2장. 기 초 (지반조사 · 지반개량 1-1)

1. 건물과 지반

건축물은 지반에 정착하여 변형, 이동 등이 없고 안전하게 유지되어야 한다. 이를 위하여 건축물은 자체가 튼튼할 뿐 아니라 그 기초부는 견고한 지지기반에 정착되어야 한다. 일반적으로 지층은 소성적이고, 깊이 들어갈수록 치밀하게 다져진

상태이며, 점토층, 모래층, 또는 사력층 등이 중첩되어 있다. 지반은 건물을 포함하여 구조물의 중량이나 가하여지는 외력을 부담시키는 지각의 최상부를 뜻하며, 지질공학적으로는 필요한 지반의 성질은 투사한 때를 제외하면 지표에서 100m 정도의 범위로 하고 있다. 붕괴되지 않고 암반이 풍화된 채로 있는 지반을 생땅이라 하며, 다음으로 단단한지반이라 할 수 있다. 그러나 강안이나 해안 또는 매축지 등의 지반은 연약하며 또 그 깊이는 수십 미터에 이르기도 한다. 지층은 흙과 지하수 그리고 약간의 공기로 구성되어 있다. 따라서 지하수를 배제하거나 압밀하면 공간이 줄어들어 단단한 땅이 된다. 장마시에는 표면수가 잦아들어 상수면잉 상승하고 또한 경사지층 등에서는 유수의 현상도 생기고, 심하면 미세흙도 함께 유출된다. 갈수기라도 일정한 수면으로 유지되는 면을 지하 상수면이라 한다. 흙의 종류는 점토, 실트, 모래 등으로 대별되고 각기 투수성, 압밀성, 점착성 등에 대한 특징이 있다.

 

2. 지반의 종류

지반은 대별하면 암반 곧 돌과 흙으로  구분된다. 흙은 그 알맹이의 크기에 따라 모래, 실트, 점토의 3종류로 구분되며 그 함유량에 따라 분류된다. 3각좌표식 토질분류법에 의하여 분류되기도 한다. 그 대표적인 것은 다음과 같다.

 

모래 - 지름 2.0 ~ 0.074mm

실트 - 지름 0.074 ~ 0.005mm

점토 - 지금 0.005mm 이하

이들 3성분의 중량배분율을 삼각좌표로써 표시하며, 각 성분의 구성비율에 따라 흙의 명칭을 정한다.

 

3각좌표식 토질분류표

실트는 알의 크기가 모래보다 작고 육안으로는 헤아릴 수 없으나 모래와 대체로 같고, 알은 구형에 가깝고 진흙처럼 끈기는 없는 것이 보통이다. 점토는 곧 찰흙은 속칭 진흙이라고도 하며 실트보다 작은 알로 현미경으로도 분별하기 정도의 교질성이 있고 물이 잘 투과되지 않는다. 롬은 흙의 명칭의 하나로 3각좌표식 토질분류법 중의 롬의 범위에 속하는 알지름 분포로 된 흙을 말한다. 이것은 실트와 진흙이 혼합된 것으로 보이지만 그것과는 성질이 다르다 또 화산회, 화산모래와 진흙의 혼합물로 바람에 날리어 퇴적된 것을 말하기도 한다. 이외에 부식토 또는 개흙을 말하기도 한다 보통 흙은 이것들이 둘 이상 섞여 있는 것이며 모래가 많고 그에 가까운 성질의 진흙을 진흙질 모래라 하고 반대로 된 것을 모래질 진흙이라 한다.

 

3.지반의 성질

지반의 지지력 또는 토압을 문제로 할 때에는 지반의 구성 토사에 따라 그 점착력과 내부마찰각이 흙의 역학적 성질을 지배한다. 흙은 일반적으로 그 구성하는 실질 부분인 토립자 이외의 물과 공기가 점유하고 있는 부분을 간극이라 하며, 물을 간극수라 한다. 이 간극이 흙 입자인 고체부분과 비슷한 체적으로 되어 있는 것이 흙의 공학적 특성이기도 하다. 점착력이 강한 점토층은 투수성이 적고 또한 압밀되기도 한다. 모래층은 점착력이 비교적 적거나 무시할 수 있는 정도이고 투수는 잘 되며 다지면 비교적 견공으로 될 수 있다. 연속하여 존재하는 흙의 간극을 물이 통과 이동할 수 있는 성질을 투수성이라 하고 자갈층 모래층은 투수성이 큰 편이지만 젖은 점토층은 투수성이 적다. 투수시험에 쓰이는 투수시험기가 있다. 흙의 전단강도의 성분 중에 흡착수의 상호작용에 의한 부분 곧 전단면에 작용하는 수직응력에 비례하지 않는 부분이다. 상접하는 두 면간의 상대속도가 있을 때 경계면에 생기는 전단에 대한 저항을 내부마찰이라 하며 경계면에 작용하는 수직응력과 전단저항력과의 관계를 보이는 직선이 수직 응력 축과 이루는 각을 내부마찰각이라고 한다.

내부마찰각

4. 지반조사법

지반을 조사하는 방법은 여러 가지가 있으나 대지 현장 답사와 계획건물의 개요 등을 아울러 고려하면서, 조사방법 범위 및 조사 깊이 등을 선전해야 한다. 하천변이나 저지대를 메운 땅은 대개 연약층이 상당히 깊을 수도 있고 개흙층 모래층 진흙층이 교대로 중복하여 나타날 때도 있다. 조사 요점을 개괄적으로 살피면 다음과 같다.

