동바리 설계

왜 배우는가: 동바리는 콘크리트 타설 중 거푸집 하중과 측압, 자중을 지지하는 가설 구조물로, 붕괴 사고의 직접 원인이 되기 쉽다. 토목구조기술사 시험에서는 콘크리트교 상부구조 가설 동바리의 설계하중과 수평하중을 묻는 문제가 반복해서 출제되므로 개념과 하중 체계를 먼저 정확히 이해해야 한다.

출제 이력: 제117회 4교시 6번, 제102회 2교시 4번, 제89회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

동바리는 거푸집을 정확한 위치와 형상으로 지지하고, 콘크리트 자중·측압·시공하중을 하부 지반이나 구조물에 안전하게 전달하는 가설 지지 구조물이다.

• 핵심 키워드: 거푸집 측압, 콘크리트 자중, 시공하중, 수평하중, 수평연결재, 가새, 지반 지지력, 침하 검토

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 동바리는 아직 굳지 않은 콘크리트 덩어리를 세워 두는 임시 기둥과 보의 집합이다. 콘크리트가 굳어 스스로 하중을 견딜 수 있을 때까지 구조물을 떠받친다.

정식으로는 거푸집널과 그 위치를 유지하는 지지틀을 합쳐 거푸집·동바리라 부른다. 이때 지지틀이 곧 동바리다. 교량 상부구조에서는 지보공(支保工)이라고도 하며, 거더 하부에 설치하는 지주형 동바리와 보 형식 동바리로 나뉜다. 시스템 동바리는 수직재·수평재·가새를 공장에서 미리 생산해 현장에서 조립하는 지주 형식이다.

동바리 설계에서 핵심 용어는 다음과 같다. 거푸집 측압은 미경화 콘크리트가 거푸집 수직면에 가하는 수평 압력이다. 측압은 콘크리트 윗면으로부터의 깊이와 타설 조건을 고려해 산정한다. 콘크리트 자중은 굳지 않은 콘크리트의 단위중량에 부피를 곱한 연직하중이다. 철근콘크리트의 단위중량은 설계 문제에서 주어진 값을 그대로 쓴다(예: W_c = 24\,\text{kN/m}^3). 시공하중은 작업자·장비·자재의 무게와 충격하중을 포함한다. 수평하중은 측압, 풍하중, 경사 진 거푸집의 수평 분력, 시공 중 발생하는 수평 충격 등이 합쳐진 하중이다.

동바리의 목적은 세 가지다. 첫째 콘크리트의 형상과 치수를 유지하는 것, 둘째 하중을 지반이나 기초로 전달하는 것, 셋째 콘크리트가 충분히 강도를 얻을 때까지 변형과 침하를 막는 것이다. 세 목적이 모두 충족되어야 설계가 완료된다.

3. 등장 배경과 필요성

철근콘크리트 구조는 타설 전에 형틀이 있어야 시공이 가능하다. 콘크리트는 굳기 전에는 액체에 가까운 상태로 압력을 주변에 전달한다. 이 압력을 감당하지 못하면 거푸집이 터지거나 변형되고, 구조물의 치수와 품질이 무너진다. 따라서 동바리 설계는 구조물 완성의 전제 조건이다.

교량 공사에서 필요성은 더 커진다. 교량 상부구조는 높이가 높고 경간이 길며, 가설 동바리가 지반 위에 긴 높이로 서 있다. 지반 침하나 수평하중에 의한 전도 위험이 크다. 실제로 동바리 붕괴는 타설 중 측압과 수평력이 예상보다 크게 작용하거나, 수평연결재 부족과 지반 지지력 부족이 겹쳐 발생하는 경우가 많다.

국내 설계 기준은 거푸집 및 동바리 설계기준과 가설공사표준시방서 체계를 따른다. 근로자 안전은 「산업안전보건기준에 관한 규칙」이 규정하며, 거푸집동바리 조립·해체 시 준수사항을 둔다. 이 두 체계를 함께 만족해야 설계와 시공이 합법적으로 성립한다.

측압은 타설 조건을 고려해 산정하며, 최대 위치는 적용 기준에 따라 판단한다.

4. 구성요소·원리·절차

동바리는 콘크리트 타설 중 거푸집과 콘크리트 하중을 받아 기초 지반이나 하부 구조로 전달하는 임시 지지 구조다. 구성요소는 동바리 본체, 멍에, 보(또는 장선), 가새, 받침철물(잭서포트), 기초(바닥판)로 나뉜다. 각 요소가 하중을 단계적으로 전달하는 것이 기본 원리다.

표의 요소는 하중이 위에서 아래로 한 줄로 흐르도록 연결되어야 한다. 한 요소라도 연결이 약하면 전체 붕괴로 이어진다. 특히 가새와 연결부가 빠지면 수평하중에 대한 저항이 사라진다.

설계 원리는 다음과 같다. 먼저 고정하중(콘크리트 자중, 거푸집 자중)과 활하중(작업하중, 타설 충격하중)을 구한다. 다음으로 측압과 수평하중을 산정하고, 각 부재의 응력과 좌굴을 검토한다. 마지막으로 기초의 지지력과 침하를 확인한다.

동바리 설계 절차는 다음과 같다.

• 설계 조건 설정: 콘크리트 단위중량, 타설 속도, 타설 높이, 기온 조건을 정한다.
• 하중 산정: 자중, 작업하중, 측압, 수평하중을 계산한다.
• 거푸집판·장선·멍에 검토: 휨과 처짐을 확인한다.
• 동바리 본체 검토: 허용 압축하중과 좌굴 안전성을 확인한다.
• 가새·수평재 배치: 수평하중 전달 경로를 확보한다.
• 기초 검토: 지반 지지력과 침하량을 확인한다.
• 설계도서 작성과 시공 중 점검 항목 지정.

콘크리트 측압은 다음 식으로 구한다. 타설 속도와 온도에 따라 값이 달라지므로 식의 변수를 함께 쓴다.

측압은 적용 기준과 타설 조건을 고려해 산정한다.

측압 산정에는 콘크리트 단위중량과 타설 높이 등 적용 기준에서 정한 조건을 반영한다. 콘크리트 단위중량 24kN/m³를 적용하더라도 측압은 타설 속도와 온도 등 적용 기준에서 정한 조건을 반영해 산정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

동바리 설계와 시공의 기준은 설계기준, 시공 기준, 안전 법령으로 나뉜다. 설계 기준은 국가 설계기준 체계(KDS)와 표준시방서(KCS) 코드 체계를 따른다. 다만 조항 번호는 확실한 것만 쓴다.

• 거푸집 및 동바리 설계기준: 거푸집·동바리 설계하중 산정과 검토 항목
• 가설공사 표준시방서: 거푸집 및 동바리 시공과 해체 기준
• 「산업안전보건기준에 관한 규칙」: 거푸집동바리 조립·해체, 콘크리트 타설 작업 시 안전 조치
• 「건설기술 진흥법」: 가설구조물 안전 관련 설계·시공 책임

기준 수치는 다음과 같다.

기준 개정은 근거가 없어 이 절에서는 개정 내용을 쓰지 않는다.

거푸집 및 동바리 관련 안전 기준은 「산업안전보건기준에 관한 규칙」의 조립·해체 규정과 함께 적용된다. 설계와 안전 기준은 서로 보완하므로 한쪽만 확인하면 안 된다.