한국에서 살아가는 사람

가설 공사에 이어 흙파기와 흙막이 공사를 통해 기초를 설치할 작업공간을 확보했다면 기초공사에 들어간다. 기초공사는 건축물 상부구조의 하중을 지반으로 전달하는 역할을 한다.

■ 기초공사

1. 기초공사 일반사항

기초는 기초부(푸팅)과 지정으로 나뉘는데, 우리가 흔히 아는 기초구조물을 푸팅이라고 한다. 하지만 이러한 기초부를 흙 위에 바로 설치하면 흙이 침하될 위험이 있기 때문에 설치되는 곳을 다지는데 이 부분을 지정이라고 한다. 즉 기초는 상부구조에 대한 하중을 전달하는 구조, 지정은 기초부 저면에 지지력을 확보하기 위한 부분이다. 지정은 크게 돌과 같은 재료를 깔아서 다지는 방법과 말뚝을 이용해서 다지는 방법으로 나뉜다. 대형 건축물의 경우에는 지정의 지지력이 중요하기 때문에 말뚝을 위주로 사용하지만 그럴 필요가 없는 비교적 작은 건축물이거나 콘크리트 등을 줄이고자 할 때는 돌을 사용하여 지정을 이용한다.

지정과 기초판으로 이루어진 기초는 그 구조에 따라서 나뉘는데, 어떻게 기초를 설치할 것인가 에 따라 구분된다.

1) 상부 기둥 1개에 기초판 1개를 받치는 것을 독립기초

2) 2개 이상의 기둥에 1개의 기초판을 연결하는 것을 복합기초

3) 벽으로 이루어진 경우 연속된 벽과 기둥을 따라 연속된 기초부를 연속기초(줄기초)

4) 건물하부 전체를 기초판으로 하는 것을 온통기초

당연히 기초의 물량이 많은 온통기초가 기초의 강도가 제일 크겠지만 물량 역시 많이 투입되어 경제성이 떨어질 수 있기 때문에 구조의 하중과 필요강도, 경제성에 따라 적절한 기초를 선택해야한다.

2. 지정의 종류

1) 보통지정

우선 돌과 같은 재료를 이용해서 다지는 방법을 보통지정이라고 한다. 그리고 보통지정의 종류(공법)는 재료에 따라 구분된다. 대표적으로 잡석지정이 있다. 지름 10~15cm 정도의 호박돌을 이용하는 방법으로 기초부의 전단력을 확보하기 위해 옆세워서 깐다. 그리고 호박돌 사이에는 사춤자갈(채워넣는 자갈)을 잡석의 30%정도 넣고 가장자리에서 중앙부로 다지며 밀실하게 만든다. 그 외에 모래지정, 자갈지정, 긴주춧돌 지정이 있다. 이렇게 돌을 이용하여 지정을 했는데 방수를 해야되거나 상부 기초부와 연결을 효율적으로 하기 위한 경우에는 콘크리트를 활용하여 잡석, 자갈 다짐 위에 5~6cm 편편히 치기도 하는데 이런 방법을 밑창 콘크리트 지정이라고 한다.

2) 말뚝

말뚝은 종류은 종류에 따라 설치방법과 길이, 지지력이 다르기 때문에 각각의 재료와 공법별의 특징을 정리했다. 그 전에 말뚝이 지지하는 방법에 대한 설명을 간단하게 하면, 말뚝을 경질지반까지 매입하여 지지하는 것을 지지말뚝, 지반과 말뚝의 마찰력으로 지지하는 것을 마찰말뚝 그리고 말뚝을 여러 개 박아 다지는 것을 다짐말뚝이라고 한다. 말뚝을 설치할 때는 동일 종류로만 해야하며,  시험을 거쳐 허용지지력을 산출한다.

말뚝의 종류에 따른 특징은 다음과 같다.

1) 나무말뚝 : 나무말뚝으로는 소나무, 잣나무와 같은 생나무를 사용하며 껍질을 벗기고 머리에는 철을 붙여서 사용한다. 그리고 나무의 경우 부패의 우려가 있기 때문에 상수면 이하로 박아주어야한다. 비교적 지지력이 약한 나무말뚝은 최대 10ton이며 길이는 7m 이하로 그리고 말뚝 사이의 거리는 직경의 2.5배 또는 60cm 이상 간격을 두고 타설한다.

2) 기성콘크리트말뚝 : 기성이란 공장에서 생산되었다는 것으로 품질과 규격이 일정하며 콘크리트 공사에서 다루었던 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식이 있다. 철근을 6개 이상 사용하여 만들어진 기성콘크리트 말뚝(RC 말뚝)은 최대 50ton의 지지력을 발휘하며 길이는 직경의 45배 이하 또는 15m 이하로 그리고 말뚝 사이의 거리는 직경의 2.5배 또는 75cm 이상 간격을 두고 타설한다. 지름은 20~50cm으로 사용한다.

3) 강재말뚝 : 강재를 이용했기 때문에 지지력이 크고 콘크리트에 비해 중량이 가볍고 이음하기 쉬운 말뚝이다. 최대 100ton의 지지력을 발휘하며 길이는 70m 이하 그리고 말뚝 사이의 거리는 직경의 2배 이상 또는 75cm 이상으로 한다. 길이가 길어도 휨저항이 크기 때문에 깊은 기초에 사용한다. 하지만 단가가 비싸고, 부식에 약하기 때문에 이를 위해 에폭시 등을 이용해 도포하거나 시멘트 피복 등을 해야한다.

나무, 콘크리트, 강재 말뚝을 반입했다면 이제 흙에 말뚝을 박아야한다. 시공방법으로는 가장 단순한 타격공법, 디젤 해머, 드롭 해머 등을 이용해 땅 속에 박는데 진동과 소음이 크다. 그리고 진동공법은 Vibro-해머를 이용해서 상하로 진동을 일으키며 매입한다. 반면, 저소음 저진동 공법으로는 유압기계(유압Jack)을 이용하여 압입하는 방법으로 눌러서 넣는 방법이 있고, 미리 보링(스크류 오거, 회전식 기계 이용) = 구멍을 굴착하고 타입하는 프리보링 공법이 있다. 이때 물을 이용한 수사식 공법을 병용한다.

이렇게 말뚝을 반입해서 타설하는 방법이 있다면 현장에서 직접 말뚝을 만드는 방법이 있다. 현장에서 만드는 방법으로는 현장타설 콘크리트, 프리팩트 콘크리트 그리고 너무 커서 현장에서 만드는 대구경 현장 콘크리트가 있다.

4) 현장타설 콘크리트 말뚝(=제자리 콘크리트 말뚝) : 현장에서 만드는 말뚝으로, 철근을 4개 이상 사용하며 지지력이 제일 크다. 최대 900ton(보통은 200ton)의 지지력을 발휘하며 길이는 30~90m로 길이도 제일 길게 만들 수 있고 간격은 직경의 2배 이상 또는 직경+1m 이상으로 간격도 넓게 할 수 있다. 이러한 현장타설 콘크리트는 다양한 종류가 개발되었는데,

- Compressol Pile : 추를 사용하여 낙하시켜 천공하며 잡석과 콘크리트를 번갈아가며 투입하고 다지는 방법이다. 아무래도 추를 이용해서 박기 때문에 깊은 곳에서는 사용하지 못하는 짧은 말뚝이다.

- Simplex Pile : 철관(중간에 공간이 있는)을 쳐서 박아 넣고 이 속에 콘크리트를 부어 넣고 중추로 다지면서 철관을 뽑아내는 방법이다.

Simplex -> Pedestal Pile : 심플렉스 파일을 개량한 방법으로 지지력을 크게하기 위해서 말뚝 하부에 구근(동그란 뿌리)를 만드는 것으로 가장 대중적으로 사용된다. 하지만 구근을 형성하기 위해 콘크리를 많이 넣어야해서 콘크리트 손실이 크다.

- Raymond Pile : 철관이 땅속에 남은 Pile로 철관과 심대를 함께 박아넣고 심대를 빼고 그 부분에 콘크리트를 타설하는 방법이다.

- Franky Pile : 마개가 달린 외관을 사용하며 외관을 박은 후에 마개를 빼내고 콘크리트를 넣은 후 추로 다지는 방법이다. 이때 마개 대신에 나무말뚝을 사용하며 나무말뚝은 상수면 이하에 박히고 콘크리트를 붓기 때문에 합성말뚝을 만들 수도 있다.

5) 프리팩트 파일(프리팩트 콘크리트 말뚝) : 그리고 현장에서 타설하는 프리팩트 파일도 있다. 프리팩트 파일도 현장 타설 콘크리트 말뚝으로 일반적인 특성은 같지만, 설치방법과 형태가 다르다. 이전에 흙막이 공사를 할 때에 연속벽체를 구성하는 방법으로, "프리팩트 파일 = 흙막이 + 기초" 두개의 역할을 한다. 그리고 콘크리트 공사를 할 때 다루었던 내용으로 프리팩트 콘크리트는 미리 골재를 넣은 후에 콘크리트를 붓는 방법이다.

- CIP(Cast in Place) 말뚝 : 어스 어거를 통해 구멍을 뚫어 파이프를 넣고 이후 내부를 철근과 자갈로 채운다. 그리고 이후에 파이프를 통해 모르타르를 채우며 만드는 것이다.

- PIP(Packed in Place) 말뚝 : 스크류 오거를 통해 구멍을 뚫은 후 흙을 끌어올리고 그 공간에 스크류 오거의 끝에서는 모르타르가 나와 채우며 말뚝을 형성하는 공법이다.

- MIP(Mixed in Place) 말뚝 : 파이프 끝에 커터를 통해 흙을 섞으면서 뚫고, 이후 다시 회전시키면 뺄때는 모르타르가 끝에서 분출된다. 그래서 흙과 모르타르가 섞으며 소일(soil) 콘크리트 말뚝을 만드는 방법이다.

6) 대구경 말뚝 : 대구경 말뚝은 깊은 곳에 설치하는 말뚝으로, 설치방법에 따라 다양한 공법들이 있다.

- 베네토 공법 : 해머 그레이브로 굴착한 후에 전체에 외관을 박고 공사한다. 다만 공사비가 고가이고 기계가 대형이다.

- 리버스 서큘레이션 공법 : 역순환공법이라고 불리며 지하수위보다 높게 물을 채워 수압으로 공벽의 붕괴를 방지하며 타설하는 방법이다. 탑다운 공법에서 사용하는 방법이다.

- 어스드릴 공법 : 어스드릴 굴삭기를 이용하는 방법으로 굴착속도가 빠르다.

현장에서 만드는 3가지의 기초 종류 외에도 깊은 기초를 설치할 때 사용하는 기초구조가 있다.

7) 우물통 기초 : 피어 기초로 인력으로 굴착하는 방법

8) 잠함기초(케이슨 기초) : 지하 구조체를 지상에서 만들어서 침하시키는 방법이다. 잠함기초에는 개방잠함과 용기잠함 공법이 있는데 깊은 경우에는 용기잠함을 사용한다.

