[영남2] 기존교대 뒷채움부 침하원인 분석 및 대책방안 검토

• 검토일 : 2003.09.04.
• (주)유신코퍼레이션 기술자문단 김 형 태

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1. 검토목적

고속국도 제1호선 부산～언양 및 경주～동대구간 확장공사를 시행함에 있어, 가시설 시공중에 기존교대 뒷채움부의 포장 침하가 자주 발생되고 있어 교통사고 위험성이 높고, 빈번한 포장 덧씌우기 공사에 따른 교통소통에 지장을 초래하고 있는 바, 현장조사를 통한 침하원인을 분석하여 합리적인 대책방안을 제시하고자 함.

 

2. 현장 조사 및 긴급조치 내용

1) 침하원인 분석(부산-언양 제2공구 신기교의 예)

기존 교량은 경부고속도로 건설 초기(70년도)에 시공된 교량이며, 금회 확장공사시 신설교량을 시공하기 위한 가시설 설치 작업중 기존고속도로 포장구간의 침하가 발생되었으며, 현장조사결과 다음과 같은 문제점이 발견되었다.

○ 기존교대 뒷채움부 포장층 아래에 공동이 존재한 것으로 판단됨.(앵커 천공작업시 확인)

○ 기존교대 뒷채움 잡석 및 성토재료가 매우 불량하였던 것으로 판단됨.

○ 기존교대 흉벽부에 접속슬래브 및 브래킷이 설치되어 있지 않음.

○ 상기 요인으로 인해 포장층 아래 공동부는 토사의 아치작용에 의해 간신히 유지되어 온 것으로 판단된다. 그러나 이번 어스앵커 천공작업이 해당 공벽을 교란시켜 붕괴가 발생하고, 그로 인해 침하가 발생한 것으로 추정된다

2) 기존 교대측 가시설 설치 계획도

3) 가시설 설치 현황사진(2003. 09.02일 현재)

※ 공구 자체적으로 사전에 소규모 시멘트 밀크 그라우팅을 추가적으로 실시하였으나,  완전한 침하방지 대책은 되지 못함. (기존교대부 공동이 심함)

4) 침하 발생부위 긴급 포장복구

기존교대(A2)측 가시설(어스앙카 2단) 시공중 기존도로 포장층이 약 20cm정도로 침하되어  긴급 포장 복구작업 수행

☞ 언양방향 1차로 및 부산방향 2개 차로 오버레이 실시

3. 시공중 침하발생시 대책방안 검토

현재 가시설의 경우, 총 6단의 어스앙카를 설치 예정중 2단 설치단계에서 침하가 발생하여 긴급 포장복구작업을 실시하였으나, 이는 근본적인 대책이 되지는 못하므로 잔여 작업이 수반될 때마다 침하발생이 계속 진행될 것으로 예상되므로 이에 대한 대책방안으로 경제성 및 시공성을 고려하여 대규모 보조 그라우팅 공법을 병행하여 실시토록 하였다.

 

1) 그랑우팅 보강 개념도

본 도면은 도로포장부 침하방지 대책의 일환으로 그라우팅 주입을 통한 지반고결로써 접속슬래브와 유사한 기능성을 부여하기 위한 보강개념이다. (참조용 도면임)

2) 가시설 변위 관리방안

측정방식	계 측 항 목	사 용 계 기	계 측 빈 도		비 고
수동계측	흙막이벽 변형	삽입식 경사계	2일 1회	2일 1회
	흙막이벽 두부변위	트랜싯, 레벨	각차굴착후	각차굴착후
	주변지반 침하	레 벨

계측관리를 주기적으로 실시하는 한편 상황 발생시 추가 보강방안을 강구하여야 한다.

3) 관내 포장침하 발생교량

대부분의 교량에서 발생되어 포장 덧씌우기 또는 대규모 그라우팅 작업을 실시함.

(신기교, 토점육교, 문천2교, 호남교 외 다수 교량)

4. 시공전 가시설 공법 변경을 통한 사전 침하발생 제어방안

기존 교대 뒷채움부에 일반적으로 어스앵커 공법으로 가시설을 설치하고 있으나, 전술한 바와 같은 문제점으로 인해 뒷채움부 포장침하는 필연적으로 계속 일어날 수 있으므로 근본적으로 이를 최소화하는 방안으로 다음과 같이 가설 공법을 변경하는 것이 바람직하다.

 

1) 공법 변경(안)

2) 당 현장 시공 사례

 

3) 개선효과

타 현장에서 반복적으로 발생한 흙막이 가시설구간의 침하 사례에 비추어 볼 때, 본 구간 또한 동일한 문제가 발생할 가능성이 높았다. 현장 여건을 고려하여 기존 어스앵커 공법을 타이케이블 방식으로 전환하였고, 그 결과 포장 침하 현상은 발생하지 않았다. 이는 불확실한 설계에 의존하지 않고, 현장에서 직접 판단하여 조치한 설계 개선의 성과라 할 수 있다.

 

 5. 검토결론

 

1) 기존 교대측 가시설 시공중 기존고속도로 차로구간에 잦은 포장침하가 발생되어 현장조사를 실시한 결과, 추정되는 침하발생 원인은 다음과 같다.

○ 기존교대 뒷채움부 포장층 아래에 공동이 존재하고 있는 것으로 판단됨.

○ 기존교대 뒷채움 잡석 및 성토재료가 매우 불량하였던 것으로 판단됨.

○ 기존교대 흉벽부에 접속슬래브 및 브래킷이 설치되어 있지 않음.

○ 상기 요인을 내재한 가운데 포장층 아래 공동부가 토사의 아치작용에 의해 공벽이 근근히 유지되어 온 것으로 판단되나, 금회 가시설 설치시 어스앵커 작업의 영향으로 교란됨으로써 공벽 붕괴와 동시에 기존도로의 침하가 일어난 것으로 추정된다.

2) 발생된 침하구간은 긴급 포장 복구작업 수행하였으나, 잔여 굴착작업이 진행될 때마다 침하 발생이 계속 진행될 것으로 예상되므로, 경제성 및 시공성을 고려하여 보조적인 그라우팅 공법을 적용하여 전술한 개념으로 보강하므로써 도로 포장부의 추가적인 침하를 방지토록 하는 것이 타당할 것으로 사료된다.

3) 고속도로 확장공사시 기존도로측에 연하여 가시설을 설치하는 경우, 설계단계에서부터 적절한 공법으로 계획하여 교대 뒷채움부 포장침하 발생을 미연에 방지토록 하는 것이 타당할 것으로 사료된다.

○ 어스앵커 공법 가급적 지양 → 타이케이블이나 P.C 강선을 이용한 타이식 공법 채택

○ 개선효과

 타구간의 시공 실패사례로 보아, 본 구간에도 어스앵커로 시공하였을 경우 필연적으로 침하가 발생되었을 것이나 상기와 같이 변경함으로써 뒷채움부 포장침하가 전혀 일어나지 않았음.

 

4) 이상의 검토 결과는 고속도로 확장공사 시 교대 뒷채움부 침하 방지에 실질적인 대책으로 작용할 수 있으며, 향후 유사 사례에 적용 가능한 실증적 자료로 활용되기를 기대한다 . “끝”

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