확대기초 파괴형태

정의와 파괴형태

확대기초는 상부 하중을 넓은 저판으로 받아 지반에 전달하는 얕은기초다.

하중이 커지면 흙이 전단저항을 잃고 지지력을 상실하며 파괴된다.

파괴형태는 전반전단, 국부전단, 관입전단 세 가지로 나뉜다.

시험에서는 세 형태를 구분해 서술하는 문항이 반복해서 출제된다.

하중 전달과 응력구

기둥의 집중하중은 넓은 기초판을 거쳐 지반으로 퍼져 나간다.

접지압 q 는 연직하중 P 를 기초 면적 B×L 로 나눈 값이다.

하중이 커지면 기초 아래에 응력구가 생기고 소성영역이 발달한다.

응력구는 수평으로 기초 폭의 약 2배, 수직으로 약 3배까지 퍼진다.

세 가지 파괴형태

세 파괴형태는 파괴면이 얼마나 넓게 발달하는지, 지표가 융기하는지로 가른다.

파괴면이 지표까지 이어지면 전반전단파괴다. 기초 주변이 뚜렷하게 융기한다.

국부전단파괴는 파괴면이 지표에 닿지 못하고, 침하가 커지며 융기는 제한적이다.

관입전단파괴는 기초 바로 아래에서 흙이 전단되어 융기 없이 관입된다.

대표 지반은 전반이 조밀 모래·단단점토, 국부가 중간 조밀도, 관입이 느슨 모래·연약점토다.

지반 조건별 판정

지반 조건에 따라 파괴형태를 예비로 판정한다.

조밀한 모래나 단단한 점토는 전반전단파괴 경향이 강하다.

중간 조밀도 지반이나 중간 강도 점토에서는 국부전단파괴가 일어난다.

느슨한 모래나 연약 점토에서는 관입전단파괴 경향이 나타난다.

실무에서는 이 예비 판정 뒤에 지지력식의 계수를 조정해 검토한다.

계산 예제와 판정

폭 2.0 m, 근입깊이 1.5 m인 정사각형 확대기초를 예로 든다.

모래 지반이므로 점착력 항 c 는 0이다. 나머지 두 항만 남는다.

근입 상재압 q 는 γD_f 이며, 17 곱하기 1.5 로 25.5 kN/m²이다.

단위는 kN/m²이고, 극한 지지력 q_u 를 안전율로 나누면 허용 지지력이 된다.

국부전단파괴가 예상되면 c′, tan φ′ 로 낮춰 다시 계산한다.

느슨한 모래 위 기초가 어떤 파괴를 보이는지 직접 풀어 보자.

정리

앞서 낸 문제의 정답은 관입전단파괴다.

세 파괴형태는 파괴면 범위, 지표 융기, 대상 지반으로 구분한다.

실무에서는 지반개량과 기초 치수 조정, 침하 검토를 함께 한다.

답안에는 지지력과 침하를 함께 검토하는 결론을 적어 마무리한다.