 

# 과거 또는 현재의 지층 표면의 변천사항 (경사지, 매축지, 못, 하천터)

# 각 지층의 구분, 깊이, 토질, 치밀성

# 지하수위, 출수량, 수질, 지하유수방향, 동결선

# 도로, 인접건물, 지하매설물 등에 미칠 영향 기타

 

터파보기 : 비교적 얕은 지반조사로 건물의 건설에 적합한가를 결정하기 위하여지반에 구덩이를 파보는 일을 터파보기라 한다. 이것은 흙의 시료를 채취하고 지하수의 깊이를 결정하는 목적도 있다. 또 생땅을 조사하고 또한 기반층의 거리 등을 결정하기 위하여 작은 지름의 구멍을 파보는 것이다. 지름 1m내외 깊이 2~3m 정도의 구멍을 우물 파듯이 파보는 것이고 더욱 깊어지면 주위벽이 무너지지 않게 흙막이를 하고 파낸다. 이것은 지층상태를 파악할 수 있을 뿐 아니라 그 밑바닥은 지내력시험도 할 수가 있다. 그러나 너무 깊어지면 과대한 비용이 들어가므로 최대 깊이는 3m가 적당하다.

 

짚어보기 : 지름 2.5cm 정도의 쇠막대 또는 철관의 탐사간을 이어 내리면서 인력으로 박거나 꽃아 내리고 그때의 손짐작으로 굳은지층의 깊이, 지내력 등을 추정하는 방법이고 또는 핸드보링이라고 한다. 이것은 상부 지층이 무르고 굳은 지층이 비교적 얕게 있을 때 이용되면 돌덩이 옛기초 등의 지하 매설물도 짐작할 수 있는 간단한 방법으로서 경험이 많으면 어느 정도는 판단할 수 있다. 또 탐사간의 끝에 갈고리를 만들어 간간히 뽑아보면 지질시료도 얻을 수 있어 지질을 판단할 수도 있으나 중요한 공사에는 사용할 수 없다.

 

사운딩 : 보링구멍을 이용하거나 또는 직접 지표에서 시험기를 정적 또는 동적으로 지중에 관입시켜서 흙의 저항을 측정하고 그 위치에서의 토층의 상대밀도 또는 점조도를 추정하는 조사방법의 총칭이다. 원추, 샘플러, 저항날개를 또는 뽑기 등으로 지반의 저항을 탐사하는 것을 사운딩 또는 탐사라 한다. 사운딩은 측정 작업상 정적 사운딩과 동적 사운딩으로 나눈다. 정적 사운딩 시험기의 일종으로 콘 페네트리미터가 있다.

사운딩

동적 사운딩은 낙추로 선단원추 또는 샘플러를 처박는 충격시험에 샤르피시험기가 쓰인다. 정적 사운딩은 정적 가력 곧 가력기기나 중량물을 사용하여 서서히 하중을 가하여 관입시키는 것을 말한다. 이 방법은 콘을 눌러 꽂는 데 소요되는 힘을

측정하거나 일정 하중을 가하여 일정 깊이에 관입시키는 데 소요되는 회전수의 측정 또는 십자날개를 토중에 눌러꽂고 회전 모멘트를 측정하는 방법 등이 있다.

 

5. 보링

보링을 시추 또는 시찬이라고도 하며 적당한 굴삭기계와 기구를 써서 지반에 지름 60~300mm 정도의 구멍을 소요 깊이까지 뚫으면서 시료를 채취하고 지하수와 지반의 구성 등을 조사한다. 또 그 속에서 지내력 등의 원위치 시험을 실시할 목적에도 쓰인다. 이 원위치도에서 시험한 흙의 강도를 원위치 강도라 한다.

 

수세식 보링 : 지중에 내외관의 2중관을 처박으면서 내관을 통하여 밑끝에서 물을 뿜어내어 외관 밑의 토사를 무르게 하거나 씻어 올리며 외관을 내리 박고 또한 지상에 설치한 침전통에 씻어 올린 물을 받아 흙을 침전시킨다. 외관지름 7.5~18cm, 내관지름 2.5~6cm를 쓰고 연질지반에는 수동펌프를 경질 깊은 층에서는 전동펌프를 쓴다. 이 방법은 깊이 30m 정도의 연질층에 사용된다.

 

충격식 보링 : 이것은 비교적 깊은 경질지층까지 뚫어보는 방법이고 지중에 철관을 처박고 끝에 착공날을 단 축대를 관 속에서 상하로 움직이면서 회전하여 충격력과 회전력으로 관내의 토석을 뚫는다. 착공날을 토사시료채취용구로 바꾸어 쓰면 시료를 채취할 수 있다. 케이싱 철관은 지름 10cm 살두께 6mm 길이 1.5m의 것을 이어 쓴다. 

 

회전식 보링 : 중공의 강철제 코어튜브를 회전하여 지반을 뚫고 지층을 원통상으로 채취한다. 철관이 들어갈 때에는 진흙층은 압축되고 암석층은 부스러지므로 지층의 언상태 그대로는 아니자만 지층을 분쇄하지 않고 연속적으로 시료채취할 수 있어 가장 정확한 방법이다. 시료채취기를 샘플스플리터라고도 한다.