건축 구법 제2장. 기초공사를 위한 토공사 2012. 03..

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1 건축 구법 제2장. 기초공사를 위한 토공사

2 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 목 차 개 요 지반의 구성 지반 개량공법 터파기 흙막이

3 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 1. 개 요 기초는 건축물의 모든 하중을 받아 지반에 안전하게
1. 개 요 기초는 건축물의 모든 하중을 받아 지반에 안전하게 전달하는 건축물 하부 지하구조부분으로, - 기초판과 지정으로구성. - 지정 : 지반이 연약하여 건물의 하중을 견디지 못할 경우 기초를 보강하거나 지반의 지지력을 증가 시키기 위한 부분을 말함. ※ 지정의 종류 – 보통지정, 말뚝지정, 깊은 기초지정 보통지정 : 잡석지정, 모래지정, 자갈지정, 밑창 콘크리트 말뚝지정 : 나무말뚝, 기성콘크리트말뚝, 제자리콘크리트말뚝 깊은기초지정 : 우물통식지정, 잠함기초 지정 ☞ 기초에 생긴 하자는 발견하기 어렵고, 보수 및 보강도 불가능하기 때문에 지반의 특성을 정확하게 파악하여, 구조물의 부동침하, 지반파괴현상 등이 발생하지 않도록 철저한 기초구조 계획을 수립함.

4 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2. 지반의 구성 - 지반은 보통 견암반 위에 각종 토질이 층을 형성한 것이며, 이를 지층(地層)이라 함. - 흙의 종류 : 자갈(지름 5~35mm), 모래 (지름 0.9~5mm), 실트 (지름 0.05~0.005mm), 진흙 (지름 0.005mm 이하), 롬, 콜로이드 (지름 0.001mm이하) 2.1 지반조사 - 지내력 : 지반이 건축물의 하중을 받고 견디는 힘. - 지반조사는 지내력의 크기, 지층상태, 지질의 양•부, 지하수의 유 • 무, 지하 상수위, 수질 등 기초설계와 시공에 관련있는 사항을 조사. - 지반조사 방법 : 시험파기, 짚어보기, 어스 오거, 보링, 표준관입시험, 토질시험, 재하시험, 말뚝시험 등. - 지반조사 순서 : 사전조사 - 예비조사 - 본조사 - 추가조사 - 짚어보기, 어스오거 ⇒ 작은 규모의 건물

5 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2.2 보링(boring)
● 지반조사의 분류 ● - 물리적 성질 판별시험 : 함수량 시험, 투수시험, 입도시험, 비중시험, 연경도시험 - 역학적 성질 판별시험 : 다짐, 전단, 압밀, 일축압축, 삼축압축시험 - 현장시험 : 표준관입시험, 지내력도시험, 베인테스트, 양수시험 2.2 보링(boring) - 보링은 깊은 지층까지 조사할 때 땅속에 철관을 박고 관속 흙을 채취하여 토질과 지층상태를 파악함. - 충격식, 회전식, 수세식 보링 1) 충격식 보링 : 지반에 철관을 박고 보링대(boring rod)끝에 단 굴착용 비트로 관속 흙을 부수어 시료채취용구로 채집하며, 비교적 비용이 싸고 조사방법이 간단하여 이용률이 높음. 2) 회전식 보링 : 보링대에 비트를 달아 회전시켜 지반에 밀어 넣어면서 로드를 통해 이수(泥水)를 주입하여 토사를 배출하는 방법. 3) 수세식 보링 : 지반에 외관을 박고 관속에 비트 딸린 내관을 삽입하여 흙을 부수면서 압력수를 내뿜어 흙과 물이 내•외관 사이를 통해 지상 침전조에 유도하는 방법(워시 샘플).

6 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2.3 표준관입시험 (Standard Penetration Test ; S.P.T)
수세식 보링 충격식 보링 회전식 보링 2.3 표준관입시험 (Standard Penetration Test ; S.P.T) (1) 시험 방법 - 소정의 위치까지 보링한 후, 공내의 슬라임을 제거함. - 로드 끝에 중공의 샘플러를 설치한 다음 지중선단에 위치시킴. - 중량 63.5kgf 해머를 75cm 높이에서 자유 낙하시켜 로드를 타격하여      지중 15cm를 관입시킴(예비타) . - 샘플러가 지중에 30cm 관입될 때의 타격수 N값을 측정.  - 샘플러를 인발하여 교란시료를 채취.

