본 시방서는 한국공업규격 KSD 3590이 규정하는 수로, 통로 기타 각종 구조물에 사용하는 파형강관의 시공기준에 대하여 규정한다.

 

  1. 터파기
 
터파기는 "도로공사 표준 시방서"의 구조물 기초 터파기 규정에 준하여 시공하며 보통 지반의 경우 굴토의 폭은 작업에 지장을 초래하지 않는 범위내에서 가능한 좁게 하며, 벽면에 수직되게 굴토하는 것이 바람직하나 <표 1>과 같이 토질에 따른 굴토 경사각도에 의해 터파기 시공을 할 수 있다.
 
<표1> 토질에 따른 굴토경사 각도
토 질 경사각도 경사비율(수평:수직)
경고한 암반, 혈암
각자질
보통흙
마사
흙러내리기 쉬운 모래
90°
63°
45°
34°
27°
수 직
0.5 : 1
1 : 1
1.5 : 1
2 : 1
   
  2. 기 초
 
(1) 파형강관은 관의 특성상 다소 부등침하가 발생할 수 있는 장소에 설치하여도 탄력적으로 대응하여 파괴될 염려는 없으나 파형강관의 특성을 최대한 살리기 위하여 양질의 기초재료(모래, 사질토)를 사용하여 지반조건에 따라 <표2> 및 <그림1>을 표준으로 기초 시공하여야 한다.
 
<표2> 기초의 최소두께 및 폭
두께 및 폭 기초의 최소두께(H) 기초의 폭
(W)
관 경 900mm이하 900~2,000mm 2,000mm이상





보통지반 20cm 30cm 0.2D D
암지반 20cm(단, 성토높이가 5cm를 넘을 경우에는 그 높이 1m에 대하여 4cm씩 증가시킴) D
연약지반 50cm 0.4D 와 50cm
중에서 큰 값
0.3D
(최대1m까지)
2D-3D
 
<그림1>
b : 보통지반일 경우 : 25 ~ 30cm
b : 연약지반일 경우 : 50cm
h1 : 연약지반일 경우 : 연약 정도에 따라 결정
h2 : 30cm이상
 
(2) 파형강관은 가요성(FLEXIBLE)관이므로 하중을 균일하게 분포시킬 수 있도록 하는 기초가 필요하다. 따라서 기초 콘크리트 시공방법은 좋지않고 양질의 모래 또는 사질토를 균일하게 다져서 만든다. 기초 지반으로서는 경연(硬軟)이 극단적으로 변화하는 곳이나 유기토 및 동결토는 피해야 한다. 기초가 암반이거나 지극히 연약한 경우에는 <그림2>의 (b)와 (c)에서 나타낸 단면과 같이 시공한다.
 
<그림2> 파형강관 설치기준

   
  3. 설치 및 접합
 
(1) 파형강관의 설치는 설계도서에 표시된 치수의 관을 설계도서 또는 감독관이 지시한구배로 설치하여야 한다.
(2) 성토 내부에서 설치할 경우 장래 심한 침하가 예상될 때는 설계도서 또는 감독관의 지시에 따라서 미리 예상 침하량을 가산한 높이로 설계하여야 한다. 이때 파형강관의 허용 침하량은 대략 다음과 같은 범위로 보아도 좋다.

침하량(더 올림량) : 전장(全長) ≥

(3) 관 접합부에서는 이음재료를 사용하고 누수가 없도록 접합하여야 하며 연결부의 수밀성을 100% 보장하기 위해 연결 커플링 밴드에 고무 가스켓을 사용한다.
(4) 관 조립용 볼트는 관의 오목한 부분(凹側)에서 끼우고 볼록한 부분(凸側)의 너트를 충분히 조여야 한다.
(5) 파형강관은 연결방법으로 애뉼라 밴드 및 허그 밴드 연결방식 <그림3>을 채택하여 100%의 수밀성을 보장할 수 있다.(Φ800 이하는 허그 밴드, Φ900이상은 애뉼라 밴드를 사용하는 것이 표준임.)
 
