건설공사의 가장 기본이 되는 토공사/지반공사에 관한 내용 중 흙의 체적변화율, 토량환산계수에 대한 이야기를 시작해보겠습니다. 아래 글을 통해 ①우리가 토공사에서 흙의 토량환산계수나 흙의 체적 변화율에 대해 알아야 하는 이유에 대해 알아보고, ②흙의 토량환산계수의 L값과 C값 그리고 체적 변화율, 토량환산계수 토공사 내역서 작성의 기본이 되는 물량산출 방법에 대해 말씀드리겠습니다.
1. 토량환산계수가 중요한 이유
토공사란, 자연 지형에 시설물을 설치하거나, 이를 위한 준비에 필요한 공사를 하기 위하여 계획면 보다 높은 곳은 낮추고, 낮은 곳은 높이는 일체의 흙일에 대한 행위를 토공(土工, earth work) 또는, 토공사라고 합니다.
토공사/지반공사에서 일반적으로 자연상태의 땅을 굴착하고, 흙을 다시 성토해서 다짐합니다. 그 이유는 흙을 굴착하게 되면 흙 사이에 크고 작은 간극들이 생겨나고 그로 인해 흙의 체적이 팽창하게 되는데, 간극을 그대로 두고 구조물을 지반에 올리면 강우, 적설, 기타 하중 증가로 인해 지반이 침하되기 때문입니다. 이로인해 토공사는 굴착, 성토, 다짐 등을 과정을 거쳐 지반을 조성하게 됩니다.
경험적으로 알 수 있듯이 자연상태의 땅의 체적과 흙을 파낸 뒤 땅의 체적 그리고 흙을 다시 다진 상태에서의 체적은 다르다는 것을 알 수 있습니다. 이 때문에 같은 종류의 흙이라도 앞서 말한 정도에 따라 단위 용적당 중량도 변화합니다.
이러한 흙의 체적변화는 토공사의 공사비 산출에 큰 영향을 미칩니다. 흙의 절토와 성토 등의 작업에서 흙의 정확한 변화율을 감안하여 기계장비의 작업 능력이나 효율을 고려하여 최종 공법을 결정하기 때문입니다. 즉, 토량환산계수는 토공작업시 기계장비의 작업능력 산정에서부터 공사비 산출시에 매우 중요한 요소입니다.
위 그림에서 보는 바와 같이 건설공사 토공사 작업 시 각 작업종류에 따른 건설기계를 사용하게 되는데 아래 그림을 보면 각 건설기계의 시공능력을 산정하는데 토량환산계수를 이해하고 적용하는 것은 필수적인 사항입니다.
이렇게 생각해보시죠. 토량을 계산해서 물량을 산출해야 하는데 굴삭기 작업의 토량을 어떤 기준으로 산출할 것인가? 자연상태? 느슨한 상태? 자연상태? 그렇다면, 덤프는 ? 콤팩터는? 이미 알고 계시다면 아래 글을 읽지 않으셔도 됩니다.
토량환산계수 그리고 L값과 C값
흙은 취급하는 상태에 따라 밀도와 부피가 변화며, 이러한 변화는 공사비와 공사기간에 크나 큰 영향을 주며, 흙은 원지반 토량, 흐트러진 토량, 다짐 후 토량, 이렇게 흙은 3가지 변화된 형태로 존재하며, 이들 상호간의 관계를 토량환산계수로 나타냅니다.
- 원지반 토량(N, Natural) : 굴착할 토량으로 자연지반, 본바닥, 생땅, 제자리에서의 흙 으로 자연상태 토량
- 흐트러진 토량(L, Loose) : 운반할 토량으로 느슨한 토량
- 다져진 후 토량(C, Compact) : 다져진 후 완성된 토량으로 다져진 후 상태의 토량
토량환산계수의 L값
위 그림에서 1㎥의 자연지반(생땅, 본바닥, 원지반)을 삽이나 파워셔블, 불도우저 등으로 흙을 파내면 흙 속의 공극이 증가하여 흙의 부피가 커져 체적이 팽창하게 됩니다. 흙을 굴착하여 팽창한 흙의 체적이 1.3㎥이라면 흙의 팽창율은 30%가 됩니다. 여기서 토량환산계수의 L값을 이해할 수 있습니다.