7 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 - N치는 지층의 경연도를 나타내며, N치가 클수록 지층이 굳은 지층.
2.4 지반조사 간격 및 깊이 1) 조사간격 - 평면간격 : 건물 네 모서리, 지점사이 30m간격을 표준. 지층변화가 심할 경우 조사지점 중간2개소에 보충조사. 폭이 좁고 긴 건물은 긴 방향에만 20~50m 간격으로 조사. - 수직간격 : 흙의 성질을 파악하기 위한 사운딩(sounding)과 토질시험을 위한 시료채취를 하는데 1m 깊어질때와 지층이 바뀔 때마다 조사. ※ 사운딩(sounding) : 지반의 저항력이나 물리적 성질을 측정하기 위해 구멍속에 직접 시험기를 설치하고 동적 또는 정적 방법으로 시험하는 것을 총칭. 2) 조사깊이 : 독립기초 ⇒ 기초판 단변폭의 2~3배까지 조사. 온통기초 ⇒ 건물폭의 1.5~2배까지 조사 . 지지말뚝 ⇒ 지지 지반에서 5~10m 더 깊이 조사.

8 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2.5 지내력(bearing power of soil)
허용지내력 : 지내력에 안전율을 적용한것. 1) 평판재하시험 - 시험목적 :  재하판을 통하여 지반에 하중을 주고, 침하를 측정하여 기초 지반의 허용지내력 및 탄성계수를 파악. ① 재하판의 규격 : 30×30×2.5cm, 40×40×2.5cm, 75×75×2.5cm   ② 하중 재하장치(잭 ; Jack) :  기중기, 지주, 재하말뚝 및 반력장치.     - 연약 지반 : 5tf     - 단단한 지반 : 10~30tf   ③ 침하 측정계 : 정밀도 0.01~0.001mm의 30mm이상 측정 가능한 것.   ④ 침하대 : H빔, 트러스 구조, I빔, 강봉   ⑤ 재하중 : 차량, 백호, 흙 가마니, 철근덩어리, 반력하중

9 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 평판 재하시험 장치

10 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 3. 지반개량공법(soil improving method)
- 연약한 지반의 지내력을 향상시키기 위해 개량 또는 강화하는것을 지반개량이라 하며 개량 목표는 토입자 사이의 물과 공기를 빼내어 치밀하게 재평성. - 다짐공법, 강재압밀 공법, 응결공법, 치환공법 등 1) 다짐공법 - 동적인 힘을 이용하여 흙의 밀도를 높이는 것으로 높인 만큼 압축력과 전단력이 증대. - 사질토와 투수성이 좋은 중간토에 이용. ① 전압공법 : 진동기 또는 롤러, 불도저 등 중장비로 돋은흙, 바꾼흙, 되 메운흙에 진동과 압력. ② 바이브로 플로테이션공법 : 막대형 기계의 끝부분이 수평진동을 하면서 물을 분사하여 지반을 뚫고 들어갈 때 생긴 빈자리에 자갈을 다져넣어 밀도를 높이는 공법

11 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2) 강제압밀공법 - 연약지반에 압력을 가하여 강제로 압밀을 촉진시키는 공법.
바이브로 플로테이션공법 2) 강제압밀공법 - 연약지반에 압력을 가하여 강제로 압밀을 촉진시키는 공법. ① 성토공법 : 지반 위에 건물의 중량이상의 흙을 얹어 압밀을 촉진하는것으로 존치기간은 6~12개월.

