KDS 설계기준 낙석·토석 대책시설 KDS 11 70 20 :2020

 

KDS 설계기준 낙석·토석 대책시설

안녕하세요

이번에 다룰 주제는 낙석과 토석류 대책시설 설계 기준 입니다.

 

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시방서 요약

목적: 낙석과 토석류로 인한 인명 및 시설물 피해를 방지 또는 저감하는 일반적인 설계기준을 제공

적용범위: 낙석방지망, 낙석방지울타리, 낙석방지옹벽, 피암터널, 토석류 대책시설 설계

해석 및 설계원칙:

• 낙석방지망: 낙석의 에너지를 흡수하는 망의 능력이 낙석의 에너지보다 커야 함
• 낙석방지울타리: 낙석방지울타리의 흡수가능에너지가 낙석에너지보다 커야 함
• 낙석방지옹벽: 낙석의 충격력을 옹벽 본체 및 지지지반의 변형에너지로 전환하여 낙석을 정지시킴
• 피암터널: 낙석의 충격력으로부터 상부 시설물을 보호하기 위한 터널구조물
• 토석류 대책시설: 토석류 발생억제, 흐름완화 및 제어, 퇴적 및 유도를 목표로 설계됨

설계:

• 낙석방지망: 낙석에너지와 망의 흡수가능에너지 계산, 흡수가능에너지가 낙석에너지보다 클 것
• 낙석방지울타리: 낙석에너지와 울타리의 흡수가능에너지 계산, 흡수가능에너지가 낙석에너지보다 클 것, 충분히 안정적인 지지 기초 설치

 

 

KDS 설계기준 비탈면 배수시설 KDS 11 70 25 :2020

 

 

1. 일반사항

1. 일반사항

 

 

1.1 목적

(1) 이 기준은 낙석‧토석 대책시설에 대한 일반적인 설계기준과 설계방법을 제시하여 낙석과 토석류로 인해 발생 가능한 인명과 시설물 피해를 방지 또는 저감하는 것을 목적으로 한다.

 

1.2 적용범위

(1) 이 기준은 낙석과 토석류 대책을 위한 낙석방지망, 낙석방지울타리, 낙석방지옹벽, 피암터널, 토석류 대책시설의 설계에 적용한다.

 

 

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

내용 없음

1.3.2 관련 기준

내용 없음

 

 

1.4 용어의 정의

내용 없음

 

 

1.5 시설물의 구성

(1) 낙석과 토석류 대책시설은 낙석방지망, 낙석방지울타리, 낙석방지옹벽, 피암터널, 토석류 대책시설 등으로 구성된다.

(2) 낙석과 토석류 대책시설 중 토석류 대책시설은 발생억제시설, 흐름완화 및 제어시설, 퇴적 및 유도시설로 나눌 수 있다.

① 발생억제시설: 계곡막이 등

② 흐름완화 및 제어시설: 사방댐, 토석류 포획망, 유로보강시설 등

③ 퇴적 및 유도시설: 퇴적지, 토석류 흐름 유도를 위한 제방 등

 

1.6 해석과 설계원칙

1.6.1 낙석방지망

(1) 낙석방지망은 낙석방지망을 구성하는 부재가 일체가 되어 낙석의 에너지를 흡수하는 것으로 비탈면의 상황에 따라 종류와 규격을 결정하여야 한다.

(2) 낙석방지망은 낙석에너지와 낙석방지망의 흡수가능에너지를 평가하고 이 두 에너지를 비교하여 낙석방지망의 흡수가능에너지가 낙석에너지보다 크도록 설계한다.

(3) 낙석방지망의 설계

① 비포켓식 낙석방지망

낙석의 하중과 망의 무게를 견딜 수 있는 와이어 로프의 지름을 결정하고 전체 하중이 고정핀에 작용한다고 가정하고 고정핀의 안정을 계산하여 설계한다.

② 포켓식 낙석방지망

낙석방지망의 흡수가능 에너지와 망에 충돌하는 낙석에너지를 비교하여 설계하여야 하며 지주의 강도와 안정성 검토를 실시하여야 한다.

1.6.2 낙석방지울타리

(1) 낙석방지울타리는 낙석방지울타리를 구성하는 부재가 일체가 되어 낙석의 에너지를 흡수하는 것으로 비교적 소규모의 낙석을 방지하는데 효과적이며 비탈면의 상황에 따라 종류와 규격을 결정하여야 한다.

