1. 서론

현재 건설 중인 합천-창녕간 고속도로는 전국 간선도로망(7×9) 계획에 의한 동서 9개축 중 동서 2축에 해당하는 노선으로 상대적으로 낙후된 경남 중·북부지역 개발촉진과 영호남을 연결하는 산업, 관광 교류 활성화를 위한 함양~울산 고속도로 중 일부 구간이다.

노선의 공사기간은 2018.02~2026.12(전체3,256일)이고, 과업규모는 설계속도 100km/hr의 4차선으로 총 연장은 L=36.84km으로 교량 40개소(L=7.72km), 터널 21개소(19.76km), 출입시설 2개소, 휴게시설 1개소 등으로 계획되었다.노선의 제 00공구 ○○교 교각 기초 하부 터파기 중 대규모 인장균열이 확인되고, 교대 및 교각 하부 비탈면은 중생대 백악기 퇴적암의 층리(Bedding)가 발달하여 불안정한 상태로 있으므로 시공 중 현장조사를 실시하여 교량기초와 깎기비탈면의 장기적인 안정성 확보를 위한 보강 대책공법 사례를 소개하고자 한다.

2. 지질 특성

과업지역은 지체구조상 한반도 남부의 경상분지에 속하며 과업노선의 기반암은 중생대 경상계 신동층군의 퇴적암으로 구성되어 있다. 분포암종은 시대미상의 편상섬장암을 부정합적으로 중생대 백악기의 연화동층(역암, 사암, 셰일), 하산동층(역암, 사암, 셰일), 동명층(셰일, 사암)이 정합적으로 쌓인후 암맥류가 관입한 뒤 제4기 충적층이 부정합적으로 쌓여 현재의 지층을 형성하고 있다.

3. 추진경위

▶ 2017. 09월 : 실시설계완료

▶ 2022. 10월 : 공사용 진입도로 #1-1 작업 시작

▶ 2023. 05월 : ○○교 P1 확인 지반조사 실시

▶ 2023. 10월 : ○○교 P1(함양방향) 기초터기시 바닥구간 인장균열 발견

▶ 2023. 11월 : 도로교통기술원 현장조사

▶ 2024. 01월 : ○○교 P1(양방향) 시추조사(경사시추) 및 BIPS 현장조사

▶ 2024. 02월 : ○○교 A1, P1구간 지표지질조사, 추가 시추조사 및 BIPS 등 현장조사

4. 지반조사 및 분석

4.1 인장균열 발생현황

인장균열 발생 폭은 약 25~40cm, 연장은 함양방향 기초부 약 15m 정도 확인되나 아직 굴착하지 않은 울산방향까지 연장된 것으로 추정된다.

4.2 인장균열 발생원인 추적

○○교 교각 P1(함양) 인장균열의 경우 과거 퇴적암의 생성이후 황계천을 따라 지각운동에 의한 고각의 주향이동성 역단층 운동이 발생했을 것으로 추정된다. 또한 지각운동에 따른 역단층성 단층발달 지역의 인접 주변부에서 단층운동에 연관된 브랜치 형태의 국부적 단층 파쇄대가 추정단층대 인접부에 동시에 발생했을 것으로 예상되며, ○○교 P1지점의 인장균열대는 단층운동에 따른 브랜치 단층으로 것으로 추정된다. 이후 상부의 퇴적층이 재 퇴적된 후 상부의 지층에 의해 덮혀진 것으로 추정된다. 

4.3 1차 지표조사결과

4.4 2차 지표조사결과

4.5 지반조사결과

(1) 지반조사 위치도(경사시추 및 시추공 영상촬영)

(2) 지반조사결과(경사시추 및 시추공 영상촬영)

1) 함양방향 P1(HB-3, 경사시추)

2) 함양방향 P1(HB-4, 경사시추)

3) 함양방향 A1(NHB-1, 수직시추)

4) 울산방향 P1(UB-1, 경사시추)

5) 울산방향 P1(UB-2, 경사시추)

6) 울산방향 A1(NUB-1, 수직시추)

(3) 구간별 대표 단면 산정

(4) 불연속면 역해석 결과

불연속면에 대한 역해석(Fs=1.0)을 실시하여 산정하였다.

(5) 지반정수 산정결과

5. 안정성 검토결과

5.1 평사투영해석

5.2 한계평형해석

6. 대책공법 수립 및 검토

6.1 대책공법 비교

본 구간은 사암, 셰일등 층리 및 소규모 파쇄대가 전반적으로 발달된 구간으로 비탈면보강은 전면적에 보강이 가능하고, 소규모 파괴 시에도  안정성이 확보될 수 있으며, 경제성 등을 확보할 수 있는 공법을 선정하는 것이 바람직하므로 1안) 영구앵커+격자블럭 공법을 적용한다.

6.2 보강대책 안정성 검토결과(1안)

점토 충전물이 발달된 암반비탈면에 대하여 1안) 비탈면영구앵커+격자블럭을 적용하는 것으로 계획 하였으며, 보강공법 적용 후 안정성이 확보되는 것으로 검토된다.

6.3 보강전개도

점토 충전물이 발달된 암반비탈면에 대하여 1안) 영구앵커+격자블럭을 적용한 보강도는 다음과 같다.

7. 결론

1) 합천-창녕 고속도로 00공구 ○○교 P1(함양방향) 교각 설치를 위한 터파기 중 기초 하부에 대규모 인장균열이 발견됨에 따라 인장균열 발생규모 및 원인을 추정하여 대책공법을 수립하였다.

2) 노선의 암종은 중생대 백악기 퇴적암으로 셰일, 사암이 교호하여 분포하고, 지질 구조적 특성상 층리가 일정한 방향으로(Dip Dir=100~150도) 발달되어 이러한 층리면과 대규모 인장균열에 의한 대규모 평면파괴가 발생할 가능성이 크다.

3) 인장균열 규모는 지반시추조사, 시추공영상촬영 등의 자료를 통해 불연속면의 형태, 평면파괴 추정각 등을 표시하여 구간별(함양, 울산방향) 대표단면을 산정하였다.

4) 인장균열 발생원인은 과거 퇴적암의 생성이후 황계천을 따라 지각운동에 의한 고각의 주향이동성 역단층 운동이 발생했을 것으로 추정된다. 

5) 불연속면의 역해석 결과를 이용하여 설계 지반정수(점착력, 내부마찰각)를 산정하였다.

6) 이러한 대규모 인장균열로 예상되는 문제점을 감안하여 교량의 경간장 및 기초위치 변경 등을 검토한 결과, 교량의 장기적 안정성 확보 및 시공 중 붕괴위험에 대한 조기대응을 위해 지방도까지 기초를 하향하는 안이 적절하다고 판단된다.

7) 상기 안에 대해 비탈면 안정성 검토를 실시하여 대책공법으로 1안)영구앵커+격자블럭, 2안)억지말뚝+영구앵커+격자블럭, 3안)앵커형패널옹벽+영구앵커+격자블럭의 3가지 안을 비교·검토한 결과, 1안)영구앵커+격자블럭 공법이 경제성, 시공성, 안정성에 제일 적정한 것으로 판단된다.

8) 교량기초 하부에 지질 구조적 특성에 의해 발생된 대규모 인장균열과 층리가 발달한 구간에서 예상 문제점을 파악하여 사전에 대책공법을 검토하여 안전하고 원활한 사업추진을 할 수 있는 것으로 판단되며, 시공시 계속적인 관찰과 계측을 통한 안전시공이 필요할 것으로 판단된다.

[본 기사는 저자 개인의 의견이며 학회의 공식 입장과는 관련이 없습니다]