• 검토일 : 2004.01.26~02.03.
• (주) 유신코퍼레이션 기술자문단 김형태
1. 검토목적
고속국도 제1호선 부산-언양간 확장공사 제1공구를 시행함에 있어, 통도사 IC RAMP-J(저수지 통과)구간에 위치한 도로옹벽 가시설(Sheet Pile)에 대한 안정성을 검토하기 위함.
2. 검토내용
1) 현 황
; 본 구간 통도사 IC RAMP-J 연결로는 저수지 일부를 통과하도록 계획되어 있어 현재 작업로 확보를 위해 임시 매립하여 성토하였다.
2) Sheet pile의 소요 근입장 검토
< 최대 수심인 STA. 0+380지점에 대하여 검토 >
◎ 근입장을 D=8.0m로 한 경우
• 주동토압에 의한 모멘트 Ma의 계산
Ma = 1/2 ×pa ×(H'+D)2/3
= 1/2×(6.617+1.264D)×(5.0+D)2/3 = 471.200 (t․m/m)
• 수동토압에 의한 모멘트 Mp의 계산
Mp = 1/2× pp×D/3 = 1/2×(5.0+3.4D)×D2/3 = 343.467 (t․m/m)
• H-PILE 근입장(D=8.0m)의 안전율 검토(모멘트 평형개념)
Fs = Mp / Ma > 1.2
= 343.467 / 481.200 = 0.73 < 1.2 ∴ N.G
◎ 보일링에 대한 검토
• 근입장 D = (F γw H') / 2Y' = (1.5 x 1.0 x 5.0)/ (2 x 0.8) = 4.69 m 이상 필요
여기서, F : 안전율 1.5, γw : 물의 단위체적 중량 1.0 t/㎡
H' : 수위차 5.0m, γ’ : 흙의 수중단위중량 0.8 t/㎡
따라서, Sheet Pile 근입장은 보일링 안전깊이를 고려하고 계획근입장(4.0m)의 2배인 8.0m를 근입하여도 불안전하므로 자립식으로 할 경우 비경제적이다. 또한, 굴착시 Sheet Pile 부재에 대한 안전성도 확보되어야 하므로 다음과 같이 탄소성해석(Sunex 프로그램 이용)을 수행하였다.
3) Sheet Pile의 부재 안전성 검토
(1) Input data
project SHEET PILE 자립식 계산
soil 1 sand
20.0 1.80 0.80 0 30 2500
vwall 1 13.5 0.008336 0.000226 21000000 1.0 1.0 10
division 0.2
output 1
*
step 1 excavation to 5.5
output 0
iteration 10 0.1
gwl 5.5 0.0 1.0
rankine 1.0 0.0 50
excavation 5.5
end
(2) 해석결과 OUT PUT
Step No. 1 << excavation to 5.5 >>
RESULTANTS OF PRESSURE, DISPLACEMENT, ROTATION, SHEAR, MOMENT etc.
EXCAVATION DEPTH = 5.50
*1 *2 *3
Node Depth Final Wall Rotation Shear Bending Strt/Anchr Strt/Anchr
No. Press Disp. Angle Force Moment Slab Pinit Slab React
(m) (t/m2) (mm) (deg) (t/m) (t-m/m) (t/ea) (t/ea)
1 0.00 0.00 -414.23 3.005 0.00 0.00
4 0.50 0.26 -388.01 3.005 -0.64 0.04
29 5.50 2.88 -134.95 2.592 -9.35 -20.86
32 6.00 1.00 -112.93 2.451 -10.56 -25.87
35 6.50 -0.88 -92.27 2.279 -10.80 -31.24
38 7.00 -2.75 -73.25 2.074 -10.05 -36.49
41 7.50 -4.62 -56.15 1.840 -8.34 -41.13
44 8.00 -6.49 -41.21 1.580 -5.65 -44.67
47 8.50 -8.37 -28.62 1.304 -1.94 -46.62
50 9.00 -10.24 -18.47 1.022 2.71 -46.48
53 9.50 -12.11 -10.75 0.749 8.30 -43.78
56 10.00 -11.18 -5.32 0.501 15.00 -38.06
59 10.50 -2.67 -1.89 0.296 18.09 -29.66
74 13.50 3.93 -0.20 -0.050 -0.05 0.03
Note 1) Final pressure shown are resultant one including earth press., water
press. and other press both side of wall. (+) when pushes exca. side
2) Sign of support force is (+) when it pushes wall side
3) Pressure, Shear and Moment is per m
4) Support Force is t/ea. For Anchor, inclination was included in the
Calculation
TOTAL SOLUTION TIME = 1.16 SEC
(3) 해석결과 그래픽
△ 해석된 두부 변위 : 41.4cm > 허용 변위 3cm ∴ N.G!!
