1. 왜 중요한가 (개념·유래)

기초 부력(浮力, Uplift)은 지하수위 아래 위치한 지하구조물이 양압력(부력)에 의해 뜨거나 저판·벽체에 균열이 발생하는 현상으로, 지하주차장·지하호실이 넓고 자중이 가벼운 저층 구조물에서 특히 문제된다. 언더피닝(Underpinning)은 기존 건축물이나 인접 구조물의 기초를 보강하거나 그 하부에 새 기초를 추가 시공하여 침하를 방지·지지력을 보강하는 공법으로, 인접 지하굴착 시 기존 건물을 보호하기 위해 필수적으로 검토된다. 두 주제 모두 기초의 안정성 확보라는 공통분모를 가지며, 기술사 시험에서 부력 검토식과 언더피닝 공법 분류가 함께 자주 출제된다.

2. 지하구조물 부력 발생 메커니즘 (그림①)

그림① 지하구조물 부력 메커니즘 — 지하수위 아래 저판에 작용하는 양압력(U)을 자중(W)과 앵커·말뚝 인장저항으로 지지

3. 언더피닝(Underpinning) 개요 (그림②)

그림② 언더피닝(지지말뚝식) — 기존 건물 기초 하부에 보강말뚝을 시공하고 브라켓으로 하중을 전이, 인접 굴착에 따른 침하를 방지

4. 핵심 기준/원리

항목	내용
부력(양압력) 정의	지하수위 아래 구조물 저판에 작용하는 상향 수압, U = γw·h (γw: 물의 단위중량, h: 수두)
부력 안전율	Fs = 저항력(자중+마찰저항+앵커저항) / 부력 U, 통상 1.2~1.5 이상 확보(실무 설계기준)
부력 저감대책	자중 증대(마감하중), 배수공법(측압·수압 저감), 마찰말뚝·인장말뚝, 영구앵커(락볼트) 정착
언더피닝 목적	기존/인접 구조물의 침하 방지 및 지지력 보강, 인접 지하굴착 시 기존 건물 보호

언더피닝 종류	특징
지지말뚝식	기존기초 하부에 말뚝을 추가 시공, 브라켓으로 하중 전이 — 가장 일반적
약액주입식	지반에 약액을 주입해 지지력 증대, 소규모·저심도 보강에 적합
이중지반보강식	강재 브라켓·보로 기존기초 하부 지반을 보강, 하중을 새 지지체로 분산
잭다운(Jack-down)식	유압잭으로 하중을 단계적으로 새 기초에 이전, 침하량 정밀 제어 가능

5. 원인/종류/핵심 포인트 — 두문자 「중·마·앵·배」

중량증대(마감하중) · 마찰말뚝(인장저항) · 앵커(영구앵커·락볼트) · 배수공법(측압·수압 저감)

6. 대책/유의사항

부력 저감: 배수판+집수정+양수(배수공법)로 저판 하부 수압 저감
자중 증대: 저판 두께 증가, 마감하중(무근콘크리트 등) 추가 반영
인장저항 확보: 마찰말뚝·인장말뚝 또는 영구앵커(락볼트) 정착으로 부력 저항
구조체 검토: 부력에 의한 저판 인장균열 발생 여부 검토, 철근 보강
언더피닝 시공: 단계별 하중 이전(잭다운), 기존 구조물 균열조사 선행
계측관리: 지하수위계·침하계·경사계로 시공 중 거동 상시 감시

7. 암기 체크리스트

부력 U = γw·h(수두에 비례), 안전율 Fs=저항력/부력 ≥ 1.2~1.5 부력 대책: 자중증대·마찰말뚝·영구앵커·배수공법 언더피닝 4종: 지지말뚝식·약액주입식·이중지반보강식·잭다운식 언더피닝은 인접 지하굴착 시 기존 건물 보호 목적 부력·언더피닝 모두 계측관리(침하계·지하수위계) 병행 필수

8. 관련 주제

흙막이 공법 비교히빙·보일링·파이핑Earth Anchor약액주입공법계측관리배수판공법

📝 예상문제 & 모범답안

용어예상부력(Uplift)의 정의와 안전율 검토방법을 설명하시오. (10점)

1. 정의 지하수위 아래 위치한 지하구조물의 저판에 작용하는 상향 수압(양압력)으로, U=γw·h(γw: 물의 단위중량, h: 수두)로 산정되며 자중이 가벼운 저층·넓은 지하구조물(지하주차장 등)에서 부상·균열을 유발한다. 2. 종류/특징 저항력은 구조물 자중, 말뚝·앵커의 인장(마찰)저항으로 구성되며, 안전율 Fs=저항력/부력U로 평가한다. 통상 설계기준상 Fs 1.2~1.5 이상을 확보하며, 지하수위가 높고 자중이 가벼울수록 안전율이 급격히 낮아진다. 3. 유의사항 안전율 부족 시 자중 증대(저판 두께·마감하중), 마찰말뚝·영구앵커 등 인장저항 보강, 배수공법을 통한 수압 저감 중 적합한 방법을 선정해야 하며, 우기철 지하수위 급상승 가능성을 감안한 여유율 확보가 필요하다.