(2) 낙석방지울타리는 울타리 설치위치에서의 낙석에너지와 낙석방지울타리의 흡수가능에너지를 계산하고 이 두 에너지를 비교하여 낙석방지울타리의 흡수가능에너지가 낙석에너지보다 크도록 설계한다.

(3) 낙석방지울타리의 하부를 지지하기 위한 기초는 콘크리트 옹벽 등을 사용할 수 있으며, 낙석방지울타리가 낙석에너지를 흡수할 수 있도록 충분히 안정하도록 설계한다.

(4) 낙석방지울타리의 설계 시에는 낙석의 중량, 속도, 최대도약높이, 지지지반의 강도 등을 검토하여야 한다.

1.6.3 낙석방지옹벽

(1) 낙석방지옹벽의 방호기능은 낙석이 가진 운동에너지를 옹벽본체 및 지지지반의 변형에너지로 전환하여 흡수하는 방법으로 낙석을 정지시킨다.

(2) 낙석방지옹벽의 설계 시에는 낙석의 중량, 속도, 최대도약높이, 지지지반의 강도 및 지형, 지질 등을 고려하여 옹벽의 활동, 전도에 대한 안정 및 단면의 강도에 대해서 검토하여야 한다.

1.6.4 피암터널

(1) 피암터널은 낙석의 규모가 커서 일반 낙석방지시설로 방어하지 못하는 경우에 보호하고자 하는 대상물을 터널구조물로 보호하는 방법이다.

(2) 피암터널의 설계는 예상되는 낙석의 충격력으로부터 안정하기 위한 터널의 단면을 결정한다.

(3) 피암터널의 설계는 피암터널이 설치되는 지반의 안정검토와 피암터널 자체의 구조적인 안정검토를 실시하여야 한다.

(4) 피암터널의 안정검토는 설치되는 지형과 지반조건에 따라 기초지반의 지지력과 침하, 횡방향 활동 그리고 경사진 지반을 깎아서 피암터널을 설치하는 경우는 전체적인 외적안정검토를 실시한다.

(5) 피암터널 자체의 구조적인 안정검토는 낙석조사를 통하여 설계를 위한 낙석의 규모 및 낙하높이를 결정하고, 피암터널 상부의 충격완화구조를 고려하여 구조물에 가해지는 충격하중을 산정한다. 충격하중을 고려하여 피암터널 단면에 대한 구조해석을 실시하고 부재를 설계한다.

(6) 피암터널의 설계에서 고려하는 하중은 충격력, 고정하중 및 토압, 설하중, 온도변화 및 건조수축 영향, 지진 등이 있다.

1.6.5 토석류 대책시설

(1) 대책시설의 설계목표

① 대책시설의 설계목표는 토석류 발생억제, 토석류 흐름완화 및 제어, 토석류 퇴적 및 유도 등으로 한다.

② 토석류의 특성은 강우에 크게 의존하므로 지역적인 강우기록을 토대로 적절한 설계계획빈도를 설정한 후 설계목표를 결정한다.

(2) 대책시설 결정시 고려사항

① 토석류 대책시설 결정시에는 다음 사항을 고려한다.

가. 보호하고자 하는 시설물의 중요도, 토석류가 이동하는 경로와 시설물의 상대적인 위치관계

나. 토석류의 규모, 흐름특성, 구성재료 등

다. 단독 또는 다중 구조물의 적용여부

라. 적용위치에서의 시공성, 유지관리 용이성

 

2. 조사 및 계획

2. 조사 및 계획

 

 

2.1 조사

2.1.1 토석류 대책시설

(1) 일반사항

① 토석류 조사는 토석류의 발생 가능성 판단, 토석류 발생가능 규모의 산정, 대책의 필요여부 결정, 상황에 맞는 대책시설의 선정과 구체적인 설계를 위해 수행한다.

② 토석류 조사는 사전에 조사목표와 조사항목 및 방법, 수량을 결정하고 현지상황을 충분히 파악할 수 있도록 조사계획을 수립하여 실시한다.

③ 토석류 조사는 예비조사와 상세조사로 구분한다.

(2) 조사의 종류

① 예비조사는 사업대상지역의 토석류 발생가능성 예측, 현장 상황 파악 및 상세조사 계획을 수립하기 위하여 실시하는 조사이다.

