얕은기초 양압력

정의와 핵심

얕은기초 양압력은 지하수위 아래 기초 저면에 작용하는 상향 간극수압의 합력이다.

구조물을 들어 올리려는 힘이라서 지하층 공사에서 검토가 필요하다.

얕은기초는 자중이 작아서 지하수위 아래에 놓이면 쉽게 들뜬다.

양압력의 원리

지하수위 아래에서는 흙 틈의 물이 기초 저면을 위로 밀어 올린다.

저면 수압은 u = γw·h 로 구하며 γw는 약 9.81kN/m³이다.

저면 면적 A를 곱하면 전체 양압력 합력 U = u·A가 된다.

수두가 두 배가 되면 양압력도 두 배가 되므로 지하수위 높이에 비례한다.

안전율 판정

예제로 저면 10m × 10m, 수위 차 2.0m인 기초를 가정해 본다.

양압력 합력은 1,962kN이고, 자중과 상부 흙 중량을 더한 저항 중량은 1,800kN이다.

안전율 Fs = W/U 는 1,800 ÷ 1,962 ≈ 0.92로 1보다 작다.

이 경우 기초가 떠오를 수 있다. 저항 중량이 양압력을 받쳐 내지 못하기 때문이다.

헷갈리는 점

첫째, 설계 수위는 평균 수위가 아니라 우기 최고 수위를 기준으로 잡는다.

둘째, 저항 중량에는 구조물 자중과 상부 흙 중량을 함께 넣어야 한다.

셋째, 배수 공법은 펌프가 멈추면 수압이 다시 오르므로 정전 대비가 필요하다.

직접 풀어 보기

방금 본 저면 수압 계산을 그대로 적용하는 문제다.

정답은 u = 9.81 × 2.0 = 19.62kPa이다. 수두가 두 배면 수압도 두 배가 된다.

정리

정리하면 양압력은 지하수위 아래 기초 저면을 위로 미는 간극수압의 합력이다.

저면 수압 u와 합력 U를 구하고, 저항 중량 W와 비교해 안전율 Fs로 판정한다.

안전율이 부족하면 배수, 차수, 중량 증가, 앵커 공법 가운데 대책을 고른다.