3.0m는 허용 수위차가 아니라 검토방법을 구분하는 기준이다
KDS 21 30 00은 굴착깊이가 얕거나 수위차가 3.0m 미만이면 유선망 해석과 Terzaghi 간편식 또는 한계동수경사를 고려한 방법으로 각각 검토하고, 모든 결과가 기준을 만족하도록 정한다. 따라서 내·외부 수위차가 2.9m라는 사실만으로 안전하다고 판정할 수 없다. 벽체 하단을 돌아 굴착저면으로 상승하는 침투경로가 짧으면 작은 수두차에서도 출구동수경사가 커질 수 있다.
굴착이 깊거나 다층지반이면 투수계수에 따라 침투수압이 달라지는 침투해석을 수행한다. 얇은 모래층이나 자갈층이 연결돼 있거나 피압수두가 존재하면 평균 투수계수 하나로 층을 합치지 않는다. 3.0m 기준은 계산을 생략하는 문턱이 아니라 단순 검토와 침투해석 중 어느 수준의 모델이 필요한지 정하는 출발점이다.
| 판단항목 | 기준 | 적용조건 | 남길 자료 |
|---|---|---|---|
| 검토방법 | 수위차 3.0m 미만 | 유선망과 간편식·한계동수경사 방법을 비교해 모두 만족 | 내·외부 수위와 침투경로 |
| 상세해석 | 깊은 굴착·다층지반 | 층별 투수계수와 침투수압 변화를 반영 | 지층단면·투수시험·수리경계 |
| 보일링 안전율 | 단기 1.5 | 굴착시점부터 2년 미만인 가설조건의 사질토 | 적용기간과 단계별 계산서 |
| 보일링 안전율 | 장기 2.0 | 영구 또는 장기조건의 사질토 | 영구 배수·차수조건 |
동수경사와 한계동수경사로 여유를 계산한다
보일링은 상향 침투력이 사질토의 수중중량에 가까워지면서 유효응력이 감소하는 현상이다. 검토 동수경사 i는 수두차 Δh를 해당 침투구간 길이 L로 나누고, 한계동수경사 i_cr은 토립자 비중 G_s와 간극비 e로 산정할 수 있다. 안전율은 i_cr/i로 비교한다. 다만 L을 벽체 근입깊이와 기하학적으로 같다고 두기보다 유선망이나 침투해석에서 굴착저면의 지배 유선과 출구구배를 확인해야 한다.
계산 예시로 G_s=2.65, e=0.70, Δh=3.0m, L=6.0m를 가정하면 i_cr은 약 0.97, i는 0.50, 안전율은 약 1.94가 된다. 이 값은 단기 기준 1.5는 넘지만 장기 기준 2.0에는 미달한다. 예시의 지반값과 경로길이는 설명용이며, 실제 판정에는 현장시험으로 확인한 비중·간극비와 해석에서 얻은 수두분포를 사용해야 한다.
- Δh검토구간의 전수두 차(m)
- L지배 침투구간 길이(m)
- G_s토립자 비중, e: 간극비
- i검토 동수경사, i_cr: 한계동수경사
산정 예설명 예시: G_s=2.65, e=0.70, Δh=3.0m, L=6.0m이면 F_s≈1.94
적용 근거KDS 64 11 00 지반의 한계동수경사 관계와 KDS 21 30 00 가설흙막이 설계기준의 보일링 안전율을 함께 적용필요자료는 수위·지층·벽체·배수조건을 같은 단면에서 검토한다
계산 전에는 굴착 외부 자연수위와 내부 관리수위, 피압대수층 수두, 벽체 근입깊이, 굴착단계별 저면표고를 같은 기준고로 맞춘다. 지층별 입도, 비중, 간극비 또는 수중단위중량, 수평·연직 투수계수와 시험방법도 함께 남긴다. 관측일이 다른 수위를 한 단면에 섞거나, 양수 중 측정값을 자연수위로 쓰면 Δh와 초기 간극수압이 동시에 왜곡된다.
간편식의 안전율만 맞추지 말고 벽체 근입 안정과 굴착저면의 국부 출구구배를 별도로 확인한다. KDS 21 30 00의 근입깊이 안정 안전율 1.2는 수동·주동토압 모멘트비에 관한 기준이므로 보일링 안전율 1.5 또는 2.0을 대신하지 않는다. 침투수압이 구조해석에 입력됐다면 수리모델과 구조모델의 굴착단계, 배수조건, 지층경계도 일치시킨다.
근입·양수·굴착순서가 바뀌면 출구구배부터 다시 계산한다
현장에서 벽체 근입이 짧아지거나 굴착저면이 낮아지고, 집수정 위치·펌프 운전수위·차수보강 범위가 바뀌면 기존 안전율을 그대로 인용할 수 없다. 변경된 단면에서 내·외부 수두차를 다시 산정하고 지배 침투경로를 다시 설정한 뒤, 각 굴착단계의 최대 출구구배와 보일링 안전율을 비교한다. 우기나 장기 공사중단처럼 외부수위가 달라지는 경우도 별도 조건으로 나눠 검토한다.
현장 확인은 탁수, 모래 유출, 저면 융기만 기다리는 방식이 아니다. 관측정 수위, 집수정 양수량과 벽체 이음부 유입 위치를 같은 시간축으로 정리하고 설계 예측과 차이가 커지는 시점을 찾는다. 조치 후에는 수위만 회복됐는지 보지 말고 침투경로와 굴착저면의 유효응력 여유가 다시 확보됐는지 계산서·계측관리기준·공정표에서 함께 확인한다.