토목기사 기초일반 — 지지력과 침하, 말뚝과 지반개량

얕은 기초의 지지력은 Terzaghi 공식으로 구한다. 연속기초는 qu = c·Nc + γ·Df·Nq + 0.5·γ·B·Nγ이고, 정사각형 기초는 형상계수를 적용해 qu = 1.3·c·Nc + γ·Df·Nq + 0.4·γ·B·Nγ로 계산한다. 한 변 1.5m인 정사각형 기초에서 c = 1.5t/m², γ = 1.8t/m³, Df = 1.0m, Nc = 17.69, Nq = 7.44, Nγ = 3.64를 쓰면 qu = 1.3×1.5×17.69 + 1.8×1.0×7.44 + 0.4×1.8×1.5×3.64 ≈ 51.82t/m²다. 극한하중은 51.82×2.25 ≈ 116.6t이고, 안전율 4를 적용하면 허용하중은 약 29.1t이다.

기초의 침하는 각변위로도 제한한다. 각변위는 두 지점의 부등침하량을 그 사이 거리로 나눈 값이므로, 부등침하량은 각변위에 기초 길이를 곱해 구한다. 기초 크기가 20m×20m인 구조물에서 두 지점 사이 거리를 20m로 보면, 허용각변위가 1/500일 때 최대 허용 부등침하량은 (1/500)×20m = 0.04m = 4cm다.

말뚝은 항타 공식이나 정역학적 공식으로 지지력을 구한다. 항타 공식은 해머의 무게와 낙하높이, 타격당 관입량, 안전율로 허용지지력을 계산하고, 하일리 공식은 말뚝머리에서 측정한 리바운드량을 이용한다. 말뚝이 여러 개인 군항기초에서는 말뚝 사이의 응력이 겹쳐 효율이 1보다 작아진다. 군항 허용지지력은 단항 허용지지력에 말뚝 수와 군항 효율을 곱해 구한다. 말뚝 20개, 단항 허용지지력 15t, 효율 0.75이면 15×20×0.75 = 225t이다.

연약지반은 배수재로 개량한다. 샌드드레인을 정삼각형으로 배치하면 배수 영향원의 유효지름 d_e가 간격 s의 1.05배다. 따라서 간격은 d_e/1.05로 구하며, 이때 d_e는 영향원의 지름이지 모래기둥 자체의 지름이 아니다. 페이퍼드레인은 띠 모양 단면을 원으로 환산한 등치지름을 쓰며, 폭 10cm, 두께 0.3cm이면 2(10+0.3)/π ≈ 6.56cm다. 점토지반에 그라우팅한 앵커의 극한지지력은 부착계수와 비배수전단강도, 부착면적을 곱해 구한다. 부착계수 0.6, 비배수전단강도 10t/m², 고정부 길이 5m, 직경 0.2m이면 0.6×10×π×0.2×5 ≈ 18.8t이다.