처짐, 이음쇠 균열, 한도를 넘는 타원화로 파낸 매설 PE 파이프는 거의 모두 올바른 파이프였습니다. 없었던 것은 올바른 흙입니다. 폴리에틸렌은 유연한 파이프입니다. 하중을 받으면 조금 처지고, 측면부에서 흙을 옆으로 밀며, 흙이 되밀어 줍니다. 그 파이프–흙 시스템이 교통과 토피를 지탱합니다. 흙의 지지를 없애면, 즉 측면부 아래 공극, 점토 덩어리로 된 되메우기, 다짐 전 장비 통행이 있으면 파이프는 하중을 혼자 지는데, 그렇게 설계된 적이 없습니다.
이 안내서는 작업반과 감리를 위해 썼습니다. 트렌치를 아래에서 위로 따라가며 각 층에서 중요한 수치를 제시하고, 그 수치가 어느 규격에서 왔는지를 밝혀 프로젝트 사양서와 대조할 수 있게 했습니다. ASTM과 EN이 다른 곳은 둘 다 적었습니다.
유연한 파이프는 왜 흙을 따지고 강성 파이프는 따지지 않는가
매설 파이프의 하중은 위쪽 흙기둥과 지표를 움직이는 모든 것에서 옵니다. 강성 파이프는 벽 강도만으로 저항하며 기초 계수로 설계됩니다. 유연한 파이프는 그 하중에 처집니다. 납작해지면서 측면이 주변 채움 흙 쪽으로 밀려나고, 흙의 수동 저항이 하중의 대부분을 떠맡습니다. 잘 다져진 입상 채움에서는 연직 하중의 대부분을 흙이 지고 파이프의 링 강성은 상대적으로 덜 중요합니다. 잘못 시공된 채움에서는 파이프가 제 몫보다 훨씬 많은 하중을 집니다.
Deflection ≈ (K · W) / (0.149 · PS + 0.061 · E′)
가장 단순한 형태의 아이오와 공식: K는 기초 상수(약 0.1), W는 단위 길이당 하중, PS는 파이프 강성, E′는 흙의 반력 계수입니다. PE 파이프에서는 E′ 항이 지배적이어서, 처짐을 정하는 것은 파이프 강성이 아니라 흙의 품질입니다.
트렌치 폭과 깊이
트렌치는 파이프 양옆에 채움재를 넣고 다질 수 있을 만큼만 넓어야 합니다. 더 넓은 트렌치는 파이프에 도움이 안 되고 채우는 데 돈이 듭니다. 최소 폭은 측면부에서 작업해야 하는 다짐 장비의 폭으로 정해지므로 파이프 크기와 함께 커집니다.
| 호칭 지름 | 최소 유효 폭 | 근거 |
|---|---|---|
| DN ≤ 110 | 외경 + 300 mm | 양쪽에 수동 탬퍼가 들어갈 공간 |
| DN 125 – 400 | 외경 + 400 mm | ASTM D2321: 외경 + 400 mm와 1.25 × 외경 + 300 mm 중 큰 값 |
| DN 450 – 900 | 1.25 × 외경 + 300 mm | ASTM D2321; 양쪽에 보행식 플레이트 컴팩터 가능 |
| DN > 900 | 외경 + 600 mm | EN 1610 표 1, 700 mm 초과 파이프 |
토피 깊이가 나머지 절반입니다. 밭과 보도 아래에서는 관정까지 600 mm가 흔한 최소값이고, 도로 아래에서는 관할에 따라 900 mm–1.2 m로 올라갑니다. 바퀴 하중이 관정에 닿기 전에 퍼질 만큼 깊어야 하기 때문입니다. 교통 아래 더 얕은 토피는 콘크리트나 다진 입상재 가교 슬래브로 가능하지만 설계해야지 즉흥적으로 해서는 안 됩니다.
기초: 100–150 mm, 그리고 절대 암반 위에 놓지 않기
트렌치 바닥은 선형과 높이에 맞춰 고르고, 암석·전석·단단한 부분은 제거하고 치환합니다. 기초층은 소구경 파이프에서 최소 100 mm, DN400 초과에서 150 mm, 암반 위에서는 최소 150 mm로 파이프를 놓기 전에 깔고 다집니다. 역할은 파이프 전 길이에 균일한 지지를 주는 것입니다. 두 높은 지점에 걸쳐 사이가 빈 파이프는 보(梁)이고, 폴리에틸렌은 형편없는 보입니다.
- 재료: ASTM D2321 클래스 I(쇄석 6–20 mm) 또는 클래스 II(깨끗한 모래와 자갈). 점토, 유기물, 얼어붙은 재료는 불가.
- 기초와 채움재의 최대 입경: DN400까지 20 mm, 그 이상 25 mm. 파이프 아래 큰 돌은 50년 동안 거기 있는 점하중입니다.
