토목기사 기초공학과 지반개량 개념 정리
중요도 ★★★★☆ · 25% (추정)
개요
이 단원은 구조물의 하중을 지반에 전달하는 기초의 형식과 지지력, 침하, 그리고 약한 지반을 개량하는 공법을 배웁니다. 얕은기초 지지력 공식과 말뚝, 지반개량 공법의 이름과 원리가 자주 나옵니다.
얕은기초의 극한지지력은 테르자기 공식으로 구하며 점착력 항, 근입깊이(상재하중) 항, 흙 무게 항을 더한 값입니다. 기초 모양에 따라 형상계수가 달라지는데, 정사각형 기초는 점착력 항에 1.3, 흙 무게 항에 0.4 를 곱합니다.
말뚝의 지지력은 정역학적 공식이나 항타할 때 관입량으로 구하는 동역학적 공식으로 추정합니다. 말뚝 주변 지반이 말뚝보다 더 많이 가라앉으면 말뚝을 아래로 끌어내리는 부마찰력이 생깁니다. 말뚝을 무리로 박으면 한 개씩일 때의 합보다 지지력이 작아질 수 있어 군말뚝 효율을 따집니다.
연약한 점토 지반은 미리 흙을 쌓아 압밀시키는 프리로딩, 모래 기둥이나 배수재로 배수거리를 줄이는 연직배수 공법으로 개량합니다. 느슨한 모래 지반은 진동이나 다짐으로 촘촘하게 만드는 바이브로플로테이션, 동다짐 같은 공법을 씁니다.
핵심 개념
테르자기 지지력 공식
극한지지력 qu = α·c·Nc + γ·Df·Nq + β·γ·B·Nγ 입니다. 띠기초는 α = 1.0, β = 0.5 이고, 정사각형 기초는 α = 1.3, β = 0.4 입니다.
외우는 요령점착력 항 + 근입 항 + 흙 무게 항.
부마찰력
말뚝 둘레 지반이 말뚝보다 더 많이 침하해 말뚝을 아래로 끌어내리는 마찰력입니다. 연약 점토 위에 성토했거나 지하수위가 내려갈 때 생깁니다.
외우는 요령주변 흙이 더 내려가면 말뚝을 잡아당긴다.
말뚝 지지력 공식
정역학적 공식은 선단저항과 주면마찰력을 흙의 성질로 계산하고, 동역학적 공식(힐리, 엔지니어링 뉴스 등)은 해머 에너지와 타격당 관입량으로 추정합니다.
외우는 요령흙 성질로 계산 = 정역학, 항타 기록 = 동역학.
연직배수 공법
샌드드레인, 팩드레인, 플라스틱 보드 드레인처럼 점토층에 배수 통로를 박아 배수거리를 줄여 압밀을 빠르게 하는 공법입니다. 대개 프리로딩과 함께 씁니다.
외우는 요령배수거리를 줄여 압밀시간을 줄인다.
사질토 개량 공법
느슨한 모래 지반은 바이브로플로테이션, 다짐모래말뚝, 동다짐처럼 진동·충격으로 밀도를 높여 개량합니다. 지진 때 액상화를 막는 효과도 있습니다.
외우는 요령모래는 흔들고 때려서 다진다.
자주 나오는 포인트
- 테르자기 공식의 세 항과 형상계수를 기억하세요.
- 점성토 개량(프리로딩·연직배수)과 사질토 개량(진동·다짐) 공법을 구분하는 문제가 자주 나옵니다.
- 부마찰력이 생기는 조건을 묻습니다.
- 군말뚝은 지지력이 단말뚝 합보다 작아질 수 있습니다.
