교대 측방유동

측방유동의 정의

교대 측방유동은 연약지반이 수평 방향으로 밀려나는 현상이다.

배면 성토 하중을 받은 연약층이 옆으로 소성 유동하면서 교대와 말뚝기초에 변위를 일으킨다.

교대 이동은 교량 기능을 떨어뜨리므로 시험에 반복해서 나온다.

발생 원리

측방유동은 연약층 위에 성토 하중이 쌓이면서 시작된다.

전단응력이 강도를 넘으면 지반이 수평으로 흐르고, 교대 기초 부근에서는 측방유동압이 생긴다.

측방유동압은 말뚝에 휨을 일으키고 교대 이동을 누적시킨다.

교대가 계속 밀리면 교좌 파손과 신축이음 손상으로 이어져 교량 기능이 떨어진다.

원인에 따른 유형

측방유동의 원인은 사면 불안정과 과도한 압밀침하 두 가지로 나눠 본다.

사면 불안정형은 활동면 위 토체의 하중이 말뚝에 수평 지반반력 형태로 작용한다고 본다.

과도한 압밀침하형은 침하 변위 형태에 비례하여 말뚝이 밀린다고 가정한다.

실제로는 두 하중이 함께 작용하므로 수치해석으로 보완하는 경우가 많다.

가상 예제 계산

이제 가상의 예로 판정 과정을 직접 계산해 보자.

연약 점토층은 두께 10m, 비배수 전단강도 20kPa이고 성토 높이는 6m다.

성토 하중은 단위중량 18kN/m³에 높이 6m를 곱해 108kPa이 된다.

이 하중을 점토 강도로 나누면 5.4가 나오며, 1보다 훨씬 커서 활동 위험이 크다.

실제 판정은 활동면 안전율을 산정해 판정 기준과 비교하여 결정한다.

대책의 두 방향

측방유동 대책은 지반을 강화하는 방향과 구조물의 저항을 높이는 방향으로 나뉜다.

지반 개량은 SCP, 치환, 프리로딩 등으로 지반 강도를 직접 높이는 방법이다.

구조 대책은 연속 암거식이나 일체식 교대, 말뚝 보강, 압성토, 타이 케이블을 쓴다.

배면 성토 하중 감소까지 함께 묶어 쓰고, 시공 중에는 계측 결과로 성토 속도를 조정한다.

시험 포인트

시험에서는 먼저 측방유동을 단순한 압밀침하와 구별해야 한다.

측방유동은 수평방향 소성유동이고, 압밀침하는 연직 변형이라 원인과 대책이 다르다.

채점은 원인, 문제점, 대책의 세 항목을 모두 갖췄는지 본다.

말뚝 기초의 측방유동압과 교대 변위, 신축이음 손상까지 함께 쓰면 좋다.

정답과 정리

정답은 수평방향 소성유동이다. 연직 압밀침하와는 변형 방향이 다르다.

원인은 배면 성토 편하중과 과도한 압밀, 사면 활동이다.

문제는 교대 이동과 말뚝 휨, 대책은 지반 개량과 구조 저항 증대다.