건축물 우수 처리: 지하배수와 표면배수 방식

최근 이상기후 현상으로 인한, 여름철 집중호우는 배수(우수) 시설의 역류 및 건축물의 침수로 인한 대규모 재산 피해를 주고 있습니다. 특히 중소규모 건축물에서 임으로 설치되고 있는 배수시설들은 예상된 인재에 가깝습니다. 이글에서는 건축물의 우수처리인 지하배수방식과 표면배수방식을 소개하고 있으며, 배수로 설계를 위한 물리적인 크기와 경사도를 산출 방법을 안내합니다. 여러 가지 사정으로 전문가의 도움을 받기 어려운 현장에서는 이글에서 소개한 최소한의 계산을 하여 우수에 의한 피해가 없기를 바랍니다.

 

지하배수 방식

물의 삼출과 흐름에 의한 잠재적인 손상을 방지하기 위해 공학적 설계가 각각 필요합니다. 배수시설은 흐름에 의한 토양의 과도한 유실을 방지합니다. 지하배수는 지하의 흐름을 차단하고 수원의 흐름으로부터 흙을 타고 스며드는 물을 차단하기 위해 지하수층보다 더 낮은 곳에 설치합니다. 이러한 시설은 특별히 바닥면과 기초 주위 수중목에 그리고 경기장과 경기콘트의 아래쪽에 사용됩니다. 각각의 시설은 유출되는 물을 품어 올려 중력으로 배수하거나, 명확한 유출구를 두어야 합니다. 

배수관의 형태와 설치 방법은 사용조건에 따라 다릅니다. 그리드(Grid), 평행선(Parallel), 헤링본(Herringbone), 랜덤(Random) 또는 지형에 알맞은 임의의 형태로 합니다.

 

● 다양한 토질층에서의 권장 지하배수관의 깊이와 간격

토질종류	토질층의 구성 비율(%)			배수로 하단부의 깊이 (mm)	지하배수로 간격 (mm)
	모래(Sand)	실트(Silt)	점토(Clay)
모래 (Sand)	80~100	0~20	0~20	900~1,200	45,000~90,000
				600~900	30,000~45,000
모래층 로움 (Sand Loam)	50~80	0~50	0~20	900~1,200	30,000~45,000
				600~900	26,000~30,000
로옴 (Loam)	30~50	30~50	0~20	900~1,200	26,000~30,000
				600~900	23,000~26,000
실트 로옴 (Silt Loam)	0~50	50~100	0~20	900~1,200	23,000~26,000
				600~900	20,000~23,000
모래층 점토 로옴  (Sand Clay Loam)	50~80	0~30	20~30	900~1,200	20,000~23,000
				600~900	17,000~20,000
진흙 로옴 (Mud Loam)	20~50	20~50	20~30	900~1,200	17,000~20,000
				600~900	14,000~17,000
실트층 점토 로옴 (Silt Clay Loam)	0~30	50~80	20~30	900~1,200	14,000~17,000
				600~900	12,000~14,000
모래층 점토 (Sand Clay)	50~70	0~20	30~50	900~1,200	12,000~14,000
				600~900	10,000~12,000
실트층 점토 (Silt Clay)	0~20	50~70	30~50	900~1,200	10,000~12,000
				600~900	9,000~10,000
점토 (Clay)	0~50	0~50	30~100	900~1,200	9,000~10,000
				600~900	7,000~9,000

제시된 지하깊이는 최솟값입니다. 기온이 낮을 때나, 흙의 모세관현상이 심할 때, 동결융해현상이 나타날 때는 더 큰 깊이를 사용합니다.

 

● 드라이웰 

드라이웰(Drywell)은 표면의 흘러나오는 물에 대비한 지하처리시설입니다. 그들의 영향은 주위토양의 공극도에 비례합니다. 그리고 그것은 작은 지역의 배수에 효과적입니다. 강우로 인해 유속이 빠른 경우 대부분 흙의 낮은 삼투능력으로 인해 물이 흡수되지 않습니다. 이 초과량은 드라이웰이 일시적으로 저장됩니다. 어느 정도의 기간이 경과되면 토양이 안정되고 웰(Well)이 배수되어 이전의 상태로 되돌려집니다. 

