흙막이 지하수 대책

왜 배우는가: 지하수는 흙막이 붕괴, 히빙·보일링·파이핑, 인접 지반 침하의 가장 큰 원인이라 지하공사의 안전과 공기를 좌우한다. 기술사 시험에서는 지하수 처리(저하·차수·배수)를 묻는 문항이 여러 교시에 반복해서 나오므로, 개념의 정의와 분류를 먼저 확실히 잡아 두어야 한다.

출제 이력: 제134회 4교시 3번, 제129회 3교시 3번, 제115회 2교시 1번, 제94회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장: 흙막이 지하수 대책은 굴착 중 유입되는 지하수를 저하·차수·배수 방법으로 제어하여 흙막이 붕괴와 주변 지반 침하를 막는 가설 안전 대책이다.

키워드

• 지하수위 저하공법
• 차수공법
• 배수공법
• 보일링(Boiling)
• 파이핑(Piping)
• 히빙(Heaving)
• 피압수
• 약액주입공법

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 땅을 파면 주변의 물이 구덩이 쪽으로 몰려든다. 그 물을 막거나, 줄이거나, 빼내는 것이 지하수 대책이다.

정식으로는 굴착 저면 아래와 굴착 배면 사이에 수위차가 생기면 침투 흐름이 발생한다. 이 흐름을 줄이는 것이 지하수 대책의 목적이다. 대책은 세 갈래로 나뉜다. 첫째는 지하수위 저하공법으로, 굴착 전에 지하수위를 굴착 저면 아래로 낮춘다. 둘째는 차수공법으로, 물의 이동 경로를 막거나 길게 만든다. 셋째는 배수공법으로, 유입된 물을 펌프로 끌어내어 굴착면을 건조하게 유지한다.

세 방법은 독립된 기법이 아니라 함께 쓰는 체계다. 투수성이 큰 사질지반은 저하와 배수를, 투수성이 작은 점성토는 차수와 지반개량을 주로 쓴다.

핵심 용어 풀이

• 보일링(Boiling): 굴착 저면과 배면의 수위차로 침투수가 사질토 입자를 밀어 올려 저면이 끓는 듯 솟아오르는 현상이다. 사질지반에서 발생한다.
• 파이핑(Piping): 흙막이 벽 틈이나 지반 속 수로를 따라 물이 흐르며 토사가 함께 유출되어 관 모양의 통로가 생기는 현상이다. 보일링이 심해진 형태로 본다.
• 히빙(Heaving): 연약한 점토지반에서 배면 토사 중량이 굴착 저면 아래 지지력보다 커서 저면이 부풀어 오르는 현상이다. 물보다 토압 불균형이 원인이다.

3. 등장 배경과 필요성

도심지 건축이 고층화되고 지하 공간이 깊어지면서 굴착 심도가 커졌다. 깊은 굴착일수록 지하수위 차이가 커져 침투 압력이 증가한다. 인접 건물과 상하수도가 가까운 도심에서는 지하수 유출로 인한 지반 침하가 곧 민원과 사고로 이어진다.

과거에는 굴착 후 물을 퍼내는 방식이 주로 쓰였다. 그러나 이 방식은 토사 유출과 지반 이완을 키워 흙막이 붕괴를 부른다. 이에 따라 굴착 전 지하수위를 낮추고 물의 흐름을 차단하는 설계 개념이 정착되었다. 흙막이 벽을 불투수층까지 근입하는 방법도 같은 배경에서 나왔다.

지하수 대책은 흙막이 설계의 입력 조건이기도 하다. 지하수위와 투수계수를 먼저 조사해야 흙막이 공법, 차수 범위, 배수 용량을 정할 수 있다. 건축법 시행규칙 제26조 제1항 제4호는 굴착과 흙막이 공사 중 적절한 배수조치로 안전상태를 유지하도록 정한다. 건축법 시행령 제10조의3 제3항 제4호는 굴착공사에 따른 지하수위 변화와 지반 안전성을 안전영향평가 검토 항목으로 둔다.