12 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 ② 지하수위 저하공법
- 웰 포인트공법 : 대지주변에 1~2m 간격으로 웰 포인트를 장착한 집수관을 박고 머리를 주 집수관으로 연결하여 펌프로 지하수를 강제로 집수하여 배출. - 딥 웰공법 : 지반구멍 속에 스트레이너를 단 지름 25~40cm 케이싱 파이프를 꽂아 넣고 속에 샤프트형 보어 홀 펌프를 장착한 흡상관을 넣어 지하수를 배출. - 대기압공법 : 개량지반 전면에 성토 대신 차폐용 시트를 덮고 가장자리 를 진흙 등으로 눌러 공기유입을 막아 진공상태로 만들어 지반에 대기압 작용과 웰 포인트에 의한 지하수 배출로서 점성지반을 압밀하는 공법. 웰 포인트공법

13 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 ③ 드레인 공법 - 샌드 드레인공법 : 지반 속에 지름
40~60cm의 모래기둥을 1.2~2.2m 간격으로 만들어 점토층 속의 수평 방향 이동수를 집수하여 지상으로 배출. - 플라스틱 드레인공법 : 모래기둥 대신 흡수율이 높은 드레인재를 이용하는 공법.                                                                               샌드 드레인공법                                                                               진공압밀공법(대기압공법)

14 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 - 시공생산성 향상. - 응결공법 : 석회처리공법, 심층혼합처리공법
● 석회처리공법 : 흙에 시멘트, 석회 등을 섞어 필요한 두께로 채워서 응결시킴. ● 심층혼합처리공법 : 파이프 끝에 상하 이동과 회전이 가능한 분사구를 달아 고압으로 시멘트 밀크를 내뿜어 흙과 혼합하여 굳은 막이나 기둥모양의 응결체를 조성. ④ 치환공법 : 연질토를 제거하고 좋은 흙, 모래, 자갈 등 치환재와 교환하는 공법. 4) 지반개량공법의 목적 - 지하 굴착시 안정성 확보. - 부동침하 방지. - 시공생산성 향상. 5) 점토지반 개량공법 : 치환공법, 강제압밀공법, 탈수공법, 고결공법. 6) 사질지반 개량공법 : 진동다짐공법, 다짐모래말뚝공법, 전기충격방법, 약액주입법

15 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 4. 터파기 4.1. 기초파기 준비 - 터고르기 - 줄치기 - 수평보기
- 기준점(Bench Mark) 설정 - 수평규준틀(수평틀) 설치 1) 터고르기 - 기초공사에 지장이 없도록 대지 안에 있는 장애물(암석, 수목, 나무뿌리, 쓰레기 등)을 치우고 절토 및 성토를 하여 대지를 평평하게 고르는 작업. 절토: 흙을 깎아 내는 것. 성토: 흙을 메꾸는 것.

16 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2) 줄치기 - 건축배치도에 따라 필요한 곳에 작은 말뚝을 박고 줄을 쳐서 건물 각부의 위치를 실제로 지면에 옮겨 보는 것. - 수평틀 설치 및 기준점 설정의 기준이 됨. - 배치도를 평판측량기에 놓고 평판측량으로 결정하거나 트렌싯을 설치하여 결정. - 건물의 중요 각 지점에 나무말뚝을 박아 그 머리 위에 못질을 해서 정확한 교점을 설정 . 3) 기준점 설정 (Bench Marking) - 말뚝을 타설하는 규모가 큰 공사에 주로 사용. - 건축물의 평면, 위치, 높이 등을 측정할 때의 기준을 위해 설치하는 점. - 줄치기로 구한 말뚝중심에서 내측 1m의 평행선을 기준으로 그 연장선의 양끝에 작업 지장이 없는 2점을 박아 그 통과중심을 BM으로 설정.` - 공사 종료시까지 파손 방지를 위해 방호시설을 함.

17 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 4) 수평 규준틀 설치
- 말뚝을 박지 않고 터파기 토량이 적은 주택 등의 기초공사의 기준으로 사용.(말뚝 타설시 진동으로 오차가 생길 위험이 있음) - 건물의 기초를 축조하기 위해 높이 기준위치를 결정. - 구성: 수평말뚝(5cm 각), 수평꿸대(10 x 1.8 cm), 가새꿸대 - 수평 꿸대는 윗면이 전부 동일 수평면이 되도록 설치. - 말뚝 윗면은 타격에 의한 오차를 방지하기 위해 빗면으로 따냄. - 수평 꿸대 윗면에는 기초중심선의 위치를 표시하고 그 중심선을 따라 실을 띄워서 정확한 기초의 평면상 위치와 기초푸팅 등의 깊이, 넓이 등을 알아 볼 수 있도록 함.

