반일 경우로 나누어 생각할 수 있다. 단일 지층으로 이루어져 있고 불연속면이 미약하게 발달한 경우 균질지반으로 취급하며, 호상 파괴가 일어날 경우 파괴면 깊이는 지하수위와 심도에 따른 강도변화 양상에 따라 결정된다. 구성물질 변화에 따라 성층면이 형성되어 있거나 층리, 절리, 단층, 엽리, 활동면과 같은 불연속면이 발달해 있는 지층을 불균질 지반으로 취급한다. 이때는 사면과 불연속면의 방향과 경사 및 강도가 사면안정에 영향을 미친다.

 

③ 활동면의 지반강도

지반의 강도에 따라 사면파괴에 대한 저항력이 결정된다. 지반강도는 시험을 실시하여 얻을 수 있으며 사면파괴는 최대응력이 작용하는 시점과 잔류응력이 작용하는 시점 사이에 발생한다. 파괴가 일어난 사면은 파괴발생 이후 경과시간에 따라 다르기는 하지만 대체로 잔류응력에 가까운 강도까지 회복된다.

 

④ 침투수압

침투수압이 작용하면 사면이 이동하고자 하는 힘이 늘어나고 이에 저항하는 힘은 줄어든다. 일반적으로 강우 충전량이 증가하거나 저수지에 물이 고여서 지하수위가 상승하거나, 조위가 예외적으로 높거나, 얼었던 사면이 녹아 침투가 재개되거나, 지진이 발생할 경우 침투수압이 증가한다. 침투수압이 증가하는 가장 일반적인 원인으로 지하수위 상승을 들 수 있다. 지하수위 변화에 영향을 미치는 요소로는 강우량, 지층 포화정도, 폭풍 발생빈도, 지표면 식생 형태나 밀도, 수계, 지질특성, 사면 기울기를 들 수 있다. 지표수가 지하로 스며드는 정도는 지질특성이나 지형특성 또는 식생형태에 크게 영향을 받는데, 이러한 영향정도를 분석하면 사면파괴 원인을 보다 확실하게 규명할 수 있다. 지진이 발생할 경우 간극수압이 증가할 뿐 아니라 간극내 공기압도 증가한다.

 

⑤ 지표수

지표수 유동속도나 양은 침식에 직접 영향을 미치며, 사면파괴의 원인이 되기도 한다. 이 밖에도 폭풍 발생빈도, 지반 포화도, 식생상태, 지반동결 상태, 지질특성, 지형특성, 사면 기울기 역시 침식정도에 영향을 미친다. 폭풍 기간동안 지표수가 지표면을 깎으며 흘러가는 과정에서 애버런치나 토석류가 형성된다. 애버런치는 지표수가 이동하면서 먼저 침투수압으로 인해 느슨해진 흙을 사면 아래쪽으로 휩쓸고 지나가는 상태이다. 지표수가 계속 흘러가면서 쓸고 내려가는 흙의 부피가 증가하고 속도 역시 빨라지는데, 이런 상태가 계속되면서 굵은 자갈도 같이 쓸려가며, 결국에는 지표면에 느슨한 부분은 모두 휩쓸어 슬러리를 형성하며 맹렬한 속도로 사면 아래쪽으로 이동한다.

 

4) 사면안정 대책에 의한 피해 발생 억제

사면파괴 가능성이 있는 지역에서 적절한 보호대책을 적용하여 안정성을 확보할 필요가 있다. 활동발생 위험이 그리 크지 않은 지역에서는 비교적 경제성을 고려하여 〈표 5.1〉과 〈표 5.2〉와 같은 대책을 수립할 수 있으며, 〈그림 5.1〉은 보호대책을 예시한 것이다.

 

<표 5.1> 사면활동 형태에 따른 방지 및 처리대책

활동형태	시공시 방지법	처리대책
낙석 (rock fall)	저부 침식방지, 발파조적, 록볼트, 보강선 적용, 콘크리트 보호공, 부석제거, 숏크리트 타설	낙석을 어느정도 허용하고, 노면정리, 록볼트, 숏크리트 적용 부석제거, 벽체형성
평면 암반활동	소량 : 제거 혹은 볼트 체결 보통 : 경사도 조정, 볼트사용 대량 : 내부 배수 혹은 노선변경	낙석을 어느정도 허용하고, 노면정리 경사도 조정, 볼트체결, 내부배수공설치
회전 암반활동	경사도 조정 및 표면 배수처리. 내부 배수공 설치	경사도 조정, 표면과 내부 배수처리

