비탈면설계기준개정에따른 지하수조건별비탈면설계경향분석 ·...

비탈면 설계기준 개정에 따른 지하수 조건별 비탈면 설계 경향 분석

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A first draft of slope design criteria were set in 2006 from Korea Infrastructure Safety

Corporation, affiliated institute of Ministry of Construction and Transportation. With reference

to the criteria, each ordering organizations (Korea Highway Corporation, Korea Rail Network

Authority, Korea Land and Housing Corporation, etc.) have created their own standards and

utilized.

However, it is necessary to set revised edition of the criteria by the occurrence of many

troubled design. Revised slope design criteria, therefore, have formulated in December 2011,

and it necessitates verification of possible problems on slope design and construction works in

progress.

This study attempts to analyse the tendencies of slope design considering variable

groundwater conditions according to the amendment of criteria, and to suggest the basis.

Furthermore, economic analysis has performed for the respective conditions through

estimating the reinforcement material quantities for each unstable slopes, and the costs of

reinforcement construction.

1. 서론

2. 비탈면 설계기준(개정 전·후)

3. 비탈면 설계경향 분석

4. 결론

비탈면설계기준개정에따른지하수조건별비탈면설계경향분석

Analysis of the tendencies toward slope design considering groundwatercondition according to amendment of slope design criteria

1) 지반부문 전무, 토질 및 기초기술사([email protected])2)지반부문 이사, 토질 및 기초기술사([email protected])

3) 지반부문 차장, 토질 및 기초기술사([email protected])4) 건설기술연구소 사원([email protected])

김남호1) 방의석2) 박영철3) 김성헌4)

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유신기술회보 _ 기술자료

1. 서론

“건설공사비탈면설계기준”초안은2006년도건

설교통부산하기관인한국시설안전기술공단에서제

정되었으며, 이를참고하여각발주기관(한국도로공

사, 한국철도시설공단, LH공사 등)에서 자체 설계

기준을제작·활용해왔다.

그러나기존설계기준적용시설계및시공과정에

서여러문제들이발생하여설계기준의수정이요구

되었으며, 2011년12월에개정된“건설공사비탈면

설계기준”이 발간되었다. 이에 따라 개정된 설계기

준 발간 시점에 이미 시행 중인 설계나 건설공사에

대해서 설계기준 개정으로 인하여 발생할 수 있는

문제점을확인할필요가있다.

본 연구에서는 개정 전·후 설계기준을 적용하여

지하수 조건별 비탈면의 설계경향을 비교·분석하

고 합리적인 설계 및 건설공사가 되도록 의견을 제

시하고자한다.

2. 비탈면설계기준(개정전·후)

개정전·후비탈면설계기준에는깎기및쌓기비

탈면의건기·우기·지진시·단기상태에대하여각

기 기준안전율 및 지하수위조건이 제시되어 있고,

개정 후(2011)에는 연약지반 쌓기비탈면에 대한 설

계기준이 보완되었다. 각 조건에 대하여 정리하면

다음과같다.

2.1 비탈면 설계기준(개정 전, 2006)

가. 깎기비탈면기준안전율및지하수위조건

구 분 기준안전율

건 기 FS>1.5

참 조

•지하수가 없는 것으로 해석

단 기 FS>1.0 •기간 1년 미만의 단기간의 안정성 검토 시

우 기FS>1.2또는1.3

•암반비탈면은 인장균열의 1/2심도까지 지하수를 위치시키고 해석수행

•토층 및 풍화암으로 구성된 비탈면의 안정해석시, 지하수 조건은 지반 및 지형조건 등 현장여건

을 종합적으로 판단하여 안정성에 가장 불리한 상태가 발생하는 조건으로 설계하되, 지하수 조건

을 정확히 판단하는 것이 불가능할 경우에는 지표면에 지하수를 위치시켜 안전측으로 해석수행

(FS=1.2적용)

•강우의 침투를 고려한 해석을 실시하는 경우(FS=1.3적용)

•위 두 가지 조건중 선택적으로 1가지 조건을 만족시켜야 함

지진시 FS>1.1•지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용

•지하수위는 실제 측정 또는 평상시의 지하수위 측정

•강도정수를 최대강도가 아닌 잔류강도로 해석한 경우 : 위 기준에서 0.1감소

•비탈면 상하부 파괴범위 내에 가옥, 건물 등의 고정시설물이 있는 경우 : 위 기준에서 0.05증가

•비탈면 상부 파괴범위 내에 1, 2종 시설물의 기초가 있는 경우 : 별도 검토

•상기 조건을 중복 적용하여 FS<1.0 인 경우에는 최소 안전율 1.0 적용

Fs : Factor of safety

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구 분 기준안전율

건 기 FS>1.5

참 조


단 기 FS>1.0~1.1 •기간 1년 미만의 단기간의 안정성 검토 시

우 기 FS>1.3

•일반적인 쌓기 비탈면은 별도의 지하수위 조건없음•한쪽 쌓기 한쪽 깎기 비탈면에서는 측정한 지하수위 또는 침투해석을 통한 지하수위를 이용하여해석

•쌓기 표면에 강우침투가 발생하는 경우에는 강우침투를 고려한 해석 실시

지진시 FS>1.1•지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용•지하수위는 실제 측정 또는 침투해석을 수행한 지하수위

