농업용 관수로 관체의 구조 설계

·KDS 67 25 05

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용어의 정의

·KDS 67 25 05

기호의 정의

·

조사 및 계획

(1) 관체의 구조설계와 관련된 조사 및 계획은 KDS 67 25 10 농업용 관수로 계획 및 KDS 67 25 15 농업용 관수로 조사를 참조한다.

재료

(1) 관체로 사용되는 자재와 제품은 국가 공인 인증을 받고, 필요시 농업용수 수질환경기준에 부합하는 공인된 품질 인증도 받은 제품을 사용하여야 하며, 다음 사항들을 구비하여야 한다.

① 장기간 사용에도 내구성이 있어야 한다.

② 유지관리가 용이 하여야 한다.

③ 환경에 영향이 적어야 한다.

④ 유량 손실이 최소화 되어야 한다.

(1) 관의 종류와 단면은 KDS 67 25 10 농업용 관수로 계획을 참조한다.

(1) 강관에 모래기초를 적용할 경우에는 부식방지를 위하여 한국산업표준 KS F 2527 콘크리트용 골재에서 규정한 염화물(NaCl) 함유량이 허용값 이하의 모래를 사용하여야 한다.

설계

일반사항

(1) 관체 및 부대구조물의 구조설계는 현지의 지형, 토질, 수리 및 시공 등 여러 조건을 고려해서 관체 내·외에 작용하는 하중을 결정하고, 이들 하중에 대해서 횡단방향 및 종단방향으로 안전성을 검토한다. 안전성의 검토는 내압강도, 이동, 변형, 수밀성 등에 대하여 실시한다.

(2) 매설한 관체에 작용하는 하중의 종류는 토압, 노면하중, 궤도하중, 관체자중, 관내 물 중량, 기초반력, 내수압, 지진하중, 기타하중 등이 있는데 이들 하중은 지형, 지반 상태, 기초 구조, 횡단시설의 상태, 관수로 수리조건이나 사용조건, 사용하는 관의 종류, 관경, 이음의 구조 및 시공방법 등에 따라 합리적으로 결정해야 한다.

개요

(1) 매설관의 일반적인 구조설계는 먼저 횡단방향에 대해 검토한 다음 종단방향에 대해서 검토한다.

(2) 일반적으로 종단방향의 내압강도에 대해서는 매설관의 특성상 관체에 작용하는 하중이 거의 균형을 이루게 되어 휨모멘트가 아주 작으므로 검토를 생략할 때가 있다. 그러나 도로, 궤도 등의 횡단 장소 및 구조상 국부적으로 하중이 집중되는 곳 등에 대해서는 종단방향에 대한 내압강도를 검토해야 한다.

(3) 종단방향의 이동에 대한 검토는 유수에 의한 불균형력이 작용하는 경우와 연약지반 등에서 지진에 대한 영향을 검토하고자 할 경우에 실시한다.

매설깊이

(1) 도로, 하천, 경작지의 경운심도, 관수로 횡단시설 등의 상황과 토질, 동결심도 등을 고려해서 결정한다.

(2) 도로 밑에 매설하는 경우에는 도로관리자와 협의하에 결정하되 최소매설깊이는 공도의 경우 1.2m 이상, 농도 또는 사도의 경우 관경 450㎜ 이하는 1.0m 이상, 관경 500㎜ 이상은 1.2m 이상으로 한다.

(3) 궤도 밑에 매설하는 경우는 궤도 관리자와 협의하여 결정하며, 하천 밑에 매설하는 경우는 하천 관리자와 협의하여 결정하되 보통 2.0m 이상으로 한다.

(4) 경작지에 매설하는 경우의 최소 매설깊이는 경작상황, 관의 포설상황 등을 고려하여 관경이 100㎜∼2,000㎜일 경우에는 경작토 깊이에 0.6m를 가산하여 결정한다.

(5) 산림지에서 매설하는 경우의 최소 매설깊이는 관경이 100㎜ 이상이면 0.6m 이상으로 한다.

(6) 관을 매설할 때는 동결깊이 이상으로 한다.

관체 기초

일반사항

(1) 관체의 기초 설계는 관체의 설계조건, 기초의 토질, 지하수의 상태, 관의 종류, 관경, 시공방법, 경제성 등을 고려하고 현지 상태를 충분히 파악해서 결정한다.

(2) 도로횡단 등 큰 하중을 받는 곳에서는 강도가 큰 관종을 사용하거나 강도가 작은 관종과 콘크리트 기초 등에 의한 보강공법을 병행하는 방법을 비교 검토한다.

기초처리

(1) 관체를 암반 등 견고한 지반에 직접 매설하면 관체에 국부적인 집중응력이 발생하여 관체가 파손되는 사고가 발생하므로 여굴을 하여 모래 또는 양질토로 치환하고 충분히 다져서 기초처리 한다.

(2) 지반이 자갈, 모래질 또는 충분히 다진 점토질 등과 같이 양호한 곳에서는 적합한 공법으로 시공하며, 기초재료는 공사 중에 발생되는 토사 중 양질의 것을 사용한다.

