[NCS-학습모듈의 위치]
대분류 건설
중분류 토목
소분류 토목 시공
세분류
토공 능력단위 학습모듈명
지반 개량 도면 검토
상하수도 도면 및 설계도서
포장 설계도서 검토 검토
수중 구조물
시공 시공 관리 계획 상하수도 공정·안전·품질
관리 계획 수립
삭도 시공 현장 조사 상하수도 현장 조사
궤도 시공 상하수도 자재 관리 상하수도 자재 관리
상하수도 시공 상하수도 시설 공사 상하수도 시설 공사
보링 그라우팅 상하수도 관로 공사 상하수도 관로 공사
철강재 시공 시공 검사 상하수도 시공 검사
준설 석축
차 례
학습모듈의 개요 1
학습 1. 토공 및 기초 공사하기
1-1. 토공 및 기초 공사 계획 수립 및 조치 3
1-2. 토공 및 기초 공사 결과 확인 27
• 교수・학습 방법 41
• 평가 42
학습 2. 구조물 공사하기
2-1. 구조물 공사 45
2-2. 동바리 및 배수 처리 시설 설치 69
2-3. 구조물 공사 결과 확인 78
• 교수・학습 방법 86
• 평가 87
학습 3. 방수 공사하기
3-1. 방수 공사 순서와 방법 결정 89
3-2. 방수 공사 결과 확인 100
• 교수・학습 방법 109
• 평가 110
학습 4. 설비 공사하기
4-1. 설비 공사 계획 수립 및 시공 112
4-2. 설비 보호 및 안전 검토 122
• 평가 132
학습 5. 부대 공사하기
5-1. 포장 및 도장 공사 134
5-2. 조경 및 울타리 공사 139
5-3. 가시설물 설치 146
• 교수・학습 방법 150
• 평가 151
참고 자료 153
상하수도 시설 공사 학습모듈의 개요
학습모듈의 목표
상수원수 및 하수를 처리장에서 계획된 수질 기준 이내로 처리, 공급하기 위하여 시공되어지는 각종 시설 공사를 시행할 수 있다.
선수학습
토목 공학 개론, 상하수도 공학
학습모듈의 내용체계
학습 학습내용 NCS 능력단위요소
코드번호 요소명칭 수준
1. 토공 및 기초 공사 하기
1-1. 토공 및 기초 공사 계획 수립 및 조치
1402020706_14v2.1 토 공사하기 4 1402020706_14v2.2 기초 공사하기 4 1-2. 토공 및 기초 공사 결과
확인
1402020706_14v2.1 토 공사하기 4 1402020706_14v2.2 기초 공사하기 4
2. 구조물 공사하기
2-1. 구조물 공사
1402020706_14v2.3 구조물 공사하기 5 2-2. 동바리 및 배수 처리 시설
설치
2-3. 구조물 공사 결과 확인
3. 방수 공사하기
3-1. 방수 공사 순서와 방법
결정 1402020706_14v2.4 방수 공사하기 4 3-2. 방수 공사 결과 확인
4. 설비 공사하기
4-1. 설비 공사 계획 수립 및
시공 1402020706_14v2.5 설비 공사하기 5 4-2. 설비 보호 및 안전 검토
5. 부대 공사하기
5-1. 포장 및 도장 공사
1402020706_14v2.6 부대 공사하기 4 5-2. 조경 및 울타리 공사
5-3. 가시설물 설치
핵심 용어
지반 지지력, 장비 조합, 땅깍기, 흙쌓기, 연약 지반, 흙막이 공법, 지지력 산정, 콘크리트, 방 수·방식, 상하수도 설비, 펌프, 안전, 포장, 도장, 조경, 울타리, 가시설물
학습 1 토공 및 기초 공사하기
(LM1402020706_14v2.1,2)
학습 2 구조물 공사하기(LM1402020706_14v2.3) 학습 3 방수 공사하기(LM1402020706_14v2.4) 학습 4 설비 공사하기(LM1402020706_14v2.5) 학습 5 부대 공사하기(LM1402020706_14v2.6)
1-1. 토공 및 기초 공사 계획 수립 및 조치
학습 목표
• 현장의 토질, 지형, 주변 영향 등 현장 여건을 고려하여 작업 순서와 방법을 결정할 수 있다.
• 공사 물량, 공사 규모 등 현장 여건에 따라 적절한 장비 조합을 할 수 있다.
• 토취장, 사토장 등 토공 유용 계획을 결정할 수 있다.
• 해당 공사 지장물은 관련 기관과 협의하여 적절한 조치를 할 수 있다.
• 발생된 토사 및 폐기물은 계획된 장소로 이송 조치할 수 있다.
• 기초의 종류, 지반 조건 및 공사 현장 여건에 따라 작업 순서, 장비의 선정, 작업 방 법을 결정할 수 있다.
필요 지식
/ 토공사
구조물 공사에서 토공사는 대지 조성을 위하여 대지 정리, 기초 파기, 흙막이 공사, 배수, 되메우기, 성토, 잔토 처리 등을 말하며, 대지 조성에 부수되는 흙막이 벽이나 석축, 배수 로 등이 토공사에 포함된다.
구조물 공사 중에서 공기나 공사비의 변수가 가장 많은 것이 토공사이다. 이는 토공사의 주가 되는 터파기에서 예측하지 못한 지하수나 암반 그리고, 강우 등의 기후 영향을 받기 가 쉽기 때문이다. 토공사는 이러한 위험을 예측하고 방지하기 위하여 지반 조사를 하며, 지반조사의 방법으로는 직접 터파보기, 보링을 행하고 있으며, 이에 채취한 토사로 흙의 지내력과 침하량을 측정하는 토질 시험을 한다.
1. 토공 주요 용어 (1) 벌개 제근
단계의 공종으로 나무뿌리가 썩어 지반이 침하하는 것을 방지하기 위하여 실시하는 작 업이다.
(2) 표토 처리
산림 지역이 아닌 논, 밭 등의 초목류를 제거하는 것으로 토공사 작업을 위한 준비 단 계 공종으로 초목류가 썩어 지반이 침하하는 것을 방지하기 위하여 실시하는 작업이다.
땅깍기
흙쌓기 원지반
bench cut 투수성 재료
산마루 측구
[그림 1-1] 토공 각부의 명칭
(3) 땅깎기(절토, cutting)
인력 또는 굴삭기, 불도저의 중장비로 흙을 깎는 공사이다.
(4) 터파기
절토와 유사한 개념이나 구조물 시공을 위한 흙깎기를 터파기라고 한다. 중요한 구조 물의 터파기는 연암층까지 굴착하여 구조물을 시공한다.
(5) 산마루 측구
임야를 절토할 때 절토사면과 산림과의 경계 지점에 설치하는 빗물받이로 우수가 절토 사면으로 흘러내려 절토사면이 유실되지 않도록 설치하는 배수로이다.
(6) 흙쌓기(성토, banking)
필요한 곳에 흙을 쌓는 공사로 흙깎기와 반대되는 용어이다. 일반적으로 성토는 광활 한 지역에서 대형 다짐장비로 흙을 다지며 흙을 쌓는 공사를 의미한다.
(7) 뒤채움
구조물 배면에 배수성이 좋고 압축성이 작은 쇄석 등 양질의 재료로 치환하여 채우는 공종으로, 차량 등 하중 재하에 따른 구조물과 토공과의 접속부 침하를 방지하기 위하 여 뒤채움 시공을 실시한다.
(8) 되메움
구조물 시공 후 흙을 채우는 공사로 터파기에서 나온 흙을 사용하여 구조물 배면을 채
(9) 토취장
토사, 암 등 성토용 재료를 채취하는 장소이다.
(10) 사토장
연약한 불량 토사(예: 함수율이 높아 압밀 침하가 큰 토사) 또는 성토재로 쓰고 남는 토사를 모아두는 장소이다.
(11) 순성토
공사 현장 내에서 흙깍기, 터파기 등 굴착 및 절토 공사로 발생한 흙의 토량이 성토량 보다 부족하여 토취장 등 외부로부터 반입하여야 하는 성토량을 순성토라고 한다.
(12) 유용 성토
공사 현장 내에 굴착 및 절토 공사로 발생한 흙을 동일 현장 내 성토재로 사용하는 것 을 유용 성토라고 한다.
(13) 사토
순성토와 반대되는 용어로 공사 현장에서 유용하고 남는 토량으로 현장 외부로 반출하 여야 하는 토량을 지칭한다.
(14) 잔토
사토와 유사한 용어이나 잔토는 구조물 되메우기 후 남는 토량을 의미하며, 공사 현장 에서 외부로 반출하지 않고 인근 공사현장의 주변에 포설하여 처리한다는 점이 사토와 구별된다.