•쌓기 비탈면의 경우에는 필요시 우기 시 안전율을 검토하고 건기 시의 안전율도 만족하도록 설계함•강도정수를 최대강도가 아닌 잔류강도로 해석한 경우 : 위 기준에서 0.1 감소•비탈면 상하부 파괴범위 내에 가옥, 건물 등의 고정시설물이 있는 경우 : 위 기준에서 0.05증가•비탈면 상부 파괴범위 내에 1, 2종 시설물의 기초가 있는 경우 : 별도 검토•상기 조건을 중복 적용하여 FS<1.0 인 경우에는 최소 안전율 1.0 적용

구 분 최소안전율

건 기 FS>1.5

참 조


단 기 FS>1.1•기간 1년 미만의 단기적인 비탈면의 안정성(시공중 포함)•지하수 조건은 장기안정성 검토의 우기시 조건과 동일하게 적용

우 기FS>1.2또는

FS>1.3

•연암 및 경암 등으로 구성된 암반비탈면의 경우, 인장균열 내 지하수 포화 높이나 활동면을 따라

지하수로 포화된 비탈면 높이의 1/2심도까지 지하수를 위치시키고 해석을 수행하며 이 경우

FS=1.2적용

•토층 및 풍화암으로 구성된 비탈면의 안정해석은 지하수위를 결정하여 해석하는 방법 또는 강우

의 침투를 고려한 방법 사용가능

•지하수위를 결정하여 해석하는 경우에는 현장 지반조사 결과, 지형조건 및 배수조건 등을 종합적

으로 고려하여 지하수위를 결정하고 안정해석을 수행하며, 지하수위를 결정한 근거를 명확히 기

술(FS=1.2적용)

•강우의 침투를 고려한 안정해석을 실시하는 경우에는 현장지반조사 결과, 지형조건, 배수조건과

설계계획빈도에 따른 해당지역의 강우강도, 강우지속시간등을 고려하여 안정해석을 실시하며, 해

석시 적용한 설계정수와 해석방법을 명확히 기술(FS=1.3적용)

지진시 FS>1.1•지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용시킴•지하수 조건은 장기안정성 검토의 우기시 조건과 동일하게 적용


나. 쌓기비탈면기준안전율및지하수위조건

2.2 비탈면 설계기준(개정 후, 2011)

가. 깎기비탈면기준안전율및지하수위조건

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나. 쌓기비탈면 기준안전율 및 지하수위 조건(연약지반 포함)

다. 동일 기준 내 상이한 지하수위 조건

구 분 최소안전율

건 기

FS>1.5(일반쌓기)FS>1.3

(연약지반)

참 조

•쌓기체 내에 지하수가 없는 것으로 해석

단 기

구 분 최소안전율 제4장 쌓기비탈면 설계편 제25장 비탈면 내진설계기준편

지진시

구 분깎기비탈면 쌓기비탈면 연약지반 쌓기비탈면

FS>1.1 •지하수위는 우기시 조건과 동일 •지하수위는 실제측정 또는 평상시 수위

FS>1.1•기간 1년 미만의 단기적인 비탈면의 안정성(시공중 포함)•지하수 조건은 장기안정성 검토의 우기시 조건과 동일하게 적용

우 기

FS>1.3(일반쌓기)FS>1.2

(연약지반)

•지하수조건은 지반조사 결과, 지형조건 및 배수조건 등을 종합적으로 판단하여 안정성에 가장 불리한 상태가 발생하는 조건에 대하여 수행

•한쪽 쌓기 한쪽 깎기 비탈면에서는 상기조건에 따라 산정한 지하수위 또는 침투해석을 통한 지하수위를 이용하여 해석

•쌓기 표면에 강우침투가 발생하는 경우에는 설계계획빈도에 따른 해당지역의 강우강도, 강우지속시간 등을 고려하여 강우침투를 고려한 해석 실시

지진시 FS>1.1•지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용시킴•지하수위는 우기시 조건과 동일하게 적용


지진시 고려해야 할 지하수위는 동일 기준(개정

후, 건설공사 비탈면 설계기준, 2011.12) 내에서도

상이하여설계시혼동이우려된다.

2.3 비탈면 설계기준 개정 전·후 비교

가. 기준안전율 비교

개정 전(2006) 개정 후(2011) 개정 전(2006) 개정 후(2011) 개정 전(2006) 개정 후(2011)

건 기 FS > 1.5 FS > 1.5 FS > 1.5 FS > 1.5 - FS > 1.3

우 기 FS>1.2 또는 1.3 FS>1.2 또는 1.3 FS > 1.3 FS > 1.3 - FS > 1.2

지진시 FS > 1.1 FS > 1.1 FS > 1.1 FS > 1.1 - FS > 1.1

단 기 FS > 1.0 FS > 1.1 FS > 1.0~1.1 FS > 1.1 - FS > 1.1

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개정전·후기준안전율을비교해보면, 깎기비탈

면의경우단기시안전율기준만이0.1증가하였으며

연약지반쌓기비탈면에서의기준안전율은추가되었

다. 연약지반쌓기비탈면에서건기시안전율은일반

쌓기비탈면의 안전율보다 0.2 낮아진 1.3이고, 우기

시 안전율은 일반 쌓기비탈면의 안전율보다 0.1 낮

아진 1.2이며, 지진시 안전율은 일반 쌓기비탈면과

동일한1.1이다.

