도로의 배수시설 설계 및 시공

Ⅰ. 개 요

1. 도로의 배수처리는 도로구조의 기능보존과 교통안전에 매우 중요하며 배수불량은 포장의 파손 및 도로재해의 원인이 됨

2. 도로배수의 목적은

- 강우, 강설로 노면이나 인접지대에서 도로 각 부근에 유입되는 지표수,

- 인접지대로 부터 침투해오는 지하수,

- 지하수면에서 상승하는 물들로 인한 도로의 연약화를 방지하고 우수로 인한 사면의 세굴붕괴를 방지하는데 있다.

3. 여기서는 도로배수의 종류와 목적, 처리계획에 대해 기술코자 한다.

 

Ⅱ. 도로배수시설의 종류

 

 

Ⅲ. 배수시설별 설계개념

1. 계획홍수량 산정

1) 유역면적이 4㎢미만이거나 유역 또는 하도의 저류효과를 기대할수 없는 소하천

2) 유역면적이 4~40㎢이고 수문자료가 미흡한 중소하천

3) 유역면적이 40㎢이상인 장대하천

- 수문곡선(Enveloke Modified Hydrograph Curve) 사용하여 직접유량 산출

2. 수리검토가 필요한 사항

1) 하천교량

① 설계발생빈도 : 하천정비계획의 계획빈도 적용

② 설계유량 산정

∘ 교량부 설계유량계산시는 유역면적에 따라 합리식, 표준유출법, 수문곡선 추정법을 사용 비교 산정한 유량과 경사 - 유역 면적법으로 구한 유량중 큰 값을 사용함.

③ 교량부 수로의 수리설계

ㄱ) 평균유속 = 설계유량과 최고수위에 있어서의 횡단면의 총차의 관계에서 구해지는 유속

ㄴ) 동수에너지계수

ㄷ) 구획별 전달되는 유량

ㄹ) 교량개폐율

ㅁ) 교량역류율 관계 도표에서 구함

ㅂ) 교량부 통과유속

ㅅ) 교량역류계산

 

 

④ 교량계획고 결정

ㄱ) 교량의 계획고는 제방고보다 낮아서는 안됨.

교량의 계획고란 교각이나 교대에서 교량상부구조를 받치고 있는 교좌장치 하단부의 높이를 뜻하며 교좌장치가 콘크리트에 묻혀 있을 경우에는 콘크리트 상단높이를 말한다. 또한 교대와 교각이 여러 개일 경우 이들 중 가장 낮은 지점의 높이를 취한다.

ㄴ) 최고수위로부터 여유고를 감안 교량의 계획고를 산정함.

⑤ 교량의 경간장 결정

ㄱ) 경간장은 산간협곡이라든지 그 밖의 하천의 상황, 지형의 상황 등에 의해 결정되는데 치수상 지장이 없다면 다음 식에서 구한 값 이상으로 한다. 단 그 값이 70m을 넘는 경우에는 70m로 한다.

ㄴ) 예외규정

(1) 계획홍수량이 500㎥/sec 미만이고 하천폭이 30m미만인 하천일 경우 12.5m이상

(2) 계획홍수량이 500㎥/sec 미만이고 하천폭이 30m이상인 하천일 경우 15m이상

(3) 계획홍수량이 500㎥/sec ~ 2000㎥/sec인 하천일 경우 20m이상

(4) 주운을 고려해야 할 경우는 주운에 필요한 최소 경간장 이상

2) 암거 및 배수관

① 설계발생빈도 : 25년

② 계획홍수량 산정

ㄱ) 유역면적이 4.0㎦ 이하

합리식 사용 

ㄴ) 유역면적이 4.0㎦이상 40㎦이하

표준유출식 사용   

ㄷ) 유역면적이 40.0㎦이상

유역면적에 대하여 수문곡선 추적법을 사용

③ 암거 및 배수관 규격결정

ㄱ) HW(Headwater depth = 수두) 산출

(1) 횡단구조물의 시산크기와 형태결정

(2) 유입부 수두, 유출부 수두 계산 →조정수두(HW)결정 유출부 유속(Vo)산출

④ 허용수두는 다음값보다 작은값으로 한다.