(15) 층타기
경사진 기존의 원지반 또는 성토면을 계단식으로 깍아 원지반 또는 기존 성토면과 신 규로 성토하는 접합면에서 슬라이딩이 발생하지 않도록 하기 위하여 실시한다.
(16) 다짐
성토하는 흙에 외적인 에너지를 가하여 전단 강도의 증진 및 침하량을 감소시켜 성토 재의 공학적 성질을 개선하고자 롤러 등 다짐 장비로 흙을 다지는 것을 말한다.
2. 유토 곡선(mass curve)
토공에서 성토와 절토의 계획 토량, 운반 거리등을 결정하는 것을 토량 배분이라고 하고 토량 배분을 효율적으로 하기 위하여 유토 곡선을 이용하는 것을 토적도라고 한다.
(1) 토량의 배분
토공 공사에 있어서 어느 절토를 어느 성토 구역에 사용하느냐, 어느 절토를 버리느냐 또는 성토에 필요한 흙을 어느 토취장으로부터 운반하느냐 등을 결정하는 것을 토량 배분이라고 한다.
(가) 토량 배분은 운반 거리가 가급적으로 단거리가 되도록 하고 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.
(나) 토량을 모아서 한 가지 방법으로 운반하도록 계획하는 것이 원칙이며 토량 배분 의 일반적인 기법은 유토 곡선을 작성하여 토량을 배분하는 방법이 있다.
(2) 유토 곡선의 작성 방법
(가) 각 측점의 횡단도에서 절토, 성토 단면을 산출한다.
(나) 단면적법에 의한 토공량을 계산한다.
(다) 절토량을 토량 변화율(C)을 적용 절토와 성토를 동일한 밀도 상태가 되도록 한다.
(라) 횡축을 측점, 종축을 누계 토적량으로 플롯(Plot)하여 유토 곡선을 작성한다.
(3) 유토 곡선의 성질
- 곡선의 하향 구간은 성토 구간이며, 상향 구간은 절토구간이다.
- 곡선의 최소점(저점)은 성토 구간에서 절토 구간으로의 변이점이다.
- 곡선의 극대점(정점)은 절토 구간에서 성토 구간으로의 변이점이다.
- 곡선의 극대치와 극소치의 차가 2점 간의 전토량을 표시한다.
- 기선에 평행한 임의 직선을 그어 곡선과의 교점으로 둘러싸인 사이의 토공은 절토와 성토가 평형이다. 기선과 평행한 선을 평형선, 평형선과의 교점을 평형점이라고 한다.
종단도
(+) 토량
(-)
절토 절토
성토 계획고
평행선 거리(m) 기선
aa'
b c'
c
d e
f
[그림 1-2] 유토 곡선
- 평형선에서 곡선의 극소점 (저점)이나 극대점 (정점) 까지의 수직 길이 또는 평형선 과 평형선간의 수직고를 절토에서 성토로 운반할 전토량을 표시한다.
- 전토량의 1/2 점을 통과하는 평행선의 길이가 평균 운반 거리이다.
- 토취장과 사토장의 위치와 거리를 고려하여 평형선을 상하시켜 경제적인 토공 배분 이 가능하다.
① ①
불도우저 최대운반거리
②
②
스크레이퍼공 불도우저공
불도우저공 토량
스크레이퍼공 토량
①
②
스크레이퍼공평균운반거리 불도우저공 평균운반거
리
스크레이퍼공최대운반거리 종
단 도
토 적 도
[그림 1-3] 운반 거리별 장비 선정
(4) 유토 곡선(mass curve)의 작성시 유의사항
(가) 토량 계산에 필요한 땅깎기의 단면적은 토사, 리핑암, 발파암으로 구분하여 산출 하고, 각각의 구분은 신중히 한다. 여기서 검토가 불충분하면 공사 중의 토량 배 분 계획이 대폭적으로 변경되는 등의 문제가 발생되기 때문에 주의가 필요하다.
(나) 토량 변화율은 토질에 따라 설계 시와 시공 시에 크게 다른 경우가 있기 때문에 이를 결정할 때는 충분히 검토하여야 한다. 특히 동일한 토질이 대량으로 있고, 토량 변화율이 절·성토공의 비용에 영향을 주는 경우는 획일적으로 표준 변화 율을 적용하지 않고 주변 시공 실적 등을 참고하여 결정하도록 한다.
(다) 토량 배분은 흙의 운반 거리가 가능한 짧게 되도록 계획한다. 이 경우의 적용 기 준은 기종별로 구한 경제적인 흙 운반 거리에 따라서 선정하지만, 이의 선정에서 는 공사의 규모, 지형, 지질, 현지의 조건, 공정 등을 포함하여 종합적으로 검토 한다.
(라) 유토 곡선은 종방향 토량 이동만을 표시하고 횡방향의 이동은 반영되지 않으므 로 횡방향의 토량이 누락되지 않도록 주의한다.
기초 공사
구조물의 밑바닥을 튼튼하게 하기 위하여 하는 공사, 즉 구조물을 지탱할 수 있도록 지면 을 단단히 하는 공사를 말한다. 기초 공사가 약할 경우에 중량이 지반을 무너뜨리거나 지 반이 함몰되어 구조물이 침강하는 수가 있다. 그러므로 구조물의 기초 작업은 충분히 지지 력을 가지고 침강되지 않도록 한다.
1. 기초공 주요 용어 (1) 강성 기초
기초의 변위 및 안정 계산에서 기초 자체의 탄성 변형을 설계상 무시할 수 있는 강성 이 큰 기초이다.
(2) 구체
하부 구조의 한 부분으로 상부 구조로부터의 하중을 기초에 전달하는 교각 또는 교대 의 부분이다.
(3) 극한 지지력
구조물을 지지할 수 있는 지반의 최대 저항력이다.
(4) 근입 깊이(관입 깊이)
현 지반면에서 기초저면 또는 끝까지의 깊이이다.
(5) 현장 타설 말뚝 공법
올케이싱(all casing 또는 benoto) 공법, 리버스 서큘레이션 드릴(RCD: reverse circulation dril)공법 또는 어스 드릴(earth drill) 공법에 의하여 소정의 깊이까지 굴착하는 현장 타 설 말뚝 공법이다.
(6) 기성 말뚝
공장에서 제작된 RC말뚝-PC말뚝(KS F 4303 프리텐션 방식 원심력 PC 말뚝), PHC 말 뚝(KS F 4306 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트말뚝) 및 강말뚝(KS F 4602 강관 말뚝 및 KS F 4603 H형강 말뚝)이 있다.
(7) 기준 변위량
탄성 기초의 수평 방향 지반반력계수를 산출할 때 기준이 되는 변위량이다.
(8) 깊은 기초
양질의 지지층이 비교적 깊은 곳에 있는 경우에 사용하는 기초로서, 말뚝 기초, 케이슨 기초 등이 있다.
(9) 내부 굴착 말뚝
말뚝 선단 부분을 시멘트나 콘크리트로 처리하는 말뚝이다.
(10) RCD 말뚝
원칙적으로 수두차에 의하여 공벽을 보호하면서 회전 비트를 사용하여 굴착하고 이수 (泥水)의 역류에 의하여 토사를 배출시켜 현장에서 설치하는 현장 타설 말뚝이다.
(11) 마찰 말뚝
지지력의 대부분을 주변 마찰력에 의존하는 말뚝으로 지지층의 깊이가 매우 깊은 경우 에 말뚝을 지지층에 도달시키지 않고 중간 지지층과 말뚝 주면의 마찰력을 지지력으로 이용한다.
(12) 말뚝 기초
양질의 지지층이 깊은 곳에 있는 경우에 타입 말뚝 공법, 매입 말뚝 공법 및 현장 타 설 말뚝 공법 등으로 설치하는 기초로서, 말뚝의 머리 부분을 확대 기초와 연결하여 일체화시키는 탄성 기초이다.
(13) 무리 말뚝
2개 이상의 말뚝을 인접 시공하여 하나의 기초를 구성하는 말뚝이다.
(14) 베노토 말뚝
케이싱 튜브(casing tube)로 공벽을 보호하면서 주로 해머 그랩 버킷(hammer grab bucket)으로 굴착하여 현장에서 설치하는 현장 타설 말뚝이다.
(15) 어스 드릴 말뚝
원칙적으로 벤토나이트 이수(bentonate mud)에 의하여 공벽을 보호하면서 회전 버킷을 사용하여 굴착하고, 토사를 배출하여 현장에서 설치하는 현장 타설 말뚝이다.
(16) 유효 근입 깊이
설계 지반면에서 기초 저면 또는 끝까지의 깊이이다.
(17) 허용 변위량
상·하부 구조의 기능성과 안전성이 손상되지 않는 범위 내에서 하부 구조가 허용할 수 있는 변위량이다.
(18) 허용 지지력
극한 지지력을 소정의 안전율로 나눈 지지력과 허용 변위량으로부터 정하여지는 지지 력 중 작은 값이다.