나. 지하수위 조건 비교

구 분

건 기

깎기비탈면

개정 전(2006) 개정 후(2011) 개정 전(2006) 개정 후(2011)

지하수위 없음(쌓기체내)

지하수위 없음 지하수위 없음 지하수위 없음 -지하수위 없음(쌓기체내)

우 기

지진시

단 기

안정성에 가장불리또는 침투해석

지표면포화(Fs:1.2)침투해석(Fs:1.3)

근거명확(Fs:1.2)침투해석(Fs:1.3)

침투해석 -안정성에 가장불리또는 침투해석

개정 전(2006) 개정 후(2011)

쌓기비탈면 연약지반 쌓기비탈면

측정, 평상시 우기시와 동일 측정, 침투해석 우기시와 동일 -

-

우기시와 동일

- 우기시와 동일 - 우기시와 동일 우기시와 동일

개정 전·후 비탈면 안정 해석시 적용 지하수위

조건을 비교해 보면, 깎기비탈면의 경우 건기시 조

건은“지하수위없음”으로변화가없으나, 우기시조

건중에서안전율1.2 사용을위한명확한근거제시

가 어려우므로 강우침투해석조건을 사용하게 되어

개정 전(“지표면포화, Fs=1.2”)보다 지하수위 조건

이 완화되었다. 그리고 지진시는 개정 후 우기와 동

일하게 변화되었으므로 지하수위 조건이 강화되었

다고할수있다.

일반 쌓기비탈면은 개정 후, 건기시 지하수위 조

건이“쌓기체내 지하수위 없음”으로 구체화되었고,

우기시는안정성에가장불리한조건이추가(명확한

해석 필요)되었으며, 지진시는 우기시와 동일하게

변화되었으므로 지하수위 조건이 강화되었다고 할

수있다.

연약지반 쌓기비탈면은 일반 쌓기비탈면과 지하

수위 기준이 동일하며, 개정 전에는 별도의 기준이

없었으나, 개정을통해기준이세분화되었다.

3. 비탈면설계경향분석

3.1 해석조건

설계기준 개정 전·후에 대한 설계경향을 파악하

기 위하여 개정 전·후의 기준안전율 및 지하수위

조건과 비탈면높이 변화에 따른 안전율을 분석하였

다. 단기 상태의 조건은 제외하였으며 해석조건은

다음과같다.

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설계시에는 설계기준에서 안정성 측면에 가장 불

리한조건을고려해야하므로상기조건을적용하여

해석을수행하였다. 상기조건에서애매한3가지기

준은 다음과 같이 해석하였으며, 깎기 비탈면에 대

해서는 지표면포화 조건을 추가로 해석하여 비교하

였다.

가. 기준안전율 및 지하수위 조건

구 분

깎기비탈면

개정 전(2006)

안전율

건 기

지하수위 안전율 지하수위 안전율 지하수위 안전율 지하수위 안전율 지하수위 안전율 지하수위

FS>1.5 - FS>1.5 -

침투해석지표면포화

FS>1.3 침투해석 FS>1.3 지표면포화 FS>1.3 침투해석 FS>1.2 지표면포화FS>1.2 지표면포화 FS>1.3우 기

침투해석지표면포화

FS>1.1 침투해석 FS>1.1 지표면포화 FS>1.1 침투해석 FS>1.1 지표면포화FS>1.1 평상시 FS>1.1지진시

일반쌓기1) 지하수위 없음(쌓기체 내) ⇒ 측정지하수위(평상시)로 해석2) 안정성에 가장 불리한 상태 ⇒ 지표면 포화로 해석

연약지반

지역

서해안(서산)

100(년)

빈도6시간 지속시 12시간 지속시 18시간 지속시 24시간 지속시

31.5 24.9 19.2 15.7

강우강도(mm/hr)

3) 개정 전 연약지반 쌓기비탈면에 대한 설계기준이 없어 쌓기비탈면 기준을 그대로 적용

FS>1.5 - FS>1.5 평상시 FS>1.5 - FS>1.3 평상시

개정 후(2011) 개정 전(2006) 개정 후(2011) 개정 전(2006) 개정 후(2011)

쌓기비탈면 연약지반 쌓기비탈면

침투해석은 서산지역 100년 빈도 강우강도를 적

용하였고, 6시간, 12시간, 18시간, 24시간, 36시간

지속 조건으로 각각 해석한 결과, 24시간 지속시에

예상활동파괴면 내 지하수위가 가장 높이 상승하였

으므로해당강우강도및지속시간을적용하였다.

나. 침투해석시 적용 강우강도

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12시간 지속시 24시간 지속시 36시간 지속시

다. 지반설계 물성치

구 분 단위중량(kN/㎥) 점착력(kPa) 내부마찰각(°) 투수계수(cm/sec)

쌓기체 19.0 15.0 25 1.0×10-4

퇴적토층 18.0 15.0 20 1.0×10-4

잔류토층 18.0 15.0 30 1.0×10-4

연약점토층 17.0 25.0 0 1.0×10-6

설계정수적용시단위중량, 점착력, 내부마찰각은

일반적인값을사용하였으며, 투수계수는“지반조사

핸드북(엔지니어즈, p204)”의 문헌값(실트질 모래

1.0×10-4cm/sec)을이용하였다.

