하천제방 안정성 평가

개념 정의

하천제방 안정성 평가는 홍수 시 제체가 견디는지를 정량적으로 검토하는 절차다.

쉬운 말로 하면 제방이 물을 막아도 무너지지 않는지 확인하는 일이다.

물이 넘치면 바로 파괴되고, 스미면 흙이 빠져나가 서서히 무너진다.

파괴 모드 네 가지

제체 안정성은 월류, 활동, 누수·파이핑, 침하의 네 가지 파괴 모드로 나누어 본다.

첫째는 월류다. 홍수위가 제방 마루를 넘으면 세굴로 급속히 붕괴한다.

둘째는 활동이다. 비탈면 흙덩어리가 미끄러지려는 힘이 저항력을 넘으면 파괴된다.

셋째는 침투와 파이핑이다. 침투수가 흙 입자를 밀어내며 통로를 만든다.

넷째는 침하다. 기초지반이 제체 하중을 지지하지 못하면 침하가 생긴다.

원호활동과 안전율

원호활동 해석은 저항 모멘트를 활동 모멘트로 나눈 값으로 안전율을 구한다.

단기 조건은 비배수 조건이라 전응력 해석을 쓰고 비배수 전단강도 cu를 쓴다.

장기 조건은 배수 조건이라 유효응력 해석을 쓰고 배수 전단강도 c', φ'를 쓴다.

안전율이 1.0 이상이면 활동이 발생하지 않는 것으로 본다.

누수·파이핑 검토

누수·파이핑은 제외 수위와 제내 수위 차이로 생기는 동수경사를 비교해 검토한다.

상향 침투력 J가 하향 흙무게 W보다 크면 파이핑이 발생할 수 있다.

파이핑 안전율은 F_p = W/J로 구하며, 일반적으로 1.0 이상을 기준으로 둔다.

F_p가 1.0 미만이면 차수나 배수 같은 파이핑 대책을 세운다.

계산 예제

주어진 값은 활동 모멘트 4,000, 저항 모멘트 5,600 kN·m/m이다.

안전율은 저항 모멘트를 활동 모멘트로 나눈 값이므로 공식에 대입한다.

계산하면 5,600을 4,000으로 나눈 값은 1.4가 된다.

1.4는 1.0보다 커서 활동이 발생하지 않는 것으로 본다.

헷갈리는 점

전단강도는 단기와 장기 조건에 따라 다른 값을 쓴다.

단기는 공사 직후 비배수 조건이므로 전응력 해석과 비배수 전단강도 cu를 쓴다.

장기는 배수 조건이므로 유효응력 해석과 배수 전단강도 c', φ'를 쓴다.

누수 원인은 표토 세굴, 투수성 재료, 단면 부족, 다짐 불량으로 나누어 쓴다.

정리

직전 문제의 정답은 비배수 전단강도 cu다. 단기 안정은 비배수 조건에서 검토한다.

제방 안정성 평가는 월류, 사면 활동, 누수·파이핑, 침하, 강우 침투를 모두 검토한다.

시험에서는 단기·장기 강도 구분과 파이핑 안전율 계산을 함께 쓴다.