지하차도 부력 안정성

부력 안정성의 정의

지하차도 부력 안정성은 지하수에 의한 상향 부력이 구조물 자중과 저항력보다 작은지 확인하는 검토다.

쉬운 말로 하면 땅속 상자가 물에 떠오르지 않도록 버티는지 따지는 일이다.

안전율이 1.0 이상이어야 부상하지 않는다. 실무에서는 여유를 두어 1.0보다 큰 기준을 적용한다.

부력과 양압력의 원리

부력은 물체가 잠긴 부피만큼의 물 무게에 해당하는 상향 힘이다.

양압력은 바닥면에 작용하는 상향 수압이며, 수두 차에 비례한다.

하향으로 버티는 것은 자중, 상부 흙 하중, 보조 저항이다.

이 저항의 합이 양압력보다 커야 부상하지 않는다.

자중은 콘크리트 25 kN/m³, 흙은 습윤 18 kN/m³을 기본으로 쓴다.

계산 예제로 확인

예제는 도면이 없는 가상 단면으로 계산 순서를 본다.

지하수위는 GL-1.0m, 저면은 GL-7.0m이므로 양압력 수두는 6.0m이다.

저면 양압력 강도는 60 kN/m²이고, 폭 10m를 곱하면 U는 600 kN/m이다.

구조물 자중은 25 × 12 = 300 kN/m이다.

이 자중만으로는 부력보다 작아 부상 가능성이 있다.

흙 상재 2.0m를 올리면 흙 중량 360 kN/m이 더해져 총 저항력은 660 kN/m이다.

그러면 안전율은 1.10이 되며, 목표치는 적용 설계기준에 따라 정한다.

부족할 때의 대책 공법

부력이 부족하면 대책은 저항력을 늘리거나, 양압력을 줄이거나, 구조를 바꾸는 세 방향이다.

저항형은 앵커, 마찰말뚝, 자중 증대로 부력에 맞설 힘을 더한다.

저감형은 배수공법으로 지하수위를 낮춰 양압력을 줄인다.

구조형은 깊이나 규모를 줄여 부력이 생기는 조건 자체를 없앤다.

배수는 펌프가 멈추면 효과가 사라지므로 항구적 대책과 함께 써야 한다.

이제 직접 풀어 보자.

핵심 정리

지하차도 부력 안정성의 핵심을 정리한다.

부력 계산, 안전율 판정, 대책 선택의 순서로 기억한다.

기술사 시험에서는 계산과 대책 공법을 함께 묻는다.