지반보강 및 차수공법
2.6.1 일반사항
지하차도 굴착으로 인한 지반의 침하나 전단
파괴를 방지하기 위하여 지반보강 및 차수공법
을 적용하게 된다. 양질의 지반으로 치환하거
나 경화재를 주입하여 지반의 안정화를 도모하
고 굴착시 지하수의 유출방지, 기초구조물의
지지력 확보를 위한 지반강화 등의 목적으로
적용하게 된다.
지반보강 및 차수공법은 주로 토사층 및 풍
화대에서 주로 적용하며, 암반층에서는 시공이
곤란하고 효과가 떨어질 수 있으므로 적용여부
를 신중하게 판단한다.
적용 목적에 따른 지반보강 및 차수공법을
구분하면 다음 <표 703.19>와 같다.
흙막이 공사에서 주로 시행하고 있는 지반개
량공법은 약액주입공법과 고압분사공법으로 구
분된다.
약액주입공법은 지반내에 주입관을 삽입하여
약액 또는 주입액을 지중에 압송, 충전시켜 지
반을 고결시키는 방법이다. 약액주입공법은
토립자의 간극을 메워 지하수의 침투를 방지하고, 토립자 상호간의 점착력을 증가시켜 지반
의 변형을 방지하는 것이 주요 목적이다.
고압분사공법은 지반의 강도증가를 주목적으
로 하는 경우에 주로 사용하며, 그 종류는 분
사교반공법(단관롯드, 이중관롯드, 삼중관롯드)
과 기계교반공법(슬러리교반, 분체 교반공법)
등이 있다.
2.6.2 약액주입공법
지하차도 건설공사에서 주입공법은 흙막이
벽체공법과 상호 보완적인 관계가 있어 굴착공
사중 결함이 발견될 경우 재시공으로 인한 공
사지연, 가시설의 불안정 등 심각한 문제가 발
생할 수 있다. 따라서 개량목적과 품질확보,
내구성 등을 충분히 검토 후에 주입공법을 결
정한다. 공법 결정 후에도 주입범위, 주입재,
주입량, 주입공의 배치 및 주입속도, 압력 등
많은 항목에 대해 검토해야 하므로 본 시공전
에 시험시공을 실시하는 것이 바람직하다. 설
계단계에서도 시험시공을 통해 주입율, 주입효
과 등을 결정하는 것도 바람직하다. 주입공법
의 성능을 판단할 수 있는 방법은 <그림 703.32>와 같이 지반조사결과를 근거로 투수계
수나 입도분포를 이용할 수 있다.
주입재의 선정은 <그림 703.32>와 같이 지반
조사 결과를 근거로 선정하며 실제 지반에서의
주입양상은 <그림 703.33>과 같다. 따라서 주
입공법별 주입양상을 파악하여 보강공법의 목
적에 적합한 공법 선정이 필요하다.
고압분사공법
일반적으로 보링기계나 고압회전의 보링기계
의 로드선단에 특수한 노즐을 정착시켜 지중에
지반을 절삭하고, 주입재를 고압으로 분사시켜
지중의 지반을 절삭시킨 후, 절삭부분의 토립
자와 혼합교반하거나 치환시켜 개량체를 조성
하는 공법이다. 이 공법의 주입재로서는 시멘
트 밀크가 주로 이용된다. 또한 고압분사 주입
공법은 차수 및 지반강화를 목적으로 개발되어
대심도 굴착공사에 있어서 사질토 지반에는 차
수목적으로, 연약한 점토지반에는 지반강화를
목적으로 사용된다.
지반보강 및 차수공법 적용시 고려
사항
지하차도 건설을 위해 흙막이 구조물 계획시
장기간 공사가 진행되는 구간, 근접시공 구간
뿐만 아니라 지반조건, 시공조건 등을 면밀히
검토하여 지반보강 및 차수보강 공법 적용 구
간을 선정한다. 공법 선정시 고려해야 할 사항
을 정리하면 다음과 같다.
흙막이 굴착 및 되메우기
3.1 일반사항
지하차도 구조물을 구축하기 위해서는 굴착
이 이루어져야 하며, 굴착시 토압 및 수압 등
의 외력에 저항하고, 지반침하나 주변에 건물
이 있을 경우 건물피해를 최소화할 수 있도록
해야 한다. 특히, 굴착 공사 중에는 최근 소음
및 진동 등의 건설공해가 사회적인 문제로 대
두되고 있으므로, 이를 해소 할 수 있도록 굴
착규모, 공정, 지반조건 등을 충분히 고려해야
한다. 지하차도 구조물을 구축한 후에는 되메
움을 철저히 실시하여 구조물 및 지장물 접속
부 등에서 침하가 발생하여 손상을 일으키지
않도록 주의해야 한다.
지반굴착시 다음과 같은 사항에 대해 유의한
다.
시추조사는 NX규격(76mm)으로 굴착하고 시
추공 벽면의 보호를 위해서 벤토나이트 이수
등을 사용하기 때문에 여기서 측정된 공내 지
하수위는 실제 지하수위와 반드시 일치하지는
않는다. 그러므로 굴착공사시 예상되는 용수량
을 파악하는데 주의를 기울여야 한다. 또한 실내시험에서 구한 투수계수는 현장내의 극히 일
부에 대한 것이며 지반전체의 투수성을 나타내
는 것이 아니다. 따라서 필요한 경우에는 현장
의 지반 그 부근의 지형, 인근에서의 시공기록
등을 조사하여 현장 투수시험을 실시하는 것이
바람직하다.