18 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 4.2. 터파기(기초파기) - 기초나 지하실 등을 구축하기 위하여 지반을 파는일.
- 구덩이파기, 줄파기, 온통파기 1) 구덩이 파기 : 독립기둥의 기초나 주춧돌 설치. 2) 줄파기 : 연속기초나 지중보 설치. 3) 온통파기 : 지내력이 부족하거나 지하실을 지을때. ① 오픈 컷공법(Open Cut Method) : 얕은 온통파기는 토질에 적합한 각도(안식각)로 비탈지어 터파기. 오픈 컷공법

19 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 ② 아일랜드 컷공법(Island Cut Method) : 대규모 터파기에 있어 먼저 주위에 널말뚝을 박고 중앙부를 오픈 컷공법으로 터파기하여 지하층 중앙부 구조물을 건조하는 공법(내부 ⇒ 외부). ③ 트렌치 컷공법(Trench Cut Method) : 터파기할 주변부에 먼저 흙막이를 하여 줄파기처럼 파서 지하층 주변부 구조물을 먼저 건조하고, 터파기가 끝난 뒤에 중앙부 구조물을 건립. 아일랜드 컷공법

20 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 트렌치 컷공법

21 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 5. 흙막이 - 널막뚝 흙막이공법, 지하 연속벽공법, 주열식 흙막이공법.
- 기초가 깊거나 토질이 연하고 지하수가 나올 때 옆벽의 붕괴를 막기 위해 설치하는 임시 구조물. ※ 흙막이벽 공사의 요구조건 - 사용부재의 강성 확보 - 수밀성 확보 - 지반침하에 대한 안전도 점검 - 소음 등의 공해가 적을 것 - Boiling, Heaving등의 문제가 없을 것 5.1. 널막뚝 흙막이공법 - 나무 널말뚝, 엄지말뚝 흙막이판, 강제 널말뚝

22 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 ① 나무 널말뚝 : 소나무, 낙엽송 등 널을 쉽게 박을수 있도록 바심질과 모호처리를 하여 수직으로 밀착시켜 박고 터파기 진행에 따라 띠장과 버팀대를 필요한 간격으로 대며, 흙막이 깊이는 4m 이내. ② 엄지말뚝 흙막이판 : 통나무, 각재, I형강, H형강 등의 엄지말뚝을 1.5m 전후의 간격으로 지중에 설치하고, 지반을 굴삭해가면서 엄지 말뚝사이에 두께 6mm내외의 널을 삽입    - 경제적이지만 지수성이 없고, 널 설치시 주위지반의 침하우려     흙막이

23 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 ③ 강제 널말뚝 : 터파기가 깊어지면 토압과 수압이 커지므로 저항성이 크고 수밀적인 강제 널말뚝 사용하며, 강제 널말뚝의 조인트부를 맞물리게 하면서 지중에 박아넣는 흙막이벽.   - 엄지말뚝식 흙막이벽에 비해 고가   - 20회이상 반복사용이 가능하며, 지수성이 높음. 엄지말뚝 흙막이판 강제 널말뚝

24 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 (1) 특징 ① 시공이 간편하여 공기를 단축. ② 접촉부의 수밀성이 우수해 차수효과가 우수.
    ① 시공이 간편하여 공기를 단축.     ② 접촉부의 수밀성이 우수해 차수효과가 우수.     ③ 연속벽형의 강성체로서 내구성이 우수.     ④ 지질에 따라서 널말뚝의 규격과 길이를 자유로이 선택. (2) 종류 : U형, 조합형, 직선형, 모서리 널말뚝, 쐐기형 널말뚝 강제 널말뚝 종류

25 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 5.2. 지하 연속벽공법 - 벤토나이트 이수 등으로 굴착벽면의 붕괴를 방지하면서 지중에 벽의 형태로 굴착한 후 철근망을 삽입하고, 콘크리트를 타설하여 만든 철근콘크리트벽.    ① 강도, 강성이 우수.    ② 지수성이 우수.    ③ 시공시 소음, 진동이 적다.    ④ 흙막이벽에 비해 공사비가 많다.