(19) 부주면 마찰력
말뚝에 하중에 재하되었을 때 하중으로 인한 말뚝의 침하량과 주변 지반의 압밀 침하 를 비교하여 지반의 침하량이 말뚝의 침하량보다 클 때 부주면 마찰력이 발생한다. 부
2. 기초의 중요성
기초 공사는 구조물의 기본이 되는 것으로, 기초 공사의 설계 및 시공이 불완전하면 상부 구조의 침하·경사·전도 활동의 원인이 되며, 심하면 구조물이 파괴되는 경우도 있다. 특 히 기초공은 대부분 지하에 매설되는 등 눈으로 볼 수 없는 곳에 축조될 경우가 많으므로 시공에 특별히 주의하여야 한다.
3. 기초의 구조상 요구 조건
기초는 구조물 축조에 있어서 매우 중요한 역할을 하므로, 다음과 같은 구조상의 요구 조 건을 만족시켜야 한다.
(1) 견고한 지지층 및 동결 깊이 이상 설치
기초는 가급적 견고한 지지층에 두고, 동결·융해·건습의 반복에 의한 계절적 용적 변화를 받는 토층보다 깊게 설치하여야 한다.
(2) 안전한 기초 지지력 확보
기초의 지반이 상부 구조물의 하중을 안전하게 지지할 수 있어야 한다.
(3) 허용 침하량 이내의 구조물 축조
구조물을 축조하였을 때 구조물이 견딜 수 있는 허용 침하량을 넘지 않아야 한다.
(4) 기술적·경제적 시공
설계된 기초 구조물이 기술적·경제적으로 시공이 가능하여야 한다.
(5) 유지 보수를 고려한 내구성 확보
한번 시공하면 보수나 개축이 어려우므로 내구성이 커야 하며, 경제적으로 시공되어야 한다.
4. 기초의 종류 (1) 말뚝 기초
기초 밑의 지반이 상부 구조물을 충분히 지지할 수 없어서 직접 기초로 시공하기 곤란 한 경우에 가장 많이 사용하는 기초 공법이다. 이 공법은 피어 기초(pier foundation) 케이슨 기초(caisson foundation)에 비하여 공사비가 적게 들고, 시공이 쉬우며, 공기가 짧아지는 등의 이점이 있으나, 기초 지반의 토질 상태가 복잡하고 균일하지 않기 때문 에 말뚝 기초의 설계 및 시공상에 불명확한 점이 많으므로, 현장 토질 조건을 고려하 여 안정하고 경제적인 시공이 되도록 하여야 한다.
(2) 피어 기초(pier foundation)
굳은 지반(지지층)까지 수직공을 굴착한 후 그 속에 현장 콘크리트를 타설하여 구조물
보통 파지 않고 지반 속에 때려서 박지만 피어 기초는 시공 전에 굴착을 해야 한다.
(3) 케이슨 기초(caisson foundation)
말뚝이나 피어와 같은 목적으로 사용되는 간접 기초(깊은 기초)의 일종으로 지지력과 수평 저항이 가장 큰 기초 형식이다. 케이슨 기초는 육상 또는 수상에서 건조된 케이 슨을 자중 또는 적재 하중에 의하여 소정의 깊이까지 침하시키는 방법이다.
시공 방법에 의하여 분류하면 다음과 같다.
(가) 오픈 케이슨(open caisson)
우물통 기초라고도 부르며, 교각·옹벽 등의 기초에 많이 사용되는 공법이다. 이 공법 은 우물통과 같이 상하가 개방된 속이 빈 원통을 지반 위에 앉히고, 원통 내부의 토사 를 굴착하여 서서히 침하시켜서 지지력이 충분한 지반에 도달하면 원통 속에 콘크리 트·자갈·모래 등을 채우는 방법이다. 그러나 경우에 따라서는 원통 속을 채우지 않 고 빈 채로 둘 때도 있다. 원통의 재료에는 콘크리트·철근 콘크리트·강재 등이 있으 나, 철근 콘크리트 우물통이 가장 많이 사용되고 있다.
(나) 공기 케이슨(pneumatic caisson)
원통 끝부분의 천장을 막아서 아래에 작업실을 만들고, 여기에 압축 공기를 보내어 지 하수의 침입을 막으면서, 그 안에 인부가 들어가 육지에서와 같은 조건으로 토사를 굴 착 및 반출하면서 소정의 단단한 지반까지 케이슨을 침하시키는 공법으로, 뉴매틱 케 이슨이라고도 한다.
(다) 상자 케이슨(box caisson)
상자 케이슨은 밑이 막혀 있는 박스(box)형으로 되어 있으며, 오픈 케이슨 공법과 공기 케이슨 공법이 주로 교량 기초에 사용되는 데 비하여 이 공법은 항만 구조물에 사용되 는 경우가 많다. 상자 케이슨 공법은 보통 철근 콘크리트로 만든 상자형의 구조물을 육상에서 만들어 경사로를 통하여 해상에 띄워서 소정의 위치에 예인한 후 내부에 모 래·자갈·콘크리트 또는 물을 채워서 침하시키는 공법이다
지반 조사
지질 및 지반 조사는 흙의 종류, 암반까지의 깊이, 지하수위, 암반의 종류, 지층의 경사, 단 층의 유무, 지지력 등을 정확하게 확인하는 것이다.
1. 지질 및 지반 조사의 목적 (1) 공사 계획과 적합 여부 확인
공사 계획과 현장 지반의 전반적인 적합 여부를 파악한다.
(2) 토공 재료의 안정성 및 경제적 시공 여부 조사
구조물이나 토공 재료의 안정성과 경제적 시공 여부를 조사한다.
(3) 자연 조건의 변동에 대비한 시공 검토
자연 조건의 변동에 대한 원인과 결과를 예측하여 구조물의 위치 등을 현장 여건에 맞 게 검토한다.
(4) 시공 중 재해 예방과 대처 방법 검토
현장 시설의 안전과 시공 중 예상되는 재해의 예방과 대처 방법을 검토한다.
2. 조사 방법 (1) 지하 탐사법
(가) 터파보기(test pit)
삽으로 구멍을 파 보는 방법으로 소규모 구조물에 적용한다(간격 5~10m, 깊이 1.5~3m, 지름 1m 정도).
(나) 짚어보기(sound rod, 탐사정)
직경 9mm정도의 철봉을 인력으로 회전하여 박아보고, 저항 울림, 꽂히는 속도, 손 짐작 등으로 판단한다.
(2) 사운딩 시험(sounding test)
보링 구멍을 이용하거나 직접 시험기를 떨어뜨려 흙의 저항 및 물리적 성질을 측정하 는 방법이다.
(가) 표준 관입 시험(standard penetration test)
시험용 샘플러로 중량 63.5kg의 추를 75cm의 높이에서 자유 낙하시켜 표준 관입 용 샘플러를 30cm 관입시키는데 필요한 타격횟수 N값을 통하여 흙의 지내력을 측정하는 방법으로 사질지반에 적합하다.
(나) 베인 시험(vane test)
보링의 구멍을 이용하여 +자형의 vane test를 회전시켜 그 저항력으로 점토의 점착력을 판별한다. 연한 점토질에 적합하며 시험 측정 길이는 15m정도이다.
(3) 보링(boring) 및 샘플링(sampling)
지중에 철관으로 천공하여 채취한 토사(sampling)로 판별하는 방법이 보링이며, 지중의 토질 분포, 흙의 층상 등을 알 수 있는 주상도를 작성할 수 있다.
(가) 보링(boring)
보링 간격은 30m 정도로 수직으로 굴착하며 부지 내 3개소 이상 시행한다.
보링 깊이는 소규모 구조물의 경우 기초 폭의 1.5~2배로, 일반적으로 약 20m 이상 또는 지지 지층 이상으로 한다.
(나) 샘플링(sampling)
연약 지반의 조사에서 자연 상태의 역학적인 성질을 파악하기 위하여 채취하는 자 연 상태의 불교란 시료에 사용하다.
(4) 토질 시험 (soil test)
(가) 물리적 시험: 토립자 비중시험, 흙의 함수량 시험, 입도 시험, 투수 시험, 단위 체 적 중량 시험, 소성 한계 시험, 액성 한계 시험
(나) 역학적 시험: 압밀시험(consolidation test), 전단 시험 (5) 지내력 시험(재하 시험)
(가) 기초 저면까지 판 지반에서 직접 재하하여 허용 지내력을 구하는 시험이다.
(나) 재하판은 0.2㎡의 정방형 또는 원형으로 보통 45cm각의 것을 사용한다.
(다) 매회 재하는 1톤 이하, 예정 파괴 하중의 1/5이하로 침하량이 2시간에 0.1mm 이 하이면 침하 정지로 본다. 장기하중에 대한 허용 지내력은 다음 중 작은 값을 택 하고 단기 하중은 장기 하중의 2배로 한다.
