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도로 배수시설 설계 및 관리 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 도로의 배수시설은 표면수 침투나 지하수 유입으로 인한 지반지지력 약화, 비탈면 유실 방지, 포장 파손 방지, 노면 배수 불량으로 인한 미끄러짐 사고 예방 등 도로 기능 유지 및 교통 안전에 중요한 역할을 수행한다.
- 따라서 신속한 노면 및 비탈면 배수, 침투된 물의 지하 배수, 횡단 배수, 종단 배수, 구조물 배수, 측도 및 도로 인접지 배수 계획을 수립해야 한다.
- 도로 전 구간에 대한 배수가 원활히 이루어질 수 있도록 배수 형태, 설계 빈도, 배수 방법, 규격 산정 등 배수 계통을 고려하여 설계해야 한다.
- 설계 시 현지 지형, 기상, 지질, 이상 기후 등 조건을 충분히 고려해야 하며, 공용 기간 중 청소, 보수, 점검 등 유지 관리 측면도 고려해야 한다.
1.2 적용범위
- 본 기준은 도로법 제10조에 따른 도로에 설치하는 배수 시설의 설계 및 관리에 적용한다.
1.3 참고 기준
- 내용 없음
1.4 용어의 정의
- 내용 없음
1.5 기호의 정의
- 내용 없음
1.6 시설물의 구성
- 도로 배수 시설은 대상 구역별로 다음과 같이 구분된다.
1.6.1 노면 배수
- 노면에 내린 우수를 원활히 처리하기 위해 설치한다.
- 우천 시 노면 배수를 신속히 처리하여 도로 안전을 확보한다.
- 시설: 측구(L형 측구, U형 측구, 선배수 시설 등), 흙쌓기부 배수턱, 집수정(L형 측구 하단, 중분대 집수정 등), 배수관(종배수관, 중분대 배수관 등), 배수구(우수받이, 맨홀 등)
1.6.2 비탈면 배수
- 도로 비탈면에 내린 우수 및 비탈면으로 유입되는 우수(노면 배수, 도로 인접지 우수 등)를 배수 처리하기 위해 설치한다.
- 흙쌓기부와 땅깎기부 비탈면 및 비탈면 끝에 설치되는 배수 시설로서, 우수를 기존 배수로 또는 하천으로 배수하기 위해 설치한다.
- 시설: 흙쌓기 및 땅깎기부 종배수구, 종배수구와 접속하는 집수정 및 부속 구조물, V형, U형, 산마루, 소단 측구 등
1.6.3 지하 배수
- 지하수위가 높아져 노상, 노체 등에 유입되는 침투수로 인한 지지력 약화, 포장 파손 등을 방지하기 위해 설치한다.
- 지하수위를 낮추고, 침투수를 배수하기 위해 설치한다.
- 시설: 맹암거, 유공 배수관, 배수층 등
1.6.4 횡단 배수
- 도로와 도로 인접 지역으로부터 유입되는 우수를 하천 또는 수로 등으로 배수시키기 위해 설치한다.
- 소하천 및 수로 상류 지역의 유역 면적을 정확히 파악하고, 장래 개발 계획 등을 반영하여 도로 인접 지역의 호우 피해 예방 및 도로 기능 보전을 위해 설치하며, 충분한 통수 단면을 확보해야 한다.
- 시설: 암거(box culvert), 배수관(circular pipe)
1.6.5 구조물 배수
- 구조물 배수를 원활하게 하기 위해 설치한다.
- 시설: 터널, 교량 및 고가, 옹벽 등의 배수 시설
1.6.6 도로 인접지 배수
- 도로의 보전, 교통 안전을 위해 도로 인접지의 배수 구역에 내린 빗물을 배수하기 위해 설치한다.
- 시설: 집수정, 배수구, 관거 등
1.6.7 측도 배수
- 공사용 도로, 부체 도로, 접속 도로 등의 노면 및 비탈면과 측도에 접하여 있는 배수 구역의 배수를 위해 설치한다.
- 시설: 집수정, 배수구, 배수관 등
1.7 설계 고려 사항
- 유량을 통과시키기 위해 충분한 통수 단면을 가져야 한다.
- 청소 및 보수가 용이한 구조물이어야 한다.
- 내구성 및 안전성을 가져야 한다.
- 민원의 소지가 없는 우수한 시설이 되어야 한다.
- 환경 친화적인 구조물로 계획되어야 한다.
- 지형 여건에 맞는 시설 규모와 계획을 수립해야 한다.
