기초공학 FOUNDATION subsurface exploration ENGINEERING
CONTENTS 1. 개요 2. 의순서 4. 주상도작성방법 석사과정 2 차정은진 석사과정 1 차박민후
1. 개요 - 대지내의토층, 토질, 지하수위, 지내력, 장애물상황등을조사하는것. - 건축물의기초및토공사의설계, 시공에필요한 data 를구한다. 1) 의내용 - 지반의구성및암반의깊이 - 기초지반토질의물리적특성및역학적특성 - 지하수위측정 - 지질구조, 지형구조, 지진활동, 수문학적정보 2) 의목적 - 상부구조물에적합한기초의종류와깊이의결정 - 기초의지지력계산 - 기초의예상침하량산정 - 옹벽, 흙막이벽등에작용하는수평토압의산정 - 지반조건에따른시공법의결정 - 환경에미치는영향과해결책의검토
2. 의순서 예비조사 계획단계에서의조사로서주로자료수집을하는조사 개략조사 예비조사에서구한결과를토대로하여현지답사를하며시추와시료채취를하기도한다. 본조사 예비조사를근거로지반의문제점에대한조사방법선정및자료수집 ( 암조사,boring ) 보충조사 구조물의설계변경, 시공방법의결정부속구조물의설계등에필요할경우에실시한다. 시공관리조사 시공중의안정성, 시공방법의검토, 설계와의상관성등을위하여실시한다.
1) 지하탐사법 - 터파보기 (sound rod) 소규모공사에적용하며삽으로구멍을파보는법. 간격 5~10m, 구멍지름 1m 내외, 깊이 1.5~3m - 짚어보기직경 9mm 철봉을이용하여인력으로삽입, 지반의저항정도분석. 지반의경연파악 - 물리적탐사법 지반의구성층및지층변화의심도를판단하는방법. 전기저항식, 강제진동식, 탄성파식이있으나주로전기저항식이용.
2) 시추 (boring) - 오거시추 (auger boring) 오거시추는나사송곳모양의오거를회전하면서지중에압입하여지반을천공하고굴착토를지상으로배출하는방법으로서, 굴진방식에따라수동식오거와기계식오거가있다. 1) 수동식오거 (hand auger) 인력회전식 -통송곳오거 : 굴진중에자동적으로굴착토를배출 -쌍주걱오거 : 일정토량이오거에채워진후지상에인출동력회전식 -강관전체에나선형날이있으며, 굴착가능한높이는 7~9m
2) 시추 (boring) - 오거시추 (auger boring) 오거시추는나사송곳모양의오거를회전하면서지중에압입하여지반을천공하고굴착토를지상으로배출하는방법으로서, 굴진방식에따라수동식오거와기계식오거가있다. 2) 기계식오거 (hand auger) - 어스드릴 (earth drill), 어스오거 (earth auger) 라는연속오거를트럭에탑재한것 - 굴착깊이는 30m 이다.
2) 시추 (boring) - 충격식시추 (percussion boring) 무거운시추용끌 (chisel) 을케이블에의하여상하방향으로작동시켜그충격으로지반을파쇄굴진하는방식. - 시추공의직경은 150~300mm, 굴착깊이는 50~60m 이다. - 아주견고한암반층이나자갈층을관통할수있다.
2) 시추 (boring) - 수세식시추 (wash boring) 비트 (bit) 의상하운동과비트내부를통해뿜어진압력수의작용에의하여지반이느슨해지고부서지게하는방식. - 굴착된흙입자는수압에의하여지표면으로운반된다. - 시추공에는대개케이싱이나진흙물을사용하여공벽붕괴를방지한다.
2) 시추 (boring) - 회전식시추 (rotary boring) 굴착로드 (drill rod) 끝에비트를부착시켜동력으로회전시켜서구멍을파고, 굴착로드속으로물이나진흙물을보내서비트에있는작은구멍으로내뿜어서비트의마찰열을방지하고흙과암석부스러기를구멍밖으로밀어내는방식. - 진흙물에떠오르는흙과암석부스러기로토층을구분이가능. - 굴착로드에전달되는반응으로토층의굳기와지층의변화를알수있음. - 비트 : 시추장치의선단에서직접지층을천공하는기구.