<그림3> 파형강관의 연결방법

커플링 밴드 방식은 파이프의 양끝 부분을 재굴곡 한 후 가스켓을 연결
커플링에 삽입하여 관과 관을 연결하는 방식으로 결합이 간편하고
수밀성이 뛰어나 오.페수등의 누수를 방지함.
   
  4. 콘크리트 구조물과 파형강관의 연결방법
 
(1) 맨홀등의 콘크리트구조물에 파형강관을 연결할 때 <그림4>와 같이 파형강관을 타설하면, 콘크리트구조물과 파형강관이 일체가 되어 견고하고, 완벽한 수밀이 가능합니다.
 
<그림4> 콘크리트 구조물과 파형강관의 연결방법

   
  5. 손상된 부재와 도금의 보수
 
파형강관의 취급, 운반, 설치중 부재나 도금 부분의 손상에 대하여는 되메우기나 뒷채움 시행 이전에 감독관의 검사는 받고, 감독관이 지시하는 방법에 따라 보수하거나 교체하여야 한다.
   
  6. 되메우기 및 뒷채음
 
(1) 뒷채움은 양질의 흙 재료를 써서 좌우 동일한 높이로 편심 압력이 걸리지 않도록 유지하면서 1층의 두께는 약 15cm정도로 KSF 2312 (흙의 다짐 시험방법)에 의한 최대 건조밀도 95%이상이 되게 균일하게 다져야 한다. <그림5-1>
(2) 특히 관의 하측부(下側部)의 쐐기모양 부분은 다짐이 곤란하므로 다짐대 등으로 잘다져야 한다. <그림5-2>
 

<그림5> 파형강관의 성토와 뒷채움 기준

 
(3) 뒷채움의 이상적인 재료는 사질토로서 소량의 실트(SILT)또는 점토를 함유하고 있는 것이 좋다.
     특히, 다짐을 아래쪽부터 관경의 3/4되는 곳까지는 램머 진동식 다짐기계등을 사용하여 관의 변형에 주의하면서 다진다.
(4) 덮개 토공의 최소 두께는 60cm정도의 피복을 시공해야 하는 데 그 재료는 뒷채움 재료와 같은 것이 좋다.
   
  7. 날개벽 및 유입 유출구
 
(1) 파형강관의 개단부는 될 수 있는대로 비탈면에서 돌출되게 설치한다.
(2) 측구와 집수정 또는 배수정과 접하는 부분은 역청재료를 써서 절연되게 해야 한다.
(3) 파형강관의 날개벽은 설치하지 않는 것이 원칙이나 수류폭이 넓고 유수가 원활하게 유입되지 않을 경우, 비탈면 및 관의 유입구, 유출구가 심한 세굴을 받을 염려가 있는 경우에는 설치할 수도 있다. 이 경우 관의 변형이 완료되었다고 생각될 때 설치하여야 한다.
   
  8. 시공시 유의사항
 
(1) 시공은 설계도서를 기초로 하여 감독관의 지시에 따라 시공하여야 한다.
(2) 운송된 강관의 하차시, 크레인이나 지게차를 이용하여 하차토록 하며, 굴리지 않아야 한다. 만일 굴린다면 강관에 손상이 갈 수도 있다.
     또한 파형강관을 트럭이나 지상에 쌓을 경우, 받침대나 띠를 사용하여 적절히 쌓아야 한다.
(3) 파형강관 취급시는 끝이 날카로우므로 장갑이나 적절한 보호 장구를 사용토록 한다.
(4) 파형강관을 설치할 부분의 기초는 양질의 재료를 사용해야만 파형강관의 특성인 가요성을 충분히 발휘할 수 있다.
(5) 파형강관의 설치시 나선형 방향이 구배의 아래쪽으로 향하도록 설치해야 한다.
(6) 뒷채움시 다지기에 유의하면서 파형강관의 양쪽에서 동시에 시공해야 한다.
(7) 관의 매설지점 상부에서 중장비를 사용할시는 최소 1.2cm이상의 성토를 해야 한다.
(8) 파형강관은 흄관에 비해 1/10정도의 경량이고 강도도 아주 우수하지만 관에 손상을 줄 정도의 조잡한 취급은 피해야 한다.
   

