[건축시공 정리] 토공사 (2) 흙파기, 흙막이

 

그렇게 지반조사를 마치고 건물을 지을 수 있는 토지라고 결정이 되면, 흙을 파서 흙막이를 설치하거나 지반을 개량하거나 등의 방법을 통해 기초를 설치하기 위한 지반으로 만든다.

 

■ 토공사

 

1. 흙파기 일반사항

 

흙막이, 기초를 설치하고 건물을 올리기 위해 흙을 파는 것을 흙파기라고 한다. 우선 흙을 굴삭하고 이후 성토, 배토의 과정을 거친다. 그리고 기초 구조물 등이 설치된 후에 되메우기를 한다. 되메우기를 모래로 할 경우에는 물다짐을 하는데 30cm마다 95% 이상의 밀도로 다짐을 해주어야 한다. 

 

사람이 할 경우에는 1인당 1일에 2.8~5m^3가 적합하지만 토공장비를 이용하면 효율적으로 할 수 있다. 대략적으로 흙파기량이 1000m^3 이상일 경우에 인력 대신 토공 장비를 사용하다.

 

1) 굴삭용 기계 : 높은 곳을 굴착하기 위한 파워셔블, 낮은 곳을 굴착하기 위한 백호(드래그셔블)이 있다. 그리고 낮은 곳에서 넓은 면적을 파기 위한 드래그라인과 낮은 곳에서 깊은 굴착을 위한 클램셀이 있다.

출처 : 가치생각발전소

 

2) 배토 정지용 기계 : 땅을 평평하게 하고 정지시키는 것을 배토라고 한다. 이를 위해 대표적으로 불도우저가 사용되며, 운반거리 최대 100m에서 배토작업을 하는데 굴착으로 사용되기도 한다. 그리고 산간지역에서 사용되는 앵글 도저가 있다. 흙을 깍으면서 동시에 흙을 까는 스크래이퍼, 토지 정리와 정지작업에 사용되는 그레이더가 있다.

 

3) 다짐용 기계 : 굴삭과 배토 정지를 마치면 다짐을 한다. 이때 전압식, 진동식, 충격식 장비로 나눌 수 있는데 전압식과 진동식은 롤러를 사용하고 충격식은 폭발력을 사용하는 램머를 이용한다.

램머 ❘ 출처 : 공인원가분석사 : 윤 팀장

 

2. 흙파기 공법

 

흙을 파는 방법은 순서와 공법에 따라 나뉜다. 우선 가장 자주 무제로 출제되는 대표적인 두 가지는 아일랜드 컷 방식과 트렌치 컷 방식이다. 아일랜드 컷 공법은 중앙부분을 먼저 터파기한 후에 기초를 축조하고 주변흙을 굴착하여 지하구조물을 완성하는 것이고 트렌치 컷은 주변부를 먼저 굴착한 후 기초를 축조하고 중앙부를 굴착하여 기초구조물을 완성하는 방법이다. 가장 일반적인 공법은 수평버팀대 공법으로 널말뚝(흙을 막는 수직기둥같은 것)을 박고 흙을 파면서 수평버팀대를 대는 공법과 흙의 안식각을 이용하여 흙막이 벽을 설치하지 않는 오픈 컷 공법이 있다.

오픈컷 ❘ 출처 : 한국안전기술연합

 

추가적으로 구체흙막이를 구성하는 지보공공법으로 깊은 우물기초공법, 개방잠합공법, 용기잠함 공법이 있는데 이는 흙을 파는 공법이면서 동시에 흙막이를 구성하면서 그 흙막이가 기초가 되는 공법이다. 그래서 이후 기초공사에서 함께 정리했다.

