기초의 핵심 목적은 상부하중을 지반으로 전달하여 구조물이 침하나 전도 없이 안전하게 서 있게 하는 것이다. 이를 위해 지지력과 안정성 확보가 먼저 고려되며, 적정 근입깊이와 시공 가능성도 필수 조건으로 본다.
침하는 완전히 없애는 것이 아니라 허용 범위 내에서 제어하는 개념이다. 실무에서는 '허용 침하' 개념을 적용하여 설계하며, 절대적 금지 표현이 나오면 오답일 가능성이 높다. 부등침하는 구조물의 손상을 유발할 수 있으므로 허용 각변위 등으로 제어하는 규정을 적용한다.
지반의 허용지지력 산정은 실험 결과의 극한치나 항복치에 안전율을 적용하여 보수적으로 결정한다. 평판재하실험 등으로 얻은 극한지지력의 1/3 또는 항복지지력의 1/2 중 더 작은 값을 허용지지력으로 삼는 원칙을 설명한다.
기초 설계 문제는 단위 변환과 정의식 적용에 주의해야 한다. 지지력 공식, 각변위 정의, 지반반력 계수, 침하공식 등은 주어진 변수로 바로 계산하여 해를 도출하는 유형이 많으므로 공식을 숙지하고 단위를 통일하는 습관을 지닐 필요가 있다.
예제
1) 각변위와 최대 허용 부등침하량 산정 예시: 각변위는 인접한 두 지점 간 침하차를 거리로 나눈 값으로 정의된다. 정방형 기초의 유효 거리 L이 25m(=2500cm)이고 허용 각변위가 1/500이면 최대 허용 부등침하량은 δ = L × (δ/L) = 2500cm × (1/500) = 5cm가 된다. 단위 통일을 먼저 확인하는 절차가 중요하다.
2) Terzaghi 지지력공식을 이용한 기초 폭 산정 예시: 점착력 C=0, 마찰각 ø=30°, 단위중량 γ=1.8t/m³, 근입깊이 1.5m인 조건에서 qu = 1.3·C·Nc + q·Nq + 0.4·γ·B·Nr 공식을 적용한다. C=0이므로 첫 항은 0이고 q=γ·D=1.8·1.5=2.7이다. 주어진 계수 대입으로 qu = 62.1 + 14.4B가 되며, 허용지지력 qa = qu/3와 하중과 면적 관계를 세워 B를 약 2.2m로 구한다. 공식 대입과 연립방정식 해법을 차례로 수행하는 것이 핵심이다.
대표 기출 3문항
C=0, ø=30° , γt=1.8t/m³인 사질토 지반위에 근입깊이 1.5m의 정방형 기초가 놓여있다. 이 때 이 기초의 도심에 150t의 하중이 작용하고 지하수위 영향은 없다고 본다. 이 기초의 가장 경제적인 폭 B의 값은? (단, Terzaghi의 지지력공식을 이용하고 안전율은 Fs =3, 형상계수 α =1.3, β =0.4, ø=30° 일 때 지지력계수는 Nc=37, Nq=23, Nr=20 이다.)
Terzaghi 공식 적용 후 허용지지력=하중/면적 식을 세워 B에 대해 풀면 약 2.2m가 된다.
토목 섬유의 주요기능 중 옳지 않은 것은?
보강(Reinforcement)
배수(Drainage)
댐핑(Damping)
분리(Separation)
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 토목 섬유(지오텍스타일)의 주요 기능 중 옳지 않은 것을 묻는다. 토목 섬유의 대표적 기능은 보강, 배수, 분리, 차수 등이며 진동 저감 기능인 댐핑은 주요 기능에 포함되지 않는다.
토목 섬유는 보강, 배수, 분리, 차수 등의 기능을 가지며, 댐핑(Damping)은 토목 섬유의 주요 기능이 아니다.
크기가 1.5m×1.5m 인 직접기초가 있다. 근입깊이가 1.0m일 때, 기초가 받을 수 있는 최대허용하중을 Terzaghi 방법에 의하여 구하면? (단, 기초지반의 점착력은 1.5t/m², 단위중량은 1.8t/m³, 마찰각은 20° 이고 이 때의 지지력 계수는 Nc=17.69, Nq=7.44, Nr=3.64 이며, 허용지 지력에 대한 안전율은 4.0으로 한다.)