(3) 관체를 포설 시, 부등침하가 일어날 가능성이 있는 지반에서는 모래 또는 양질토를 사용하여 충분히 다져서 기초처리하고 그 위에 관체를 포설한다.

(4) 연약지반은 원칙적으로 지반 상태를 고려하여 개량하고 기초 설계 시 원지반의 지지력도 검토하여야 한다.

(5) 관의 축방향으로 지반 상태가 변화될 경우에는 각 부문의 지반에 대해 전술한 방법으로 기초처리한다. 그러나 기초지반의 급격한 변화는 부등침하의 원인이 되고 관의 손상 사고를 일으키게 되므로 급격한 기초바닥의 변화를 피하기 위하여 완화구간을 설치해야 한다.

(6) 일반적으로 관이 큰 하중을 받을 경우나 포설 비탈각이 클 경우(최대 포설 비탈각은 70°)에는 콘크리트 기초를 하여야 한다. 콘크리트 기초에는 관의 일부를 받치는 부분 콘크리트 기초와 전체를 감싸는 방식인 전체 콘크리트 기초가 있다. 연성관의 경우는 관의 변형 특성을 고려하여 고정지지는 피하는 것이 좋으나 하천횡단이나 도로횡단에 있어서 스러스트 블록 등으로 고정해야 할 경우에는 고정지지를 할 수도 있다.

하중

하중의 종류와 조합

(1) 관수로의 구조설계에 있어서 검토해야 할 하중의 종류는 토압, 노면하중, 상재하중, 관체자중, 관내 물 중량, 기초반력, 내수압, 기타하중 등이 있다. 매설한 관체에 작용하는 하중은 지형, 지반의 상태, 기초의 구조, 횡단시설의 상태, 관수로의 수리조건이나 사용조건, 사용하는 관의 종류 및 관경, 이음의 구조 및 시공방법 등에 따라 합리적으로 결정해야 한다.

(2) 관내수압 이외의 하중은 관 단면에 휨모멘트를 발생시키며 관 단면 전체에 인장력을 발생시키는 내수압과는 성격이 다르므로 이들을 총칭하여 외압이라 하고, 관에 작용하는 내수압(정수압+수격압)을 설계수압 또는 설계내압이라 한다.

(3) 관수로의 관체 구조계산을 검토할 때 관체에 작용하는 하중은 표 4.2-1과 같이 8개 종류의 하중이 있다. 단일 하중만 작용할 경우도 있으나 대부분 한 개 이상의 하중이 복합하여 작용할 수 있으므로 작용이 예상되는 하중을 현장과 시공 조건에 맞도록 조합하여 설계해야 한다.

토 압

관체의 매설형태

(1) 관체의 매설형태는

그림 4.2-1 관체 매설형태의 구분

토압분포

(1) 관체에 작용하는 토압분포는 그림 4.2-2와 같이 강성관과 연성관에 따라 분류하며, 각각에 대해서 수평토압을 고려하는 경우와 수평토압을 무시하는 경우로 분류한다.

(2) 연직토압은 관체 겉지름을 위에서 연직으로 투영한 범위에 균등하게 분포되는 것으로 가정하며, 기초의 반력은 기초의 지지각 2θ안의 기초면에 균등하게 분포되는 것으로 가정한다.

(3) 강성관 측면의 수평토압은 주동토압만을 고려하여 사다리꼴 분포로 가정하며, 연성관 측면의 수평토압은 관측중앙을 최대로 하는 관체 중심각 100° 사이에서 포물선형의 수동토압으로 가정한다.

(4) 관지름이 작을 경우 수평토압을 무시하는 것은 수평토압은 안전측으로 작용하므로 무시해도 관구조 계산에 별 차이가 없기 때문이다.

그림 4.2-2 관체에 작용하는 토압분포

관체에 작용하는 연직토압

(1) 관체의 매설형태에 따라서 작용하는 연직토압이 다르며, 강성관 및 연성관에 따라서 연직토압공식 및 적용방법에 차이가 있다.

① 강성관 도랑형 및 널말뚝시공형의 경우는 돌출형으로 할 때의 토압과 비교하여 적은 값을 그 관에 작용하는 연직토압으로 한다. 역돌출형은 돌출형 토압과 비교하여 적은 쪽의 토압을 적용한다.

② 연성관 매설심도 2m까지는 관체 매설형태에 관계없이 수직토압 공식을 사용하며, 2m를 초과하면 마스톤(Marston)공식(도랑형, 돌출형) 및 젠쎈(Janssen)공식에 의한 연직토압을 기본으로 한다. 단, 매설심도 2m를 초과하는 마스톤 공식에 의한 토압이 매설심도 2m일 때 수직토압 공식에 의한 토압보다 작을 경우는 매설심도 2m일 때 수직토압 공식에 의한 토압을 적용한다. 도랑형의 경우는 돌출형과 비교하여 작은 쪽의 값으로 그 관에 작용하는 연직토압으로 한다.

관체에 작용하는 수평토압

(1) 강성관의 수평토압은 일반적으로 인정되는 적절한 토압 공식을 이용하고 연성관의 수평토압은 스팽글러(Spangler) 공식으로 구한다.

