기초부터 튼튼하게! 시공 전 지반 조사에 대해 살펴볼까?

건축 과정에서 가장 중요한 것은 무엇일까요? 어떤 공부를 하더라도 기초부터 잘 배워야 하듯 건축물도 기초가 중요합니다. 만약 기초가 불안정할 경우에는 기울어진 건물이 만들어져 위험할 수 있겠죠? 안정적인 기초를 만들기 위해서는 건축물을 시공하기 전 계획단계에서 미리 확인하는 것이 필요합니다. 지질을 조사해 건축물이 올라가기에 충분한 지내력(지반이 허용하는 내력)을 가졌는지, 충분하지 않다면 지반을 보강해야 합니다. 그럼 튼튼한 건물을 위한 지질 조사 및 관리법에 어떤 것이 있는지 함께 공부해볼까요? 

 

눈으로 보기 힘든 지질, 어떻게 조사할까?

<보링 테스트 사진(위)과 채취한 시료 사진(아래),

보링 테스트를 통해 작성된 시추 주상도(오른쪽) – 사진촬영 : 박정연 >

먼저 땅속을 조사하는 방법으로는 어떤 방법이 있을까요? 흙이 깎여진 부분이 있으면, 육안으로 살펴볼 수 있지만 불가능한 경우가 더욱 많습니다. 직접 시험 굴착 하는 방법이 가장 좋겠지만, 수십 미터를 파는 것은 대규모 현장이 아닌 이상 실행하기 어렵기 때문입니다. 혹은 이미 지질조사가 진행된 대지가 주변에 있다면 그 자료를 입수해 지질을 유추하는 방법도 있습니다.

위의 여러 방법을 통해 알아보아야 할 것은 바로 ‘지내력’입니다. 지반이 어느 정도의 건물을 올릴 수 있을지 확인하는 것인데, 대표적인 방법으로는 ‘평판재하시험’이 있습니다. 중장비로 계측기를 눌러서 지반의 내력을 살펴보는 방법이죠. 비교적 시험방법이 간단하고 비용도 저렴해 소규모 건축물의 건축시 가장 많이 이루어지는 시험입니다. 비슷한 방법으로 ‘표준관입시험(SPT), 콘관입시험(CPT)’이 있습니다. 이것은 각각 정해진 중량의 해머로 일정높이에서 타격한 후, 측정 장치가 30cm 관입하는데 소요된 타격 횟수로 지내력을 측정합니다.

가장 확실하게 지질을 확인하는 방법으로는 ‘보링 테스트(Boring Test)’가 있습니다. 땅속으로 파이프를 넣어서 지반의 샘플을 채취하는 방법입니다. 이 시험방법으로는 지하 각 부위의 지질(점토, 실트, 모래, 자갈, 암반)과 지하수위 등을 확인할 수 있어 지반 보강 설계의 중요한 근거로 활용됩니다.

 

<문화재 인근이나 정해진 지역에 일정규모 이상의 공사를 진행할 경우, 문화재 지표조사를 진행함. 

위 사진은 부분적으로 지표 일부를 파내어 문화재 유무를 확인하는 모습 – 사진촬영 : 박정연 >

이외에도 지반을 굴착하는 경우, 기존건축물의 설계도나 주무관청의 도면 열람을 통한 확인도 필요합니다. 눈에 보이지 않는 매설된 케이블이나 기존 건축물의 콘크리트 구조물의 잔해가 있을 수 있습니다. 뿐만 아니라 땅속 일부가 비어있는 공동부와 문화재 등이 존재할 수 있어 이를 확인하고 공사가 이루어져야 합니다.

 

지반에 하중이 다르게 전달되는 기초의 종류

 

<독립 기초(좌) 온통 기초(우)의 시공 중 사진 – 사진촬영 : 박정연 >

지반을 조사한 후, 건축물을 올릴 때 중요한 것이 기초공사입니다. ‘기초’는 건축물의 최하부를 뜻하며, 건축물의 하중을 지반에 전달하는 역할을 하고 있습니다. 기초의 종류는 ‘독립 기초, 줄 기초, 온통 기초(매트 기초)’로 나뉘는데요, 각각의 명칭이 기초의 형태를 설명하고 있습니다.

