071. 부력과 양압력, 부력의 원인 문제점 방지책, 지하수압에 의한 지하구조물변위
건축시공기술사 기출해설
| 2015-04-15 오전 10:15:00
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071. 부력과 양압력, 부력의 원인 문제점 방지책, 지하수압에 의한 지하구조물변위
*시공72회4교시-5. 부력(浮力)으로 인한 건물의 피해를 해결하기 위한 방법에 대하여 기술하시오
*시공78회3교시-5. 지하수 수압에 의해 발생할 수 있는 지하구조물의 변위와 이를 방지하기 위한
설계 및 시공시 유의사항에 대해 기술하시오.
*시공80회4교시-2. 공동주택 지하주차장의 바닥면적 크기가 거대화됨에 따라 지면에 접하는 바닥층
공사에서 발생할 수 있는 부력 방지대책을 기술하시오.
*97회1교시-4. 부력과 양압력
*100회1교시-12. 토공사에서 피압수
*103회4교시-1. 구조물의 부력(Up-LIfting Force)발생 원인 및 대책공법에 대하여 설명하시오.
[해설]
1. 개요
(1)건물의 하부에 존재하는 지하수위보다 건물저면의 위치가 더 낮게되면 건물저면에 양압력(부력)이 작용하게 되고 이 양압력보다 건물의 기초바닥에 작용하는 상부하중이 적으면 건물이 부상하게 된다.
(2)일반적으로 APT 지하 주차장 구조체가 지상부보다 지하부가 많을 경우 시공시 양압력에 의한 피해사례가 많이 제기되는데 지표 하부에 형성된 지하수위와 축조된 구조물의 최하층 바닥 슬라브 하부에 위치하게 되는 지하수위와 수두차에 의하여 정수학적 양력(양압력)이 건물저면에 작용하므로 이러한 양압력에 대처는 필수적이라고 할 수 있다.
2. 양압력과 부력의 정의
(1)揚壓力 양압력 uplift pressure :
揚 날릴 양 壓 누를 압 力 힘 력(역)
-동수역학적개념 = ton/m2
-물체를 밑에서 위로 올려 미는 압력으로 양압력은 구조물 하부로 통과하는 수평유속 때문에 발생하는 상향력입니다.
-수면하 수평 유속때문에 양압력이 발생하기 때문에 부력에 추가해서 수평유속이 빠르면 부체가 더 떠오르는 효과가 발생하게 됩니다.
-양압력이란 구조물의 전후의 수위차 또는 파랑 등에 의한 구조물 위치에서의 일시적인 수위의 상승에 의해 생기는 상향의 힘을 말한다.
-양압력 U=H·B·γW
U : 양압력 t/m2
H : 지하수위 심도 m
B : 구조물에 작용하는 양압력의 폭 m
γW : 물의 단위중량 t/m3
(2)浮力 부력 buoyancy :
浮 뜰 부 力 힘 력(역)
-정수역학적개념 = N
-부력이란 지반중 또는 지반과 구조물 사이에 존재하는 구조물의 저면에 작용하는 상향의 정수압에 의해 생기는 힘을 말한다.
-중력이 작용할 때 유체 속에 있는 물체가
유체로부터 받는 중력과 반대 방향의 힘으로 그 물체에 작용하는 압력에 의하여 중력(重力)에 반하여 위로 뜨려는 힘. 물체에 작용하는 부력이 중력보다 크면 뜬다.
-부력의 크기는 물체의 질량 kg × 중력가속도 = 물체의 무게 N
즉 , 1kg/L × 20L × 9.8m/s²
= 196 kgm/s² = 196N
-부력B=γV(kg)
γ : 유체의 비중량
V : 물체에 의해 배제된 유체의 체적(m3)
=즉, 유체의 부피곱하기 중량
3. 부력발생의 원인과 문제점
(1)원인
지하 상부면부터 기초 저면까지의 수압이 부력으로 작용하므로 건축물자중과 부력의 차이에 대비하는 것이 부력방지대책이다.
①지하 피압수
-피압수란 지중에서 어느 정도 압력을 받는 비교적 깊은 곳에 있는 지하수로서 상하 불투수층 사이에 끼어 있고, 압력 수두차에의해 흐름이 생긴다.
②지하수위 변동
③지반여건
④건축물의 자중
이와같은 영향으로 양압력이 발생하면
(2)문제점
①건축물 Balance상실
②부재의 균열
③건축물 누수 및 파손
④피압수 용출
⑤건축물 붕괴
4. 부력과 양압력의 대비책
1) 현장에서 구조물의 부력 및 양압력에 대한 검토
◦ 현장에서 지반조사 주상도나 주변 지하수위를 파악하여 시공단계 및 완성 구조물의 부력에 대해 사전 검토.
◦ 지하수위에 의해 작용하는 양압력에 대해 바닥 Slab의 안전성 검토
2) 호우시 지표수의 유입에 의해 급격히 지하수가 상승하지 않도록 대책 강구
◦ 저수조의 경우 저수조 내부에 물을 채움
◦ 공사 현장의 지표면 정리 및 가배수로를 설치하여 지표수를 원활히 배제하여 굴착구내로 지하수 유입방지
◦ 필요시 지하수 및 지표수 배제용 Pump 준비
◦ 계곡부의 지표수가 공사부지 내로 유입되지 않도록 조치
◦ 구조물 주변에 맹암거를 설치하여 지하수를 저지대로 배제하여 지하수 상승 방지
◦ 저수조의 경우 바닥 Slab에 hole을 설치하여 지하수 상승시 구조물내로 지하수가 유입토록 조치
◦ 가능한 우기전에 Back fill 완료
◦ 부력방지 Anchor 설치
위의 조치사항중 1개 또는 1개 이상의 조합으로 최악의 경우에도 한계지하수위 이상 지하수가 상승치 않도록 조치.
5. 구조물 부상방지 종류
(1)Rock Anchor공법
(2)영구배수 공법
(3)구조물 자중 증대
(4)마찰말뚝시공
(5)Bracket설치
(6)구조물 변경