 

 

<표 5.2> 사면 안정화 대책

구분	처리대책	사면조건	일반적인 목적
형상 변경	사면높이 감소 사면경사 조정	회전활동 토사 및 암반사면	초기 단계 활동방지 및 처리 초기 단계 활동방지 및 처리
지표수 조절	균열피복 배수공법	토사 및 암반 사면 토사 및 풍화암반 사면	초기 단계 활동방지 및 처리 초기 단계 활동방지 및 처리
내부 침투수 조절	깊은 우물(deep well) 수직 중력식 배수 수평배수 집수갱(galleries)	암반사면 토사 및 암반사면 토사 및 암반사면 토사 및 암반사면	임시대책 초기단계 활동방지 및 처리 초기에서 중간단계 처리대책 초기단계 처리대책
억제공	콘크리트 받침대 록 볼트 콘크리트 띠 및 록 볼트 앵커공 와이어 메시 콘크리트 벽체 숏크리트 암석채움식 부벽 돌망태 공법 크립(crib)벽체 보강토 옹벽 콘크리트 중력식 옹벽 앵커보강 콘크리트 벽체 현장타설 뿌리말뚝	암반 돌출부(overhang) 절리 암반사면 심한 절리, 연암 사면 경사 사면 급경사 암반사면 보통 경사 사면 연암 및 절리사면 견고한 토사 및 연암사면 견고한 토사 및 연암사면 보통 견고한 토사사면 토사 및 풍화암반 사면 토사 및 암반사면 토사 및 풍화암반 사면 토사 및 풍화암반 사면	방지대책 활동 슬래브 방지 및 처리대책 방지대책 방지 및 초기처리대책 붕락방지 활동 및 낙석 회전방지 방지대책 초기단계 방지 및 처리대책 초기단계 방지 및 처리대책 방지대책 방지대책 방지대책 초기에서 중간단계 처리대책 초기단계 방지 및 처리대책

3 불안정한 암반사면의 보강

불안정한 암반사면을 보강할 때 보강범위, 암반 종류 및 불연속면의 형태를 고려하여 공법을 결정한다. 암괴가 이탈하는 소규모 활동에서는 부석을 제거하거나 록볼트 등으로 보강하는 것이 효과적이다. 층상 퇴적암의 경우 내부 배수방식으로 침투압을 경감하여 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

자유수면에서 침투가 그리 깊게 발생하지 않는 경우(100m 이하)에는 토사사면에 적용하는 내부배수 공법을 적용하여 처리하고 심정을 설치하여 정기적으로 배수하여 침투수압을 감소시킨다. 피압 대수층 하부에 사암이나 다공질 석회암과 같이 투수성 암반이 있을 때 중력배수 방식을 적용할 수 있다. 암반내부에 배수갱을 설치하여 지하수를 유도하고 수직공을 통해 집수된 지하수를 처리하는 방식도 사용된다.

 

4 보수 및 보강 공법

 

1) 사면형상 변화

풍화도, 불연속면 형태 등의 암질에 따라 안정을 유지할 수 있는 사면각은 다음과 같이 경사각을 적용한다.

① 절리간격이 큰 결정질 암반, 층리면이 사면과 직교하는 퇴적암, 수평방향 층상구 조를 보이는 사암 및 셰일 등에서는 76°(V : H = 4 : 1)를 적용함. 팽창성 암 반에서는 숏크리트 등으로 표면을 보강할 필요 있음.

② 절리와 사면의 주향방향이 같고 절리간격이 작을 경우에는 록 볼트 등으로 활동 예상 블록을 보강함.

③ 절리간격이 작은 암반층에서는 암질에 따라 63～45°(V : H = 2 : 1 ～ 1 : 1)를 적용함.

④ 해성셰일과 같이 대기에 노출시 급격히 이완되는 경우에는 14 ～ 10°(V : H = 1 : 4 ～ 1 : 6)를 적용

절토 높이가 큰 경우 일반적으로 벤치를 형성하여 안정을 유지하며 이 경우 붕락되는 암괴가 하부로 떨어지지 않도록 차단하는 효과를 기대할 수 있다.

 

 

2) 사면의 배수

암사면의 안정성을 향상시키는 것은 차후의 안정성의 향상과도 직결되며 특히 암이 연약하고 절 리가 발달되어 있으며, 침식에 취약한 암반일수록 더욱 그러하다. 암사면 정상의 후방부에서 지표수나 지하수가 있는지 반드시 조사해야 한다.

