석축 안정해석

정의

석축 안정해석은 석축 구조물이 배면 토압과 자중을 받을 때 전도·활동·지지력에 대한 안전율을 검토하는 해석이다.

석축은 돌을 쌓아 흙을 붙잡는 벽이다. 콘크리트 옹벽과 달리 자중이 곧 저항력이다.

그래서 자중이 부족하면 벽이 넘어지거나 미끄러진다.

구성요소와 원리

석축의 구성요소는 기초부, 석벽 본체, 뒷채움재, 배수층으로 나뉜다.

석벽 본체의 자중이 배면 토압에 저항하고, 뒷채움과 배수층이 토압과 수압을 좌우한다.

안정은 자중에 의한 저항모멘트가 전도모멘트를 넘는지로 확인한다. 점성토 뒷채움은 인장균열 깊이를 고려한다.

절차는 토압 산정, 전도, 활동, 지지력, 전체 활동 순으로 검토한다.

계산 예제

가상의 예로 높이 3.0 m, 단위 폭 1.0 m의 중력식 석축을 본다. 배면은 수평이고 점착력은 무시한다.

뒷채움 흙의 내부마찰각은 30°다. Rankine 식으로 주동토압계수는 0.333이 된다.

주동토압 합력은 삼각형 분포의 면적으로 구해 27.0 kN/m이다. 작용점은 저면에서 1.0 m 위치다.

석축 단면을 사다리꼴로 보면 면적은 4.5 m²이고, 자중은 99 kN/m이다.

이 값들로 전도와 활동 안전율을 계산해 본다.

안전율 검토

전도 안전율은 저항모멘트를 전도모멘트로 나눈 값이다.

저판 앞굽에서 모멘트를 취한다. 저항모멘트는 99, 전도모멘트는 27.0 kN·m/m다.

전도 안전율은 3.67이다. 평상시 기준인 2.0 이상을 만족한다.

활동 안전율은 기저면 마찰저항을 수평 토압으로 나눈 값이다. 마찰계수 0.5면 저항력은 49.5 kN/m다.

활동 안전율은 1.83이다. 평상시 기준인 1.5 이상을 만족한다.

배수가 핵심이다

석축이 무너지는 가장 큰 원인은 배면 배수 불량에 따른 수압 증가다.

배면에 물이 차면 정수압이 작용해 배부름, 전도, 활동을 일으킬 수 있다.

그래서 배수 구멍과 필터 재료를 설치하고, 투수성이 좋은 뒷채움 재료를 쓴다.

필터는 세립토의 유출을 막도록 설계한다. 배수구와 필터재는 설계 검토의 필수 항목이다.

시험 포인트

시험에서는 재료·뒷채움별 분류, 작용토압 검토, 영향 요인이 함께 출제된다.

안전율 기준은 항목별로 구분해 적는다. 평상시 전도는 2.0 이상, 활동은 1.5 이상이다.

활동 안전율은 저항력을 수평력으로 나눈 값이다.

정리하면 석축 안정은 자중 저항과 배면 배수의 확보에 달려 있다.