Dmax Dmin D10(mm) ft/년 ft/월 cm/sec

균등한 세립모래 0.25 0.05 0.06 4000 400 40×10-4

실트질모래, 자갈(입도양호) 5 0.01 0.02 400 40 4×10-4

실트질 모래 2 0.005 0.01 100 10 1×10-4

구 분

Conductivity-Suction Volume Water Content-Pressure

입 자 크 기유효입경 투 수 계 수 k

mm

라. 함수특성곡선

•강우침투 고려시 불포화지반의 함수특

성곡선이 침윤전선 형성, 지하수 상승

조건 등에 크게 영향을 미치므로 적절

한 함수특성곡선의 선정이 매우 중요함

•SEEP/W Library 함수 중 Silty

Sand 곡선을 이용하였음

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바. 보강공법

해석 결과가 기준안전율을 만족하지 못하는 경우

에는보강공법을적용하여안전율을증가시켰다. 적

용한공법은 깎기비탈면에는앵커(Anchor)와 네일

링(Soil-Nailing)공법, 일반 쌓기비탈면에는 고강

도토목섬유(P.E.T 매트), 연약지반 쌓기비탈면에는

모래다짐말뚝공법(SCP)으로설계및시공사례가많

고검증된공법들을이용하였다.

마. 해석단면 조건

깎기비탈면 일반 쌓기비탈면 연약지반 쌓기비탈면

•깎기높이 : 10, 15, 20m•지하수위 : GL-3m, GL-10m

•쌓기높이 : 15, 20, 25m•지하수위 : GL-1m, GL-5m

•쌓기높이 : 5, 10, 15m•지하수위 : GL-1m, GL-5m

깎기비탈면 일반 쌓기비탈면 연약지반 쌓기비탈면

•보강길이 10m 이하 : 네일(Nail)•보강길이 10m 이상 : 앵커(Anchor)

•고강도토목섬유(PET매트) 적용•경제성 및 시공성 우수

•모래다짐말뚝(SCP) 적용•복합지반 형성하여 활동방지

3.2 침투해석

1) 침투해석 흐름

단면, 초기조건 설정

•초기지하수위 설정

•단면조건 : 비탈머리에서

배면으로 2H 이상 모델링

정상류 해석

•절취 후 안정된 지하수위

검토

비정상류 해석

•사면부, 원지반부 강우시

침투조건

검토결과 분석

•강우시 시간 경과에 따른

최대 지하수위 선정

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3.3 해석결과

비탈면설계기준변경에따른지하수위조건별설

계경향 분석을 위하여 깎기, 일반쌓기, 연약지반 쌓

기비탈면에대해침투해석(SEEP/W)과원호활동해

석(SLOPE/W)을 수행하였다. 깎기고, 쌓기고 및

지하수위 조건을 달리한 18가지 경우(비탈면높이

5~25m, 지하수위GL.(-)1~10m)에 대하여 개정

전·후기준을적용하여해석을수행하였으며, 해석

결과는 각 조건 중 1가지 경우(깎기고 및 쌓기고

15m, 지하수위는각각GL.-3, GL.-1m)만그림으로

도시하였고, 나머지는도표및그래프로정리하였다.

2) Modeling 및 경계조건

구분

깎기비탈면

쌓기비탈면

초기조건 강우조건

구분

깎기비탈면

쌓기비탈면

1. 정상류 해석 2. 강우침투후 시간 지하수위

3) 침투해석 결과

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가. 깎기비탈면(깎기고 15m, 지하수위 GL.-3m) : 침투해석수행

나. 깎기비탈면(깎기고 15m, 지표면포화)

구분

건 기 - -

무보강

개정 전 개정 후 개정 전(Anchor) 개정 후(Nail)

FS=1.653 > 1.5 O.K FS=1.653 > 1.5 O.K - -

우 기

FS=0.857 < 1.2 N.G FS=1.288 < 1.3 N.G FS=1.236 > 1.2 O.K FS=1.303 > 1.3 O.K

지진시


L=14~17m, C.T.C=2.5m L=10m, C.T.C=2.0m

보강

구분

건 기

무보강

개정 전 개정 후 개정 전(Anchor, 4본) 개정 후(Anchor, 6본)

FS=1.653 > 1.5 O.K FS=1.653 > 1.5 O.K FS=2.350 > 1.5 O.K FS=2.732 > 1.5 O.K

우 기


지진시


L=14~17m, C.T.C=2.5m L=14~18m, C.T.C=2.0m

보강

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다. 일반 쌓기비탈면(쌓기고 15m, 지하수위 GL.-1m)

구분

건 기

무보강

개정 전 개정 후 개정 전(Anchor, 4본)

-

개정 후(PET매트,400kN/m, 1매)

FS=1.523 > 1.5 O.K FS=1.468 < 1.5 N.G - FS=1.545 > 1.5 O.K

우 기-

FS=1.444 > 1.3 O.K FS=1.420 > 1.3 O.K - FS=1.482 > 1.3 O.K

지진시-

FS=1.199 > 1.1 O.K FS=1.179 > 1.1 O.K - FS=1.227 > 1.1 O.K

보강

구분

건 기

무보강

개정 전 개정 후개정 전

(SCP1.5X1.5)개정 후

(SCP1.4X1.4)

FS=1.049 < 1.5 N.G FS=1.049 < 1.3 N.G FS= 1.575 > 1.5 O.K FS= 1.413 > 1.3 O.K

우 기


지진시


보강

라. 연약지반 쌓기비탈면(쌓기고 15m, 지하수위 GL.-1m)

