[토공사] 지반조사의 개념 및 지반조사 방법

지반조사

지반조사란 건물의 하중을 안전하게 받기 위하여 지반에 대해 사전에 조사하는 활동이다.

 

대지 내의 토층, 토질, 지하수위, 장애물 상황 등을 조사하여 건축물의 기초 및 토공사의 설계·시공에 필요한 자료를 구하기 위해 실시한다.

 

지반조사는 공사와 관련된 토질의 제반 특성들을 정확히 파악하기 위하여 필요하며, 사전에 본 공사에 소요되는 시간과 예산을 충분히 감안하여 시행해야 한다.

지반조사는 토공사를 합리적이고 경제적으로 실시하기 위해 중요하며, 조사방법의 선택과 활용은 공사 품질을 좌우할 수도 있다.

 

지반조사 방법(지하탐사법)

터파보기(test pit)

소규모의 공사에서 얕은 지층의 토질, 지하수 등의 상태를 파악하기 위해 구덩이를 파보는 방법이다. 굴착규모는 지름 60~90cm, 깊이 1.5~3.0m, 간격은 5~10m 정도로 한다.

짚어보기

직경 지름 9mm 정도의 철봉(탐사간: sounding rod)을 인력으로 지중에 꽂아 손의 감각으로 지반의 단단함을 판단하는 방법이다. 터파보기와 마찬가지로 얕은 지층의 판단에 쓰인다.

물리적 지하탐사법

넓은 대지의 지하 구성층을 개략적으로 탐사하는 방법으로 보링과 보링 사이에 행한다. 주로 보조적인 조사방법으로 사용되며, 전기저항식, 탄성파식, 강제진동식 등이 있으나 주로 전기저항식이 많이 사용된다.

 

보링

보링(boring)은 지중을 천공하여 그 안의 토사를 채취해 지반의 깊이에 따른 지층 구성상태를 파악하기 위한 지반조사 방법이다.

지반조사 방법 중 가장 보편적으로 사용되고 있으며 신뢰성 있는 조사가 될 수 있도록 감독하고, 정확한 기록을 남기도록 하는 것이 중요하다.

보링의 종류

• 오거식: 오거에 의해 시료를 채취한다. 깊이 10m 이하의 점토층에 적합.
• 충격식: 타격에 의해 경지층을 깊이 파는데 이용한다. 토사와 암석을 베일러로 퍼낸다.
• 회전식: 지층의 변화를 정확히 알고자 할 때 사용한다. 드릴로드의 회정 순서대로 시료가 채취된다.
• 수세식: 내관 끝에 충격을 주면서 물을 뿜어내어 파진 흙과 지상의 침전통에 침전시켜 지층 토질을 판별한다.

 

표준관입시험(standard penetration test)

사질토에서는 불교란 시료를 채취하기 곤란하므로 지반의 밀실도를 타격회수 N값으로 잡고 판단하는 방법이다. N값을 이용하여 사질토의 상대밀도와 점성토의 전단강도를 파악하는 데 사용되며 주로 보링과 병행한다.

표준관입시험 방법

샘플러를 보링 로드 선단에 설치하고 보링 로드 상부에 63.5kg의 해머로 76cm 높이에서 타격하여 30cm 관입할 때까지 타격횟수 N값을 구한다.

• 공내에 이완되거나 교란된 부분은 청소한다.
• 시료채취기를 시추공 내에 넣는다. 이때 시료채취기가 천공한 심도와 같은 심도에 도달했는지 확인한다.
• 표준해머를 일관되게 76cm 위에서 자유낙하 되도록 한다. 이때 해머를 들어 올리는 시추기의 드럼장구에 2회 감기도록 한다.
• 표준해머나 추를 사용하여 샘플러를 45cm 또는 일반적인 최대저항(관입불능상태)이 될 때까지 박는다(관입불능상태는 100회의 타격에 15cm 이내로 관입되는 것으로 정의).
• 매 15cm 박는데 소요된 타격횟수를 구한다.

