건축시공에서의 지반 조사

건축 시공에서 지반조사는 지하구조물 및 건축물의 설계 및 시공 전 그리고 기존 건축물의 보수 및 개조 전에 지하의 지반 상태를 조사하는 것입니다. 대상지역의 지반 정보를 얻을 수 있는 모든 수단이라고 할 수 있으며 간접적인 조사방 번으로는 기존 자료조사가 있고 직접적인 방법에는 현장답사, 시험굴조사, 물리탐사, 사운딩, 시추조사, 원위치시험 등이 있습니다. 지반조사의 다양한 수단별로 각기 장단점이 있으므로 요구되는 정보의 정밀도나 종류 등을 만족하는 범위에서 가장 경제적인 수단을 선택하여야 합니다. 이번 글에서는 이러한 지반조사에 대하여 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

목차

1. 지반조사의 목적

2. 지반조사의 종류

1) 지하탐사법

2) 사운딩 시험

3) 보링 및 샘플링

4) 토질시험

5) 지내력시험

6) 기타 시험

3. 마무리

 

1. 지반조사의 목적

지반조사는 건설공사 대상지반의 지층분포와 토질, 암석 및 암반 등 지반의 공학적 성질을 명확히 파악하여 구조물의 계획, 설계, 시공 및 유지 관리 업무를 수행하는 데 필요한 제반 지반정보를 제공하거나 건설 재료원의 적합성 및 매장량을 확인하기 위하여 실시합니다. 지반조사의 목적은 건설공사에 수반되는 지반의 공학적인 특성을 규명하여 계획입안자, 설계자, 시공자, 감리 및 감독자에게 제공하여 안전하고 경제적인 공사를 수행하는 데 있습니다. 지반조사를 소홀히 할 경우 공사비 증가나 공기의 지연 등을 초래하므로 건설공사의 완벽성을 기하기 위하여서는 충실한 지반조사가 필수적으로 요구됩니다. 지반조사는 지하수위와 지반의 성층상태, 토층의 특성 등을 포함한 지반의 설계정수를 제공하기 위하여 실시하여야 합니다.

 

2. 지반조사의 종류

지반조사의 종류
지하탐사법	사운딩 시험	보링 및 샘플링	토질시험	지내력 시험	기타 시험

 

1) 지하탐사법

지하탐사법은 생땅의 위치, 얕은 지층의 토질, 지하수위 등을 조사하는 방법으로, 종류에는 짚어보기, 터파보기, 물리적 탐사법이 있습니다.

- 터파보기(Test pit)

삽으로 구멍을 파보는 방법으로 경미한 건축물 기초에 사용 (간격 5~10m, 구멍지름 1.0m 내외, 깊이 1.5~3m)

- 짚어보기(Sounding rod)

9mm 정도의 철근을 땅속에 때려 박아보고 저항, 울림, 침하력에 의해서 지반의 단단함을 판단하는 것.

- 항타시험 : 말뚝을 해머로 항타 하여 저항, 울림, 침하력에 의해서 지반의 단단함을 판단하는 것

- 물리적 탐사법

지하지반의 구성층을 판단하는 데 사용

① 전기저항식 지하탐사법(일반적으로 사용)

② 탄성파식 지하탐사법

③ 강제 진동식 지하탐사법

 

2) 사운딩 시험

- 표준관입시험

표준관입시험은 콘크리트 구조물 내부에 있는 철근의 위치나 굵기, 상태 등을 파악하기 위한 비파괴 검사 기법 중 하나입니다. 이 검사 기법은 효율적이면서도 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있어 구조물 안전성 검사나 보수 등에 매우 유용합니다. 이 검사 기법은 갱도나 기둥, 다리 등과 같은 콘크리트 구조물 내부에 세워진 철근 위치를 파악하여 강도 및 취약점 파악, 또한 구조물 내부침입 등의 수정작업까지 수행할 수 있습니다. 표준관입시험에서는 특정 간격으로 철근에 관입된 자석을 이용한 전자기 파장에 따라 자석위치에만 반응할 수 있는 격자패턴의 자석입니다. 이 자석은 철근의 위치나 굵기 등을 파악합니다. 이렇게 측정된 데이터는 컴퓨터와 연결하여 분석하여 구조물의 안정성과 문제점을 파악할 수 있습니다.

- Vane test (베인 테스트)

Vane test는 연약한 취성토층에서 단단한 지층과 취성토층의 경계, 취성토층의 견고성, 취성토의 점성 등을 측정하는 데 사용되는 지반시험입니다. 이 시험은 적용 가능한 구간 깊이가 2m 이내의 연약한 취성토층에서 사용되며, 지표면에서 모래상 약 30cm 정도 세분화된 실린더 안에 채워지는 가랑이 붙어있는 고무판(Vane)을 시료로 사용합니다. 그리고 실린더는 시료를 균일하게 압축시킨 후, 고무판(Vane)의 직경을 토양 내부에 삽입시켜 회전하는 방법으로 시험을 진행합니다. 이 시험에서 취성토층 점성계수는 치수론적으로 구해지며, 결과는 시료 내부에서 회전하면서 발생한 토양에 작용하는 전단응력과 고무판 조건 등의 견고성, 취성토 미세구조의 종류에 의해서 결정됩니다. Vane test 결과는 토양의 특성을 평가하고 지하시공 분야에서 사용됩니다.