 

3. 흙막이 일반사항

 

흙을 파고 나면 흙막이를 설치해서 공사가 진행되는 면적을 확보한다. 흙막이를 설치할 때는 토압을 고려하여 흙막이의 강성, 깊이 등을 정한다. 대표적인 흙막이 공법인 수평버팀대식 흙막이는 수직재인 널말뚝을 설치하여 흙의 유입을 차단하고 수평재인 버팀대를 널말뚝과 널말뚝 사이에 설치하여 토압으로부터 안전하게 저항할 수 있도록 한다. 일반적으로 버팀대는 밑바닥에서 1/3 지점(토압이 제일 적은 지점)에 설치하고 띠장이음은 버팀대 간격의 1/4 위치에 설치한다(모멘트가 제일 적은 부분).

버팀대 설치

 

4. 흙막이 공법

 

흙막이 공법은 주위 환경과 지반에 따라 달라진다. 간단한 흙막이로는 줄기초 흙막이, 연결재를 당겨매어 설치하는 흙막이, 그리고 위에서 설명한 버팀대식 흙막이가 있다. 이때 사용하는 흙막이벽 재료로는 철재널말뚝, 강관 말뚝, 철근콘크리트 널말뚝, 목재널말뚝 등이 있다.

 

다른 공법으로는 어스앵커공법(지반 정착공법)이 있다. 흙막이 벽은 보통 수평 버팀대로 지지되는데 버팀대 대신 흙막이벽에 구멍을 뚫고 원통형 앵커체를 설치하여 모르타르로 그라우팅을 해 지반을 지탱하는 공법이다. 버팀대가 없기 때문에 작업 공간을 넓게 사용할 수 있으나 앵커체가 흙막이벽 너머로 뚫고 공간을 차지하다보니 주위 건물에 영향을 줄 수 있으며 지하 매설물에 대한 검토가 필요하다.

출처 : 효창이엔지

 

그리고 도심지에서 주로 사용하는 지하에 벽을 설치하는 공법이 있다. 이러한 지하연속벽은 기초공사 시의 기초로도 사용되기 때문에 CIP, MIP, PIP 등의 지하연속벽 공법은 이후에 다루고 여기서는 흙막이벽의 역할을 주로 하는 공법 두가지를 정리했다. 그 두가지는 말뚝을 주열식(기둥을 열로 세움)으로 나열하는 방법인 ICOC 과 연속적인 벽체를 만드는 슬러리월 공법이다. 이 공법들의 장점은 연속적인 벽체로 흙막이를 만들기 때문에 인접건물이 있어도 근접해서 시공할 수 있으며 저소음, 저진동 공법이다. 또한 지하수 등 물에 대한 차수성이 높아 모든 지반에서 적용이 가능하며 벽체의 강성이 크다. 당연히 그럴 것이 콘크리트 등으로 땅에다가 벽을 만들었기 때문이다. 다만 시공비가 고가이고 고도의 기술이 필요하며 내부의 결함을 찾기가 어렵다는 단점이 있다. 그리고 벤토나이트라는 특수한 용액을 사용하여 지반을 고결시키는데 오염의 원인이 된다.

슬러리월 ❘ 출처 : 한솥마을

 

흙을 파서 흙막이벽 설치까지 완료했다면 이제 측정을 통해서 잘 설치되었는지 확인한다.

1) 경사계(tilt meter)을 통해 인접 구조물의 기울기를 측정하여, 설치된 흙막이가 기울어졌는지 확인한다

2) 지중 수직변위계측(extension meter)을 통해 지중침하가 발생했는지 확인한다.

3) 간극수압계(piezometer)을 통해 수압을 측정한다 (water level meter = 지하수위계측 : 지하수위 측정)

4) 하중계(load cell) : 흙막이벽, 버팀대의 하중을 측정한다

5) 변형계(strain gauge) : 버팀대의 응력과 변형을 측정한다.

 

 

토공사가 끝나면 이제 건물의 기초부를 설치할 준비가 끝난다. 그리고 기초공사를 이어서 진행하게 된다. 다만 흙막이벽을 설치하는 과정에서 그 자체로 구조물이 되기도 하고, 기초부분이 되기 때문에 유기적으로 연결해서 공사의 순서를 이해하는 것이 좋다.