② 예비조사에서는 대상지역의 과거 재해자료, 지형도, 지질도, 항공사진, 기상자료, 대상지역 주변의 공사기록 등을 수집하고, 필요한 경우 현장답사를 실시한다.

③ 상세조사는 예비조사에서 토석류 발생가능성이 있는 것으로 판단된 지역에 대하여 실시한다.

④ 상세조사는 사전에 조사목표, 조사항목, 조사방법, 현장시험 및 시료채취, 조사인원, 조사공구 등을 포함한 조사계획을 수립하여 실시한다.

⑤ 상세조사 시 토석류 기발생구간에 대한 조사는 토석류 발생특성을 분석하고 추가적인 토석류 발생가능성을 확인하기 위하여 수행한다.

(3) 조사결과의 정리

① 조사단계별로 수행한 내용은 조사목표에 따라 일목요연하게 정리하여 보고서로 작성한다.

② 예비조사결과는 조사대상구간의 현황을 파악할 수 있도록 도면화하여 정리하고, 상세조사결과는 조사경로와 각 위치별 조사내용을 확인할 수 있도록 정리한다.

 

2.2 계획

2.2.1 피암터널

(1) 피암터널은 도로 및 철도 시설물 등의 상부에 구조물을 설치하여 낙석, 토사 및 암반 붕괴로부터 방호하는 시설로서 노선 및 선로 등의 측면에 여유가 없고 낙석 등의 발생이 빈번하여 공용성 확보를 위한 별도의 보호조치가 필요한 급경사 비탈면에 설치한다.

(2) 피암터널 단독으로 낙석을 막을 수 없는 경우에는 기타 낙석대책공법과 병용하여 설치한다.

2.2.2 토석류 대책시설

(1) 범위

① 대책시설의 계획은 토석류가 발생하여 피해가 예상되는 시설물의 인근에 대해서 수립하며, 토석류 가능성과 시설물의 피해가능성을 고려하여 합리적이고 효과적인 대책이 되도록 한다.

② 대책시설 계획은 대상 지역의 지형, 지질, 수리 및 수문특성에 대한 조사를 토대로, 토석류 발생특성, 대책시설의 적용 용이성, 효과, 그리고 향후 유지관리의 용이성, 친환경성 등을 종합적으로 고려한다.

(2) 계획의 기준지점

① 계획의 기준지점은 토석류로 인해 피해가 예상되는 시설물의 인근에 대해서 대책시설의 기능 목표에 따른 효과가 최대로 발휘되는 지점으로 한다.

② 계획의 기준지점을 결정할 때는 토석류의 특성(시작-이동-퇴적)을 고려하여야 한다.

③ 다양한 대책시설을 적용하거나 여러 단계로 적용하는 경우에는 기준지점을 여러 구간으로 설정할 수 있으며, 이때는 각 위치에서의 토석류 특성을 고려한다.

 

3. 재료

3. 재료

내용 없음

 

4. 설계

4. 설계

 

4.1 설계일반사항

4.1.1 낙석방지망

(1) 낙석에너지의 계산

① 낙석에너지는 낙석의 크기와 낙하높이, 그리고 비탈면의 경사 및 표면 상태를 고려하여 산정한다.

② 계산방법은 간편식을 이용하거나 프로그램을 활용하여 계산할 수 있다.

(2) 낙석방지망의 흡수가능에너지 평가

① 낙석방지망의 흡수가능에너지는 망을 구성하는 각각의 부재의 최소 흡수에너지의 합으로 계산할 수 있다.

② 정확한 흡수가능에너지는 실물 시험을 통하여 낙석의 통과여부 또는 낙석방지망의 파괴여부로부터 흡수가능에너지를 평가할 수 있다.

4.1.2 낙석방지울타리

(1) 낙석에너지의 계산

① 낙석에너지는 낙석의 크기와 낙석예상높이, 그리고 비탈면의 경사 및 표면 상태를 고려하여 산정한다.

② 계산방법은 간편식을 이용하거나 프로그램을 활용하여 계산할 수 있다.

(2) 낙석방지울타리의 흡수가능에너지의 평가

① 낙석방지울타리의 흡수가능에너지는 낙석방지울타리를 구성하는 각각의 부재의 최소 흡수에너지의 합으로 계산할 수 있다.

