토공 유지관리
■토공 유지관리
1. 유지관리의 목적
토공유지관리는 토공을 구성하는 깍기, 돋기 사면의 이완, 붕괴등의 이상현상이나 손상상태를 조기에 발견하고 적절한 조치를 취함으로서 모노레일 안전 운행을 확보함과 동시에 향후 토공의 유지관리에 필요한 자료를 얻는 것을 목적으로 한다.
2. 유지관리 업무
(1) 토공 유지관리 업무는 깍기부, 돋기부, 제방등과 같이 활동이나 불안정을 받게 되는 구조물에 대한 점검, 판정, 조치 및 기록등을 포함한다.
(2) 이 지침서에 기재하지 않은 유지관리 및 보수보강은 「철도설계기준(노반편)」 (2004, 철도청) “제2편 토공”과 「철도공사 전문시방서(토목편)」 (2004, 철도청) “제3장 토공사”의 제반사항에 의거 시행한다.
3. 토공구조물의 특성 및 손상원인
(1) 토공 및 토공구조물이란 성토부, 절토부, 제방등과 같이 활동이나 불안정의 영향을 받게 모든 구조물과 옹벽, 배수관, 암거등 부속 구조물까지를 포함한다.
(2) 토공구조물을 구조물 형식 및 거동형태와 발생가능한 손상의 종류가 다양하기 때문에 토공구조물에서 발생할 수 있는 문제점들은 교량이나 터널등 다른 구조물들과는 매우 다르다.
(3) 토공구조물의 주요특성은 기하학적 범위와 그의 영향권 평가에서 일어나는 각종 문제에 관한 사항으로 사면과 같은 경우 위험요인을 유발할 수 있는 지역은 토공지역 자체보다 더 넓을 수 있으므로 구조물의 영역을 한계지역 범위로 제한하는 것은 위험 할 수 있으며 정밀점검 대상이 되는 구조물에 대하여 다음과 같은 구조물 환경적 여건을 구분하는 것이 좋다.
가. 시공중, 혹은 시공완료 후 보강작업을 시행했던 문제 발생 개소
나. 불안정한 지역으로 판명되어 장래 위험이 있을 수 있는 영향권을 포함한 개소
다. 불안정하다고 인정되지는 않았으나 예방수단이 조치되어 있는 개소
라. 어떠한 특별한 조치도 강구되지 않는 안정개소
(4) 토공구조물의 거동형태는 다른 구조물들에 비하여 특징적인데, 이는 성토재의 특성과 절토부 구성재의 변화에 기인하며 이러한 변화는 주로 다음과 같은 이유에 기인한다.
가. 궤도빔 기초 노반의 재재하와 주면의 새로운 굴착으로 인한 구조물의 기하학적 특성의 변화
나. 모노레일 차량의 운행으로 인한 진동으로 성토재의 변화, 암질재료 파쇄효과와 이로 인한 세립자의 성토부 외부로의 이동
다. 유수로 인한 자연적인 사면의 노화는 물에 의하여 골이 파이면 사면의 종방향 윤곽선이 달라지게 되고 취약부를 발생시킨다.
라. 구조물의 시공에 의한 원래의 수력학적 조건의 변화로서 하천의 바닥과 수위 등의 변화에 관한 장기적인 예측은 일반적으로 불가능하며 이에 관계되는 자연여건의 평형상태가 변화되어 토사의 이동을 초래케 한다.
마. 산성비에 의해 암이 자연적 분해되거나 절개구간 사면의 동결과 융해의 반복 등에 기인한다.
4. 토공구조물 노화원인 및 손상형태
(1) 일반사항
사면의 이동, 균열과 같은 토공구조물의 손상은 표면에서 파악할 수 있으며 표면손상은 내부 손상이 진행된 결과이며 토공구조물 손상이 진전되었다는 표시이다. 이것은 구조물의 깊은 곳에서 발생한 손상이 상당부분 진전이 되어서야 식별이 가능하다는 것을 의미하며 이의 완벽한 확인을 위해서는 단순 육안점검보다는 정밀한 세부조사가 필요하다는 것을 의미한다.