노면하중

(1) 노면하중에는 군중하중과 차량하중을 고려한다.

(2) 일반적으로 강성관에서는 수평하중을 고려하지 않으며, 연성관에서도 소구경관(강관, 덕타일주철관, 강화플라스틱관은 250㎜ 이하, 경질염화비닐관, 폴리에틸렌관은 125㎜ 이하) 및 지지각 180° 이상 고정지지의 경우는 수평하중을 고려하지 않는다.

노면하중에 의한 연직하중

(1) 군중하중에 의하여 관체 정부에 작용하는 연직하중은 다음 값을 표준으로 한다.

① 노면에 대형자동차가 들어갈 경우 Wm = 0.0049MPa

② 대형자동차가 들어가지 않는 경작도 Wm = 0.00294MPa

③ 국도, 지방도 등의 보도 Wm = 0.0049MPa

(2) 자동차 하중에 의한 연직하중은 부시네스크 (Bousinesq) 공식을 이용하여 구한다.

노면하중에 의한 수평하중

(1) 노면하중에 의한 수평하중은 일반적으로 지름이 큰 연성관에 대하여 고려하며 다른 관은 생략하고 있다.

(2) 연성관은 수평하중이 관측면을 중심으로 100° 사이의 포물선 형태로 분포하는 것으로 하여 구한다.

기타 상재하중

(1) 기타 상재하중에는 불도저 하중, 설하중 등이 있으며, 매설관 위에 작용하는 상재 연직하중은 흙의 높이로 환산하고 이를 매설깊이에 가산하여 계산한다.

불도저하중

(1) 매설관 위에 작용하는 불도저하중에 의하여 관체에 작용하는 연직하중 강도는 매설깊이에 따라 구분된다. 수평하중은 노면하중에 의한 수평하중과 동일하게 계산한다.

설하중

(1) 설하중을 노면에서 자동차 하중과 같이 고려할 경우는 0.98kPa로 한다. 설하중만의 경우에 있어서 다설 지역에서는 적설 높이 1m당 2.94kPa 기타 지역에서는 1.96kPa으로 하되 군중하중과 비교해서 큰 것을 채택한다.

관체 자중

(1) 강성관 및 강화플라스틱 복합관은 파괴하중으로부터 관종을 선정하므로 관체의 자중은 설계하중으로 고려하지 않는다.

(2) 연성관 중에서 강관과 같이 균질자재인 관체는 자중에 의하여 발생하는 응력도 다른 응력과 함께 가산하여 관체를 설계한다. 단, 측면 수평토압에 의한 휨모멘트를 계산할 때 관체 자중은 원칙적으로 무시한다.

관내 물중량

(1) 관체 내외에 물이 있을 경우 관체에 휨모멘트는 발생하지 않으나 지하수가 없을 경우는 휨모멘트가 발생하므로 보통 외수를 무시하고 관체 내의 물중량을 설계하중으로 고려한다.

(2) 관내의 물중량은 강성관이나 연성관에서 횡단이나 종단방향 계산에 적용한다. 단, 관체 자중과 같이 측면수평토압에 의한 휨모멘트 계산에는 원칙적으로 무시한다.

궤도하중

(1) 궤도하중은 등급별 표준 활하중(LS하중)과 레일, 침목, 도상(노반위 자갈 및 쇄석) 등이 있다. 하중은 L하중과 S하중 가운데 구조물에 큰 영향을 주는 것을 사용한다. 또한 궤도중량(레일, 침목, 기타)과 도상은 상재하중으로 간주하여 이를 흙의 높이로 환산하여 흙 두께에 가산한다.

(2) 궤도하중에 의한 수평하중은 일반적으로 대구경 및 중구경의 연성관에 대해 고려하며 궤도하중은 KDS 47 00 00 철도 설계기준을 참고한다.

기초반력

(1) 관체의 기초에 생기는 실제의 반력은 추정하기 어려우므로, 일반적으로 관체 지지각 내의 기초면에 등분포 한다고 가정한다. 기초반력은 기초의 지지상태에 따라서 변화하지만 일정범위(지지각)만 등분포하는 것으로 간주한다.

(2) 기초반력은 기초가 고정지지인 경우를 제외하면 반드시 등분포하지는 않는다. 또 연성관은 관의 변형에 의하여 반력분포도 변화될 것으로 판단되지만 이런 경우도 지지각의 기초면에 등분포한다고 간주하고 기초의 설계지지각을 가정하여 관체를 설계한다.

내수압

(1) 관체의 설계에 사용되는 내수압은 개방식 관로에서는 송수 시의 동수압 또는 송수 정지 시의 정수압 중 큰 값에 수격압을 가산한 값으로 하며, 반 폐쇄식 또는 폐쇄식 관수로에서는 송수 정지 시의 정수압에 수격압을 가산한 값으로 한다.

관체의 횡단방향 설계

횡단방향 설계 일반사항

(1) 관체의 횡단방향 설계는 기초의 지지각 및 관체의 특성(강성관 및 연성관) 등을 고려하여야 한다.

