문제] 사면 붕괴 원인과 대책 공법에 대하여 기술하시요.
답]
Ⅰ. 개요
① 사면(법면)은 자연사면과 인공사면의 2가지로 구분되며, 자연사면에서 발생된 경사면 붕괴 현상을 선사태라하고, 인공사면에서 발생된 경사면 붕괴 현상을 사면파괴라고 한다.
②사면붕괴의 주원인으로는 지질, 기상 등 자연적 요인 외에 사용 재료의 부적절 배수시설불량, 부실한 법면처리 등 인위적인 요인도 크다.
③ 대책공법 선정 시에는 대상지역의 기상 특성, 지반특성 및 사면 붕괴의 발생기구 특성 등이 고려되어야 한다.
Ⅱ. 사면 붕괴 발생 메카니즘(Mechanism)
사면 => 기상영향, 지질구조, 시공불량 => 전단응력 발생 => 산사태
Ⅲ. 사면의 종류
1) 무한사면(자연사면)
- 경사가 균일하고 사면이 무한히 연결되면서 어느 평행 단면에 대하여도 동일 조건일 때.
2) 유한사면(인공사면)
- 사면의 경사가 균일하고 그 상하단에 접한 지표면이 수평이며 사면의 지층구성이 균질일 때.
3) 직립사면
- 암반이나 굳은 점토지반에서 많이 발생된다.
4) 암반사면
IV. 사면붕괴 형태
1) 무한사면 활동
- 한 경사지에서 서서히 발생하여 활동속도가 매우 느리고, 그 규모가 매우 크며 활동면이 평면을 이룬다.
2) 유한사면 활동
① 사면 내 파괴: 견고한 지층이 얕은 곳에 있을 때
② 선단파괴 : 사면 경사가 급하고, 비점착성 토질일 때
③ 저부파괴 : 사면 경사가 완만하고 접착성 토질일 때, 또는 견고한 지층이 깊은 곳에 있을 때.
V. 사면 붕괴의 원인
1) 사면 안정 검토 (사면 붕괴 Mechanism)
① Fs > Pr / Pa (상부에서 누르는 힘이 말에서 받치는 힘보다 클 때)
② Fs > Mr / Ma (Sliding 하려는 Moment (Ma)가 역모멘트 (Mr) 보다 클 때)
③ Fs > S / て (흙의 응력이 강도보다 클 때)
2) 원인의 분류
(1) 붕괴 원인
가. 외적 요인(인위적요인)
① 지표수 침략
② 지하수 용출
③ 진동
④ 전단응력 증가
⑤ 차량하중
⑥ 세굴
⑦ 사면경사
나. 내정 요인(자연적 요인)
① 지하수
② 지형, 자질구조
③ 절토사면 손질
④ 풍화정도
⑤ 토질강도저하
⑥ 성토사면 토질
(2) 강우·융설 영향
① 사면 붕괴의 가장 큰 원인
② 비·눈의 녹음으로 지표수 침투 강도 저하로 활동 저항력 감소.
(3) 토질, 지질구조
① 산사태가 일어나기 쉬운 파쇄대, 제3기지층 지질.
② 단층. 습곡, 단사구조 등의 지질
(4) 동결융해 발생
- 동결융해로 인한 수축팽창으로 지반 연약화
(5) 비탈면 처리 불량
구배 불량, 처리공법 부적정 ⇒ 시공 불량, 보호공 미실시 ⇒ 강우영향 ⇒ 사면붕괴
(6) 재료 사용 불량
① 내구성 및 전단강도가 낮고 압축성이 큰재료 사용으로 침하 발생
② 재료의 부적정 사용으로 배수성 및 다짐효과 저하
(7) 지하수 영향
① 지하수위 상승으로 사면 내로 지하수 용출
② 유효응력의 감소로 전단 강도 저하
(8) 배수불량
① 침투수가 성토 체내로 유입되어 간극수압 증가로 유효 응력 감소
② 배수처리 불량으로 지표수 침투 → 성토체 연약화
(9) 마감시공 불량
- 성토체 다짐시공 불량으로 지표수 침투하여 지반연약화
(10) 절토, 성토
- 절토에 의한 전단강도의 저하 혹은 성토 하중의 증가에 따른 활동력의 증대 등에 의해 전단 응력이 증가된다
(11) 풍화작용
- 풍화되기 쉬운 토질의 사면으로서 풍화작용의 진행 속도가 빠른 경우 사면이 불안정해지기가 쉽다.
(12) 발파에 의한 진동과 충격 영향
(13) 구배 설계
(14) 구조물 구축의 영향
VI. 방지 대책
1. 방지 대책 종류
1) 식생 보호공
① 식수공
② 식생공
③ 평떼 불임금
④ 파종공법(Seed Spray)
2) 구조물 보호공
① 돌쌓기 불임공
② Con' 블럭쌓기 붙임공
③ 계단식 옹벽
④ 가비온, Shotcrete
3) 응급 대책공
① 천막덮기
② 지표수 침투
③ 배토 불량
④ 방호사실
⑤ 압성 토공
⑥ 흙막이공
4) 항구 대책공
① H-pile
② Earth Anchor 공법
③ Rock Anchor 공법
④ Soil Nailing 공법
⑤ 계단식 옹벽
⑥ 옹벽, 낙석 방지망
2. 방지 대책 설명
1) 파종공법 (Seed Sprary)
① 씨앗, 비료, 안정제, 양성제, 흙 등을 혼합하여 압력으로 비탈면에 뿜어 붙이는 공법으로서 넓은 지역의 사면에 적합하다.
2) 떼붙임 공법
- 절토사면, 평떼 : 20cm x 30cm x 3cm
- 성토사면, 줄 때 : 폭 10mx 간격, 20cm~30cm
3) 돌불임공, 블럭 붙임공
- 법면의 풍화. 침식방지를 목적으로 1:1 이상의 완구배로 점착력이 없는 토사 및 붕괴되기 쉬운 비탈면 사용
4) 돌쌓기, 블럭 쌓기공
- 비교적 급구배의 높은 비탈면 보호에 사용되며, 용수의 유무에 따라 메쌓기 또는 찰쌓기로 시공한다.
5) 콘크리트 블럭 격자공법
① 용수가 있는 절토사면이나 표준구배보다 급한 성토 사면에 적용
② 식생이 부적합한 1 : 1 보다 완경사 법면에 적용
6) Soil Nailing 공법
① 흙과 Nailing의 마찰력으로 전단응력 저항
② 절토면에 사용
③ 서면 붕괴 방지 및 흙막이공으로 사용
7) 압성토공성
① 산사태가 우려되는 자연 압성토 사면 선단부에 압성토하여 활동 저항성 증가
② 사면안정 검토하여 압성토 시공
8) Earth Anchor 공법
① PS강재를 비탈면에 삽입하여 그라우팅하여 지반에 정착
② 앙카체의 인장력으로 전단응력에 저항
VII. 결론
① 사면 붕괴의 주요인으로는 지질, 기상 등의 자연적 요인 외에 사용재료의 부적정, 배수처리 시공 불량, 부실한 법면 처리 등 인위적 요인도 크다.
② 사면안정을 위한 보호공법 선정시에는 지형 및 토질의 특성, 지하수위 용수의 유무에 대한 사전조사가 선행되어야 하며 시공성, 안정성, 미관성 등을 고려하여 가장 효과적이고 경제적인 공법을 선정하여야 한다.
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