- 지하수가 있으면 모래 대신 쇄석을 쓰고 부설 전에 트렌치를 배수합니다. 고인 물에 넣은 모래는 다져지지 않고 액상화됩니다.
측면부와 채움: 일을 하는 층
파이프가 기초 위에 놓이면 측면부, 즉 양쪽에서 기초와 파이프 중심선 사이의 쐐기 공간을 채우고 다져야 합니다. 파이프 곡면 아래 공간은 손이 닿기 어려워 가장 제대로 하기 힘든 부분이고, 파이프가 기대는 흙이기에 가장 중요한 부분입니다. 여기 남은 공극이 과도한 처짐의 가장 흔한 원인입니다.
- 1
150 mm 층으로 시공
재료를 삽으로 측면부 아래로 밀어 넣어 쐐기를 채운 뒤 각 층을 수동 탬퍼나 좁은 진동 플레이트로 다집니다. 트렌치 깊이 전체를 한 번에 붓고 위에서 다지지 마십시오. 재료가 측면부 위에서 다리를 놓아 공극을 남깁니다.
- 2
양쪽을 함께 올리기
파이프 양쪽의 채움을 같은 층으로 올립니다. 한쪽을 먼저 채우면 파이프가 옆으로 밀려 선형을 벗어나고 기초에서 들릴 수 있습니다.
- 3
채움을 관정 위 150–300 mm까지 올리기
초기 되메우기는 파이프 윗면에서 최소 150 mm(ASTM D2321), 무거운 다짐 장비가 뒤따르면 300 mm까지 이어 관정을 컴팩터와 최종 되메우기의 돌로부터 보호합니다.
- 4
감이 아니라 목표치로 다지기
표준 프록터(ASTM D698) 85 %가 밭 아래 채움의 최소, 90 %가 일반 관행, 도로 아래와 사양서가 정한 곳은 95 %. 트렌치 50 m마다 핵밀도 게이지 검사는 값싼 보험입니다.
초기 되메우기와 최종 되메우기
| 클래스 | 재료 | 기초와 측면부 | 초기 되메우기 | 최종 되메우기 |
|---|---|---|---|---|
| I | 모난 쇄석, 6–20 mm | 권장 | 가능 | 가능 |
| II | 깨끗한 모래와 자갈, 세립분 12 % 미만 | 가능, 다짐 | 가능 | 가능 |
| III | 세립분 12–50 %의 모래와 자갈 | 함수비와 다짐을 관리할 때만 | 가능 | 가능 |
| IVA | 저소성 실트와 점토 | 불가 | 건조 조건에서 다질 때만 | 가능 |
| IVB / V | 고소성 점토, 유기토, 동결토 | 불가 | 불가 | 불가 |
최종 되메우기는 파이프에 대한 구조적 역할이 없습니다. 지표를 복구하는 것이 일입니다. 그래서 굴착토가 보통 괜찮고 입경 한도도 느슨해집니다. 해서는 안 될 일은 관정 위 150 mm 채움 위에 전석을 떨어뜨리는 것입니다. 굴착토가 부적합하면, 즉 젖은 점토나 잔해라면 트렌치 전체에 입상재를 반입하는 비용은 파이프를 파내는 비용에 비하면 작습니다.
암반, 지하수, 도로, 열
- 암반 트렌치: 파이프 아래 150 mm를 더 파고 클래스 I 쇄석으로 기초를 놓습니다. 암반 위나 암석이 튀어나온 바닥에 직접 놓지 마십시오.
- 지하수: 부설 전 기초 아래까지 수위를 낮추고, 배수되는 쇄석 채움재를 쓰며, 세립분이 이동해 지지를 씻어낼 수 있는 곳에는 채움재와 원지반 사이에 지오텍스타일을 검토합니다.
- 도로 아래: 관할의 최소 토피, 채움재와 최종 되메우기 전체에 95 % 프록터, 그리고 주행 차로 아래에 느슨한 채움의 횡단부를 하룻밤이라도 남기지 않습니다.
- 열: PE는 미터당 °C당 약 0.18 mm 팽창·수축합니다. 40 °C 햇볕에서 부설하고 되메운 파이프는 땅이 15 °C로 식히면 이음쇠를 당깁니다. 트렌치에서 파이프를 완만하게 사행시키고, 가능하면 서늘한 시간에 되메우며, 파이프가 지온에 이르기 전에 양단을 고정하지 마십시오.
트렌치를 닫기 전에 시험하기
압력관은 이음부를 노출하고 관체를 되메운 상태로 수압 시험을 합니다. 채움재가 압력 아래 파이프의 움직임을 구속하고, 노출된 이음부가 누수를 보여 줍니다. 중력관은 되메우기 뒤 처짐 게이지나 내경의 95 % 맨드릴을 통과시켜 시공을 증명합니다. 걸리는 맨드릴은 측면부가 어디서 비어 있었는지 알려 주며, 지금 아는 것이 인수 때보다 훨씬 쌉니다.
