계측(measurement) 관리
- 굴착공사 시 설계, 시공의 오류를 보완하기위해 흙막이 벽체의 변위, 토압 및 수압의 변화, 지하수위의 변화, 버팀대 및 어스앵커의 축력, 인접 지반의 침하 등의 거동을 측정하는 행위를 말합니다.
건설공사에서 계측관리의 역할과 목적, 필요성에 대해 설명하고, 표준시방서에 따른 지하굴착공사 계측관리 기준, 그리고 흙막이 공사에서의 계측기기의 종류 및 설치목적, 설치시기, 설치위치, 측정빈도 등에 관하여 표준시방서 및 기술지침에 의거하여 작성하였으니 편하게 일독해보시기 바랍니다.
계측관리의 필요성
설계 시 가정한 지반조건과 토질정수가 실제 현장 조건과 정확히 일치하기는 어려우며, 상식적으로 생각해봐도 설계 단계에서 시공 과정에서 발생 가능한 모든 지반 조건 및 기존 구조물의 정확한 구동을 예측하는 것은 불가능합니다.
때문에 공사 중 사고를 방지하기 위해서는 설계 및 시공방법 등의 수정과 보완이 필요한데, 그 주요 근거자료는 계측값입니다. 계측자료를 통해 시공 중 굴착 공사의 안전성을 지속적으로 확인할 수 있으며, 관리기준치나 계측값을 활용하여 굴착공사 현장의 지반상태 등의 변화에 대하여 사전대책을 수립하여 안전성을 확보할 수 있습니다.
계측관리의 역할 및 목적
건설공사에서 계측의 가장 중요한 역할은 안전한 시공관리이며, 설계사항을 검증하는 역할을 가져야 합니다.
- 설계는 제한된 지반조사를 통해 구해진 지층 구성 및 지반 정수를 현장의 대표값으로 적용하여 안전성이 확보되는 대표 단면을 구성한 것에 불과하기 때문에 실제 굴착 과정에서 지층 구성, 지반 정수, 불균질한 지반 상태, 시공 현황 등 현장의 특징을 모두 반영하여 나타나는 계측 결과를 분석하여 안전성을 재평가하고 필요 시 보강 대책을 수립해야 합니다.
- 설계에서 제시한 부재의 길이, 단면의 규격 등에 대한 적정성 등 계측결과와 비교 분석 평가되어야 합니다.
계측관리 기준
(표준시방서) 계측관리 현행 기준
- 관련근거 : 국토부 표준시방서 KCS 11 10 15 : 시공중 지반계측 (10.3.11 계측관리 기준)
(1) 계측관리 기준은 지반의 거동상태, 가시설과 토압의 역학적인 조건, 인접구조물의 안전한계 등에 의하여 결정되므로 기준적인 수치를 명확히 제시하기 어렵기 때문에 현장 여건을 고려하여 결정하여야 한다.
(2) 응력계측기인 경우 계측기 설치 시점의 하중상태를 고려한 구조해석 및 실내시험을 수행하여 관리기준치를 결정하여야 한다.
(3) 각종 변위계, 균열계, 지하수위계 등의 경우에는 초기치 확인 후 계측관리 기준을 설정하며, 초기치 설정 방법을 구체적으로 제시하여야 한다.
(4) 지중수평변위계의 관리 기준은 다음 값을 참고하여 결정할 수 있다.
① 내부경사계는 흙막이벽의 강성, 굴착지반의 특성, 굴착심도, 지지구조 및 지하수에 대한 대책방법에 따라 흙막이벽의 변형정도를 고려하여 허용치를 정하여야 한다.
② 최대변위량은 흙막이벽의 강성 및 굴착심도(H)를 기준으로 설정하는 것이 가장 용이한 방법이다. 일반적으로 최대 허용변위량은 아래와 같이 정하는 것이 바람직하다.
가. 강성 흙막이벽 (t≥60 ㎝인 콘크리트 연속벽): 0.002 H (H: 굴착심도)
나. 보통 흙막이벽 (t≒40 ㎝ 정도인 콘크리트 연속벽): 0.0025 H (H: 굴착심도)
다. 연성 흙막이벽 (H-Pile과 흙막이판 설치하는 흙막이벽): 0.003 H (H: 굴착심도)
③ 인접지반의 균열방지를 위한 일자별 최대 변위변화량은 아래와 같이 허용기준을 정하도록 한다.
가. δ ≤ 2 ㎜ (7일간): 안전측
나. 2 ㎜ < δ ≤ 4 ㎜ (7일간): 주의 요망
다. 4 ㎜ < δ ≤ 10 ㎜ (7일간): 특별관리 요망
라. 10 ㎜ < δ (7일간): 시급한 대책 요망
④ 암반의 미끄러움이나 지반앵커 정착부 이완 등을 점검하기 위한 일자별 이상변위량 기준은 아래와 같다.