용어예상언더피닝(Underpinning)의 정의와 종류를 설명하시오. (10점)

1. 정의 기존 건축물 또는 인접 구조물의 기초를 보강하거나 그 하부에 새로운 기초를 추가로 시공하여, 인접 지하굴착 등에 따른 침하를 방지하고 지지력을 보강하는 공법이다. 2. 종류/특징 ① 지지말뚝식(기존기초 하부에 말뚝 추가, 브라켓으로 하중 전이 — 가장 일반적) ② 약액주입식(지반 개량으로 지지력 증대, 경미한 보강에 적합) ③ 이중지반보강식(강재 브라켓·보로 하중을 새 지지체로 분산) ④ 잭다운(Jack-down)식(유압잭으로 하중을 단계적·정밀 제어하며 이전). 3. 유의사항 하중 이전은 반드시 단계적·서서히 시행하여 급격한 응력 재분배로 인한 균열을 방지해야 하며, 착공 전 기존 건물의 균열조사·현황사진 기록으로 향후 손상 여부 판단의 근거를 마련해야 한다.

용어예상영구앵커(Ground Anchor)를 이용한 부력 방지대책을 설명하시오. (10점)

1. 정의 기초 저판 하부 지반을 천공하여 그라우팅으로 정착체를 형성하고, 강연선을 긴장시켜 부력에 대응하는 인장저항력을 확보하는 공법이다. 2. 종류/특징 마찰말뚝 대비 시공심도가 짧고 저항력 확보가 상대적으로 신속하며, 구조물 완공 후에도 영구적으로 저판과 일체화되어 부력에 저항한다. 자중 증대나 배수공법과 병행할 경우 안전율 확보 효율이 높아진다. 3. 유의사항 정착부가 충분한 지지층(암반·조밀한 지반)에 도달했는지 확인하고, 시공 직후 인장시험으로 설계 인발저항력을 검증해야 한다. 영구앵커는 장기 사용되므로 크리프·부식에 대한 내구성(방식) 검토가 필수이다.

용어예상배수판공법에 대하여 설명하시오. (10점)

1. 정의 지하구조물 저판 하부에 배수판(유공관 포함)을 설치하여 지하수를 집수정으로 유도·배출함으로써, 저판에 작용하는 부력(양압력) 자체를 저감시키는 공법이다. 2. 종류/특징 구조체 자중을 증대시키지 않고도 부력을 저감할 수 있어 경제적이나, 배수펌프를 상시 가동해야 하므로 유지관리비가 지속적으로 발생한다. 자중·앵커 저항 강화 방식과 달리 부력 발생 자체를 줄이는 접근이라는 점에서 근본적으로 다른 대책이다. 3. 유의사항 정전·펌프 고장 시 배수 기능이 상실되어 부력이 급격히 증가할 수 있으므로, 예비 발전기·예비 펌프 등 비상설비를 갖추어야 하며, 배수판·유공관의 막힘 방지를 위한 정기 점검이 필요하다.

서술형예상지하구조물의 부력 발생원인과 방지대책을 설명하시오. (25점)

Ⅰ. 개요 지하수위 아래에 위치한 지하구조물은 저판에 작용하는 상향 부력(양압력)에 의해 부상·균열이 발생할 수 있으며, 특히 지하주차장 등 자중이 가벼운 저층·넓은 구조물에서 문제가 두드러진다. 따라서 설계 단계의 안전율 검토와 시공·유지관리 단계의 대책 수립이 함께 이루어져야 한다. Ⅱ. 부력의 구조·발생 원리 부력 U는 지하수위와 저판 사이의 수두차 h에 비례하는 U=γw·h로 산정되며, 이에 저항하는 힘은 구조물 자중과 말뚝·앵커의 인장(마찰)저항이다. 안전율 Fs=저항력/부력U이 1.2~1.5 미만이면 부력에 의한 부상·균열 위험이 있는 것으로 판정한다. Ⅲ. 발생원인 ① 자중 부족 : 지하수위가 높고 구조물 자중이 가벼운 경우(넓은 저층 지하주차장 등) 저항력이 부족해진다. ② 배수시설 미비 : 배수판·집수정 등이 없어 저판 하부에 수압이 지속적으로 작용한다. ③ 지하수위 급상승 : 우기 시 지하수위가 설계 시 가정한 수위보다 급격히 상승한다. ④ 설계 단계 검토 누락 : 부력 검토를 누락하거나 지하수위를 과소평가하여 저항력이 애초에 부족하게 설계된다. Ⅳ. 방지대책 (두문자 중·마·앵·배) ① 중량증대 : 저판 두께 및 마감하중을 증대시켜 자중을 부력보다 크게 확보한다. ② 마찰말뚝(인장말뚝) : 말뚝 주면마찰력을 인장저항으로 활용해 부력에 저항한다. ③ 영구앵커(락볼트) : 지지층에 정착·긴장시켜 인장저항력을 추가로 확보한다. ④ 배수공법 : 배수판·집수정·양수설비로 저판 하부 수압 자체를 저감시킨다. ⑤ 구조체 보강 : 부력에 의한 저판 인장균열 발생 가능성을 검토하여 철근을 보강한다. ⑥ 계측관리 : 지하수위계로 시공 중·준공 후 지하수위 변동을 상시 감시한다.