(6) 기타 시험
(가) 투수 시험 (지하수위, 투수 계수 측정) (나) 양수 시험 (투수 계수 측정)
(다) 간극 수압 시험[피에조미터(piezometer)]
(라) 토압 시험(토압계)
흙막이 공사
흙막이는 지하에 구조물을 축조하기 위하여 지반에 공간을 확보하는 수단으로서 그 공간 에 작용하는 토압 및 수압에 저항하는 구조물이다. 흙막이는 작업원이나 인근 주민에게 안 전하여야 하며, 주변 가옥이나 도로 및 지하 매설물에 영향을 주지 않는 구조이어야 한다.
1. 토류벽의 종류
(1) 강널 말뚝(sheet pile)
(2) 엄지 말뚝 수평널(H-pile + 토류판) (3) 현장 타설 주열식 말뚝
(4) 지하 연속벽(slury wall) 2. 토류벽 공법 선정 시 검토 항목
(가) 벽체의 안정성
응력, 지지력, 변위, 토질, 지층 구성 등 (나) 지보공의 안정성
축력, 모멘트, 전단력 등 (다) 굴착 바닥의 안정성
사질토(boiling), 점성토(heaving) 등 (라) 인접 구조물의 안정성
지반 침하, 굴착 깊이, 수평 이동 등 (마) 지하수에 대한 안정성
지하수위, 지하수의 이동(방향, 투수 계수), 용수량, 계절에 따른 변화 유무 (2) 경제성
토류벽 공사는 하향식(top-down) 공법과 같이 본구조물의 벽체나 슬래브(slab)로 이용 되는 것 이외에는 대부분이 가설 공사로서 본 공사와는 달리 공비의 절감, 공기의 단 축 등 경제성을 요구한다. 따라서 각 공법에 대한 경제성 비교를 철저히 해야 한다.
(3) 환경에 대한 적응성 - 소음과 진동
- 지하수 오염 및 저하 - 비산 먼지
- 발생 슬라임(slime)처리 (4) 시공성
(가) 주변 구조물
- 지상 구조물: 전주, 통신주 등
- 지하 구조물: 통신 케이블, 상하수도, 가스 등 (나) 주변 지형
- 근접 가옥 및 건물의 이상 여부, 기초 상태, 지형 고저차 (다) 작업 공간
- 장비의 작업 공간: 플랜트(plant) 설치 공간, 장비 이동 및 회전 반경 - 도로폭, 곡선부 형태
- 교통량, 교량 등의 재하 하중, 통행 규제 사항 (라) 굴착면 암반 유무
- 지반 조사서 참조
수행 내용
/토공 및 기초 공사 계획 수립 및 조치하기
재료·자료
Ÿ 기본 및 실시 설계 보고서, 토공 및 기초 공사 시방서, 토목 공사 표준 일반 시방서 Ÿ 토목 시공 관련 법령집
기기(장비 ･ 공구)
Ÿ 굴삭 장비(백호, 불도저, 로우더, 리퍼 등) Ÿ 운반 장비(덤프트럭, 불도저, 스크레이퍼 등)
Ÿ 다짐 장비(탠덤롤러, 마카담 롤러, 타이어 롤러, 진동 롤러 등)
Ÿ 보링 장비(오우거 보링기, 충격식 보링기, 회전식 보링기, 수세식 보링기 등) Ÿ 항타 장비(디젤 해머, 드롭 해머, 스팀 해머, 유압 해머, 바이브로 해머 등) Ÿ 현장 계측 장비(경사계, 지하 수위계, 지중 침하계, 변형률계 등)
Ÿ 시험 장비(말뚝 재하, 말뚝 동적 재하, 지지력 등) Ÿ 측량기, 지장물 탐사기
Ÿ 컴퓨터, 프린터, 복사기, 문서 작성 소프트웨어, 빔 프로젝트, 인터넷
안전 ･ 유의사항
Ÿ 지하 터파기시에는 지장물이 매설되어 있는지 반드시 확인한 후 실시한다.
Ÿ 지반 조사는 흙과 암반의 종류, 암반의 깊이, 지지력 등을 정확히 확인하여야 하며, 연약 지반은 반드시 적정한 개량 공법으로 지반을 안정화시켜야 한다.
Ÿ 현장 여건을 충분히 조사하여 시공성, 경제성, 안전성이 확보되도록 최적의 시공 공법 및 장비를 선정한다.
수행 순서
현장 여건을 고려한 토공사 순서 및 방법 결정 1. 토공사를 위한 사전 조사를 실시한다.
토공사를 하기 전에 공사에 참고가 될 수 있는 자료를 얻기 위하여 사전에 미리 조사 를 해두는 것으로서 예비 조사, 현지 조사, 본 조사가 있다.
(1) 예비 조사
현지 답사 전에 현지 상황을 개괄적으로 파악하기 위한 자료를 얻기 위하여 실시하는 조사이다.
(가) 지형도 및 항공 사진 (나) 지질도 및 지질 주상도
(다) 강우와 기상 및 재해 상황(강우량, 기온, 태풍 등) (라) 과거의 공사 기록
(2) 현지 조사
예비 조사에 의하여 얻은 결과를 현지의 상태와 확인하고 현지의 토질을 그 부근에 있 는 절토면, 채석장, 산복사면 등에서 지질도와 대조하면서 그 지역의 지형과 기타 상태 를 파악한다. 특히, 우물의 수위 등에 의한 지하수위의 관측이나 단층, 파쇄대, 연약 지 반 등의 특수 지형에 대하여 확실하게 위치나 규모를 파악하여야 한다.
(3) 본 조사
본 조사에서는 보링이나 음향 탐색 등을 하여 지반이나 토질 상황을 정확하게 파악하 고 성토 재료로서의 적합 여부, 성토 기초 지반의 양부 판결, 절토나 성토 비탈면의 안 전성이나 시공 기계, 시공법의 선정 등에 필요한 자료를 수집한다.
본 조사에서는 최종적으로 그 토질에 적합한 토공법과 토공 기계를 선택 및 결정할 수 있도록 해야 한다.
2. 공사 물량, 공사 규모 등 공사 계획을 수립한다.
토공사를 계획적으로 시행하기 위하여 공사의 공정, 작업 방법, 장비, 재료, 노무 관리 등 에 대하여 상세한 계획을 수립하여야 하며, 시공법, 기계의 조합 등을 기술적, 경제적으로 비교 검토하기 위하여는 절토 및 성토할 정확한 토공량을 산정한 후 공사 기간과 규모에 맞게 최적의 장비를 조합하여야 한다.
(1) 대지 조성 관계 확인
시공자, 공사 범위, 공사 기간을 고려하여 대지의 조성 관계를 확인한다.
(2) 실 시공 물량 산출
구조물 도면의 마감 지표면과 공사 착수 전에 대지 지표면의 차이를 확인하고 성토 및 절토 여부, 터파기 증감, 반입, 반출 토사량 등의 관계를 파악하여 실 시공 물량을 산 출 적용한다.
(가) 토량 계산 방법
토량 계산에는 좁고 긴 노선은 노선에 따라 20~30m 간격의 횡단면도를 그려 종단 면도를 참조하면서 용적을 계산하고, 정지 작업의 경우에는 평면도를 많은 3각형이 나 사각형으로 분할하여 개개의 각 주체의 체적을 합계하거나 등고선을 이용하여 계산하는 방식이 있다.
(나) 토량 변화율
토량은 본바닥의 토량, 느슨해진 토량, 다져진 토량으로 나눈다. 본바닥의 흙과 굴 착된 느슨해진 흙 및 성토 후 다짐이 된 흙의 부피는 서로 다르므로 이들의 차이를 고려하여 운반 및 성토를 검토하여야 한다.
구하는 Q 기준이되는 q
자연상태의 토량
흐트러진 상태의 토량
다져진 후의 토량
자연 상태의 토량 1 L C
흐트러진 상태의 토량 1/L 1 C/L
<표 1-1> 토량 변화율
Ⅼ=
자연상태의 토량 ㎥ 흐트러진 상태의 토량 ㎥
Ⅽ=
자연상태의 토량 ㎥ 다져진 상태의 토량 ㎥
(3) 지질 조사서 및 시험 보고서 확인
지질 조사서 및 시험 보고서 등의 유무를 확인하고 토질, 지하 수위, 용수량의 정도를 파악한다.
(4) 최적의 공법 결정
흙막이 또는 차수 등의 필요 여부를 검토하고 최선의 공법을 결정한다.
(5) 현장 위치 및 현황 확인
현장 위치 및 현장, 사토장, 잔토 처리 관계 및 운반 거리 등을 확인한다.
(6) 장비 가동 계획 수립
현장의 여건에 따른 소요 장비 및 가동 시간 등을 파악하고 장비 계획을 세워 적용한다.