26 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 지하연속벽공법

27 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 5.3. 주열식 흙막이공법 ① 지수성이 있고 시공능률이 양호하며, 소음진동이 적다.
- 어스오거로 구멍을 뚫고 오거 중심관을 통해 모르타르를 주입하면서 오거를 빼내고 조립철근 등을 넣어 보강한 것을 모르타르 말뚝이라 하며, 이것이 연속된 것을 모르타르 주열식 흙막이벽. ① 지수성이 있고 시공능률이 양호하며, 소음진동이 적다.   ② 전용기계 및 부대설비가 대형이기 때문에, 소규모 현장에서는 시공이 불가능. 주열식 흙막이벽

28 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 5.4. 흙막이벽 지지방법
1) 자립공법 : 굳은 지반을 얕게 터파기할 때 강제 널말뚝을 박아 박힌 부분의 가로방향 저항력으로 견디는것. 2) 버팀대공법 : 터파기 진행에 따라 필용한 위치에 띠장, 버팀대, 귀잡이, 중간말뚝 등 흙막이 지지재로 토압에 저항. 자립공법 수평버팀대 공법 빗버팀대 공법

29 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 3) 어스 앵커공법 : 흙막이벽 뒤쪽 지반속에 경사구멍을 뚫어 PC강 고은선 또는 PC봉강을 삽입하고 모르타를를 그라우팅하여 앵커체를 조성하여 주위 지반과의 마찰력으로 흙막이벽을 지지하는 공법 . - 앵커체 간격 : 수평•수직방향 1.5~2m 어스 앵커공법

30 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 어스 앵커 시공순서

31 4) 역순공법(Top Down Method) : 지하층 구조물의 시공을 상층에서 내려가며 하는 공법.
- 시공순서 : 구조물 주위에 강제 널말뚝 박기 ⇒ 지하층 기둥 위치에 현장타설 콘크리트말뚝 완성 ⇒ 콘크리트말뚝 위에 철골기둥을 세우고 상부 바닥보를 건너대어 뼈대 조립 ⇒ 뼈대 위에 1층 바닥을 만들어 흙막이의 버팀대 역할과 작업장으로 이용 ⇒ 한 층씩 파내려감. 역순공법 순서

32 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 5.5. 흙막이벽의 안전대책
- 흙막이에 작용하는 측압(토압, 수압)은 터파기 깊이가 깊어질수록 커지므로 지지재로 튼튼히 보강하고, 문제가 생기지 않도록 항상 거동을 살피고, 계측과 점검을 실시. - 흙막이벽의 안전을 위헙하는 원인 : 히빙현상, 보일링현상, 팽창현상, 파이핑현상 등 1) 히빙현상(Heaving Phenomenon) : 무른 지반을 깊이 팔 때 주변 토압에 의해 흙막이벽 뒤쪽 흙이 흙막이벽 밑을 돌아 안으로 미끄러져 들어가 터파기 면을 부풀게 하는 현상   히빙현상

33 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 2) 보일링현상(Boiling Phenomenon) : 사질지반에 수밀성이 높은 흙막이를 하고, 터파기할 때 흙막이벽 안팎의 수위차로 지하수가 흙막이벽 부근의 모래와 함께 터파기면에 솟아오르는 현상. 3) 팽창현상(Swelling Phenomenon) : 지하수 수압에 의해 터파기 면의 흙이 부풀어 오르는 것으로, 지하수의 수압보다 이 상부에 덮힌 흙무게가 가벼울때 생기는 현상.  4) 파이핑(Piping Phenomenon) : 흙막이벽 안팍의 수위차로 지반속에 파이프 모양의 물줄기가 생겨 모래층 물을 부실한 흙막이 이음새 또는 구멍을 통해 터파기 바닥 밑에서 뿜어내는 현상. 보일링 현상 파이핑 현상

34 제 2장. 기초공사를 위한 토공사 5.6. 배수공사 - 지하수위를 터파기면 보다 낮추어줌. 1) 배수공법
  ① 중력식 배수 - 집수정공법, 지스멘스웰공법   ② 강제식 배수 - 웰포인트공법, 전기침투공법 웰포인트공법 집수정공법