 

  1. 파형강관의 설계 유량 공식 및 계산
 
1) 유량공식 (Manning 공식)
(유속) V =   R⅔ · I
(유량) Q = A · V
(단면적) A = πr2(θ/360) + h2 · C/2
(단면적) θ1 = 2cos1(h2/r)
(단면적) θ2 = 360 - θ1
(단면적) C = 2r · sin(θ1/2)
(윤변) P = πD(θ2/360)
(경심) R = A/P
V : 유속(m/sec)
n : 조도계수
I : 동수(종단)의 구배
Q : 유량(㎥/sec)
A : 유수의 단면적(㎡)
P : 유수의 윤변(m)
R : 경심
   
r : D X
h1 = D X 95%
h2 = r - h3
h3 = D -h1
   
2) 직경별 n값
직경 300 400 450 500 600 700 800 1,000 1,200 1,500
n 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.017 0.019 0.020 0.021
   
  2. 파형강관 구조 강도 계산서
 
1) 구조강도 해석의 용어와 수치
항 목 기호 단위 AISI-CSP Handbook,
ASTM D2412
1 강판의 두계 (Thickness of Steel Sheet) t  
2 관벽의 단면적 (Wall Area of Pipe) A ㎠/m  
3 단면이차모멘트 (Moment of Inertia) I 4/㎝  
4 단면계수 (Section Modulus) S ㎤/m  
5 회전반경 (Radius of Gyration) r  
6 설계하중 (Design Load) Pv ㎏/㎡  
7 사 하 중 (Dead Load) DL  
8 활 하 중 (Live Load) LL  
9 하중계수 (Load Factor) K - 0.86(85% 다짐밀도)
10 성 토 고 (Fill Height) H m  
11 관 경 간 (Span) S S = D
12 관 경 (Diameter) D D = S
13 반 경 (Radius) r  
14 관벽응력 (Ring Compression) C ㎏/m  
15 소요단면적 (Req. Section Area) Ar ㎠/m  
16 항복강도 (Yield Stress) fy ㎏/㎠  
17 극한강도 (Ultinnate Stress) fb  
18 설계강도 (Design Stress) fc  
19 안 전 율 (Safety Factor) SF - 2.0
20 링 강 성 (Ring Flexibility) D/r - r은 회전반경
21 취급강성 (Flexibiliy Factor, Handling Stiffness) FF ㎝/㎏ FF = D2/E · I
22 강관강성 (Pipe Stiffness) PS ㎏/㎠ PS = F/△y = E · I/0.149r3,
r은 관반경
23 강성계수 (Stiffness Factor) SF SF = E · I/0.149r3(PS),
r은 관반경
24 외압강도 (Eext. Vertical Load) Wc ㎏/m  
25 변 형 량 (Vertical Deflection) △y  
26 흙의 단위중량 (Soil Unit Weight) W ㎏/㎥ 1,900(85% 다짐밀도)
27 강재 탄성계수 (Modulus of Elasticity) E ㎏/㎠ 2.1 X 106
28 흙의 반력계수 (Modulus of Soil Reaction) E' 49.2 (Watkins Report)
29 경시 변형계수 (Deflection Lag Factor) D1 - 1.25
30 기초 형상정수 (Bedding Constant) k - 0.083
 
2) 파형강관 설계의 활하중 응력표
 
활하중 응력
성토토피 (m)
AISI-CSP Handbook 환중DB하중 비      고
DB-18(t/㎡) DB-24(t/㎡) 활하중 응력도가 0.5t/㎡(100psf)미만일때 즉, 성토토피가 DB-18에서 2.4m(8ft)보다 크거나 DB-24에서 2.7(9ft)보다 클때 활하중은 무시된다.
0.3(1ft) 8.789 11.312
0.4 7.161 9.293
0.5 5.534 7.454
0.6(2ft) 3.906 5.615
0.7 3.581 4.915
0.8 3.255 4.215
0.9(3ft) 2.930 3.515
1.0 2.604 3.108
1.2(4ft) 1.953 2.295
1.5(5ft) 1.221 1.611
1.8(6ft) 0.977 1.172
2.0 0.895 0.977
2.1(7ft) 0.854 0.879
2.4(8ft) 0.488 0.684
2.5 (이하무시) 0.635
2.7(9ft)   0.537
    (이하무시)
 