3. 말뚝 시험

말뚝을 설치하기 전에 시험용 말뚝을 통해 허용 지지력을 확인해야한다. 시험용 말뚝은 실제 사용하는 것과 똑같은 조건으로 3본(개) 이상 박고 지지력은 5회에서 10회 타격한 평균값으로 구한다. 5회를 타격했는데 6mm이하인 경우에 항타(박기)를 끝낸다. 이외에도 재하시험, 표준관입 시험 등을 이용해서 말뚝의 허용지지력을 구한다.

말뚝 재료를 선정하고 말뚝을 적절한 공법을 활용해서 타설하고 나면 기초공사가 끝나며, 이후 상부구조를 시공하게 된다.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

토공사~ 건물은 흙 위에 짓는다. 그렇기 때문에 흙에 대한 조사도 해야되고 밑에 지하수가 흐르는지도 확인해야되고 등등 조사를 한 후에 파내어서 기초를 만든다. 흙의 종류도 다양하고, 조사를 했는데 약해서 보강을 해야할 수도 있고, 파내는 방법도 다양해서 알아야 할게 많다.

■ 지반조사

1. 흙?

흙은 크게 점토질과 사질로 나뉜다. 쉽게 생각하면 모래사장과 갯벌을 생각하면 편하다. 모래사장은 압밀속도가 단기적으로 빠른 반면 갯벌은 천천히 압밀되고 내부마찰각, 전단강도는 사질이 점토질보다 크다. 입자의 거칠기가 더 크기 때문이다. 갯벌은 투수계수는 작지만 물 함유량이 많아 건조수죽이 크다.

이렇듯 사질과 점토질로 크게 종류를 구분하고 나면, 건물을 올릴 중요한 흙의 여러 가지 성질이 있다. 그 중 건물이 안전하게 지어질 수 있는 지반인가를 확인하기 위해서 필요한 흙의 특성을 정리했다. 먼저 지반의 허용 지내력도, 지내력도란 침하하는 것을 버틸 수 있는 능력이다. 아무래도 점토나 모래 같은 건 우리가 올라가도 내려앉기 때문에 낮을 가능성이 크고 돌같은 건 지내력이 높을 가능성이 크다. 큰 순서대로 나열하면 경암반(= 화성암) 4MPa > 연암반(=퇴적암) 1~2MPa > 자갈 0.3MPa > 모래 0.1MPa > 점토 0.1MPa 이다.

허용 지내력도가 지반침하에 대한 능력이라면, 예민비는 흙의 전단강도(일축 압축강도)를 나타낸다. 구체적으로 기초의 극한 지지력을 파악할 수 있는 흙의 역학적 성질이다. 흙은 함수량을 변화시키지 않고 흐트러뜨리면 강도가 감소하게 되는데 이때 압축강도의 감소비를 예민비라고 한다. 예민비를 구하는 방법은 '자연시료의 강도 / 이긴시료의 강도' 이다. 아무래도 모래는 알갱이가 따로 있는 느낌이기 때문에 자연상태나 흐트러진 상태나 차이가 별로 없으며 예민비가 거의 1에 가깝다. 점토의 경우에는 4~10 정도이다.

지내력, 지지력으로 흙의 직접적인 강도를 구했다면, 그 다음 물과 관련된 성질들이 있다. 바로 흙의 투수성이다. 투수성은 입자들 사이에 물이 침투하는 성질로 모래가 점토보다 입자가 크기 때문에 투수계수가 크다. 입자들 사이의 공간을 간극비라고 하며, 입자가 머금을 수 있는 물의 양을 포화도라고 한다. 이러한 투수성은 터파기시에 배수공사와 지하수 처리에 영향을 준다. 투수성와 관련된 지표로는 간극비, 함수비, 포화도가 있다.

2. 지반조사

위에서 나열한 흙의 성질을 알기 위해서는 시험을 해야한다. 시험을 하기 위해서는 흙을 채취하거나 지반에 힘을 하거나 등 흙에 대한 토질조사와 채취한 흙 등을 이용하여 시험하는 토질 시험이 있다. 토질조사를 통해 지층경연, 지하수위 등을 조사하는 토지 주상도를 작성하고 토질조사를 통해 공사를 해도 되는지 등을 판단한다.

토질조사 방법은 사전조사, 예비조사, 본조사, 추가조사의 순서를 거치며 다양한 방법이 있다. 지하탐사하는 방법에는 대지 일부를 파기해서 지층상태를 조사하는 터파보기, 철봉을 땅속에 박으면서 지층의 깊이를 추정하는 사운딩 로드, 그리고 광대한 지하 구성층을 대략적으로 탐사하는 물리적 지하탐사방법, 지반에 구멍을 내어(천공) 시료를 채취하거나 조사하는 보링 등이 있다.

1) 보링 : 지반을 천공하여 토질의 시료를 채취, 지층 도면을 작성하는 가장 정확한 방법이다. 굴삭용 칼날인 Bit와 지지연결대의 로드를 선단 끝에 설치하여 작업한다. 보링의 종류로는,

- 얕은 지반에서 인력을 이용할 경우 : 오거보링

- 연약한 토사에서 수압을 이용할 경우 : 수세식 보링

- 깊은 지반에서 낙하충격을 이용하는 경우 : 충격식 보링

- 지층의 연속적 변화를 알고 싶은 경우 : 회전식 보링

2) 샘플링 : 보링, 터파보기 등을 통해 지반 속의 시료를 채취하는 방법이다. 연약한 점토에서는 딘월 샘플링(Thin Wall)을 이용하며 얇은 살로 되어있다. 굳은 점토나 모래에서는 콤포지트 샘플링을 이용하며 살이 두꺼운 샘플러를 사용한다.

3) 사운딩 : 막대 끝에 저항체(무거운 거)를 설치하고 땅속에 관입, 회전, 인발 등을 통해 토층을 탐사하는 방법이다. 연약한 점토 지반에서는 베인테스트를 이용하며, 사질지반에서는 표준 관입 시험기를 이용하여 밀도를 측정한다. 이 두가지가 대표적이지만 그 외에도 스크루 포인트를 이용한 스웨덴식 사운딩 시험 등이 있다.

토질시험에는

1) 직접 전단 시험 : 사질, 점토지반의 점착력, 마찰력을 구하기 위한 것으로 1면전단, 2면전단시험, 베인테스트 등이 있다. 

2) 일축 압축 시험 : 점토지반(사질 지반)의 일축압축강도, 예민비, 탄성계수 등을 구하기 위한 것으로 공시체 시험이 있다.

3) 삼축 압축 시험 : 지반의 배수조건 변화에 따른 점착력, 마찰각 등을 측정하는 것, 자연상태와 비슷한 조건으로 시험이다.

4) 지내력 시험 : 평판재하시험으로 기초가 설치될 부분(저면, 밑면)에 직접하중을 가하여 시험하는 것이다.

토질조사와 토질시험을 거쳐 지반의 안전성을 확인하는데 지반이 연약하거나 지하수 수위가 높은 경우에는 보강할 필요가 있다. 지반개량을 통해 지반의 지지력을 높이고 기초의 안전성을 확보하는데 탈수법, 치환법, 다짐법, 약액주입법 등이 사용된다. 

연약한 지반에서 발생할 수 있는 문제점
1) 히이빙 파괴 : 하부 지반이 연약하여 흙막이 밖에 있는 흙의 중량이 흙막이 안쪽(공사해야되는 부분)으로 밀려들어와 불룩하게 되는 현상

2) 보일링 파괴 : 사질지반에서 지하수가 얕을 경우 모래입자가 부력을 받아 흙막이 안쪽으로 밀려들어오며 불룩해지고 물이 침투하며 지지력이 낮아지는 현상

3) 파이핑 파괴 : 흙막이 벽이 부실하고 지반이 약한 경우, 흙막이 벽의 뚫린 구멍으로 물이 침투하며 흙의 지지력이 낮아지는 현상

1) 배수공법 : 지하수가 유입되는 것을 방지하기 위해 지하수 수위를 낮추는 방법이다. 크게 점토질에서 사용하는 샌드드레인 공법과 사질에서 사용하는 웰포인트 공법이 있다. 샌드드레인 공법은 지반에 철관을 박고 그 속에 모래말뚝을 형성하고 지표면에 하중을 가하여 점토질의 수분을 모래말뚝을 통해 배출시키는 방법이다. 웰포인트 공법은 강제로 배수시키는 공법으로 파이프를 일정 간격으로 박고 펌프를 이용하여 지하수를 빼내고 압밀하는 방법이다. 다만, 압밀되는 과정에서 인접지반의 침하를 일으킬 수 있다는 우려가 있다. 이외에도 점토질 지반에서 모래말뚝 대신 흡수지(paper)을 이용하여 물을 빼내는 공법, 전기를 침투시켜 간극수를 탈수하는 방법, 중력을 이용하여 지반이 낮은 곳으로 물을 모이게 하는 집수정 공법 등이 있다.

2) 점토질 지반 개량공법 : 점토질에서는 치환공법, 재하공법, 동결공법, 화학적공법 등이 사용된다. 치환공법이란 굴착, 폭파 등을 이용해서 토층을 사질토로 치환하는 방법이다. 재하공법은 하중을 가하여 점토지반의 압밀을 촉지시키는 방법이며 동결공법은 액체질소, 프레온 가스, 드라이아이스 등을 통해 동결시킨다. 화학적 공법으로는 생석회 말뚝을 이용한 방법이 있는데 화학반응을 통해 건조시키고 강도를 증진하는 효과를 준다.

3) 사질 지반 개량공법 : 모래는 간극이 많기 때문에 압밀하거나 다지는 것이 중요하다. 그래서 나무나 콘크리트를 다수 타입하는 다짐말뚝법, 샌드 컴팩션 파일로 다짐 모래말뚝을 설치하고 컴포저로 다는 방법이 있다. 그리고 진동을 일으키며 빈큼에 모래나 자갈을 채워넣는 Vibro-flotation 공법, 폭파 및 동결다짐법과 흙에 시멘트, 아스팔트, 물유리 등을 통해 고결시키는 약액주입법이 있다.

이렇게 조사, 시험 그리고 보강작업을 마치면 흙을 파고 흙막이를 설치할 준비가 된다. 물론 같이 병행하거나 상호작용하면서 공사가 이루어진다.

철근콘크리트 공사를 할 때 1) 철근을 배근하고 2)거푸집을 설치하고 3) 콘크리트를 배합해서 타설하는 것까지 정리했다. 그렇다면 철근콘크리트 공사를 하기 전에는 무엇을 해야할까? 공사가 시작되면 우선 가설물을 설치한다. 그리고 그 이후 건물을 지을 곳에 토공사를 하고 기초를 설치한다.

■ 가설 공사

가설공사는 건축공사를 위해 임시로 설치하는 시설로 공사가 완료되면 해체한다. 운영과 관리에 필요한 공통가설공사와 건물공사에 직접 필요한 직접가설공사로 구분된다. 

