<변위조사>
구조물에 수직/수평변위가 발생하였을 경우 측정장비를 이용하여 변위 발생 정도를 파악하고 그 정도에 따라 필요한 조치(보수/보강)를 취하는 것이 바람직하다.
(* 건설관련 엔지니어도 수직변위와 수평변위를 혼돈하는 경우가 많다. 수직변위는 상하방향 변위를, 수평변위는 좌우방향 변위를 의미한다.)
구조물 하부 지반의 부등침하로 인한 침하량과 기울기, 슬래브/보의 처짐, 구조체 슬라이딩(이동) 등이 발생하였을 경우, 그 변위량을 측정하는 방법은 크게 2가지로 분류할 수 있다.
첫째, 구조물이 상하방향으로 융기 또는 침하되었을 경우 그 변위량을 측정하는 수직변위조사가 있다. 수직변위조사는 구조물의 바닥, 천정, 벽체 등에 측점을 설치하고 기준점 대비 상하방향으로의 변위량을 측정한다. 슬래브, 보 등 단일부재에 처짐이 발생하였을 경우에는 각 부재의 양단부와 중앙부 레벨을 각각 측정하여 처짐량을 확인한다.
둘째, 구조물이 부등침하나 슬라이딩에 의해 기울거나 수평이동되었을 경우 기울기나 이동량을 측정하는 수평변위조사가 있다. 수평변위조사는 부등침하로 기울기가 발생한 구조체의 기울기(높이 대비 기울기량)를 측정하거나, 슬라이딩된 구조체의 수평이동 거리를 측정하는 방식이다.
구조물에 수직/수평변위가 발생되면 구조물 각각의 부재는 정상상태와 다른 하중 부담상태가 된다. 따라서 구조물에 변위가 발생하였다면 그 방향 및 변위량을 측정하여 구조물이 자중과 외력(지진,바람 등)에 저항할 수 있는 내력을 보유하고 있는지를 판단하고, 내력을 보유하지 못한 상태라면 보강방법을 강구하는 것이 바람직하다.
1. 수평변위 조사
가. 개요
수직부재의 수평변위는 보통 Transit, Theodolite, 광파기 등을 이용하여 조사한다. 구조물의 외벽 모서리나 기둥, 벽체 등 수직부재에서 측정높이(H)와 수평변위량(h)을 측정한다. h/H의 값을 분자가 1인 분수로 표기하면 기울기가 된다.[측정높이(H) 200cm에서 측정된 수평변위량(h)이 4cm 라면 기울기는 1/50 으로 표기된다.]
조사대상 부재의 높이(H)와 조사일자도 반드시 기록한다. 또한 차후에도 동일 위치에서 조사하여 변위량을 자료화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
일반인이 구조물의 기울기를 측정할 때 가장 간편한 방법은 다림추(철물점 구입)를 구조물 상부층에서 하부층으로 내려 구조물 높이별 수직도 차이를 측정하는 방법이다. 측정높이와 변위량을 동시에 기록하여야 기울기를 확인할 수 있다.(예를 들어 100cm 높이에서 1cm의 변위량이 측정되었다면 기울기는 1/100, 300cm 높이에서 2cm의 변위량이 측정되었다면 기울기는 1/150, 10m 높이에서 4cm의 변위량이 측정되었다면 기울기는 1/250 이다.)
나. 적용기준
변위조사의 적용은 일반적으로 [표 2]의 건설교통부 안전진단 세부지침상의 기울기 기준으로 평가한다.
[표 1] 각변위(1963, Bjerrum이 제안한 구조물의 각변위의 한계)
| 각변위(δ/L) | 내 용 |
| 1/750 | 침하에 예민한 기계기초의 작업곤란 한계 |
| 1/600 | 사재를 가진 뼈대의 위험 한계 |
| 1/500 | 균열을 허용할 수 없는 빌딩에 대한 안정 한계 |
| 1/400 | 칸막이벽에 첫 균열이 예상되는 한계 |
| 1/300 | 고가크레인의 작업 곤란이 예상되는 한계 |
| 1/250 | 강성의 고층빌딩의 전도가 눈에 띄일 수 있는 한계 |
| 1/150 | 칸막이벽이나 벽돌벽의 상당한 균열이 있는 한계 가소성 벽돌벽의 안전 한계 일반적인 건물이 구조적 손상이 예상되는 한계 |
[표 2] 건설교통부 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(2003.12)
| 등급 | 기 울 기 | 내 용 | 안 전 조 치 |
| A | 1/750 이내 | 예민한 기계기초의 위험 침하 한계 |
정상적인 유지관리 |
| B | 1/500 이내 | 대각선구조를 갖는 라멘구조의 위험 한계 |
주의관찰, 원인제거 |
| C | 1/250 이내 | 구조물의 균열발생 한계 | 정기적 계측필요, 원인제거 |
| D | 1/150 이내 | 구조물의 경사도 감지 | 보수·보강, 사용제한 필요 |
| E | 1/150 초과 | 구조물이 위험할 정도 | 긴급보강 및 사용금지, 혹은 철거필요 |
2. 수직변위 조사
가. 개요
수평부재의 수직변위량은 레벨, 레이저레벨, 광파기 등을 이용하여 구조물 바닥이나 보/슬래브 상하부면에서 측정한다. 구조물의 종류별 최대허용침하량과 부등침하로 인한 허용변위에 대한 기준은 [표 2]~[표 4]와 같다.