ㄱ) HW = 2.2D

ㄴ) 도로의 낮은 노견보다 0.3m아래의 높이이하

⑤ 최고수위는 다음과 같은사항에 대해가 없는 높이로함.

ㄱ) 가옥 또는 인접 시설물

ㄴ) 식생 또는 경작지

ㄷ) 사람, 동물, 식물

⑥ 최대 유출부 유속(Vo)에 대한 수로 보호

ㄱ) 침식방제시설 필요없음 = 2.5m / sec.

ㄴ) Rip-rap, 거리 3D = 4.0m / sec.

ㄷ) Rip-rap과 물막이턱(end sill) = 6.0m / sec.

ㄹ) 침전조 건설 〉6.0m / sec.

3) 측구

① 토사측구

ㄱ) 설계발생빈도 : 5년

ㄴ) 계획홍수량 : 

ㄷ) 통 수 량 : 

ㄹ) 계획홍수량 및 수로의 종단구배의 방향에따라 토사 측구의 높이(H)를 조정하여 설치한다.

② V형, U형 및 산마루 측구

ㄱ) 설계발생빈도 : 5년

ㄴ) 계획홍수량 : 

ㄷ) 통 수 량 : 

ㄹ) 계획홍수량 및 측구의 구배에따라 필요한 통수단면을 산정하여 V형, U형측구 및 산마루측구의 규격을 결정함.

③ L형 측구

ㄱ) 설계발생빈도 : 5년

ㄴ) 집수정 간격 (L형측구로 배수가능한 최대연장)

4) 도수로(성토부, 절토부)

① 성토부 도수로

ㄱ) 도수로의 적용기준

횡배수관 규격(D)	도수로 규격(m/m)
Φ300	500 ×300
Φ600	800 ×400
Φ800	1,100 ×400
Φ1000	1,300 ×500
Φ1200	1,500 ×600

ㄴ) 도수로의 간격결정

(1)

(2) 길어깨 또는 길어깨 측구의 호용통수량

 

 

(3) 간격결정

② 절토부 도수로

(도수로의 적용기준)

유역면적(㎥)	규격(m/m)
10,000이하	300 ×250
10,000 ~ 18,000	400 ×350
18,000 ~ 30,000	500 ×450
30,000 ~ 40,000	600 ×500

5) 집수정

① 성토부 집수정

ㄱ) 설계발생빈도 : 25년

ㄴ) 유출량 : 

ㄷ) 통수량 : 

ㄹ) 유출량(계획홍수량) 및 배수관의 관경 및 종단구배에 따라 집수정의 집수량이 달라질 수 있으므로 집수정의 통수량을 검토후 설치한다.

② 절토부 집수정

ㄱ) 설계발생빈도 : 3년

ㄴ) 집수정 간격 : S

ㄷ) 설치되는 L형측구의 길이가 길거나 절토법면이 커서 계획 홍수량이 허용 통수량보다 클 경우에는 집수정을 설치하여 횡배수관으로 우수를 배제하고, 횡배수관을 설치할 수 없을 경우 첫 번째 집수정은 위의 식으로 계산되는 설치 결정 위치에 설치하고, 그 이후는 청소등의 편의를 위하여 50m간격으로 집수정을 설치하여 종방향 배수관

(D = 600m/m이상)을 통해 우수를 배제한다.

③ 중앙분리대용 집수정

ㄱ) 설계발생빈도 : 3년

ㄴ) 집수정 간격 : S

α : 연석에 의한 집수정인 경우에 적용(방호벽형 이외는 α=1.0)

W : 집수폭(m)

ㄷ) 집수정의 간격은 가능한 한 등 간격으로 배치하고 동일구간에서 집수정의 간격을 달리할 경우는 너무심한 변화가 되지 않게 한다. 또한 집수정과 집수정의 최대간격은 30m, 최소간격은 5m로 한다.

④ 암거 집수정

ㄱ) 설계발생빈도 : 25년

ㄴ) 유출량 : 

ㄷ) 통수량 : 

ㄹ) 유출량(계획홍수량) 및 배수관의 관경 및 종단구배에 따라 집수정의 집수량이 달라질수 있으므로 집수정의 통수량을 검토후 설치한다.

