[합격방법] 지하안전평가 - 제4장 지반 및 지질 현황

[합격방법] 지하안전평가 - 제4장 지반 및 지질 현황

 

지반조사 위치 선정 작성방향

 

 지하개발사업자가 제공하거나 지하안전평가 전문기관에서 수행한 시추조사 위치 및 수량이 관련 기준 및 참고자료, 현장여건 등을 고려하여 적절한 위치에 선정되었는지 확인하여 수록함

 

시추조사 간격은 30~50m 이하를 원칙으로 하되 현장여건을 고려하여 가감은 가능 하나 시추 간격이 50m 이상일 경우에는 대상사업의 특성 및 지반조건 등을 고려한 당위성을 언급하여야 함

시추조사 수량은 대상사업 당 3공 이상이며 시추 깊이는 기반암 3.0m이상(최소 1공은 굴착깊이 이상 확인) 확인을 원칙으로 하며, 기반암이 출현하지 않는 토사층(풍화암 포함)은 굴착저면 하부 1H(H:최대 굴착깊이)이상 확인하여야 함(연약지반 제외)

지층변화가 심하거나 기반암의 출현 깊이가 위치별로 현저하게 차이가 나는 경우 시추조사 간격 감소 및 수량 증가가 필요함

철거되지 않은 기존 건축물이 존재하는 경우에는 과업구간과 가능한 근접위치에서 시추조사를 수행하며, 물리탐사를 통해 간접적으로 지층을 확인할 수 있도록 함(착공전 추가 지반조사 계획 수립 필요)

 

 

조사 내용

 

시추조사 간격은 일반구간과 위험구간(지반침하 취약구간)을 구분하여 적용하고 특히 주요구조물(수직구, 정거장, 연락갱, 환기구 등) 구간은 개소당 1개소 이상 수행을 원칙으로 하며, 지층변화가 심하거나 기반암의 출현 깊이가 위치별로 현저하게 차이가 나는 경우 시추조사 간격 감소 및 수량 증가가 가능함(현장여건을 고려하여 시추간격이 제시하는 간격 이상일 경우 대상사업의 특성 및 지반조건 등을 고려한 당위성을 언급하여야 함).

 

일반구간의 시추조사 간격은 100m 이하, 위험구간(지반침하 취약구간)의 시추조사 간격은 50m 이하를 원칙으로 함(위험구간의 정의와 대상은 본 매뉴얼 7.1.1 계측기 설치계획의 내용을 따름)

 

시추심도는 계획고 하 3.0m 이상으로 수행하며 이때, 기반암이 확인 안 된 경우 계획고 하 0.5B(B=굴착 계획 폭), 주요구조물에는 기반암 3.0m 이상을 원칙으로 함

 

 

 

연약지반 시험

 

연약지반 굴착공사

 

연약지반 굴착공사는 (소규모)지하안전평가 대상사업으로 근입깊이까지의 토사층(풍화암, 발파암 제외) 중 연약지반 층두께가 연속적으로 5m이상 분포하는 굴착공사를 의미함
- 연약지반 층두께는 연약지반 판정기준에 해당되는 모든 지층의 합이 5m이상 임

 

연약지반 판정 기준은 국가건설기준을 준용함(KDS 11 30 05 : 2021 연약지반 설계 일반)

 

 

시험 항목

 

실내시험은 동일 시추공에서 3회(상, 중, 하) 이상 수행을 의미하고, 시험방법을 상세히 수록함

 

삼축압축시험은 여러 시험방법 중 수행한 시험방법의 선정 사유(지반 및 흙막이․차수공법 조건 고려)를 상세히 수록함

 

실내시험 결과로 연약지반 특성을 고려한 설계지반정수 산정

 

입도분석 결과는 No.100～No.200 사이의 구성비율을 확인하며, 지하안전확보 방안에 활용

 

 

지하물리탐사

 

지하물리탐사의 조사 원리 및 방법, 처리기법 등을 정리하여 수록함

지하물리탐사에 사용한 조사 장비의 주요 제원에 대하여 표로 작성하여 제시함

 

