옹벽 배면의 원지반을 절토한 경우 옹벽에 작용하는 토압은 그 경계면의 영향을 받기 때문에 일반적인 성토부 옹벽에 작용하는 토압과는 다르게 취급해야 할 경우가 있다.
다만 흙쐐기의 파괴면이 뒷채움흙 내부를 통과하는 경우는 성토부 옹벽과 같은 방법으로 토압을 구할 수 있다.
[절토부 옹벽] ⓒhantoenc, 출처 https://hantoenc.com/retaining-wall-td/
옹벽 배면의 원지반을 절토한 경우, 즉 원지반의 경사가 45°이상이고, 옹벽 뒷굽과 원지반 하단의 수평거리가 해설 그림 6.2.41과 같이 1.0m이하인 경우 옹벽에 작용하는 토압은 그 경계면의 영향을 받기 때문에 일반적인 성토부 옹벽에 작용하는 토압과는 다르게 취급해야 할 경우가 있다.
원지반이 안정되어 있는 것으로 간주되는 경우에도 옹벽과 그 경계면의 위치, 원지반의 경사, 그 표면의 거친 정도 등에 따라 토압이 달라지는데,
보통의 성토부 옹벽에 작용하는 토압과 비교하여 크게 되는 경우가 있으므로 주의해야 한다.
구조물 기초 설계기준 해설(2005) - 해설 그림 6.2.41 원지반을 절토한 경우
안정사면(절토면)에서 뒤채움 흙과의 마찰각(δ‘)의 크기는 원지반의 지질이나 표면상태에 따라 다르지만 통상 (2/3 ~ 1.0)Ф 로 볼 수 있다.
원지반이 연암보다 좋고 비교적 균일한 평면인 경우 : (2/3)Ф
원지반이 층이 있고 거친 면인 경우 : (1.0)Ф
마찰각(δ‘)의 크기가 토압크기에 미치는 영향이 크므로 δ‘의 결정에 신중해야 한다.
절토부 옹벽에 작용하는 토압은 흙쐐기의 파괴면이 안정사면(절토면)에 근접하거나 교차하는 경우는 안정사면(절토면)의 영향을 고려하여 토압을 계산해야 한다.
흙쐐기의 파괴면이 안정사면(절토면)에 근접하는(ω ≒ θ) 경우에 대해 알아보자.
1) 흙쐐기의 파괴각이 안정사면(절토면)의 경사각과 같은 경우
ω = θ 경우
여기서,
α : 옹벽 배면과 연직면이 이루는 각(°)
β : 배면경사각(°)
Ф : 배면토의 내부 마찰각(°)
δ : 배면토와 벽체의 마찰각(°)
θ : 안정사면(절토면)의 경사각(°)
δ‘ : 안정사면(절토면)에서의 마찰각(°)
ω : 흙쐐기의 파괴각(°)
W : 흙쐐기의 중량(kN/m)
H : 토압을 고려하는 배면토 높이(m)
ω = θ이므로 흙쐐기는 △ABC이다.
쿨롱의 시행쐐기법에서 토압 계산하는 방법과 같으나, 흙쐐기의 파괴면에서의 마찰각이 Ф가 아니라 δ‘이라는 것에 주의하자.
2) 흙쐐기의 파괴각이 안정사면(절토면)의 경사각보다 큰 경우
성토부 옹벽과 같은 방법으로 토압을 구할 수 있다.
ω ≥ θ 경우
여기서,
α : 옹벽 배면과 연직면이 이루는 각(°)
β : 배면경사각(°)
Ф : 배면토의 내부 마찰각(°)
δ : 배면토와 벽체의 마찰각(°)
θ : 안정사면(절토면)의 경사각(°)
δ‘ : 안정사면(절토면)에서의 마찰각(°)
ω : 흙쐐기의 파괴각(°)
W : 흙쐐기의 중량(kN/m)
H : 토압을 고려하는 배면토 높이(m)
ω > θ이므로 흙쐐기는 △ABC‘이다.
쿨롱의 시행쐐기법에서 토압 계산하는 방법으로 계산하면 된다.