헷갈리는 것 비교: 지반 종류별 대표 개량 공법
| 지반 | 원리 | 대표 공법 |
|---|---|---|
| 연약 점토 | 물을 빼서 압밀 | 프리로딩, 샌드드레인, 보드 드레인 |
| 느슨한 모래 | 진동·충격으로 밀도 증가 | 바이브로플로테이션, 다짐모래말뚝, 동다짐 |
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 포화 점토 지반(점착력 30kPa, φ = 0, 단위중량 18kN/m³)에 근입깊이 1.5m 인 연속기초가 있다. 테르자기 공식으로 구한 극한지지력은? (단, φ = 0 일 때 Nc = 5.7, Nq = 1.0, Nγ = 0)
- ① 171kPa
- ② 181.2kPa
- ③ 249.3kPa
- ④ 198kPa
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ④ 198kPa
핵심: 테르자기 연속기초 qu = c·Nc + q·Nq + ½·γ·B·Nγ
테르자기 극한지지력 식은 점착력 항, 상재하중 항, 흙 무게 항의 합입니다.
- 점착력 항: 30 × 5.7 = 171kPa
- 상재하중 항: q = 18 × 1.5 = 27kPa, 27 × 1.0 = 27kPa
- 흙 무게 항: Nγ = 0 이므로 0
- qu = 171 + 27 + 0 = 198kPa
- 검산: 연속기초이므로 형상계수는 모두 1 입니다.
틀린 선지
- 171kPa: 상재하중(근입 흙 무게) 항을 빠뜨린 값입니다.
- 181.2kPa: Nc 에 다른 이론의 값 5.14 를 쓴 값입니다.
- 249.3kPa: 정사각형 기초의 형상계수 1.3 을 적용한 값입니다.
문제 2. 테르자기(Terzaghi)가 얕은기초로 본 조건은? (Df: 근입깊이, B: 기초 폭)
- ① Df / B ≥ 4
- ② Df / B ≤ 1
- ③ Df / B ≥ 10
- ④ Df / B = 0 일 때만
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ② Df / B ≤ 1
핵심: 얕은기초: 근입깊이가 기초 폭 이하 (Df/B ≤ 1)
기초는 근입깊이(지표에서 기초 바닥까지 깊이)와 기초 폭의 비로 나눕니다.
- 얕은기초(직접기초): Df/B ≤ 1 → 확대기초, 전면기초 등
- 깊은기초: 그보다 깊게 들어가는 말뚝기초, 케이슨기초 등
- 얕은기초는 기초 바닥 아래 지반의 지지력으로 하중을 받칩니다.
틀린 선지
- Df / B ≥ 4: 깊은기초 쪽에 해당하는 조건입니다.
- Df / B ≥ 10: 말뚝처럼 아주 깊은 기초에 해당하는 조건입니다.
- Df / B = 0 일 때만: 지표에 바로 놓인 경우만 말하는 것으로, 얕은기초 범위가 너무 좁습니다.
문제 3. 말뚝 주변의 연약층이 말뚝보다 더 많이 침하하여 말뚝을 아래로 끌어내리는 힘을 무엇이라 하는가?
- ① 정주면마찰력
- ② 선단지지력
- ③ 수동토압
- ④ 부주면마찰력
▼ 정답과 해설 보기▲ 정답과 해설 접기
정답: ④ 부주면마찰력
핵심: 부주면마찰력: 주변 흙이 더 침하 → 말뚝을 아래로 끄는 하중
보통은 흙이 말뚝을 위로 붙잡아 주는 마찰력(정주면마찰력)이 지지력이 됩니다.
- 연약 점토층이 압밀 등으로 말뚝보다 더 많이 내려가면 마찰력 방향이 아래로 바뀝니다.
- 이것이 부주면마찰력이며, 말뚝에 하중을 더하는 효과가 있습니다.
- 매립지·성토 지반에서 특히 주의합니다.
틀린 선지
- 정주면마찰력: 말뚝을 위로 받쳐 주는(지지력이 되는) 주면마찰력입니다.
- 선단지지력: 말뚝 끝(선단)이 단단한 층을 누르며 받는 지지력입니다.
- 수동토압: 벽이 흙 쪽으로 밀려 들어갈 때 흙이 버티는 토압입니다.
AI 작성 · 검수 완료 · AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.