기초 지지각

(1) 연직하중에 의하여 발생하는 기초반력의 범위를 나타내는 지지각은 기초의 상태, 시공방법, 매설토의 다짐정도 등에 따라 차이가 있다.

(2) 시공 지지각은 균등한 반력분포가 기대되는 기초재료를 이용하여 시공하였을 때의 지지각이며, 시공 지지각은 매설재료, 시공방법, 관경 및 경제성을 고려하여 결정한다.

(3) 설계 지지각은 구조물 설계시에 관 외측 하부 쐐기부분에 대한 다짐의 불확실성, 지하수에 의한 영향, 장기 경과 후의 안전성 등을 고려하여 시공 지지각보다 작게 사용하는 지지각이다.

(4) 콘크리트 기초에서는 시공 지지각과 설계 지지각이 같다.

강성관 설계

(1) 강성관 설계는 연직등분포하중, 관체내 물 중량, 관체 자중, 수평 측면 하중 등을 고려하여 휨모멘트를 계산하고 이를 허용모멘트와 비교하여 관종을 선정한다.

연성관 설계

(1) 연성관 설계는 연직등분포하중, 관체 내 물 중량, 관체 자중, 수평 측면 하중 등을 고려하여 휨모멘트를 계산하되, 허용 변형량을 고려하고 이를 허용모멘트와 비교하여 관종을 선정한다.

(2) 연성관의 허용 변형률 5.0% 이내 기준은 장기 변형(Creep) 및 관 재료의 표준 안전율을 고려한 수치이며, 해당 관 재료의 KS 또는 ISO 표준을 준수해야 한다.

(3) 강관에 대한 설계시 관경에 따른 접합방식에 있어 관내부 용접작업에 안전성을 고려하여 D900이하 관로에선 비용접 접합방식(플랜지접합, 조인트접합 등)을 검토할 수 있다.

관체의 종단방향 설계

종단방향 설계 일반사항

(1) 관체의 종단방향 설계 시에는 종단방향으로 작용하는 하중과 휨모멘트를 충분히 고려하여 합리적이고 안전한 설계를 해야 한다.

종단방향의 고려 하중

(1) 일반적으로 매설관에서 매설토에 의한 하중과 그 반력이 관의 종단방향의 모든 부분에 있어서 거의 균형이 되므로 종단방향으로 휨모멘트가 가해지지 않거나 또는 매우 적다고 볼 수 있으므로 종단방향의 강도는 보통의 경우에는 검토를 생략할 수 있다.

(2) 그러나 다음과 같이 지형 및 시공 조건에 따라 검토가 필요한 경우에는 종단방향의 하중을 고려해야 한다.

① 관체에 지지대를 설치하는 경우 또는 칼라부분이 지점으로 되는 경우

② 관의 한 끝이 콘크리트에 고정되어 있는 경우

③ 대형자동차의 하중이 작용하는 경우(단, 콘크리트기초나 양호한 지반의 경우는 제외)

④ 소구경관은 종단방향의 강도가 낮으므로 종단방향의 보강 검토, 관종의 변경 검토, 이음의 구조나 위치 및 시공방법 등의 재검토가 필요하다.

경사관로의 설계

경사관로 정의

(1) 경사관로는 등고선에 대하여 거의 직각방향으로 배관된 관로, 지수벽 등 특별한 구조물을 필요로 하는 종단기울기 이상의 관로 등에 해당하는 것을 말하며, 원지반, 관체, 되메움 흙의 안정에 대하여 검토한다.

(2) 농업용 관수로의 비탈면 설계 상세는 KDS 11 70 00을 참조한다.

검토 사항

(1) 경사관로의 검토에 있어서는 일반적인 검토사항에 대하여 다음 항목을 추가로 검토한다.

① 원지반의 안정 매설관로가 안정하기 위해서는 원지반 자체가 안정되어야 한다. 따라서 노선 선정 시 원지반의 붕괴, 산사태, 침식 등이 발생할 위험이 있는 곳은 피하고, 지하수의 용출이나 유하에 의하여 관로의 시공 및 지반의 안정에 대한 지장이 생기지 않도록 특히 유의한다.

② 관체의 안정 경사에 의하여 관체가 흘러내리지 않도록 관체가 안정되어야 한다. 관체의 안정은 포설 기울기, 토질 조건, 기초공의 종류, 관종 등에 대하여 검토한다.

③ 되메움 흙의 안정 지형 경사, 토질 조건 및 지하수 상황 등을 고려하여 관 포설 후에 되메움 흙이 안정되어야 한다. 경사가 급하면 되메움 시공이 곤란해지기 때문에 되메움 재료를 개량하여 사용하도록 한다.

원지반 비탈면의 안정

(1) 비탈면의 안정은 주로 원지반의 전단저항과 자중의 균형으로 유지되고 있으나, 호우 및 지하수의 침투 등에 의한 간극수압의 증대, 토석 유하의 발생, 지진에 의한 진동, 인공적인 굴착, 흙깎기와 흙쌓기 등에 의하여 원지반이 붕괴되는 현상이 발생할 수 있다.