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구분

깎 기비탈면

건 기 우 기 지진시

마. 깎기, 쌓기 높이, 지하수위 조건별 해석결과 분석

1) 비탈면 해석결과

•건기 기준안전율과 지하수위 조건 변화 없음, 개정 전·후 안전율 동일

•우기(침투해석) 기준안전율 : 1.2⇒1.3, 지하수위 : 지표면포화 ⇒ 침투해석, 전반적으로 안전율 상승

•지진시(침투해석) 기준안전율 : 동일, 지하수위 : 측정수위 ⇒ 침투해석, 전반적으로 안전율 상승

•지진시(지표면포화) 기준안전율 : 동일, 지하수위 : 측정수위 ⇒ 지표면포화, 전반적으로 안전율 감소

일 반쌓 기비탈면

•건기 기준안전율 : 동일, 지하수위 : 없음 ⇒ 측정수위, 개정 후 안전율 다소 감소

•우기 기준안전율 : 동일, 지하수위 : 침투해석 ⇒ 지표면포화, 전반적으로 안전율 감소

•지진시 기준안전율 : 동일, 지하수위 : 침투해석 ⇒ 지표면포화, 전반적으로 안전율 감소

연 약지 반쌓 기비탈면

•건기 기준안전율 : 1.5 ⇒ 1.3, 지하수위 : 없음 ⇒ 측정수위, 안전율 변화없음(Ø=0)

•우기 기준안전율 : 1.3 ⇒ 1.2, 지하수위 : 침투해석 ⇒ 지표면포화, 안전율 변화없음(Ø=0)

•지진시 기준안전율 : 동일, 지하수위 : 침투해석 ⇒ 지표면포화, 안전율 변화없음(Ø=0)

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깎기비탈면 설계기준 개정 전·후 변경사항은 다

음과 같다. 침투해석조건으로 고려할 경우, ① 우기

시 지하수위는“지표면포화 ⇒ 강우침투”로 하강하

는반면에기준안전율이0.1 상승되고, ②지진시지

하수위는“평상시⇒침투해석”으로다소상승된다.

그리고지표면포화조건으로고려할경우, ①지진시

지하수위가“평상시⇒지표면포화”로상승된다.

침투해석조건으로 고려할 경우, 깎기고 10m까지

는지하수위와상관없이보강이필요없었고, 깎기고

15m 이상에서는지하수위가높을경우에만별도의

보강이 필요하였으며, 보강수량은 우기시 안전율에

의해 결정되었다(개정 전 민감도 : 건기시 149~

163%, 우기시 101~103%, 지진시 101~140%이

며, 개정 후 : 건기시 115~119%, 우기시 101~

105%, 지진시 102~105%). 그리고지표면포화조건

으로고려할경우, 보강수량은지진시안전율에의해결

2) 비탈면 보강 전, 후 해석결과 요약

▶깎기비탈면

높 이(m)

10.0

15.0

20.0

3.0

10.0

3.0

10.0

3.0

10.0

높 이(m)

15.0

지하수위

(GL-m) 건기(FS>1.5)

5.01.523(O.K)

1.544(O.K)

1.305(O.K)

1.523(O.K)

1.420(O.K)

1.179(O.K)

- - - - - -

1.01.523(O.K)

1.444(O.K)

1.199(O.K)

1.468(N.G)

1.420(O.K)

1.179(O.K)

- - -1.545(O.K)

1.482(O.K)

1.227(O.K)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.2)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

개정 전 개정 후 개정 전 개정 후

무보강 보강

1.565(O.K)

1.561(O.K)

0.749(N.G)

0.749(N.G)

0.679(N.G)

0.872(N.G)

1.565(O.K)

1.561(O.K)

0.749(N.G)

0.749(N.G)

0.630(N.G)

0.630(N.G)

1.105(N.G)

1.319(O.K)

0.934(N.G)

1.119(O.K)

2.444(O.K)

2.404(O.K)

1.239(O.K)

1.215(O.K)

1.104(O.K)

1.324(O.K)

2.662(O.K)

2.662(O.K)

1.368(O.K)

1.368(O.K)

1.113(O.K)

1.113(O.K)

1.778(O.K)

-

1.367(O.K)

-

1.129(O.K)

-

1.653(O.K)

0.857(N.G)

1.155(O.K)

1.653(O.K)

0.857(N.G)

0.726(N.G)

1.528(O.K)

1.313(O.K)

2.350(O.K)

1.236(O.K)

1.535(O.K)

2.732(O.K)

1.470(O.K)

1.200(O.K)

- - -

1.653(O.K)

0.857(N.G)

0.799(N.G)

1.653(O.K)

0.857(N.G)

0.726(N.G)

1.288(N.G)

1.092(N.G)

2.350(O.K)

1.236(O.K)

1.133(O.K)

2.732(O.K)

1.470(O.K)

1.200(O.K)

1.722(O.K)

1.303(O.K)

1.112(O.K)

1.833(O.K)

1.027(N.G)

1.592(O.K)

1.833(O.K)

1.027(N.G)

0.881(N.G)

1.797(O.K)

1.561(O.K)

2.234(O.K)

1.215(O.K)

1.714(O.K)

2.388(O.K)

1.391(O.K)

1.169(O.K)

- - -

1.833(O.K)

1.027(N.G)

1.027(N.G)

1.833(O.K)

1.027(N.G)

0.881(N.G)

1.527(O.K)

1.312(O.K)

2.234(O.K)

1.215(O.K)

1.192(O.K)

2.388(O.K)

1.391(O.K)

1.169(O.K)

- - -

지하수위(GL-m)

무보강

개정 전

건기FS>1.5

우기FS>1.2

지진시FS>1.1

건기FS>1.5

건기FS>1.5

우기FS>1.2

지진시FS>1.1

지표포화

우기FS>1.2

지진시FS>1.1

우기FS>1.3

지진시FS>1.1

건기FS>1.5

우기FS>1.2

지진시FS>1.1

건기FS>1.5

우기FS>1.3

지진시FS>1.1

침투해석 지표포화 침투해석

개정 후 개정 전 개정 후

보강

▶일반쌓기비탈면

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154_제19호


▶연약지반쌓기비탈면

정된다(개정 후 민감도 : 건기시 160~182%, 우기시

114~123%, 지진시101~ 106%).