(1) 사질토에서의 N값

N값	흙의 상태	상대밀도	현장관찰
0~4	매우 느슨	0.2 이하	D13 철근이 손으로 쉽게 관입
4~10	느슨	0.2~0.4	삽으로 굴착 가능
10~30	중간	0.4~0.6	D13 철근이 5파운드 해머로 쉽게 관입
30~50	조밀	0.6~0.8	D13 철근이 5파운드 해머로 쳐서 30cm 정도 관입
50 이상	매우 조밀	0.8 이상	D13 철근이 5파운드 해머로 쳐서 5~6cm 정도 관입

(2) 점성토에서의 N값

N값	흙의 상태	전단강도	현장관찰
2 이하	매우 무름	0.14 이하	주먹이 10cm 정도 쉽게 관입
2~4	무름	0.14~0.25	엄지손가락이 10cm 정도 쉽게 관입
4~8	중간	0.25~0.5	노력하면 엄지손가락이 10cm 정도 관입
8~15	단단함	0.5~1.0	손가락으로 관입 곤란
15~30	매우 단단함	1.0~2.0	손톱으로 자국이 남
30 이상	딱딱함	2.0 이상	손톱으로 자국을 내기 어려움

 

지내력 시험

지내력 시험은 평판재하시험, 말뚝재하시험, 말뚝박기시험 등의 방법이 있으며 재하시험(load test)이라고도 한다. 이 중 가장 많이 사용되는 평판재하시험은 기초 저면까지 파 들어간 후 그 자리에서 직접 하중을 가하여 봄으로써 지반의 허용지지력을 구하는 방법이다.

지내력 시험 방법

• 시험은 예정 기초저면에서 시행한다.
• 재하판: 정방형 또는 원형의 면적 0.2㎡의 것이 표준, 보통 45cm X 45cm의 정방형 판을 사용한다.
• 매회 재하: 1ton 이하 또는 예정파괴 하중의 1/5 이하로 하고 각 재하에 의한 침하가 멎을 때까지의 그 침하량을 측정한다.
• 침하의 증가는 2시간에 0.1cm의 비유 ㄹ이하가 될 때는 침하가 정지된 것으로 간주한다.
• 단기하중에 대한 허용내력은 총 침하량이 2cm 침하될 때 또는 침하곡선이 항복 상태를 보일 때의 하중 값 중에서 작은 값을 재하판 단면적(0.2㎡)으로 나누어 단기하중에 대한 허용지내력을 구한다.
• 장기하중에 대한 허용지내력은 단기하중의 허용지내력의 1/2이다.

 

베인 테스트

보링의 로드에 십자 날개형 베인 터스터를 지중에 때려박고 회전시켜 회전력으로 점토의 점착력을 판별하는 방법이다.

연약 점토에서 사용하며 굳은 진흙층에는 테스터의 삽입이 어렵기 때문에 사용할 수 없고, 10m 이상의 깊이가 되면 로드의 되돌음 등이 있어 부정확하다.

 

샘플링

샘플링(sampling)은 토질조사에 필요한 시료를 채취하는 방법으로 공사 규모와 성격, 공사비 정도에 따라 결정한다.

불교란 시료 채취

자연상태 그대로 흐트러지지 않게 채취하는 방법으로 보링과 병행하여 실시하며 점토질 지반에서 적용 가능하다.

딘월 샘플링

샘플러의 튜브가 얇은 살로 된 것을 사용하며 시료 채취방법으로 연약 점토 지반에서 주로 사용하는 방법이다. 튜브의 살이 두꺼워 질수록 단단한 지층에서 적용하는 것이 가능하지만 시료가 교란 될 우려가 커진다.

콤포지트 샘플링

샘플링 튜브가 두꺼운 것을 사용하여 시료를 채취하는 방법으로 다소 굳은 점토, 다진 모래 등의 채취에 사용할 수 있다.