지표투과레이터 탐사의 경우 지반안전성 검토 범위 내 모든 도로를 대상으로 수행하고, 탐사 목적을 달성할 수 있는 가장 적합한 장비와 방식을 선정하여야 함

 

 

지표투과레이더 탐사

지반안전성 검토 범위 내 차도 및 보도의 지하 공동(위치 및 심도)을 파악하여 굴착공사 시행 전 발생 가능한 안전사고에 대비하고, 기 매설된 지하시설물의 현황을 확인하기 위하여 지표투과레이더 탐사를 실시함

 

전기비저항탐사

전기비저항탐사는 지표면에 접지시킨 한쌍의 전류적극을 통하여 땅속으로 전류를 흘려보내 지면에 접지한 한쌍의 전위적극 사이의 전위차를 측정하여 지하매질의 전기비저항 분포를 파악하여 지질구조대, 연약대, 파쇄대의 위치 및 규모를 파악하기 위하여 총 2개의 측선에 대해 실시함

 

전기비저항 탐사에서는 이러한 지하의 전기비저항 분포를 알아내서 지하구조를 규명되며, 암석시료에 전류 I 를 흘려보내고 시료의 양단에 걸리는 전압차를 측정하여 계산

 

지표면에서 측정한 전위차를 이용하여 지하매질의 전기적인 이상대에 관한 정보를 가지고 있는 겉보기 비저항을 얻을 수 있다. 전기비저항 탐사는 지하에 일정한 전류를 흘려보낸 후, 전위차를 측정하여 겉보기 비저항을 구하고 이를 해석하여 지하의 지질구조, 파쇄대나 균열대, 지하수 등의 분포를 파악하는 탐사방법

 

전기비저항탐사의 탐사장비 및 탐사 모식도는 다음과 같다.

 

 

탄성파탐사

 

탄성파탐사는 지표면에 설치된 탄성파 발생 장치를 이용하여 인위적으로 탄성파를 발생시킨 후 지하 지층 경계면에서 반사 또는 굴절되어 되돌아온 파동을 수진하여 지하의 지질구조나 지층의 물리적 특성을 파악하기 위해 실시함

 

탐사원리 및 탐사방법

 

지표에서 인위적으로 발생시킨 탄성파는 속도가 서로 다른 두 매질의 경계면에서 그 에너지의 일부는 반사되고 일부는 하부 매질로 굴절되는데, 이 때 반사 또는 굴절파의 진행경로는 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 결정됨

 

굴절법탐사는 지표 상에서 인위적으로 탄성파를 발생시킨 다음에, 표토층을 따라 수진기에 도달하는 직접파(direct wave) 및 지층 경계면에서 임계굴절된 선두파의 도달시간(first arrival time)을 측정하여 지층 경계면의 깊이와 경계면 상․하부 지층의 탄성파 속도를 알아내는 방법임

 

굴절법 탐사에서는 일반적으로 각 수진점에 도달하는 초동만을 읽어 주시곡선을 작성하고, 주시곡선상에 나타나는 각 직선 등의 기울기로부터 지층에 대한 속도를 결정한 후 각층 경계면까지의 심도를 계산

 

굴절법 탐사에서는 통상 발파점과 수진기를 일직선상에 배열하는 인라인(in-line) 탐사법을 주로 사용한다.

 

수진기 전개(spread)의 길이 및 수진기 간격은 탐사심도나 원하는 해상도에 따라 결정하나, 경험상 수진기의 총 전개 길이는 조사 심도의 약 다섯배 이상이 되어야 하는 것으로 알려져 있다.

 

지반조사의 경우 수진기는 보통 5∼10m 간격으로 일정하게 배열하나 꼭 일정하게 할 필요는 없으나, 일정한 간격으로 배열하는 것이 해석시 유리하다. 그러나 기반암의 예상 심도가 얕은 경우에는 표토층에 대한 속도 정보를 좀 더 정확하게 얻기 위해 수진기 전개의 양단 부근에서는 조밀하게 배치하는 것이 좋다.