일반 쌓기비탈면 설계기준 개정 전·후 변경사항

은 다음과 같다. ① 건기시“지하수위 없음 ⇒ 쌓기

체내 지하수위 없음(평상시 조건가정)”으로 지하수

위가 상승되었고, ② 우기시에도“침투해석 ⇒ 안정

에 가장불리(지표면포화로 가정)”로 지하수위가 상

승되었으며, ③지진시 역시 지하수위 기준이“평상

시⇒우기시와동일(지표면포화)”로상승되었다.

설계기준 개정 후, 건기시 지하수위 기준이 상승

하여보강수량이증가하였으며, 보강수량산정역시

건기시 안전율에 의해 결정되었다(개정 전 민감도 :

건기시 100~101%, 우기시 115~126%, 지진시

107~116%이며, 개정 후 민감도 : 건기시 100~

103%, 우기시110~114%, 지진시108~112%).

연약지반 쌓기비탈면 설계기준 개정 전·후 변경

높이(m)

20.0

25.0

지하수위


5.01.439(N.G)

1.440(O.K)

1.215(O.K)

1.439(N.G)

1.323(O.K)

1.098(N.G)

1.517(O.K)

1.517(O.K)

1.280(O.K)

1.501(O.K)

1.452(O.K)

1.192(O.K)

1.01.414(N.G)

1.310(O.K)

1.082(N.G)

1.332(N.G)

1.290(N.G)

1.064(N.G)

1.503(O.K)

1.374(O.K)

1.151(O.K)

1.524(O.K)

1.483(O.K)

1.227(O.K)

5.01.414(N.G)

1.413(O.K)

1.186(O.K)

1.414(N.G)

1.290(N.G)

1.064(N.G)

1.503(O.K)

1.501(O.K)

1.266(O.K)

1.506(O.K)

1.433(O.K)

1.184(O.K)

1.01.439(N.G)

1.345(O.K)

1.116(O.K)

1.373(N.G)

1.323(O.K)

1.098(N.G)

1.517(O.K)

1.395(O.K)

1.178(O.K)

1.501(O.K)

1.452(O.K)

1.195(O.K)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.2)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

개정전 개정후 개정전 개정후

무보강 보강

높 이(m)

5.0

10.0

15.0

지하수위


5.0

1.0

5.0

1.0

5.0

1.0

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.3)

우기(FS>1.2)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.5)

우기(FS>1.3)

지진시(FS>1.1)

건기(FS>1.3)

우기(FS>1.2)

지진시(FS>1.1)

1.808(O.K)

1.808(O.K)

1.296(O.K)

1.808(O.K)

1.808(O.K)

1.296(O.K)

- - - - - -

1.809(O.K)

1.809(O.K)

1.296(O.K)

1.809(O.K)

1.809(O.K)

1.296(O.K)

- - - - - -

1.226(N.G)

1.226(N.G)

0.971(N.G)

1.226(N.G)

1.226(O.K)

0.971(N.G)

1.528(O.K)

1.404(O.K)

1.107(O.K)

1.514(O.K)

1.427(O.K)

1.123(O.K)

1.226(N.G)

1.226(N.G)

0.971(N.G)

1.226(N.G)

1.226(O.K)

0.971(N.G)

1.510(O.K)

1.449(O.K)

1.145(O.K)

1.400(O.K)

1.427(O.K)

1.123(O.K)

1.049(N.G)

1.049(N.G)

0.859(N.G)

1.049(N.G)

1.049(N.G)

0.859(N.G)

1.575(O.K)

1.411(O.K)

1.132(O.K)

1.413(O.K)

1.391(O.K)

1.118(O.K)

1.049(N.G)

1.049(N.G)

0.859(N.G)

1.049(N.G)

1.049(N.G)

0.859(N.G)

1.527(O.K)

1.459(O.K)

1.167(O.K)

1.500(O.K)

1.391(O.K)

1.118(O.K)

개정 전 개정 후 개정 전 개정 후

무보강 보강

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사항은 다음과 같다. ① 개정 전에는 연약지반 쌓기

비탈면에대한별도의설계기준이없었으나개정후

신설되었고, ②개정 전 일반 쌓기비탈면의 기준과

비교하면, 기준안전율이 건기시“1.5 ⇒ 1.3”, 우기

시“1.3 ⇒ 1.2”로, ③지하수위는우기시및지진시

“침투해석⇒지표면포화”로상승되었다.

개정 전 설계기준에 의하면, 보강수량은 건기시

안전율에 의해 결정되었지만, 개정 후, 보강수량은

지진시 안전율에 의해 결정되는 것으로 나타났다

(개정전민감도: 건기시101~105%, 우기시108~

112%, 지진시101~106%이며, 개정후민감도: 건

기시 108~116%, 우기시 110~119%, 지진시

101~102%).

