교량기초의 세굴 및 세굴 방지대책

교량기초의 세굴

교량을 구성하는 요소 중 교각과 교대는 항상 수면과 접하고 있는 구조물로서 대기와 접하는 구조물에 비해 침식이나 파손, 열화의 가능성을 더 크게 내포하고 있다. 특히, 하천이 흐르면서 교대나 교각을 만나 와류가 발생하게 되면 지형이나 구조물 형상에 따라 교각, 교대의 기초가 세굴되기도 하는데 기초가 세굴되면 구조물의 안전성을 크게 위협하므로 조사 및 설계 당시 부터 교량기초 세굴 방지대책을 세우고 유지관리에 주의를 기울여야 한다.

호안, 수제, 에이프런 등의 방호시설물을 설치하여 구조물 주변이나 기초의 세굴을 방지하는 방법도 하나의 대안이 될 수 있다.

 

교량 기초의 세굴 원인

1. 위치선정

• 교량을 만곡부에 설치하는 경우에 만곡부 외측은 세굴이 심하게 발생되고, 내측은 퇴적이 발생하게 된다.

 

2. 교각 방향

• 하천의 흐름 방향을 고려하지 않고 교각의 위치나 방향을 설정하는 경우 세굴의 원인이 될 수 있다.
• 같은 하천이라도 위치나 하상의 특성에 따라 흐름의 특성이 다르다.

 

3. 인접구조물

• 기존 구조물의 위치를 고려하지 못한 신규 구조물의 위치 선정은 물의 흐름에 상당한 방해가 될 뿐아니라 와류의 원인이 되서 기초를 세굴시킬 수 있다.
• 교량 구조물의 상류나 하류에 수리구조물(보, 수문, 교량)이 위치 할 때 하천의 흐름에 상당한 변화가 생기고 이는 제방이나 하천의 다른 구조물에 영향을 미친다.

 

4. 준설로 인한 하상 변화

• 하천 개발이나 통수단면 확보 등을 위한 이유로 하상을 준설할 경우에 하상의 구배가 달라질 수 있고, 같은 위치라도 단면형상이 달라져 예측할 수 없는 하천의 흐름을 만들어 낼 수 있다.
• 하상 변화로 생긴 유속의 차이는 하천 구조물에 편심의 하중으로 작용하여 하쪽 면만 침식, 파손되는 결과를 만들어 낼 수 있다.

 

세굴의 종류

1. 전체세굴

자연 하천의 흐름에 의해 발생되는 침식작용과 퇴적작용을 말하며, 물의 흐름으로 인한 유속의 영향에 따라 토사가 침식, 운반, 퇴적되는 과정으로, 장기적으로 하상의 형상을 변화시킨다.

 이러한 침식과 퇴적작용은 하천의 유역 특성, 상하류의 구조물, 하상 재료의 특성 등에 영향을 받으며, 특히 그 지역의 홍수 특성에 상당히 큰 영향을 받는다.

 

2. 단면축소세굴

기존의 자연 하천에 교량, 제방, 둑 등의 구조물이 설치되면, 하천의 단면이 축소되면서 유속이 증가하고, 이러한 영향으로 세굴이 발생하는 것을 말한다.

 

3. 국부세굴

교각이나 교대에 의한 흐름의 차단, 말굽형 와류, 후방 와류 등으로 생기는 하상세굴을 의미하며, 이는 수중 교각의 세굴 및 붕괴에 가장 큰 영향을 준다. 이러한 국부세굴은 하천의 수리학적 특성, 난류 특성, 하상의 유사 특성 및 교각의 형태에 따라 변한다.

시간에 따른 세굴 발생 양상과 세굴심과 접근 유속의 관계가 동적 세굴이냐 정적세굴이냐에 따라 세굴의 양상이 달라지므로 두 가지 형태로 분류하여 분석한다.

 

 

세굴 방지대책

1. Sheet pile 시공

2. 교대 및 교각 기초를 블록이나 사석으로 보호

3. 도류제(Guide Bank) 설치

4. 하천의 선형 및 단면 정비

5. 교대 및 교각 기초 콘크리트 라이닝 시공

6. 유로의 전환

7. 수리실험을 통한 교각이나 교대 형상 변경

8. 하상 정비를 통한 하천의 흐름을 안정화 시킴