(2) 주요 원인
안정하다고 간주되는 지역이라도 수 많은 손상을 유발하는 요인이 있으며, 이들은 균형의 파괴와 관련한 세 가지 항목으로 분류될 수 있다.
가. 기하학적 원인
1) 경사가 급한 사면과 높이가 높은 성토부/절개부 : 이들은 설계와 시공 오류에 기인한다.
2) 외부 요인 : 사람들의 많은 행위가 사면 안정성에 위험을 줄 수 있다. 소규모 굴착, 옹벽의 변경등과 같은 사면 정상부에서의 모든 작업은 유수에 의한 침식이 시작되게 한다.
나. 수력학적 원인
1) 불충분한 배수 시스템
2) 원지반과 사면보호공의 접속지점에서나 정상부 배수로에서의 부적절한 배수 시스템
3) 동상이나, 부실한 유지관리 또는 불가능한 유지관리와 같은 외부조건으로 인하여 부적절하게 된 배수 형식과 맞지 않는 배수로의 규격.
4) 표면 침식, 미세 균열에의 유수 침입, 미세입자 유출, 홍수로 인한 사면 하단부 침식 등으로 인한 외부 작용
5) 시공중이나 지하수위의 변경후, 재료내 물의 축적으로 인한 재료내부의 간극압으로 인한 내부 활동
6) 강설과 동결/융해 활동 등의 직접적인 활동, 이는 주로 낙석이나 사면붕괴의 시작을 일으킨다.
7) 연약지반의 성토부 아래의 지반침하.
다. 지반공학적 요인
1) 절토 지역
∙ 지질학적 단층, 균열, 풍화암 지역의 존재
∙ 경사가 심한 지하지층 지반
∙ 절토 사면에 평행한 경사도를 가진 하부지층에 있는 점토층의 존재
∙ 미리 쪼개질 면의 조치를 안하거나 제대로 하지 않고 폭약을 부적당하게 사용
: 발파후 암절개면 청소 미흡
∙ 재료의 노화로 인한 기계적 특성의 변화(크리프, 광물학적 구조의 내부 변화를 주는 공기와 물의 물리적/화학적 활동)
2) 성토 지역
∙ 부적절한 재료 사용(기계적 특성이 너무 낮거나 또는 재료가 물에 약함.)
∙ 주로 강화노반 노견의 불충분한 성토나 재료 처리.
라. 기타 요인
1) 동적하중을 일으키는 철도차량 운행영향 : 이는 성토부 노화에 영향을 준다.
2) 안정성이 주로 초목에 의할 때 사면의 부적당한 벌채와 암반의 균열에 해로운 나무의 존재
3) 시공전에 이미 불안정한 지역은 새로운 수리학적 조건이나 과도한 기상조건 또는 지진이 발생하면 과거의 이동이 재시작 될 가능성이 항상 있다. 이 지역은 앞에 설명한 모든 원인보다 더 심각하며 붕괴현상이 아주 갑자기 일어난다.
(3) 손상의 종류
가. 사면의 손상
1) 표면적인 이동(침식, 골, 파임, 낙석)
2) 암반의 부분 파괴(절개사면의 부분 원형 활동, 성토사면의 부분 침하등)
3) 균열과 스폰지현상에 관련한 이동이나 복잡한 모양을 보이는 점진적인 파속 : 이 현상은 일반적으로 중요한 부분이 손상의 발생범위에 있다는 표시이다.
4) 큰 균열(5센치 이상), 함몰된 뒤틀림, 큰 쿳숀효과가 있는 재료의 중요한 변위(10센치 이상)를 보이는 일반적인 이동이나 파손.