가. δ ≤ 1 ㎜ (1일간): 안전측
나. 1 ㎜ < δ ≤ 2 ㎜ (1일간): 주의 요망
다. 2 ㎜ < δ ≤ 4 ㎜ (1일간): 특별관리 요망
라. 4 ㎜ < δ (1일간): 시급한 대책 요망
⑤ 현장 여건에 따라 위의 관리기준이 부적합하거나 계측기의 오차가 포함될 수 있으므로 계측은 꾸준히 실시토록 하고 관리기준치를 굴착단계에 따라 현장 여건에 맞게 보완토록 한다.
⑥ 벽체 변형은 설계 시의 추정치를 근거로 판단한다. (F<0.8 위험, 0.8≤F<1.2: 주의, 1.2≤F: 안정, F=설계시의 추정치 / 실측에 의한 변형량)
(5) 지하수위계의 관리 기준은 다음을 기준으로 결정할 수 있다.
① 관리기준의 설정은 설계 시보다는 현장 여건과 굴착상황에 따라 현장에서 설정하는 것을 기준으로 한다.
② 지하수의 급격한 하강 시에는 일단 굴착을 중지하고 차수벽의 이상 유무 및 배면 지반의 침하 정도를 확인하여야 한다. 이후, 원수위로 회복되거나 이상이 없을 시에 굴착공사를 재개토록 한다.
(6) 건물경사계의 관리기준은 구조물에 미치는 영향에 대한 각 변위의 한계와 구조물 기초의 종류에 따른 구조물의 손상한계를 기준으로 한다.
지중수평변위계의 최대변위량 관리기준(흙막이벽의 강성 및 굴착심도 기준)
| 구분(단위:m) | 강성벽체(단위:mm) | 보통강성벽체(단위:mm) | 연성벽체(단위:mm) |
| 굴착심도 H | 0.002×H | 0.0025×H | 0.003×H |
| 10 | 20 | 25 | 30 |
| 20 | 40 | 50 | 60 |
| 30 | 60 | 75 | 90 |
| 40 | 80 | 100 | 120 |
| ※ 벽체 변형은 설계 시의 추정치를 근거로 판단한다. (F<0.8 위험, 0.8≤F<1.2: 주의, 1.2≤F: 안정, F=설계시의 추정치 / 실측에 의한 변형량) |
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(기술지침) 계측관리 기준
- 관련근거 : KOSHA GUIDE C-103-2014 굴착공사 계측관리 기술지침
절대치 관리 기법
- 절대치 관리 기법이란 시공 전에 미리 설정한 관리기준치와 계측값을 비교, 검토하여 그 시점에서 공사의 안전성을 평가하는 방법을 말합니다.
계측관리 기준은 지질 조건, 단면의 크기 및 형상, 굴착 공법, 주변 구조물 및 환경조건 등에 따라 각각 달라지므로 일정한 기준을 적용하는 것은 곤란하나, 각종 이론식에 의한 기준치, 유사지질 및 단면에서의 계측결과를 토대로 한 경험적 기준치에 의하여 정해야 합니다.
절대치 관리 기법의 한 예는 설정된 절대 기준치에 대하여 1차 관리기준치를 부재의 허용응력일 경우와 벽체의 변형 및 배면 토압 등에 대하여 80∼100%로 정하고, 2차 관리기준치는 허용응력과 설계 변위로 규정지어 그 이상일 경우는 공사를 중지하고 흙막이 벽체의 전반적인 검토를 수행하는 것이다. 개략적인 1, 2차 관리기준 값의 예는 아래와 같습니다.
1,2차 관리기준 예
또 하나의 절대치 관리방법은 안전율의 개념을 도입한 것으로 사전에 각 항목별로 안전율을 설정하고 설계값과 계측값의 비와 안전율을 비교하여 공사의 안전성을 예측하는 방법이다. 아래표는 절대치관리방법의 예로 표에서 F1∼F5로 나타낸 지표는 안전율을 이용한 방법을 나타냅니다.
흙막이공사의 관리기준치 산정 예
계측 기기
계측기기의 종류와 정의
- 지중경사계(Inclinometer) : 지반 변위의 위치, 방향, 크기 및 속도를 계측하여 지반의 이완 영역 및 흙막이 구조물의 안전성을 계측하는기구를 말한다.
- 지하수위계(Water level meter) : 지하수위 변화를 계측하는 기구를 말한다.
- 간극수압계(Piezometer) : 굴착공사에 따른 간극수압의 변화를 측정하는 기구를 말한다
- 토압계(Soil pressure meter) : 주변지반의 하중으로 인한 토압 변화를 측정하는 기구를 말한다.
- 하중계(Load cell) : 스트럿(Strut) 또는 어스앵커(Earth anchor)등의 축 하중 변화를 측정하는 기구를 말한다.
