수압구조물의 정의, 종류 | 수압구조물에 필요한 성능 | 설계상의 하중과 반력 | 주의사항

 

그라운드앵커 수압구조물

2.5.1 수압구조물 설계 일반

1 수압구조물은 앵커 두부의 긴장력을 지반에 분산, 전달시키는 목적으로 사용된다.
2 인장재의 반력을 지반에 균등하게 전달하여야 하고, 허용응력설계법 또는 강도설계법 으로 설계하여야 한다.
3 수압구조물에 작용하는 하중은 상시하증과 일시하중으로 구분할 수 있는데 상시하중으로는 설계앵커력이 작용하며 일시적으로 크게 작용하는 지진하중이나 초기긴장력은 일시 하준으로서 설계앵커이 1.5배를 초과해서는 안된다.
4 철근콘크리트 수압구조물 혹은 프리스트레스트 콘크리트 수압구조물 설계시 일시하중에 대해서 극한강도를 만족하여야 하며 상시 하중에 대해서 사용성을 만족하여야 한다. 5 현장타설콘크리트 격자형태 수압구조물 설계시 십자형 수압구조물에 준하여 설계한다.

 수압구조물의 정의 및 종류

1) 그라운드 앵커에 사용되는 수압구조물은 앵커 두부의 긴장력을 지반에 분산 전달시키는 목적으로 사용되는 것으로 콘크리트와 강철 보강재 혹은 철, 알루미늄 합금 등을 주재료로서 제작되는 블록형태의 구조물을 말한다.

2) 수압구조물은 비탈면 지역, 깎기비탈면, 기 설치된 석축이나 옹벽 등의 안정에 사용되는 영구앵커의 긴장력을 장기에 걸쳐 보존·유지할 수 있어야 한 다. 수압구조물은 앵커의 긴장력을 보존하고 유지하는 특성을 갖는다. 자연 비탈면, 깎기비탈면, 기 설치된 석축이나 옹벽의 안정 등 수압구조물이 이용되는 곳은 여러 곳이지만, 어느 경우에도 앵커를 지반에 정착시키려면 앵커의 긴장력을 보존·유지할 수가 있는 반력구조물을 사용하는 것이 필요 하다. 수압구조물은 앵커 기능을 충분히 발휘하기 위해 매우 중요한 구조물 로서 수압구조물을 선정하기 위해서는 앵커의 목적, 성질과 상태, 규모나 비탈면의 상태, 시공환경을 고려하여 적절한 것을 선택할 필요가 있다.

수압구조물에 필요한 성능

1) 수압구조물은 인장재의 반력을 가능한 균등하게 분산하여 지반에 전달하는 구조이다.

2) 콘크리트제 수압구조물은 큰 균열 등이 발생하지 않도록 하고, 철제·알루 미늄 합금제수압판은 소성변형을 일으키지 않도록 설계 앵커력을 결정 하여야 한다.

3) 수압구조물의 내하력설계 방법은 허용응력설계법 또는 강도설계법에 따라 역학적으로 설계하여야 한다.

4) 수압구조물은 가혹한 환경에 있어도 장기간의 내하력을 유지할 수 있어야 한다. 따라서, 염분이나 산성가스가 있는 환경의 경우는 내식성에 대해 특별히 고려하여야 한다.

5) 수압구조물은 원칙적으로 상하 좌우로 앵커의 설치 각도의 조정이 가능한 것으로 한다. 앵커축선과 수압구조물상의 지압판이 수직이 아닌 경우에는 수압구조물 자체를 기울여서 각도를 조정하거나 앵커의 부착부와 앵커 축선과의 각도 조절이 가능한 수압구조물을 사용할 수도 있다.

설계상의 하중과 반력

1) 수압구조물에 지속적으로 작용하는 하중은 설계 앵커력이므로 설계 앵커력을 상시하중으로 한다. 지진시 하중, 또는 통상 설계 앵커력의 1.5배 이내인 일시 하중인 경우에도 그 크기가 인장재의 항복하중의 90%보다 크게 하면 안 된다.

2) 수압구조물의 설계상 지반반력은 등분포로 분포하는 것으로 한다. 수압 구조물에 생기는 지반반력의 분포는 지반의 조건에 따라서 다르지만, 일반적 으로는 등분포로 분포하는 것으로 가정하여 설계한다.

3) 수압구조물에 작용하는 앵커력에 비해 자중에 의한 수압구조물 응력도는 무시할 만큼 작기 때문에 크리프와 콘크리트 설계에서는 수압구조물과 앵커두부의 자중은 무시할 수 있다.

4) 수압구조물에 하중을 재하 하였을 때 수압구조물에 큰 잔류변형이 생기 거나 지반(특히, 토사지반에 수압구조물이 설치될 경우)의 허용지지력을 넘는 반력이 생겨서는 안 된다. 즉, 지반반력을 충분히 견딜 수 있을 정도로 수압구조물의 면적을 충분히 크게 하거나 설계앵커력을 줄이는 쪽으로 조정하여야 한다.(표 2.6 참조)

<표 2.6> 수압구조물의 설계 하중

	상시하중	일시하중
영구앵커	설계앵커력	지진하중 또는 초기긴장력으로 설계앵커력의 1.5배 이내

지반의 허용 지지력은 <표 2.7>을 참고한다.

qa>=(Td/A)

qa : 지반의 허용 지지력
Td: 설계 앵커력
A: 수압구조물의 수압면적

<표 2.7> 지반의 종류와 허용 지지력

지지 지반의 종류		허용 지지력 qa(kN/m2)	비고
			일축압축강도 qu (kN/m2)	N치
암반	균열이 적은 균등한 경암	1,000	10,000이상	-
	균열이 많은 경암	600	10,000이상	-
	연암·이암	300	1,000이상	-
역츨	조밀한 것	600	-	-
	조밀하지 않은 것	300	-	-
사질토	조밀한 것	300	-	30~50
	중위인 것	200	-	20~30
점성토 지반	매우 딱딱한 것	200	200~400	15~30
	딱딱한 것	100	100~200	10~15
	중간정도의 것	20	50~100	4~8

라. 수압구조물 설계시 주의사항
1) 수압구조물이 설치되는 지반 표면의 굴곡이 심하여 집중응력이 발생하지 않도록 표면을 버림콘크리트, 숏크리트 또는 모르타르 등으로 평탄화하여 수압구조물을 설치하여야 한다.
2) 수압구조물 주변 지반이 강우시 세굴되지 않도록 조치하여야 한다.
3) 수압구조물의 철근배근설계를 위해서는 콘크리트구조설계기준을 준용한다.

출처 국토교통부 그라운드 앵커의 설계 시공 및 유지관리