1) 공통가설공사 : 사무소, 창고, 기숙사 등의 가설건물과 공사용 동력, 통신설비, 용수가 포함되고 공사시 안전과 위험 방지를 위한 가설울타리, 안전간판, 방지설비 등이 있다. 가설울타리는 대지 경계에 교통을 차단하고 위험을 방지하기 위한 시설로 나무, 철판, 철조망 등으로 만들며 높이는 1.8m 이상인데 보통 2~3m 높이로 짓는다. 특히나 도심지의 경우 3m 이상 짓고 트럭, 레미콘 등의 반입을 위해 출입구폭은 4m 이상으로 설치한다.

현장사무소는 1인당 최소 3.3m^2의 면적을 확보해야하며 감독자 사무소, 수급자 사무소 등 건물의 규모에 따라 적절한 규모로 설치한다. 식당은 1인당 1m^2, 근로자 숙소는 1인당 4.2m^2, 화장실은 20~30명 당 1기로 한다. 시멘트 창고의 경우는 유의해하는 부분이 시멘트는 공기, 물과 접하면 수화반응을 일으킨다는 점이다. 그래서 지면과 30cm 이상을 띄우고 배수도랑을 두어 누수를 방지하고 필요한 출입구를 제외하고는 채광창 외에 환기창을 설치하지 않는다. 그리고 보관할 때는 13포 이하로 장기보관 시에는 7포 이하로 쌓는다. 그리고 보관법에 따라 기와, 루핑, 유리는 세워서 보관하고 합판은 평적해서 보관한다.

2) 직접가설공사 : 각종 틀, 비계, 낙하물 방지망 등이 있다. 건물의 높이나 위치의 기준이 되는 Bench Mark(기준점), 건물의 각 부 위치 및 높이, 기초의 너비 또는 길이 등 터파기(흙파기) 공사에 사용되는 수평규준틀(벽 중심, 기둥 중심)과 귀규준틀(모서리, 꺽이는 부분)이 있다. 이 규준틀에는 중심선, 기초, 기둥폭의 크기를 표시한다. 그리고 조적공사에서는 수직을 확인하기 위한 세로규준틀이 있다.

그리고 가설공사의 핵심인 비계. 비계는 재료로 나무, 강관, 파이프를 사용하며 공법에 따라 쌍줄비계, 외줄비계, 겹비계 등이 있다. 외줄비계의 경우에는 경미한 공사에 사용하고 주로 고층건물에는 쌍줄비계(본비계)로 한다. 일반비계라고 하면 강관+쌍줄비계가 원칙. 그외에도 내부비계, 그리고 매달아서 외부수리하거나 할 때 쓰는 달비계가 있다.

주로 사용하는 통나무 비계, 강관 파이프 비계, 강관틀 비계의 기준을 정리하면 다음과 같다. 우선 비계 기둥 간의 간격은 1.5~1.8m (장선 방향은 1.5 이내), 띠장은 1.5m, 장선은 2m 이하로 한다. 강관파이프의 경우에 기둥은 7kN까지 하중을 버틸 수 있으며 기둥 사이에 적재하중은 4kN으로 하며 수직, 수평 거리는 각각 5m 내외로 한다. 강관틀 비계의 경우에는 각각 24.5kN, 4kN이다. 그리고 가새는 40~60도 사내외로 설치하고 수직, 수평거리는 6m, 8m 이내로 한다.

비계다리는 넓이 90cm 이상, 경사 30도 이하로 설치하며 다르참은 7m 이내마다 설치해야한다. 난간은 넓이와 마찬가지로 90cm로 설치해야한다. 그리고 낙하물 방지망은 건물에서 2m 이상 내민길이로 하여 20~30도 정도의 수평각도로 하며 10m 이내 또는 3개층마다 설치해야한다.

이런 공통가설물과 직접가설물 설치가 끝난다면 토공사를 시작할 준비 완료.

그럼 이어서

이제 콘크리트 설계를 완료하고 시험을 통과했다면 이제 거푸집에 타설하는 일이 남았다. 물론 이후에 양생하는 과정까지 거쳐야 하지만... 어쨋든 콘크리트 타설은 크게 비벼서, 운반하고 타설한 후 다짐하는 과정을 거친다.

4. 콘크리트 비비기

우선 배합 설계 이후에는 콘크리트를 비벼 물, 시멘트, 골재 등이 잘 섞이게 해야한다. Mixer을 이용한 기계비빔을 원칙으로 한다. 이론적으로는 입자가 작은 순서대로 물, 시멘트, 모래, 자갈을 투입하지만 실제로는 모래, 시멘트, 물, 자갈 순서대로 넣는다고 한다. 비빔은 가경식 믹서(흔들어서 섞음)일 경우에는 90초 이상 그리고 강제식(회전 날개) 믹서일 경우에는 60초 이상을 표준으로 한다. 콘크리트의 종류에 따라 조금씩 다르다.

이렇게 믹서로 비빔을 한 후에 레미콘을 이용하여 현장으로 공급한다. 레미콘의 사전적 의미는 콘크리트 제조설비를 갖춘 공장으로부터 현장까지 운반하는 굳지 않은 콘크리트이다. 비빔정도에 따라 레미콘의 종류가 구분되는데, Mixer로 비빔을 완료한 후에 트럭으로 현장에 운반하는 것은 Central Mixed 레미콘, Mixer에서 반비빔을 한 후에 레미콘 차량에서 운반하며 나머지 반을 비빔하는 것을 Shrink Mixed 레미콘, 그리고 트럭 Mixer에 재료를 공급하여 운반하면서 비빔을 완료하는 것을 Transit Mixed 레미콘이라고 한다. 레미콘의 경우 90분이내로 타설하는 것이 일반적이며 품질관리를 위해서는 Slump, 공기량 시험 등을 한다.

레미콘을 사용하는 이유는 우선 품질 확보가 우수하고 이에 따라 공정관리나 품질관리가 정확하기 때문이다. 다만 단가가 비싸고 운반 중 차질이 생길 수 있는 우려 등 단점도 있다. 품질, 효율성을 위해서 대부분 레미콘을 사용하지만 현장에서 대용량 믹서를 통해 콘크리트를 비빌 수도 있다.

4. 콘크리트 타설

1) 타설

그렇게 레미콘을 이용해서 현장에 굳지 않은 콘크리트가 반입되면 대부분 콘크리트 타워에 의해 타설을 한다. 믹서에서 버킷으로, 그러면 엘리베이터를 통해 타워호퍼(깔대기)로 들어가고 슈트(통로)를 통해 플로어홉퍼(깔대기)로 이동하면 타설을 한다. 이러한 콘크리트타워의 최고 높이는 70m 이하이고 , 15m마다 안전을 위해 당김줄을 설치한다.

* 콘크리트 타워 높이 = (콘크리트 부어넣는 높이) + (타워에서 호퍼까지 수평거리)/2 + 12

콘크리트 타워말고도 Chute(콘크리트 타설용 철제관)로 중력 타설 방법 = Chute 타설, Bucket(바구니)를 크레인으로 운반해 타설하는 방법, Cart(손수레)를 이요하는 방법, Pump를 이용한 방법, V.H. 타설 = 수직, 수평 분리해서 타설하는 방법이 있다. 그중 펌프 압송방식이 가장 일반적으로 사용된다고 하는데 이때 압송관의 치수는 굵은 골재치수에 따라 달라진다. 20, 25mm 즉 일반 콘크리트에서의 굵은 골재치수의 경우에는 100mm의 관, 40mm 골재 즉 단면이 큰 콘크리트의 경우 125mm 이상의 관을 사용한다.

요즘에는 더 다양한 방법들이 나오는 것 같은데 건축시공 책에는 아직 반영이 안된 것 같다.

부어넣을 때는 우선 배근, 배관, 거푸집 등의 상태를 점검한 후 물 축이기를 한다. 그리고 낮은 곳부터 주입하며 거푸집 하부에도 충진성있게 콘크리트를 붓기 위해 묽은 콘크리트를 그리고 상부로 갈수록 된비빔으로 한다. 그리고 비빔장소에서 먼 곳부터 타설하여 이동거리를 짧게 한다. 비빔에서 부어넣기 종료까지 25도 미만일때는 120분 이내, 25도 이상일때는 90분 이내로 비빔 후 굳기 전에 부어넣기를 끝내도록 해야한다.

2) 이음

이음! 콘크리트를 타설할 때 당연히 모든 구조체를 한번에 할 수도 없을 뿐더러 의도적으로 이음부를 만들어 균열에 대비한다. 그래서 '이음=이어치기=Joint(줄눈)'은 중요하다. 이어치기 역시 부어넣기와 마찬가지로 시간간격을 준수해야 하는데 25도 미만일때는 2.5시간 이내, 25도 이상일때는 2시간 이내에 끝내도록 한다. 그렇지 않으면 콘크리트가 굳어버려 이후 타설하는 콘크리트와 일체성이 확보되지 않으면 구조적으로 문제가 생긴다. 이때  생기는 줄눈을 콜드조인트라고 한다. 그래서 이음은 되도록 짧게 그리고 전단력이 작은 곳, 단면이 적은 곳에서 하며 불가피한 경우 강재로 보강을 해야한다.

이전에 정리했던 철근공사에서는 인장력이 적은 곳에서 이음을 했다면 콘크리트의 경우 전단력이 적은 곳에서 이음을 한다. 왜냐하면 철근콘크리트에서 철근은 인장력을 콘크리트는 압축력을 담당하기 때문이다. 그래서 보의 경우 스팬의 1/2 지점에서 수직으로 한다. 기둥의 경우에는 보, 바닥판 또는 기초의 윗면에 수평으로 하는데 수평재, 수직재를 한번에 타설하지 못하기 때문이다. 그리고 캔틸레버의 경우에는 구조상 안전을 위해 이어붓지 않는 것이 원칙이다. 이어치기를 할 때 의도적으로 조인트(줄눈)을 만들기도 하는데 구조적, 시공상의 이유로 설치한다.

시공 시 콘크리트를 한번에 타설할 수 없는 경우, 위에서 설명한 기둥(수직재)은 기초, 보 상부에 수평줄눈이 생긴다. 반면에 균열의 위치를 유동하는 줄눈으로는 신축줄눈과 조절줄눈이 있다.  줄눈은 아무래도 일체성이 떨어지는 만큼 강도가 저하되기 때문에 균열이 발생하기 쉬운데 이를 이용하여 특정부분에서만 균열이 일어나도록 유도하는 것이다. 신축줄눈의 경우 온도변화에 따른 수축, 팽창이나 부동침하, 진동 등 건물 붕괴 우려가 있을 떄 응력을 해제하는 줄눈이다. 단면을 분리하는 줄눈으로 구조물의 수평단면이 급변하는 곳, 증축 부위, 교차부 등에 설치된다. 조절줄눈은 균열을 전체 부분 중에서 일정한 곳에서만 일어나도록 유도하는 줄눈으로 주로 바닥에 설치한다.

이 외에도 장스팬구조에서 신축줄눈을 설치하지 않고 건조수축을 감소하기 위해 타설 간격을 두고 설치하는 지연줄눈(Delay Joint), 미끄럼 줄눈 등이 있다.