굴착 부지내에 있는 매설물 및 구조물 주변
을 굴착할 경우에는 굴착방법, 구조물 방호대
책을 수립해야 한다. 일반적으로 공사 부지내
에 있는 지하매설물 및 인접구조물에 대해서는
사전 조사를 통하여 대책을 계획하지만 실제와
반드시 일치하지 않으므로 공사중에는 조사시
수행한 결과와 비교하면서 신중하게 접근해야
한다.
소단(berm)을 설치하지 않고 굴착을 실시할
경우에는 일반적으로 버팀보 설치예정 지점으
로부터 0.5m 정도 굴착하는 것이 원칙이다. 그
러나 시공의 편의성과 공기단축을 이유로 버팀
보 설치지점으로부터 1.5~2.0m이상 더 깊게 굴
착하는 경우도 있다. 이처럼 단계별로 정해진
깊이 이상 굴착할 경우에는 흙막이 구조물의
과도한 변형과 응력의 증가를 유발시켜 흙막이
벽체가 파괴에 이를 수 있으므로 주의해야 한
다.
버팀보 설치구간 굴착시 하부의 작업공간이
부족하여 소단을 두어 시공할 경우 소단은 다
음과 같이 설치하여 시공하고 비탈면의 기울기
는 비탈면의 안정성을 고려한 기울기로 해야
한다.
흙막이 시설 없이 굴착면을 장기간 방치하지
않도록 한다. 지하구조물 계획변경 또는 배면
지반 보강공사 등으로 불가피하게 장기간 방치
할 경우에는 현재 설치된 최하단 지보공이하
일정부분을 되메우거나 별도의 지보공을 설치
해야 한다.
연약한 점성토 지반 굴착시에는 흙막이벽의
변형 및 붕괴, 지반침하를 일으킬 수 있는 히
빙에 대한 검토가 필요하다. 사질토의 경우에
는 침투수로 인한 보일링 및 파이핑 현상에 대
해 충분한 검토가 이루어져야 한다.
굴착으로 인한 지반의 침하나 변형 그리고
인접구조물에 미치는 영향을 정량적으로 산정
하는 것은 어렵다. 따라서 이론식 및 경험식,
실험자료 등을 토대로 제안된 자료를 토대로
지반종류에 따라 적절한 보강 및 보조공법을
계획한다.
3.2 지반굴착시 지하수 처리
3.2.1 지하수 처리
흙막이 굴착 공사중 용수량이 과다하게 발생
될 경우 공사장 안의 작업환경이 저하되고 시
공장비 손상, 흙막이벽의 안정성에도 문제가
발생할 수 있다. 또한 주변건물이나 지장물의
침하, 인접한 우물의 유량 감소 등의 피해를
초래할 수 있다.
지하수의 유출이 예상되는 지반에서는 지하
수 처리 방법에 대하여 공기 및 공사비 측면을
고려하여 면밀하게 검토해야 한다. 지하수 처
리는 흙막이 굴착공사에서 안전시공, 재해방지
및 주변에 대한 영향에 큰 관계가 있다. 만약
지하수에 대한 검토가 불충분했을 경우 흙막이
구조물의 붕괴, 터파기 공사장 안으로 토사유
출에 의한 흙막이 배면에서의 지표침하 증가
또는 함몰이 발생할 수 있으며 피압수가 있을
경우에는 지지층이 되는 굴착바닥면을 교란시
켜 지지력이 감소될 수 있다. 또한 주변에서는
수위저하에 의한 지반침하나 건물의 침하, 우
물의 고갈, 인근건물의 지지력저하, 상하수도나
가스관, 통신시설물 등의 침하로 인한 피해 등이 발생할 수 있다 따라서 지하수의 유출이 예
상되는 지반에서의 굴착공사를 계획할 경우에
는 사전에 지하수와 주변에 대한 조사를 충실
히 하여 지하수의 처리 계획과 구체적인 배수
공법 또는 차수 공법에 대해 주변에 미치는 영
향을 우선으로 하여 신중히 검토해야 한다.
3.2.2 지하수 처리 공법
지하수 처리공법은 크게 지하수위를 굴착바
닥면 아래로 저하시키는 배수공법과 굴착 주변
및 바닥면을 불투수층으로 하여 지하수의 유입
을 막는 차수공법이 있다.
종래의 지하수 처리공법은 배수공법이 일반
적이었으나 최근에는 공사장 주변에 영향을 미
치는 공법의 채택이 어려워 차수성이 높은 흙
막이 공법이나 주입공법 등이 주로 적용되고
있다.
현재 일반적으로 사용되고 있는 배수공법과
차수공법은 다음 <표 703.21>, <표 703.22>와
같다.
<표 703.21>과 같이 배수공법을 선정할 경우
지반의 투수성을 고려해서 투수계수와의 관계
되는 입도분포와 적합한 배수공법과의 관계를
이용하는 것이 바람직하다.
