1-3 지반조사
지반조사는 건축구조물의 설계, 시공 및 완성 후의 유지, 관리 등을 검토하는 데 있어서 그 구조물의 시공시의 안전성이나 시공 후의 안전성 등의 판정을 하는 기초적인 기본자료를 얻기 위한 것이다. 또한 이 조사는 이외에 필요로 하는 부지 및 그 주변의 환경조사와도 밀접한 관계가 있다.
지반조사는 토질조사를 주체로 하여 일반적인 층상 및 토질을 조사하는 모든 작업이 포함된다. 지반조사의 순서는 건물의 규모, 구조, 중요도 등에 따라 다르나 처음에 예비조사를 행하고 이에 기초하여 본조사를 실시하는 것이 보통이다.
1-3-1 흙의 성질
1 지반의 종류와 토질
흙의 종류에는 암반, 조약돌(역암), 호박돌, 이암, 모래, 실트, 진흙, 개흙, 부식토, 롬 등이 있으나 실제는 이들이 혼합되어 있는 상태가 많다.
2 전단강도
흙의 가장 중요한 역학적 성질로서 이것으로부터 기초의 극한 지지력을 알 수 있다. 기초의 하중이 그 흙의 전단강도 이상이 되면 흙은 붕괴하고 기초가 침하전도된다. 전단력에 관한 쿨롱의 법칙은 다음과 같다.
전단강도 = 점착력 + 파괴면에 수직한 힘 x tan내부마찰각
점토의 내부마찰각은 실용적으로 0을 생각하여도 좋으므로 점토의 전단강도는 그 자신의 점착력이라 생각할 수 있다. 모래의 점착력은 0이고 내부마찰각은 느슨한 모래에서 30~35도이고, 다져진 모래에서 35~45도이다.
후술하는 바와 같이 실제로 사질토의 내부마찰각은 불교란시료가 채취곤란하므로 표준관입시험에 의해서 구하고, 점토질 흙의 점착력은 불교란시료의 토질시험에 의하거나 불교란시료가 채취 곤란한 연약지질에서는 베인테스트에 의하여 구한다.
흙의 밀실하기는 외관적으로 다음과 같이 분류하는 경우가 있다.
- 모래의 밀도: 느슨함, 보통, 다져짐
- 점토의 경연: 단단함, 차짐, 보통, 연함, 매우 연함
3 투수압
터파기 지반의 투수성은 배수 등의 면에서 공사에 중대한 영향을 주고 기초의 굴착에 있어서 지하수의 처리가 극히 중요하다. 또한 점토지반의 투수성은 압밀침하의 시간을 지배한다. 투수성과 관련이 깊은 공법에는 샌드 드레인공법과 웰 포인트공법이 있다. 투수에 관한 다르시의 법칙에 의하면 침투유량 = 투수계수 x 수두기울기 x 단면적 이다. 투수계수는 다음과 같은 성질이 있다.
1. 투수계수가 큰 것일수록 침투량이 크며, 모래는 투수계수가 크다.
2. 투수계수는 모래에서 평균 입자지름의 제곱에 비례하고 간극비의 거의 제곱에 비례한다.
3. 투수계수는 불교란시료의 투수시험에 의하거나 현지에서 양수량과 투수계수를 알기 위해 행해지는 양수시험에 의해서 구할 수 있다.
4 간극비, 함수비, 포화도
흙의 토입자와 간극으로 구성되어 있으며, 간극은 물과 공기나 가스로 구성되어 있다.
- 간극비(공극비) = 간극의 용적/토입자의 용적 x 100%
- 함수비 = 물의 중량/토입자의 중량 x 100%
- 포화도 = 물의 용적/ 간극의 용적 x 100%
함수량은 흙속에 포함되어 있는 물의 중량을 나타낸 것으로 일반적으로 함수비로 표시하고, 모래의 함수비는 15~35%이나 점토의 함수비는 일반적으로 높아 300%를 넘는 것도 있다. 모래지반의 지내력은 함수비에 의하여 거의 변화가 없으나, 점토의 경우는 함수율의 감소에 의해서 전단강도가 현저히 증대되어 지내력이 증가된다.
5 흙의 압밀
외력에 의하여 간극 내의 물이 밖으로 유출하여 입자의 간격이 감소하는 것을 압밀침하라 한다. 점토의 압밀침하는 점토의 투수성이 나쁘기 때문에 장기간 계속된다. 일반적으로 압밀시간은 흙의 투수성과 간극의 대소에 지배되는 흙의 압축성에 의해서 지배된다. 인공적으로 점성토 지반의 압밀을 촉진시키고자 하는 것이 샌드드레인공법이다.
지하흙 중의 수압을 간극수압이라 하며, 흙 중의 수압은 반드시 깊이와 비례하여 크게 되는 것은 아니다. 사면의 안정, 압밀의 진행, 지하수위, 지중의 투수도 등의 조사를 위해 간극수압이 중요하다.
6 예민비
점토에 있어서 자연시료는 어는 정도의 강도가 있으나 이것의 함수율을 변화시키지 않고 이기면 약해지는 성질이 있다. 흙을 이김에 의해서 약해지는 정도를 표시하는 것이 예민비이다.
- 예민비 = 자연시료의 강도/ 이긴시료의 강도
여기서 강도는 일축압축강도이다.
예민비의 높고 낮음은 점토의 종류에 의해서 다르고 간극비가 1보다 작은 점토에서는 예민비가 1에 가까운 것이 많고 간극률이 1보다 큰 점토에서는 예민비가 4~10정도의 것도 있다. 예민비가 4 이상인 것을 일반적으로 예민비가 높다고 한다.
7 수축한계, 소성한계, 액성한계
흙은 일반적으로 물을 포함하고 있으며, 그 함수량의 변화에 따라 그 성질이 변한다. 건조한 흙에 물을 가하면 다음과 같이 그 상태가 변하고, 소성한계, 액성한계는 이 상태의 변화추이 한계를 일정한 시험방법으로 정한다.
전건상태 --> 수축한계 --> 바삭바삭하고 끈기 없는 상태 --> 소성한계 --> 끈기가 있고 반죽할 수 있는 상태 -->
액성한계 --> 질컥질컥한 액성의 상태
젖은 흙을 건조시키면 점점 수축하여 가는데, 그 이상 용적 감소가 일어나지 않을 때의 함수율이 수축한ㄱ이다.
8 사층과 점토층의 비교
| 흙의 성질 | 사층 | 점토층 |
| 투수계수 압밀성 가소성 불교란시료 건조수축 |
크다 적다 없다 채집하기 어렵다 수축하기 어렵다 |
적다 크다 있다 비교적 채집하기 쉽다 수축하기 쉽다 |
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