흙막이 설계의 기본자료

1.1.3.2 조사단계

지반조사의 진행 방법은 조사목적이나 내용에 의해 변하게 되지만, 일반적으로 조사 밀도나 정밀도를 단계적으로 높여나가는 것이 좋다.
1) 예비조사
예비조사는 기존 관련 자료(지형도, 지질도, 주변 이외의 공사 지반조사 보고서 및 공사기록, 재해기록 등)의 수직 정리, 공중사진의 판독 및 현지답사에 의해 지형, 지질, 지하수, 환경 등의 개요를 조사하고, 거시적인 관점에서 조사 중점 지역이나 이후의 조사방침을 명백히 밝히는 것이다. 더욱이 이 단계에서 검토된 요주의 부분에 관해서는 물리탐사, 사운딩, 천공 등을 가능하면 제한적으로 실시하는 것이 바람직하다.
2) 본조사
본조사는 설계, 시공에 앞서 반드시 하는 조사로써 대상지반의 성질이나 상태, 설계 등에 필요한 지반 정수를 파악함과 동시에 건설상 문제가 되는 부분의 지반 조건을 명백히 밝히는 것을 목적으로 하여, 대상 지역 전역에 걸쳐서 실시한다.
구체적인 조사지점이나 조사 방법의 선정에 있어서 특히 검토를 필요로 하는 부분에 중점을 둔 조사를 계획하는 것이 바람직하다. 한 번의 조사만으로 모든 정보를 얻는 것은 어렵기 때문에 우선 적절한 거리 간격에 사운딩, 천공, 샘플링 및 실내 토질시험을 하여 지반의 성질과 상태를 총괄적으로 파악한다.
3) 시공관리 조사
시공관리 조사에는 구조물 등의 품질에 관한 조사와 시공 시의 거동이나 안전성에 관한 조사가 있다. 품질에 관한 조사는 구조물을 사전에 정할 수 있었던 기준치로 합하여 될 수 있는지 어떤지를 판정하기 위하여 행하는 것이기 때문에 재료의 품질관리나 성토의 확실한 관리 등이 있다.
한편 시공 시의 거동이나 안전성에 관한 조사에는 공사 진행에 맞추어 설계 시의 불확실성을 보충하기 위해서 행하는 조사와 공사에 의해 생긴 지반의 변형 상태나 그것이 구조물에 미치는 영향을 알기 위한 조사가 있다. 관측 결과는 즉시 그래프화 해서 거동을 파악하고 설계 시에 예기치 못했던 거동이 발생한 경우에는 조속히 원인을 파악하여 대책 강구하는 것이 필요하다.
4) 유지관리 조사
유지관리 조사는 일반적으로 구조물의 변형 상태 등을 정기적으로 관찰 혹은 검측하여 그 결과로부터 위험이 예상될 때, 혹은 실제로 이상인 상태가 되었을 때 등에 대책을 검토하기 위해 실기한다.

1.1.4 지반조사 방법과 선정

일반적으로 구조물의 종류나 규모에 따라 지반조사의 방법과 범위가 달라진다. 다시 말해 소규모의 구조물 내지 교량의 경우 지반의 지지력을 구하는 정도의 조사가 이루어지면 충분하지만 구조물 또는 특수한 교량 등의 경우에서는 구조물의 지반지지력 및 침하뿐만 아니라 지반의 변형성 그리고 장기적인 안정성 등을 감안하는 지반조사가 계획, 수립되어야 한다. 이와 더불어 지반조사는 지반의 형태 즉, 구조물이 위치하는 지반이 토사만으로 되어 있는지, 암반이 대부분을 차지하는지, 아니면 연약지반이 광범위하게 분포되어 있는지 등에 따라서 지반조사의 방법 및 범위는 공사의 종류, 구조물의 규모, 지반 조건, 주변 환경 등에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 이러한 조사 방법에는 크게 현장 조사 및 현장 원위치시험과 실내 시험으로 구분할 수 있다.
조사 방법의 선정은 조사목적에 부합된 정보를 정확하게 얻을 수 있는 방법으로 선택하여야 하므로 각종 조사 방법의 특징, 얻어지는 결과와 그 이용 방법, 대상지반 등의 적용 저건, 공사 기간, 비용 등의 제약조건 등을 고려해 놓을 필요가 있다.