2. 조사 및 계획
2.1 개요
- 도로 배수 시설의 규모는 설계 홍수량으로 결정하며, 유역의 크기, 유역의 특성, 유출 특성을 종합적으로 고려하여 산정한다.
- 설계 홍수량 추정 방법은 유역 면적에 따라 합리식과 (합성)단위 유량도법, 유역 추적법, 수문 곡선법 등으로 구분하여 적용한다.
- 강우 강도는 강우 지속 시간 5분을 적용하며, 강우 강도-지속 기간-빈도 (I-D-F)곡선 또는 강우 강도 공식으로부터 결정한다.
2.2 설계 빈도
- 설계 빈도는 설계 유량 이상의 유출량이 발생하였을 때 배수 시설의 중요도, 위험도, 경제성 등을 고려하여 관계 기관과 협의하여 결정하며, 배수 시설별 설계 빈도의 적용은 표 2.2-1과 같다.
- 특히, 하천을 횡단하거나 하천 구역을 일부라도 점유하게 되는 구조물은 해당 하천의 하천 기본 계획에 따르고, 미수립된 경우는 관계 기관과 협의하여 결정하거나 하천 설계 기준에 따른다.
| 구분 | 배수 시설 | 설계 빈도(년) |
|—|—|—|
| 일반 도로 | 암거 | 30 |
| | 배수관 | 30 |
| | 노면 | 10 |
| | 비탈면 | 10 |
| | 측도 및 인접지 도로 | 10 |
| 산지부 도로 | 암거 | 50 |
| | 배수관 | 50 |
| | 노면 | 20 |
| | 비탈면 | 20 |
| | 측도 및 인접지 도로 | 20 |
| 도시부 도로 | 암거 | 50 |
| | 배수관 | 50 |
| | 노면 | 10 |
| | 비탈면 | 10 |
| 집수정 등 배수 구조물간 접속부 | 접속 시설물 중 빈도가 큰 값 적용 | |
2.3 유역 면적
- 배수 시설 설치 지점의 유역 면적은 상류 유역 전체를 포함하는 적정한 축척의 지형도와 항공 사진, 현장 조사 등을 통하여 충분히 검토한 후 결정한다.
2.4 도달 시간
- 강우 도달 시간은 유입 시간과 유하 시간의 합으로 표시하며, 강우 지속 시간이라고도 한다.
- 유입 시간은 배수 구역의 가장 먼 지점에서 배수공 최상단류까지 강우가 유입되는 시간을 의미하고, 유하 시간은 강우가 배수 시설물이나 하천을 유하하는 데 걸리는 시간을 의미한다.
- 강우 도달 시간(Tc)은 배수 시설물, 지표면의 상태에 따라 유입 및 유하 시간으로 구분하여 산정한다.
- 최소 강우 도달 시간은 5분을 적용하되, 5분을 초과할 경우 분 단위로 계산 값을 적용한다.
2.5 강우 강도
- 배수 시설물 설계 시 설계 홍수량 산정에 사용되는 강우 강도는 강우 강도 지속 시간 빈도 곡선(Intensity–Duration-Frequency) 또는 강우 강도 공식을 사용한다.
- 확률 강우량도의 지역별 확률 강우량을 적용하고, 관측소가 없는 지역은 최인접 관측소 확률 강우량을 사용하되, 계획 대상 지점의 강우 강도-지속 시간-발생 빈도 곡선(I.D.F 곡선, intensity duration frequency)에 따른 확률 강우량과 비교 후 큰 값을 적용한다.
- 단, 중요한 배수 시설물은 관계 기관 및 발주 기관과 협의 후 설계 강우 강도를 정하여야 한다.
2.6 설계 홍수량
2.6.1 설계 홍수량의 추정 방법
- 충분한 관측 유출량 자료가 있는 경우에는 빈도 해석을 이용하여 직접 산정하며, 유역 면적이 4km2 미만이거나 유역 또는 하도의 저류 효과를 기대할 수 없는 소규모인 경우 합리식을 적용하고, 4km2 이상 중규모는 지표면 유출 결과를 바탕으로 하천 유출량을 산정하는 방식을 사용한다.
2.6.2 합리식(Rational Method)
- 합리식은 강우 유출과 직접 연관을 가지며, 유역 면적이 4.0km2 미만일 때 사용되고, 다음 식으로 표시된다.