 

3) 보링 및 샘플링

보링 (Boring)

보링(Boring)은 지반 조사에서 많이 쓰이는 방법 중 하나로, 펌프나 기계 등을 사용하여 지면에 수직으로 구멍을 내어 지하 토양을 채취하거나 시료를 얻는 것을 말합니다. 보링은 직경이 작은 구멍에서부터 대형 구멍에 이르기까지 다양한 크기의 구멍을 내어 채취 가능하며, 이를 사용하여 지반 조사를 통해 지반의 내부 구조, 토양 조성 및 연질층의 존재 등을 분석할 수 있습니다. 시료 채취 간격과 보조 종류, 담수지 여부, 채취한 시료의 상태 등에 따라 보링 포인트를 선택하고 시료를 채취할 수 있습니다. 보링 테스트를 통해 구름 층의 굵기, 미세한 집진물 혼입 정도, 비균질적 건조도 등을 분석함으로써 지하도로, 다리, 지하철 등의 건축물 지반 조사 및 대책을 수립할 수 있습니다.

샘플링 (Sampling)

지반조사에서 샘플링은 지반 내부의 구조 및 성질을 파악하는 데에 매우 중요한 과정 중 하나입니다. 샘플링을 통해 얻은 지하 토양의 시료를 분석하면서 지반의 강도, 함량, 각종 성분 등을 파악할 수 있습니다. 지반 조사에서는 일반적으로 코어바(core bar)를 사용하여 지하 토양 시료를 채취합니다. 이때 코어바를 사용하는 경우, 지하 토양의 실제 모습과 미세 구조를 파악할 수 있습니다. 또한, 샘플링을 할 때는 각종 형태의 침투 장비를 사용하여 지하 토양을 채취합니다. 지반 샘플링 과정에서는 시료를 채취하는 위치와 채취 방법이 매우 중요합니다. 토양 내부의 특성에 따라 코어바 길이와 채취 장비의 선택, 채취 완료 후의 처리 등이 달라집니다. 따라서 지반시험방법론에서는 이러한 과정에서 방법과 세부 사항 등을 규정하고 있습니다. 채취된 지하 토양 시료는 실험실에서 분석 과정을 거칩니다. 그리고 분석 결과를 바탕으로 지반의 내부 성질 및 구조를 파악하고, 건축물, 다리, 터널 등의 안전성 평가 및 지하수 환경 평가 등 여러 가지 응용 분야에서 활용됩니다.

 

4) 토질시험

분류판별시험

함수량, 비중, 입도, 액성한계, 소성한계, 단위체적 중량 등

역학적 시험

① 압밀시험(Consolidation Test) : 기초 지반이 하중을 받을 때 침하량과 침하속도를 구하는 시험을 말합니다.

② 전단시험 및 압축시험

- (직접) 전단시험 : 전단상자에 흙시료를 담아 수직력의 크기를 고정시킨 상태에서 수평력을 가하여 시험하며 점착력과 내부마찰각을 산출하는 것으로, 종류에는 일면 전단 시험과 이면 전단시험이 있습니다.

- 1축 압축시험 : 보통의 압축시험으로, 토질시험의 경우 1축 압축시험이라고 합니다. 지름 3~7cm, 높이는 지름의 2~2.5배의 원주형의 불교란 시료 공시체를 압축판으로 압축 시험을 합니다.

- 3축 압축시험 : 간접 전단시험 σ1, σ2 측정, c(점착력), φ(내부마찰각) 구함. 고무막에 넣은 원통형의 시료에 일정한 측압을 가하면서 수직하중을 가하며 파괴시킵니다.

 

5) 지내력 시험

지내력 시험은 지반의 안정성을 평가하기 위한 시험 중 하나입니다. 지내력은 지반 내부의 저항력 또는 지반의 마찰력을 나타내는 지표로, 지반 내부의 마찰력을 측정하여 총 지반내력(Frictional resistance)으로 나타낼 수 있습니다. 시험 방법에서는 지내력 시험기를 사용하여 지반 내부의 마찰력을 측정합니다. 시험기는 시료 샘플과 기둥의 실린더 표면에 적용되는 압력 또는 하중을 인위적으로 증가시키면서 시료 간의 마찰력을 측정합니다. 시료 샘플은 인공적으로 제작되거나 현장에서 얻어올 수 있습니다. 시험 결과는 지반의 안정성 및 지구력을 평가할 때 사용되며, 지반공사, 주거용 건물, 다리, 터널 등 건설물의 안전성 평가 등에서 활용됩니다. 또한, 지내력 시험기는 국제표준화기구에서 표준화되어 있어 유럽, 아시아, 미국 등 국제적으로 사용됩니다. 시험기구와 보정, 그리고 측정 방법 등은 지반시험방법론에서 규정하고 있습니다.

 

6) 기타 시험

- 투수성 시험 : 지하수위, 투수계수를 측정

- 양수 시험 : 투수계수 측정

- 간극, 수압 : Piezo meter

- 토압 : 토압계

 

3. 마무리

지반 조사는 건축물의 안전성과 환경 보호를 위해 필수적인 과정입니다. 지반 조사 종류에는 다양한 방법들이 있지만 가장 그 지반에 맞는 적합한 방법을 선택하여 지하 및 지상 구조물 안정성 평가 및 토목공사 설계, 지반보강 및 환경 보호 등에 활용할 수 있습니다. 따라서 지반 조사의 정확성과 신뢰성은 건축물의 안전성, 지속성 및 지역 발전에 영향을 미치는 매우 중요한 요소라는 것을 알아두셨으면 좋겠습니다.