하천수역에서 교량구조물 설치에 따른 통수단면적의 축소 그리고 구조물에 의한 흐름의 간섭으로 발생되는 세굴 피해를 최소화하기 위해 설치하는 인공적인 하상 장갑화(Armoring) 시공
※ 세굴방지공 종류 : 사석공, 조립식 PC블록공, 콘크리트 블록공, 돌망태공 등
교각 하상 기초 주변에 사석을 적정 규모로 포설하고 사석층 윗면에 콘크리트 블록을 격자 형태로 설치한 후 사석층을 함께 마무리해 설치된 사석이 빠른 유속에서 유실되지 않도록 덮개형태로 기초구조물과 일체화 시키는 방식으로 사석의 구속력을 극대화시킨 교량 하부기초 세굴방지공법
1) 사석공
[ 장점 ] 재료확보와 시공용이
사석유실시 사석보충 용이
[ 단점 ] 유속이 빠른 경우 사석중량 과다 산정
깊은 수중작업시 불리
[ 사석의 크기 산정 ] “하천설계기준(2005)” Richardson공식
豫) 유속 3m/sec ☞ 사석중량 100㎏, 유속 5.0m/sec ☞ 사석중량 2,397㎏, 약 24배
2) 콘크리트블록공
[ 장점 ] 블록이 서로 연결되어 유실될 염려 적음
매트형태로 블록 사이 공극이 작음
[ 단점 ] 대형장비 사용이 불가피
사석보다 넓은 면적 부설로 공사비 고가
3) 조립식 PC블록 세굴방지공
[ 장점 ] 재료확보와 시공용이
격자모양의 PC블록이 덮개형태로 설치되어 사석의 유실이 적음
[ 단점 ] 사석공에 비해 초기공사비가 고가
(유지관리가 적어 LCC비용 저가)
[ 특장점 ] 1. 유심부일수록, 유속이 빠를수록 일반 사석공보다 작은 직경의 사석부설이 가능
2. 하상 단위면적당 동급이상(콘크리트블록 4톤급)의 지압력 작용
3. 인공 구조물(콘크리트)의 설치를 최소화 하고 자연석(발파석)을 이용해 수중생물의 생육에 도움이 되는 친환경적인 시공방법
일반 사석공은 홍수 발생시 사석틈 사이의 채움재료와 하상골재가 쉽게 유출되어 사석간의 결합력이 취약해져 변형이 발생되고 사석이 유실되지만 조립식 PC블록 세굴방지공은 사석 상단부에 콘크리트 틀이 격자형태로 교각 기초구조물과 일체화 되도록 구속하기 때문에 빠른 유속에 의해 사석층이 변형되거나 포설된 사석이 유실되지 않도록 한다. ( PC블록 = 보호틀 개념 )
<설계조건> 평균유속 5.3m/sec, 적용 세굴심도 : 5.0m, 포설면적 : 100㎡/개소 이상
비교안) 1. 사석공 : 사석직경 1.0m, 포설두께 : 3.0m
2. 콘크리트블록공 : 4.0톤급 이상
3. 조립식 PC블록 세굴방지공 : 사석직경 : 0.4m, 포설두께 : 1.2m
적용사유) 일반사석공과 콘크리트블록공의 시공을 위해서 대형 수상장비(바지선과 크레인)의 동원이 필요해 공사비가 지나치게 고가임. 따라서 적정공사비의 대안 공법으로 조립식 PC블록 세굴방지공을 채택함
※ 공사명 : 신목행대교 내진보강(우물통기초 보수보강)공사
| 점검항목 | 콘크리트 블록덮개 성능 확인(사석유실 방지 효과 확인) |
| 점검결과 | 기시공된 신목행대교(2016년, 남한강, 충주시 소재) 수중조사(2018.08.11.) 결 과 세굴방지공 변형 및 사석 유실 없이 세굴방지공 상태 양호 |
| 구 분 | LCC 비용 (원/㎡) | ||
| 사석보호공 | 조립식 PC블록 보호공 | 콘크리트 블록공 | |
| 초기공사비 | 15,964 | 53,506 | 257,105 |
| 유지관리비 | 63,856 | 21,403 | 103,158 |
| 계 | 79,820 | 74,908 | 360,263 |
※ 세굴방호공법별 생애주기비용(LCC) 분석
「예방적 유지관리를 통한 교량의 생애주기비용 절감 효과 분석, 한국구조물진단유지관리공학회, 2016」 참조
<설계조건>
1) 교량의 제원 : 교각형상(원형), 교각의 폭(6.0m)
2) 하천의 조건 : 구조물 직상류부 수심(8.55m), 평균유속(2.578m/sec)
<계산식>
1) 사석의 크기 산정 : 하천설계기준(2005)의 Labash공식, Richardson공식 중 큰 값 사용
2) 사석(콘크리트블록 )포설 폭 및 두께 산정 : McCorguodaler공식 적용
<보수주기>
1) 사석공 : 1주기 10년
2) 조립식 PC블록 세굴방지공 및 콘크리트블록공 : 1주기 20년
<교량의 사용수명>
현재 유지관리 수준에서 70.8년으로 산정
※ 상기 LCC분석은 교량의 사용수명 기간 내에서 사석공의 4주기까지 산정함