1.1.5 목적에 따른 조사용

지반조사는 지반의 토층 구성(층의 두께, 깊이, 분포상태), 각 토층의 물리적, 역학적 특성, 암반 깊이와 특성, 지하수 등에 대한 자료를 파악하여 해당 구조물의 지지력, 침하, 사면안정, 토압과 지하수와 관련된 사항 등을 검토하기 위한 것으로 구조물의 종류와 규모, 중요성 및 입지 조건에 따라 적합한 조사계획을 수립해야 한다.

1.2 흙막이 구조물

1.2.1 개요

최근의 건설 동향은 구조물의 대형화, 초고층화, 지하공간 활용의 필요성으로 인한 지하굴착 대도심과, 도심지 근접시공의 중가 등 다양한 특성을 나타내고 있다. 이러한 특성은 대규모 지반굴착 및 흙막이 공사의 급격한 증가로 이어져 지반굴착 및 흙막이 공사의 중요성이 커지게 되었으며, 그에 따르는 설계 및 시공 기술의 향상이 절실히 요구되고 있다.
토목공사에서 말하는 지반굴착공사란 터파기와 흙막이 공사로 대별할 수 있는데 터파기공사는 자연적이거나 인위적으로 조성된 지표면을 장비를 이용하여 지하 부분의 흙을 굴착, 제거하는 작업으로 구조물기초나 지하구조물의 설치를 위한 것이며, 흙막이 공사는 지반굴착을 안전하게 하기 위한 것으로 지하구조물 구축을 위한 기초 굴착공사에 있어서 지지구조물을 설치하여 굴착작업 시에 현장 내로 주변 흙이나 물의 유입을 막으면서 주위의 지반 붕괴를 막고 토압 및 수압 등의 측압에 저항토록 가설구조물을 설치하는 공사를 말한다.
흙막이에 요구되는 기능은 외력에 견딜만한 충분한 강도와 강성뿐만 아니라, 주변 지반의 변위, 침하에 따라 안정된 구조물, 매설물 등에 유해한 손상을 주지 않는 점이다. 또한, 공사 기간, 경제성, 안정성 등과 동시에 소음, 진동, 분진 등의 인근에 미치는 영향을 최소한으로 그치게 하는 것도 고려되어야 한다.
즉, 지반굴착 및 흙막이 공법의 선정은 지반 조건, 지하수위, 인접 구조물 및 자하 매설물, 굴착 규모와 깊이, 벽체의 강성, 선행긴장력 등의 시공 기술에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 공사 기간, 공사비, 시공성 및 안정성 등의 모든 조건을 검토하여 적정한 설계 및 시공 방법을 선정, 실시하여야 한다. 그러나 지반굴착 및 흙막이 공사에서 무엇보다도 우선되어야 할 것은 시공 중의 안전이며, 이를 위해서는 지반조사 단계에서부터 세심한 주의가 필요하고, 가장

1.1.3.2 조사단계

지반조사의 진행 방법은 조사목적이나 내용에 의해 변하게 되지만, 일반적으로 조사 밀도나 정밀도를 단계적으로 높여나가는 것이 좋다.
1) 예비조사
예비조사는 기존 관련 자료(지형도, 지질도, 주변 이외의 공사 지반조사 보고서 및 공사기록, 재해기록 등)의 수직 정리, 공중사진의 판독 및 현지답사에 의해 지형, 지질, 지하수, 환경 등의 개요를 조사하고, 거시적인 관점에서 조사 중점 지역이나 이후의 조사방침을 명백히 밝히는 것이다. 더욱이 이 단계에서 검토된 요주의 부분에 관해서는 물리탐사, 사운딩, 천공 등을 가능하면 제한적으로 실시하는 것이 바람직하다.
2) 본조사
본조사는 설계, 시공에 앞서 반드시 하는 조사로써 대상지반의 성질이나 상태, 설계 등에 필요한 지반 정수를 파악함과 동시에 건설상 문제가 되는 부분의 지반 조건을 명백히 밝히는 것을 목적으로 하여, 대상 지역 전역에 걸쳐서 실시한다.
구체적인 조사지점이나 조사 방법의 선정에 있어서 특히 검토를 필요로 하는 부분에 중점을 둔 조사를 계획하는 것이 바람직하다. 한 번의 조사만으로 모든 정보를 얻는 것은 어렵기 때문에 우선 적절한 거리 간격에 사운딩, 천공, 샘플링 및 실내 토질시험을 하여 지반의 성질과 상태를 총괄적으로 파악한다.
3) 시공관리 조사
시공관리 조사에는 구조물 등의 품질에 관한 조사와 시공 시의 거동이나 안전성에 관한 조사가 있다. 품질에 관한 조사는 구조물을 사전에 정할 수 있었던 기준치로 합하여 될 수 있는지 어떤지를 판정하기 위하여 행하는 것이기 때문에 재료의 품질관리나 성토의 확실한 관리 등이 있다.
한편 시공 시의 거동이나 안전성에 관한 조사에는 공사 진행에 맞추어 설계 시의 불확실성을 보충하기 위해서 행하는 조사와 공사에 의해 생긴 지반의 변형 상태나 그것이 구조물에 미치는 영향을 알기 위한 조사가 있다. 관측 결과는 즉시 그래프화 해서 거동을 파악하고 설계 시에 예기치 못했던 거동이 발생한 경우에는 조속히 원인을 파악하여 대책 강구하는 것이 필요하다.
4) 유지관리 조사
유지관리 조사는 일반적으로 구조물의 변형 상태 등을 정기적으로 관찰 혹은 검측하여 그 결과로부터 위험이 예상될 때, 혹은 실제로 이상인 상태가 되었을 때 등에 대책을 검토하기 위해 실기한다.