3. 흙막이 공사의 순서 및 방법을 결정한다.
(1) 흙막이공사의 시공 위치 결정 (가) 본체 구조물과 적정 거리유지
시공 위치는 본체 구조물과 적절한 거리를 유지하면서 인접 건물, 매설관, 가공선 등 장애물을 피할 수 있어야 한다.
(나) 구조물과의 최저 시공 거리 필요
흙막이벽과 현장 타설 콘크리트 구조물과의 거리는 거푸집을 존치시킬 경우에는 최 저 15cm 이상이 필요하며, 거푸집을 떼어낼 경우에는 최저 1m 이상, 관거의 설치 시는 최저 50cm 이상의 시공 거리가 필요하다.
(다) 현장 여건을 고려하여 이격거리 여유 확보
흙막이 벽과 인접 구조물의 거리는 현장 여건을 고려하며 가급적 이격거리를 크게 하고, 타입 기계의 폭과 진동, 흙막이판 설치 등을 고려하여 여유 있게 하여야 한다.
(2) 흙막이 시공
(가) 엄지 말뚝 설치
1) 엄지 말뚝과 흙막이판은 충분한 강도와 설치 기간을 고려한 내구성을 가진 재료를 사용하여야 한다.
2) 엄지 말뚝의 타설은 설계도서에 명시된 것을 기준으로 하되 소음, 진동, 장 애물, 공중 제한, 점용 면적 등을 고려하여 장비를 선정한다.
3) 엄지 말뚝 타 설시 주변 지반의 침하나 지하수로 생긴 경우 필요에 따라 모르 타르(mortar) 주입이나 약액 주입과 같은 보조 공법을 병행해야 한다.
4) 엄지 말뚝 타설 시 트랜싯(transit) 등으로 수직성을 확인하여야 하며 반드시 설계상의 근입장이 확보되도록 해야 한다.
(나) 흙막이판 설치 1) 흙막이판 재질
목재의 종류
허 용 응 력 (kg/cm²) 휨 응 력
(섬유에 평행)
압축 응력 (섬유에 평행)
전단 응력
섬유에 평행 섬유에 직각 침 엽 수
(소나무, 미송) 135
≦100 105～0.72(
)
12 18
활 엽 수 180
≦100 120～0.87(
)
18 27
<표 1-2> 흙막이판의 재질
- 변형되거나 흠집이 없는 양질의 것을 사용한다.
- 부재의 운반이나 설치 중 변형이 발생하지 않도록 유의한다.
2) 시공 시 유의 사항
- 흙막이판은 굴착이 진행됨에 따라 신속하게 흙막이 벽면과 밀착시켜 탈락 되지 않도록 한다.
- 흙막이판의 폭, 뒤채움 시공으로 어느 정도 굴착 높이가 없으면 시공할 수 없 으나 굴착의 진행에 맞추어 가능한 한 빨리 시공하여야 한다.
흙막이판
뒤채움
1m 이내
흙막이판 플랜지
[그림 1-4] 흙막이판 시공 높이
- 흙막이판 시공 시 과잉 굴착을 한 경우에는 양질의 토사나 기타 적절한 재료 로 충분히 뒤채움하여 공극이 생기지 않도록 해야 한다.
(다) 띠장 및 버팀대의 설치
1) 버팀대, 띠장, 중간 말뚝, 사보 강재 등은 설계도서에 명시한 규격과 재질을 확인하여야 한다.
2) 띠장은 연속하여 설치하고, 흙막이벽과 띠장의 간극은 하중이 버팀대에 균등 하게 가해지도록 콘크리트를 충전하거나 강재 충전재를 삽입하여 흙막이와 띠 장이 밀착되도록 하여야 한다.
3) 띠장의 이음 위치는 가능한 한 응력이 큰 위치를 피하여 버팀대를 대는 지점 에 가급적 가깝게 설치하며, 볼트 이음의 경우 흙막이벽 쪽으로 조일 수가 없 는 경우 용접 등의 보강을 고려하여야 한다.
4) 버팀대의 조인트 위치는 휨모멘트가 작은 곳(지지점이 가까운 곳)에 두는 것이 좋으며, 흙막이벽의 시공 오차 및 굴착에 따른 변위에 대비하여 버팀대 끝부 분에 조정재(30~50cm) 사용을 고려한다.
흙막이벽
버팀보 주재 잭 조정재
띠장
[그림 1-5] 흙막이벽 띠장 및 버팀대
5) 버팀대 가설시의 이완 방지와 철거 작업을 쉽게 하기 위한 잭(jack)의 설치 위 치는 가능한 지지점(띠장 및 중간 말뚝에 가까운 곳)부분이 좋으며 지그재그 로 배치하여야 한다.
띠장
잭 버팀대
[그림 1-6] 버팀대 잭의 위치
(라) 흙막이 철거 및 되메우기
1) 흙막이 동바리공을 철거할 때에는 동바리공을 설치하였을 때의 굴착 높이까지 되메움을 하고 나서 철거하여야 한다.
2) 구조물과 병행하여 버팀대 철거 시 목재 침목 등으로 버팀 횡목을 설치 보강 한 후 점차적으로 철거하여야 한다.
3) 되메우기는 양질 토사를 이용하며, 소요 밀도가 되도록 각층마다 진동기와 전 압기로 충분히 다지며 다짐 시 편토압이 발생하지 않도록 유의한다.
4) 엄지 말뚝의 인발은 적정 장비를 선정하여 진동과 소음을 최소화하며 주위 지 반의 교란을 억제한다.
5) 엄지 말뚝의 인발 장소는 물을 넣어가면서 모래를 충전하거나 벤토나이트 등 을 이용하여 완전히 충전하여야 한다.
4. 해당 공사의 지장물은 관련 기관과 협의하여 적절히 조치한다.
(1) 지장물 조사
- 공사 착수 전에 공사구역 내에 매설되어 있는 각종 관로(상하수도관, 가스관, 전력관, 통신관, 난방관 등)의 종류, 규격, 위치, 매설 심도, 구조 및 노후 정도 등을 조사한다.
- 조사 방법은 당해 시설물 관리자로부터 시공 도면을 입수하거나 필요시 해당 관리자 가 입회하에 시굴터파기를 실시하는 등의 방법으로 정확한 내용을 조사하여야 한다.
(2) 관계 기관 협의
- 지장물 조사결과, 이설, 방호, 철거의 필요가 있는 지장물은 관리자 또는 소유 자 와 공법, 보안 대책, 긴급 시의 연락처 및 필요한 절차와 시공 방법 등에 대하여 협 의한 후 공사에 임하여야 한다.
- 가스, 수도관 등에 접촉할 위험이 있을 경우에는 만일에 대비하여 적당한 장소에 비 상용 역지 밸브를 설치하는 등의 안전 대책을 세워야 한다.
(3) 시설물 보호
- 지장물의 이설, 방호, 철거 시 기존의 다른 작업에 해를 끼치는 일이 없도록 필요한 모든 예방 조치를 취하여야 한다.
- 지하 매설물은 굴착에 선행하여 인력으로 조심스럽게 발굴하여야 하며, 각종 구조물 은 하중이 균등하게 걸리도록 조치하여야 한다.
- 가스관, 수도관 등의 절곡부, 분기부, 단관부, 기타 특수 부분 및 관리자가 특별히 지시한 이음 부분은 보강 대책을 세워야 한다.
5. 토취장, 사토장 등 토공 유용 계획을 수립한다.
(1) 토취장 선정 시 주의할 사항 (가) 운반 거리 검토
인접지 부근에 후보지를 선정하여 운반 거리를 될 수 있으면 짧게 한다.
(나) 유용토 확보
토량 배분 계획과 관련하여 토량의 문제만이 아니라 노상재, 뒤채움재, 비탈면 보 호, 운반로의 가설재, 교통성 확보 등 도로 굴착으로 필요한 재료를 얻을 수 있는 장소를 선정한다.
(다) 운반로 확보
토취장 조사에서는 주변 지역 및 운반로 등을 포함하여 광범위하게 실시하고, 설계 상의 문제점 등을 파악하도록 노력한다.
(라) 토량 변화율 검토
토취장은 시공 시 토량 변화율 등의 변경에 따라 채취 토량이 변경되는 경우가 있
기 때문에 여유를 가지도록 설계에 유념한다.
(마) 비탈면 구배 및 보호공 검토
땅깎기에 의하여 비탈면이 생기는 경우는 비탈면 구배와 비탈면 보호공 등을 검토 하여 붕괴 등이 발생하지 않도록 조치한다.
(바) 배수 상황 조사
배수에 대해서는 현재의 배수 계통 및 배수의 상황 등을 조사하고 후에 분쟁이 발 생하지 않도록 계획한다.