⑤ 우수받이

ㄱ) 설계발생빈도 : 3년 

ㄴ) 집수정 간격 : 

Q : 측대의 허용 통수량(㎥/sec)

α : 연석에 의한 우수받이인 경우에 적용(방호벽형 이외는 a = 1.0)

W : 집수폭(m)

ㄷ) 우수받이의 간격은 가능한 한 등 간격으로 배치하고, 동일구간에서 우수받이의 간격을 달리할 경우는 너무 심한 변화가 되지 않게 한다. 또한 우수받이와 우수받이의 최대간격은 30m, 최소간격은 5m로 한다.

 

 

Ⅳ. 문제점 및 개선대책

1. 합리식 적용시 확률 강우강도(Ⅰ)값의 채택

1) 문제점

노면배수시설물의 유출량 산출에 적용되는 권역별 확률 강우 강도식은 간이식으로써, 지점별 강우자료의 동질성을 고려치않아, 권역별 대표값과 지점별 강우강도값간에 오차가 발생함.

2) 개선대책

노면배수시설물 및 배수구조물의 유출량 산출은 건설부가 1988년도에 「한국확률강우량도의 작성」이라는 연구에서 제시한 개정IDF(강우강도-지속기간-재현기간, Rainfall-Intensity- Duration-Freguency) Curve를 사용토록하되

- 측우소가 있는 지역은 지점별 강우강도표를 적용하고

- 측우소가 없는 지역은 최인접 측후소의 강우강도표를 사용하되, 계획대상지점의 확율 강우량도를 이용하여 강우강도표를 작성한 값과, 최인접 측후소의 강우강도표와 비교후 큰 값을 적용함.

2. 합리식 적용시 유출계수 C값의 채택

1) 문제점

∘합리식을 적용할수 있는 유역면적의 크기가 대략 4㎢이하라도 적지않은 면적인데, 1시간에 내리는 강우량이 강우가 끝나자마자 전량 유출할수 없으며 유역면적내의 토질이나 지표상태, 경사도등의 완급등에 따라 유출속도와 시간이 상이함. 따라서 이와같은 차이를 보정하기 위한 계수로서 유출계수C를 곱하여 이론유량을 구하여 실지에 일치시킨 것이 합리식임.

∘특히 합리식에서 유출계수값의 채택은 공사시의 상황에 대한 것이 아니고 공사준공후 이용시의 상황을 고려해야 되기 때문에 개수시점에서 예상되는 개발계획등을 충분히 고려해야 되나 조사시점을 기준으로 토지이용도에 따른 C값등 관련문헌에서 제안하고 있는 C값을 적용하므로서 불합리한 C값 채택.

2) 개선대책

∘工種의 차이에 의한 유출계수를 각 공종별 배수면적이라는 장래 가중치를 고려하여 편의상 정하여 구한다음 합성하고 장래에 변화될 상황을 충분히 고려한 C값 채택.

∘공종별 기초 유출계수의 합성

 

 

Ⅴ. 결 론

수리검토는 축척 1:25,000, 1:50,000 지형도상의 최적노선에 대하여 유역면적과 구조물 예정위치별 유량을 추정한 후 현지조사를 실시하여 과거의 최고홍수위, 기존 구조물의 규격 및 기타 필요한 정보를 수집한다.

∙ 현지 주민에게 탐문하거나 관할관청의 담당자로부터 신뢰할수 있는 자료를 조사하여 최고홍수위를 종합적으로 판단한다.

∙ 계획된 구조물의 설치지점 상ㆍ하류 부근에 있는 기존 구조물의 규격, 연장, 범람여부 조사

∙ 상류에 저수지가 있을 경우 Back Water의 영향유무, 관개수로의 경우는 저수지 관리운영에 대한 조사

∙ 하천상류의 침식상태, 기존교량, 하상상태, 제방고등을 조사

∙ 특히 대하천에 구조물을 시설할 경우는 수리모형실험을 실시하여 보다 정확한 자료에의한 구조물을 시설하여야 할것으로 사료됨.