보강토옹벽은 성토체 내부에 포설된 보강재에 의하여 일체화된 보강토체(옹벽)가 배면토압에 저항하는 일종의 중력식 옹벽 이다. 따라서 보강토옹벽에서 가장 중요한 것은 보강토체가 일체로 작용하는 것이며, 보강토체가 일체로 작용하기 위해서는 흙과 보강재 사이의 결속력이 무엇 보다 중요하다. 따라서 보강토옹벽에서 뒤채움재는 선별된 양질의 재료를 사용할 필요가 있다.
3.1.3 뒤채움재료
(1) 뒤채움재료는 KCS 11 80 10 (2.1.3)을 따른다.
(2) 보강토옹벽의 장기적인 안정성을 검토하는 경우 뒤채움 흙의 전단강도정수는 유효전단강도정수($c'$, $\phi'$)를 사용한다.
2.1.3 뒤채움재료
(1) 뒤채움재료는 설계도서에서 검토를 통해 별도로 명시하는 기준을 따르는 것을 우선으로 한다. 별도의 언급이 없을 경우 본 시방 기준에서 제시된 값을 참조 한다.
(2) 뒤채움흙의 일반적인 성질은 다음과 같다.
① 흙과 보강재 사이의 마찰효과가 큰 재료로서 KS F 2343의 직접전단시험 결과, 내부마찰각이 설계도서에서 제시한 값 이상인 토질일 것
② 배수성이 양호하고 함수비 변화에 따른 강도특성의 변화가 적으며, 소성지수(PI)가 6 이하인 흙일 것
③ 보강재의 내구성을 저하시키는 화학적 성분이 적은 흙일 것
④ 일반적인 뒤채움흙의 입도기준은 다음과 같다. 표 2.1-1에서 제시하는 입도 기준에 부합하는 흙을 뒤채움재료로 사용하는 것을 원칙으로 한다.
표 2.1-1 보강토 뒤채움 흙의 입도 눈금크기(mm) (체번호) 통과중량백분율(%) 비고 102 100 0.425 (No.40) 0 ～ 60 0.08 (No.200) 0 ～ 15 ① 예외규정: No.200 통과율이 15% 이상이더라도 0.015mm 통과율이 10% 이하이거나 또는 0.015mm 통과율이 10% ～ 20%이고 내부마찰각이 30° 이상이며 소성지수($PI$)가 6 이하면 사용이 가능하다.
② 뒤채움재료의 최대 입경은 102mm까지 사용할 수 있으나, 시공 시 손상을 입기 쉬운 보강재를 사용하는 경우에는, 최대입경을 19mm로 제한하거나, 시공손상 정도를 평가하는 것이 바람직하다.
⑤ KS F 2103에 의하여 산도(㏗)는 5～10 범위에 있어야 한다.
⑥ 보강토체가 수중에 있는 경우는 No.200체 통과량을 5% 미만으로 제한하고, 배수가 잘 되는 재료를 이용한다.
목차
- 보강토옹벽 뒤채움재료
- 보강토옹벽 뒤채움재로가 갖추어야할 조건
- 보강토옹벽 뒤채움재료의 입도기준
- 점성토가 보강토옹벽 뒤채움재료로 부적합한 이유
- 마무리
보강토옹벽 뒤채움재료
보강토옹벽 뒤채움재료는 보강토옹벽 부피의 대부분을 차지하며, 보강재에 의하여 결속되어 일체로 작용한다. 보강토체가 일체로 작용하기 위해서는 흙 속에서 보강재가 파단되거나 인발되지 않아야 하며, 보강재의 인발파괴는 흙과 보강재 사이의 결속력에 영향을 받는다.
흙과 보강재 사이의 결속력은 대부분의 경우 마찰저항력에 기인되며, 따라서 보강토옹벽 뒤채움재료는 보강재와의 마찰저항력이 큰 재료를 사용하여야 한다.
보강토옹벽 뒤채움재료가 갖추어야할 조건
보강토옹벽 뒤채움재료는 다음과 같은 성질을 가지는 흙을 사용할 것을 권고한다.