△ 해석된 모멘트 : M = 46.84 t․m/m
(4) 부재 검토 [Sheet Pile KWSP-Ⅲ A (400*150*13)]
: 설계 적용부재와 동일한 규격으로 검토
◎ 전단유효단면적 As = 191 ㎠ ◎ 단위무게 W = 60 kg/m
◎ 단면2차모멘트 I = 22,600 cm⁴ ◎ 단면계수 Z = 1,510 cm³
◎ 허용 휨응력도 fb = 2,500 kgf/㎠ ◎ 탄성계수 E = 2.1×106kgf/㎠
◎ 휨응력 검토
Fb = Mmax / Z = 46.84 x 10^5 / 1,510 = 3,102 kgf/㎠> 2,500 kgf/㎠ ∴ N.G
∴ 따라서, 본 부재를 자립식으로 할 경우에는 두부변위 및 휨응력이 허용치를 초과하므로 적용이 불가능 하다.(다단 버팀보식으로 변경 필요)
4) RAMP-J구간 옹벽 대체 방안 검토
: 원 설계 및 시공사 적용방안을 기준으로 한 Sheet Pile 가시설 구조물의 안전성 검토를 실시한 바,
소요길이가 과다할 뿐만아니라 Pile 두부변위 및 휨응력이 허용치를 초과하여 적용 곤란하므로 아래와 같이 합리적인 대체방안을 검토할 필요성이 요구된다.
3. 검토결론
1) 부산～언양간 제1공구 통도사 IC RAMP-J 연결로는 저수지 일부를 통과하도록 계획되어
자립 Sheet pile 가시설 설치후 역T형 옹벽을 시공하도록 설계되어 있으나, 저수지 수심을
확인한 결과 원설계 수심(1.5m) 보다 깊게(4.0m) 나타나 옹벽 높이 및 가시설(Sheet Pile)
변경에 대한 검토가 필요하였다.
2) 옹벽 높이 및 가시설 굴착 깊이을 5.5m로 설치할 경우에 대한 안전성 검토를 실시한 결과 자립식으로의
설치는 부적절 한 것으로 나타났다.
△ 원 설계 Sheet Pile 규격: KWSP-Ⅲ A (400*150*13)
△ 시공 계획 근입장 : D=4.0m, 검토 근입장 D=8.0m의 안전율 0.73 < 1.2 ∴ N.G
△ Sheet Pile 두부변위량 : δmax = 41.3cm > 허용변위 δa = 3cm ∴ N.G
△ Sheet Pile 휨 응력 : fbmax = 3,102 kgf/㎠ > 허용응력 2,500 kgf/㎠ ∴ N.G
3) 따라서, 본 구간의 경우 자립식 Sheet Pile 설치후 옹벽을 설치할 경우 시공중 구조물의 안전성을 확보하기 곤란할 뿐만아니라 비경제적이게 되므로 전술한 2-4)항의 검토내용과 같이 근본적으로 옹벽 및 가시설을 설치하지 않는 대체방안을 검토할 필요성이 요구된다. 끝.
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