<표 703.22>의 강널말뚝방법과 연속지중벽
공법은 흙막이벽이 직접 차수벽 역할을 하는
공법이며 동결공법, 벤토나이트 주입공법, 시멘
트 주입공법, 약액 주입공법은 흙막이벽에 접
하는 배면지반에 대해 불투수성으로 하는 공법
이다. 동결공법, 벤토나이트 주입공법, 시멘트
주입공법, 약액 주입공법은 차수공법으로서는
보조적인 것이며 강널말뚝공법과 연속지중벽
공법 또는 기타의 흙막이벽 공법과 병용해서
사용된다.
다음 <그림 703.35>는 공법 선정에 개략적으
로 활용할 수 있다.
흙막이 굴착
지하차도 건설 공사시 흙막이 굴착이 공기와
공사비에서 차지하고 있는 비중이 크기 때문에
흙막이 굴착에 대해 면밀한 검토가 이루어져야
한다.
흙막이 굴착에 대한 시공에서는 다음과 같은
사항을 고려한다.
▪굴착공법 종류 및 현황
▪굴착분할 및 굴착순서
▪인력굴착과 기계굴착 범위
▪굴착기계와 설비 선정
▪굴착토의 운반과 처리계획
▪토류벽 배면 지반의 침하방지 대책
▪토류벽 배면 인접 매설물 및 구조물의 영향
방지 대책
▪갱내 배수처리와 보조공법
▪환경보전 대책
-소음, 진동, 지반침하, 지하수위 저하
-수질오염, 분진 및 비산
-교통장애, 건설부산물 처리, 환경정비 등
▪매설물 보호대책
▪풍수해 대책 등
흙막이 굴착준비
시공계획에 따라 흙막이 굴착공사가 순조롭
고 안전하게 수행될 수 있도록 흙막이 굴착을
위한 기계기구, 자재 및 가설재를 준비한다.
시공안전대책을 수립하여 안전에 만전을 기
하며 필요한 장소에 안전표지판, 차단기, 조명,
경고신호 등을 설치한다.
주요 시설물에 대하여는 관계 법령에 따라
책임감리원 및 관리자에게 사전 통보하여 굴착
작업 시에 입회할 수 있도록 하며, 지하수에
대한 차수공법을 고려한다.
주요시설이 훼손되거나 부분적인 누수가 발
생할 경우에는 즉각 응급조치를 하고 적절한
조치를 강구한다.
상수도관, 하수도관, 전선, 전화선, 도시가스
관 등의 지하 지장물 및 기타시설물을 조사하
고, 굴착공사에 대비하여 보호한다. 특히 각종
관의 절곡부, 분기부, 단관부, 기타 특수부분
및 이음부분은 이동 또는 탈락방지공 등의 보
강대책을 세워야 한다.
지형물의 이설, 방호 및 철거시에는 기존의
다른 작업에 해를 미치지 않도록 예방조치를
수행하며, 매설물은 전담요원을 두고 항상 점
검, 보수한다. 특히 가스관, 수도관, 하수도관
등의 사고로 인하여 2차 재해의 우려가 있을
때에는 교통의 차단, 통행자와 연도 주거자의
대피유도 및 부근의 화기엄금 등 필요한 조치
를 한다.
인접 구조물 또는 건물의 벽, 지붕, 바닥, 담
등의 강성, 안정성, 균열상태, 노후정도 등을
상세히 조사 기록한다. 인접구조물의 균열부위
는 위치를 표시하고, 균열폭 및 길이를 판독할
수 있도록 사진촬영 및 기록한다.
인근의 주민들이나 건물주에게 공사 진행계
획 및 안전관리계획을 설명하고 협조를 구하며, 조사내용은 해당 당사자에게 확인시킨다.
흙막이와 인접하여 작동되는 시공장비에 대
한 안정성을 검토하며, 필요시에는 흙막이를
보강하거나 지반보강 또는 개량한다.
흙막이공사 주변 구조물에 피해가 예상되면
주변 구조물의 기초와 구조물 하부 지반을 조
사하고 균열, 변위, 변형의 진행 여부와 하중의
증감 상황을 확인할 수 있도록 계측장비를 부
착하여 관찰, 기록한다.
시공계획에 있어서 정확한 시공법을 결정하
기 위하여 사전에 작업환경이나 지반조건 등을
충분히 조사한다.
3.3.2 흙막이 굴착
(1) 줄파기
흙막이 굴착에 앞서 줄파기를 시행하여 지장
물 등의 상황을 사전에 파악해야 한다.
줄파기시 지반굴착을 위한 천공 또는 항타를
하기 전, 천공위치에 따라 인력으로 1.5m 이상
또는 지하매설물 심도 이상 줄파기를 하여 지
하 매설물 유무 및 위치를 확인한다.
가능한 적은 범위 내에서 줄파기를 하고, 보
행자의 안전을 위해 보도경계선에 가설 울타리
를 설치한다.
줄파기 작업 시에는 부근의 노면건조물, 매
설물 등에 피해가 없도록 하고 지반이 이완되
지 않도록 주의하며, 필요시에는 가복공 또는
가포장을 한다.