4. 콘크리트 다짐

콘크리트 부어넣기가 완료되면 다지기를 통해 밀실하게 충전하고 소요강도를 확보한다. 이외에도 수밀한 콘크리트를 확보하는 등 다짐을 해야한다. 방법으로는 손다짐, 진동다짐, 거푸집다짐 등이 있는데 주로 막대(봉상) 진동기를 이용하여 내부진동을 한다. 

공통으로 진동기는 수직으로 사용하는데 내부(봉상) 진동기는 10cm 정도 찔러 넣는데 이때 거푸집이나 철근에 닿으면 안되고 50cm 이하로 중복되지 않게 5~15초 간 다짐을 실시한다. 또한, 구멍이 남지 않게 서서히 빼야한다.

4. 콘크리트 보양

그렇게 콘크리트 타설이 끝나고 다짐까지 완료했다면 이제 기준의 압축강도를 확보할 때까지 거푸집을 존치하고 이후 거푸집을 때어낸 후 설계기준압축강도를 확보할 때까지 보양한다. 기본적으로 직사광선, 비, 눈으로부터 보호하고 3일간은 보행을 금지하며 온도는 5도 이상을 유지한다. 종류로는 습윤양생, 증기양생, 전기양생 등이 있다. 이 중 고온, 증기로 보양하여 단시일에 소요강도를 확보하기 좋아 추운 지역, 한중콘크리트에 유리한 방법은 증기양생이다.

그럼에도

5. 콘크리트 균열...

콘크리트의 균열도 중요한 부분 중 하나. 우선 균열은 초기균열, 하중으로 인한 균열, 재료상 균열, 시공상 균열이 있다.

1) 초기 균열 : 콘크리트를 타설한 후에 굳지 않은 콘크리트에서 나타나틑 균열이다. 표면에 블리딩(재료분리)로 인해 표면증발속도가 빨라지면 소성수축균열이 일어나며, 비중차이가 큰 경우에는 소성침하균열이 일어난다. 그 외에도 수화열로 인해 콘크리트 내부 온도가 상승하여 생각 이상으로 팽창하는 온도 균열이 있는데 온도균열을 방지하기 위해서는 Pre-cooling, Pipe cooling 등의 방법으로 콘크리트 재료를 낮추거나 배관을 이용해 냉각수를 순환시킨다. 주로 서중콘크리트에 사용한다.

2) 하중으로 인한 균열 : 직관적으로 이해하기 쉬운 균열로 큰 하중이 가해지거나, 지진, 부동침하 등이 생겨서 콘크리트(구조)에 무리가 가 발생하는 균열이다. 그리고 크리프 현상이라고, 콘크리트에 일정한 하중을 계속 가하면 하중의 증가없이도 장시간이 지남에 따라 변형이 증가하는 현상이다. 부재가 작고 건조한 환경일수록 증가하게 된다.

3) 재료로 인한 균열 : 시멘트의 이상응결과 팽창, 블리딩으로 인한 콘크리트 침하, 강재부식에 의한 팽창, 알칼리골재 반응, 콘크리트의 중성화, Popout 현상 등이 있다. 이 중 중성화는 대기중의 탄산가스가 콘크리트 내 수산화칼슘과 반응하여 탄산칼슘으로 변하면서 콘크리트가 알칼리성을 잃는 현상이다. 이렇게 되면 배근된 철근의 부식 가능성이 높아지게되며 균열이 발생한다. 알칼리 골재 반응은 시멘트의 알칼리성분과 골재의 실리카 성분이 만나 팽창하는 것으로 비반응성 골재를 사용하거나 저알칼리 시멘트(플라이애쉬, 고로슬래그)를 사용하여 방지하여야한다.

4) 시공상 문제로 인한 균열 : 비빔불량, 품질열화, 타설불량, 콜드조인트 불량, 초기동해피해, 거푸집 충격, 피복두께 부족

결국 이 모든 균열을 방지하지는 못하지만 저감시키기 위해서 노력해야한다.

6. 콘크리트의 종류

콘크리트는 사용하는 환경, 이유, 구조에 따라 달라진다.

1) 한중 콘크리트 : 추운 지역(하루 평균기온이 4도 이하인 지역)에서 사용하는 콘크리트로 초기동해 피해를 방지하는 것 즉 초기양생이 중요하다. 그래서 5MPa 이상일 때까지 5도 이상 유지해서 양생한다. 물이나 골재를 가열하여 비빔하고 가열보온양생, 단열보온양생을 실시한다. 그리고 물결합비는 60% 이하로 하고 조강콘크리트를 이용하며 AE제를 반드시 사용한다. 

2) 서중콘크리트 : 더운 지역(하루 평균기온이 25도 이상인 지역)에서 사용하는 콘크리트로 초기발열 문제를 방지하는 것이 중요하다. 수화열로 인해 충전성, 온도균열, 콜드조인트, 건조수축 등의 문제가 발생하기 때문이다. 이와 같은 경우 프리쿨링, 파이프쿨링을 통해 적정온도로 양생해야하며 35도 이하에서 타설해야한다. 중용열시멘트, 플라이애쉬 등을 이용하며 최소 하루정도는 습윤양생을 해야한다(시방서 규정은 5일 이상). 

3) 매스콘크리트 : 단면이 80cm이상(하부가 구속된 경우 50cm이상) 벽체에서 콘크리트의 내부온도와 외부 온도 차가 25도 이상으로 예상될 때 사용하는 콘크리트로 중용열시멘트를 사용하고 굵은 골재를 많이 넣어서 잔골재율을 작게 하는 것이 중요하다. 

4) 프리스트레스트 콘크리트 : PS 강재(Prestressing Steel)를 이용하여 인장력을 가한 콘크리트이다. 프리텐션과 포스트텐션 방법이 있으며 프리텐션은 강재에 인장력을 가한 후 콘크리트를 타설하는 공장제작형으로 대량으로 제조할 수 있지만 대형부재 제작하기에는 어렵다.  포스트텐션의 경우에는 현장에서 시스(강관)을 미리 설치하고 콘크리트를 타설 후 시스(강관)에 강재에 인장력을 가한 후 그라우팅(시멘트, 모르타르 주입)을 통해 인장력을 전달하는 방법이다. 이렇게 프리스트레스트 콘크리트를 사용하면 장 스팬 구조에서도 균열 발생이 없으며 효율적인 부재를 만들 수 있고 내구성, 복원성이 큰 장점이 있다. 하지만 항복점 이상에서는 진동과 충격에 약하다는 것, 그리고 화재에 약하기 때문에 내화피복이 반드시 필요하다.

5) 프리팩트 콘크리트 : 굵은 골재를 먼저 거푸집에 넣고 그라우팅(특수 모르타르 주입)하는 방법으로 미리 골재를 넣기 때문에 재료분리, 건조수축이 일반 콘크리트보다 1/2로 줄일 수 있다.

6) 경량 콘크리트 : 15MPa 이상이며 건축물을 경량화하고 열을 차단하는데 유리한 콘크리트이다. 자중이 적고 내화성, 열전도율, 방음효과가 크다는 장점이 있지만 강도가 작고 다공질이여서 건조수축이 크다는 단점이 있다.

7) ALC(경량기포 콘크리트) : 규사, 생석회, 시멘트에 발포제(알루미늄 분말)을 넣어 고온고압에서 양생을 하는 콘크리트로 가볍고 단열성, 내화성이 좋기 때문에 건축물이 크고, 높은 경우 사용된다. 다만 흡수성이 크기 때문에 외벽에 방수코팅을 해야한다.

8) 수밀 콘크리트 : 콘크리트의 밀도를 높이는 방법으로 물결합재비를 50% 이하로 하고 굵은 골재량을 늘리며 공기연행제, 감수제 등으로 단위수량을 줄이는 것이 원칙이다. 다만 공기량은 4% 이하로 하고 이어치기를 하지 않아야한다.

9) 중량 콘크리트(차폐용 콘크리트) : 중정석, 자철광 등 골재를 사용하여 방사선을 차폐할 목적으로 쓰이는 콘크리트

10) 쇄석(깬자갈) 콘크리트 : 현무암, 안산암 등을 쪼개서 사용하는 것으로 골재의 표면이 거칠기 때문에 강도가 10~20% 증가하지만 시공연도가 좋지 않아 AE제를 사용한다. 그리고 쇄석량(자갈량)을 줄이고 모르타르, 모래량을 늘림으로서 시공연도를 보정한다(시멘트량은 동일).

11) 쇼트크리트(Shot crete) : 건나이트라고 하며 모르타르를 압축공기로 뿜어내어 바르는 방법으로 수밀성, 강도, 내구성이 크지만 다공질이여서 균열이 발생하기 쉽게 외관이 별로다.

12) 제물치장 콘크리트(외장용 노출 콘크리트) : 노출면 콘크리트자체가 마감면이 되는 것으로 부배합, 된비빔으로 하며 자갈은 20mm 이하로 가용하고 벽, 기둥은 이음없이 한번에 꼭대기 까지 넣는다. 그리고 마감을 하지 않기 때문에 일반 콘크리트보다 1cm 정도 이상으로 피복두께를 확보한다. 거푸집은 표면이 평활한 강재 거푸집이나 유로폼 사용.

13) 진공 콘크리트 : 콘크리트가 굳기 전에 진공 매트로 수분과 공기를 흡수하면서 다지는 것으로 초기강도와 내구성을 향상시킨 것으로 동결융해 저항성, 건조수축량 감소 등 효과가 있지만 비싸다.

14) 해양 콘크리트 : 해양의 경우 염분이 많은데 그래서 중용열 시멘트에 화학적 침식을 방지하기 위한 고로시멘트, 플라이애쉬, 수지 콘크리트, 폴리머 함침 콘크리트 등을 혼입한다. 피복두께는 70~90mm로 하고 물결합재비는 40~50%로 한다.

15) 고강도 콘크리트 : 일반 콘크리트의 경우 40MPa 이상, 경량 콘크리트의 경우 27MPa 이상의 콘크리트로 물결합재비 50% 이하, 슬럼프는 15cm 이하로 하는 것으로 공기 연행제를 사용하지 않는 것이 원칙이다. 왜냐하면 AE제를 사용하면 1% 당 강도가 4~5% 감소하기 때문이다. 다만 경우에 따라 사용하는 경우도 있음.

* 폭렬현상 : 고강도 콘크리트의 경우 내외부 온도차로 내부에 수증기가 폭발하는 현상이 일어나며 유의해야한다

16) 섬유 보강 콘크리트 : 유리, 강, 탄소섬유를 콘크리트에 넣어 균열 감소, 강도 증진을 한 콘크리트이다. 다만 유리섬유의 경우에는 알칼리골재 반응에 유의하여한다(유리에는 이산화규소= SiO2, 실리카가 포함되어있기 때문에).

17) 폴리머 시멘트 콘크리트 : 유기고분자(폴리머)를 이용하여 물, 시멘트 등을 대체하여 경화시킨 복합재료로 고강도, 경량성, 수밀성 등의 효과가 있지만 내화성이 좋지 않고 비싸다.

18) 프리캐스트 콘크리트 : 공장에서 제작하는 콘크리트로 현장에서는 조립만 하면된다.

