세굴 유형

세굴의 정의

세굴은 흐름의 침식작용으로 하상이나 제방의 재료가 제거되어 바닥이 파이는 현상이다.

세굴은 교량 붕괴 원인의 상당 부분을 차지하는 대표적 수공구조물 파괴 현상이다.

시험에서는 세굴의 종류를 구분하고 수축세굴과 국부세굴을 비교하는 문제로 반복해서 출제된다.

세굴의 두 축과 세 유형

세굴은 크게 단기 변화와 장기 변화 두 축으로 나뉜다.

단기 변화는 단면축소세굴과 국부세굴이고, 장기 변화는 장기 하상변동이다.

세 성분을 더해 총 세굴깊이를 구하므로, 종류부터 먼저 구분해야 한다.

단면축소세굴의 원리

단면축소세굴은 교량이 통수단면을 줄여 생기는 세굴이다.

통수단면이 좁아지면 유속이 커지고 바닥 전단응력과 소류력이 증가한다.

그 결과 하폭 전체에서 넓고 얕은 세굴이 완만하게 진행된다.

그래서 교량 개구폭을 넓게 확보하는 것이 가장 직접적인 저감 방법이다.

수축세굴 계산 예

가상의 예로 상류 하천 폭은 80m, 교량 개구 폭은 50m라고 하자.

개구비는 교량 개구 폭을 상류 하천 폭으로 나눈 값으로, 여기서는 0.625다.

연속 방정식으로 보면 폭이 줄어든 만큼 교량 구간 유속은 1.6배 빨라진다.

개구 폭을 60m로 넓히면 증가비는 1.33으로 줄어든다.

국부세굴의 원리

국부세굴은 교각이나 교대 주변에서 흐름이 갈라지며 생기는 와류로 발생한다.

흐름이 구조물을 만나 말굽형 와류와 후류 와류가 생겨 기초 주변을 깎는다.

그래서 구조물 바로 옆에 깊고 좁은 세굴공이 급격히 만들어진다.

단면축소세굴이 넓고 얕은 것과 달리 국부세굴은 깊고 좁은 형상이 특징이다.

하상재료와 세굴 속도

세굴 깊이의 시간 변화는 하상재료에 따라 크게 달라진다.

느슨한 모래와 자갈은 수시간 안에 최대 세굴깊이에 도달한다.

점착성 토양은 수일, 사질암과 혈암은 수개월, 석회암은 수년이 걸린다.

화강암은 수세기가 걸리므로 하상재료 조건이 세굴 설계의 전제가 된다.

세굴 유형 정리

세굴은 장기 하상변동, 단면축소세굴, 국부세굴로 나누어 원인과 대책을 구분한다.

각 성분은 발생 원인과 시간 척도가 달라 따로 구해서 더한다.

세 성분을 합산한 총 세굴깊이로 기초 근입깊이와 보호공 규모를 정한다.