절토와 성토

절토와 성토

1. 절토

1-1. 절토 비탈면 경사

자연 상태의 지반은 일반적으로 균질하지 않고 시공한 뒤의 절토 사면(비탈면)은 시간의 흐름에 따라 공기, 수분의 침투가 반복되면서 풍화나 침식이 일어나면서 약화된다. 특히 호우나 융설이 반복됨에 따라 침투수가 점점 증가하여 불안정하게 된다. 이러한 균질하지 않고 외부 여건에 의해 물리적 특성이 계속해서 반복되는 현상으로 인하여 절토 비탈면의 안정 검토는 계산으로 하기 곤란하며 하더라도 어느 정도 안전율을 반영해야 한다. 따라서 토질과 암반에 따라 표준 구배를 적용하여 적용, 설계한 뒤 시공 시 토질 조건에 따라 안정 계산을 통해 검토를 수행하는 것이 일반적이다.

* 절토의 표준 비탈면 경사
ㅇ 모래(SW, SP)
- 밀실 하지 않고 입도분포가 나쁜 것 : 1: 1.5 ~
ㅇ사질토(SM, SP)
- 밀실한 것 : 1:0.8~1.2
- 밀실하지 않고 입도 분포가 낮은 것 : 1.5~0.8
ㅇ 자갈 또는 암과 섞인 사질토(SM, SC)
- 밀실하고 입도 분포가 좋은 것 : 1: 1.0~1.2
- 밀실하지 않고 입도분포가 나쁜 것 : 1:1.0~1.2
ㅇ 점성토(ML, MH, CL, CH)
- 1:0.8~1.2
ㅇ 암괴 또는 호박돌 섞인 점성토(GM, GC)
- 1:1.0~1.5

1-2. 절토 비탈면의 배수 설계

절토 비탈면은 수분에 의해 비탈면 상에 세굴이 빈번하게 일어나게 되고 세굴에 따른 절리나 균열로 수분이 침투하게 되어 그 부위가 약화되어 결국 비탈면 붕괴로 이어지게 된다. 따라서 비탈면에서 배수는 매우 중요하며 이를 위하여 비탈 어깨나 소단에 배수구를 설치하는 등 지하수 처리 대책을 수립하게 된다. 지하수 처리대책에는 비탈면 내부의 지반 속 지하수위를 낮추기 위한 방법이 동원되는데 이때 물 빼기 보링 공을 설치할 수 있다. 또한 비탈면 표면의 수분을 처리하기 위하여 비탈면에 지하 배수구를 설치하기도 한다. 이와 같이 절토 비탈면의 배수를 위하여 여러 공법 및 방법을 설계하는 것도 중요하지만 현장여건에 따라 적절하게 시공되었는지, 배수시스템이 정상적으로 작동할 수 있도록 구배, 집수면적 등이 적절하게 반영돼 있는지 꼼꼼히 확인할 필요가 있다.

2. 성토

2-1. 기초 지반

성토가 이루어지는 기초지반에서 가장 문제가 되며 까다로운 조건은 바로 연약지반이다. 연약지반은 수분에 민감한 흙의 함유량이 높은 지반으로 연약지반 처리가 제대로 이루어지지 않은 상태에서 그 위로 성토가 진행되게 되면, 추후 연약지반의 상태가 변함에 따라 압밀도가 변하게 되어 추가 침하가 발생하게 되면 상부 성토체, 구조체 등의 침하가 동반되기 때문에 위험한 상황에 노출되며 목적물의 내구성 또한 떨어지게 된다. 또한 노면의 평탄성을 손상시키고 성토체가 파괴될 수 있기 때문에 이러한 경우 성토의 안정과 침하에 대해 검토하여 대책을 수립해야 한다.
연약지반 외 보통의 지반에서는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있으므로 조사, 검토, 조치가 필요하다
ㅇ 고성토부인 경우
ㅇ 주변여건상 용수의 영향을 받기 쉽거나 영향이 큰 경우
ㅇ경사 지반에 성토한 경우
ㅇ 지표면에 연약층이 존재하는 경우

2-2. 성토 재로

보통 성토를 위한 주요 재료로 인근 절토 구간에서 절취한 재료를 활용하도록 토공 계획을 수립하며, 절취 재료 외 추가 성토 재료가 필요한 경우 인근 지역에 토취장을 개발하여 유용하거나 이미 운영 중인 현장의 반출토를 운반하여 사용하기도 한다. 성토재료는 추후 지반의 품질을 위하여 성토 단계별로 요구하는 품질기준에 만족하는 양질의 재료를 사용할 수 있도록 품질관리를 철저하게 해야 한다. 그러나 모든 단계에서 양질의 재료를 이용하는 것이 경제성, 현장여건 등에 따라 어려운 경우 다소 불량한 성토재료라도 성토 단계 및 각 층의 특성을 고려하여 적재적소에 사용될 수 있도록 분류하여 사용할 수 있다.
성토재료로 바람직한 재료의 특성은 다짐이 쉽고 다짐 후 강도가 크며, 압축성이 작으며 우수 등에 의한 침식에 강한 것이 좋다. 그리고 흡수 시 팽창성이 적어야 한다.

* 도로용 재료로서 흙의 평가기준
ㅇ 암괴, 옥석 : 성토의 기초지반으로 활용 가능하다.
ㅇ 자갈 : 기초지반, 노상재료, 성토재료로 활용 가능하다.
ㅇ 자갈질토 : 기초지반, 성토재료로 활용 가능하나, 유기질을 포함한 것은 피한다.
ㅇ 모래 : 기초지반, 노상 재료, 성토재료로 활용 가능하나, 연약 포화 지반에서는 성토 기초로 사용하는 것을 피한다.
ㅇ사질토 : 기초지반, 노상 재료, 성토재료로 활용 가능하나, 유기질 토사를 포함한 것은 피한다.
ㅇ 실트, 점성토, 유기질토, 고유기질토 : 일부는 조건부로 활용 가능하나 되도록 피한다.

2-3. 성토의 다짐

도로 성토에서 다짐을 하는 목적은 다음과 같다.
ㅇ 다짐을 함으로써 흙의 압축시 강도를 증가시켜 성토체와 비탈면의 안정을 도모하며, 추후 차량 통행 시 교통에 의한 하중 지지력을 크게 한다.
ㅇ 다짐을 함으로써 공극을 최소화하고 이에 따른 투수성을 저하시켜 물의 침투에 의한 연약화나 팽창을 방지하며 안정한 상태를 유지하도록 한다.
ㅇ 성토체를 균일하게 하고 압축성을 최소화하여 부등침하가 발생하지 않도록 한다.

위의 다짐도를 확인하기 위해서 하는 시험에는 실내 다짐시험과 현장 다짐시험이 있다. 이 시험을 통해 목표다짐도, 함수비, 두께, 다짐 장비의 종류와 다짐 횟수 등을 시험시공을 통해 결정할 수 있고, 이를 통해 최적의 다짐을 위한 조건을 설정할 수 있다.

현장에서 다짐도를 규정하는 방법은 주로 최대 건조 밀도와 현장밀도 시험에서 구한 현장 건조 밀도의 비로 다짐도를 평가하는 건조 밀도로 규정하는 방법이 가장 빈번하게 쓰이고 있다.

* 다짐도 규정 방법
1)품질 규정 방법
ㅇ 건조밀도
ㅇ 포화도와 공극률
ㅇ 강도 - 콘지수, cbr, k치
ㅇ 변형 특성 - 프루프 롤링
2) 공법 규정 방법
ㅇ 롤러의 종류와 다짐 횟수로 규정