1.1.4 지반조사 방법과 선정

일반적으로 구조물의 종류나 규모에 따라 지반조사의 방법과 범위가 달라진다. 다시 말해 소규모의 구조물 내지 교량의 경우 지반의 지지력을 구하는 정도의 조사가 이루어지면 충분하지만 구조물 또는 특수한 교량 등의 경우에서는 구조물의 지반지지력 및 침하뿐만 아니라 지반의 변형성 그리고 장기적인 안정성 등을 감안하는 지반조사가 계획, 수립되어야 한다. 이와 더불어 지반조사는 지반의 형태 즉, 구조물이 위치하는 지반이 토사만으로 되어 있는지, 암반이 대부분을 차지하는지, 아니면 연약지반이 광범위하게 분포되어 있는지 등에 따라서 지반조사의 방법 및 범위는 공사의 종류, 구조물의 규모, 지반 조건, 주변 환경 등에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 이러한 조사 방법에는 크게 현장 조사 및 현장 원위치시험과 실내 시험으로 구분할 수 있다.
조사 방법의 선정은 조사목적에 부합된 정보를 정확하게 얻을 수 있는 방법으로 선택하여야 하므로 각종 조사 방법의 특징, 얻어지는 결과와 그 이용 방법, 대상지반 등의 적용 저건, 공사 기간, 비용 등의 제약조건 등을 고려해 놓을 필요가 있다.

1.1.5 목적에 따른 조사용

지반조사는 지반의 토층 구성(층의 두께, 깊이, 분포상태), 각 토층의 물리적, 역학적 특성, 암반 깊이와 특성, 지하수 등에 대한 자료를 파악하여 해당 구조물의 지지력, 침하, 사면안정, 토압과 지하수와 관련된 사항 등을 검토하기 위한 것으로 구조물의 종류와 규모, 중요성 및 입지 조건에 따라 적합한 조사계획을 수립해야 한다.