 

해석 결과의 적용은 암질의 종류, 층리와 절리 등의 유무, 풍화의 정도, 시공장비 성능 및 시공방법 등에 따라 그 변화 요인이 많으므로 일률적으로 정하기 어렵고 제반사항을 종합하여 판단하여야 한다.

 

 

조사결과

 

문헌조사 작성방향

 

위성지도를 통해 과업구간 산계 및 수계 등 지형적인 특성을 분석하며, 지질정보시스템 등을 통한 지질 계통 분석결과를 수록함

 

 

시추조사 작성방향

 

시추조사 결과는 지층총괄표, 시추주상도, 지층분석결과, 지층단면도, 지층분포 특성 등을 평가서에 수록함

 

시추조사 결과를 근거로 지층 특성을 분석하여 수록함
- 지층심도, 층후, 토층 및 토질 분류
- 지층단면, N치 및 지하수위
- 지층별 분포특성

 

 

시추공별 지층분석

 

조사지역에 대한 지반의 지층 구성상태 등을 확인하기 위하여 시추조사를 수행하였으며, 시추 조사에 의한 지층분석 결과는 다음과 같음

 

 

지층 단면도 및 분포특성

 

지층단면 분석결과는 다음과 같음

 

지층별 분포특성 분석결과는 다음과 같음

 

 

 

 

현장 및 실내시험 결과 작성방향

 

표준관입시험 등 현장 및 실내시험 결과를 요약 정리하여 수록함

 

표준관입시험, 공내지하수위 측정결과, 현장투수시험, 현장수압시험, 공내전단시험, 공내재하시험 및 실내 토질시험 등 현장 및 실내시험 결과를 수록함
- 공내지하수위 측정시 24hr, 48hr, 72hr 측정결과를 수록하며, EL과 GL을 같이 표기함

 

 

표준관입시험

표준관입시험은 한국표준산업규격(KS F 2307)에 규정된 방법에 의거하여 실시함

 

 

지하물리탐사 작성방향

 

지반특성에 따라 수행된 지하물리탐사 결과를 요약 정리하여 수록함

 

지표투과레이더 탐사는 도로하부의 지하매설물 및 공동조사 결과를 수록함

전기비저항탐사는 저비저항 이상대 및 지질 연약대 분석결과를 수록함

 

 

지표투과레이더 탐사

과업부지 주변에 분포하는 지장물과 공동의 분포현황을 파악하기 위해 지표투과레이더 탐사를 수행

 

탐사범위는 검토범위를 고려하여 수행

 

탐사범위내 L-2~L-4 측선은 분당선 지하철역사 및 터널 노선과 나란한 방향으로 L-4의 탐사연장을 다소 길게 하여 탐사, 기타 탐사측선은 지하철 정거장 지하구조물 위치 및 교통혼잡 상황, 탐사 중 안전사고 발생가능성 등을 고려하여 선정

 

 

탐사 위치

 

 

탐사 결과

 

평탄한 노면과 포장층의 분포에 의해 대체로 수평방향으로 연속되는 반사파가 우세하게 나타남

 

굴곡진 형태 혹은 불규칙적으로 단속적인 형태의 반사파가 관찰되기도 하는데 이는 지표요철이나 포장층 및 매립층 내에 혼재되어 있는 자갈, 암편 등의 지층 구성물질이나 지중에 분포하는 기타 반사체(시공관련 자재, 시설물)에 의한 영향으로 판단

 

포물선 형태의 반사파가 관찰되는데 이러한 반사파가 각 단면에서 연결성을 보이고 있는 것으로 보아 지장물의 분포가 예상되며, 지장물도와 현장조사를 종합분석하여 추정한 지장물 분포현황은 아래 표와 같음

포물선 형태의 반사신호가 비교적 뚜렷하게 나타나고 있으나 지장물도상 지장물 현황 정보가 없는 경우에는 탐사단면상에 ‘지장물’로 표기

공동이나 연약대 등 지하안전에 영향을 미칠만한 지질이상대는 뚜렷이 관찰되지 아니함

 

 

