흙막이 굴착 주변영향 및 대책

왜 배우는가: 흙막이 굴착은 주변 지반침하와 인접구조물 손상을 동반하므로 도심지 공사의 안전과 공사비를 좌우한다. 설계·시공·계측 관점에서 원인과 대책을 체계적으로 묻는 문항이 여러 교시에 걸쳐 반복 출제되므로, 개념의 뼈대를 먼저 잡아 두어야 한다.

출제 이력: 제132회 3교시 2번, 제112회 3교시 2번, 제104회 2교시 6번, 제98회 3교시 6번, 제95회 4교시 3번, 제91회 2교시 1번, 제90회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

흙막이 굴착 주변영향은 지반굴착에 따라 흙막이벽과 주변지반이 변위·침하하여 인접 구조물과 지하수·지반 환경에 미치는 피해를 말하며, 이를 억제하는 설계·시공·계측 대책을 함께 다룬다.

키워드

• 지반침하
• 히빙(Heaving)
• 보일링(Boiling)
• 흙막이벽 변위
• 지하수위 저하
• 근접시공
• 진동 영향

2. 개념 풀이

쉬운 말로 말하면, 땅을 파면 주변 흙이 파인 쪽으로 밀려들고 물도 빠져나가서 옆 건물이 기울거나 갈라지는 문제가 생긴다. 이 문제를 줄이는 방법을 모두 묶어 흙막이 굴착 주변영향 및 대책이라 부른다.

정식 정의는 다음과 같다. 흙막이 공은 터파기 중 토압과 수압에 저항하고, 주변지반의 침하와 인접구조물의 피해를 막기 위해 설치하는 흙막이벽과 이를 지지하는 지보공의 체계다. 이 체계가 굴착에 따라 변형하면서 주변에 미치는 영향을 주변영향이라 한다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

지반침하는 흙막이벽의 변위와 굴착에 따른 지하수위 저하로 주변 흙이 압밀되어 내려앉는 현상이다. 침하량이 큰 것은 주로 연약한 점성토의 압밀이다.

히빙(Heaving)은 연약한 점토지반을 굴착할 때 흙막이 배면 흙의 중량이 굴착저면 이하 흙의 지지력보다 커서 저면이 부풀어 오르는 현상이다.

보일링(Boiling)은 사질토 지반에서 굴착저면과 흙막이벽 배면의 수두차로 침투수가 솟아오르며 흙입자가 함께 유출되는 현상이다. 흙의 유효응력이 0이 되면서 지지력이 상실된다.

흙막이벽 변위는 굴착에 따라 벽체가 굴착 쪽으로 휘는 변형이다. 벽체 변형이 커지면 배면 지반이 따라 내려앉아 주변 침하의 직접 원인이 된다.

3. 등장 배경과 필요성

도심지에서는 지하공간 활용이 늘어나면서 깊은 굴착이 많아졌다. 굴착 깊이가 깊어질수록 사면 굴착이 어려워 흙막이에 의한 개착공법이나 지하연속벽을 이용한 역타공법이 쓰인다. 이 과정에서 흙이 붕괴되지 않도록 흙막이를 설치하지만, 지반의 평형상태가 흐트러지는 것은 피할 수 없다.

시가지에서는 연약한 점성토 지반을 굴착하는 공사가 많아 주변 지반의 침하가 생기기 쉽다. 흙막이 공사에서 침하를 완전히 막는 효과적인 방법은 아직 없으므로, 침하를 최소한으로 억제하는 것이 현실적인 목표가 된다. 이 때문에 원인을 정확히 나누고 단계별로 대책을 세우는 능력이 요구된다.

흙막이 공사로 인한 침하 원인은 크게 네 가지로 정리된다. 첫째는 탈수에 의한 압밀침하, 둘째는 히빙이나 원호활동에 따른 지반의 돌아나옴, 셋째는 흙막이벽의 변형, 넷째는 강널말뚝 인발 등 시공 방법에 따른 침하다. 이 원인 분류는 4절의 원인별 대책과 직접 연결된다.