이렇게 콘크리트 공사 끝

그렇게 철근도 잘 배근되어있고 거푸집 설치를 완료했다면, 이제는 콘크리트를 부어넣을 차례이다. 콘크리트 공사에 앞서 콘크리트의 특징을 먼저 정리했고, 이후에 콘크리트를 운반하고 타설하는 과정을 적었다.

그리고 정리할 때는 콘크리트를 이루는 성분, 콘크리트에서 종류, 특징, 시험방법을 기억하면 된다.

■ 콘크리트 공사

1. 콘크리트 일반 사항

콘크리트 = 시멘트 + 물 + 골재 + 혼화재(혼화제)로 이루어진다. 그리고 각 재료들의 품질과 종류에 따라서 콘크리트의 종류, 특징, 강도 등이 정해진다.

* 시멘트 페이스트 = 물 + 시멘트

* 모르타르 = 시멘트 페이스트 + 모래

* 콘크리트 =  모르타르 + 굵은 골재 + 혼화재(제)

2. 콘크리트 재료

1) 골재

우선 첫번째로 골재의 경우에는 표면이 거칠고 둥글수록 좋다. 그렇게 해야 표면적이 커지고 시멘트와 부착강도가 높아진다. 그리고 골재의 실적률(1-공극률)이 크고 입도가 좋은 것을 사용해야 한다. 

- 골재의 최대치수 : 일반적인 경우 20, 25mm / 단면이 큰 경우 또는 무근콘크리트 40mm

- 골재의 염분 함유량 : 잔골재 절건중량 기준 염소이온 0.02% 이하, 콘크리트 함유 염화물 0.3kg/m^3 이하

* 골재에 염분이 많으면 철근이 부식한다. 그래서 아연도금으로 처리하거나, 에폭시 코팅을 하는 방법을 사용한다

* 잔골재의 경우 모래를 많이 사용하는데 모래는 해사에 있었을 수도 있기 때문

- 골재의 함수량 : 콘크리트에 사용되는 골재의 함수량은 표면건조 내부포화상태를 사용한다.

그리고 알맞은 골재인지 시험하기 위해서 불순물이 있는지 혼탁 비색법, 굵은 골재의 마모저항을 시험하는 로스엔젤레스 방법, 그리고 골재의 입도를 체가름해서 조립률을 구한다. 추가적으로 체가름에 사용되는 체는 75, 40, 20, 10, 5, 2.5, 1.2, 0.6, 0.3, 0.15 총 10개의 체를 1조로 하여 x 95% 이상 (x-1) 91%이상 통과했을 때 x 크기의 골재라고 한다.

2) 시멘트

시멘트는 석회(65%) + 점토(실리카 22% + 산화알미늄 5% + 산화제이철 3% = 30%)에 기타 성분들이 합쳐져서 만들어진다. 이건 일반 보통 포틀랜드 시멘트 기준이고 여기서 성분을 변화시키거나 첨가하여 다양한 특징을 가진 시멘트를 만든다. 그 중 일반적으로 사용되는 포틀랜드 종류를 5종으로 구분하고 다른 성분들을 더해서 만들어지는 혼합시멘트가 있다.

우선 성분을 먼저 이해하면 보틀랜드의 특징을 파악하기 쉽다. 석회는 규산3석회, 규산2석회, 알루민산3석회, 알루민산철4석회 이렇게 크게 4가지로 구분할 수 있다. 이러한 석회는 물과 만나서 수화작용을 일으키면 굳어지는데 그러면 시멘트 페이스트, 골재와 함께 굳어지면 콘크리트가 된다. 각각의 특징으로 규산 3석회는 수화작용이 빠르다. 하지만 알루민산 3석회에 비하면 느리다. 알루민산 3석회는 조기강도를 가장 빠르게 확보할 수 있는 성분으로 수축과 팽창이 가장 크다. 규산 2석회는 수화작용이 느리지만 장기강도에 영향을 크게 준다. 토끼와 거북이라고 생각하면 된다. 그리고 알루민산철4석회는 내산성이 크다는 장점이 있는 반면에 강도에는 거의 영향이 없다. 

위와 같은 성분으로 5종의 포틀랜드 시멘트를 만든다.

1) 보통포틀랜드시멘트(1종) : 가장 일반적인 시멘트

2) 중용열포틀랜드시멘트(2종) : 규산3석회와 알루민산3석회 성분을 작게하고 규산2석회를 크게하여 초기강도는 느리지만 장기강도는 크게한 시멘트로 천천히 굳어지는 만큼 균열의 발생도 적다. 그래서 대형 댐, 원자로 등에 사용된다.

3) 조강포틀랜드시멘트(3종) : 조강 = 조기강도라고 외우는데 보통 28일 강도를 단 7일만에 확보하며 긴급공사, 한중공사, 수중공사시에 사용되고 수화반응할 때 열이 많다.

4) 저열포틀랜드시멘트(4종), 내황산염포틀랜드시멘트(5종), 백색 포틀랜드시멘트가 있다.

* 백색 시멘트는 산화철 성분을 적게해서 백색으로 만들며 내구성과 마모성이 좋고 강도도 일반적으로 높다.

이러한 일반적 시멘트에 시공성을 좋게하거나 해수저항성 등 사용을 용이하게 하고 성능을 좋게 하기 위해 다른 성분을 추가하여 혼합시멘트를 만든다. 혼합시멘트는 기존 시멘트에 혼화재를 섞어 만드는 것으로 이후에 다시 나오니까 생략했다.

더불어 단순히 성분 말고도, 시멘트는 분말도 크기에 영향을 받는데 분말도가 크다는 것은 분말의 입자가 얼마나 작은지를 나타낸다. 즉 분말도가 크다는 것은 분말이 작다는 것이다. 그래서 분말도가 크다는 것은 입자가 작다는 것이고 그러면 표면적이 커져 물과 접촉하는 면적이 늘어나면서 수화작용이 빠르게 일어난다. 그래서 발열량도 많고 초기강도가 크지만 균열 발생이 크고 장기강도는 저하된다.

그렇다면, 사용하기 적합한 시멘트인지 알아내는 시험방법에는 어떤 것이 있을까? 우선 위에서 설명한 분말도를 알기 위해서는 블레인 공기투과장치를 사용하거나 표준체를 이용해서 입자의 크기를 알아낸다(조강 포틀랜드 시멘트의 경우 3300 cm^2/g). 그 외에도 루샤델리 비중병을 이용하여 비중(밀도)시험을 하고, 시멘트의 응결을 알기 위해 침을 투입하는 길모아 장치, 비이카 장치가 있다. 그리고 시멘트의 수화작용으로 팽창하는 정도를 알기 위한 오토클레이브 팽창도 시험방법이 있다.

3) 물

물도 중요하다. 시멘트와 수화작용을 일으키고 거의 절반 이상을 차지할 만큼 물의 품질도 적합한지 확인해야 한다. 콘크리트에 사용되는 물을 콘크리트의 비빔수라고도 말하며 기름, 산, 염류, 불순물 등 유해물량을 함유하면 안된다. 구체적으로는 색도는 5도 이하, 탁도는 0.3 이하 등 여러가지 기준이 있다. 이해하기 쉽게 상수도물, 즉 먹을 수 있는 물이나 공업 용수, 지하수 등이 사용된다.

4) 혼화재와 혼화제

그리고 마지막으로 시멘트, 물, 골재에 더해지는 혼화재와 혼화제. 이 재료는 콘크리트의 품질을 향상시켜주고 다양한 성능을 향상시켜준다. 혼화'재' 란 시멘트량의 5% 이상으로 시멘트 대체 재료로 이용되고 혼합시멘트를 만들어내는 재료이다. 반면, 혼화제는 시멘트량의 1% 이하로 소량을 사용하기 때문에 배합계산에서 무시하는 재료이다. 그럼 많이 사용되는 재료를 나열하면 다음과 같다.

먼저, 혼화재부터 살펴보면 위의 혼합시멘트를 만드는 플라이애쉬, 규조토, 폴리머, 고로슬래그, 팽창재, 착색재 등이 있다.

혼화재

1. 플라이애쉬 : 화력발전소에서 석탄회를 집진기로 포집한 것으로 미세하고 매끈한 구형이다. 그래서 골재간 마찰력을 감소시키고 시공연도를 증진하는 효과가 있다. 시공연도를 증진시키며 재료분리 감소, 수화열 감소, 해수 저항성 증가 등

2. 고로슬래그 : 클링커와 고로슬래그와 석고를 혼합한 것으로 해수, 하수, 지하수에 대한 저항성이 크다.

3. 실리카(포졸란) : 포졸란도 플라이애쉬와 같은 효과를 낸다고 생각하면 된다.

4. 착색재 : 콘크리트에 색을 가하는 것으로 내알칼리성 물질인데 빨강(산화제이철), 녹색(산화크롬). 노랑(크롬산바륨), 갈색(이산화망간) 등이 있다.

혼화제

1. AE제 : 콘크리트에 넣는 것이 원칙인만큼 중요한 재료. 공기연행제로 일반적으로 콘크리트는 1~2%의 미세공기를 연행하고 있는데 여기에 공기량을 더해 4~6%정도로 늘려 시공연도를 좋게하고 다른 효과를 만든다. 동결융해 저항성 증대, 단위수량 감소, 재료분리 감소 등의 효과가 있다. 그리고 이러한 AE제는 온도가 높을수록 공기가 빨리 빠져나오기 때문에 감소하는 특성이 있다. 다만 이러한 AE제를 사용할 때는 고강도 콘크리트의 경우 강도감소가 일어나기 때문에 사용하지 않는 것이 원칙이다. (1% 추가시 압축강도 3~5% 감소)

2. 유동화제 : 발열량을 감소시키고 건조수축 감소 등 콘크리트의 유동성을 증진하여 시공성 증진하는 것으로 압축강도도 일반 콘크리트와 비슷하다.

3. 응결, 경화 촉진제 : 급결제, 급경제로 염화칼슘, 염화마그네슘 등 조기강도를 증진하지만 장기강도 감소, 건조수축 증가

4. 기포제, 발포제 : AE제에 사용되는 재료로 발포제는 알루미늄, 아연분말을 이용하며 부착력을 높이는 효과가 있음

5. 실리카흄 : 실리콘 합금 부산물로 고강도 콘크리트를 만들 때 이용되는 초미립자이다. 그런데 중성화가 빠르고 단위 수량이 증가하며 건조수축이 커지기 때문에 고성능 감수제와 사용해야한다.

그외 방청제, 응결지연제 등이 있다.

3. 콘크리트 만들기

콘크리트를 만들 재료가 준비되고 품질검사를 마쳤다면 이제 콘크리트를 만든다. 콘크리트를 만드는 방법을 '배합 설계'라고 한다. 배합 설계 최적화를 통해 소요 강도를 확보하고 경제성, 시공성 등을 얻는다. 가장 많이 사용되는 배합으로는 중량배합이 있다. 재료를 중량으로 표시하기 때문에 수시 변화에도 유동적으로 대처가 가능하기 때문이다.