② 정확한 흡수가능에너지를 평가하기 위하여 실물 성능평가시험을 실시하고 그 결과를 설계에 이용하여야 한다. 단, 공인시험기관의 시험 등을 통해 사전에 검증된 형식의 경우에는 성능평가시험을 생략할 수 있다.

(3) 낙석방지울타리의 높이는 낙석 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 낙석방지울타리 설치위치에서 낙석이 튀는 높이로 결정한다.

(4) 낙석방지울타리의 지지는 낙석방지울타리의 하부를 고정시켜 낙석방지울타리에 가해지는 낙석에너지에 대하여 낙석방지울타리가 충분히 흡수할 수 있도록 하여야 한다.

 

4.1.3 낙석방지옹벽

(1) 낙석충돌 시의 외력 산정

① 옹벽을 탄성지반에 의해 지지되는 강체로 가정하여, 낙석의 충돌에 의한 에너지가 지반의 탄성에너지와 동일하게 될 때까지 옹벽이 수평변위 및 회전을 일으키는 것으로 한다. 이 변위 및 회전에 의해 지반이 받는 수평력과 모멘트를 안정계산에 이용한다.

(2) 낙석방지옹벽의 안정해석은 KDS 11 80 05 (4.1.1)의 검토항목에 따른다. 또한 낙석 시뮬레이션 프로그램을 활용하여 낙석방지옹벽의 설치위치에서 낙석이 튀어나가지 않도록 낙석방지옹벽의 높이를 결정한다.

(3) 옹벽 본체는 낙석의 충격력 및 퇴적 토압에 대하여 각 부재의 응력을 산정하고 안전성을 검토하여야 한다.

4.1.4 피암터널

(1) 충격력 산정

① 피암터널에 작용하는 충격력의 산정은 낙석이 터널 상부구조 바로 위에 떨어지는 경우와 측벽에서 5 m 이내에 떨어지는 경우로 구분하여 산정한다.

② 상부구조 바로 위에 떨어지는 경우는 모래완충재가 있는 상태로 가정하여 충격력 값을 산정한다. 낙석이 피암터널 측벽에서 5m 이내에 낙하하는 경우 측벽에 작용하는 충격토압의 산정 시는 탄성이론으로 계산된 토압을 사용한다.

③ 피암터널에 작용하는 충격력은 낙석에 의한 충격력을 완충재의 표층에 집중하중으로 작용시키고, 완충재 층에 45° 범위로 원추 형태로 분산 분포시켜 피암터널에 등분포 하중으로 작용시킨다. 단면력 산정시 충격하중으로 피암터널의 도로축 직각 방향에 지름의 폭으로 잡고 원형과 등가 면적을 이루는 직사각형 분포를 가정할 수도 있다.

(2) 낙석의 낙하높이

① 낙석의 낙하높이는, 자유 낙하하는 경우에는 낙차 H를 그대로 적용하고, 경사면을 따라 낙하하는 낙석의 낙하높이는 환산하여 적용한다. 또한, 비탈면의 경사가 도중에 크게 변하는 경우에는 비탈면을 세분하고, 각 비탈면별로 낙하 높이를 환산하여, 그 누계를 비탈면 전체의 환산 낙하높이로 한다.

(3) 완충재

① 피암터널에는 낙석충격을 완화하고 분산시키기 위하여 완충재를 설치한다.

4.1.5 토석류 대책시설

(1) 설계인자의 결정

① 토석류 대책시설의 설계인자는 시설의 종류, 규모, 배치, 설계조건을 결정하는데 사용할 수 있다.

② 대책시설 설계 시 고려하여야 하는 인자는 최대토석부피, 토석류 첨두유량, 토석류 충격력, 토석류 단위중량, 유속, 수심, 퇴적경사 등이다.

(2) 대책시설의 설계

① 토석류 발생억제시설 중 계곡막이는 경사완화 구간의 범위, 단수, 단의 높이, 단의 경사, 길이 등을 검토한다.

② 토석류 흐름완화 및 제어시설은 설치위치의 토석류 특성을 고려하여 대책시설의 종류, 규모, 구조적 안정성 등을 검토한다.

③ 토석류 퇴적 및 유도시설은 퇴적부 경사, 저사 용량, 수로 단면의 규모 및 안정성 등을 검토한다.

출처

국가건설기준센터