솔루션 | 암거 (Culvert)

1. 암거란?

암거는 보행자와 차량이 도로나 철도와 같은 장애물을 통과할 수 있게 해주는 구조물이라는 점에서 다리와 유사합니다. 그러나 교량과 암거라는 용어는 다르게 사용됩니다. 장애물의 종류, 용도, 주변지형, 시공성, 경간장 등을 기준으로 암거와 교량을 구분합니다.

그림. 도로 아래 상자 암거

Federal Highway Administration(FHWA)의 고속도로 암거의 수력학적 설계의 National Bridge Inspection Standards(NBIS)에 따라 20ft(6.1m) 미만의 구조물을 암거로 정의합니다. 이 기준은 두 구조를 구분하는 기준은 아니지만 일반적으로 사용되고 있습니다. FHWA 규격의 개념도와 암거와 교량이 설치되는 지리적 차이는 아래 그림과 같습니다.

그림. 암거와 교량의 차이(FHWA 기준)

2. 암거의 종류

암거는 주로 하천을 건너거나 배수로에 사용됩니다. 암거는 도로 또는 철도에서 보행자 및 자전거의 교통을 구분하는 등급 분리를 제공하는 데에도 사용됩니다. 본 페이지에서는 하천이나 배수로를 건너기 위해 설치된 구조물은 매립 구조물로 분류하고, 보행자 통행을 위해 설치하는 구조물은 차단 구조물로 분류합니다.

A. 매립 구조물

매장된 구조물은 일반적으로 물을 운반하는 데 사용됩니다. 도로나 철로가 통과하는 곳에서 하천을 건너거나 지하 배수로로 사용됩니다. 이러한 구조물은 규모가 크지 않기 때문에 교량이 아닌 암거로 분류되며, 상세설계 없이 표준설계표에서 요구용량을 만족하는 구조물을 선정합니다.

교량 구조의 형태는 용도와 상황에 따라 선택해야 합니다. 대부분 관관식 암거나 상자식 암거를 사용하나 상황에 따라 프리캐스트 콘크리트 아치암거, 삼면암거(무저암거, 개저암거), 장경간 파형강관 암거 등도 사용합니다.

Buried rigid culverts (concrete box culvert and pipe culvert)

그림. 매립형 강체 암거(콘크리트 박스 암거 및 파이프 암거)

이러한 구조물은 지반과 구조물의 상호작용 중 하나인 지반아칭작용과 구조물의 능력을 통해 수직하중을 전달하므로 구조물의 형상에 따라 하중이 전달되는 방식에 상당한 차이가 있습니다. 또한 적절한 수력을 제공하기 위해 FHWA의 '고속도로 암거의 유압 설계'에 따라 배럴(크기, 모양, 재질) 및 입구 구성(파이프, 끝단 섹션, 헤드월, 윙월, 베벨 및 테이퍼)을 설계해야 합니다.

그림. 하천 건널목의 암거(고속도로 및 철도 아래)

박스 암거의 구조해석 모델과 적용되는 하중의 예는 아래 그림과 같습니다.

그림. 매립 상자 암거의 하중

B. 차단 구조물

암거는 도로, 철도 또는 주요 배수로가 지나가는 경로에 설치되어 보행자 또는 자전거 이용자에게 통로를 제공하며 지역에 따라 암거는 승마, 소 또는 낙타에게 통로를 제공하기도 합니다. 이러한 목적으로 사용되는 구조물은 통로의 위치에 따라 고가도로와 지하도로로 구분됩니다. 교량도 역할은 비슷하지만 구조물의 크기가 다른 상교와 하교로 분류됩니다. 암거는 시공성과 수력 및 구조적 요건을 모두 고려하여 교량보다 경제적일 때 사용할 수 있습니다. 암거를 고려할 때 안전과 미학도 중요한 요소입니다.

그림. 주요 도로(지하차도 및 고가차도)를 가로지르는 암거

교통관리용 구조물은 일반적으로 3면 암거로 이루어지며 배수시설용 구조물보다 경간길이가 깁니다. 이러한 구조물은 FHWA의 '고속도로 암거의 유압 설계'에서 장경간 암거로 분류되며, 경간 길이는 20ft~40ft(7m~14m) 범위에서 제안 됩니다. 그러나 최근에는 새로운 제조방법 및 재료의 개발로 경간길이가 보다 긴 암거가 제조 되고 있습니다.

Figure7-2 그림. 장경간 암거('고속도로 암거의 유압 설계' 그림 1.15, FHWA)

3면 암거는 플랫 탑과 아치 탑의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 구조해석 모델과 가해지는 하중의 개념도는 아래 그림과 같습니다.

Figure8-3 그림. 3면 암거(플랫탑)의 하중

Figure9-2 그림. 3면 암거(아치 상단)의 하중

3. 암거와 교량의 차이점

배수 시스템 및 수로에 사용되는 암거 및 매설 암거는 교량과 명확하게 구분됩니다. 그러나 교량과 유사한 역할을 하는 경우 구분이 쉽지 않을 수 있습니다. 암거와 교량은 설계 방법, 시공 방법, 유지 관리 방법 등 많은 차이점이 있지만 가장 중요한 차이점은 다음과 같습니다.

A. 장애물의 종류

암거와 교량을 구별하는 공통 기준인 경간 길이는 구조물이 어떤 장애물을 통과해야 하는지를 정의합니다. 다리는 계곡과 강, 심지어 바다까지 건너기 위해 만들어진 구조물이기 때문에 경간 길이가 길어질 수밖에 없습니다. 그러나 암거는 좁은 지역에 설치되는 구조물이므로 경간 길이가 짧습니다. 암거와 교량을 선택할 때 장애물의 종류만을 고려하여 선택할 수는 없고 경제성, 시공성, 주변환경 등을 모두 고려해야 합니다.

B. 구조적

암거는 제방 재료의 양쪽에서 완전히 덮이거나 경계를 이룹니다. 따라서 차량하중 뿐만 아니라 암거에 덮힌 흙의 무게나 횡토압도 설계에 고려되어야 합니다. 암거를 덮거나 둘러싸는 토양은 중요한 구조적 역할을 합니다. 예를 들어, 토양 안정성은 암거의 구조적 성능에 직접적인 영향을 미치는 반면 측면 토양 압력은 암거의 수직 하중을 지지하는 능력을 향상시킵니다.

상부구조물(상판, 거더, 받침)과 하부구조물(교각, 교각, 파일캡, 말뚝, 교대 등)로 구성되는 교량의 구성요소에 비해 암거의 구성요소는 단순합니다. 암거는 터널과 같은 통로가 될 수 있는 파이프 또는 콘크리트 상자만으로 구성할 수 있으며, 필요에 따라 날개벽 또는 기초가 추가됩니다.

C. 유지보수

암거는 교량과 마찬가지로 기준에 따라 유지관리가 필요하지만 세부적인 사항에는 차이가 있습니다. 배수를 목적으로 설치된 암거의 경우 토사 및 퇴적물에 의해 수로가 막힐 수 있으므로 관리가 필요합니다. 또한 암거는 유입구와 유출구에서 발생하는 세굴 및 줄눈에서 발생할 수 있는 누수를 방지하여 지지력의 상실이나 훼손을 방지하도록 관리해야 합니다.

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