(2) 사토장 선정 시 주의할 사항 (가) 사토장의 위치
운반 작업을 공사 현장 내에서 끝낼 수 있고, 잔토의 경우 미리 흙쌓기를 병행하여 작업을 진행시킬 수 있도록 사토장은 가능한 도로의 부근에 선정한다.
(나) 법적 규제의 해제
사토장을 계획하는 경우 장소에 따라서는 법적 규제를 받기 때문에 관계 공공단체 와 충분한 협의를 하고 해제 절차를 밟아둘 필요가 있다.
(다) 방재 계획
사토장은 절벽, 경사지, 연못, 저습지 등 일반적으로 지형, 지질적으로 불량한 장소 에 설치되는 경우가 많고, 시공 중 및 시공 후 우수 등에 의하여 토사의 유출이나 붕괴가 일어날 위험이 있기 때문에 방재 계획을 수립하여 대책을 세운다.
(라) 흙 운반로
운반 경로의 선정에 있어서는 단순히 운반 거리뿐만 아니라 교통량 및 보도, 도로 폭, 포장의 상황 등을 고려하여 종합적으로 판단한다.
(마) 사토장 용량
사토장 용량은 토량 변화율, 토질 및 암질의 변화에 의한 절성토량 및 사토량의 변 화, 차량 소통을 위하여 반입되는 모래 등의 토량도 고려하여 여유를 가지도록 한다.
현장 여건을 고려한 적절한 장비 조합
1. 공사 물량, 공사 규모 등에 따라 최적의 장비를 조합한다.
(1) 토공사 장비의 선정 고려 사항
시공성, 경제성, 안전성, 무공해성, 기계 용량, 공사 규모에 맞게 선정한다. 특히, 시공 성과 경제성에 가장 큰 중점을 주어 능률적이고 최저의 공사비로 공사를 완성할 수 있 도록 장비를 선정한다.
(2) 효율적 장비 조합 계획
(가) 주작업 중심으로 시공 속도 검토
작업을 분할시키고 분할된 작업 중에서 주작업을 명확히 선정하고 주작업 중심으로 각 작업의 시공 속도를 검토하여 선정한다.
(나) 설계도서 및 현장 조사로 장비 조합 검토
설계도서 검토 및 철저한 현장 조사를 통하여 효율적인 장비 조합이 이루어지도록 선정한다.
2. 현장 여건에 맞는 최적의 장비를 선정한다.
(1) 장비 선정 시 기본적인 고려 사항 (가) 공사 종류
(나) 공사 규모 (다) 토질
- 장비의 주행성(trafficability): 건설 기계의 주행성, 콘지수로 판정
- 탄성파 속도 탐사: 불도저의 리핑 가능성(ripperbility)로 판정, 굴착 기계 및 천공 속도 산정
- 암석 및 암괴
- 흙: 토양 변화율, 토양 환산 계수 (라) 운반거리
경제적인 운반거리를 고려한다.
(마) 표준기계 선택
구입, 임대, 조달이 쉽고, 보수 및 부품값이 싸서 전매가 쉽다.
(바) 기계 용량 및 경비
기계의 용량을 크게 하고 대형화를 시켜 공사 원가를 줄인다.
(사) 범용성
기상, 지질, 지형 등 현장 조건을 고려한다.
(아) 경제성
운전 경비, 단가, 유지 보수가 적도록 고려한다.
(자) 시공성
용량 효율이 좋은 자동화가 가능한 장비를 선정한다.
(차) 안전성
결함이 적고 성능이 안정된 기계를 선정하고 충분히 정비가 이루어진 장비를 선정
(카) 무공해성
저소음, 저진동형 장비를 선정하여 피해를 최소화하여야 한다.
(2) 토공 기계의 조합
(가) 주장비의 종류, 규격 합리적 결정
작업량, 공사 기간 등 종합적으로 판단한다.
(나) 종속 장비의 기종, 규격, 투입 대수 결정 주장비의 작업량에 맞추어 결정한다.
(다) 조합 장비의 능력
각 장비의 작업 능력이 균형을 이루도록 조합하는 것을 원칙으로 한다.
기초 공사
1. 기초의 종류, 지반 조건 및 공사 현장의 여건에 따라 작업 방법을 결정한다.
(1) 직접 기초 (가) 모래 지정
지반이 연약하고 2m 이내에 굳은 지층이 있을 때 그 연약층을 걷어내고 모래를 넣 어 물다짐을 한다(물다짐은 30cm마다).
(나) 자갈 지정
5~10cm정도의 자갈을 6~10cm 정도 깔고 다짐을 한다.
(다) 잡석 지정
지름 15~30cm 정도의 잡석을 세워서 깔고, 그 사이의 간극에 사춤 자갈을 채운다.
(라) 버림 콘크리트 지정
자갈이나 잡석 위의 기초 부분에 먹매김을 하기 위하여 5~6cm 정도 콘크리트 (Con'c)를 타설한다.
(마) 긴 주춧돌 지정
간단한 건물에 비교적 지반이 깊을 때 긴 주춧돌 또는 콘크리트 관을 사용한다.
(2) 나무 말뚝 기초 (가)지지 말뚝
연약 지반 통과 후 경질 지반에 말뚝을 도달시켜 하중을 지지한다.
(나) 마찰 말뚝
말뚝과 지반의 마찰력에 의하여 하중을 지지한다.
(라) 시공 방법
- 나무 말뚝 1개당 허용 지력은 보통 5~10t
- 말뚝의 중심 간격은 지름의 2.5배 이상, 60cm 이상 - 강도가 크고 수습에 견디는 육송, 미송, 낙엽송
1) 생나무를 사용하여 상수면 이하에 박는다.
2) 파열 등의 결점이 없는 것을 사용하여야 하며 겉껍질은 벗겨서 사용한다.
3) 말뚝의 밑마구리와 끝마구리의 중심을 연결하는 선과 말뚝의 중심선이 이루는 거리는 목말뚝 길이의 1/50 이하(휨 정도)여야 한다.
4) 말뚝 머리 보호를 위하여 쇠가락지를 씌운다.
5) 말뚝 아래 끝은 1 - 1.5배로 빗깎고 쇠신을 씌운다.
6) 연직으로 박고 매 1개마다 침하량을 측정한다.
7) 떨공이 사용 시 윈치를 말뚝박이 가설틀 가까이에 설치하고 공이의 낙고는 3m 이하로 한다.
(3) 기성 철근 콘크리트 말뚝 기초
(가) 원심력 R.C 말뚝(공장 제작, 철근 콘크리트 말뚝)
1) 공장 제작으로 단면은 중공 원통형이고 주로 기초 말뚝으로 쓰인다.
2) 길이는 보통 3~15m 정도, 철근비는 0.8% 이상, 허용 압축 응력도는 80kgf/㎠
이하로 한다.
3) 타입 시 타격으로 인한 균열로 철근 부식이 예상되며 이음부의 신뢰성이 작다.
(나) P.C 말뚝(prestressed concrete pile) 1) 휨량이 적고 경질층 관통이 용이하다.
2) 길이 조절이 쉽고 이음부에 대한 신뢰성이 크다.
3) 프리텐션(pretension) 방식과 포스트 텐션(post tension) 방식이 있다.
(4) 강재 말뚝 기초
(가) 깊은 지층까지 관입할 수 있고 지지력이 크다.
(나) 길이 조절이 가능하고 이음에 강하다.
(다) 단점으로는 시공비가 고가이며 부식되기 쉽다.
(5) 제자리 콘크리트 말뚝 기초
(가) 말뚝 구멍은 붕괴성 토질의 경우에는 케이싱(casing) 또는 안정액, 이수(중량수)를 사용하여 토사의 붕괴를 방지한다.
(나) 말뚝 구멍 굴착 후에 토사(slime)가 있으면 말뚝선단의 지지력이 약하게 되므로 저면의 슬라임을 걸러낸다.
(다) 콘크리트 타설 시 지하수, 토사 등이 혼입되지 않도록 한다.
(라) 물, 이수 중의 콘크리트치기는 트레미관(tremie pipe)을 사용하고, 관선단이 항상 콘크리트에 묻히도록 하고 묽은 비빔으로 한다.
(마) 경화 작용이 시작된 후에 외관의 인발 또는 내관의 치기를 해서는 안 된다.
(바) 콘크리트의 4주 압축 강도는 180kg/cm² 이상이라야 한다.
(사) 말뚝의 최소 지름은 25cm 이상, 무근 콘크리트의 경우는 말뚝 길이의 1/20 이상 으로 한다.
(아) 주근의 철근비는 0.5% 이상, 피복 두께는 6cm 이상으로 한다.
(자) 말뚝의 중심 간격은 지름의 2.5배 이상 또는 90cm 이상으로 한다.
수행 tip
Ÿ 토목 공사의 표준 일반 시방서를 참조하여 토공 및 기초 공사 공종별 시방서 내용을 숙지하고 공사 계 획 수립을 참고한다.