3차원 분석결과 심도별 수평단면(Time Slice)

 

 

3차원 Time Slice 수평단면 분석결과 국부적인 지층상태 변화, 일부 노후된 도로면, 맨홀이나 빗물받이 등과 같은 주변 시설물 및 자재설비 등에 의한 대체로 단순한 차원의 반사강도 변화양상이 주를 이루고 있음

 

탐사단면상 박스로 표기한 영역은 매우 강한 반사강도가 집중되어 나타나고 있는데 이는 반사계수의 증가를 야기할만한 지층상태 변화가 반영된 현상으로 상대적인 공극률 증가나 함수율 증가에 의해 국부적으로 느슨한 지층상태를 보이는 영역으로 판단

 

공동이나 연약대 등 지하안전에 영향을 미칠만한 지질이상대는 뚜렷이 관찰되지 아니함

 

 

 

공동조사 개요

 

사업부지 주변에 대해 지표투과레이더 탐사를 실시하여 도로하부 공동(空洞)을 조사하고 그 결과를 지하안전평가의 기초자료로 제공하고자 함

 

 

전기비저항탐사

과업부지 미시추구간의 지질 연약대 파악을 위한 전기비저항탐사 결과는 다음과 같음

 

 

탐사결과

 

Line-1 측선의 경우 55m 지점 부근에서 저비저항 이상대 분포를 보이고 있으며, 이는 Line-2 측선의 90m 지점과 Line-3 측선 120m 지점과 연장성을 보이고 있을 것으로 판단됨

 

Line-4 측선의 경우 100m 지점 부근에서 저비저항 이상대 분포를 보이고 있으며, 이는 파쇄대가 발달하고 있거나 또는 도심지 인근 인도부의 지장물에 의한 영향을 배제할 수 없음

 

Line-4 측선의 50m 지점 부근 천부에서 저비저항 이상대가 분포하고 있으며, 이는 지하철역 인근 주차시설로 인한 영향이거나, 국부적으로 연약구간이 존재할 수 있음

 

Line-1, Line-2 측선의 125m 이후구간 천부에서 나타나고 있는 저비저항 이상대는 주변 지장물에 의한 영향일 것으로 추정됨

 

 

인근시추 자료 분석 작성방향

 

대상지역의 인근시추 자료는 국토지반정보 통합DB센터을 통해 확인이 가능하며, 인근시추 자료 및 분석결과를 수록함

 

국토지반정보 통합DB 및 서울시 지반정보통합관리시스템을 이용하여 과업구간 인근 시추자료를 확인하여 지반조건, 특히 기반암 및 지하수위 출현심도를 분석하여 수록함

 

도심지 터널공사에 대한 지하안전평가 시 터널공사에 대한 설계·시공사로 선정된 업체(낙찰자)가 실시한 지반조사 결과 이외에 입찰단계에서 경쟁사가 실시한 지반조사 자료 등 획득 가능한 모든 정보를 고려하여 설계 시 지반조사 수량의 제약으로 인해 시공 시 발생할 수 있는 리스크를 최소화하여야 함

 

국토지반정보 통합DB센터는 전국토의 건설현장에서 생산되는 시추보링 성과를 DB화하여 통합 관리하고 있으며, 지반 시추정보를 제공하고 있음

 

사업구간에 대해 국토지반정보 통합DB에서 제공하는 시추정보를 분석함

 

본 사업구간의 설계 시 경쟁사(○○건설)의 지반조사 자료를 활용하여 지반특성(기반암의 출현 심도, 취약지반의 분포특성 등)을 재검토하였으며, 이를 반영하여 지층조건을 재분석함

 

본 사업의 지반조사 결과에 경쟁사 지반조사 결과를 반영한 지층분포 특성을 요약하면 다음과 같음

 

 

 

검토결과

 

인근시추공 분석결과 지표로부터 매립층, 퇴적층, 풍화토, 풍화암, 연암의 순서로 분포하고 있음

 

지하수위는 GL.(-) 6.5~13.6m(E.L(+) 8.8~13.6m)의 범위로 형성되어 있는 것으로 확인됨

 