(2) 관로의 안정을 위해서는 비탈면 붕괴, 표층 붕괴, 산사태, 토석류 등의 위험지대를 피한 노선을 선정하고 현지의 상황에 따른 필요한 대책을 강구해야 한다.

(3) 원지반의 안정에 관한 조사와 해석을 시행하여 안정된 원지반을 고려한 노선을 선정해야 한다.

관체의 안정

(1) 경사관로에서 관체의 안정은 일반적으로 관과 흙의 마찰저항 또는 관 기초와 흙의 마찰저항에 의하여 유지되고 있다. 점착력이나 측면 토압에 의한 마찰저항도 고려될 수 있으나 관체 또는 기초공 저면과 흙의 마찰저항을 고려하여 검토한다.

(2) 경사관로 안정 검토에 관련된 인자는 관의 포설 기울기, 지반 조건, 지하수 조건, 기초공의 종류, 관종 등이 있다. 지반 조건에는 흙의 내부마찰각, 흙과 관체 저면 또는 흙과 기초공 저면의 마찰저항계수, 단위중량, 간극수압 등이 있다. 관체가 안정되기 위한 저항력은 관의 활동력에 대하여 안전율 1.5 이상을 확보해야 한다.

(3) 경사관로에 있어서 활동에 대한 안전율이 만족되지 않는 경우는 별도의 활동 방지공법을 검토할 필요가 있다.

(4) 활동 방지공법은 관종, 관의 포설 기울기, 기초의 형식, 원지반의 강도 등을 종합적으로 검토하여 결정한다.

되메움 흙의 안정

(1) 되메움 흙의 안정은 흙의 마찰저항력 및 점착력에 의하여 안정되어야 한다.

(2) 우수에 의한 되메움 흙 표면의 침식을 방지하기 위해서 물길이 되기 쉬운 지형을 피해서 비탈 끝에 노선을 선정하여야 한다.

지수벽 설치와 용출수 대책

지수벽 설치

(1) 비탈면에 따라 관체를 포설하는 경우에는 관체의 안정 조건과 함께 필요에 따라 지하수 대책도 검토해야 한다.

(2) 관체의 기초로 투수성이 높은 모래나 사질토 등의 재료를 사용하는 경우는 기초 바닥이 물길이 되어 세굴되는 것을 방지하기 위해 필요에 따라 불투수성의 점토 등으로 지수벽을 설치하고 횡단방향으로 드레인 등을 설치하여 기초 바닥부의 지하수위 상승을 방지해야 한다.

(3) 지수벽은 관체의 경사가 10° 이상인 경우는 관체 2~3본에 1개소 정도, 10° 미만의 경우는 필요하다고 인정되는 경우에 설치한다.

용출수 대책

(1) 관체의 매설부에 용수가 있고, 시공 중 및 시공 후에 있어 기초 모래가 유실할 염려가 있는 경우는 배수대책을 우선 시행하고 드레인의 설치, 유실되지 않는 기초공 설치 등에 대하여 검토한다.

(2) 유실되지 않는 기초공에는 쇄석기초, 콘크리트기초 등이 있다.

단차부 포설 기울기

(1) 단차가 있는 지형에서 상하방향에 배관하는 경우의 관로 기울기는 지형 기울기보다 완만한 기울기의 포설을 검토할 필요가 있다.

배관설계

일반사항

(1) 배관설계는 배관의 계통에 따라 여러 가지 관의 배치와 길이 등을 결정하는 것이다.

곡관 및 이형관

(1) 곡관 및 이형관은 사용 관종에 적합하고 가능하면 관종별로 규정되어 있는 규격품을 사용하도록 한다.

조정관

(1) 조정관은 PC관이나 RC관과 같이 자유로이 절단할 수 없는 관종을 사용할 경우에 공사의 시점이나 종점 및 관의 포설 방향이 변화되는 점, 공구와 공구의 절점 등에 설치한다.

(2) 조정관은 일반적으로 신축이음을 사용하지만 다른 신축이음 지점과 겸용하든가 또는 부등침하의 위험이 없는 지반에서는 신축이음을 사용하지 않고 용접이음을 할 수 있다.

곡선 포설

(1) 관수로는 굴곡이나 분기점에서 누수 등이 발생할 수 있으므로, 누수 사고의 위험이 클 때에는 곡관, T자관 등의 이형관을 사용하여야 한다.

(2) 가동이음을 사용해서 관로를 곡선 설치할 경우에는 이음의 설계 굴곡각도를 최대허용 굴곡각도의 1/2 이내로 한다.

이음

(1) 관수로는 필요에 따라 가동이음이나 신축이음을 설치한다.

(2) 가동이음은 절토부 또는 성토부 구간 및 구조물과의 접속부에서 부등침하에 의한 관수로의 영향을 흡수하기 위하여 설치하는 것을 검토한다. 가동이음의 형식은 예상되는 변위량에 적합한 형식을 선정한다.

(3) 신축이음은 관의 양단이 고정된 콘크리트 밸브 박스 등에서 온도변화에 따라 관에 발생하는 응력의 흡수, 시공 시 기기의 설치, 유지관리 시 기기의 제거 등을 위하여 설치한다.