1.2 흙막이 구조물

1.2.1 개요

최근의 건설 동향은 구조물의 대형화, 초고층화, 지하공간 활용의 필요성으로 인한 지하굴착 대도심과, 도심지 근접시공의 중가 등 다양한 특성을 나타내고 있다. 이러한 특성은 대규모 지반굴착 및 흙막이 공사의 급격한 증가로 이어져 지반굴착 및 흙막이 공사의 중요성이 커지게 되었으며, 그에 따르는 설계 및 시공 기술의 향상이 절실히 요구되고 있다.
토목공사에서 말하는 지반굴착공사란 터파기와 흙막이 공사로 대별할 수 있는데 터파기공사는 자연적이거나 인위적으로 조성된 지표면을 장비를 이용하여 지하 부분의 흙을 굴착, 제거하는 작업으로 구조물기초나 지하구조물의 설치를 위한 것이며, 흙막이 공사는 지반굴착을 안전하게 하기 위한 것으로 지하구조물 구축을 위한 기초 굴착공사에 있어서 지지구조물을 설치하여 굴착작업 시에 현장 내로 주변 흙이나 물의 유입을 막으면서 주위의 지반 붕괴를 막고 토압 및 수압 등의 측압에 저항토록 가설구조물을 설치하는 공사를 말한다.
흙막이에 요구되는 기능은 외력에 견딜만한 충분한 강도와 강성뿐만 아니라, 주변 지반의 변위, 침하에 따라 안정된 구조물, 매설물 등에 유해한 손상을 주지 않는 점이다. 또한, 공사 기간, 경제성, 안정성 등과 동시에 소음, 진동, 분진 등의 인근에 미치는 영향을 최소한으로 그치게 하는 것도 고려되어야 한다.
즉, 지반굴착 및 흙막이 공법의 선정은 지반 조건, 지하수위, 인접 구조물 및 자하 매설물, 굴착 규모와 깊이, 벽체의 강성, 선행긴장력 등의 시공 기술에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 공사 기간, 공사비, 시공성 및 안정성 등의 모든 조건을 검토하여 적정한 설계 및 시공 방법을 선정, 실시하여야 한다. 그러나 지반굴착 및 흙막이 공사에서 무엇보다도 우선되어야 할 것은 시공 중의 안전이며, 이를 위해서는 지반조사 단계에서부터 세심한 주의가 필요하고, 가장 합리적인 공법선정에 의한 설계, 철저한 감리 및 정보화시공을 통한 공사관리가 이루어져야 한다.

합리적인 공법선정에 의한 설계, 철저한 감리 및 정

1.2.2 흙막이 설계의 기본자료

1.2.2.1 지반조사

(1) 지하수위(현재 및 최대홍수시), 토질시험자료, 투수계수, 압축강도, TCR, RQD, N치 등이 있다.
(2) 특히, 암반 상의 중요 구조물인 경우는 암반의 불연속면의 특성(절리, 단층의 규모 및 방향 등), 강도시험, 투수시험 결과 등을 파악하여 암반 절취면의 안정성 검토를 실시하여야 한다(N X 시추, 공내재하시험, 절리면 전단시험 등).
(3) 시추깊이는 굴착 깊이보다 깊게 하고, 굴착 내부뿐만 아니라 배면 지반 조건 파악도 중요하다. 석회암 지대에서는 지하공동 유무의 확인을 위하여 기초지지력의 영향범위까지 시추할 필요가 있다.

1.2.2.2 인접 건물답사

인접 구조물의 현황 및 노후도 파악, 굴착 면과의 이격거리, 기초형식, 건물 규모, 지하실 유무, 건물 기초형식, 균열(폭, 위치, 방향, 길이), 누수 여부, 개보수 이력, 건물 사용현황 등을 조사한다. 공사착공 직전 또는 초기에 인접 건물에 대해서는 안전 점검을 시시하며, 비디오, 사진 촬영, 계측기 부착한다.

1.2.2.3 인접 매설물 조사

상하수도관, 송유관/통신케이블, 지하철/한전 케이블, 도시가스 등에 대해 관련기관에 비치된 자료를 입수하는 한편, 현장에 출장하여 확인한 후, 각 기관의 연락처와 함께 도면에 첨부한다.

1.2.3 흙막이 설계 시 주요 검토사항

(1) 지형, 지질에 맞는 토류구조물 공법 선택과 그 공법의 문제점, 시공성, 경제성 분석
(2) 정확한 토질 정수 추정을 위한 시험자료 검토
(3) 인접 구조물의 특징과 노후도, 지하 매설물 위치 파악으로 굴착에 따른 영향 검토
(4) 암반 굴착이나 특수공법(CIP, SCW, Slurry wall 등) 시공 시 소음, 진동, 장비투입에 따른 민원 발생 검토
(5) 지하수위가 높은 지역에서는 차수 공법 선정을 지반조사 결과와 비교 검토하여 결정(계절적 지하수위 변동도 검토)
(6) 지지부재(Strut, Jack, Wale, Anchor, 영구 Slab 등)의 선택과 배치 방법 검토
(7) 설계 Model 선정(탄성, 탄소성 설계법, 유한요소법)에 의한 적용 Program 결정