Qd = C·I·A (2.6-1)
여기서,
– Qd: 설계 홍수량(m3/sec)
– C: 유출 계수(표 2.6-1 참조)
– I: 강우 강도(mm/h)
– A: 유역 면적(km2)
| 유역 면적의 상태 | C값 | 유역 면적의 상태 | C값 |
|—|—|—|—|
| 포장면 | 0.9 | 가파른 산지 및 법면 | 0.8 |
| 가파른 계곡 경작지 | 0.8 | 논 | 0.8 |
| 완만한 산지 | 0.7 | 완만한 경작지 | 0.7 |
| 도시 지역 | 0.7 | 잡지 | 0.6 |
| 경작하는 평작지 | 0.5 | 경작하는 평계곡 | 0.6 |
| 수림 | 0.3 | 밀림 수림과 덤불숲 | 0.2 |
2.6.3 빈도 해석에 의한 설계 홍수량
- 홍수량 자료가 있을 경우, 관측 년수만큼의 유량 계열 작성이 가능하므로, 이를 이용한 홍수량의 빈도 해석으로 설계 홍수량을 산정하며, 지점 자료의 관측 수가 20개 이상이 되어야 안정적인 분석 결과를 할 수 있다. 자료의 관측 년수가 짧으나, 큰 재현 기간을 가진 홍수량을 추정하기 위해서는 지역 빈도 해석이 보다 적절할 수 있으며, 배수 유역의 오랜 관측에 따른 긴 자료가 사용 가능한 경우는 홍수 특성을 종속 변수로 하고, 선택된 유역의 지형 학적, 기상 학적 인자를 독립 변수로 삼는 다중 회귀 모형을 이용할 수 있다.
2.6.4 강우-유출 관계에 의한 설계 홍수량
- 설계 강우량을 강우-유출 관계를 나타내는 강우 유출 모형을 이용해서 홍수 수문 곡선을 계산하는 방법으로 유역 면적이 4km2 이상 중규모 유역의 설계 홍수량 산정은 단위 유량도법, Snyder의 합성 단위 유량도법, 미국 토양 보전국의 합성 단위 유량도법, Clark의 유역 추적법 등을 사용한다.
2.6.5 기타
- 본 기준 이외의 하천의 수문 조사 및 분석 등은 하천 설계 기준 및 홍수량 산정 표준 지침 등을 참고한다.
2.7 소요 통수 단면
2.7.1 개요
- 물의 흐름은 수로 단면을 채우고 흐르는 관 수로의 흐름과 자유 수면을 갖는 개수로의 흐름으로 구분할 수 있다.
- 도로 배수 시설은 단면 형상에 관계없이 자유 수면이 존재하는 개수로의 상태가 일반적이며, 통수 단면을 설계할 때에는 유지 관리의 효율성, 퇴적의 정도 등을 고려하여 충분한 단면을 갖도록 산정한다.
2.7.2 평균 유속
- 개수로의 평균 유속은 매닝(Manning) 공식을 사용하여 산정한다.
V = (1/n)·R^(2/3)·S^(1/2) (2.7-1)
여기서,
– V: 평균 유속(m/sec)
– n: 매닝 조도 계수(표 2.7-1 참조)
– R: 동수 반경(m)
– S: 수로 경사(m/m)
2.7.3 소요 통수 단면
Qi = A·V (2.7-2)
여기서,
– Qi: 통수 유량(m2/sec)
– A: 통수 단면적(m2)
| 수로 상태 | n값 | 수로 상태 | n값 |
|—|—|—|—|
| 시멘트 콘크리트 파이프 | 0.013 | 0.015 | 강관 | 0.011 | – |
| 시멘트 콘크리트 수로 | 0.015 | 0.017 | 개수로 | | |
| 시멘트 콘크리트 수로 | 매끈한 표면 처리 | 0.013 | |
| | 미장 마감 | 0.014 | |
| | 거친 표면 처리 | 0.015 | |
| | 바닥에 자갈 산재 | 0.015 | 0.017 |
| | 양호한 단면 | 0.016 | 0.019 |
| 아스팔트 수로 | 매끈함 | 0.013 | |
| | 거칠음 | 0.016 | |
2.7.4 경제적인 수로 단면
- Manning의 유량 공식은 Q = K·S1/2로 표현할 수 있는데 K는 통수 단면의 형상과 조도 계수에 관계되는 식으로 수로의 통수 능력(conveyance)이라 한다.
- 통수 능력(K)은 수로의 윤변이 작을수록 커지며, 통수 능이 커질수록 처리할 수 있는 유량은 커지게 되어 수리적으로 가장 유리한 단면 즉, 경제적인 수로 단면이 된다.
| 구분 | 단면도 | 경제적인 단면의 조건 |
|—|—|—|
| 직사각형 수로 | | B = 2·H |
| 사다리형 수로 | | a = 60° |
| 원형 수로 | | |
3. 재료
- 내용 없음
4. 설계
- 내용 없음
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