- 변형률계(Strain gauge) : 흙막이 구조물 각 부재와 인접 구조물의 변형률을 측정하는 기구를 말한다.
- 건물경사계(Tiltmeter) : 인접한 구조물에 설치하여 구조물의 경사 및 변형상태를 측정하는 기구를 말한다.
- 지표침하계(Surface settlement system) : 지표면의 침하량을 측정하는 기구를 말한다.
- 층별침하계(Differential settlement system) : 지반의 각 지층별침하량을 측정하는 기구를 말한다.
- 균열계(Crack gauge) : 주변구조물 및 지반 등의 균열 발생 시에균열의 크기와 변화 상태를 정밀 측정하여 균열속도 등을 파악하는 기구를 말한다.
계측기 설치 위치 선정 기준
- 설계자 : 설계과정에서 가장 큰 힘을 받는 위치, 위험도가 높은 위치, 지반조건이 불리한 위치, 구조계산만으로 결정할 수 없는 위치, 주변 시설물의 현황(기초형태, 노후도, 근접도 등), 배면 산지현황 등 현장 굴착시 영향을 미칠 것으로 예상되는 위치를 선정
- 현장관계자 : 설계자의 의도가 현장의 실제 여건과 부합하는지 조정의 필요성 여부를 판단한 후 설치항목과 위치를 결정
계측기가 설치되는 위치는 흙막이 벽체 및 지반 거동 상황을 조기에 확인할 수 있어야 하며, 필요 시 현장 여건에 맞게 조정하여야 합니다.
특히, 지중경사계는 굴착 전 부터 시공 전과정을 확인할 수 있는 가장 중요한 계측기임을 인지하고 설계에서 제시하는 흙막이 벽체 근입심도의 적정성 등도 확인되어야 하므로 그 설치 심도는 반드시 흙막이 벽체 근입심도를 초과하여야 하고, 수평이동, 히빙, 가상 지지점 등을 충분히 고려하여 부동층이라고 판단되는 충분한 심도까지 설치되어 설계에서 제시한 흙막이벽체의 근입심도의 적정성을 평가할 수 있어야 합니다.
계측기 설치 위치 선정 시 고려사항
- 관련근거 : 굴착공사 계측관리 기술지침(산업안전보건공단
(1) 시공 중 안전성을 담보할 수 있도록 가능한 많은 위치를 선정하는 것이 바 람직하나, 합리적이고 경제적인 측면에서 흙막이 벽체와 배면지반의 거동을 대표할 수 있는 최소한의 측점이 포함되도록 다음 항목과 같은 원칙으로 계측 위치를 선정하여야 한다.
(가) 원위치 시험 등에 의해서 지반조건이 충분히 파악되어 있는 곳에 배치
(나) 흙막이구조물의 전체를 대표할 수 있는 곳에 배치
(다) 중요 구조물이 인접한 곳에 배치 (라) 주변구조물에 따라 선정된 계측항목에 대해서는 그 구조물의 위치를 중 심으로 계기를 배치
(마) 공사가 선행하는 위치에 배치
(바) 흙막이 구조물이나 지반에 특수한 조건이 있어서 공사에 영향을 미칠 것 으로 예상되는 곳에 배치
(사) 교통량이 많은 곳(단, 교통 흐름의 장해가 되지 않으며, 계측기 보호가 가능한 곳)에 배치
(아) 하천 주변 등 지하수가 많고, 수위의 변화가 심한 곳에 배치
(자) 가능한 한 시공에 따른 계측기의 훼손이 적은 곳에 배치
(차) 예측관리를 하는 경우, 필요한 항목의 계측치가 연속해서 얻어지도록 배치
(카) 연관된 계측항목에 따른 계기는 집중 배치
(타) 계기의 설치 및 배선을 확실히 할 수 있는 곳에 배치
측정 위치별 계측 기기의 종류와 측정 목적
흙막이 공사에서 계측 기기 항목 및 설치시기, 설치방법
| 구분 | 계측기 | 설치시기 | 설치위치 및 방법 | 굴착과정 반영 여부 |
| 흙막이 벽체 지지 관련 구조체 |
지중경사계 | 엄지말뚝 천공 후 또는 배면 그라우팅 후 | 배면지반(가시설), 지중연속벽체 내 흙막이벽 근입심도 초과하여 부동층까지 | ○ |
| 변형률계 (벽체, 버팀대, 보, 슬래브) |
각 굴착단별 지보공설치 시, 잭 설치 이전 | 단면 상하단, 철근 또는 플렌지 상하부(부재 종방향 설치) | X | |
| 하중계(버팀대) | 버팀대 단부 중심 | X | ||
| 하중계(앵커) | 각 굴착단별 앵커인장시 | 앵커 정착 단부 | ○ | |
