흙막이공사 안전관리

왜 배우는가: 흙막이공사는 굴착 중 붕괴·침하·히빙·보일링 등 대형 재해가 집중되는 공정이며, 인접 건물과 지하매설물 피해로 이어져 공사비와 공기를 좌우한다. 시공계획 수립과 시공 중 관리 원리를 이해해야 계획·계측·품질 항목을 함께 묻는 2교시·4교시 문제에 답할 수 있다.

출제 이력: 제128회 2교시 5번, 제90회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

흙막이공사는 지반 굴착 시 주변 토사와 지하수의 유입 및 주변 지반의 붕괴·변위를 막기 위해 설치하는 가설 흙막이 구조물을 계획·설계·시공·계측·철거하는 전 과정의 안전관리이다.

답안 첫 줄에는 위 정의를 그대로 쓰고, 이어서 굴착 깊이와 인접 시설 영향을 한 문장으로 덧붙인다.

핵심 키워드

• 흙막이벽
• 지보공(버팀보·어스앵커)
• 히빙
• 보일링
• 굴착면 기울기
• 지반 계측
• 지하수 저감
• 근입깊이

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 땅을 깊게 파면 옆의 흙이 무너지고 물이 스며든다. 흙막이는 이 옆흙을 붙잡는 벽이고, 이를 받치는 버팀대나 앵커가 함께 있어야 벽이 버틴다. 흙막이공사 안전관리는 벽과 지보공이 설계대로 버티는지, 굴착 중 지반이 허용 범위 안에서 움직이는지를 확인하고 조치하는 활동이다.

정식으로는 흙막이벽(sheet pile, 주열식 벽체, 지중연속벽 등)과 이를 지지하는 지보공(버팀보, 어스앵커, 띠장·버팀대 등)으로 구성된 가설구조물을 대상으로, 굴착 단계별 토압·수압에 대한 안정성을 확보하고 굴착면과 주변 지반의 붕괴·변위를 억제하는 관리 체계를 말한다.

흙막이벽은 배면의 토압과 수압을 직접 받는 벽체다. 벽체 하단이 굴착저면 아래로 얼마나 박혔는지를 나타내는 근입깊이가 전도와 지지력의 핵심이다.

지보공은 벽체를 안쪽에서 받쳐 변위를 줄이는 부재다. 버팀보는 굴착 공간 안에서 벽체를 받치고, 어스앵커는 벽체 뒤 지반 속 정착층에 인장재를 고정해 당겨 준다.

계측관리는 굴착 중 벽체 변위, 지중 수평변위, 지하수위, 지표 침하, 버팀보 축력을 측정해 설계 가정과 실제 거동을 비교하는 활동이다. 계측 결과가 관리기준을 넘으면 굴착 속도를 늦추거나 보강한다.

3. 등장 배경과 필요성

도심 지하공간 활용이 늘면서 굴착 깊이가 깊어지고 굴착 주변에 기존 건물, 지하철, 상하수도 같은 시설이 많아졌다. 흙막이 붕괴 한 번이 인명 사고와 인접 건물 침하로 이어지므로 설계 단계부터 시공·계측까지 연결된 안전관리가 필요해졌다.

과거에는 흙막이를 임시 시설로 보아 설계와 관리가 느슨했으나, 공사 규모가 커지면서 흙막이 비용과 공기가 전체 공사에서 차지하는 비중이 커졌다. 그 결과 흙막이를 본체 구조물과 같은 수준으로 검토하는 흐름이 생겼다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 굴착면 높이가 2미터 이상인 지반 굴착작업을 사전조사와 작업계획서 작성 대상으로 정하고 있다. 또 굴착면 기울기를 별표 기준에 맞추도록 하며, 영 제42조제3항제3호부터 제6호까지의 건설공사에서 토사등의 붕괴로 근로자가 위험해질 우려가 있으면 계측장치를 설치해 안전성을 검토하도록 규정한다. 이 규정이 흙막이 계획과 계측관리의 법적 출발점이다.

흙막이 공사의 계획 설계 시 검토 사항은 지반조건(토질, 토층구성, 지하수), 지중매설물(위치, 깊이, 구조), 대지 주변 상황과 흙막이벽·본체 구조물의 위치 관계, 시공기계와 작업환경의 네 가지로 정리된다. 이 네 가지가 2교시 시공계획의 기본 골격이 된다.

굴착면 높이 2미터 이상 지반 굴착은 사전조사와 작업계획서 작성 대상이다(산업안전보건기준에 관한 규칙 제38조).

