기초는 지반에 하중을 전달하는 구조물의 일부로, 현장 여건과 하중 특성에 따라 여러 공법이 선택된다. 케이슨 계열 공법은 작업실을 밀폐하거나 압력을 이용해 지하수를 차단하여 심부에서 작업을 가능하게 하고, 피어 기초와 말뚝 기초는 큰 하중을 지지하는 용도로 쓰인다. 역타(Top-down) 공법은 지상층과 지하층을 병행 시공하여 공기 단축과 주변 영향 최소화를 목표로 한다.
뉴메틱(공기) 케이슨 공법은 작업실 내부에 압축공기를 주입하여 지하수를 밀어내고 밀폐된 상태에서 굴착을 진행하는 방식이다. 이 때문에 지하수위를 낮추지 않아 주변 지반의 수위 변화나 인접 지반의 침하를 유발하지 않는 것이 핵심 장점이다. 다만 감압병 위험으로 작업 깊이에 제한이 있고, 장비와 관리 비용이 크므로 소규모나 얕은 기초에는 비경제적이다.
어스드릴 공법은 케이싱 대신 안정액(예: 벤토나이트)이나 회전식 버킷을 사용하여 굴착벽을 유지하는 방식이다. 안정액을 이용하면 굴착면 붕괴를 방지할 수 있으나 철근 삽입 시 공상현상(철근이 따라 올라오는 현상) 가능성 등 시공상 주의점이 있으므로 관련 설명을 꼼꼼히 검토해야 한다.
피어(pier) 기초는 말뚝보다 직경이 큰 원형 또는 원주 형태의 기초로 큰 하중을 지지하고 횡력 저항 능력이 우수하다. 그러나 대형 굴착과 콘크리트 타설 과정에서 주변 지반의 교란이나 이완이 발생할 우려가 있고, 항타 시 소음과 진동이 크므로 도시지역에서는 대책이 필요하다.
역타(Top-down) 공법은 지상 구조물을 먼저 설치하거나 병행하여 지하 굴착을 진행하는 방법이다. 장점은 도심지에서 공사 기간 단축과 주변 건물 영향 최소화이며 지하주벽으로 지하수 차단이 용이하다는 점이다. 단점은 지하주벽과 슬래브의 정밀한 연결 등 시공 관리가 복잡하여 특수 장비와 높은 공사비가 요구된다는 점이다.
슬러리 월(Slurry Wall) 공법은 벤토나이트 슬러리를 이용해 굴착구멍의 붕괴를 방지하며 연속적인 벽체를 시공하는 방식이다. 저소음·저진동 특성으로 시가지 공사에 적합하며 지하수 차단 및 지반 안정화에 유리하다.
예제
문제 예시 1: 공기 케이슨 공법의 설명 중 '배수를 하여 주변 지반 수위를 낮추므로 인접 지반 침하를 유발한다'는 선지가 나오면 오답으로 판별한다. 공기 케이슨은 압축공기로 물을 배제하는 밀폐 공법이므로 주변 지반의 지하수위 변동을 주지 않아 침하를 유발하지 않는다.
문제 예시 2: 어스드릴 공법 관련 선지에서 '안정액을 사용하므로 철근 삽입 시 공상현상이 발생할 수 있다'는 서술은 실제 공법 특성에 부합하므로 옳은 설명으로 본다. 따라서 '철근 삽입 시 공상현상이 없다'라는 선택지는 오답으로 처리한다.
대표 기출 3문항
수직굴착후 그 속에 현장 콘크리트를 타설하여 만든 원형 기초인 피어기초의 시공에 대한 설명으로 틀린 것은?
굴착한 벽이 무너지지 않는, 굳기가 중간정도의 점토 지반의 굴착에 이용되는 공법으로 깊이가 약 1.2∼1.8m의 원통구멍을 인력으로 굴착한 후 반원형의 강철링을 조립하여 유지한후 굴착하는 방법을 시카고공법이라한다.
케이싱 튜브를 사용하지않고 회전식 버킷을 사용하는 어스드릴공법에서는 굴착후 철근삽입시 철근이 따라 뽑히는 공상현상이 일어난다.
정수압으로 구멍의 벽을 유지하면서 물의 순환을 이용하여 드릴파이프의 끝에 설치한 특수한 비트의 회전에 의해서 굴착한 토사를 물과 함께 배출하고 소정의 깊이까지 굴착하는 공법을 RCD공법(Reverse circulation)이라한다.
굴착내부의 흙막이로서 강재원통을 사용하는 것으로 연약한 점토에 적당하며, 1.8∼5.0m의 강재 원통을 땅속에 박고 내부의 흙을 인력으로 굴착한 후, 다시 다음의 원통을 박는 공법을 Gow공법이라 한다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 어스드릴 공법 등에서 케이싱 튜브를 사용하지 않고 안정액(벤토나이트 등)을 사용하여 굴착하는 경우, 콘크리트 타설 후 철근을 삽입하거나 케이싱을 인발할 때 철근이 따라 올라오는 공상현상이 발생할 수 있습니다. 이는 철근과 안정액 또는 미경화 콘크리트 사이의 마찰이나 부착력 때문입니다.
어스드릴 공법에서는 케이싱 대신 안정액을 사용하므로 철근 삽입 시 공상현상이 발생할 수 있어 ②가 옳은 설명임.
공기 케이슨 공법에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?
비교적 소규모의 공사나 심도가 얕은 기초공에는 경제적이다.
고압내에서 작업을 하여 대기압 중에 나올 때 감압 때문에 체액 또는 조직내에 용해되어 있던 질소가스가 기포로 되어 체내에 잔류하기 때문에 케이슨병이 발생할 수 있다.
일반적인 굴착 깊이는 35~40m로 제한되어 있다.
지하수를 저하시키지 않으며 히빙, 보일링을 방지할 수 있으므로 인접 구조물의 침하 우려가 없다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 공기 케이슨(Pneumatic Caisson) 공법에 대한 설명입니다. 공기 케이슨은 작업실 내에 압축공기를 불어넣어 지하수의 유입을 막고 육상과 유사한 환경에서 굴착을 수행하는 공법입니다.
공기 케이슨은 대규모·심도 공사에 적합하므로 소규모 얕은 기초에는 비경제적이다.
공기 케이슨 공법은 수심 10~40m 정도에 사용하고 그 이하 및 이상은 정통(井筒)이 이용된다. 공기 케이슨 공법에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?
소규모 공사 또는 심도가 얕은 곳에는 비경제적이다.
배수를 하면서 시공하므로 지하수위 변화를 주어 인접지반에 침하를 일으킨다.
노동조건의 제약을 받기 때문에 노무비가 과대하다.
토질을 확인할 수 있고 정확한 지지력 측정이 가능하다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 공기 케이슨(Pneumatic Caisson) 공법은 압축공기를 주입하여 작업실 내의 물을 배제하고 육상과 유사한 환경에서 인력이나 기계 굴착을 수행하는 공법입니다. 작업실이 밀폐된 상태로 유지되기 때문에 외부의 지하수가 유입되지 않아 배수로 인한 주변 지반의 지하수위 저하나 인접 지반의 침하를 일으키지 않는 장점이 있습니다.
공기 케이슨은 밀폐된 작업실에서 압축공기를 이용해 물을 배제하므로 외부 지하수위 변화나 인접 지반 침하를 유발하지 않는다.