나. 부속 구조물의 손상
1) 배수구의 균열과 파손, 경사진 배수구의 파손, 콘크리트관의 파손, 맨홀의 이동, 배수로의 파손등과 같은 배수구조물의 손상와 이물질에 의한 이들 구조물의 막힘. 일반적으로 말해서, 해로운 물이 사면재료 속으로나 성토부 재료 속으로 들어가게 되는 손상.
2) 옹벽, 울타리, 방음벽, 또는 다른 유사한 보호와 보강 구조물과 같은 철근 콘크리트 구조물의 손상
3) 사면보호의 표면적인 손상 : 숏크리트의 분리, 표면 활동, 돌망태의 터짐, 식재보호공의 손상, 인공 망의 손상
5. 점검의 종류
(1) 일반사항
가. 절토사면의 손상원인은 사면정점에서 절토고의 두 배까지 떨어진 곳에까지 영향범위가 분포하므로 용지범위내로 국한되고 점검은 충분하지 않으므로 용지경계 외부 필요한 범위까지 점검대상 구역을 고려하여야 한다.
나. 폭우, 지진, 태풍과 같은 비정상적인 자연현상이 발생한 직후에는 사면의 갑작스러운 손상의 가능성이 있으므로, 절토와 성토지역에 대한 계속적인 점검을 시행하여야 하며 점검 중 발견되는 모든 손상을 관할 시설관리사무소에 보고 하여야 한다.
(2) 점검의 종류
일상적인 점검행위는 아래와 같이 나누어진다.
가. 초기점검
나. 정기점검
다. 정밀점검
라. 정밀안전진단
마. 긴급점검
6. 점검시기 및 점검내용
(1) 초기점검
가. 각 토공 구조물의 초기점검은 준공 또는 사용승인(임시사용 포함) 후 6개월이내에 최초의 정밀점검(이하“초기점검”이라 한다) 을 완료하여야 한다.
나. 초기점검시 궤도, 전기, 통신등의 작업이 진행될 수 있으므로 점검방법은 현재 진행중인 작업에 맞추어야 하며 점검의 계획은 타분야 공정과의 간섭을 피하여 계획하여야 한다.
(2) 정기점검
정기점검은 일상 육안점검으로, 정기점검은 시설물의 준공일 또는 사용승인일(임시사용 포함) 다음 반기부터 반기별 1회 이상 실시하여야 하며 정밀점검, 긴급점검 및 정밀안전진단의 현장조사 기간과 중복되는 반기에는 생략할 수 있다.
(3) 정밀점검
가. 전회의 정밀점검 또는 정밀안전진단 완료일을 기준으로 산정하여 2년에 1회이상 실시 완료하여야 한다. 또한 정밀안전진단의 현장조사 기간과 중복되는 경우에는 생략할 수 있다.
나. 정밀점검은 다음사항에 대하여 시행한다.
1) 절토 및 성토지역의 사면안정의 상태(계측장비의 기록의 수집을 포함)
2) 배수 시스템의 효율성과 구조적인 상태
3) 사면에서의 누수의 존재(신규 및 기존의 추적)
4) 부수적인 콘크리트 구조물의 전반적인 측면(주로 사면 보강 구조물)
5) 배수로와 울타리
6) 이전의 점검시 주의를 요하는 개소로 판정된 후 변상이 발전된 개소
(4) 정밀안전진단
정밀안전진단은 안전점검을 실시한 결과 시설물의 재해 및 재난예방과 안전성 확보 등을 위하여 필요하다고 인정하는 경우에 실시하며, 정기적으로 실시하는 정밀안전진단은 완공 후 10년이 경과된 1종시설물(공동주택 및 폐기물매립시설을 제외한다)에 대해 시설물의 준공일 또는 사용승인일(임시사용 포함)을 기준으로 산정하여 5년에 1회 이상 정기적으로 실시 완료하여 한다. 따라서, 신설 시설물과 구조 형태가 변화된 시설물은 준공 또는 사용승인(임시사용 포함) 후 최초의 정밀안전진단은 15년 이내에 완료하여야 하며, 차회 정밀안전진단은 전회의 정밀안전진단 완료일을 기준으로 산정하여 5년에 1회 이상 정기적으로 실시 완료하여야 한다. 다음 사항을 추가로 시행하여야 한다.
