굴착설계(흙막이 설계)를 위한 지반조사

제1장 굴착설계(흙막이 설계)를 위한 지반조사

1.1 지반조사

지반조사란 대상지반의 지형, 지질, 성층분포나 지하수의 상황, 지반을 구성하는 토질이나 암석의 공학적 성질 등을 명백하게 다루기 위하여 행하는 조사 전반을 총칭하는 것으로 각종 구조물의 성토 재료조사나 시공 중의 현장 측정, 실내에서의 자료조사나 토질시험 등도 그 범위에 포함된다. 다시 말해 지표로부터 지반 내를 천공, 착공하여 지층의 상태 등을 조사하는 방법으로써 지층구성 및 지하수위를 파악할 수 있고, 실내 시험에 사용할 시료를 채취할 수 있으며, 표준관입시험, 공내재하시험, 계측기기의 매설 등을 수행할 수 있다.

1.1.1 지반조사의 목적

지반조사 및 시험은 기능적인 구조물을 가급적 안전하면서 경제적으로 건설하며, 또 유지관리하는데 필요한 구체적인 지반정보를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
기초설계와 시공을 하기 위해서는 주어진 현장에서 흙의 실제적인 성층 구조와 여러 깊이에서 채취한 흙 시료의 시험 결과 및 유사한 조건에서 시공된 다른 구조물에 대한 관찰 등에 관한 지식이 필요하다. 대부분의 중요한 구조물을 시공할 때는 그 기초지반에 대한 지반조사가 필요하며, 구체적인 목적은 다음과 같이 요약된다.
(1) 구조물의 위치선정
(2) 구조물의 설계계산
(3) 기초 혹은 토공 설계(지하구조물 포함)
(4) 가설구조물 설계
(5) 주위 환경영향평가(인접 구조물, 지반 조건 및 환경변화 등)
(6) 시공계획, 관리 및 확인
(7) 지반 사고 및 그 대책 수립
(8) 재료의 적합성, 매장량의 결정

1.1.2 지반조사의 중요성

구조물이 지반에 설치되는 한 지반과 구조물은 하나의 체제로서 많은 면에서 밀접한 관계가 있다. 특히 최근에는 도시의 과밀화, 광역화, 구조물의 대형화 및 재료나 기초 시 공법의 발달에 의해 또 환경 문제 등도 얽혀 있어 그 관련성은 더욱 복잡해지고 있다. 즉 지반조사의 중요도가 더욱더 높아지고 있다.
지반의 성상은 건설하는 구조물의 형식, 규모, 그 시공법을 좌우하는 큰 결정 요인이 된다. 따라서 지반조사는 신중하고도 적절하게 계획, 실시되어 그 결과를 바르게 평가하고 설계로 반영되어야만 한다. 지반조사는 단지 시추만 하면 좋은 것은 아니다. 지반조사는 우선 지형도나 지질도에 의해 대국적으로 지반의 특징을 파악하여 지반이 약한지, 견고한지, 어떤 지층을 구성하고 있는지, 대상 지지층을 추정하는 것으로부터 시작된다.
토목구조물은 계획 → 조사 → 설계 → 시공의 단계를 거쳐 탄생, 유지관리되어 간다. 각 단계에 있어서 필요에 따른 내용의 지반조사가 행해진다. 그러나 조사목적이 무엇인가를 이해하지 않은 채 획일적으로 행해지는 경우가 간혹 있다. 예를 들면 실시하고 있는 조사가 대략 조사 단계의 것인지, 상세 조사의 것인가를 인식하지 않은 채로 조사계획을 세우는 경우도 있다. 또 조사가 대략인지 상세인지 알고 있어도 앞으로 설계하는 구조물에 대해 또 시공 방법에 있어서 지반이 어떠한 문제를 가졌는지, 그 문제를 해결하기 위해서는 어떤 조사를 하면 효과적인지를 이해하지 않으면 전혀 어긋난 조사 결과를 얻게 될 수 있다. 이처럼 되지 않기 위해서는 설계를 담당하는 사람과 조사하는 사람이 평소에 정보나 의견을 교환하고 서로의 요구가 무엇인가를 이해해 두는 것이 꼭 필요하다.