위 순서에 따라 설계기준강도를 정하는데 28일 압축강도가 원칙이며 일반적으로 15MPa~30MPa로 구한다. 다만 매스콘크리트, 수중콘크리트 등은 91일을 기준으로 한다. 그후 배합강도를 구하고, 시멘트 강도, 물시멘트(물결합재)비를 구하고 슬럼프, 굵은 골재의 최대치수, 잔골재율, 단위수량, 시방배합, 현장배합 순으로 진행된다.

그리고 이때 배합하는 장치를 배처플랜트라고 한다.

일반적으로 콘크리트는 물결합재비를 60% 이하로 하며, 단위수량은 185kg/m^3을 초과하지 않도록 한다. 그리고 슬럼프는 80~180mm로 한다. 콘크리트의 강도에는 물결합재비가 큰 영향을 미치기 때문에 가능하다면 최소화하고, 단위수량과 단위시멘트량을 최소화하여(=골재량 증가) 균열을 방지한다. 단 굵은 골재의 크기와 형태를 잘 선별하여야한다. 왜냐하면 잔골재의 경우 단위수량과 시멘트량이 증가하기 때문이다. 굵은 골재와 잔골재의 비중차이는 적게하되 서로 크기 차이가 크게 나도록하여 꽉차게 만드는 것이 중요하다. 외에도 슬럼프 값을 최소화하여 시멘트를 절약하는 등의 기준이 있다.

그렇게 콘크리트를 설계하고 기준을 만족했다면 이제 시험을 진행한다. 당연히 압축강도 시험이 제일 중요하다. 이를 위해서 Core 공시체를 만들어 시험한다. 1일 1회이상 그리고 1회 시험에는 3개의 공시체를 사용하여 평균이 설계기준강도의 85% 이상이고 각각이 75%이상이면 적합하다고 판정한다. 그만큼 설계기준강도를 보수적으로 설계한다고 생각하면 된다.

시험 종류에는 비파괴시험을 주로 사용하는데

1. 슈미트해머법(반발, 타격법) : 시험장치가 간단하며 그냥 타격해서 반발 정도로 강도 추정하는 것이다.

2. 공진법 : 물체간의 고유진동 주기를 이용하여 강도를 측정한다.

3. 음속법 : 음파의 속도에 의해서 강도를 측정하며 많이 사용한다.

4. 복합법 : 반발법과 음속법을 병행해서 강도를 추정하며 두개를 복합적으로 사용하기 대문에 가장 정확하다

그외에도 인발법, 철근탐사법 등이 있다.

콘크리트의 특징
1) 시공연도(Workability) : 반죽질기, 재료분리에 저항하는 정도로 시공의 난이도, 잘 섞이며 잘 굳는 것
- 단위수량이 많으면 재료분리가 일어날 우려가 커진다
- 단위시멘트량은 부배합이 빈배합보다 낫다
- 시멘트의 성질은 분말도가 클수록 향상된다
- 공기량 적당히 그리고 온도가 높으면 시공연도가 감소함(너무 빨리 응결하기 때문에)

시공연도를 시험하는 방법으로는 Slump, Flow, Vee-Bee, Remolding, 관입시험 등이 있다.

2) 반죽질기(Consistency) : 단위수량에 의해 변화하는 콘크리트 유동성의 정도, 변형능력
3) Plasticity : 거푸집에 잘 채워질 수 있는지 난이도
4) Finishability : 골재의 최대치수에 따른 표면정리의 난이도
5) Pumpability : 펌프시공 시 잘 밀려나가는지 난이도

콘크리트 공사는 양이 많으니까 나누어서 정리

그렇게 철근공사, 철근을 반입해서 가공하고 철근배근도에 따라 잘 설치하고 나면 이제 콘크리트를 부어야한다. 콘크리트가 일정하게 지어지기 위해서 거푸집 공사를 할 차례이다(항상 철근공사 이후에 거푸집 공사를 하는 것은 아님). 거푸집 공사는 전체 건설 공사비의 10%이상을 차지하며 골조 공사 공정에서 30% 이상을 차지하는 중요한 공사이다.

요즘엔 효율성을 위해서 거푸집을 대형화하고 시스템화하고 있으며 알루미늄 거푸집 등을 통해 전용반복 횟수를 늘리고 부재의 경량화를 추구하고 있다.

■ 거푸집 공사

1. 거푸집 일반 사항

거푸집은 콘크리트가 굳을 때까지 형태를 치수를 유지해주는 틀이라고 생각하면 된다. 그래서 콘크리트가 잘 굳어질 수 있도록 안전하고 수밀한 거푸집이 필요하며 다양한 종류의 거푸집이 있다. 이러한 거푸집은 건물의 형태에 맞춰서 설치하게 되는데 이때 특이한 점은 보나 바닥의 경우 치켜올림을 하는 것이다. 치켜올림, 솟음(Camber)란 보나 바닥은 쳐짐이 발생하니까 시공할 때 중앙부를 1/300~1/500 정도 올려서 시공하는 것이다.

공사순서는 기초, 기둥, 내벽, 큰보, 작은보, 바닥, 외벽 순으로 거푸집을 설치한다.

그리고 거푸집을 구성하는 다양한 재료들이 있는데,

1) 격리재 = Separater : 말 그대로 거푸집을 서로 격리해주는 재료로 간격을 유지해주어 원하는 두께 확보

2) 긴장재(긴결재) = Form Tie : 'Tie' 묶어주는 역할로 거푸집에 콘크리트를 부으면 측압으로 벌어지는 것을 방지

위의 두 재료는 거푸집의 형태를 잡아주는 역할을 해준다

3) 간격재 = Spacer : 이 재료는 거푸집과 거푸집의 간격을 유지해준다 (아래 사진의 빨간색으로 거푸집과의 거리 확보)

4) 박리제 : 거푸집에 콘크리트를 부으면 둘이 붙어서 잘 안 때질 수도 있으니까 미리 중유, 석유 등을 바름

그리고 추가적으로  동바리(서포트), 버팀대 등으로 거푸집 설치를 하는 재료가 있다.

2. 거푸집 측압

이렇게 거푸집과 거푸집의 부수재료로 거푸집을 설치하고 나면 콘크리트를 붓게 된다. 엄청난 양의 콘크리트를 타설하기 때문에 거푸집에 힘이 가해지는데 이때 거푸집의 하중과 측압을 고려해야한다. 우선 상식적으로 생각할 수 있는 부분에서 타설 속도가 빠르고, 높은 곳에서 타설되고, 다짐을 많이 할수록 측압이 크다.

뭔가, 콘크리트의 수화작용이 빨리 일어나는 조건이다 = 측압이 작아진다

콘크리트가 잘 굳지 않을 것 같은 조건 or 무거워지는 조건 = 측압이 커진다

1) 묽은 콘크리트일수록 유동성, 물, 응결시간이 느리기 때문에 측압이 크다

2) 온도 및 습도가 높으면 수화반응이 빠르게 일어나기 때문에 측압이 작아진다

* 콘크리트는 시멘트와 물이 반응하며 경화가 일어나는데 이것을 수화작용이라고 한다. 근데 이때 온도가 높고 습도(물과 반응하는 거니까)가 높을수록 반응이 더 빨리 일어난다.

3) 거푸집의 영향도 받는데 거푸집이 단단할 수록 측압이 크고, 투수성이 클수록 측압이 작다

4) 철근, 철골량이 많으면 부착력이 증대되면서 측압이 작아진다

다만 공기량, 철근 종류, 시멘트의 수화열 등은 측압과 별로 상관이 없다

이렇듯 거푸집에서 측압은 중요한 요소로 고려되어야하며, 측압이 최대가 되는 지점이 콘크리트 헤드인데 거푸집의 강성이 이보다 크도록 확보해야한다.

수직재(기둥, 벽, 보옆)에서는 콘크리트 중량, 측압을 고려해야하며, 수평재(보, 슬라브)에서는 콘크리트 중략, 작업하중, 충격하중을 고려해야한다.

3. 거푸집 존치기간

그렇게 거푸집을 안전하게 설치하고 이제 콘크리트가 들어갈만하다 싶으면 부어넣기 시작하고 이후에 콘크리트 양생과 함께 거푸집을 냅둔다. 그렇다면 거푸집은 언제 해제할까? 그 기간을 존치기간이라고 하며 콘크리트의 압축강도에 따라 달라진다.

1) 기초, 보, 기둥, 벽 등의 측면의 경우에는 압축강도 5MPa 이상이면 거푸집널을 해체해도 된다.

참고로 일반적으로 콘크리트는 28일을 기준으로 설계강도를 산정하며, 일반적으로 15~30MPa로 한다.

2) 슬래브, 보 밑면, 아치 내면의 경우에는 단층구조 = 14Mpa / 다층구조 설계기준압축강도 이상이지만 필러 동바리 구조일 경우에는 14MPa 이상으로 한다.

해체하고 나면 위의 사진과 같이 콘크리트 구조체가 완성된다

하지만, 이렇게 압축강도를 시험하고 싶지 않다면, 시멘트의 종류와 기온에 따라 일수로도 해체해도 된다.

조강포틀랜드 시멘트의 경우 20도 이상일 경우 2일, 10~20도 일 경우 3일

보통포틀랜드 시멘트, 고로슬래그시멘트 등 1종은 20도 이상일 경우 4일, 10~20도 일 경우 6일

고로슬래그시멘트, 플라이애쉬시멘트 등 2종은 20도 이상일 경우 5일, 10~20도 일 경우 8일

4. 거푸집의 종류

우선 거푸집은 재료에 따라 나눌 수 있는데, 나무거푸집, 강재거푸집, 유로 거푸집이 있다.

나무거푸집은 합판, 멍에 등으로 구성되는 재래식 거푸집으로 세부가공이 용이하고 현장에서 제작해서 사용한다. 

강재거푸집의 경우에는 철판과 앵글로 패널을 제작하며 타설면이 평활해서 치장용 콘크리트에 사용된다. 또한, 다양한 시스템 거푸집을 만들어 대형화, 일체화할 수 있다. *시스템 거푸집 : 한번에 해체, 이동 조립하는 거푸집

유로 거푸집은 내수합판과 경량 프레임으로 제작되면 조립해체가 간단하고 별도의 장비없이 조립이 가능하다.

이렇게 재료에 따라 다양한 거푸집으로 나눌 수 있다. 그리고 사용 구조에 따라서도

1) 벽체전용 시스템 거푸집 : 슬라이딩, 슬립폼, 갱폼

2) 바닥판 거푸집 : 플라잉(테이블)폼, 와플폼, 데크플레이트 폼

3) 바닥 + 벽체 거푸집 : 터널폼, 트레블링폼

이 외에도 지주 즉 서포트가 필요없는 무지주 공법(Bow Beam, Pecco Beam) 등이 있다.

건축시공에서 가장 중요한 부분이라고 한다면 당연히 "철근콘크리트 공사" 이다. 이 부분에서 양도 제일 많고, 시공에서 가장 중요하기 때문이다. 크게, 철근공사, 거푸집 공사, 콘크리트 재료, 콘크리트 타설과정, 그리고 그 외에 종류 등 기타사항으로 구분된다.