시험굴착 및 줄파기는 말뚝박기 진행을 고려
하여 소정의 범위 밖에서 시행하며, 작업완료
후 조속히 표준도에 따라 복구하여 교통에 지
장이 없도록 하고 복구 후 노면을 유지 보수한
다.
(2) 비탈면굴착
비탈면의 경사 및 높이는 토질, 지하수, 주변
의 상황 및 공사를 위한 배수방법 등을 종합적
으로 고려해서 결정한다.
비탈면 내에서 지하수가 유출될 우려가 있을
경우에는 배수시설 및 차수공법을 이용하여 지
하수면을 비탈면 아래까지 낮춘 다음에 굴착한
다.
비탈면 높이가 클 경우 비탈면의 중간층에
적당한 소단을 설치한다. 비탈면의 각도와 소
단의 크기 및 위치와 개소 등은 현장 여건과
지반조사결과를 이용하여 결정한다.
비탈면 상부의 상단 가까이에 배수로를 설치
하여 경비탈면의 상부로부터 물이 유입되는 것
을 방지하며, 비탈면 하부에는 집수구를 설치
한다.
비탈면의 존치기간 중에는 관측 및 계측을
철저히 하여 비탈면파괴가 일어나지 않도록 적
절한 보호조치를 하고, 이상이 생겼을 때에는
신속하게 적절한 조치를 취한다.
비탈면 상단에 설계시 고려된 상재하중 이상
의 하중이 가해지지 않도록 한다. 또한, 비탈면
굴착으로 횡방향 변위가 발생될 수 있는 범위
내에서는 말뚝이나 콘크리트를 선 시공하지 않
도록 한다.
(3) 흙막이 굴착공법
굴착을 효율적으로 수행하기 위해서는 가능
한 인력굴착을 최소화하고 가능한 기계굴착이
이루어지도록 하는 것이 시공성과 함께 경제성
을 높일 수 있다. 또한 기계굴착도 사용기계가
대형일수록 일반적으로 시공효율이 높으나 지
반조건, 작업의 안전성, 작업공간 등에 따라 다
르다.
협소한 작업공간 및 중요 지장물이 위치해
있는 경우에는 인력굴착이 불가피하므로 인력
굴착과 함께 기계굴착의 조합을 통해 시공성을
확보하도록 하는 것이 중요하다.
(4) 복공판 직하부의 굴착
복공판 직하부의 굴착시 복공, 매설물의 관
계에서 물리적인 굴착기계 설치가 곤란할 위치
에서의 굴착은 인력굴착을 기본으로 한다. 지
하매설물, 토류벽, 중간말뚝 등의 주변공간, 노
상에서 작업공간을 확보할 수 있는 경우에는
지표면에서 백호우, 클럼쉘 등에 의한 기계굴
착을 수행할 수 있다.
(5) 매설물 주변의 굴착
지하매설물 부근에서 기계굴착을 실시할 때 매설물 손상의 위험도가 높거나 토중에서 매설
물이 파손될 가능성이 있는 경우, 매설물 주변
의 굴착은 지반의 상태에 유의해서 인력굴착을
수행하는 것이 바람직하다.
매설물 주변을 굴착할 때에는 매설물의 손
상, 탈락이 발생하지 않는 경우 선행 굴착으로
굴착고와 구배에 대해 유의해야 한다. 공사중
인명 피해를 방지하기 위해서는 낙하방지공 등
을 설치해야 한다.
(6) 중간말뚝 및 토류벽 부근 굴착
중간 말뚝 및 토류벽 부근에서 기계굴착을
수행할 경우 굴착기계로 인해 말뚝에 충격을
주기 때문에 매설물 및 말뚝의 지지력에 영향
을 줄 수 있다. 이 부분의 굴착은 인력굴착으
로 하는 것이 바람직하다.
일반적으로 1회 굴착하는 범위 및 심도가 클
경우에는 토류벽의 지보공 설치시기가 늦어지
며, 주변지반을 이완시킬 수 있어 주의해야 한
다.
1회 굴착 폭은 공사구간내 굴착분할, 지반조
건 및 지하수위 등을 고려해서 결정해야 한다.
인력굴착의 경우 굴착고와 구배는 지반조건,
지보공 간격, 지하매설물 위치 등을 고려해서 결정해야 한다. 다만, 기계굴착의 경우에도 인
력굴착의 경우와 동일하게 결정해야 한다.
굴착중에는 적정한 차수공법을 적용하여 굴
착시 지하수 유출로 인해 흙막이 배면 지반의
안정 및 지수, 굴착면의 안정이 되도록 해야
한다.
연약지반에서의 굴착은 지반조건, 흙막이공
법, 굴착심도 등에 따라 상황이 크게 다를 수
있다. 굴착시 흙막이벽 배면 지반의 침하범위
가 광범위하게 일어나고 침하량도 크게 발생할
수 있어 흙막이 배면의 매설물, 노면, 인접구조
물 등에 악영향이 발생할 수 있다. 또한 점성
토의 경우에는 히빙이, 사질토의 경우에는 파
이핑 등이 발생할 수 있으므로 사전에 충분한
검토와 함께 공사중에도 발생가능성을 면밀히
검토한 후 공사에 임해야 한다.