4. 구성요소·원리·절차

흙막이공사는 굴착 중 주변 지반과 지하수를 지지하는 가설구조물을 세우는 공사다. 안전관리는 흙막이벽, 지보공, 굴착 절차, 계측이 함께 작동하는지를 확인하는 일이다. 구성요소를 먼저 나누고, 그 작동 원리를 이해한 뒤, 시공 순서대로 관리 절차를 밟는다.

흙막이 구성요소는 다음과 같다.

흙막이벽은 근입깊이가 충분해야 굴착 저면 아래의 지지력을 확보한다. 지보공은 굴착 깊이에 따라 단계별로 설치해야 벽체 변위가 누적되지 않는다. 굴착 저면에서는 히빙과 보일링 같은 지반 파괴 현상이 나타날 수 있어 집중 관리가 필요하다.

원리는 토압과 수압의 균형이다. 굴착으로 배면 흙의 하중이 벽체에 작용하고, 굴착 저면 아래 지반이 이 하중을 버텨야 한다. 지하수위가 굴착 저면보다 높으면 침투수압이 작용해 모래가 솟아오르는 보일링이 생긴다. 점토지반에서는 배면 흙의 중량이 저면 지지력을 넘으면 저면이 부풀어 오르는 히빙이 생긴다.

흙막이 공사 절차는 다음과 같다.

• 사전조사로 지반 조건, 지중매설물, 인접 구조물 위치를 확인한다.
• 흙막이 공법을 선정하고 설계 및 작업계획서를 작성한다.
• 흙막이벽을 설치하고 양생 상태를 확인한다.
• 굴착 단계별로 지보공을 설치하며 굴착한다. 각 단계 굴착 깊이는 설계 값을 넘지 않는다.
• 계측으로 변위와 지하수위를 측정하고 관리기준치와 비교한다.
• 굴착 저면을 정리하고 본 구조물을 시공한 뒤 가설재를 해체한다.

계측 관리에서는 경보 기준을 미리 정한다. 기준치를 넘으면 굴착을 멈추고 보강 조치를 한 뒤 재개한다.

굴착 깊이 2m 이상 지반 굴착은 작업계획서 대상이다. 굴착 깊이가 깊어질수록 계측 빈도와 지보공 설치 간격을 줄인다.

흙막이 안전관리의 핵심은 굴착 단계마다 지보공 설치와 계측 결과를 연결하는 것이다.

5. 관련 법령·기준·표준

흙막이공사의 안전 기준은 산업안전보건기준에 관한 규칙(산업안전보건기준에 관한 규칙, 이하 안전보건규칙)에 있다. 굴착 기준과 계측 기준이 핵심이다. 설계 기준은 건설기준(KDS)과 표준시방서(KCS)를 따른다.

사전조사와 작업계획서는 굴착면 높이 2m 이상 지반 굴착을 대상으로 한다. 사업주는 조사 결과를 기록·보존하고 작업계획서 내용을 근로자에게 알려야 한다.

굴착면 기울기는 별표 기울기 기준을 따른다. 설계도서상 건설기준에 맞게 작성한 기울기를 지키거나 흙막이 등 적절한 붕괴 방지 조치를 하면 기울기 기준을 적용하지 않을 수 있다. 빗물에 의한 붕괴를 막으려면 측구를 설치하거나 경사면에 비닐을 덮는다.

계측은 계측결과로 안전성을 검토하는 조치다. 영 제42조제3항에 따른 건설공사에서 계측장치는 계측시공 지시를 받았거나 토사 붕괴로 근로자가 위험해질 우려가 있을 때, 설계도서에 계측장치 설치가 있을 때 설치한다.

개정 연혁으로는 안전보건규칙 제38조가 2023-11-14 개정되었다. 그 밖의 세부 개정 내용은 이 절에서 단정하지 않는다.

작업계획서 내용은 굴착 방법과 순서, 토사 반출 방법, 인원과 장비 계획, 매설물 보호대책, 연락·신호 방법, 작업지휘자 배치 등이다. 이 항목을 답안에 그대로 쓸 수 있다.

보일링·히빙 방지를 위한 근입깊이 연장은 흙막이 설계와 시공의 기본 대책이다. 이 값은 설계도서에 따른다.

6. 유형과 비교

흙막이 공법은 벽체 형식과 지지 방식으로 나눠 비교한다. 벽체는 연속벽·주열식·널말뚝식으로, 지지는 버팀보(스트러트)·어스앵커·경사버팀 방식으로 구분한다. 시공 여건(인접 건물 거리, 굴착 깊이, 지반 조건, 지하수 유무)에 따라 공법을 고른다.