철근콘크리트 공사는 당연히 토공사와 거푸집 공사 이후에 시공하며 철근을 배근하고 콘크리트를 부어넣어 철근은 인장력을 그리고 콘크리트는 압축력을 부담하며 21세기에 인간이 발명한 혁신적인 재료 중에 하나라고 할 수 있다.

그러면 공사의 순서에 따라 내용을 정리하면

■ 철근 콘크리트 일반사항

왜 철근콘크리트 구조가 위대한 재료냐 하면, 우선 철근과 콘크리트는 열팽창 계수가 같다. 그래서 부착하여 하나의 재료로 쓸 수 있다. 게다가, 콘크리트는 알칼리성이여서 철근(철은 산성이여서 녹이 슨다)을 보호해준다. 그리고 콘크리트는 뛰어난 압축력으로 철근은 뛰어난 인장력으로 건물의 안정성을 확보한다. 

이때, 철근은 이형철근을 주로 사용하는데, 우리가 일상생활에서 가끔 보는 볼록한 마디가 나와있는 긴 철 막대이다. 이러한 볼록한 마디들은 콘크리트와의 부착력을 높여주는데 당연히 표면적이 늘어나니까 그만큼 부착력도 높아진다.

■ 철근공사

철근 공사는 상식적으로 생각해도, 기초에 먼저 배근하고 이후 기둥, 벽, 보, 바닥판 그리고 계단 순으로 배근한다. 그리고 이러한 철근은 일반적으로 8m로 생산된다.

1. 철근 가공 : 철근을 반입하고 나면 이후 현장에서 공사에 맞는 규격으로 가공해야 한다.

철근은 상온에서 가공하는 것을 원칙으로 하지만, 때로는 열간가공을 하는 경우도 있다. 그리고 절단을 하고 구부려서 갈고리를 만든다. 이 때의 갈고리는 HOOK로 원형철근의 말단부, 이형철근 중에서는 늑근, 대근, 돌출부, 굴뚝의 철근 등에 설치해야한다. 그런데 지중보의 경우에는 직접 지면에 닿아 하중을 전달하기 때문에 갈고리를 설치하지 않아도 된다.

갈고리를 설치하는 이유는 인장력에 의해서 철근이 뽑히거나 풀리는 것을 방지하기 위함이다. 우리가 나무를 단순히 손을 잡고 있는 것보다 감싸고 있는 것으로 생각하면 쉽다.

2. 철근 이음 : 철근을 운반하고 관리하기 위해서 일정한 규격으로 나오는데, 구조체에서 이보다 길 경우에는 이어야한다 

철근을 이을 때는 철근배근도에 따라 이으면 되는데, 이때 이은 곳은 아무래도 약하기 때문에 큰 응력이 받는 곳은 피해야한다. 그리고 한 곳에서 모든 철근을 잇는 것이 아니라 1/2 이상을 한 곳에서 집중하지 않고 엇갈려서 이어야 한다.

철근은 인장력(휨력)을 받기 때문에 일반 라멘구조에서 기둥, 보의 BMD를 참고하여 기둥과 벽은 층 높이의 2/3 하부에서 엇갈려 이음하고 보는 중앙에서는 하부근을 단부에서는 상부근을 이음하면 안된다.

그리고 슬래브의 경우에는 단변 방향과 장변방향 그리고 주열대와 주간대로 나뉘는데, 슬라브의 하중은 대부분 단변으로 전달되기 때문에 단변에 철근이 많이 배근되며 주간대보다는 주열대에서 휨모멘트가 더 크기 때문에 주열대에 더 많은 철근이 배근된다. 

철근을 이을 때는 주로 겹쳐서 철선(#18~#20)으로 잇는 방법을 사용하지만 용접(플러시 버트, 아크), 가스압접, 기계적 이음을 사용하기도 한다. 여기서 가스압접의 경우 일체성이 확보되어 강도가 보장되고 철을 적게 사용해 경제적이며 시공이 용이한 장점이 있다.  양쪽으로 30MPa으로 압력을 주면서 1000도 이상으로 가열하여 부착시키면 지름의 1.4배 크기의 구 형태의 돌출부가 생긴다. 다만 주의해야될 사항으로 이으려고 하는 철근의 지름이 6mm를 넘거나 재질이 다르거나 강도가 다를 때는 사용이 금지된다.

3. 철근 정착 : HOOK와 비슷한 느낌으로 배근된 주 철근을 하중이 전달되는 방향으로 정착시켜 안정성을 확보한다

기둥의 주근은 기초 또는 바닥판에, 보의 주근은 기둥 또는 큰보에 정착한다. 보에 기둥이 없는 작은 보의 경우에는 보 상호간에 정착하거나 벽에 정착한다.

4. 철근 간격 : 철근을 배근할 때 철근과의 간격, 피복두께를 고려해서 강도를 확보하고 내화성을 갖추어야한다.

피복두께는 콘크리트 표면에서 가장 바깥에 있는 철근의 표면까지의 거리이다. 이렇게 피복을 하는 이유는 녹스는 것을 방지하고 열에 약한 철을 콘크리트가 보호해주기 위해서이다. 그래서 상황에 따라 피복두께가 다른데 수중의 콘크리트에서는 100mm의 피복두께를 흙에 영구히 묻히는 경우 75mm 부터 옥외의 공기나 흙에 직접 안접하는 콘크리트에서는 20~40mm이다. 물과 흙으로 부터 철을 더 잘 보호해야된다는 것을 알 수 있다. 다만 콘크리트도 350도 이상의 열에서는 강도가 저하되기 때문에 화재는 항상 주의해야한다.

철근간격도 중요한데 당연히 일정한 간격으로 철근을 배근해야 강도를 일정하게 확보할 수 있기 때문이다. 보 철근의 간격은 철근의 지름 이상 또는 25mm 이상 또는 굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상 중 가장 큰 값으로 결정한다. 기둥의 경우에는 철근 지름의 1.5배 이상 또는 40mm 이상 또는 굵은 골재 최대치수의 4/3배 이상 중 큰 값으로 보에 비해서 완화된 기준을 알 수 있다.

금융소비자보호의무란 금융소비자와 금융회사간 정보비대칭으로부터 금융소비자를 보호하기 위해 법 의무이다.

기본적 원칙은 신중한 투자자의 원칙이며 전문가로서의 주의의무를 지켜야한다.

이를 위해, 금융소비자보호 10대 원칙을 채택하고, 금융당국에서 금융소비자보호 모범규준을 제정하고 2020년에는 금융소비자보호점을 제정하였다.

또한, COO(Chief Consumer Officer)을 통해 금융회사에서 금융소비자보호를 위해 필요한 절차와 기준을 수립하도록 했다. COO 직속으로는 금융소비자보호 전담조직이 있고, 금융소비자보호 협의회가 설치되어 민원업무를 보고하고 협의한다.

또한, 주기적으로 해피콜, 미스터리쇼핑 등을 통해서 평가를 한다.

이러한 해피콜 서비스는 7영업일 이내 금융소비자와 통화하여 불완전 판매가 없는지 확인하는 제도이고, 이를 통해 불완전 판매가 있었다면 가입일로부터 15일 이내 배상을 신청할 수 있다. 또한, 금융소비자가 특정 상품에 가입하고 5영업일 이내에 환매 또는 상황을 요청하면 판매수수로를 돌려주는 제도이다.

 COO의 업무
1. 금융소비자보호에 필요한 절차 및 기준 수립
2. 금융상품판매의 전단계에서 소비자보호체계에 관한 관리, 감독 업무
3. 금융소비자보호 관련 관계부서 간 피드백업무 총괄

금융소비자보호법상 규정

1) KYC RULE : 계약체결권유 희망고객을 대상으로 적합성의 원칙 준수하기 위한 것

2) 적정성의 원칙 : 계약체결권유 불원고객을 대상으로 상품과의 적정성 여부를 판단하기 위한 것

3) 적합성, 적정성, 설명의무 등은 일반금융소비자만을 대상으로 하며, 불공정영업행위 금지와 부당권유행위 금지는 전문금융소비자도 포함한 금융소비자를 대상으로 함 

4) 부당권유행위 금지 / 불공정영업행위 금지

5) 매매명세통지의무 : 매매가 체결된 날의 다음달 20일까지 월간 매매내역, 손익내역, 월말기준 잔액현황과 미결제약정 현황(선물옵션의 경우)를 통지해야함

6) 공정성 유지의무 : 차별적 서비스의 경우 고객이 직접 선택할 수 있도록 정보 제공

금융투자업 본인에 대한 윤리

1) 공정성 및 독립성유지의무 : 조사분석을 할 때 공정하고 독립적이게 할 것 

2) 재산상 이익의 제공 및 수령 : 특정거래상대방에게 수령한 재산상 이익이 10억을 넘으면 즉시 공지

금융투자업 회사에 대한 윤리

1) 지도지원의무 : 고객에 대한 손해배상책임이 생기면 회사와 중간책임자는 사용자책임을 지게 됨

2) 정보보호의 의무 : 비밀정보의 제공은 필요성에 의한 제공원칙에 부합하면 준법감시인의 사전승인

3) 내부제보 제도 : 제도가 있을경우 제보사실도 비밀, 신분도 비밀

4) 선관주의의무 : 퇴직 후 합리적 기간에만 고용계약 종료 후의 의무 + 고용기간 지적재산물은 반납, 사용권은 회사

5) 대외활동 : 사견임을 명백히 표현하고 사견을 이야기할 수는 있음

금융투자업 사회에 대한 윤리

1) 시장질서 교란행위 규제 : 목적성 없어도 처벌, 내부자 및 모든 수령자 대상으로 범위 확대

2) 시장질서 교란행위에 따른 이익 : 손실액이나 이익의 1.5배에 해당하는 금액이 5억을 초과하면 과징금 (5배)

직무윤리 위반 - 내부통제

1) 내부통제 : 내부통제기준 제정 및 준수, 준법감시인의 선임

2) 각각의 역할

대표이사
1. 위법 및 부당행위의 사전에방에 필요한 내부통제체제 구축, 유지, 운영 및 감독

준법감시인
1. 내부통제기준의 준수 여부 및 점검
2. 업무 전반에 대한 접근 및 임직원에 대한 각종 자료나 정보 제출 요구
3. 임직원의 위법행위 등에 대해 이사회, 대표이사, 감사에 대해 보고 및 시정 요구

3) 이사회 결의 : 준법감시인 임면(임기는 2년) + 해임 시에는 이사총수의 2/3

4) 내부통제위원회 설치의무 : 자산총액 5조 이상 금융투자회사 + 20조 원 이상 운용

* 상호저축은행은 7천억 원 적용

5) 준법감시인제도 : 회사 임직원이 모두 선량한 관리자로서의 의무를 다하는지 상시적으로 통제와 감독

6) 영업점별 영업관리자(미니 감시) ㅋ : 준법감시인이 임명하고 자신의 일부업무 위임하여 수행

7) 과태료 

1. 1억이하 : 내부통제기준 마련X, 준법감시인 X, 사내이사 or 업무집행자 중에서 준법감시인 선임 X, 이사회 결의 X

2. 3000 이하 : 준법감시인이 금지대상 겸영업무 겸직, 준법감시인에 대해 별도의 기준 마련 X

3. 1000 이하 : 준법감시인 임면 사실 보고 X

8) 내부통제기준 위반 : 타인의 위반을 과실로 보고하지 않은 경우에는 제외

직무윤리 위반 - 외부통제

1) 자율규제 : 금융투자협회에서 제재 부과

2) 행정제재 : 금융위원회에서 제재

1. 금융투자업자에 대한 제재 : 조치명령, 인가 및 등록 취소 등

2. 임원에 대한 조치

3. 직원에 대한 조치

투자분석기법에는 기본적 분석과 기술적 분석 그리고 산업분석 크게 3가지가 있다.

