건설 안전 사고의 중심 흙막이 공법 파헤치기

건설공사는 흙과 물을 잘 다뤄야지 성공적이라는 말이 있습니다. 아파트 현장이나 토목현장에서 필히 검토해야할 공법이 흙막이 공법입니다. 흙막이 공법은 흙을 막는 공법입니다. 흙을 막는 공법이 필요한 이유가 멀까요? 만약 여러분이 3m정도 땅을 팠다고 합니다. 하지만 땅을 팔때 우리가 연직으로 땅을 팔수 있을까요? 아니면 공간을 두면서 팔수 있을까요? 아마도 공간을 두면서 아래로 파나가야 합니다. 그 이유는 토질의 특성상 흙이 수직으로 팠을때 무너져 버리기 때문입니다.

그러면 여기서 이런질문을 할수 있겠죠? 글면 토질이 안무너지면 흙막이를 할 필요가 없나요? 물론 그렇습니다. 이건 우리나라에서는 흙막이의 경우 공사마다 안전기준과 시방기준이 있기 때문에 토질마다 흙막이 조건이 다르다고 할수 있습니다. 하지만 중동의 경우 흙막이 공법을 처음 들어보는 건설업체도 많이 있습니다. 그 이유는 중동의 경우 4,5m정도 파는 것은 흙이 무너지지가 않아서 그렇습니다. 우리나라는 풍화토 풍화암대가 많기 때문에 흙을 파내려가면 하중이 몰리게 되고 그리고 무너지게 되지만 중동의 카타르 같은 나라 경우에는 석회질의 토사로 무너지지가 않는거죠. 국내의 경우 그리고 특히나 연약지반이 많은 동남아 국가등에서 많이 사용하고 있는 흙막이 공법에 대해서 포스팅 하겠습니다.

1. 흙막이 공법이란

흙막이 공법은 흙막이 배면에 작용하는 토압에 대응하는 구조물입니다. 기존 굴착에 따라서 지반붕괴와 지하수의 유입을 방지 할수 가 있습니다. 흙막이 공법 설계시 검토사항에는 벽체 형식, 저면의 안정, 지하수 지보공, 주변 구조물 등이 있습니다.

2. 흙막이 공법의 선정절차

1) 조사시험 : 일반적인 토질을 보링을 통하여 강도정수를 구합니다. 토질에 따라서 흙막이 공법이 좌우되기 때문이죠. 특히나 연약지반이나 지하수 유입이 많다고 판단되는 지반의 경우는 그에 맞게 더 내구성이 좋은 흙막이를 설치해야 하는것입니다. 

2) 벽체형식가정 : 흙막이를 세울때 어떻게 지지를 하고 지하수 유입을 차수할까를 가정합니다.

3) 측압산정 : 흙막이는 배면의 토사를 막고 있습니다. 하지만 이는 토사 뿐만아니라 공사중에 이용되는 장비 및 인력 그리고 구조물에 영향도 측압에 넣어서 계산을 해야합니다.

4) 근입깊이 산정 : 흙막이를 어느정도로 근입할지 깊이를 산정합니다.

5) 히빙 또는 보일링에 대한 검토

히빙 Heaving :  히빙은 연약한 점토지반을 굴착하는 경우 굴착배면토의 중량과 재하중이 지반의 전단강도보다 크게되어 배면지반은 침하되고 굴착면은 부풀어 오르는 현상입니다. 굴착저면 부근에 점토가 있고 그 하부에 압력수(피안수)를 가진 투수층이 존재하여 이 압력수에 의해 굴착 저면이 부풀어 오르는 현상입니다.

보일링 Boiling : 보일링 현상은 흙이 물과 함께 끓어 오르는 상태를 말하는데 모래지반에서 발생하게됩니다. 지반을 굴착 제거시 지하수압의 균형이 붕괴되어 지하수가 하층에서 상층으로 향하여 유출되니다. 이때 굴착면 부근 사질토의 유효중량이 상승수압보다 클 경우에는 보일링 현상이 생기지 않습니다. 그러나 점차로 지하수압이 높아져 상부 사질토층의 유효중량보다 압력이 높아지변 상부 사질토층도 침투수와 함께 끊어 오르는 것과 같은 보일링 현상이 생깁니다.

5) 지보설계 : 주변영향검토를 완료후 지보설계를 합니다.

3. 흙막이 공법의 종류

1) H pile공법 : 가장 기초적인 공법으로 공사장에서 보면 H 형식의 철강을 본적이 있을겁니다. H pile공법은 H형강과 H 형강 사이에 토류벽을 조합하여 근입하는 공법입니다. 시공실적이 풍부하며 시공성 및 경제성이 우수한 장점이 있으나 차수가 되지 않기에 장마철이나 연약지반 또는 지하수위가 높은 지반에서는 사용이 어렵습니다.

2) Sheet Pile공법 : Sheet 파일 공법은 Sheet 파일을 겹쳐서 근입하여 토사를 막는 방법입니다. Sheet pile사이에 Rock이라고 하여 연결을하고 Sheet pile사이 차수를 할수 있습니다. Sheet 파일 공법은 널리 알려지고 많이 쓰이는 공법이지만 암반지반의 경우 근입이 불가능 합니다.

3) Slurry Wall공법 : Slurry Wall공법은 철근과 콘크리트를 이용하여 하나의 벽을 만드는 공법입니다. Slurry Wall공법은 아파트 형장에서 많이 쓰이기도 하고 단순한 흙막이 공법을 넘어서서 벽체로 이용하는 경우도 있습니다. Slurry wall공법은 콘크리트와 철근등이 사용되기에 경제성을 철저히 검토해야하고 또한 폐기물 관리를 신경써야 합니다. 

4. 흙막이 계측

1) 흙막이 계측이 왜 필요한가요?

설계 거동 예측치와 현장 계측 자료를 비교 검토하여 시공과정, 위험요소를 예측하고 신속한 보강대책을 강구하기 위해서입니다. 흙막이는 안전사고와 굉장히 밀접한 공사입니다. 그리고 그 변수가 많기 때문에 항상 위험요소를 계측하고 모니터링 하여 이상징후를 발견하는 거죠. 계측을 한다는것은 이상징후를 찾기 위함입니다. 즉, 만약에 흙막이로 배면토사를 버티고 있다고 가정을 했을때, 비가 와서 지하수위가 올라가거나, 지방상수도 배관이 터져서 물이 유입되거나 또는 주변 공사를 예상치 못한 하중에 영향 또는 주변의 진동에 의해서 토사의 배열이 변경되어서요구되는 강도를 내지 못할때, 또는 히빙이나 보일링등 예측할수 없는 상황은 굉장히 많습니다. 그렇기 때문에 계측 데이터를 모니터링 하면서 그 값으로 변위를 체크하고 거동을 분석합니다. 그리고 거동에 대한 예측치가 위험수위가 넘는다고 판단시 즉각적으로 대응할수 있습니다.

2) 흙막이 계측 위치 선정시 고려사항은?

흙막이 계측기는 중요 구조물이 인접해 있는 곳에 설치합니다. 또한 수위상승, 하강의 빈번한 곳에 설치하며 지반 조사 자료가 있어서 정확히 거동 예측을 할수 있는곳에 설치합니다. 즉, 가장 취약할곳으로 판단되는 곳에 설치하게 되는것입니다.