매립층은 1.59~14.80m정도의 두께로 분포하며 지층 상태는 실트섞인 모래, 소량의 자갈 및 실트 섞인 모래로 구성되어 있음

 

매립층의 상대밀도는 느슨 ~ 매우조밀한상태를 나타냄

 

지층분포는 과업구간 시추조사와 유사하며, 지하수위는 E.L기준으로 과업구간보다 높게 분포하는 것을 확인함

 

과업부지와 매우 인접하여 위치에 있는 분당선 한티역로 인하여 지하수가 한티역사 내부 유입되어

 

과업구간의 지하수위가 인근시추공 지하수위보다 낮게 나타나는 것으로 판단됨

 

사업부지 인근 지반조건 분석을 위해 인근시추공에 대한 분석을 수행한 결과 지반 조건은 사업구간과 유사한 경향을 보이나 시추공의 거리가 멀어 사업구간 지반조건을 유추할 수 없어 사업부지 시추결과를 바탕으로 지반조건을 분석함

 

 

구지형 분석 작성방향

 

대상지역의 구지형 분석은 국토지리정보원 및 포털사이트를 통해 확인이 가능하며, 구지형 분석결과를 수록함

 

설계지반정수 산정 개요 작성방향

 

설계지반정수 산정절차, 지층별 착안사항, 토사층의 지층별 적용 N치 설정 등을 수록함

 

현장조사 및 시험결과와 더불어 해석 지반의 지반특성 분석을 고려한 설계지반정수의 적절한 산정은 해석 결과의 신뢰도에 가장 큰 영향을 미침

지반정수는 현장시험 및 실내시험 결과, 기존경험식 및 참고자료 등을 종합적으로 비교·분석하여 합리적으로 적용함

 

지반을 구성하는 각 지층별 설계지반정수는 대상지반의 형성이력과 토질 또는 암석특성에 따라 매우 다양한 평가방법으로 수행

구조물의 시공방법에 따라 보다 안전측 검토를 위한 평가(배수조건에 따른 평가)가 수행될 수 있으며, 조사 결과의 양적ㆍ질적 특성에 따라 그에 적합한 평가방법을 달리 적용

 

토질정수 산정시 표준관입시험을 통해 조사된 N치를 분석하여 각 지층의 대표N치를 산정하여 수록함

 

 

예시

 

토질정수는 표준관입시험을 통해 조사된 N치와의 관계를 이용하여 결정하며, 측정된 N값을 모두를 적용하여 대표적인 지반정수를 산정할 수 없어 각 지층을 대표할 수 있는 대표 N치를 산정하여 적용함

 

 

문헌조사 및 경험식에 의한 설계정수 작성방향

 

문헌조사는 제시되어 있는 많은 자료를 비교·분석하여 토질정수 산정시 기초자료로 활용하며, 문헌조사, 경험식 및 설계사례 등을 종합 분석하여 토질정수를 산정이 필요함

 

Bowles(1977)
수정된 N값과 사질토의 상대밀도, 단위중량과의 관계

 

수정되지 않은 N값과 점성토의 일축압축강도, 컨시스턴시, 포화단위중량과의 관계

 

흙의 종류에 따른 단위중량

 

 

 

설계지반정수 산정 작성방향

 

문헌조사, 경험식 및 기존 설계사례를 참고하여 지층별 설계지반정수를 산정하고 산정사유에 대하여 기술하되 지반정수 산정의 당위성을 지반공학적 측면에서 분석하여 수록함

 

설계지반정수는 문헌조사, 경험식 및 설계사례를 참고하여 산정하되 대상지역에서 수행된 현장 시험값을 우선적으로 적용하며, 지반의 불확실성을 감안하여 보수적으로 산정함

굴착현장의 경우 대상지역이 규모가 크지 않으나, 터널현장의 경우 그 연장이 길고 지질현황에 따라 특성의 변화가 발생하므로 지질현황에 따른 구간을 선정하여 구간별 지반정수를 산정함

 

 

지층별 내부마찰각의 선정