굴착에 따른 인접 제방의 파이핑 해석 document_id A220517035363

파이핑에 의한 제방 사고의 원인은 설계과정에서 파이핑 현상에 대한 정확한 이해 없이 단순 적용되는 검토과정이 문제의 한 원인이 된다. 이에 본 연구는 사질토 지반에 가까운 제방단면에 sheet pile을 타입할 때 굴착면에서 기존의 파이핑 검토 방법들을 비교․분석하였다. Terzaghi 방법과 한계동수경사 방법에서 안전율은 각 방법에 따라 최대 2배의 차이를 보였다. 그리고 한계유속 방법은 설계인자를 어떻게 판정하느냐에 따라 큰 편차를 나타내었다. 결론적으로 기존의 파이핑 해석방법을 모든 지반 조건에 일률적으로 적용하기 보다는 지반 조건에 따라 각 해석방법이 가지는 특성을 이해하고 적용해야할 것이다. 본 연구는 제방에 인접하여 차수벽 및 가시설 시공․설계시 다양한 파이핑 해석방법들을 정확히 이해하고 합리적으로 적용하는 방법에 대한 고찰을 하고자 하였다. 안양천 제방에서 두 단면을 선정하고 수위차, 차수벽 근입깊이를 주요인자로 설정하고 각 해석방법에 따른 안정성 해석을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 파이핑 안정성 해석에 주로 반영되는 Terzaghi 간편식, Terzaghi 유선망 해석, Harr식, Harza식 등 네 가지 방법은 배면 수위차 및 근입심도에 따라 해석한 결과 각 방법간에 안전율과 근입깊이 산정에 있어서 최대 2배 이상의 차이를 보였으며, Terzaghi의 간편법에 의한 안전율 결과가 가장 작고 Harza 방법이 가장 크게 나타났다. Terzaghi 유선망이나 Harza식 적용시에는 유선망의 신뢰도가 매우 중요하며, Terzaghi 간편식과 Harr식은 유선망과 관계없이 수위차와 근입깊이만으로 안전율 산정이 가능했다. 실제 설계․시공에 자주 활용되는 Terzaghi 간편법은 개략적인 판단이므로 유선망 해석이 불가능한 경우에 유용한 방법이나 그 결과가 상당히 안전측이므로 과다설계에 대한 우려를 안고 있다. 지반의 입경이나 투수계수 등 토질조건에 따른 파이핑 안전율은 한계유속 방법으로 검토하는 것이 합리적이며, 이는 제체의 내부침식에 의한 파이핑 해석에 좋은 방법이다. 그러나, 한계유속과 최대침투유속은 산정 방법에 따라 큰 편차가 나고, 토질조건에 따라 구해지는 안전율 범위도 매우 큰 차이를 보이므로 투수계수나 입경에 따른 기준안전율 값도 달리 적용하는 것이 합리적이라고 판단된다. 한계유속 방법으로 구해지는 안전율은 해석결과에 영향을 미칠 수 있는 인자가 너무 많고 각 인자의 영향 정도에 대한 판단도 매우 복잡하여, 다양한 지반조건에 단순 적용할 경우 그 결과를 신뢰할 수 없으며, 명확한 적용 기준 정립을 위한 추가적인 연구가 요구된다. 결론적으로, 기존의 파이핑 해석방법을 현장 조건이나 검토목적에 상관없이 모든 경우에 일률적으로 적용하기 보다는 각 해석방법이 가지는 특징과 문제점을 충분히 이해하고 해석을 시행한 후, Terzaghi 및 한계동수경사 방법은 연직 유효응력이 0인 조건을 고려하여 얻어진 것이므로 상방향 흐름이 지배적인 경우에, 한계유속법은 유출부가 수평흐름이 지배적인 경우로 이를 고려하여 해석방법을 결정해야 할 것이다. 이와 더불어 현장에서는 시공시 흐름에 대한 계측관리를 시행하여 설계방법에 대한 보완이 필요할 것이며, 파이핑에 대한 파괴유형이나 검토 조건별로 보다 더 세부적인 적용 기준 마련을 위한 연구가 필요할 것이다.