옹벽 배수와 침투수압

옹벽 배수의 의미

옹벽 뒤에 물이 빠지지 않으면 흙의 토압과 물의 수압이 함께 작용한다.

배수 조건에 따라 이 두 힘을 나누어 계산해야 한다.

그래서 옹벽 설계는 배수 상태를 먼저 가정해야 한다.

수압 분포

옹벽 뒤 지하수위 아래에서는 흙 사이의 물이 옹벽을 밀어낸다.

정수압은 깊이에 비례해 커지므로 수압 분포는 삼각형이 된다.

수압 합력은 물의 단위중량과 침수 깊이의 제곱으로 구하며 단위는 kN/m이다.

배수재가 정상이면 이 수압은 0이 되고 토압만 남는다.

배수 상태별 작용력

배수재 기능에 따라 옹벽이 받는 작용력이 달라진다.

배수재가 정상이면 배면 수압은 0이 되고 유효단위중량 토압만 남는다.

배수재가 막혀 기능을 잃으면 정수압이 다시 전면 작용한다.

배수 없음과 기능 상실은 하중 구성이 같아 계산식도 같다.

수평력 계산 예제

예제로 옹벽 높이 5m, 흙의 단위중량 18kN/m³, 내부마찰각 30°를 두자.

주동토압계수는 탄젠트 제곱으로 구하며 약 0.333이다.

흙에 의한 수평력은 75.0kN/m, 정수압에 의한 수평력은 122.6kN/m이다.

두 값을 더한 전체 수평력은 197.6kN/m이다.

배수재가 정상이면 수압이 0이므로 수평력은 75.0kN/m에 그친다.

자주 틀리는 실수

시험에서 감점이 가장 큰 실수는 수압을 빠뜨리는 것이다.

지하수위 이하 흙은 수중 단위중량으로 계산하고 그 위에 정수압을 더한다.

배수재가 있어도 수압이 완전히 0이라고 단정하면 안 된다.

수압 합력의 작용점은 하단에서 높이의 1/3 위치다.

평상시 기준 활동 안전율은 1.5 이상, 전도 안전율은 2.0 이상이다.

정리와 직접 풀기

배수 상태에 따라 옹벽 작용력이 크게 달라지는 것이 이 개념의 핵심이다.

배수재 정상, 기능 상실, 안전율 검토 순서로 떠올리면 된다.

마지막으로 직접 풀어 보자.

배수재가 정상이면 옹벽 배면의 수압은 얼마인지 떠올려 보자.