3) 개정 전·후 경제성(공사비) 비교

깎기비탈면(침투해석, 지표포화)

구 분

깎기비탈면

일반쌓기비탈면

연약지반쌓기비탈면

비탈면높이(m)

10.0

15.0

15.0

20.0

10.0

15.0

20.0

지하수위(GL.-m)

보강현황

개정 전 개정 전개정 후 개정 후 증감(천원)

공사비(천원)

일반 쌓기비탈면 연약지반 쌓기비탈면

•깎기비탈면(침투해석)의 공사비는 우기시 보강수량에 지배적이며, 공사비의 대부분(63~100%)이 감소•깎기비탈면(지표포화)의 공사비는 지진시 보강수량에 지배적이며, 공사비가 전반적으로(36~92%) 증가•일반쌓기비탈면의공사비는쌓기고와지하수위가낮은경우변화가없고, 쌓기고와지하수위가높은경우대폭(100~187%) 증가•연약지반 쌓기비탈면의 공사비는 쌓기고와 지하수위 변화에 대하여 특별한 경향없이 0~40% 증가

침투해석 지표포화 침투해석 지표포화 침투해석 지표포화

3.0 네일 3본 무보강 앵커 2본 943 - 1,283 감 943 증 341

10.0 네일 3본 무보강 앵커 2본 943 - 1,283 감 943 증 341

3.0 앵커 4본 네일 1본 앵커 6본 2,878 236 5,512 감 2,642 증 2,634

10.0 앵커 4본 무보강 앵커 6본 2,878 - 5,512 감 2,878 증 2,634

3.0 앵커 8본 앵커 3본 앵커 8본 7,245 2,554 9,662 감 4,690 증 2,418

10.0 앵커 7본 무보강 앵커 8본 6,393 - 9,662 감 6,393 증 3,269

15.0 1.0무보강 PET MAT 1겹 - 360 증 360

5.0 무보강 무보강 - - -

1.0 PET MAT 1겹 PET MAT 3겹 460 1,320 증 860

5.0 PET MAT 1겹 PET MAT 1겹 460 460 -

1.0 SCP 1.8×1.8 SCP 1.6×1.6 4,250 5,250 증 1,000

5.0 SCP 1.9×1.9 SCP 1.6×1.6 3,750 5,250 증 1,500

1.0 SCP 1.4×1.4 SCP 1.3×1.3 9,500 11,000 증 1,500

5.0 SCP 1.5×1.5 SCP 1.4×1.4 8,250 9,500 증 1,250

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156_제19호


4. 결론

(1) 개정된비탈면설계기준에서는깎기및쌓기비

탈면에대하여안전율및지하수위기준이변경되었

으며, 쌓기비탈면 중 연약지반 쌓기비탈면 기준이

추가로제시되었다.

(2) 설계기준 개정 후의 설계경향 분석을 위해 비

탈면높이, 지하수위조건을달리한18가지경우에대하

여안정성해석을수행하였으며, 결과는다음과같다.

▶깎기비탈면은개정후설계기준을적용했을경

우, 우기시 침투해석조건이면 개정 전 기준에 비해

지하수위가 하강하고(침투해석 수행결과) 기준안전

율은 상승(0.1)하지만 지하수위 기준 하강의 영향이

더크므로비탈면원호활동안정성이올라가보강수

량이 감소하였다. 보강 후, 기준안전율 대비 발생안

전율(건기, 우기, 지진시)의 편차가 크지 않아 개정

후 기준 적용시 설계가 합리적으로 수행될 수 있다.

우기시 지표면포화조건이면, 지진시 지하수위조건

도 우기시와 같이 지표면포화로 상승하므로 보강수

량이증가하였고기준안전율대비발생안전율(건기,

우기, 지진시)의편차가큰경향을보였다.

▶ 일반 쌓기비탈면은 개정 후 설계기준 적용시

기준안전율 변화는 없으나 지하수위 기준이 상승하

여(특히, 건기시) 보강수량이 증가하였고, 기준안전

율대비발생안전율(건기, 우기, 지진시)의편차가큰

양상을보였다.

▶연약지반쌓기비탈면은설계기준개정후신설된

기준을적용하여해석할경우, 지진시조건만만족하면

나머지기준도모두만족하는것으로나타나과다설계가

우려되며(개정전·후동일), 역시기준안전율대비발생

안전율(건기, 우기, 지진시)의편차가크게분석되었다.

(3) 개정된 비탈면 설계기준 적용시, 깎기비탈면

(침투해석시)의보강수량은감소하였고우기시기준

에 지배적이었으며, 깎기비탈면(지표면포화조건으

로해석시)의보강수량은증가하였지만, 지표면포화

조건으로해석하는명확한근거제시가어렵고, 지진

시 기준에 지배적으로 설계가 이루어질 수 있어 과

다설계가 우려된다. 일반 쌓기비탈면의 보강수량은

증가하였고 건기시 기준에 지배적이었으나, 건기시

지하수위조건에대한용어정의(“쌓기체내지하수위

없음”에 대한 명확한 용어해설)가 필요하다. 그리고

연약지반 쌓기비탈면의 보강수량 역시 증가하였고

지진시기준에지배적인경향을보였다.

(4) 일반적으로비탈면안정성해석시우기시안전

율 기준에 의해 설계가 이루어지는 것이 적절한 점

을감안하면, 깎기비탈면은침투해석을수행하는것

이적절하며, 일반쌓기(건기시기준에지배적)와연

약지반쌓기비탈면(지진시기준에지배적)에대해서

는 내진설계를 강화할 목적이 아니라면 기준안전율

의 통일성, 지하수위 조건 및 지진시 해석범위를명

확히정해주는것이타당한것으로판단된다.

다음은 개정 전(2006), 지진시 해석에 대한 설계

기준의 해설이다. “깎기 및 쌓기비탈면 내진안정해

석은 비탈면 상부 또는 하부의 예상파괴범위 내에

시설물의 안전관리에 관한 특별법 시행령에 규정된

1, 2종 시설물이나 내진설계를 하도록 되어 있는 주

구조물이있는경우에수행한다.”

