기초 침하: 산정 범위와 부등침하 대책

핵심 정리

기초 침하는 기초가 하중을 지반에 전달하면서 기초와 지반이 아래로 내려앉는 현상이다. 설계에서는 전체 침하량이 허용 범위 안에 드는지를 보는 동시에, 기둥이나 벽체 사이에 생기는 침하 차이인 부등침하가 구조물에 해로운 응력과 균열을 만들지 않는지를 함께 본다. 부등침하는 구조물에 추가적인 응력과 균열을 발생시킬 수 있으므로 전체 침하량과 별도로 관리한다.

얕은기초의 침하량은 즉시침하와 압밀침하를 포함하여 산정한다. 즉시침하는 하중을 가하는 동안 생기고, 압밀침하는 점성토의 간극수가 빠져나가면서 장기간에 걸쳐 생긴다 점이 다르다. 따라서 침하량을 즉시침하만으로 보면 장기 침하가 빠진다. 구조물 침하를 산정할 때 쌓기층이 있는 경우에는 쌓기층의 장기침하량을 고려하여야 한다. 또한 기초하중에 의해 영향깊이 안에 생기는 지중응력 증가량도 고려하여야 한다.

부등침하를 줄이는 대책은 건물의 형태와 무게에서 찾는다. 건축물을 경량화하면 부등침하 방지에 유리하다. 건축물의 평면 길이는 짧게 하는 것이 부등침하 방지 대책이다. 평면 길이를 길게 두는 방향은 대책과 반대다.

기초 구조 쪽에서는 지하실을 건물 전체에 균등하게 설치하면 침하를 줄이는 데 유리하다. 지중보의 강성을 높이면 부등침하 저감에 유리하다. 다른 형태의 기초나 말뚝을 혼용한 건물은 부등침하의 우려가 있다. 기초 형식을 섞을 때는 침하 차이를 미리 검토한다.

기초 밑면은 동결선 아래에 두어야 동결에 의한 들림과 손상을 막을 수 있다. 과대한 침하를 피할 수 없을 때에는 신축조인트를 두거나 상부구조 강성을 높여 유해한 부등침하가 생기지 않도록 한다. 허용침하량은 지반조건, 기초형식, 상부구조 특성, 주위상황 등을 고려하여 유해한 부등침하가 생기지 않도록 정한다. 침하를 0으로 만드는 것은 불가능하므로 침하는 허용 범위 안에 두고 부등침하를 억제하는 방향으로 관리한다.

자세히

침하 성분과 산정 범위

침하량은 성격이 다른 두 성분으로 나누어 본다. 아래 표는 두 성분의 발생 시점과 산정 근거를 비교한 것이다.

쌓기층의 장기침하량과 지중응력 증가량은 앞의 두 성분과 함께 산정 범위를 이루는 별도 항목이다. 지중응력 증가량은 기초하중이 영향깊이 안에 만드는 응력 증분이므로, 기초의 크기와 깊이가 달라지면 같은 하중이라도 증가량의 분포가 달라진다. 세 항목 중 하나라도 빠지면 산정 범위가 좁아진다.

탄성침하 산정식의 변수

탄성침하 산정식은 지반의 탄성계수와 포아송비를 변수로 하는 식이다. 탄성계수는 탄성침하량을 결정하는 핵심 변수이고, 포아송비는 탄성침하 산정식에 포함되는 요소다. 장방형 기초의 탄성이론 즉시침하량 산정에는 기초의 재료강도가 필요하지 않다. 같은 장방형 기초의 탄성침하 산정식에는 기초의 장변 길이가 쓰인다.

근입 깊이가 있는 경우에는 근입 깊이에 따른 수정계수를 최종적으로 곱한다. 이 수정계수는 포아송비, 단변과 장변 길이, 근입 깊이의 함수로 나타난다. 연성기초는 모서리 침하, 중심부 침하, 평균 침하를 구분해서 구하고, 강성기초는 별도의 식을 쓴다. 모래 지반에서는 이 값이 전체 침하량이고, 포화 점토지반에서는 즉시침하량을 의미한다.

압밀침하와 즉시침하의 산정 방법 차이

두 방법은 입력값이 다르다. 즉시침하는 탄성이론에 따라 지반의 탄성계수와 포아송비를 설정하여 산정할 수 있다. 압밀침하는 압축지수와 간극비 변화로 산정하는 방법이다. 두 방법을 하나의 식으로 묶어 계산하는 것이 아니라, 성분마다 입력값을 따로 정한다는 점이 구분의 출발이다.