2) 시추 (boring) - 회전식시추 (rotary boring) 에많이사용되는비트의종류와크기및채취시료의크기, 케이싱규격 구분 비트케이싱채취시료의직내경 (mm) 외경 (mm) 경 (mm) 내경 (mm) 외경 (mm) EX 21.5 37.7 22.2 41.3 46.0 AX 30.0 48.0 28.6 50.8 57.2 BX 42.0 59.9 41.3 65.1 73.0 NX 54.7 75.7 54.0 81.0 83.9 HX 68.3 98.4 67.5 104.8 114.3
3) Sounding 구분시험법적용지반조건측정최적부적당결과 사운딩 표준관입시험 모래층 연약한점토층, 자갈섞인층 N 값 동적콘관입시험모래층, 자갈층점토층 Nd 값 정적콘관입시험 스웨덴식관입시험 모래층, 실트층, 점토층 약간, 굳거나단단한점토층, 모래층 자갈층 연약한점토층, 자갈섞인층 베인시험약간굳은점토층모래층 qc,fs 관입하중, 반회전수 비배수점착력, 예민비 결과이용 층서와성층파악, 교란시료채취, 상대밀도, 전단강도, 변형특성, 지지력 층서파악, 상대밀도, 전단강도 콘관입저항력, 상대밀도, 전단강도, 지지력의연속측정, 변형특성, 층서, 성층파악 지반굳기, 지지력 지지력, 안정해석
3) Sounding - 표준관입시험 (Standard Penetration Test: SPT) - 샘플러에연결된굴착로드의상단을 63.5Kg 의해머로 76cm 높이에서낙하타격. - 샘플러를 45cm 관입시키고, 마지막 30cm 관입에필요한타격횟수
3) Sounding -표준관입시험(Standard Penetration Test: SPT) -점성토 N 값연경도일축압축강도 (t/m²) 0~2 매우연약 0.25 이하 2~4 연약 0.25~0.5 4~8 보통 0.5~1.0 8~15 단단 1.0~2.0 1) 장점 - N 값을측정함과동시에시료를채취가능. 2) 단점 - 시험자의숙련도와성실성에따른측정치의오차가큼. - 지반의토질과지하수상태및측정깊이등이 N 값에영향을미친다. - 사질토 15~30 매우단단 2.0~4.0 30이상 강함 4.0이상 N값 연경도 상대밀도 (%) 0~4 대단히느슨 0~20 4~10 느슨 20~40 10~30 보통 40~60 30~50 조밀 60~80 50이상 대단히조밀 80~100
3) Sounding - 정적콘관입시험 (Dutch Cone Penetration Test: CPT) 직경 3.6cm, 선단면적 10cm², 선단각 60 인더치콘을흙속에압입하면서지반의관입저항력을측정하여토층의굳기및조밀한정도를구하는시험. - 콘을로드에접속하고관입속도 1cm/sec 로이중관을지중에 20cm 압입하여측정깊이까지도달하면, - 내관을압입하여콘을 5cm 관입시키고이때의압입력을구한다. - 이를선단면적으로나누어콘관입저항력 qc 를구한다. 흙의종류 qc/n Es/qc 실트, 가는모래 1.5~3.0 1.5~2 약간굵은모래, 실트질모래, 굵은모래 3.0~4.5 3~4 굵은모래 4.5~7.0 1.5~3 모래질자갈, 자갈질모래 7.0~20.0 실트질점토, 모래질점토 5~7 (qc= 콘관입저항력, N= 표준관입시험치, Es= 탄성계수 )
3) Sounding - 동적콘관입시험 (dynamic Cone Penetration Test: CPT) 표준관입시험에서분리형원통샘플러대신에선단면적이 10cm² 인콘을타격관입시키는시험으로서, 관입에쓰이는추와낙하높이가표준관입시험과같음. - 지반에콘을연속적으로관입하면서 30cm 깊이마다낙하횟수 Nd 값을측정. - 시험기구가간편하고시험법이간단하여빠르며비용이저렴하다. - 모래와자갈지반에서의동적콘관입시험과표준관입시험의관계 Nd=1.15N
3) Sounding - 스웨덴식관입시험 (Swedish Penetration Test) 정하중에의하여회전관입시키는정적관입시험의일종이다. - 그림과같이처음에는 5,15,25,50,75,100kg 의추의재하에의한침하를측정 - 계속하여 100kg 의하중을재하한채로 1m 관입하는데필요한반회전수를측정기록한다.
3) Sounding - 현장베인시험 -(Field Vane Test: FVT) 십자형의베인 ( 직경 5cm, 높이 10cm, 두께 1.6mm) 을로드선단에장착하여시추공바닥에내리고지중에압입한후, 중심축을천천히회전시켜서베인주위의흙이원통형으로전단파괴될때의회전모멘트를구하여점토지반의점착력을구하는시험. - 시료채취시의교란으로대부분의전단강도를상실하는 매우연약한지반에서유용하게사용. - 시험이빠르고경제적이다. - 예민한점토에서특히유용. -0.1⁰/sec 의회전율로 6⁰ 까지시험을진행.
