교량기초 세굴방지

도입

교량 기초의 세굴은 흐름의 침식으로 하상재료가 제거되는 현상이다.

세굴이 생기면 기초 지지력이 사라져 교량이 갑자기 무너질 수 있다.

외관만으로는 발견하기 어려워 수중 조사와 세굴 평가가 별도로 필요하다.

이어서 세굴의 원인, 깊이 산정, 방지대책을 차례로 본다.

세굴의 세 가지 원인

세굴은 원인에 따라 세 가지로 나눈다.

첫째는 장기 하상변동이다. 하천 준설이나 골재 채취가 주된 원인이다.

둘째는 단면축소세굴이다. 교량이 통수단면을 줄여 유속이 빨라진다.

셋째는 국부세굴이다. 교각 주변 와류로 특정 지점이 집중적으로 깎인다.

국부세굴의 원리

국부세굴은 교각이나 교대 주변 흐름의 와류와 하강류가 원인이다.

접근류가 교각 전면에서 감속하여 정체하면 정체압이 생긴다. 이 압력 구배가 하향류를 만든다.

하향류 속도가 하상입자의 저항을 넘으면 말굽형 와류가 생기고 세굴공이 깊어진다.

정체압은 수면 부근에서 가장 크다.

세굴 진행 속도

세굴 진행 속도는 하상재료에 따라 크게 다르다.

모래와 자갈은 수 시간 안에 최대 세굴깊이에 도달한다. 홍수 중 집중된다.

반면 화강암은 수 세기가 걸려 세굴 진행이 매우 느리다.

이 차이가 점검 주기와 보호공 설치 시점을 정하는 근거가 된다.

세굴방지 대책

세굴 대책은 기초를 깊게 하는 방법과 하상을 보호하는 공법으로 나뉜다.

기초 심도 확보는 세굴 자체를 막지는 못하지만 구조적 안전을 확보한다.

사석 보호공은 가장 널리 쓰이지만 홍수 때 돌이 쓸려 나갈 수 있다.

그래서 사석 같은 방지공은 정기 점검이 필요하다.

국부세굴 깊이와 근입

국부세굴 깊이는 교각 폭, 수심, 접근 유속의 Froude 수로 구한다.

식에서 K1, K2, K3은 교각 형상, 접근각, 하상 조건을 반영하는 계수다.

기초 근입깊이는 세굴 깊이 이하로 계획해 지지층이 그 아래에 있어야 한다.

흐름 각도가 있으면 세굴이 더 커질 수 있고, 유향각 45°에서 가장 심하다.

핵심 정리와 직접 풀기

지금까지 내용을 세 가지로 정리한다.

세굴은 원인별로 나누고, 각 원인에 맞는 대책을 짝지어 쓴다.

사석 같은 보호공은 임시 대책이므로 기초를 세굴 한계 깊이 아래에 두는 방안을 우선한다.

이제 직접 풀어 보자.