| 록볼트 축력계 | 각 굴착단별 록볼트 정착시 | 록볼트 단면 | ○ | |
| 배면 지반 |
지하수위계 | 엄지말뚝 천공 이전 또는 배면 그라우팅 후 | 배면 지반 굴착심도 이상 부동층까지 | ○ |
| 간극수압계 | 엄지말뚝 천공 이전 또는 배면 그라우팅 후 | 흙막이벽 배면 연약지반 내 | ○ | |
| 지표침하계 | 엄지말뚝 천공 이전 | 배면 관리대상까지 단면당 3~4개 지점 |
○ | |
| 층별침하계 | 엄지말뚝 천공 이전 | 배면 관리대상까지 단면당 3~4개 지점 | ○ | |
| 인접 구조물 관련 |
건물경사계 | 엄지말뚝 천공 이전 | 건물 벽면 | ○ |
| 균열계 | 건물 균열부 | ○ | ||
| 변위타겟 | 건물 벽면 | ○ | ||
| 침하계 | 건물 및 주변 지표 | ○ |
계측 계획 및 중점관리구간 예시(계측기기 배치도면)
계측기별 측정 빈도 예(한국지반공학회)
계측 관리기준치 초과 시 현장 대응 방안
관리기준을 초과한 계측치가 측정된 경우 설계 시 예상하지 못했던 이상 변위가 발생한 상황이므로 현장 특성을 면밀히 파악하여 그 특성에 맞는 시공 관리가 필요한 상황으로 보아야 합니다.
(1) 1차관리기준을 초과한 이후의 시공관리
- 계측빈도를 이전의 2배로 증가하도록 하고, 결과분석이 즉시 이루어지도록 한다.
- 필요시 계측결과값에 따른 구조체의 안정성 확보 여부를 검토하도록 한다.
- 1차관리기준을 초과하는 즉시 2차관리기준의 중간점에 이르렀을 때에 대한 대비책도 동시에 마련해 두어 긴급한 상황에 대한 대응이 지체없이 시행될 수 있도록 하여야 한다.
(2) 2차관리기준의 중간점에 이르렀을 경우의 시공관리
- 계측결과가 1차관리기준을 초과하고 2차관리기준 범위 중 그 중간점에 이르렀을 경우에는 즉시 현
장대리인과 감리자에게 구두 및 문서로 보고하여야 하며, 현장대리인 및 감리자는 발주처 또는 허
가기관에 즉시 보고하여 전문가그룹이 현장에 투입되도록 요청하여야 한다. - 전문가그룹은 특급기술자 3인 이상으로 하고 발주처 또는 허가기관에서 객관성 있게 지정하도록
한다. - 상기의 보고를 위반하거나 계측자료를 허위 작성한 경우에는 각각의 행위자에 대해 영업정지, 자격
정지 등의 벌칙을 부여하는 방안을 마련한다.
<전문가그룹의 역할>
- 기존 계측결과의 재분석 및 설계사항과 비교분석(필요시 계측사 변경 권한 부여)
- 이후의 계측결과 및 분석의 적정성 검토
- 계측결과에 근거하여 역해석을 포함한 안정성검토 및 필요시 보강대책수립
- 보강대책 이후 공정에 대한 계측분석 및 시공관리
※ 전문가그룹의 투입의 시점을 2차관리기준의 중간점으로 정한 것은 1차관리기준을 초과한 경우에는 이른 감이 있고, 2차관리기준을 초과한 경우에는 너무 늦은 대응이 되어 별도의 대책을 마련하기에는 시간상 부족하고 대규모의 대책이 될 수 있는 등 현장의 피해가 클 수 있기 때문이다.
그림 및 자료 출처
1. Geotechnical engineering 기술강좌 : 흙막이가시설 계측기 관리
2. KOSHA GUIDE C-103-2014 굴착공사 계측관리 기술지침
3. 표준시방서 KCS 11 10 15 : 2018 시공중 지반계측
사실 굴착 공정 중 계측관리에 대해서는 계측 전문가 집단인 계측사만 알고 있어도 된다고 생각하지만 시행사뿐만 아니라 감리단, 발주처 등 모든 참여 주체가 관심을 가지고 있어야 합니다. 계측결과의 분석에 근거하여 굴착공정을 관리한다는 자세로 임해야 하며, 계측사가 수행한 계측 결과의 적정성에 대해 외부 전문가 자문단을 활용하는 것도 좋은 방법이 될 수 있습니다.
위 내용 참고하시어 흙막이 가시설 공사, 굴착공사 시 계측관리의 역할 및 필요성, 계측기 종류, 계측기 관리기준, 설치위치, 설치목적, 측정 빈도 등에 대해 이해하시기 바랍니다.
기타 참고자료
↓ 관련업무 자료 링크 ↓
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