지하구조물 양압력

정의

지하구조물 양압력은 지하수위 아래 구조물 저면에 상향으로 작용하는 수압이다.

자중과 저항력이 이 힘을 넘지 못하면 구조물이 떠오르는 부상이 일어난다.

그래서 지하수위가 높은 곳에서는 설계 단계에서 반드시 검토해야 한다.

저면 수압의 원리

수압은 깊이에 비례한다. 저면 깊이 h에 대한 수압은 γw × h로 표현된다.

여기서 γw는 물의 단위중량 9.81kN/m³이다. 저면 면적을 곱하면 양압력이 된다.

저면을 밀어 올리는 이 상향 힘이 바로 양압력이다.

계산 예시

가상의 예로 저면 10m × 20m, 지하수위 깊이 4.5m인 구조물을 본다.

저면 수압은 9.81 × 4.5 = 44.1kN/m²이고, 면적 200m²를 곱하면 양압력은 8820kN이다.

자중 25000kN을 양압력으로 나누면 안전율은 약 2.83이다.

수두가 커지면 상향력이 늘어 안전율이 낮아지므로 여유를 따져야 한다.

헷갈리는 점

부력과 양압력은 같은 물리 현상의 두 관점이라 자주 혼동된다.

부력은 잠긴 체적만큼의 물무게이고, 양압력은 저면에 걸리는 상향 수압이다.

답안에는 정의와 단위를 구분해 쓰고, 검토 결과는 부력 안전율로 판정한다.

지하수위는 현재 측정값이 아니라 설계 최고수위 기준으로 잡아야 한다.

판정과 대책

부상 검토는 수위 설정에서 시작해 양압력, 저항력, 안전율 순으로 진행한다.

기준에 미달하면 배수, 앵커·말뚝, 자중 증대, 구조 변경 중에서 대책을 고른다.

Fs가 1보다 작으면 저항력이 부족해 구조물이 부상하므로 대책이 필요하다.

이것으로 지하구조물 양압력 검토의 핵심을 정리한다.