- 흙-보강재 사이의 마찰효과가 큰 사질토
- 배수성이 양호하고 함수비 변화에 따른 강도 변화가 적은 흙
- 균등계수가 크고, 입도분포가 양호한 흙
- 보강재의 내구성을 저하시키는 화학적 성분이 적은 흙
- 소성지수($PI$)가 6 이하인 흙
- 흙의 내부마찰각($\phi$)이 최소 25° 이상인 흙
보강토옹벽 뒤채움 재료의 입도 기준
1. 뒤채움재료의 입도기준
뒤채움재료는 보강토옹벽의 성능에 가장큰 영향을 미치며, 앞의 보강토옹벽 뒤채움재료로서 갖추어야할 조건을 충족시킬 수 있는 최소한의 입도기준은 다음과 같다.
KCS 11 80 10 : 2021 보강토옹벽에 따르면 보강토옹벽 뒤채움재료의 입도기준은 다음 표 1.과 같다.
표 1. 보강토 뒤채움 흙의 입도(KCS 11 80 10 : 2021 보강토옹벽)
| 눈금크기(mm) (체번호) | 통과중량백분율(%) | 비고 |
| 102 | 100 | |
| 0.425 (No.40) | 0 ～ 60 | |
| 0.08 (No.200) | 0 ～ 15 | |
| ① 예외규정: No.200 통과율이 15% 이상이더라도 0.015mm 통과율이 10% 이하이거나 또는 0.015mm 통과율이 10% ～ 20%이고 내부마찰각이 30° 이상이며 소성지수($PI$)가 6 이하면 사용이 가능하다. ② 뒤채움재료의 최대 입경은 102mm까지 사용할 수 있으나, 시공 시 손상을 입기 쉬운 보강재를 사용하는 경우에는, 최대입경을 19mm로 제한하거나, 시공손상 정도를 평가하는 것이 바람직하다. |
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우리나라에는 화강풍화토가 풍부하며, 보강토옹벽 뒤채움재료로 활용하고 있다. 그러나, 김상규 등(1996)의 연구결과 의하면, 우리나라 전국토의 65%에 화강풍화토가 분포하지만, 보강토옹벽의 뒤채움재료의 입도기준인 No.200체통과율 15% 이하를 충족시키는 화풍화토 분포지역은 불과 15% 정도로 대부분의 현장에서 보강토 옹벽 뒤채움재로 사용하기 부적합하다는 결론이 나온다. 그러나 상기 표 1.의 예외규정 ①을 적용하는 경우, 전국토의 65% 지역에서 화강풍화토를 보강토옹벽 뒤채움재료로 사용할 수 있다.
2. 뒤채움재료의 소성지수($PI$)
소성지수($PI$)가 큰 흙은 장기적인 크리프 변형 가능성이 크다.
수직에 가깝게 시공되는 보강토옹벽의 뒤채움재료로 소성지수($PI$)가 큰 흙을 사용하면, 보강토옹벽 시공완료 후에도 지속적으로 변형이 발생할 가능성이 크며, 이러한 변형이 커지면 보강토옹벽의 미관 및 사용성에 크게 영향을 미칠 수 있다. 따라서 보강토옹벽 뒤채움재료의 소성지수($PI$)는 6이하로 제한해야 한다.
보강성토사면의 경우 벽면경사가 보강토옹벽에 비하여 완만하므로 시공완료 후의 장기적인 크리프 변형에도 비교적 관대하며, 보강성토사면의 뒤채움재료의 소성지수($PI$)는 20 이하로 제한된다.
3. 뒤채움재료의 최대입경
보강토옹벽은 뒤채움재료의 다짐이 필수적이며, 보강재를 설치한 후 그 위에 뒤채움재료를 포설한 다음 진동롤러를 사용하여 다짐할 때, 보강재에는 손상이 발생할 수 있다. 일반적으로 시공 시 손상의 정도는 뒤채움재료의 입경과 관련이 있으며, 그림 1.에서 보는 바와 같이, 뒤채움재료의 입경이 커질수록 시공 시 손상도 커진다.
따라서, PVC 또는 에폭시로 코팅한 지오그리드형 보강재와 같이 시공 시 손상을 받기 쉬운 보강재를 사용하는 경우에는 뒤채움재료의 최대입경을 19mm 이하로 제한할 수 있다. 이러한 보강재를 최대입경 19mm 이상인 흙과 함께 사용해야하는 경우에는 현장내시공성시험을 통하여 시공 시 손상의 정도를 파악한 후 설계 및 시공에 반영하여야 한다.
