이암 성토재료

왜 배우는가: 이암은 제3기 퇴적층에 넓게 분포해 성토·매립 재료로 자주 검토되지만, 함수비 변화에 따른 강도 저하와 풍화·팽창 특성 때문에 시공 중 문제가 반복된다. 그래서 토질 시험에서 이암 성토재료의 문제점과 활용 조건을 묻는 문제가 계속 나온다.

출제 이력: 제122회 2교시 6번, 제94회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

이암 성토재료는 주로 점토로 이루어진 세립질 퇴적암인 이암을 깨거나 풍화시켜 흙처럼 다루어 제방·성토·매립에 쓰는 재료를 말한다.

이암은 세립질 퇴적암으로 함수비 변화에 따라 강도와 체적이 크게 변하므로 성토재료로 쓰려면 풍화·함수비·다짐 조건을 먼저 검토해야 한다.

핵심 키워드

• 이암(mudstone)
• 풍화이암(weathered mudstone)
• 팽창성·붕괴성
• 함수비 관리
• 다짐도(relative compaction)
• 세립분 함유율
• 장기 침하

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 이암은 진흙이 굳어 만들어진 돌이다. 물을 만나면 다시 흐물거리고, 마르면 갈라지는 성질이 있다. 그래서 흙과 돌의 중간 성질을 가진 재료로 보는 것이 맞다.

정식 정의에서 이암은 점토와 실트 크기 입자가 주가 되고 층리가 뚜렷하지 않은 퇴적암이다. 점토암·실트암·혈암의 총칭으로 쓰기도 한다. 색은 붉은색, 회색, 녹색 등으로 나타나며 광물 조성과 퇴적 환경에 따라 달라진다.

성토재료로서의 핵심 용어는 다음과 같다.

풍화이암은 지표 가까이에서 물리·화학적 풍화를 받아 강도가 떨어지고 흙에 가까워진 이암이다. 공학적으로는 원지반 이암보다 함수비에 민감하고 다짐 후에도 시간이 지나며 강도가 변할 수 있다.

붕괴성은 건조와 습윤을 반복하거나 물에 잠기면 입자 결합이 약해져 체적이 줄고 강도가 급격히 떨어지는 성질이다. 이암에서는 얇은 층리면을 따라 이 현상이 두드러진다.

팽창성은 점토광물이 물을 흡수해 부피가 늘어나는 성질이다. 이암 내 스멕타이트 계열 광물이 많으면 팽창 압력이 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

국내에서는 제3기 이암층이 넓게 분포하는 지역이 있다. 포항 일대의 이암지반이 대표적인 예다. 이런 지역에서는 도로·택지·산업단지 조성 시 굴착토 대신 현지 이암을 성토재료로 쓰려는 경우가 많다. 골재와 양질토의 확보가 어렵고 운반비가 높을 때 이 방식이 경제적이다.

그러나 이암은 토질 재료로서 불균질하다. 같은 현장에서도 풍화 정도와 입도가 다르고, 함수비에 따라 다짐 특성이 크게 달라진다. 따라서 이암을 성토재료로 쓰는 필요성은 자원 활용과 비용 절감에 있지만, 그 전제로 재료 특성 평가와 시공 관리 기준이 반드시 따라야 한다.

이 때문에 이암 성토는 단순히 흙처럼 쌓는 문제가 아니라, 재료 분류, 다짐 관리, 배수 대책, 장기 침하 검토를 함께 묻는 주제로 시험에 나온다.

4. 구성요소·원리·절차

이암 성토재료는 흙 재료로서 물리적 상태와 함수비 변화에 따라 강도와 체적이 크게 달라진다. 따라서 성토 재료로 쓰려면 암석 자체의 강도보다 풍화 정도, 점토 함유량, 함수비, 다짐 후 거동을 나누어 보아야 한다. 이암은 주로 점토와 실트로 이루어진 세립질 퇴적암이므로, 현장에서는 토사화된 흙 재료로 취급하는 경우가 많다.

이암 성토재료의 구성요소를 정리하면 다음과 같다.

이암을 다짐 재료로 쓸 때 핵심 원리는 함수비와 다짐 에너지의 관계다. 다짐곡선은 함수비가 낮은 쪽에서 건조단위중량이 증가하다가 최적함수비에서 최대값을 가진 뒤 감소한다. 이암은 점토 함량이 많아 다짐곡선이 완만하고 최대건조단위중량이 낮게 나타나는 경향이 있다. 점토에 물이 들어가면 흡수에 따라 연화되어 강도가 떨어지므로, 최적함수비 근처에서 다짐 관리를 해야 한다.

이암 성토의 절차는 다음과 같다.

• 현장 시료 채취 후 함수비, 입도, 액성·소성한계를 시험한다.
• 다짐시험(표준 또는 수정 다짐)으로 최적함수비와 최대건조단위중량을 구한다.
• 시험성토를 실시하여 포설 두께, 다짐 횟수, 함수비 범위를 정한다.
• 본 성토에서 다짐도와 함수비를 관리하고 침하계로 잔류 침하를 확인한다.
• 연화 방지를 위해 배수층과 사면 보호를 설치한다.

이암 성토에서 다짐도와 함수비 관리는 가장 중요한 두 관리 항목이다. 함수비가 최적함수비보다 높으면 다짐 후에도 공극이 남고, 시간이 지나 간극수압이 소산되면서 침하가 이어진다. 이 점을 답안에 반드시 쓴다.

이암 성토는 함수비와 풍화 정도를 기준으로 다짐과 배수를 함께 설계한다

5. 관련 법령·기준·표준

이암을 성토재료로 쓸 때 적용하는 기준은 도로·철도·택지 등 사업 종류에 따라 다르다. 일반적으로 토공 시방과 흙의 다짐 시험 기준이 적용된다. 흙 재료의 분류는 통일분류법(USCS) 을 함께 쓰며, 다짐 기준은 표준 다짐시험과 수정 다짐시험으로 확인한다. 성토 다짐의 품질 기준은 보통 최대건조단위중량의 일정 비율 이상으로 정하며, 이 비율은 발주처 시방서 값을 따른다.

이암 성토에 관련된 기준 값을 표로 정리하면 다음과 같다.

위 표의 값은 설계 기준과 발주처 시방에 따라 달라질 수 있으므로, 실제 적용 때는 해당 시방서의 값을 우선한다. 개정 연혁은 토공 관련 기준이 정기적으로 바뀌므로 최신 시방을 기준으로 삼는다. 사면 안정과 침하 관리는 별도의 설계기준과 함께 검토한다.

6. 유형과 비교

이암 성토재료는 풍화 정도, 함수비, 입도 조성, 점토광물 종류에 따라 거동이 크게 달라진다. 실무에서는 아래 두 가지 기준으로 나누어 판단한다.