 

표면배수 방식

강우량을 배수하거나 집수 하도록 설계합니다. 이것은 두 가지의 기본형태가 있습니다. 하나는, 소밀 지역에서 주로 사용되고 있거나, 자연 표면이 많이 깔린 More Open Area에서 일반적으로 상용되고 있는 도랑, 배수구, 암거, 또는 Open System들입니다. 대부분의 대지가 과밀하게 도시화된 지역에서 파이프, Inlet/Catchbasin, 맨홀, 또는 Closed System이 사용되고 있습니다. 이 두 가지를 혼합한 방식이 지역과 밀도지역으로 내정된 곳에서 흔히 사용되고 있습니다. 

 

● 고려사항

1. 배수로에 장애가 발생할 수 있으니 가급적 건물에서 이격 시켜 안전하게 설치합니다. 

2. 가능한 한 배수로를 지상으로 하는 것이 경제적인 편입니다.

3. 자동차나 보행자를 위한 경사로 결정 시 표면에서의 제빙 가능성을 고려합니다. 

4. 폭우에서의 강도와 내구성, 허용우수 등 설계항목을 시방에 의해 결정합니다. 

 

수로의 형태와 크기 결정

1. 대지 우수 유출량 산출 

Rational 공식으로 대지 내 우수 유출량을 산출합니다. 

 

Rational 공식  

Q=CIA

(Q:유출량, C:유출계수, I:강우강도, A:면적)

 

○ 유출계수(C) 표: 아래의 유출계수표를 기준으로 유출계수 C값을 정합니다.

건물	지붕	0.95~1.00
	포장도로	0.90~1.00
	도로	0.30~0.90
건물외(미개발 토양)	모래	0.20~0.40
	진흙	0.30~0.75
	잔디	0.15~0.60
개발지역	상업지역	0.60~0.75
	고밀도 주거지역	0.50~0.65
	저밀도 주거지역	0.60~0.55

2. 수로 유출량 산출

① 매닝(Manning)의 공식으로 속도(V)를 결정합니다. 

 

Manning의 공식

V=(1.486/n)X(r의0.67제곱)X(s의0.5제곱)

 

○ Manning의 공식을 위한 n값

주철: 0.012

주름진스틸: 0.032

점토타일: 0.014

시멘트 그라우트: 0.013

콘크리트: 0.015

흙도랑: 0.023

암석 절단 수로: 0.033

곡선 수로: 0.025

 

○ 수로단면에 따른 r값 

사각단면: Wh/(2h+W)

(W:수로폭, h:수로 깊이)

삼각단면: eh/{2(e의2제곱Xh의2제곱)의1/2제곱}

(W:수로폭, e:수로폭의 반)

사다리꼴단면: {hX(W2+e)}/{W2+2X(e의2제곱Xh의2제곱)의1/2제곱}

(W2:수로단면의 밑변, e:수도단면의 윗변에서 밑변을 뺀 값)

반원단면: 2/h

(h:수로폭의 반값)

 

○ 슬로프 s값

슬로프 s값은 (수로 전체 높이차)/(슬로프 전체 길이)

 

3. 대지 내 우수 유출량과 수로 유출량 점검

대지 내 우수 유출량과 수로 유출량을 비교하여 수로 유출량이 크면, 대지 내의 우수를 문제없이 배수할 수 있다고 봅니다.  

 

마무리

최근 이상기후로 인한 집중호우로 배수시설의 중요성이 부각되고 있습니다. 특히 중소규모 건물에서는 적절한 배수시설이 필수입니다. 지하배수와 표면배수 방식은 각각 공학적 설계가 필요하며, 배수로 설계 시 다양한 고려사항이 있습니다. 임의로 설치하기보다는 정확한 계산값으로 설계된 배수시설 설치로, 우수로 인한 피해를 최소화하기 바랍니다.