나. 적용
조사된 변위량은 표와 그래프 등을 이용하여 표현하며, 전회 조사값이 존재하는 경우에는 변화된 상황을 비교하여 표기한다. 자료분석시 [표 2], [표 3], [표 4] 등을 이용하여 분석한다.
[표 3] 최대허용처짐(ACI 규준)
| 부 재 의 형 태 | 고려해야 할 처짐 | 처짐한계 |
| 과도한 처짐에 의해 손상되기 쉬운 비구조 요소를지지 또는 부착하지 않은 평지붕 구조 |
적재하중 L에 의한 즉시처짐 | L*／180 |
| 과도한 처짐에 의해 손상되기 쉬운 비구조 요소를지지 또는 부착하지 않은 바닥 구조 |
적재하중 L에 의한 즉시처짐 |
L／360 |
| 과도한 처짐에 의해 손상되기 쉬운 비구조 요소를지지 또는 부착한 지붕 또는 바닥 구조 |
전체 처짐중에서 비구조 요소가 부착된 후에 발생하는 처짐부분 (모든 지속하중에 의한 장기 처짐과 추가적인 적재하중에 의한 즉시처짐의 합)# |
L+／480 |
| 과도한 처짐에 의해 손상될 염려가 없는 비구조 요소를 지지 또는 부착한 지붕 또는 바닥 구조 |
L$／240 |
주) * 이 제한은 물고임에 대한 안전성을 고려하지 않았다. 물고임에 대한 적절한 처짐 계산을 검토하되 고인물에 대한 추가처짐을 포함하여 모든 지속하중의 장기적 영향, 치올림(camber), 시공오차 및 배수설비의 신뢰성을 고려한다.
$ 다만, 비구조요소에 의한 허용오차보다 더 커서는 안된다. 전체 처짐에서 치올림을 뺀 값이 제한값을 초과하지 않도록 치올림을 했을 경우에는 이 제한을 초과할 수 있다.
[표 4] 구조물의 종류에 따른 허용변위량(Sowers, 1962)
| 침 하 형 태 | 구 조 물 의 종 류 | 최대 침하량 |
| 전체침하 | 배수시설 | 15.0∼30.0㎝ |
| 출입구 | 30.0∼60.0㎝ | |
| 부동침하의 가능성, 석적(石積) 및 벽돌 구조 |
2.5∼5.0㎝ | |
| 뼈대 구조 | 5.0∼10.0㎝ | |
| 굴뚝, 사이로, 매트 | 7.5∼30.0㎝ | |
| 전 도 | 탑, 굴뚝 | 0.004S |
| 물품적재 | 0.01S | |
| 크레인 레일 | 0.003S | |
| 빌딩의 벽돌벽체 | 0.0005∼0.002S | |
| 부동침하 | 철근콘크리트 뼈대구조 |
0.003S |
| 강 뼈대구조(연속) | 0.002 S | |
| 강 뼈대구조(단순) | 0.005 S |
주) S : 기둥 사이의 간격 또는 임의 두점 사이의 거리
3. 구조물 보강 대책
구조물에 발생한 수직/수평변위량을 측정하여 평가등급상 D~E등급으로 판정되면 구조물의 안전성을 담보할 수 없는 상태이므로 구조전문가나 안전진단 전문기관과 상의하여 대책을 수립하는 것이 바람직하다. 건물 일부 층에 무거운 물건이나 장비가 적재되어 해당 층의 보나 슬래브에 내력부족 등의 문제가 있을 경우에는 해당 부재만을 보강하여 해결할 수 있고, 기초지반의 문제로 구조물에 부등침하가 발생한 경우에는 지반보강 또는 복원(인상)작업을 통하여 안전성을 확보할 수 있다. 현재 국내에서 시행되고 있는 보강방법은 다음과 같다.
가. 지반보강
지반보강은 크게 파일을 이용한 보강공법(마이크로파일, Screw Anchor Pile 등)과 주입식 지반보강공법(디록공법, CGS공법, GMP공법 등)이 활용되고 있음.
나. 침하구조물 복원(인상)
침하구조물 복원은 <초미립자 그라우트재 다점/동시주입 방식의 디록공법>, <강관파일+유압잭을 이용한 압입공법>, <우레탄 발포력을 이용한 경량 슬래브 복원공법> 등이 활용되고 있음.
고속철도 콘크리트궤도 침하구간에 한하여 <시멘트계 가압주입방식의 PRCG공법>, <유압잭 가압방식의 ACBR공법> 등이 활용되고 있음.
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