건축 시공(기초 공사)

기초 공사

기초(foundation, footing)란 건축물의 하중을 지반에 안전하게 전달시키는 구조 부분이다. 기초의 형식은 상부 구조시스템, 지질, 지형, 공사의 난이도, 환경 등을 고려하여 결정한다. 기초를 계획하고 설계할 때에는 다음과 같은 사항에 유의한다.

 

• 부등침하를 일으키지 않도록 균형 있게 설계한다.

• 인장력 및 전단력에 저항하기 위해 철근으로 보강한다.

• 부력(uplift)에 의한 기초판의 떠오름을 방지할 수 있는 대책을 세운다. rock anchor를 기초 판에 설치하거나, 탈수공법(dewatering method)으로 기초판 밑의 물을 배수하여 부력을 최소화한다.

• 기초는 지반의 건조수축, 습윤팽창 등으로 인한 피해를 예방하기 위하여 동결심도 아래의 깊이까지 내려가야 한다.

 

직접 기초

상부구조의 하중을 말뚝을 사용하지 않고 기초 슬래브(slab)에서 지반에 직접 전달하는 형식이다.

 

1) 독립기초 기둥마다 별개의 독립된 기초판을 설치하는 것이다. 일체식 구조에서는 지중보를 설치하여 기초판의 부등침하를 방지하고 주각부의 힘 모멘트를 흡수하여 구조물 전체의 강성을 높인다.

 

2) 복합기초 기둥사이의 간격이 좁을 때에는 2개의 기둥을 하나의 기초판 위에 설치한다. 특히 부지 경계 부분에서는 독립기초를 사용하더라도 기초의 중앙에 기둥을 세울 수 없어 편심이 발생한다. 편심을 피하기 위하여 내측 기둥의 기초와 일체화시킨 복합기초를 사용한다.

 

3) 연속기초 일정한 폭과 깊이를 가진 연속된 띠 형태의 기초로서 줄기초라고도 한다. 내력벽, 담장, 조적식 옹벽 등의 기초에 사용한다.

 

4) 온통기초(mat foundation) 일체식 철근콘크리트 기초판으로 축조하여 하중을 지지하게 하는 방법이다. 상부 구조물의 하중이 매우 커서 독립기초 또는 줄기초 등으로는 필요한 기초판의 면적을 확보할 수 없거나 연약지반일 경우 사용한다.

 

지정

기초를 안전하게 지지하기 위하여 기초를 보강하거나 지반의 내력을 보강하는 것으로 지반 다지기, 잡석지정, 말뚝지정 등이 있다.

 

1) 잡석 지정 기초 또는 밑창 콘크리트 밑에 막돌이나 호박돌 등을 옆 세워 깔고 사춤자갈, 모래 섞인 자갈로 틈을 채우고 다진다.

 

2) 모래지정 기초 하부의 지반이 연약하고 그 하부 2m 이내에 굳은 지층이 있을 때는 말뚝을 박을 필요가 없으며 굳은 층까지 연약한 부분을 파내고 모래를 넣어 물을 주면서 다진다. 하중·지하수 등으로 인해 모래가 유실되거나 분산되는 것을 방지해야 한다.

 

3) 자갈 지정 굳은 지반에 자갈을 얇게 펴고 다지는 것으로 밑창 콘크리트를 평평하게 하고, 기초 하부 부분의 물을 배수하기 위해 쓰인다. 자갈 깔기를 하고 래머(rammer), 바이 브로 래머(vibro rammer) 등으로 다진 후 그 위에 밑창 콘크리트 또는 기초 콘크리트를 부어 넣는다.

 

4) 밑창 콘크리트(blind concrete) 지정 지반 다지기, 잡석지정 등을 보강하고, 기초(판) 철근 및 거푸집 작업을 용이하게 하며, 기초 저부에 먹매김을 하기 위하여 자갈지정, 잡석지정 등의 위에 두께 5~10cm 정도로 무근콘크리트를 타설 하여 지정을 형성하는 것으로 버림 콘크리트 지정이라고 도 한다. 밑창 콘크리트의 강도는 10~13 Mpa 정도로 작더라도 내력상 문제가 없다.

 

말뚝 재하시험(pile load test)

최근에는 매립지와 같이 연약한 지반에서의 공사나 초고층 건축물 공사가 증가하고 있어 말뚝기초가 널리 사용되고 있다. 말뚝기초를 설계하기 위해서는 지지력을 정확하게 예측하여야 하며, 예측된 지지력의 신뢰도에 따라 말뚝기초의 경제성 및 안정성이 좌우된다. 말뚝의 지지력을 구하는 방법 중 가장 신뢰할 수 있는 방법은 말뚝재하시험이다. 말 뚝재하시험은 말뚝을 설계깊이까지 설치한 후 일련의 하중을 가하여 생기는 말뚝의 침하량을 측정하여 하중-침하량 곡선을 구하고, 말뚝의 극한하중이나 허용침하량 이 내에서 지지할 수 있는 하중의 크기를 구하는 시험이다. 사질토지반에 타입 한 말뚝의 재하시험은 말뚝 타입 후 3~4일 지나면 실시할 수 있으나, 점토지반에 타입 한 말뚝의 재하시험은 말뚝타입 후 30~60일 이상 경과한 후에 실시해야 한다. 그 이유는 말뚝 타입 시 교란된 점토의 강도가 원래대로 회복되는데 상당한 시간이 걸리기 때문이다. 점토지반에 타입 한 말뚝의 지지력은 시간이 지 남에 따라 증가하고, 사질토지반에 타입 한 말뚝의 지지력은 시간경과와 관계없이 일정 한 경향이 있는 것이 보통이나 시간 경과에 따라 지지력이 증가하는 사례도 있다. 말뚝재하시험은 현장을 대표할 수 있는 위치에서 실시해야 하며, 말뚝 250개 당 1회 이상 또는 건축물별로 1회 이상 실시하는 것이 좋으며, 지반이 불규칙하거나 말뚝의 종류가 바뀔 경우에는 추가로 실시한다. 시험말뚝의 길이, 직경, 설치방법 등은 실제로 시공될 말뚝과 같아야 한다. 동일한 지반에서도 말뚝의 압축지지력이 말뚝 시공 후 시간의 경과에 따라 변화하기도 하므로, 시공 직후 및 일정한 시간이 경과한 후에 두 차례 재하시험을 실시하여 시간경과 효과를 확인하여야 한다. 말뚝 재하시험에는 평판 재하시험과 같이 일정한 하중을 가하면서 시험을 실시하는 정재하 시험과 순간적인 타격을 가하여 말뚝의 거동을 파악하는 동재하 시험이 있으며, 정재하 시험이 신뢰성이 높다.