(4) 용접 이음 등의 고정 이음을 사용한 관수로에서는 온도변화에 따른 신축량을 고려하여 신축이음 설치를 검토한다.

(5) 부등침하가 예상되는 지반에서는 가동이음과 신축이음이 복합된 이음을 검토한다.

구조물과 관의 접속

(1) 밸브 박스, 수조 등의 콘크리트 구조물과 관의 접속부는 부등침하에 의한 편심하중이 작용하여도 안전하여야 한다.

(2) 콘크리트 구조물과 관로를 접속할 때는 구조물과 관 사이를 단관과 가동이음으로 접속하도록 한다.

(3) 콘크리트 구조물에서 관이 콘크리트 벽을 관통할 때에는 스티프너(Stiffener)를 설치하여 관이 미끄러지지 않도록 하여야 한다.

내진설계

적용범위

(1) 관수로 내진설계는 지진 시 큰 피해가 우려될 뿐 아니라 응급 복구가 불가능하고 장기간 급수 중단을 초래할 수 있는 시설에 대해서 적용하며, 특히 강진대지역의 연약지반지대 등을 통과하는 매우 중요한 관수로에 대해서는 내진설계를 고려한다.

(2) 관수로 내진설계의 적용 대상은 그 대상은 관로와 부속구조물로 한다.

일반사항

(1) 관수로의 지진피해는 지진 시 주변지반에 생긴 변화가 관체에 전달되어 관체의 변위를 일으키거나, 매설지반 자체의 붕괴 등이 원인이 되므로 이에 대한 대책을 마련한다.

(2) 내진성능수준은 기능수행 및 붕괴방지 수준에 대해서 고려한다.

(3) 기능수행수준은 설계지진하중 작용 시 관수로 시설에 발생한 손상이 경미하여 그 구조물이나 시설물의 기능이 유지될 수 있는 성능수준이다.

(4) 붕괴방지수준은 설계지진하중 작용 시 관수로 시설에 매우 큰 손상이 발생할 수는 있지만 구조물이나 시설물의 붕괴로 인한 대규모 피해를 방지하고, 인명 피해를 최소화하는 성능수준이다.

(5) 내진 설계는 응답변위법 또는 등가정적하중법 평가를 하고, 구조물의 특성과 지반조건 및 중요도에 따라 필요시 응답스펙트럼방법, 동적해석법(시간이력해석법, 진동수영역해석)등의 동적 내진안정성평가를 병행한다.

(6) 농업용 관수로의 내진설계 상세는 KDS 17 00 00 내진 설계기준을 참조한다.

유의사항

(1) 관수로와 같이 길이가 길고 다양한 특성의 지반에 걸쳐있어 지진의 강도가 장소에 따라 상이한 구조물에서는 전반적으로 균일한 내진성을 확보하기 어려우므로 시설의 중요도와 성능목표를 고려하여 설계한다.

(2) 지반의 특성은 관체에 큰 영향을 미치므로 노선의 선정, 구조물의 위치 결정 시에는 지반조사 결과를 확인하여 연약지반, 절토부, 성토부, 지형이나 지질의 급변부 등은 피한다.

(3) 조정시설, 배니시설, 제수밸브 및 펌프실 등 관체와 다른 부대 구조물과의 접합부에서는 지진 시 큰 변형이나 응력이 발생할 수 있으므로 가동이음과 신축이음이 복합된 이음을 검토한다.

(4) 관로에 곡관부가 있으면 지진 시 응력집중이 생기기 쉬우므로 수평 및 수직 곡관부의 반경을 크게 하여 급격한 굴곡을 피한다.

(5) 대구경 관에서는 지진피해가 있을 경우 외부에서의 점검은 어려우므로 내부에서 점검할 수 있도록 적당한 간격으로 맨홀을 설치한다. 또한 D800이하 중, 소구경관에서는 구간별로 누수량을 점검할 수 있도록 점검구(이물질배출장치) 또는 제수밸브를 설치한다.

(6) 관로의 매설 심도를 적절히 유지하여 지표면에서의 변위 증폭에 의한 영향을 최소화하고, 관로 상하부 및 측면의 되메움 재료는 관체에 균일한 지지력을 제공하도록 충분한 다짐도와 품질을 확보해야 한다.

(7) 지진 활동이 예상되는 지역에는 변형 흡수 능력이 우수하고 높은 인장 강도를 가지는 내진형 덕타일 주철관, PE관 등을 우선적으로 채택해야 하며, 특히 이음부는 인장 및 압축 변형에 충분히 저항할 수 있는 내진 특수 이음을 적용해야 한다.

금속관 부식 및 전식방지

일반사항

(1) 관로에 흐르는 물과 수질 또는 관로가 매설된 주변환경에 따른 전기화학적 반응으로 관로 내·외부가 부식되는 경우와 관로가 매설된 주변의 전기시설에서 발생되는 누설 전류로 인한 관로 외부가 부식되는 전식이 발생되는 경우가 있다.