연약지반에서의 굴착은 지반조건 및 주변현
황을 고려하여 적정한 보조공법을 함께 적용해
야 한다. 굴착시에는 신속한 지보재 설치, 지보
공과의 결속이 확실하도록 해야 한다. 또한 토
류벽면에는 지하수위계와 지중경사계 등을 설
치하여 간극수압과 지반침하 등을 측정할 필요
가 있다.
3.3.3 굴착장비 및 제반설비
굴착에 사용되는 기계 및 제반 설비는 다음
과 같은 내용을 고려하여 선정한다.
▪공사 구획내의 공구분할 상황
복공의 유무, 토류벽 및 지보공, 중간말뚝 설치
▪노상교통
▪지반조건 : 지질상태 및 지하수
▪공정
굴착심도, 토공량, 토사 운반거리
▪작업공간
▪굴착면내 배수상태
▪굴착보조공법
일반적인 굴착기계 및 제반설비의 조합은 현
장상황에 대응한 최적의 방법을 조합한 시공을
해야 한다.
3.3.4 굴착토 운반 및 처리
굴착토의 운반방법은 일반적으로 굴착 블록
및 토사반출설비의 위치 및 지반조건에 의해
결정되며, 시공시에는 작업능률, 작업안전, 작
업공간 등을 고려해야 한다. 다만 굴착토의 상
태를 파악하여 시공능률을 확보한 지반개량을
실시할 필요가 있다.
굴착토의 반출 방법은 일반적으로 굴착 블록
의 토공량, 굴착심도, 공정, 노상 작업공간의
유무 등에 따라 결정된다. 시공시에는 작업능
률과 작업의 안전을 고려하여 현장의 상황에
최적의 방법으로 해야 한다.
토사의 반출 방법은 자주식 클럼쉘을 이용하
는 방법이 가장 일반적이며 현장조건에 고정식
토사 호퍼(고정식 버켓호퍼 및 클럼쉘), 이동식
토사 호퍼를 이용할 수 있다.
모여진 굴착토는 운반차량의 출입상황, 유도,
비산토의 청결 등에 대해 유의해야 한다. 개착
공사에서는 대량의 토사를 굴착하기 때문에 여
기서 발생한 토사를 매설 재료 등에 재이용하
고 환경의 악영향을 고려해야 한다.
일정수량 이상의 발생토를 반출하는 경우 굴
착토 활용방안에 대해서도 검토해야 한다.
굴착토 매설계획시 유의할 사항은 다음과 같
다.
▪처리방법 및 처분지 결정
▪반출, 운반방법과 운반경로의 결정
▪운반차 운행계획의 결정 등
처리방법 및 처분지 결정은 지반조건, 굴착
토량, 운반거리 및 굴착토의 반입과 시스템을
고려해서 결정한다. 굴착토의 이용방법은 매립
재료, 성토, 정지재료 등으로 이용, 매설된 재
료 및 노반재료로의 전용 등이며, 처분지는 매
립지, 택지조성지, 건설공사 현장이 있다.
토사 운반차는 토사는 비산을 방지하는 장치
(쉬트피복 등)를 실시해야 하며 적재중량이 초
과되지 않도록 해야 한다.
반출구 및 반입 부근에서 토사의 비산이 발
생할 수 있기 때문에 해당지점의 정기순회를
실시하고 비산이 발생할 경우에는 세륜시설을
설치해야 한다.
3.3.5 되메우기
굴착 후 되메우기시에는 다음과 같은 사항을
유의하여 시공한다.
▪제반시설은 공사 완료시 원형대로 복구
▪굴착구간 내로 지표수 유입방지
▪지장물 복구시 부등침하 방지
▪지상돌출부 잔여 보도폭 확보
▪노면 침하 대비 아스콘 포장
굴착완료 후 지하구조물의 외벽과 흙막이벽
체 사이의 공간을 되메울 경우 입도가 좋은 양
질의 토사로 층다짐을 실시하여 침하요인을 배
제하는 것이 바람직하다.
되메우기 공간이 협소하여 지표면에서 일반
투기형태로 되메울 경우에는 장기간 침하가 발
생할 수 있으므로 주의한다.
되메우기를 시행할 경우 간격은 약 1.0m 이
내로 다짐이 곤란할 때는 사질토를 이용하여
물다짐을 해야 하며 소일시멘트를 사용할 수도
있다. 되메우기 시공은 지하층 구조물과 흙막
이벽체의 합벽 및 비합벽으로 할 수 있다.
되메우기에 사용하는 흙은 일반적으로 다음
과 같은 조건을 유지해야 한다.
▪최대치수 : 100mm
▪No.4 (4.75mm)체 통과량 : 25~100%
▪No.200 (75μm)체 통과량 : 15% 이하
▪소성지수 (PI) : 10% 이하
▪수침 CBR (%) : 10% 이상
되메우기시에는 전체가 균일한 다짐이 되도
록 한다. 면적이 좁고 층고가 낮아, 롤러(roller)
에 의한 다짐이 곤란한 장소에서는 램머
(rammer)나 진동식 다짐장비 등을 사용할 수
있다.
다짐 장비를 사용할 경우에는 다짐에 의한
충격이 주변 구조물과 흙막이 벽체에 직접 전
달되지 않도록 한다.