1.1.3 지반조사의 계획

지반을 구성하는 토층 및 토성은 퇴적환경에 따라 매우 다양하며, 유지관리에 이르는가 단계마다 그 목적에 맞는 조사 및 시험을 하는 것이 중요하다. 그리고 각 단계에서 지반 공학적인 정밀도가 부족하지 않도록 조사항목과 수량을 결정해야 한다.
지반조사에 대한 필요한 지반정보는 주로 다음의 3가지이다.
(1) 지반구성: 깊이 방향의 토층 구성과 수평 방향의 넓이, 분포
(2) 물성: 사운딩 및 실내 시험 결과에서 토질과 암석의 물리적, 역학적 성질
(3) 지하수: 지하수의 분포와 수위
이들을 파악함으로써 설계 및 해석하기 위한 지반 모델 및 지반 조건을 결정하는 동시에 공사 중 및 공사 후에 관한 지반의 거동을 예측한다. 이를 위해 실제의 조사 및 시험은 일반적으로 표 1.1과 같은 순서로 실시하게 되며, 지반 조건 및 구조물의 종류 등에 따라 일부 생략하여 실행되기도 한다.
지반조사계획을 수립하기 위해서는 우선, 문헌이나 기존자료 등 그밖에 가능한 범위 내에서 지반 상황을 파악한다. 그리고 조사의 각 단계에서 내용을 재검토하여 비용을 검토한다.
지반조사를 계획할 때 가장 중요한 것은 그 목적을 잘 이해하는 것이다. 예를 들면, 구조물의 기초설계에서는 연직력, 수평력, 경우에 따라서는 인발력 등의 하중을 대상으로 하는 지반이 어떻게 지지하는지 검토해야 하며, 또 연약 지반상의 성토 같은 경우에는 설계 및 해석에 필요한 연약층의 두께 및 압밀 특성, 강도 특성이 필요하다.
일반적으로 토층 구성은 복잡하고 다양하기 때문에 조사항목 및 조사 수량을 처음부터 일률적으로 결정하는 것은 매우 곤란하다. 또한 조사항목 및 조사 수량이 많을수록 지반 공학적인 정보도 많으므로 설계, 시공 등의 정밀도가 높아진다고 생각할 수 있으나 그렇지 않은 경우도 있으므로 조사목적과 내용을 잘 이해하고, 조사 결과의 활용 방법 등을 잘 인식하고 난 다음에 지반조사 및 시험 결과가 구조물의 설계, 시공, 유지관리에 충분히 반영될 수 있도록 종합적인 견지에서 효과적인 지반조사 계획을 수립하는 것이 중요하다.

1.1.3.1 조사계획 수립 시의 유의점

조사계획을 수립하기 위해서는 그 조사의 성격, 목적, 비용, 시기, 기간 등을 우선 충분히 인식하여 놓을 필요가 있다. 그리고, 대상 지역에서 앞서 시행된 과거의 조사 결과, 공사보고서, 지형도, 항공사진 등 계획 시점에서 수집할 수 있는 자료를 충분히 검토하여 문제점을 잘 파악한 후에 어떠한 정보를 얻어야 하는지를 명확하게 해 두는 것이 중요하다. 다음으로 조사 방법을 선정할 때는 조사 결과의 이용 방법을 잘 이해하고 정밀도 적으로도 필요하고 충분한 정보가 얻어지도록 여러 가지의 조사 방법 중 최적인 조사 방법을 선정하여야 한다.
지반조사로는 통상의 경우 점이나 선의 정보가 얻어지지만 실제로 조사 결과를 이용할 때는 이들을 면적 혹은 공간적으로 해석하여 이용하게 된다. 제한된 점 혹은 선의 정보에서 총체적인 지반정보를 큰 실수 없이 파악하기 위해서는 단지 조사 빈도, 수량을 늘리면 좋다고 하는 식이 아닌 지반의 약점이 될 것 같은 부분이나 구조물에 해당한 중요한 지반의 위치나 깊이를 정확하게 조사할 필요가 있다. 현실에서는 예산, 공사 기간, 지형 등의 제약으로 인해 충분한 지반조사를 할 수 없는 경우도 많다. 이러한 경우에는 목적한 정보의 성질을 잘 감안하여 타당한 대책안을 검토할 필요가 있다.
지반조사 시행에 앞서 조사 결과의 이용 방법과 정보의 필요성을 충분하게 이해한 후 조사계획을 수립하게 되면 시간적으로도 예산상으로도 최소 투자에서 최대 효과를 최대 효과를 올릴 수 있게 된다.