(2) 관의 부식 및 전식을 방지하고 내구성을 확보하기 위해서는 도장이나 도복장, 전기방식과 같은 대책을 수립한다.

(3) 대책 수립 시 신기술 적용이 효과나 비용 측면에서 유리하고 안전성이 확보되면 이를 활용할 수 있다.

(4) 부식 발생이 쉬운 장소는 산성 공장폐수나 오염된 하천수 등이 지하에 침투되는 지역, 지하수에 다량의 염분이 포함된 지역, 유황분이 포함한 흙이 분포된 지역, 부식토·점토 및 이탄지대, 폐기물 매립지 등이다.

(5) 이러한 지역에 관을 매설할 경우에는 관의 종류 및 방식방법 선정에 주의해야 한다.

관 부식의 종류 및 형태

부식의 분류

(1) 관의 부식은 자연 부식과 전식으로 크게 나누어진다.

(2) 자연부식은 마이크로셀 부식과 매크로셀 부식으로 구분된다.

(3) 마이크로셀 부식은 금속관의 표면상 미시적인 국부전지 작용에 의하여 발생한다.

(4) 매크로셀 부식은 구조물에 있어 부분적인 환경의 차이나 재질의 차이로부터 금속관 표면의 일부분이 양극부로 되고 다른 부분이 음극부로 되어 양자가 거대한 부식전지를 구성함으로서 발생한다.

(5) 매크로셀의 양극부와 음극부의 위치와 규모는 일반적인 측정에 의하여 구분할 수 있다.

(6) 전식은 직류전기 철도의 누설전류 및 전기방식 설비의 방식전류에 의하여 발생하는 부식이다.

(7) 직류전기철도의 경우에는 철도의 레일이 전류의 귀로로 이용되며 레일을 통하여 변전소로 귀환되는 전류의 일부가 지중을 통하여 변전소로 귀류할 때 지중에 매설된 금속관이 있으면 저항이 적은 금속관으로 전류가 흐르게 되므로(미주전류) 전류유출부에 전기분해부식이 일어난다.

부식의 형태

(1) 자연부식은 형태에 따라 관의 내면 부식과 외면 부식으로 구분되며, 내면 부식은 주로 물 등에 의한 금속 표면의 전기화학적 작용으로 발생하며, 외면 부식은 토양부식 즉 토양과 접하는 금속체의 토양저항에 의해 발생한다.

(2) 매크로셀 부식은 관이 철근콘크리트를 관통하여 철근과 접촉되는 경우, 다른 토양 간의 경계면에 걸쳐 부설되는 경우, 관에 이종금속을 접속하는 경우에 발생한다.

매설관 방식 방법 선정

(1) 매설관의 부식은 토양, 물 등에 존재하는 전해질이 강 표면의 양극과 음극 반응하여 발생하므로 방식의 기본은 이 반응이 발생하지 않도록 하는 것이다.

(2) 관의 표면을 도복장 하여 매설 환경 중의 토양, 물의 전해질이 강 표면에 접하는 것을 방지하여 부식 전류 및 누출전류의 흐름을 차단하여 부식을 방지한다.

(3) 양극과 음극을 차단하기 위해 부식 전류의 흐름 경로를 차단하여 부식을 방지한다(절연 매크로셀 부식 한정).

(4) 매설관 표면에 방식전류를 흘려 양극반응(전류가 유출하는 반응)을 저지하여 부식을 방지한다.

(5) 매설관의 방식 방법은 관로의 중요성, 관로 포설 상황, 주위 환경, 근접 배관의 위치, 근접 전기방식 시설의 유무와 위치, 전기 철도와의 위치관계에 대한 조사를 실시하고 관의 종류를 고려하여 선정한다.

매설관 방식 방법

(1) 관종의 특성과 현장여건을 충분히 파악한 후에 방식 방법을 결정한다. 매설관의 방식 방법으로는 도료 및 도복장 방식과 전기방식 방법이 있다.

도료 및 도복장 방식

(1) 상수도용 도복장 강관(KS D 3565)의 내․외면을 방식하기 위한 도복장 방법에는 공장 도복장과 현장 도복장이 있다. 공장 도복장은 타르에폭시수지도료, 액상에폭시수지도료, 폴리에틸렌(PE) 도복장 방법 등이 있고, 현장 도복장은 테이프 도복장 등이 있다. 도복장 도료는 타르에폭시수지도료(T), 액상에폭시수지도료(L), 폴리에틸렌테이프(P), 폴리에틸렌 등이 있다.

(2) 우수한 도복장 재료라 할지라도 도복장 방법의 적부 여하에 따라서 도복장강관의 수명을 지배하므로 관련 기준에 따라 작업표준을 확립하여 완전한 도복장 작업이 수행되어야 한다.

전기방식

(1) 전기방식 방법으로는 전류를 방출하는 측에서 레일 이음을 용접하는 등 이음부의 접속을 견고히 하고 레일과 변전소 연결전선의 강화·증설, 레일과 대지 사이의 절연증대를 위한 침목 개량 등의 방법을 사용하도록 협조를 구하는 것이 바람직하다.