Ÿ 토취장 및 사토장 선정은 국토교통부에서 운영하는 토석 정보 공유 시스템(www.tocycle.com)을 활용한다.
1-2. 토공 및 기초 공사 결과 확인
학습 목표
• 땅깍기, 흙쌓기, 터파기, 되 메우기, 다짐, 비탈면 보호 .보강, 연약 지반 처리 등을 설계도서에 맞도록 시행되었는지 여부를 확인할 수 있다.
• 기초 공법별 시험 시공, 시공 정밀도, 시공 기록, 검사 등을 설계도서에 맞도록 시행 되었는지 여부를 확인할 수 있다.
• 기초의 지지력을 재하 시험에 의한 방법으로 현장에서 산정할 수 있다.
• 지내력이 시험 시공 결과와 설계치가 상이할 경우 계획을 변경하여 시공할 수 있다.
• 지하수위와 침하량이 설계도서와 상이한 경우 지하수 대책 공법을 적용하고 침하량 관리를 보강하여 시행할 수 있다.
필요 지식
/ 토공사 및 기초 공사 현장시공 품질 시험 결과 확인
토공사의 품질 관리를 위하여 설계서 및 시방서에 표기되어 있는 기준에 적합한 구조물을 경제적으로 만들기 위하여 모든 작업 단계마다 검사 및 시험을 실시하고, 또한 문제점을 조기에 발견하고 원인을 규명하여 목표한 대로 공사가 진행되도록 유도하는 데 있다.
건설 공사 품질 관리 업무 지침 [별표2](제2015-474호, 고시, 2015.6.30.) 기준에 의하 여 시험을 실시한다.
얕은 기초의 지지력 산정
얕은 기초는 하부 지반 상태가 양호하며 충분한 지지력을 발휘할 수 있는 지반을 대상으 로 상부 구조물 하중을 직접 지반에 전달하기 위하여 놓이는 기초이다.
1. 얕은 기초의 종류 (1) 푸팅(footing) 기초
(가) 독립 기초
한 개의 기둥을 지지하는 확대 기초이다.
(나) 복합 기초
2개 이상의 기둥을 지지하는 확대 기초로서 독립 기초가 큰 하중을 지지하는데 필 요한 충분한 공간을 차지할 수 없는 경우에 적용한다.
(다) 캔틸레버식(cantilever method) 기초
기초 지반의 지지력이 클 때에는 복합 기초보다 경제적이며 흙의 허용 지지력이 크 고 기둥 사이의 거리가 길 때 사용한다.
(라) 연속 기초
기둥수가 많은 경우나 하중이 벽을 통하여 전달되는 경우 이들을 띠 모양의 긴 푸 팅으로 지지하는 기초이다.
(2) 전면 기초
기초 지반의 지지력이 작은 경우나 개개의 푸팅을 하나의 큰 슬래브로 연결하여 지반 에 작용하는 접지압을 감소시켜 상부 구조물을 단일 매트로 지지하는 기초이다.
2. 얕은 기초의 파괴 형태 (1) 일반 파괴 형상
확대 기초위에서 작용하는 하중으로 인하여 기초 중앙 아래에 있는 흙은 하향으로 이 동되며, 이로 인하여 주변의 흙은 옆으로 밀리게 된다.
기초에 재하되는 하중이 점차 증가하여 극한 상태에 도달하면 기초 저면 지반은 옆으 로 밀려서 부풀어 오르게 되며 기초의 파괴면은 지표면에 이르게 되어 급작스런 파괴 가 발생한다. 이와 같이 얕은 기초의 파괴형상은 지반의 상태에 따라 파괴면과 하중전 이가 변화하며 전반 전단파괴, 국부 전단파괴, 관입 전단파괴 형태로 분류된다.
B
A T T
P P
A=주동구역 (하향이동)
T=방사형의 전단구역 (수평이동) P=수동구역 (수직이동)
[그림 1-8] 극한 지지력에 의한 얕은 기초의 파괴 형상
(2) 전반 전단 파괴
폭이 B인 띠 기초가 조밀한 모래층 또는 단단한 점토층 표면에 놓여 있을 경우 기초 에 하중을 점차적으로 재하하면 침하량은 증가한다. 이때 기초에 재하되는 단위 면적
지반내의 파괴면은 지표면까지 확장된다. 이 단위 면적당 하중 를 기초의 극한 지지 력이라 한다.
기초 지반 내에서 발생된 이러한 종류의 급작스러운 파괴를 전반 전단 파괴라 한다.
B
단위하중
침 하
극한지지력
[그림 1-9] 전반 전단 파괴
(3) 국부 전단 파괴
중간 정도의 다짐도를 가지는 모래나 점토 지반에 놓여있는 기초에 하중을 증가시키면 침하가 증가한다. 이 경우 지반 내 파괴면은 기초저면으로부터 바깥으로 점차 확장될 것이다.
기초에 작용하는 단위 면적당 하중이 에 도달하면 기초는 갑작스러운 변위 거동 을 보인다. 지반 내의 파괴면이 지표면에 도달하려면 기초의 변위가 상당히 발생되어 야 한다. 이러한 현상이 생길 때의 단위 면적당 하중이 극한지지력 이다.
이점 이상으로 하중이 증가하면 기초는 상당히 큰 침하가 발생된다. 이러한 파괴형 태 를 지반내의 국부 전단 파괴라고 하며, 파괴 그래프상 최대값 가 잘 나타나지 않는다.
B
단위하중
침 하
(1)
[그림 1-10] 국부 전단 파괴
(4) 관입 전단 파괴
기초가 상당히 느슨한 지반에 의하여 지지되고 있을 경우 하중-침하 곡선은 다음 [그 림 1-11]과 같다. 이 경우 지반의 파괴면은 지표까지 확장되지 않는다. 극한 파괴 하중
이상의 하중이 가해지면 하중-침하 곡선은 가파른 직선으로 형성된다. 이러한 파괴 형 태를 관입 전단 파괴라고 하며, 극한 지지력 를 관찰하기 매우 어렵다.
B
단위하중
침 하
(1)
[그림 1-11] 관입 전단 파괴
깊은 기초의 지지력 산정
깊은 기초는 지표면 근처의 지반이 지지층으로 부적당할 때 구조물의 하중을 상대적으로 깊은 지지층에 전달하기 위한 수단으로 사용되는 기초 형태이다. 얕은 기초가 상부 구조의 하중을 기초 바닥을 통해서만 지반에 전달하는 데 비하여 깊은 기초는 하중을 기초 바닥 접지압과 말뚝의 저항력을 통하여 지반에 전달한다.
1. 말뚝 기초의 지지력 기본 조건
(1) 상부 구조물에서 말뚝에 전달되는 축방향 압축력, 축방향 인발력은 말뚝 머리의 허용 지지력을 초과해서는 안 된다. 말뚝 머리의 허용 지지력은 지반의 지지력 및 말뚝 머 리의 변위량으로부터 정해지는 값이다.
(2) 말뚝 본체 구조의 PC 말뚝, PHC 말뚝, 강말뚝일 경우에는 허용 응력법에 따르며, 현 장 타설 말뚝은 강도법에 따르는 것을 원칙으로 하나 필요 시 허용 응력법을 사용하 도록 한다.
(3) 말뚝 기초의 변위가 허용 변위량을 초과해서는 안 된다. 말뚝기초의 허용 변위량은 상부 구조의 조건에 따라 정해지는 허용 변위량과 하부 구조의 조건에 따라 결정되 는 허용 변위량을 모두 고려하여야 한다.
2. 말뚝 기초의 하중 분담
(1) 연직 하중은 원칙적으로 말뚝만으로 지지시킨다. 말뚝의 침하와 지반의 침하가 일치 하지 않아서 확대 기초와 말뚝 사이에 틈이 벌어지는 경우에 연직 하중은 말뚝만으 로 지지하고 확대 기초의 지지는 무시한다.
(2) 수평 하중도 원칙적으로 말뚝만으로 지지시킨다. 다만, 말뚝과 확대 기초의 근입 부분 을 함께 부담하도록 할 경우에는 양자의 분담 비율에 대하여 충분히 검토하여야 한 다. 확대 기초 근입 부분의 전면 및 측면의 저항을 고려하고자 할 때에는 되메워진 전면지반이 원지반 이상의 강도를 가지도록 해야 하며, 확대 기초 근입 부분의 주변 지반이 충분히 다져지고 보호되어 세굴로부터 안전하고, 하층 지반의 액상화 또는 연 약화로 인한 주변 지반의 이동 가능성이 전혀 없어야 한다.
3. 말뚝의 배열과 간격
(1) 말뚝의 배열은 연직하중 작용점에 대하여 가능한 대칭을 이루며 각 말뚝의 하중 분담 률이 큰 차이가 나지 않도록 한다.