반면, 강재 띠형 보강재나 띠형 섬유 보강재와 같이 시공 시 손상의 영향이 적은 보강재를 사용하는 경우에는 뒤채움재료의 최대입경을 250mm까지 확대하여 적용할 수도 있으나, 이러한 경우에는 반드시 현장내시공성 시험을 수행하여 시공 시 손상의 정도를 파악하여 설계 및 시공에 반영하여야 한다.
4. 흙의 설계전단저항각
보강토옹벽 뒤채움재료의 내부마찰각은 최소 25° 이상이라야 하며, 25° 미만의 흙에서는 보강토 공법의 성립이 어려우므로 이러한 흙을 보강토옹벽 뒤채움재로 사용해서는 안된다. 실무에서는 일반적으로 30°를 적용하여 보강토옹벽을 설계한다.
장기적인 안정성을 검토하는 경우에는 유효응력이 흙의 전단강도를 지배한며, 따라서 배수조건에서 실시한 시험결과를 이용해야 한다. 만약 배수속도보다 빠른게 시공되는 단기 안정성을 검토하는 경우에는 비배수 전단강도를 이용해야 한다.
일반적으로 보강토옹벽 뒤채움재료는 건설 현장 주변에서 구할 수 있는 재료를 사용하는 경우가 대부분 이며, 다짐점도에 따라 전단강도에 차이가 발생할 수 있으므로, 현장에서 사용할 흙과 다짐방법에 맞게 수행한 실내시험결과로부터 얻은 내부마찰각을 설계에 반영하여야 한다. 하지만 좋은 재료를 사용하여 다짐을 잘 하더라도 불확실성이 있을 수 있으므로 설계에서는 40° 이상의 내부마찰각을 사용하지 않아야 한다.
점성토가 보강토옹벽 뒤채움재료로 부적합한 이유
일반적으로 점성토는 보강토옹벽 뒤채움재료로 권고되지 않으며, 그 이유는 다음과 같다.
- 점성토는 본질적으로 마찰강도가 작다.
- 배수가 불량하며, 함수비 변화에 따른 전단강도의 변화가 크다.
- 시공 시 함수비 및 다짐관리가 어렵다.
- 크리프 가능성이 커서 보강토옹벽에 변형이 크게 발생할 수 있다.
- 동해(동결 및 융해로 인한 피해)를 입기 쉽다.
보강토옹벽 뒤채움재료로서 적합한 양질의 토사를 구할 수 없는 지역(동남아 등)에서는 점성토를 보강토옹벽 뒤채움재로 사용하고 있으므로, 점성토를 보강토옹벽 뒤앰배로 사용할 수 없는 것은 아니나, 상기와 같은 이유로 인하여 보강토옹벽 뒤채움재료로의 적용을 권고하지 않는다. 흙의 내부마찰각이 25° 이하인 경우에는 흙과 보강재의 결속력이 부족하여 보강토 공법의 성립이 어려우므로 이러한 흙은 보강토 공법에 적용하지 않는다.
부득이하게 점성토를 보강토옹벽 뒤채움재로 사용해야하는 경우에는 다음과 같은 주의가 필요하다.
- 흙의 전단시험결과를 반영하여 보강토옹벽을 설계해야한다.
- 흙의 내부마찰각은 최소 25° 이상이라야 한다.
- 시공 중에에는 함수비 관리 및 다짐관리를 철저히 하여야 한다.
- 시공 완료 후 보강토체 내부로 물이 침투하지 않도록 배수 및 차수를 철저히 한다.
- 동결심도가 깊어 동해를 입기 쉬운 지역에서는 점성토를 사용하지 않는다.
마무리
보강토옹벽의 주요 구성요소 중 뒤채움재료는 보강토옹벽 체적의 대부분을 차지하며, 보강재와의 결속력에 의하여 보강토체가 일체로 작용하여 배면토압에 저항한다. 보강토체가 일체로 작용하기 위해서는 흙의 마찰특성과 배수성이 중요하며, 일반적으로 보강토옹벽 뒤채움재료로 양질의 사질토를 필요로 한다. 세립분이 많은 흙을 사용하는 경우에는 소성지수($PI$)가 6 이하라야 하며, 함수비 및 다짐관리를 철저히 하여야 한다.
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