1.2.4 흙막이 설계 시 발생하는 문제점

대심도, 대규모의 굴착공사는 환경상의 제약에 의해 가설구조물을 이용한 굴착공사가 일반화되고 있으며, 이러한 가설구조물에 대한 설계는 굴착이 진행됨에 따라 구조계와 하중이 변화될 뿐만 아니라 이 변화를 정량적으로 파악하기 곤란하여 현재까지 어떤 명확한 설계 방법이나 해석방법을 제시하기는 쉬운 일이 아니다. 그러나 산업발전에 부응하기 위하여 사회기반시설의 확충이 불가피하며 여기에 대도시에서의 용지면적 부족 현상까지 겹쳐 대규모, 대심도 굴착공사의 필요성이 날로 증가 추세에 있고 또 실제로 수많은 시공이 시행되고 있다.
따라서 굴착공사의 설계 면에서 안전하고 경제적인 구조물이 요구되고, 굴착공사는 그 자체의 토류구조물의 안정성만이 아니라 주변 지반, 구조물 등의 안정성도 동시에 만족시키는 설계가 되도록 지반조사에서부터 토류벽의 선정, 토압 산정, 토류벽의 해석방법 및 연약지반인 경우 굴착바닥면의 안정 등을 신중하게 고려하여야 한다.
흙막이 벽체를 가시설로 이용하거나, 영구적인 차수벽 형태인 지하연속벽 등으로 설계 시 이들 구조물의 안정은 물론 주변 영향평가를 세밀히 조사한 후 정확한 자료에 의하여 설계되어야 한다. 특히, 연약지반 지역이나 지하 매설물이 많은 지대, 건물이 밀집한 도심지역, 지형의 굴곡이 심한 지역 등은 설계상 많은 문제점을 예견할 수 있다. 이들 중 대표적인 문제점은 다음과 같다.
(1) 강도정수 추정
(2) 토압 공식 적용
(3) 계절적 지하수위의 변동과 시공 중 작용할 수 있는 최대하중 상태의 예측
(4) 설계모델 선정
(5) 모서리에서의 지반앵커 지지
(6) 지반앵커 인장력이 엄지말뚝에 수직하중으로 작용하는 문제
(7) 깊은 굴착 시 토류벽체의 변형으로 인한 주변 구조물의 말뚝기초 등의 측방이동
(8) 연약지반 굴착 시 굴착 바닥면의 안정

1.2.5 흙막이 공사 설계심의 시 주요 지적사항(지반조사 부문)

(1) 조사 시추 깊이가 흙막이 굴착 깊이보다 얕은 경우
(2) 지반조사 시추, 토질 및 암석실험, 구조계산이 상호 연관성이 없는 경우
(3) 토압 산정과 구조계산을 위한 토질 정수를 N 치로 추정하는 경우
(4) 암반 지역의 중요 대형 빌딩 시공 시 형식적인 BX 시추로 실시

1.3 흙막이벽 설계를 위한 조사 및 시험

1.3.1 개요

흙막이 구조물의 설계목적을 충족하고 그 기능을 지속해서 유지하기 위해서는 주어진 여건하에서 가장 안전하고도 경제적인 공법선정과 합리적인 설계시공이 될 수 있도록 사전에 충분한 조사와 검토가 필요하며, 이에 필요한 기초자료를 얻기 위하여 행하는 것이 현장에서 지반을 대상으로 하는 조사와 시험이다.
지반조사 및 시험은 흙막이 구조물의 종류와 규모, 중요성 및 입지 조건에 따라 다르지만 지층 상태와 토질역학적인 특성 등을 파악하기 위하여 실시하며, 지반조사의 성공적 수행을 위해서는 토층의 두께, 연속성, 횡 방향의 너비, 암반의 위치 등을 확인하여야 하고 지반의 대표적인 시료를 채취해서 흙의 분류와 실험을 통해 토질의 공학적, 수리학적 특성을 결정하여야 한다.
지반조사와 시험으로부터 얻어진 결과는 흙막이 구조물의 기초형태와 깊이의 결정, 지지력과 침하량 계산, 굴착 방법, 배수공법 등을 선정하는 데 사용할 수 있으며, 흙막이 구조물의 안정 검토와 주변 구조물의 침하 및 변형을 예측할 수 있다.
흙막이 구조물의 조사 및 시험은 각 공법에 따라 다소 차이가 있지만 가장 기본적인 사항은 토압, 수압, 지지력 및 안정 검토에 필요한 설계상수를 구하는 것이다. 또 이 조사 및 시험 결과를 토대로 시공의 검토도 동시에 실시한다.

보화시공을 통한 공사관리가 이루어져야 한다.