1) 흙쐐기의 파괴각이 ∠DAF보다 작은 경우
α : 옹벽 배면과 연직면이 이루는 각(°)
β : 배면경사각(°)
Ф : 배면토의 내부 마찰각(°)
δ : 배면토와 벽체의 마찰각(°)
θ : 안정사면(절토면)의 경사각(°)
δ‘ : 안정사면(절토면)에서의 마찰각(°)
ω : 흙쐐기의 파괴각(°)
W1 : 흙쐐기의 파괴면과 안정사면의 교차점에서 분할된 안정사면측 삼각형 △ECD의 중량(kN/m)
W2 : 흙쐐기의 파괴면과 안정사면의 교차점에서 분할된 옹벽측 사각형 □ABCE의 중량(kN/m)
hv : 흙쐐기의 파괴면과 안정사면의 교점에서 배면토 높이(m)
H : 토압을 고려하는 배면토 높이(m)
δx : 가상배면(hv의 부분)에서의 벽면마찰각(°)
δx = β (β ≤ δx 의 경우),
δx = Ф (β > δx 의 경우)
d : 옹벽하단에서 안정사면 하단까지의 이격거리(m)
① 흙쐐기 △ECD에 의한 힘의 다각형에서 내력 X를 구한다.
② 내력 X와 흙쐐기 사각형 ABCE에 의한 힘의 다각형에서 Pa를 계산한다.
위 힘의 다각형에서 ∑Fx=0, ∑Fy=0을 이용해서 2원 1차 연립방정식을 풀면 Pa를 구할 수 있다.
2) 흙쐐기의 파괴각이 ∠DAF보다 크거나 같은 경우
여기서,
α : 옹벽 배면과 연직면이 이루는 각(°)
β : 배면경사각(°)
Ф : 배면토의 내부 마찰각(°)
δ : 배면토와 벽체의 마찰각(°)
θ : 안정사면(절토면)의 경사각(°)
δ‘ : 안정사면(절토면)에서의 마찰각(°)
ω : 흙쐐기의 파괴각(°)
W : 흙쐐기의 중량(kN/m)
H : 토압을 고려하는 배면토 높이(m)
d : 옹벽하단에서 안정사면 하단까지의 이격거리(m)
ω > θ이므로 흙쐐기는 △ABC이다.
쿨롱의 시행쐐기법에서 토압 계산하는 방법으로 계산하면 된다.
여기서,
α : 옹벽 배면과 연직면이 이루는 각(10°)
β : 배면경사각(20°)
Ф : 배면토의 내부 마찰각(30°)
δ : 배면토와 벽체의 마찰각(20°)
θ : 안정사면(절토면)의 경사각(60°)
δ‘ : 안정사면(절토면)에서의 마찰각(20°)
ω : 흙쐐기의 파괴각(°)
H : 토압을 고려하는 배면토 높이(5.0m)
δx : 가상배면(hv의 부분)에서의 벽면마찰각(20°)
γ : 배면토의 단위중량(19kN/m3)
d : 옹벽하단에서 안정사면 하단까지의 이격거리(1.0m)
수평선과 가상파괴면이 이루는 각 = 43.5°
절토부의 주동토압 = 138.494kN/m
설계조건은 절토부 옹벽과 동일하다.
α : 옹벽 배면과 연직면이 이루는 각(10°)
β : 배면경사각(20°)
Ф : 배면토의 내부 마찰각(30°)
δ : 배면토와 벽체의 마찰각(20°)
ω : 흙쐐기의 파괴각(°)
H : 토압을 고려하는 배면토 높이(5.0m)
γ : 배면토의 단위중량(19kN/m3)
수평선과 가상파괴면이 이루는 각 = 50.0°
성토부의 주동토압 = 128.321kN/m
가정조건이 동일한 절토부 옹벽과 성토부 옹벽의 주동토압을 계산해 보았다.
절토부의 주동토압 = 138.494kN/m 이고,
성토부의 주동토압 = 128.321kN/m 으로,
절토부의 주동토압이 성토부의 주동토압보다 크다.
경우에 따라 절토부의 주동토압의 성토부의 주동토압 보다 큰 경우가 있을 수 있으니 주의하자.
본 기술자료에서는 절토부 옹벽에 작용하는 주동토압에 대해 알아보았다.
단순히 생각해봤을 때는 절토부 옹벽에 작용하는 주동토압이 성토부 옹벽에 작용하는 토압보다 작을 것 같았는데 실제 계산해보면 절토부 옹벽에 작용하는 주동토압이 더 큰 경우가 발생하기도 한다.
원지반이 안정되어 있는 것으로 간주되는 경우에도 옹벽과 그 경계면의 위치, 원지반의 경사, 그 표면의 거친 정도 등에 다라 토압이 달라지는데, 보통의 성토부 옹벽에 작용하는 토압과 비교하여 크게 되는 경우가 있으므로 주의해야 한다.
구조물기초설계기준해설(2015)
채영수(1992)_흙막이구조물Ⅳ_한국지반공학회지 p.95~115
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