4) SAMPLING( 시료채취 ) 1 교란시료샘플링 (disturbed sampling) 흐트러진시료 : 시료를채취하여외적인작용에의해물리적성질은변하지않고흙의구조, 밀도및역학적성질이변한상태의시료 주로분류시험 ( 혹은다짐시험 ) 을위하여채취 수직으로 1.5m마다혹은지층변화시마다 표준관입시험, auger에의의한연속적샘플채취 스플릿배럴샘플러에의한방법이주로사용 (KS F 2318) - 샘플러튜브를세로로둘로쪼갤수있어시료를쉽게관찰 - 표준관입시험 (SPT) 과정으로지중에타설
4) SAMPLING( 시료채취 ) 2 불교란시료샘플링 (undisturbed sampling) 토질이자연상태대로흐트러지지않게채취하는것 시험실에서강도와압축성시험을위하여채취 채취개수와간격은설계상문제점과시험계획에의해결정 점토층에서는보링공마다깊이 5m 마다 1 개씩 종류 - Thin wall sampling - 샘플러의튜브얇은살로된것사용, 연약한점토지반 / N 값 : 0~4 - Composite sampling - 튜브두꺼운것사용, 다소굳은점토, 다져진모래채취 / N 값 : 0~8 - Denison sampling - 경질점성토의샘플링에사용하는 2 중관식샘플러 / N 값 : 0~20 - Foil sampling - 길고연속적인시료, 연약지반, 완전한토질시험가능
5) 토질시험 1 물리적시험 흙의물리적성질을판단하는시험, 안정성판별 함수비시험 (KS F 2306) [ 함수비 (%)=( 흙의함유수량 / 흙의건조중량 )*100] 비중시험 (KS F 2308) 흙입자의비중측정 입도시험 (KS F 2302) 흙입자의크기가분포하는상태를중량백분율로표시 액성한계시험 (KS F 2303) 흙을가볍게충동시켰을때처음으로흐르기시작하는상태의함수비 체분석 (KS F 2309) 흙의 No.200 체통과량의전체시료량에대한비율 2 역학적시험 흙의역학적성질을판단한는시험 실내투수시험 압밀시험 다짐시험 전단시험 : 점착력과마찰각에의해결정 - 일축압축시험 (KS F 2314) : 직접하중을가해파괴시험 - 직접전단시험 (KS F 2343) : 수직력을가해대응하는전단력측점 - 삼축압축시험 (KS F 2346) : 일정한측압과수직하중을가해공시체파괴시험
6) 지내력시험 : 지반의지지력과허용침하량측정 1 평판재하시험 (Plate Bearing Test) 기초저면까지파낸후평판에하중을가하여하중과변위량의관계에서허용지지력등지반강도특성파악 재하방법 : 매회 1t 이하또는예정파괴하중의 1/5 이하 침하정지판단 : 1mm/2시간비율이하 하중, 침하량및재하시간에대한적절한곡선법을선택하여그래프를작성
6) 지내력시험 2 말뚝박기시험 말뚝박기장비를이용하여직접관입량, rebound 측정 (50cm 마다 ) 말뚝의장기허용지지력산정 3 말뚝재하시험 말뚝의지지력을실물재하에의해서판단, 실제설계지지력확인시사용 말뚝재하시험 동재하시험 정재하시험 인발시험 압축재하시험 수평재하시험
동재하시험 시험목적 - 항타시스템의적합성판정 - 항타에너지및응력측정에의한항타관입성분석 - 말뚝의건전도및지반조건의확인 - 시간경과효과확인 시험순서 시험종류 - 초기항타 설계예상지지력확인, 타격횟수및해머낙하높이확인 - 재항타 ( 완료 ) 설계지지력확인, 파일손상여부확인
정재하시험 시험목적 - 기시공된말뚝기초에대한축 ( 연직 ) 재하시험을실시 - 설계하중과비교함으로써말뚝기초시공의안전성을검토 시험순서 시험종류 - 사하중을직접재하하는방법 - 반력말뚝주변마찰력을이용하는방법 - 시험말뚝자체의주변마찰력을이용
4. 시추주상도 (DRILL LOG) 주요기록내용 현장작업명 시추자, 관리자 작업일시, 위치 사용시추기, 샘플링방법 N값, 지하수위 지층변화와토질종류 : 육안 ( 슬라임 ), N값, 굴진저항등 샘플링지점및시료번호 회수율, RQD
1) 시추단면도
2) 보고서작성 주요수록내용 의목적 의범위 - 조사항목, 개수 - 조사장비, 인원 대상지역의특징 - 지리, 지질, 수문 - 기상, 문화, 경제 - 지형도, 지질도, 조사위치도 조사결과의분석 결론 첨부 : 조사결과근거자료 - 시추위치도 - 시추주상도 - 실내, 현장시험결과 - 현장사진등