河川施設物 安定性 評價 및 維持管理 改善에 관한 硏究 = A study on the estimation of stability and the improvement of maintenance of river facilities

국문 초록 (Abstract)

최근 지구촌의 기상이변으로 세계 곳곳에서 홍수, 가뭄 등의 재앙이 빈번히 발생하고 있다. 특히 제방은 유수가 하도 밖으로 넘치는 것을 방지하고 유수의 소통을 원활하게 하기 위하여 하천의 양안에 설치하는 홍수방어를 위한 가장 중요한 구조물로 설계빈도 이상의 호우로 인한 높은 홍수위는 제방 월류, 침식 및 파이핑 등으로 하천제방의 붕괴를 유발하여 짧은 시간에 제내지를 침수시킴으로써 큰 홍수피해를 유발할 수 있다.
제방 설계에 있어서 설계 단면에 대한 안전성을 평가하여 안전 여부를 결정하는 것이 매우 중요하다. 안전성 평가는 설계 대상 구간의 흐름 특성, 기초 및 제체 특성 등을 고려하여 가능하면 모든 항목에 대해서 정확히 이루어져야 할 것이다. 우리나라는 제방 설계 시 홍수에 의한 수리영향인자를 조사하여 제방 법선을 결정하며, 제방 형상은 계획홍수량 규모에 따라 『하천설계기준』에 제시되어 있는 설계기준을 근거하여 결정할 수 있도록 되어 있다
또한 제방단면의 크기를 결정하는 중요한 요소가 비탈경사이다. 동일한 제체 높이와 둑마루폭을 가지고 있다면 비탈경사는 완만할수록 제방의 안전도는 향상된다. 우리나라의 경우 1:2 이하의 비탈경사를 원칙으로 하고 있는 반면 일본은 『하천제방설계지침』에 3할 이하의 완경사를 원칙으로 제시하고 있다. 일본의 경우도 이전에는 우리나라와 같이 1:2의 비탈경사를 원칙으로 하였으나, 수문량과 제체자체의 불확실성을 보완하기 위한 것으로 보인다. 제방의 다짐은 제방의 구조적 안전에 필요한 단위밀도를 증가시키기 위하여 반드시 시행해야 하며, 다짐 밀도기준은 즉 현장건조밀도와 최적함수비 상태의 최대건조밀도의 비는 일반적으로 80%이상 이어야 한다.
여유고는 우리나라와 일본이 동일하게 계획홍수량에 따라서 여유고를 결정하는데 비해 미 공병단에서는 농경지 제방과 도시지역 제방을 구분하여 여유고에 차이를 두고 있다. 지금까지의 제방 여유고는 계획홍수량을 안정하게 소통시키기 위하여 하천에서 발생할 수 있는 여러 가지 불확실한 요소들에 대한 안전값으로 주어지는 여분의 제방 높이로 홍수량에 따라 일률적으로 적용되어 왔으나 효과적인 제방고의 산정 및 안정성 평가를 위해서는 피해예상지역에서 첨두유량의 초과확률에 대해 불확실성을 포함하는 확률분포가 제방 신뢰도 분석의 일부분으로서 결정되어야 한다.
제방 및 호안, 둔치, 저수호안 및 비탈멈춤공, 보 및 낙차공, 수제, 저수로 등 하천시설물이 제 기능을 유지하기 위해서는 정기적인 점검 등을 통해 사전에 유해요인을 제거하고, 손상된 부분을 보수·보강하여 당초 건설된 상태를 유지함과 동시에 경과시간에 따라 요구되는 시설물의 개량과 추가시설 즉 유지관리를 잘 해야 한다.
이러한 하천시설물에 대한 유지관리를 효율적으로 하여 재난재해의 방지와 함께 투자재원 효율성 증대하는 차원에서 이에 대한 정기적인 점검은 대단히 중요하다. 유지관리 업무개선과 관련하여 특별히 고려하여야 할 사항은 예산의 증가, 기획, 일정계획, 재정과 작업관리체계, 범위와 기준, 사용재료와 공법, 그리고 담당 부서 간의 협조 등이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently disasters such as flood or any caused by severely dried seasons have happened over the world due to the unpredictable variation of weather. Besides, because such levees are the structures who prevent water in the rivers from overflowing into them, to maintain flow of rivers to keep steady, so high level of floods may cause disasters like demolition of embankments caused by rapidly flooded.
It is important to make a decision of stability of section designed in levee design phase. Estimation of stability in the levee design should contain most items and satisfy them perfectly, considering the variations such as characteristics of flow, and of foundation of levee. When designing rivers, Korea standard code implies according to the amount of flood planned, and the shape of the levee is decided by the amount of floods, based on 『River Design Code』.