‘독립 기초’는 기둥의 하부마다 기초를 만들어주는 방식입니다. 콘크리트 물량이 적게 사용되는 장점이 있지만 지반의 지내력이 다를 경우 부동 침하(구조물이 불균등하게 침하가 일어나는 현상)가 발생할 수도 있습니다. ‘줄 기초’는 콘크리트와 철근 물량 면에서나 건물 기초 전체를 일체화 시키는 것으로, 독립기초보다 절충된 방법입니다. 특히 벽식 구조의 건축물일 경우, 하중이 기둥이 아닌 벽 위치에 골고루 전달되기 때문에 지반에 전달되는 하중도 더욱 효율적이겠죠? ‘온통 기초’는 줄 기초보다 더 넓은 부분에 기초를 세우는 것입니다. 기초가 일체화 되는 장점이 있지만 다른 방식에 비교해 물량이 많이 소요되는 단점이 있습니다.

지반이 약할 때, 보강하는 세 가지 방법

 

위에 언급된 기초가 시공되기에 지반이 약하거나 지내력이 충분하지 않을 경우, 먼저 지반을 보강하는 과정이 선행되어야 하는데요~ 건축물은 자체의 하중이 크고, 지반을 누르고 서 있어야 되기 때문입니다. 지반이 여러 힘을 견디지 못할 경우에는 전체적 혹은 부분적으로 내려 앉을 수 있어 위험합니다. 고층건물일 경우 지진과 바람에도 하중을 받을 수 있어 더욱 주의가 필요합니다.

지반을 보강하는 방법으로는 대표적으로 ‘직접기초지정 방식’이 있습니다. 자갈이나 잡석을 깔고, 기계를 이용해 다지거나 콘크리트를 타설하는 것입니다. 중력식 롤러나 수직으로 충격을 주는 장비인 램머(Rammer), 진동으로 다짐하는 컴팩터(Compactor) 등을 많이 이용합니다. 가장 간단하고 저렴한 방식으로 저층 건축물에서 지내력이 부족한 경우에 사용하는 것이 좋습니다.

두 번째 방법으로는 ‘말뚝 기초 지정 방식’이 있습니다. 다양한 재질의 말뚝을 지반에 넣거나 타설하는 것이죠. 콘크리트, 철재, 합성(Steel 콘크리트), 나무 말뚝 등이 있는데요. 아파트 같은 건물을 건축할 때는 합성 말뚝을 주로 시공하며, 이탈리아의 베니스처럼 바닷가의 경우에는 나무 말뚝을 촘촘히 박고 그 위에 만드는 것이 좋습니다.

말뚝을 지반에 박는 방법도 다양합니다. 기본 ‘타격 공법’, 시공시 소음이 적은 ‘진동 공법’, 미리 오거 장비로 구멍을 파고 말뚝을 넣는 ‘프리보링공법’ 등이 있습니다. 또한 구멍을 파고 철근망을 넣은 후 콘크리트를 넣어 기초 형태를 만드는 ‘현장타설공법’도 있습니다. 강선 다발을 설치하거나 고압으로 시멘트 액을 주입해 압축력과 인장력을 동시에 받도록 해주는 ‘앵커(Anchor)공법’도 있습니다.

세 번째 방법으로는 ‘치환 공법’이 있습니다. 연약한 지반층을 제거하고 단단한 재질을 채워 넣는 것인데요. 이 방법도 ‘팽이 기초’와 ‘D-Box 공법’으로 나뉩니다. 먼저 ‘팽이 기초’는 팽이처럼 아래쪽이 뾰족한 형태의 콘크리트 덩어리를 배치하거나 형틀에 넣는 것입니다. 건물 자중이 더해지면 자연스럽게 지내력이 보강되는 방법이죠. ‘D-Box공법’은 펠트 천, 잡석이 채워진 것을 기초 하부에 설치해 지내력을 보강해 줍니다.

지금까지 땅속 지반의 상태를 살펴보고, 지반을 보강하거나 기초를 만드는 방법에 대해 살펴보았습니다. 건물에 있어서 눈에 보이는 외장재와 인테리어도 중요하지만, 반대로 눈에 보이지 않는 부분도 중요한데요~ 건축물이 오랫동안 안전하게 서 있기 위해서 가장 핵심이 되는 부분이라고 생각됩니다. 아무리 강조해도 지나침이 없는 안전한 지반에 대해 주의깊게 생각해보는 시간 되기를 바랍니다:)  

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