다짐시의 함수비는 KS F 2312에 의한 최적
함수비(O.M.C.)부근과 다짐곡선의 90% 밀도에
대응하는 습윤측 함수비 사이로 한다. 구조물
뒷채움의 경우에는 다짐도 기준이 95%이상 되
게 하고 강도를 고려할 경우에는 습윤측 보다
는 건조측 다짐이 유리하다.
특히 우수나 지하수 유입에 따라 되메우기 흙의 함수비가 허용치를 초과하지 않도록 배수
로 및 집수정 등의 배수처리를 수행한다.
버팀보 사이를 다짐하는 경우에는 다짐에 의
한 충격이나 편토압의 영향을 받지 않도록 한
다.
버팀보 상부에서 다져지는 흙의 영향을 받게
되는 버팀보 하부와 흙막이 벽체가 접한 부분
의 다짐에 유의하며, 다짐이 충분히 되지 않을
경우에는 소일시멘트 등으로 보강한다.
다짐도 검사는 다음과 같이 수행한다.
▪다짐도 검사는 매층 당 3개소에서 실시하며
층마다 시험 위치가 중복되지 않도록 한다.
▪상대 다짐도(Relative Compaction : R.C.)가
표준다짐의 90% 이상이 되도록 다짐관리 한다.
▪되메우기의 다짐도에 미달하는 경우에는 함
수비를 조절하여 재다짐 하거나 책임감리원의
지시에 따라 지반을 치환하고 다져야 한다.
▪다짐도 검사는 KS F 2311의 모래 치환법
(Sand Cone Method)을 적용하거나 방사능 밀
도 측정기에 의한 방법으로 할 수 있다.
흙막이 계측계획
4.1 계측 개요
4.1.1 일반사항
흙막이 구조물 설계시 지반의 비선형적인 거
동특성과 응력상태, 시간, 공간 및 환경 등에
따른 변화, 그리고 현장지반이력을 실험실에서
재현하는데 한계가 있다. 또한 조사 및 실험방
법상의 기술적인 한계성으로 인하여 설계시 지
반의 특성요소를 반영한다는 것은 거의 불가능
하므로 시공시 사고의 위험성이 항상 뒤따르게
된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 가장 합리적이고 안전한 구조물의 설계, 시공
을 위한 방법이 계측이다. 계측은 구조물의
융통성 있는 설계와 시공을 계획하고 공사가
진행되는 동안 구조물이나 기초지반의 응력,
변형 특성을 점검하면서 설계와 시공을 적절히
조정해 나가는 것이 경제적이고 합리적인 방법
이다.
<그림 703.39>와 같이 흙막이 구조물에 대한
계측시 측정한 자료를 수집, 정리, 분석하여 안
정성을 판단․예측하고 이에 따라 설계 및 시
공을 수정 변경하는 시공관리를 함으로써 안전
하고 경제적인 시공을 가능케 할 수 있다.
4.1.2 계측의 목적
흙막이 공사의 경우 설계단계에서 토압과 지
반반력계수 등의 설계정수를 정확하게 파악하
기에는 근본적으로 한계가 있다. 이러한 이유
로 인해 설계단계에서는 예측한 흙막이 가시설
의 변형, 응력을 초과하는 과다한 변형 및 응
력이 시공중에 발생하면, 버팀보나 앵커의 축력을 증대시키는 시공관리를 함으로써 흙막이
가시설의 과대한 변형이나 붕괴를 방지하는 것
이다. 설계단계에서 정확하게 파악할 수 없었
던 요소의 실태를 변형, 응력 등의 계측자료를
이용하여 명확하게 하고 이를 기본으로 하여
다음 단계의 굴착시 흙막이 가시설의 거동을
예측할 수 있다. 계측결과를 당초 계획과 비교
검토함으로써 다음 단계 이후의 굴착에 지장이
없는지를 판단하여 안전하고 합리적인 시공관
리를 하는 것이 계측의 목적이다.
구체적인 계측 목적은 다음과 같다.
▪설계시 현장의 대표지점에서 시행된 지반조
사에 대하여 상세한 지반정보의 부족을 시공
기간중 발견
▪굴착 공사중 지반 및 인접구조물의 영향에
대한 정보 제공
▪계측결과에 의한 설계의 수정 및 보강을 시
행하여 시공중 안전성 도모
▪자료를 통하여 향후 설계에 반영하여, 흙막
이 구조물 건설에 있어서의 합리성 확보
계측 개요
4.2.1 계측계획 수립시 고려사항
계측계획 수립시 아래 <표 703.24>과 같은
일반적인 사항이 종합적으로 검토되어야 한다.
계측항목
흙막이 구조물 공사시 계측항목의 선정에 있어
서 굴착으로 인하여 지반 및 흙막이 구조물의 정
확한 거동과 주변에 있는 기존 구조물에 미치는
영향을 파악할 수 있는 항목을 선정한다. 일반적
으로 가시설 공사의 계측항목은 토압, 응력, 변위,
변형율, 간극수압, 지하수위, 온도, 진동 등과 같
은 다양한 항목들로 구성되며 계측목적에 부합되
도록 주변 공사현장 및 설계시의 불확실성을 충
분히 검토하여 선정하도록 한다. 계측항목 선정
시 주요 검토사항은 다음과 같다.