먼저 기본적 분석에 대해서 정리를 했다.

■ 기본적 분석

▽ 가치평가와 현금흐름

현금흐름추정의 기본원칙 : 투자 방법을 선택했을 때 발생하는 모든 현금흐름의 변화가 포함되어 있어야하며, 세후 현금으로 추정되어야 정확함. 감가상각비는 현금흐름에 더해지긴 하지만 법인세 해당액은 현금흐름 유출로 추정. 현금유입과 간접적 효과도 고려해야하고, 기회비용은 당연히 고려대상이지만 매몰비용은 고려 대상이 아님.

* 매몰비용은 이미 투입하여 회수가 불가능한 비용이다 

현금흐름 추정요인
1) 현금유출 : 비유동자산(기계설비 구입), 유동자산(재고자산), 유동부채에서 추정
[결정요인] 시설자금투자, 운전자본투자 = 유무형자산의 증가 + 운전자본 - 비이자부 유동부채
* 비이자부 유동부채 : 외상매입금, 미지급금 등 이자비용을 부담하지 않고 조달하는 부채
2) 현금 유입 : 손익계산서상의 영업이익에서 추정
[결정요인] 손익계산서상의 영업이익 = 투하자본은 본업활동을 통해 매출액으로 전환 / 원재료비, 인건비 등 차감해서 영업이익

이런 현금흐름을 측정하는 기법에는 자금운용 접근법(자금조달 접근법)이 있는데 투자된 투하자본의 크기위주로 측정하고, 부채와 자기자본 등 투하자본의 조달방법과 크기로 측정한다

가치평가 : 자산으로부터 발생하는 미래현금흐름을 추정 + 적정한 자본비용으로 할인해서 자산의 현재가치 추정

(자산의 현재가치 = 만기상환금 또는 미래총현금흐름을 적정할인율로 잔존기간만큼 할인한 것)

▽ 화폐의 시간적 가치 = 현재가치 & 미래가치

돈(화폐), 가격은 이자율, 물가상승률, 수익률 등에 따라 미래가치와 현재가치가 다르고, 이를 변화해야 현금흐름을 통한 가치평가를 할 수 있다.

1) 단리와 복리의 실효 연이자율

2) 미래가치(FV) = 현재가치(PV) X 실효연이자율

3) 연금의 미래가치 = 등비급수의 합 = A X [(1+r)^n - 1] /r     / 연금의 현재가치 = 연금의미래가치 / (1+r)^n

▽ 채권의 가치평가

채권은 미래현금흐름이 정해져있어서 적정가격을 구하는것이 쉽다.

자산의 가치평가 : 모든 자산의 가치평가는 현금흐름할인법을 적용할 수 있음

*현금흐름할인법(DCF) : 미래의 총 현금흐름을 적정한 할인율로 할인해서 구함

채권의 가치평가

1) 이표채의 가치평가 : DCF법, 연금공식법

2) 영구채권의 가치평가 : 채권액면에 대한 이자지급금액 / 채권에 적용하는할인율

* 우선주의 가치평가 : 우선주는 만기가 없기 때문에 영구채권과 동일하게 계산

▽ 주식의 가치평가

자산의 현재가치는 미래총현금흐름을 자본할인율로 n기간 만큼 할인한 금액! 인데 채권은 미래현금흐름이 확정되어 있어서 자본할인율(채권수익률 등)을 추정하면 현재가치를 쉽게 구할 수 있음. 반면에 주식이나 부동산은 분자에 해당하는 미래현금흐름을 추정하는 것이 어려움. 채권에 비해 밸류에이션이 매우 어려워서 배당평가모형을 통해 가치를 평가함. 

1) 배당평가 일반모형

주식의 투자수익률은 매매차익과 배당수익으로 이루어짐. 이를 토대로, 모형을 무한대로 확장하여, 매도시기를 확정하지 않는다고 가정하고, 해당 기간(무수히 많은) 얻은 배당수익을 얻기 때문에 배당수익으로 주식의 가치평가가 가능함

2) 가치평가 성장모형

1. 제로성장모형 : 배당평가모형

2. 정률성장모형 : 항상성장모형으로 D (예상)  = 고든 모형 D(1+g) / (k-g) 

3. 초기고속성장모형 : 다단계 성장모형  = DCF법 + 고든모형

3) 기업분석 : 재무비율

기업을 분석하는데에는 여러가지 지표가 사용되는데 그 중 대표적인 것이 재무비율이다.

유동성지표, 안정성지표, 수익성지표, 활동성지표, 보상비율, 이익지표 등이 있다.

재무비율

1) 유동성지표 : 단기부채에 대한 기업의 상황능력
1. 유동비율(Current Ratio) = 유동자산 / 유동부채   
(산업에 따라 차이 큼 : 재고자산, 외상매출금이 유동자산에 포함)
2. 당좌비율(Quick Ratio) = 당좌자산(유동자산 - 재고자산 - 선급금) / 유동부채
(유동비율에 비해 엄격하기 때문에, 부채비율과 활동성지표와 함께 검토)
3. 현금비율(Cash Ratio) = [현금 + 시장성 유가증권] / 유동부채
(당좌비율보더 더 엄격함)

2) 안정성 지표 : 기업의 중장기적인 채무상환능력
1. 부채비율(Debt Ratio) = 총부채 / 총자산(총자본)
(일반적으로 50%이하 권장)
2. 부채-자기자본비율(Debt-Equity Ratio) = 총부채 / 자기자본
(일반적으로 100%이하 권장, 비율이 높을수록 요구수익률도 높아짐)
3. 이자보상비율(Interest Coverage Ratio) = 영업이익 / 이자비용         * 보상비율지표
(고정이자비율을 보상할 수 있는 능력, 레버리지를 얼만큼 사용하는지 얼마나 안정적인지 판단)

3) 수익성 지표 : 기업의 수익성
1. 매출액영업이익률(Operating Profit Margin) = 영업이익 / 순매출액
(높을수록 효율적인 영업, 너무 높으면 R&D 투자 낮다고 판단 - 순매출액에서 연구개발비용을 빼기 때문에)
2. 총자산이익률(Return On Assets) = 순이익 / 총자산
(보유 자산을 얼마나 효율적으로 이용하고 있는지, 주주와 채권자에 대한 보상능력)
3. 자기자본이익률(Return On Equity) = 순이익 / 자기자본 = ROA / [1-총부채/총자산]
(자기자본 = 주주들의 투자자본으로 얼마나 효율적으로 사용하는지, 주주에 대한 보상능력)
* 부채비율이 높아도 ROE는 상승하기 때문에 주의

4) 활동성 지표 : 기업이 보유한 자산이 매출에 어느정도 기여하고 있는지 지표
1. 비유동자산회전율(Noncurrent Asset Turnover) = 순매출 / 비유동자산
(기업 고정자산에 투자한 자금의 회전속도, NAT가 높으면 효율적 경영)
2. 재고자산회전율(Inventory Turnover) = 순매출 / 재고자산
(재고자산을 현금화하는 속도, 높을수록 효율적 경영)
3. 매출채권회전율(Accounts Receivable Turnover) = 순매출 / 순매출채권
(매출액을 현금화시키는 속도, 높으면 효율적이지만 기업의 엄격한 대금회수정책 의미)
* 평균회수기간 = 순매출채권X365/순매출액
4. 총자산회전률(Total Asset Turnover) = 순매출 / 총자산
(투하자본대비 매출액 기여도)

5) 보상비율 : 현재 기업의 재무적 부담을 이겨낼 수 있는지 판단
- 배당성향 = 보통주 배당금 / 봍통주 주주들의 이익

6) 이익지표 : 기업이 벌어들이는 이익의 크기를 1주당 표시
- 주당순이익(Earning Per Share) = [당기순이익 - 우선주배당금] / 보통주 발행총수

4) 기업분석 : 레버리지분석

레버리지는 고정영업(감가상각비, 임차료, 경영진보수 등)이나 고정이자비용(직접재료비, 직접노무비, 판매수수료 등)이 존재할 때 영업이익이나 주당순이익의 변화율이 증폭되어 나타는 것

1. 영업레버리지(Degree of Operating Leverage ) DOL : 영업이익변화율 / 매출액변화율

= [매출액-변동비] / [매출액-변동비-고정비]

기업의 영업비 중에서 영업활동의 정도와 관계없이 발생하는 고정비로 인해서 발생

매출액이 작을수록 큼, 영업레버리지가 크면 매출액에 대한 영업이익의 변동이 크므로 경영 불안정

2. 재무레버리지(DFL) : 주당순이익변화율 / 영업이익변화율 = 영업이익 / [영업이익 - 이자비용]

영업이익의 유무와 무관하게 고정재무비용의 존재로 발생

3. 결합레버리지(DCL) : 주당순이익변화율 / 매출액변화율 = [매출액-변동비] / [매출액-변동비-고정비용-이자비용]

*변동비 = 직접비 + 변동비

*고정비 = 매월 지불되는 이자나 임대료

5) 기업분석 : 현금흐름분석

현금 : 보유현금+ 요구불예금 + 현금성자산(높은 단기 투자자산)

* 발생주의 회계(B/S, P/L) : 현금주의 회계와 상반된 개념, 현금의 흐름과 독립적으로 수익은 실현 시, 비용은 발생 시

현금흐름표 작성법 중 간접법 : 당기순이익에서 출발하여 역으로 특정항목을 가감

1) 영업활동으로 인한 현금흐름
+ 당기순이익
+ 현금유출이 없는 비용 : 감가상각비, 대손상비, 유가증권평가손실, 재고자산평가손실
 - 현금유입이 없는 수익 : 유가증권평가이익
+ 투자와 재무활동으로 인한 처분손실 : 영업활동과 무관한 손실
 - 유가증권처분손실, 설비자산처분손실
+ 투자와 재무활동으로 인한 처분이익 : 영업활동과 무관한 이익
+매출채권의 감소, 재고자산의 감소, 매입채무의 증가
 - 매출채권의 증가, 재고자산의 증가, 매입채무의 감소 

2) 투자활동으로 인한 현금흐름
+ 설비자산 처분, 유가증권 처분, 대여금 회수 
 - 설비자산 취득, 유가증권 매입, 대여금 대여

3) 재무활동으로 인한 현금흐름
+ 차입금 차입, 자기주식 처분, 유상증자
 - 차입금 상환, 자기주식 취득, 신주 및 사채 등의 발행비용

6) 기업분석 : 상대가치평가모형(주가배수모형)

PER : 주가/EPS