▦1, 2종 시설물 : 시설물 안전관리에 관한 특별

법령집[별표1] 참고

▦내진설계를 하도록 되어 있는 주구조물 : 정확

한주구조물범위언급필요

11-141~158기술10비탈면2-2.ps 2012.12.26 20:59 페이지156



시설물의 안전관리에 관한 특별법령집(2008. 9. 22, 국토해양부, 한국시설안전공단)

[별표 1] <개정 2008. 9. 22> 1종시설물 및 2종시설물의 범위(제2조제1항 관련)

구 분

1. 도로•교량

•터널

•지하차도

•복개 구조물

•특수교량(현수교, 사장교, 아치교, 최대경간장 50미터

이상의 교량)

•연장 500미터 이상의 교량

•연장 1천미터 이상의 터널

•3차선 이상의 터널

•터널구간의 연장이 500미터 이상인 지하차도

•폭 6미터 이상으로 연장 500미터 이상인 복개구조물

•연장 100미터 이상의 교량으로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 교량

•고속국도ㆍ일반국도 및 특별시도ㆍ광역시도의 터널로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 터널

•연장 500미터 이상의 지방도ㆍ시도ㆍ군도ㆍ구도의 터널

•터널구간의 연장이 100미터 이상인 지하차도로서 1종시설물에해당하지 아니하는 지하차도

•폭 6미터 이상이고 연장 100미터 이상인 복개구조물로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 복개구조물

2. 철도•고속철도•도시철도•일반철도

•교량ㆍ터널 및 역사•교량ㆍ고가교 및 터널•트러스교량•연장 500미터 이상의 교량•연장 1천미터 이상의 터널

•역사(제5호의 건축물에 해당하는 시설물을 제외한다)•연장 100미터 이상의 교량으로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 교량

•특별시 또는 광역시 안에 있는 터널로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 터널

•광역척도 역사(제5호의 건축물에 해당하는 시설물을 제외한다)

3. 항만 •갑문시설•20만톤급 이상 선박의 하역시설로서 원유부이(BUOY)식 계류시설 및 그 부대시설인 해저송유관시설

•말뚝구조의 계류시설(5만톤급이상)

•1만톤급 이상의 계류시설로서 1종시설물에 해당하지 아니하는계류시설

4. 댐 •다목적댐ㆍ발전용댐ㆍ홍수전용댐 및 총 저수용량 1천만톤 이상의 용수전용댐

•1종시설물에 해당하지 아니하는 댐으로서 지방상수도전용댐및 총저수용량 1백만톤 이상의 용수전용댐

5. 건축물•지하도상가

•21층 이상의 공동주택•공동주택 외의 건축불로서 21층 이상 또는 연면적 5만제곱미터 이상의 건축물(고속철도의 역사를 제외한다)

•연면적 1만 제곱미터 이상의 지하도상가

•16층 이상 20층 이하의 공동주택•1종시설물에 해당하지 아니하는 공동주택 외의 건축물로서 16층 이상 또는 연면적 3만 제곱미터 이상의 건축물

•1종시설물에 해당하지 아니하는 건축물로서 연면적 5천제곱미터 이상의 문화 및 집회시설(전시장 및 동ㆍ식물원을 제외한다), 판매시설, 운수시설(고속철도의 역사, 철도의 차량기지 및집배송시설을 제외한다), 종교시설, 의료시설 중 종합병원 또는 숙박시설 중 관광숙박시설

•연면적 5천제곱미터 이상의 지하도 상가로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 지하도상가

6. 하천 •하구둑•국가하천의 수문 및 통문(通門)

•국가하천의 제방 및 그 부속시설•지방하천의 수문 및 통문

7. 상하수도ㆍ폐기물 매립시설

•광역상수도(수원지시설을 포함한다)•1일공급능력 3만톤 이상의 지방상수도(수원지시설을 포함한다)•폐기물매립시설(매립면적ㆍ광역상수도(수원지시설을 포함한다)•공업용수 40만 제곱미터 이상인 것에 한한다)

•1종 시설물에 해당하지 아니하는 지방상수도•공공하수처리시설(1일 최대처리용량 500톤 이상)•매립면적 20만제곱미터 이상의 폐기물 매립시설로서 1종시설물에 해당하지 아니하는 폐기물매립시설

8. 도로ㆍ철도ㆍ항만ㆍ댐 또는 건축물의 부대시설로서 옹벽 및 절토사면

•지면으로부터 노출된 높이가 5미터 이상인 부분의 합이 100미터 이상인 옹벽

•연직높이 50미터 이상(옹벽이 있는 경우 옹벽상단으로부터의높이)을 포함한 절토부로서 단일 수평연장 200미터 이상인 절토사면

1종시설물 2종시설물

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참고문헌

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준개정에따른지하수조건별비탈면내진설계

경향 분석, 2012 지반공학회 사면안정 학술발

표회. pp.57-71

2. 건설교통부(2006), 건설공사비탈면설계기준

3. 국토해양부(2011), 건설공사비탈면설계기준

4. 국토해양부(2008), 시설물의 안전관리에 관한

특별법령집(한국시설안전공단)

5. Geo-Slope(2001), Slope/W for slope

stability analysis(Ver.5), User’s Guide

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비탈면설계기준개정에따른 지하수조건별비탈면설계경향분석 ·...

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