연약지반 선행재하공법

왜 배우는가: 선행재하공법은 연약지반 개량의 대표 공법으로 침하 예측, 공기 산정, 안정 관리가 함께 묻는 기술사 단골 주제이다. 압밀 원리와 연직배수공 병용 여부에 따라 답안의 깊이가 달라지므로 개념 정의와 필요성을 정확히 잡아야 한다.

출제 이력: 제114회 1교시 5번, 제101회 2교시 2번, 제93회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

선행재하공법은 구조물 축조 전에 성토 등으로 하중을 미리 가해 점성토의 압밀침하를 먼저 끝내고 지반 강도를 높이는 연약지반 개량공법이다.

• 선행재하(Preloading)
• 압밀침하
• 잔류침하
• 압밀도
• 여성토(Surcharge)
• 연직배수공
• 압밀시간
• 재하 기간

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 집을 짓기 전에 흙더미를 먼저 올려 놓고 지반이 가라앉을 만큼 가라앉게 두었다가 흙더미를 걷어 내고 집을 짓는 방법이다. 연약한 점성토는 하중을 받으면 간극수가 빠지면서 천천히 줄어드는데, 이 과정을 압밀이라 한다.

정식 정의는 다음과 같다. 구조물 하중과 같거나 그 이상의 하중을 공사 전에 재하하여 압밀침하를 촉진하고, 공사 후 발생할 잔류침하를 제거하며, 압밀에 따른 강도 증가로 기초지반의 전단파괴를 막는 공법이다.

원리는 유효응력 증가에 따른 간극수압 소산이다. 재하 직후에는 과잉간극수압이 생기고, 배수가 진행되며 과잉간극수압이 줄어들면서 유효응력이 커지고 침하가 진행된다. 압밀시간은 배수거리의 제곱에 비례하므로, 배수거리가 긴 두꺼운 점토층에서는 연직배수공을 병용하여 배수경로를 짧게 만든다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 재하(Loading): 성토 또는 재하중을 가하는 행위이다.
• 압밀도(Degree of Consolidation): 시간 경과에 따라 완료된 압밀침하의 비율이다. 목표 압밀도에 도달할 때까지 방치한다고 설명한다.
• 여성토(Surcharge): 설계 성토고보다 높게 쌓는 추가 하중이다. 여성토 공법이라고도 부른다.

3. 등장 배경과 필요성

국내 서해안과 남해안에는 두꺼운 정규압밀 점토층과 유기질토층이 넓게 분포한다. 이 지역에 도로 제방, 흙댐, 대형 건축물을 축조하면 큰 압밀침하가 예상되므로, 시공 후 침하 문제를 미리 제거할 방법이 필요하다.

준공 후 발생하는 부등침하는 구조물 균열, 배수 불량, 포장 파손 같은 유지관리 문제로 이어진다. 선행재하는 이러한 잔류침하를 준공 전에 소진시키는 방법이므로 구조물 사용성 확보에 직접 기여한다.

또한 연약지반에 성토를 바로 시공하면 지지력 부족으로 원호활동 파괴가 일어날 수 있다. 재하에 따른 압밀로 점성토 강도가 증가하면 이 전단파괴 위험을 낮출 수 있다. 그러나 압밀 완료를 기다려야 하므로 공기가 길어지는 것이 단점이다. 이 상충 관계 때문에 선행재하는 공기 여유가 있는 현장에서 선택된다.

선행재하가 필요한 경우는 다음과 같다.

• 정규압밀 점토층이 한정된 깊이까지 분포할 때
• 대형 건물, 도로 제방, 흙댐 축조로 큰 압밀침하가 예상될 때
• 구조물 허용 잔류침하가 작아 준공 후 침하를 허용하기 어려울 때