흙막이 벽의 안전 및 토압분포

흙막이 벽은 토압과 수압에 충분히 견딜 수 있어야 한다.

흙파기의 깊이가 깊을 때 토압보다 수압이 훨씬 크므로 터파기를 한 저면 또는 하부 지반에서 물이 나오고 토사도 새어 나올 우려가 크고, 지하수위가 낮아지면 주변 지반의 침하가 불가피하므로 흙막이 뒷면의 배수에 유의해야 한다.

흙막이 벽은 흙으로부터 수평압력을 받으며 이를 지지하는 역할을 한다. 흙막이 벽을 올바르게 설계 및 시공하기 위해서는 흙막이 벽에 작용하는 수평토압을 정확하게 평가해야 한다.

수평 토압은 정지토압, 주동토압, 수동토압으로 나눌 수 있는데, 이는 지반 내의 한 요소에 작용하는 수평응력을 정지토압이라고 하며, 수평 방향으로 팽창변형을 계속하여 파괴가 일어나는 순간에 요소에 작용하는 수평응력을 주동토압이라고 한다.수평 방향으로 압축변형을 계속 받아서 파괴가 일어나는 순간에 그 요소에 작용하는 수평응력을 수동토압이라고 한다. 즉, 흙막이가 흙을 밀 때 생기는 압력으로 흙막이 벽의 뒤채움이 압축되어 붕괴를 일으킬 때 작용하는 토압이다.

토압 개념도

주동토압의 분포와 합력의 위치

1. 보일링 현상

보일링 현상은 투수성이 좋은 사질지반에서 지하수가 얕게 있거나 흙파기 저면 부근에 피압수가 있을 때 흙파기 저면에 상승하는 유수로 말미암아 모래입자가 떠오르는 현상으로 저면 지반의 지지력이 없어지는 현상을 말한다.

이러한 현상을 방지하기 위해서는 수밀성의 흙막이를 불투수성 지층까지 밑둥 넣기를 하거나, 배수시설을 설치하여 굴착 저면의 수압을 낮춘다.

보일링 현상

2. 히빙 현상

연약 점토 지반 굴착 시 흙막이벽 내외의 흙의 중량 차이에 의해 굴착 저면이 부풀어 오르는 현상이다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는 강성이 큰 흙막이 벽을 사용하거나 근입장을 충분히 깊게 해야 한다. 시트 파일이나 H-Pile 저면에 중량이 부여되도록 아일랜드 컷 공법을 적용하고 전면 굴착보다는 부분 굴착을 한다. 하부 지반 강도를 증가시키기 위해 지반 개량을 한다.

히빙현상

 

3. 파이핑 현상

사질 지반에서 흙막이 배면의 토사가 누수로 인해 유실되는 현상이다. 파이핑 현상을 방지하기 위해서는 지수성이 높은 흙막이를 선정한다.

 

파이핑 현상

히빙현상과 보일링 현상의 방지대책
- 강성이 높은 흙막이 벽을 지반 깊숙이 밖는다.
- 토질을 치환한다.
- 지반개량공법을 사용하여 지반을 보강한다.
- 지반 내 말뚝을 박는다.
- 흙파기 시 아일랜드 컷 공법을 사용한다.

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