3) 파형강관 설계의 관단면 구조표
강판두께
t
(mm)
단면적
A
(㎠/m)
접선장
TL
(㎝)
접선각

(°-')
단면이차
모멘트
(㎝4/㎝)
단면계수
S
(㎤/m)
회전반경
r
(㎝)
전개폭
-
(계수)
1. 파형규격 38X6.5mm, 신규형 (소골)
1.6 16.950 1.42 21-38 0.0076 1.9274 0.2121
2. 파형규격 68X13mm, KSD 3590-1RS형 (중골)
1.6 17.278 1.96 26-46 0.0328 4.5807 0.4354
2.0 21.600 1.92 26-54 0.0414 5.6302 0.4377
2.7 29.134 1.88 27-07 0.0571 7.4120 0.4425
3.2 34.538 1.84 27-18 0.0690 8.6641 0.4467 1.081
3. 파형규격 75X25mm, KSD 3590-3RS (대골)
1.6 19.827 2.37 44-44 0.1495 11.5144 0.8685 1.240
2.0 24.797 2.33 44-56 0.1882 13.7222 0.8712
2.7 33.511 2.26 45-27 0.2574 18.3067 0.8761 1.243
3.2 39.758 2.20 45-52 0.3082 21.5338 0.8801 1.244
 
4) 계산식
(1) 강관에 대한 설계하중
피토고(H) ≥ 관경관(S=D)일때, Pv = K x (DL+LL), ㎏/㎡
피토고(H) < 관경관(S=D)일때, Pv = (DL+LL), ㎏/㎡

 

(2) 관벽에 대한 작용 하중
C = Pv X (S/2), kg/m =
관단면구조표에서 관경(D) = (                 )mm, 관규격 = (       X          -          t)일때
A = (                  )㎠/m, I = (              )㎝4/㎝, r = (                  )㎝

 

(3) 관벽의 허용응력
D/r < 294이므로, fc = fb/(안전율) = fy/(안전율) = 2,300/2 = 1,150 ㎏/㎠
294 < D/r < 500이므로, fc = fb/(안전율) = (2800 - 0.00569(D/r)2)/2, ㎏/㎠ (r은 회전반경)
D/r > 500이므로, fc = fb/(안전율) = 0.347 X 109 / (D/r)2 X2, ㎏/㎠

 

(4) 관벽의 소요단면적
Ar = C/fc, ㎠/m = Ar < (                )이므로 O.K

 

(5) 강관의 취급강성
취급강성의 한계는, 파형규격 38X6.5mm(소골)와 68X13mm(중골)에서 FF < 0.242이고
취급강성의 한계는, 파형규격 75X15mm(대골)에서 FF < 0.185인데
취급강성의 한계는, FF = D2E · I, ㎝/㎏ = FF < (          )이므로 O.K

 

(6) 강관의 허용성 높이(좌굴성토 높이)
A = C/fc = Pv X (S/2) / fc = W · H X (D/2) / fc, ㎠/m에서
Hmax = (2 · fc · A)/(W · D), m =

 

(7) 강관의 허용성토 하중(좌굴성토 하중)
Pv.max = W · H, ㎏/㎡ =

 

(8) 강관의 최대허용 외압(좌굴외압 강도)과 최대허용변형(좌굴변형)
최대허용외압 : Wc.max = Hmax · W · D, ㎏/m =
최재허용변형 : PS = E · I/0.14r3, ㎏/㎠ (r은 관반경)
△ymax = Wc.max · D1 · k/(0.149 · PS+0.016 · E'), ㎝ = (          )%

 

(9) 강관의 (5%)변형에 대한 외압강도와 성토높이
(5%)변형 외압강도 : Wc · 5% = (0.149 · PS+0.061 · E')X(0.05 · D)/D1 · k, ㎏/m =
(5%)변형성토 높이 : H5% = Wc.5%/W · D, m =

 

(10) 강관의 설계외압 하중과 상응변형
설계외압하중 : Wc = Pv X D, ㎏/m =
상응변형량(율) : △y = Wc · D1 · k/(0.149 · PS+0.061 · E'), ㎝ = (          )%

 

5) 구조강도 계산서 도해
 
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