(2) 말뚝 간격(s)은 최소한 말뚝중심 간의 거리가 말뚝 직경(D)의 2.5배 이상, 기초 측면과 말뚝 중심 간의 거리는 최소한 말뚝 직경의 1.25배 이상으로 한다.
(3) 말뚝 간격 결정 시 고려 사항
- 설계된 위치에 정확히 시공할 수 있는 간격을 확보하여야 하며, 말뚝 간격이 너무 좁으면 말뚝이 서로 밀려 소정의 위치에 말뚝을 시공할 수 없다.
- 말뚝 타격 해머 크기는 해머가 자유롭게 작업할 수 있는 간격을 확보하여야 한다.
- 현장 타설 콘크리트 말뚝의 경우에는 인접 공벽이나 굳지 않은 콘크리트에 영향을 주지 않을 정도의 간격을 유지하여야 한다.
- 흙의 밀도와 강도 등을 고려하여 하며, 연직 말뚝에서 무리 말뚝 효과에 의한 지지 력 감소를 방지하기 위해서는 말뚝이 설치되는 지반 조건, 말뚝 길이, 말뚝의 형태 등을 고려하여야 한다.
지하수 대책 공법 및 침하량 관리
굴착 공사의 심도가 지하수위 아래로 도달하는 경우 현장 내부로 지하수가 유입되어 지반 의 유효 응력이 증가한다. 이로 인하여 지반이 침하되고 인접 구조물에 영향을 끼친다.
1. 지하수의 구분 (1) 자유수
중력만의 영향을 받는 지표나 지하의 물을 말한다.
(2) 피압수
피압 상태의 지하수, 지하수층의 상하에 불투수층이 존재하여 불투수층에 의하여 압력 을 받고 있는 지하수이다.
(3) 복류수
지하수의 일종으로 하천, 활용수의 저부 또는 측부의 모래층 속을 흐르는 물이다.
2. 지하수위 저하의 문제점
- 주변 지반의 침하 및 인근 건물의 침하가 일어난다.
- 인접 구조물의 지지력이 저하된다.
- 침하로 인하여 공공 매설물이 피해를 입는다.
- 지하수로의 유로 재편성에 따라 우물이 고갈된다.
3. 계측 관리의 목적
(1) 긴급한 위험의 징후 발견을 위한 계측
과대한 토압이나 수압이 작용하는 경우나 보일링(boiling), 들뜸(heaving) 등 징후의 사 전 확인 및 안전 관리를 위하여 계측한다.
(2) 시공 중에 중요한 정보를 얻기 위한 계측
설치된 계측 기기를 통하여 토류 구조물, 배면 지반 및 인접 구조물의 움직임을 관찰하 여 위험 요소를 조기에 발견하여 공사 진행 속도를 조절하고 신속한 보강 대책을 강구 한다.
(3) 시공법을 개선하기 위한 계측
선행된 단계의 계측 데이터는 다음 단계의 설계 정수를 재평가하고 시공법이나 구조 형식의 개선에 이용한다.
(4) 법적 소송에 대비하여 자료 수집 계측
공사가 진행됨에 따라 발생되는 주변의 피해(지반 침하, 인접 구조물의 침하, 경사, 소 음, 진동, 수질 오염 등)에 대하여 근거가 되는 자료를 수집한다.
(5) 공사 지역의 특수한 경향을 파악하기 위한 계측 (6) 이론을 검증하기 위한 계측
수행 내용
/토공 및 기초 공사 결과 확인하기
재료·자료
Ÿ 토공 및 기초 공사 시방서, 건설 공사 품질 관리 업무 지침, 토목 공사 표준 일반 시방서, 기본 및 실시 설계 보고서, 토목 시공 관련 법령집
기기(장비 ･ 공구)
Ÿ 현장 계측 장비(경사계, 지하 수위계, 지중 침하계, 변형률계 등) Ÿ 시험 장비(말뚝 재하, 말뚝 동적재하, 지지력 등)
Ÿ 측량기, 지장물 탐사기
Ÿ 컴퓨터, 프린터, 복사기, 문서 작성 소프트웨어, 빔 프로젝트, 인터넷
안전 ･ 유의사항
Ÿ 기초는 충분한 지지력과 침하에 대한 조건이 확보되었는지 확인한 후 후속 공종을 실시한다.
Ÿ 지하수의 유입은 침하를 발생시켜 시공 구조물 및 인근 구조물에도 영향을 끼치게 되므로 사전에 대비책을 마련하여야 하며, 계측 기기를 설치하여 철저히 관리하여야 한다.
수행 순서
얕은 기초 지지력 검토
얕은 기초는 지지력과 침하 두 가지 조건을 만족한다. 또 지반의 동결, 인근 구조물과 장 래 시공 조건, 세굴, 지하수위, 급경사지 사면 안정 등에 대한 검토가 반드시 필요하며 경 우에 따라 적절한 대책을 수립하여야 한다.
1. 동결에 대한 검토를 실시한다.
동결되기 쉬운 흙이 장기간 기온이 0℃ 이하로 계속되면 지반이 동결되고, 이로 인하여 동상이 일어나서 구조물에 피해를 끼친다.
(1) 기초를 동결 깊이 이하로 내림
동결심도 여기서 C: 일조 및 토질에 따른 계수(3~5) F: 동결지수(℃×day) (2) 배수로 설치로 인한 지하수 저하
(3) 비동상층 재료로 치환
(4) 단열재 및 화학 약액으로 처리
2. 인근 구조물과 장래의 시공 조건에 대한 검토를 실시한다.
기초가 인접 대지 경계 침범하는 경우, 또한 인접 건물의 기존 기초에 인접하여 신설 기 초 설치 시 지중 응력의 영향 및 터파기 시 안정 문제가 발생한다.
(1) 인접 대지 침범 시 기초 형식의 변경 검토 (2) 기존 기초 부위에 받침대(underpinning)를 실시 3. 지하수위에 대한 검토를 실시한다.
부력 및 양압력에 의한 건축물의 부상 우려가 있다.
(1) 부력 앵커 설치, 드레인 매트 시스템, 배수로 설치(양압력 2ton/㎡ 이하로 관리) (2) 지하수 저하 공법 채택[웰 포인트(well point) 공법, 깊은 우물(deep well)공법)
현장 시험에 의한 지지력 검토
1. 평판 재하 시험(PBT)의 장치 및 방법을 검토한다.
(1) 평판 재하 시험에 사용되는 장치
재하판, 유압잭, 반력 하중, 침하 측정용 변위계, 재하대, 변위계, 변위계 지지대 등 (2) 재하판
철판 두께가 2.5㎝이상, 직경이 각각 30㎝, 45㎝, 75㎝인 3개 중 하나를 사용한다.
(3) 시험 방법
(가) 시험 위치 정리 후 모래 포설
(나) 재하대, 재하판, 다이얼 게이지(dial gauge), 하중 자키 설치 (다) 일정한 압력으로 단계적으로 재하
(라) 1회의 재하 압력을 10ton/㎡이하 또는 예상 지지력의 1/5 이하이어야 하며, 최소 6회 이상 침하량을 측정
(바) 시험의 종료
1) 극한 지지력이 나타날 때까지 2) 항복 지지력이 나타날 때까지
3) 재하판 직경의 10% 침하가 발생될 때까지 2. 평판 재하 시험에 의한 지지력을 결정한다.
(1) 허용 지지력 결정: 다음 세 가지 방법 중 최소값을 적용한다.
(가) 극한 지지력과 항복 지지력에 안전율을 적용하는 방법
또는
여기서 : 허용 지지력
: 극한 지지력 , : 항복 지지력
(2) 기초 폭을 고려한 극한 지지력에 안전율 적용하는 방법 (가) 균등한 점성토 지반
즉, 재하판 지지력과 실제 크기 기초의 지지력은 동일하다.
(나) 균등한 사질토 지반
×
여기서, : 실제 기초의 극한 지지력
: 평판 재하 시험에서 구한 극한 지지력
: 실제 기초의 폭(m)
: 재하판의 폭(m)
(다) 허용 침하량에 의한 허용 지지력 결정방법
하중-침하 곡선으로부터 허용 침하량에 해당하는 하중 3. 평판 재하 시험의 결과 분석 방법을 검토한다.
(1) 극한 지지력의 결정
극한 상태란 하중의 증가 없이 침하량이 무한대로 증가하는 상태로 정의된다.
풍화암 이상 견고한 지반에서는 이론적인 극한 지지력은 확인되지 않는다. 일반적으로 재하 시험에서 극한 하중을 구하지 못하는 경우 재하판 직경의 10% 침하량 하중을 극 한 지지력으로 인정한다.
(2) 항복 지지력의 결정
평판 재하 시험에서는 반력 하중인 중장비의 중량이 부족하여 극한점을 찾기란 매우