And the slope of the levee would be one of the significant factors which decide the size of the section of the rivers, either. The slope of the levee is safe and has same height and width of levee, if it is gradual. For example, Korea code uses slope of levee which is below 1:2, but in case of Japan does below 1:3, which would be gradual, according to 『guidelines for embankments』. The code of Japan has tried to fulfill the default of the levee. Compaction of levee must be done to increase Unit density of the levee needed for structural safety of levee. Generally compaction density called 'maximum dried density' which contains site dried density and optimum saturation must be the over 80%.
Korean codes prescribe the clearance according to planned-floods as well Japan. On the other hand, American Army of the States shows different codes in comparison with those of Korea and Japan, separately to suburb areas. It is generally admitted that clearance prescribed by the code has been chosen and simultaneously applicated by the amount of the floods and the height of the levee added to safety values, but such probability including surplus probability of the peak flow must be decided as reliability analysis of levees, being calculated by the effective height of the levee and Estimation of stability, whcih might compensate for the lack of the uncertain factors.
Furthermore, riverside structures such as levee, waterfronts, river-shore protections, and reservoirs should be remended, impoved after regularly checks, observations, and most defaults which might be harmful to levees should be also repaired, reinforced, and well managed, to satisfy or to meet the original condition at the construction time.
Consequently, it is advised that regular check for safety of levee and effective managing of the structrues is very important. It not only prevents such disasters from collapsing but also improves effectiveness of financial investment for the project.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 표목차 = ⅳ
• 그림목차 = ⅳ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구동향 = 3
• 1.3 연구방법 및 범위 = 6
• 제2장 이론적 배경 = 7
• 2.1 하천시설물 제방의 붕괴 원인 = 7
• 2.2 하천시설물의 침윤현상 및 파괴 메커니즘 = 10
• 2.1.2 제체의 침윤현상 = 10
• 2.1.2 제체의 지반누수 현상 = 11
• 2.1.3 제체의 파이핑 발달 과정 = 12
• 2.1.4 제체의 파괴 메카니즘 및 대책 기법 = 13
• 2.3 하천시설물의 안정성 평가 기법 = 14
• 2.3.1 침투에 대한 안정성 평가 기법 = 16
• 2.4 하천시설물의 종류 및 손상 = 21
• 2.4.1 하천시설물의 종류 = 21
• 2.4.2 하천시설물 손상 = 22
• 2.5 하천시설물의 유지관리 = 24
• 2.5.1 유지관리의 정의 = 24
• 2.5.2 결함의 발생원인 = 25
• 제3장 하천제방의 설계기준 및 고찰 = 27
• 3.1 하천제방의 기준단면 고찰 = 27
• 3.1.1 제방단면의 결정 = 27
• 3.1.2 제방단면의 구조 및 명칭 = 28
• 3.2 하천제방의 단면형상 설계기준 고찰 = 29
• 3.2.1 제방고 및 둑마루폭 = 29
• 3.2.2 비탈경사 및 안전율 = 30
• 3.3 외국의 하천제방 설계기준 고찰 = 34
• 3.3.1 하천제방 단면형상 설계 기준 비교 = 35
• 3.4 하천제방의 설계기준 개선안 분석 = 36
• 제4장 하천제방의 안정성 평가 및 개선 방안 = 38
• 4.1 하천제방 침투에 의한 안정성 평가 = 39
• 4.2 침식 및 월류에 의한 안정성 평가 = 40
• 4.3 구조물 접합부에 의한 안정성 평가 = 41
• 4.4 조건부 비초과확률을 이용한 하천제방의 안정성 평가 = 42
• 4.5 Monte Carlo 기법을 이용한 하천제방의 안정성 평가 = 43
• 4.6 하천제방 안정성 평가를 위한 개선방안 및 고찰 = 44
• 제5장 하천시설물의 유지관리 및 붕괴사례 분석 = 45
• 5.1 하천시설물의 점검 = 45
• 5.2 하천시설물의 손상 및 대책 = 45
• 5.2.1 제방 및 호안 = 46
• 5.2.2 고수부지 = 47
• 5.2.3 저수호안 및 비탈멈춤공 = 47
• 5.2.4 보 및 낙차공 = 48
• 5.2.5 수제 = 48
• 5.2.6 저수로 = 49
• 5.3 하천제방의 붕괴사례 분석 = 50
• 5.3.1 낙동강 봉산제 붕괴 사례 = 51
• 5.3.2 경기 북부 옥산리 제방 붕괴 사례 = 52
• 5.3.3 경기 북부 통현리 제방 붕괴 사례 = 52
• 5.4 하천제방의 유지관리 개선 방안 = 53
• 5.4.1 유지관리 체제 개선 = 54
• 5.4.2 유지관리의 운영 개선 = 55
• 5.4.3 조직 및 역할의 개선 = 56
• 5.4.4 기획과 예산편성 개선 = 56
• 5.4.5 기준 개선 = 57
• 5.4.6 기록 및 보고 개선 = 57
• 5.4.7 공급 및 조달 개선 = 57
• 5.4.8 요원 관리 개선 = 58
• 제6장 결론 = 59
• 참고문헌 = 61