가. 절개와 성토단면의 모든 수준점의 측정
나. 기존 균열의 측정
다. 새로운 균열의 조사
(5) 긴급점검
가. 손상점검 : 재해나 사고에 의해 비롯된 구조적 손상을 긴급히 점검하는 것
나. 특별점검 : 관리주체가 판단하여 행하는 정밀점검 수준의 점검
(6) 점검사항
가. 사면 안전성
1) 파쇄, 침하, 낙반
2) 함몰
3) 침식
4) 사면보강상태
나. 옹벽상태
다. 배수상태
라. 누수와 하천 수위상태(유수의 사면기초 영향)
마. 성토 및 절토부 표면상태
1) 녹생상태
2) 토사이동
3) 자연현상
바. 산사면 (전체 안정성과 평형상태)
사. 구조물 인접지역의 침식, 함몰
(7) 점검장비
가. 휴대물품
1) 휴대용 전등 (배수로 조사)
2) 망치 (콘크리트 분지탐지)
3) 카메라
4) 균열측정 장비 및 줄자
5) 안전모, 장갑, 안전화, 휴대용 전화
나. 계측장비
1) 간극수압계 (Piezometers)
2) 경사계 (Inelnometers)
3) 변위계 (Full Profile Gauges)
4) 침하계 (Extensometers)
7. 보수․보강 방법
(1) 문제점의 성질과 원인이 육안으로 뚜렷하게 관찰될 경우(채널링, 표면 붕괴), 다음과 같은 “실제 작업 요령”에 따라서 보강 조치가 취해져야 한다.
가. 사면 상단부에 과하중 적재 금지
나. 사면 기조부의 하중을 제거하거나 굴착금지
다. 배수 시스템을 향상
라. 대체물로 마찰력이 있고 배수가 잘되는 재료선택
마. 정확한 깊이까지 처리를 시행
바. 보호하여야 하는 구조물의 체적에 맞는 보강을 할 것.
사. 불안정한 사면에 하중을 재하금지
(2) 만일 문제가 발생한 원인이나 그 범위가 불확실한 경우나 혹은 해당 부위가 민감할 경우(산사면 구조물, 높은 사면, 영향권 내에 건설 작업) 등에는 반드시 연관되는 모든 자료들에 대한 세부적인 검토를 시행한다.
가. 사면 기초의 성질과 가능하다면 유동하는 토적의 기하학적 자료를 얻기 위한 시추조사 결과와 시험을 토대로 한 지질학적 검토
나. 하루나 일주일을 단위로 이동변위를 측정하기 위한 계측장비(붕괴의 측정을 위한 경사계, 침하 측정을 위한 측량점, 수평 변위를 측정하기 위한 신장량 측정기, 표면 이동을 관찰하기 위한 레벨)의 설치
다. 수력학적 조건의 검토 (피에조미터 설치, 배수 유량 측정등)
라. 지반공학적 성질의 연구를 위한 시험실 시험
마. 붕괴 시간 예측을 위한 안전성 분석과 가능한 보수 방법과 보강책 검토
바. 작업에 따라 시행될 최후 선택 결정
사. 지반보다 낮게 배수, 배수 도랑, 집수구, 집수구 망, 샤프트, 펌핑 등의 수리적 보강
아. 사면의 형태 변경이나 새로운 소단을 만드는 기하학적 개량
자. 옹벽, 정착장치, 파일 드라이빙, 콘크리트 소단 등의 사면 보강
차. 주입, 그라우팅, 재료 변경 등의 사면의 역학적 성질 향상
(3) 보강책의 효율성을 높이기 위해 작업 시와 작업이 끝난 후 완전히 안정될 때(최소한 1년)까지 감시활동을 강화하여야 한다.