(2) 누설전류를 방출할 가능성이 있는 전기 철도관리자와 협의하여 누설 전류를 감소시키는 것이 좋다. 이를 위해서는 레일 이음부 용접 또는 부착(Bond)의 강화, 레일과 변전소를 연결하는 전선의 강화 증설, 레일과 지중 간의 절연향상을 위한 침목 등 가능한 방법을 강구토록 협조를 구한다.

(3) 매설하는 금속관의 전기방식 대책으로는 외부전원법, 선택배류법, 강제배류법, 유전양극법, 이음부의 절연화, 차단 등의 방법이 있다.

(4) 전기방식 방법의 사용에 있어서는 대지전위를 측정하여 가장 합리적인 방법을 선택하지만 두 가지 방법 이상을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.

매설관의 방식대책

(1) 관을 매설할 때에는 전식과 기타 부식을 방지하기 위하여 방식대책을 수립한다

(2) 전식이 있는 철로 가까이에 금속관을 매설할 때에는 충분한 상황을 조사하여 전식과 기타 부식을 방지하기 위한 적절한 조치를 취한다.

(3) 부식성이 강한 토양, 산이나 염수 등의 침입이 있는 지역에 관을 매설할 경우는 상황을 조사한 다음에 관종을 선정하고 적절한 방식대책을 취한다.

(4) 관의 콘크리트 관통부, 이종토양간의 부설부, 이종금속간의 접속부에는 매크로부식이 발생하지 않도록 적절한 조치를 취한다.

(5) 산성의 공장폐수 등이 지하에 침투한 장소, 해변의 지하수 중에 다량의 염분이 함유된 장소, 유황분을 함유한 석탄재로 성토한 곳, 이탄지대, 쓰레기로 매립한 지대 등에 부식되기 쉬운 관을 부설할 때는 콘크리트로 씌우거나 아스팔트계도장, 에폭시계도장, 플라스틱피복 또는 각종 부식방지용 테이프 등으로 관외면의 방식공을 시행하여야 한다.

(6) 이음부분의 볼트 너트도 스테인레스 강재를 사용하거나 방식산화피막처리, 에폭시 등에 의한 도장, 고무피복, 폴리에틸렌 튜브로 이음부분을 피복하는 등 방식공법을 사용해야 한다. 콘크리트 관종도 유리탄산이 많은 산성토양 중에 매설할 때 시멘트 성분이 용해하며, 경질염화비닐관에서도 자외선, 고온, 저온, 유기용제 등의 영향을 받지 않도록 한다.

방식대책 고려사항

(1) 침식되기 쉬운 각종 볼트류는 스테인레스강 제품을 사용하거나 볼트를 설치한 후에 에폭시(Epoxy)나 기타 적당한 도료로 피복하여야 한다. 또 관 전체를 플라스틱 포대로 피복하는 방법도 효과가 있다.

(2) 철관류의 방식대책으로는 되메우기 토사의 치환이나 폴리에틸렌슬리브 피복

(3) 이음부의 볼트 및 너트류는 관 몸체보다도 부식이 비교적 빠르므로 특히 주의하여야 한다. 대책으로서는 내식성 볼트 및 너트(스테인레스강제품 또는 방식 산화피막처리, 에폭시분체도장 등)의 사용, 폴리에틸렌 슬리브를 피복하거나 붙인 후에 타르에폭시나 기타 적당한 도장을 하는 것 등에서 최선의 것을 선택하도록 한다.

(4) 각종 밸브실 내부배관(밸브, 플렌지, 신축관, 배기밸브 등)과 가압장 등의 배관중 습기에 노출된 각종 배관류는 공장도복장으로는 부족할 수 있으므로 상수도관 도복용 테이프나 액상에폭시 등 내식용 재료로 별도 방식을 한다.

방식대책 주의사항

(1) 농업용 관수로는 농업생산과 직결되어 있고 구간에 따라 고압으로 수량이 많이 흐르고 있으므로 부식에 의한 피해가 발생하지 않도록 방식조치를 하여야 한다.

(2) 철관류는 내면 부식의 원인이 되는 수질인자에 관하여 충분하게 수질검사를 행하고 이에 대한 제거 대책을 강구한다.

(3) 철관, 제수밸브 등 땅속에 매설된 금속재료는 지반내에 특수한 성분을 포함하였을 경우 심하게 부식되는 경우가 있다. 주의할 지반은 지하수에 해수를 포함하였을 경우나 석탄재 등에 의하여 매립된 장소나 토양이 습윤하여 황산염을 포함하고 있는 경우로서 부식은 염소이온 또는 각종 산에 의하거나 황산염 환원박테리아의 번식에 의하는 것이 많다. 이와 같은 지반은 재료 선택에 착오가 없도록 하는 것이 중요하며 사용하는 재료의 보호에 주의한다.

(4) 경질염화비닐관은 적외선 및 현저한 고온이나 저온에 대해 재질의 성질이 떨어진다. 아스팔트 , 신나 등 유기용제에도 침투당하기 때문에 이와 같은 영향을 받을 우려가 있는 장소에서는 부설을 피한다.