(1) 설계시 불확실성
▪설계계산시 외력조건이 측압 및 유수압 등 그
추정치의 오차가 클 것으로 예상되는 경우
▪인접 위치에서 공사를 하는 경우 등 외력 조
건의 대폭적인 변동이 예상되는 경우
▪설계 계산치와 허용치를 비교하여 안전율이
작은 경우
▪예측 계산을 하는 경우에 필요한 항목
(2) 굴착영향 범위내의 구조물의 유무
- 중요 구조물이나 문화재가 인접한 경우
- 노후된 구조물이 인접한 경우
- 민원발생의 우려가 있는 경우
그러나 계측항목의 선정요인은 다양하며, 하
나의 선정요인에 대해서도 몇 개의 계측항목이
선정되는 경우가 많다, 다음 표는 일반적인 흙
막이 구조물 공사중 수행하는 계측항목이다.
계측위치 선정 및 설치
현장계측은 다양한 거동을 파악할 수 있는
위치에 선정하는 것이 바람직하다. 계측위치는
합리적이고 경제적인 측면에서 흙막이 구조물
및 배면 지반의 거동을 대표할 수 있는 최소한
의 측점을 선정하는 것이 더 효과적이다. 일반
적으로 계측지점을 선정할 때 고려할 사항은
다음과 같다.
▪인접구조물의 존재에 따라 선정된 계측항목
에 대해서는 그 구조물의 위치를 중심으로
계측기기를 배치한다.
▪설계의 불확실성에 따라 선정된 계측항목에
대해서는 그 요인의 내용에 따라 배치한다.
▪공사가 선행하는 위치에 배치한다.
▪예측 계산을 하는 경우, 필요한 항목의 계측
치가 연속해서 얻어지도록 한다.
▪연관된 계측항목 계기는 집중 배치한다.
▪계기에 고장이 일어날 가능성을 고려하여 적
절한 배치를 한다.
▪계기의 설치 및 배선을 확실히 할 수 있는
위치로 한다.
계측 위치를 선정함에 있어 필요한 기준을
기술하면 다음과 같다.
▪사전조사 등에 의해 지반조건이 충분히 파악
되고 있는 곳, 또는 대표적인 지반상태를 갖
는 지점
▪표준단면으로 설정한 지점
▪중요 구조물이 인접하여 있거나 가장 위험하
다고 생각되는 지점
▪우선적으로 공사를 시행할 지점
▪흙막이 구조물이나 지반에 특수한 조건이 있
어 공사에 영향을 미칠 것으로 예상되는 지점
▪재료나 단면이 변경되는 지점
▪교통량이 많은 지점
▪하천변 등 지하수위가 높고 수위의 변화가
빈번한 지점
▪계기의 설치와 측정이 용이하고 훼손이 적은
지점
위와 같은 사항을 고려하여 계측지점을 선정
한 후에는 가능한 계측기기가 동일 단면에 설
치되도록 배치하는 것이 중요하다. 이는 수평
변위, 주변 지반의 침하 및 지하수위의 변화
등이 서로 연관성을 유지하면서 나타나므로 이
를 종합적으로 분석함으로써 계측의 신뢰성을
분석할 수 있기 때문이다. 흙막이 가시설 공사
에서 대표적으로 사용되는 계측기의 설치 위치
와 측정 시기는 다음과 같다.
인접시공시 굴착으로 인한 주변 영향범위를
고려해야 한다.
<그림 703.41>은 흙막이 공사시 수행하는 각
종 계측기기의 설치사례이다.
유지관리계측은 향후 주변지역이 공사 등으
로 인해 여건변동 발생 및 구조적으로 취약한
단면변화 구간과 편경사, 파쇄대 및 지반조건
상 취약구간에 대해 유지관리 계측구간으로 선
정하고 공사완료후에도 지속적인 거동을 파악
해야 한다.
유지관리계측은 지속적인 모니터링을 통해
구조물의 장기거동을 파악하고, 설계치 대비
설정된 관리기준치에 따라 각 단계별 안전관리
및 대책수립에 활용한다.
유사시 구조물 전문가 및 안전진단기관의 구
조물 정밀분석 및 보수/보강대책 수립시 필요
한 정량적 기초자료로 활용한다.
구조물 이력 및 거동특성에 대한 장기간 DB
를 축적함으로 차기시공 및 향후 유사구조물에
대한 구조시방 보완 및 설계기준에 대한 기술
자료로 활용하도록 한다.
<그림 703.43>은 지하차도에 적용된 유지관
리 계측사례이다.
계측빈도
공사 진척에 따라 현장 상황에 대응할 수 있
도록 적절한 계측빈도를 설정한다. 계측빈도가
불필요하게 많으면 비용이 증가하고, Data 처
리가 신속치 못하여 의사결정을 지연시킬 수
있다. 반면 너무 적으면 중요한 변화 양상을
감지하지 못하는 경우가 발생한다. 계측빈도
에 대한 기본 방향을 정리하면 <표 703.28>과
같다.
