개념 한 쪽
기타 배수구조물은 지하수 조절과 지반 안정 확보를 위해 암거와 배수로의 설계·시공 원리를 적용하는 분야이다. 암거의 매설 간격과 매설깊이, 투수계수와 침강깊이의 관계를 이용해 수평거리와 배수량을 산정하고, 배수로의 유속과 퇴적 방지, 암거의 부양 방지 대책 등을 검토해야 한다. 계산 문제는 삼각함수(탄젠트)와 암거 배수식(Donnan 등), 관로 낙차 공식(Giesler)을 주로 활용한다.
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출제기준 단원 「기타 배수구조물」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 암거 간격 산정 | 1 | 지하수면 수두차와 경사로 암거간 수평거리 계산법을 묻는다 |
| 암거 매설·기초 판단 | 1 | 암거 기초 시 부등침하 방지 및 기초 처리의 옳고 그름을 묻는다 |
| 암거 간격과 수심 적용 계산 | 1 | 주어진 지하수심·암거 상부 거리·경사로 간격 산정을 묻는다 |
암거 간의 수평거리는 지하수면의 수직 수두차와 지하수면의 경사(또는 구배)에 의해 결정된다. 기본적으로 수직 수두차를 tan(경사각)으로 나누어 수평거리를 구하는 삼각관계식을 적용한다는 관점을 사용한다. 문제 자료에서는 L = 수직차 ÷ tan(경사각) 형태의 계산 원리를 반복해서 제시한다.
암거의 배수량 계산에는 여러 형태의 근사식이 사용된다. 자료에는 q ≈ kH²/L 또는 q ≈ 2kH²/L 같은 계수가 다른 식과, Q = 10 K i H² / L 형태의 식이 제시되어 상황과 단위에 따라 식을 선택해야 한다는 점을 강조한다. 핵심은 공식에 올바른 계수와 단위를 일관되게 적용하는 것이다.
배수로 설계에서는 유하속도가 너무 느리면 퇴적이 발생하므로 충분한 유속을 확보해야 한다는 원칙을 따른다. 배수 단면은 하류로 갈수록 유량 증가에 맞춰 커지도록 설계하는 것이 일반적이다. 즉, 퇴적 방지를 위해 최소 유속 조건을 고려해야 한다는 점을 기억한다.
암거의 부양 방지 대책은 양압력을 상쇄하거나 제거하는 방향으로 판단해야 한다. 자중 증가, 상부 토사 증대, 하부 배수 등으로 양압력을 줄이거나 하향력을 늘리는 방법이 옳다. 반대로 토압과 마찰력을 감소시키는 조치는 부양 방지책과 반대되는 결과를 초래하므로 피해야 한다.
1) 암거 간 수평거리 계산 예시: 암거 상면으로부터 지하수면의 최저 지점까지의 거리, 암거 매설깊이, 목표 지하수면 깊이 및 경사각이 주어질 때 수직 수두차를 산정하고 L = 수직차 ÷ tan(θ) 공식을 적용한다. 예를 들어 한 자료에서는 매설깊이와 상투까지의 거리로부터 수두차 0.4m를 얻고 tan(4.5°)로 나누어 약 5.08m를 산출하는 해석을 보이나, 동일 유형의 문항에서 다른 계산 기준으로 10.2m가 정답으로 제시된 사례가 있어 문제 지문과 제시 식을 정확히 확인해야 한다.
2) Donnan 계열 배수량 계산 예시: 투수계수 K와 침강 깊이 H, 암거 간격 L이 주어질 때 q 형태의 식에 값을 대입해 단위 통일을 한 뒤 계산한다. 자료에 제시된 형태들을 참고하면 cm 단위로 변환하여 q = 2kH²/L 또는 Q = 10 K i H² / L 등에 대입하고, 최종 단위를 시간당 리터나 m³로 환산하는 과정에서 단위 실수가 빈번하므로 유의해야 한다.
앙거의 매설을 위한 기초공세 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 암거(앙거) 매설을 위한 기초공사에서 옳지 않은 설명을 찾는 것이다. 부등침하 우려가 있는 곳에 잡석이나 조약돌을 단순 포설하는 것은 오히려 침하나 불균등한 거동을 초래할 수 있어 적절하지 않으므로 해당 설명이 틀리다.
부등침하 방지용 잡석 포설은 기초 불량 시 침하를 유발하므로 옳지 않은 설명이다.
암거의 매설깊이가 1.8m이고 암거 상부 지하수면 최저 위치와의 거리 30cm, 지하수면의 경사 6˚인 암거가 지하수면의 깊이를 1m로 할 때 암거 간 매설 간격은?
정답 ② · 문제의 조건에 따라 암거의 매설 간격을 구하는 공식을 적용해야 합니다. 주어진 공식 L = (h - d) / tan(θ)에 따라 계산하면, 암거 상부 지하수면 최저 위치와의 거리가 30cm, 지하수면 깊이 1m 등의 조건을 만족하는 간격은 약 9.5m로 산출됩니다.
암거 간격 L은 (지하수면 깊이 - 암거 상부 지하수면 최저 위치와의 거리) ÷ tan(경사각) 공식을 적용하여 계산하면 약 9.5m가 된다.
암거의 매설깊이는 1.5m, 암거와 암거 상투 지하수면 최저점과의 거리가 10cm, 지하수면의 구배가 4.5°이다. 지하수면의 깊이를 1m로 하려면 암거간 매설거리는 얼마로 해야하는가?
정답 ② · 문제는 주어진 매설깊이와 지하수면 관련 수치로 암거간 매설거리를 구하는 문제이다. 해석상 먼저 수두차를 계산하고, 그 수두차와 지하수면의 구배(각도)를 이용해 수평거리를 구하는 방식이 일반적이다.
암거 매설 깊이와 지하수면 깊이의 차이를 구배로 나누어 암거간 거리를 계산하면 10.2m가 된다.
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