암사면 표면 배수는 다음과 같은 처리 방법이 적용될 수 있을 것이다.

① 산마루 측구 등을 통한 사면 위의 배수 실시

② 사면의 경사 조정으로 취약한 곳으로 물이 유입되지 않도록 조치

③ 콘크리트 타설, 표면 그라우팅, 아스팔트도포 또는 폴리 프로필렌 처리 등은 임시 적인 조치 또는 표면과 인장 균열부 영구적 메꿈, 그리고 침투성 높은 지역 처리 등에 적용될 수 있다.

④ 표면 그라우팅 또는 아스팔트로 포장된 측구 또는 암사면내의 수로, 횡단배수 시 설, 구거, 도수로 등은 암사면 표면수 처리에 사용된다.

⑤ 관목류가 자랄 수 있는 암사면 피복토사 제거를 최소화하여 관목류가 자라도록 조치

 

3) 지지대와 억제벽체

사면내 매달리듯이 암괴가 존재하여 빠질 가능성이 있는 곳에 적용된다. 이러한 구조물은 불안정 상태인 암반의 중량의 부분으로 설계하므로 불안정 개소의 안정조치를 할 수 있다. 본 공법은 단순, 효과적이며 영구적인 시설물이 되나, 보강 물량이 크게 요구되므로 공사비가 크게 요구된다.

 

4) 다우웰

위에는 안정한 암반, 하부는 불안정한 암반이 위치해 있을 때 안정된 암반에 다우웰을 타입하고 그라우팅을 실시함으로써 불안정 암반의 슬라이딩 저항성을 높여 줄 수 있다. 다우웰은 소규모에서 대규모의 암반 지지에 모두 사용될 수 있다.

 

5) 케이블

암 사면내 케이블 설치는 암반과 불안정하며 교통 안전을 위해, 접근이 곤란한 경우, 불안정 암을 제거키 곤란하여 암을 그대로 그 위치에 놔두는 것이 유리할 때 적용되는 공법이다. 안정처리의 단기간적인 방법으로 케이블 설치 또는 케이블 망 설치가 있다. 정착식 케이블 네트는 암의 직경이 1.5～2.5m 정도의 느슨해진 암괴를 지지하는데 사용된다. 케이블의 거치는 불안정한 암을 매듭 또는 감싸는 스트랜드를 사면에 앵커시킨다. 이러한 기술은 단순하고 큰 암괴 처리에 경제적이다.

 

6) 숏크리트

숏크리트는 불안정한 암반의 풍화와 표면 낙석을 방지하고 암사면을 봉합시키는 기술로 널리 사용되고 있다. 숏크리트는 골재와 시멘트를 압축공기로 송출 타설하는 방법으로 암 사면 안정 처리용으로 5～7.5cm 정도의 두께로 타설한다.

숏크리트의 가장 큰 장점은 암 사면을 손쉽게, 신속하게 보강을 할 수 있는데 있다. 암표면은 숏크리트 타설전에 부석을 제거하여야 하며, 혹서기 타설시에는 타설 후 표면에 피막 양생재를 도포 하여야 한다.

 

7) 록 볼트

록 볼트를 불안정 암괴의 불연속면을 관통하여 설치함으로써 전단저항을 향상시켜 암반을 안정시킬 수 있다. 록 볼트는 주로 암사면 표면이나 표면에서 깊지 않은 부위를 안정시키는데 사용되며, 암괴에 압축력을 가하여 암반의 이완 방지, 동상에 의한 들뜸 또는 탄성적인 이완을 방지하게 된다.

 

8) 낙석 보호망

암 사면에 커튼같이 걸쳐놓은 와이어 메쉬는 낙석이나 낙반의 암괴가 도로 부에 떨어지는 것을 방지하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

 

9) 낙석 차단 방책과 네트

탄력적인 낙석 방책을 암사면 위, 사면하단 및 노견에 설치하는 방법. 낙석 방책은 소규격 중에서 중간 규모의 암석을 차단하며 충돌에너지는 25ft-ton 정도를 대상으로 하고 있다. 강체형보다는 탄력적인 방책이 낙석의 충격에너지를 흡수하는데 유리하다.

휀스는 강제 체인링크형 와이어 메쉬 또는 이중 꼬인형 6각형 메쉬를 주로 사용한다. 가장 일반적으로 많이 사용되는 형태는 와이어 로프 메쉬이다.

 

----  잘 보셨으면  "좋아요" 부탁해요?  010-3816-1998. 감사함다. -----