계측 기기의 유지관리
계측 기기의 경우, 그 형태에 따라 유지 관
리 방법에 차이가 있으나, 일반적인 유지 관리
사항으로는 다음과 같은 것을 들 수 있으며,
계측 수행자는 이를 숙지한 후 시행한다.
(1) 제조업자 측에서 제공한 매뉴얼로부터 일
상 유지 절차를 수립한다.
(2) 터미널은 오염과 습기로부터 보호한다. 현
장 여건에 따라 보호 캡과 방책을 설치한
다. 전기 플러그에는 먼지 방지용 캡을 원
칙적으로 설치해야 한다.
(3) 설치된 기기와 측정 장치의 보정 상태를
조사한다.
(4) 건전지의 규칙적인 조사를 통해 충전 및
교체를 적기에 실시하고, 기기의 일상 점
검을 통해 기기 오염 및 고장시 즉각적으
로 보수, 교체한다.
(5) 제조업자 측에서 제공하는 고장 수리 지침
에는 파괴 형상, 조짐, 수리 등에 대한 내
용이 포함되어 있어야 한다.
(6) 섬세한 기기의 경우, 운반 및 관리시 충격
과 손상 방지를 위해 패드와 같은 충격 완
화제를 설치한다.
(7) 계측 장비 운반시 무거운 시공 장비와의
구별을 위해 눈에 띄는 색깔로 칠을 한 후
시행하는 것이 바람직하다.
(8) 휴대용 장비의 경우, 청결성과 건조 상태를
유지하도록 조치해야 한다.
(9) 기계식 등의 특정한 측정 장비는 주기적으
로 기름칠을 하고, 전자식 측정 장치의 경
우 청결하고 건조한 상태를 유지시키며, 주
기적으로 측정 장치 상자의 내부를 건조시
켜야 한다.
계측결과 분석 및 활용
4.3.1 계측관리 기준
(1) 시공관리 기준
계측관리는 시공시와 유지관시 대상 구조물
에 대한 안정성 여부를 예측하고 대처하는 일
련의 작업으로서 적정한 계측 관리기준을 필요
로 한다.
일반적인 계측관리 기법은 다음과 같다.
(3) 인접구조물 관리기준
굴착에 의해 발생되는 주변지반 침하가 주로
인접구조물에 영향을 주는 주된 원인으로 작용
되며 주변침하의 발생 요인은 다음과 같다.
▪말뚝의 관입 또는 발파시 진동에 의한 주변
지반의 다짐 또는 압축
▪토류벽 수평변위에 의한 배면토의 수평이동
▪유출에 의하여 수반되는 현장 내부로의 토사
유출에 따른 침하
▪소산에 의한 압밀침하
▪히빙(Heaving)에 의한 주변지반의 침하
▪설치시 뒤채움 불량으로 인한 배면토의 이동
▪주변의 상․하수도관의 파괴에 의한 누수로
써 유발되는 함몰침하
Peck(1969)은 굴착지반의 특성 및 굴착 깊이
에 따라 여러 현장의 변위 계측 자료를 종합하
여 침하해석도를 제안하였다. 이 침하해석도는
벽체의 강성이나 지하수위의 영향을 고려하지
않고, 굴착면에서 최대토압이 발생하며 토류벽
으로부터 횡방향 거리 증가에 따라 규칙적으로
침하가 감소되는 것으로 단순화한 것으로 암반
의 침하감소 영향을 고려하지 못하는 단점이
있다.
Clough(1990)는 실제 굴착현장에서 벽체 형
식 및 굴착깊이에 따른 최대 지반 침하량을 실
측하여 정리하였다. 일반적인 굴착에 따른 침
하량은 굴착깊이의 0.5% 이하로 나타나고 있으
며, H-Pile 흙막이 구조물의 경우 일반적으로
굴착깊이의 0.2~0.3% 정도로 나타나고 있다.
계측관리 및 절차
일반적으로 계측 관리시 유의해야 할 사항은
다음과 같다.
▪계측 결과는 반드시 공사의 진행 상태와 기
온, 강우량 등 중요한 환경 상태와 함께 기
록하며, 가급적 도표로 정리한다.
▪유능한 기술자로 구성된 계측반이 계측을 전
담해야 하며 계측요원은 현장에 상주한다.
▪계측 결과는 즉각 검토, 정리, 분석한다.
▪계측 책임자의 보고 체계와 책임 한계를 분
명하게 한다.
관리기준은 지반의 거동상태, 인접구조물의
안전한계와 암반 역학적인 조건에 의하여 결정
되므로, 기준적인 수치를 정확히 제시하기가
어렵다. 따라서 이론해석 및 수치해석, 혹은 유
사조건하의 시공실적을 참고하여 초기 시공실
적을 토대로 관리기준을 수시로 수정해 가는
방법이 가장 합리적이고 실질적이다. 시공 중
기존설계와 계측결과의 차이가 클 경우, 실제
굴진면의 관찰결과를 경험적이고 정량적인 평
가 후 시공 전 설계의 입력자료를 수정하고 보
완하여 재설계한다. 또한 시공 중 변화된 지
반 특성치 등 조건변화를 고려하기 위하여 필
요한 별도의 지반시험을 수행하고 수치해석의
입력자료를 사용한다.
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