도로의 개설과 같이 선형이 긴 기반시설은 토공의 계획에 따라 시공성과 경제성이 크게 좌우됩니다. 산을 깎거나 터널을 뚫고, 교량을 놓는 등 추가 시설물의 규모 결정과 위치 선정에 있어 유토곡선 작성 및 토량배분 계획에 따라 사업전체가 변경되기도 합니다.
이번에는 토공량을 산정하는 방법과 유토곡선을 그리는 방법, 그리고 토량의 배분계획에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
토공량 산정방법
토공량을 산정하는 방법은 줄자를 가지고 직접 재는 것이 가장 정확합니다. 토공량의 단위는 세제곱미터로 가로, 세로, 높이 값을 곱하여 나오는 체적이 바로 토공량이 됩니다.
최근에는 기술의 발달로 드론을 활용해서 3D 모델링 작업을 거쳐 토공량을 구하기도 하지만, 가장 기본적인 방법인 양단면평균법을 알아보겠습니다.
양단면평균법으로 토공량 구하기
양단면평균법은 단어 그대로 양쪽의 단면을 평균하여 토공량을 산정하는 방법으로, 20m 간격으로 캐드상에 횡단면도를 작도한 후 횡단면 2개의 면적을 구한 값을 산술평균하여 길이(20m)를 곱하여 구하게 됩니다.
이방법을 이용해 토적표를 작성하여 모두 합하면 전체 토공량이 됩니다.
횡단면도 작성 방법
과거에는 광파기를 이용해 측량을 하였으나, 요즘은 “GPS 측량기”라는 유용한 기계가 보급되어 간편하게 현황측량이 가능해졌습니다.
참고로 자그마한 산 하나를 측량하려고 GPS를 들고 이 언덕 저 언덕을 다니면 하루가 금방 지나갈 것입니다. 큰 규모의 측량은 역시 드론을 활용해서 구하는 편이 실용적이고 빠를 것입니다.
노선을 선정하였으며 GPS를 들고 20m 간격으로 측설기능으로 측점 위치(횡단에서 센터)를 찾은 후 그 측점에서 횡방향으로 이동하며 z값을 측량합니다.
이때 높이가 변화하는 구간마다 표고값을 측량하여 캐드 상에 좌표를 높이값을 찍고 그 점을 이으면 횡단도면이 완성됩니다. 횡단을 그린 후 캐드에서 면적을 구하면 됩니다.
유토곡선(Mass Curve)과 토량배분
도로 설계시 가장 중요한 요소로 토량배분을 꼽을 수 있는데요. 절토량과 성토량을 최적으로 산정하여 현장에서 사토량과 순성토량이 “0”에 가깝게 계획한다면 가장 이상적이라고 할 수 있겠습니다.
다만 너무 절성토량에만 초점이 치우치게 되면 교량이 설치되고 터널을 뚫어야 하는 경우가 발생할 수도 있기 때문에 공구별로 나누어 절성토량을 조절하는 등 설계에 있어 많은 경험에서 나오는 노하우가 필요합니다.
유토곡선이란
토공량을 효과적으로 배분하기 위해 유토곡선을 그려 계획에 이용합니다.
유토곡선이란 공사 시점과 종점까지의 토량의 변화를 절토량과 성토량의 누적량으로 도식화하여 나타낸 그래프로 토공량과 평균운반거리, 운반장비의 선정 등을 위해 사용합니다.
위의 곡선이 계획선에 따른 원지반고를 나타내며 위로 볼록한 부분이 절토 아래로 볼록한 부분이 성토하는 부분입니다.
절성토량을 누적하여 아래쪽에 x축 균형선(기본선)을 기준으로 곡선을 그리는데요. 절토에서 성토로 바뀌는 부분은 극대치, 성토에서 절토로 바뀌는 부분이 극소치라 합니다. 유토곡선에서 기울기가 우상향 하는 구간은 절토 우하향 하는 구간은 성토라고 보시면 됩니다.
균형선과 평행한 선을 임의로 긋게 되면 유토곡선과 만나는 두 점이 생기는 데요. 이 두 점에서의 토공량이 같다고 보며 두 점의 위치와 동일한 y축 상에 절토량과 성토량의 합은 같습니다.
다시 말해서 균형선과 평행한 선이 유토곡선과 만나는 두 지점, 그 사이의 거리 내에서는 절성토량이 “0”이 됩니다. 이때 이 거리가 20m 이하일 때는 무대운반으로 계산하며, 60m 이하는 도쟈 운반, 그 이상은 덤프운반으로 계산해야 합니다.
무대운반이란
무대운반이란 도쟈가 블레이드로 토사를 밀고 이동할 때 자동으로 성토되는 구간을 말하며 보통 20m까지 무대운반으로 계산합니다.
유토곡선에서 평행선의 조정
균형선과 평행한 선은 시작지점부터 종점까지 1개의 선으로 그을 수도 있고, 여러개로 나눠 그을 수도 있습니다. 따라서 이 평행선을 긋는 노하우가 토량 배분에 있어 중요하다 할 수 있습니다.
유토곡선과 토량배분의 개념에 대해 알아보았는데요. 실제로 토량배분에 있어서는 횡단에서의 토공량의 계산(보통 무대처리), 지반의 상태(토사, 리핑암, 발파암 등)에 따라, 공구를 어떻게 나눌 것인지 등 고려해야 할 사항들이 많습니다.