동상(凍上, Frost Heave)

동상의 정의

동상은 겨울철 지반이 얼면서 지표면이 위로 부풀어 오르는 현상이다.

동결 깊이 이하 지반의 간극수가 얼어 얼음렌즈가 자라는 것이 핵심이다.

기초 설계와 포장 설계, 토질 시험의 기본 개념이라 반복 출제된다.

동상 3요소

동상은 세 요소가 동시에 갖춰질 때 일어난다.

첫째는 실트질 흙 같은 동상성 흙이다.

둘째는 아래에서 위로 공급되는 지하수다.

셋째는 지표에서 0도 선이 내려가는 동결 온도다.

세 요소 중 하나라도 빠지면 동상은 줄거나 사라진다.

동상이 일어나는 과정

지표 기온이 0도 이하로 내려가면 동결선이 땅속으로 진행한다.

동결면 아래 흙에서는 모세관 작용으로 물이 위로 빨려 올라온다.

그 물이 동결면에서 얼어 얼음렌즈가 층층이 두꺼워지고, 지표가 융기한다.

봄철 해빙 때 얼음이 녹으면 지반이 연약해져 침하와 균열이 생긴다.

물이 얼며 부피가 약 9% 늘어나는 것만으로는 설명이 부족하다.

흙의 종류와 동상 민감도

흙의 종류에 따라 동상의 크기와 대책이 달라진다.

실트질 흙은 입자가 작아 모세관 상승이 활발하고 물을 충분히 전달한다.

점토는 입자가 치밀해서 물이 동결면까지 잘 공급되지 않는다.

자갈은 공극이 커서 모세관 작용이 끊겨 동상이 거의 없다.

동상 민감도가 가장 큰 흙을 직접 골라 보자.

동상 방지 대책

정답은 실트질 흙이다. 실트질 흙을 조립토로 치환하는 것이 가장 직접적이다.

치환공법은 확실하지만 비용이 크고, 단열공법은 간편하지만 단열재 열화에 따라 효과가 달라진다.

안정처리공법은 현장 흙을 그대로 쓸 수 있지만 혼합 품질 관리가 핵심이다.

배수공법은 지하수위를 낮춰 물 공급을 차단한다.

그래서 실무에서는 두 가지 이상의 공법을 조합하는 것이 일반적이다.

정리

기초는 동결심도 이하에 근입하는 것이 기본 원칙이다.

동결심도는 지표에서 0도 선까지의 깊이이고, 동결지수는 영하 온도의 누적값이다.

답안에서는 체적 팽창만으로 설명하지 말고 얼음렌즈와 모세관 공급을 함께 쓴다.

동상 3요소와 방지 대책을 원리로 묶어 쓰면 된다.