토량환산계수의 L값은 자연지반의 땅을 굴착하여 흐트러진 상태(느슨한 상태)의 지반이 얼만큼 팽창하는지를 나타내는 팽창율입니다.
여기서 토량환산계수의 L값을 위 값으로 예시를 들면 L=1.3㎥/1.0㎥=1.3으로 나타낼 수 있습니다. 보통 일반토사의 경우 L값은 1.1~1.4정도이고, 토공사에서 운반 토량 산출시에 적용합니다.
토량환산계수의 C값
자연상태의 흙을 다지면 흙의 공극이 감소하여 체적이 감소하게 되는데 자연상태의 흙 1㎥를 다짐하여 다져진 상태의 흙이 0.9㎥이되었다면 흙의 수축률은 10%가 됩니다. 여기서 토량환산계수 C값을 이해할 수 있습니다.
토량환산계수의 C값은 자연지반의 땅을 다짐하여 다져진 상태의 흙이 얼만큼 수축하는지를 나타내는 수축율입니다.
여기서 토량환산계수의 C값을 위 값으로 예를들면 C=0.9㎥/1.0㎥= 0.9로 나타낼 수 있습니다. 보통 일반토사에서 0.85~-0.95정도의 수축율을 보이며, 성토 시공시 반입 물량 산출에 이용합니다.
체적의 변화율
암석, 폐콘크리트, 호박돌, 모래, 점토 등 다양한 흙은 가지고 있는 작업상태에 따라 팽창율과 수축율의 차이가 있기 때문에 흙의 굴착, 운반, 다짐에 따라서 밀도, 체적이 변화합니다. 이러한 흙의 체적 변화를 토량변화율 또는 체적변화율이라고 합니다. 이러한 성질때문에 건설공사 표준품셈에서는 흙의 종류에 따라 아래와 같이 체적변화율을 제시하고 있습니다.
토량환산계수(f)
토량이 작업상태에 따라 어느정도 팽창하는지, 수축하는지를 이해하셨다면, 토량환산계수가 어떤 역할을 하는지 아실 것입니다. 흐트러진 상태의 토양을 다져진 상태의 토양의 작업수량으로 보정하기 위해 토량환산계수가 필요합니다. 아래 표를 보시죠.
여기서 중요한 점은 기준이 되는 q와 원하는 작업수량을 얻기 위한, 구하려고 하는 작업량을 Q라는 점입니다.
Q=f×q -> f(토량환산계수)=Q/q
구하고자하는 흙의 작업량=토량환산계수×기준이되는 흙의 작업량
->토량환산계수=구하고자하는 흙의 작업량/기준이되는 흙의 작업량
예를 들어, L값이 1.3, C값이 0.9인 흙이 흐트러져있다고 해보시죠. 여기서 흐트러진 흙을 다진상태의 흙으로 보정하기 위해서는 토량환산계수(f)가 필요한데 위 표에 따라 f=C/L=0.9/1.3이라는 것을 알 수 있습니다.
기계경비를 산정할 때 각 기계마다 흐트러진 상태의 토량을 기준으로 하는지, 다짐토량을 기준을 하는지가 다르기 때문에 이에 맞게 토량을 보정하기 위해 위 토량환산계수가 필요합니다.
<흙의 절토, 성토, 다짐 등 작업계획 시 유의사항>
① 굴착, 적재, 운반토량은 느슨한 용적(L)을 사용
② 성토량은 생땅의 용적(A)을 다짐용적(C)로 환산한 것을 사용
③ 기계화 토공의 작업량을 결정할 때는 느슨한 용적(L)으로 환산하여 사용
④ 성토의 성형고를 결정할 때는 느슨한 용적(L)으로 환산하여 사용한 기계의 작업량을 다짐용량(C)로 환산
위 내용이 토량환산계수, L값과 C값의 이해에 도움이 되고, 토공사 물량산출 및 건설기계경비 산정등의 업무,
건축시공기술사 시험 준비에 도움이 되셨다면 아래 하트버튼 부탁드립니다.
참고 : 1. 2021년 건설공사 표준품셈
2. 도로공사_토량환산계수 적용요령
↓ 관련업무 자료 링크 ↓
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