부력 안전율 Fs=저항력/부력U에서, 저항력을 늘리는 방법(자중·앵커·말뚝)과 분모인 부력U(=γw·h) 자체를 줄이는 방법(배수)은 접근 방향이 반대이다. 실무에서는 두 방법을 병행하되, 배수공법은 설비 의존적이라 장기 유지관리 리스크가 있고 자중·앵커 방식은 구조적으로 영구히 안정적이라는 차이를 이해해야 한다.

배수설비 없이 준공된 지하주차장이 우기철 지하수위 급상승으로 저판에 균열이 발생하여, 준공 후 영구앵커 보강공사를 시행한 사례가 대표적이다. 이는 설계 단계의 지하수위 가정이 실제 계절 변동을 충분히 반영하지 못했던 데서 비롯된 것으로 분석된다.

Ⅴ. 맺음말 부력은 설계 단계부터 계절별 지하수위 변동을 고려한 안전율 검토가 필수이며, 준공 후에도 배수설비의 유지관리와 지하수위 계측을 통해 장기적 안전성을 확보해야 한다. 자중·인장저항·배수 대책을 상황에 맞게 병행하는 종합적 접근이 요구된다.

서술형예상인접 굴착공사 시 기존 건축물 보호를 위한 언더피닝 공법에 대하여 설명하시오. (25점)

Ⅰ. 개요 인접 대지에서 깊은 굴착을 시행할 경우, 기존기초 저면보다 깊게 굴착하거나 노후·저지지력 기초를 가진 인접 건물이 있는 경우 기초 지지력 상실·부등침하가 우려된다. 이에 대응하는 언더피닝(Underpinning)은 인접 건물 보호를 위한 핵심 보강공법이다. Ⅱ. 언더피닝의 구조·원리 언더피닝은 기존기초가 부담하던 하중을 새로 시공한 지지체(말뚝·강재보 등)로 점진적으로 전이시키는 것이 핵심 원리이며, 브라켓·잭 등 하중 전이 장치의 정밀 제어가 침하량을 좌우한다. Ⅲ. 언더피닝 공법 종류 및 특징 ① 지지말뚝식 : 기존기초 하부에 보강말뚝을 시공한 후 브라켓으로 하중을 전이하는 방식으로, 가장 널리 사용되며 지지력 확보가 확실하다. ② 약액주입식 : 지반에 약액을 주입해 지지력을 증대시키는 방식으로, 소규모·저심도 보강에 적합하고 시공이 비교적 간단하다. ③ 이중지반보강식 : 강재 브라켓·보로 기존기초 하부 지반을 보강하여 하중을 새로운 지지체로 분산시키는 방식이다. ④ 잭다운(Jack-down)식 : 유압잭으로 하중을 단계적으로 새 기초에 이전시켜 침하량을 정밀 제어할 수 있는 방식이다. Ⅳ. 시공 시 유의사항 ① 사전조사 : 착공 전 기존 건물의 균열조사·현황사진을 기록하여 시공 전후 손상 여부 판단의 근거로 삼는다. ② 단계적 하중 이전 : 하중 이전은 급격히 시행하지 않고 서서히 단계적으로 진행하여 응력 재분배로 인한 균열을 방지한다. ③ 계측관리 : 시공 중 침하계·경사계·균열계로 기존 건물의 거동을 상시 계측한다. ④ 관리기준치 대응 : 계측값이 관리기준치를 초과하면 즉시 작업을 중지하고 추가 보강을 시행한다. ⑤ 인접 흙막이와의 연계 : 언더피닝 완료 전에는 인접 굴착의 근입깊이·굴착속도를 제한하여 기존기초 노출을 방지한다. ⑥ 공정 협의 : 기존 건물 소유자·관리자와 시공 시기·소음진동 저감방안을 사전 협의한다.

인접 건물 하부 지지력 확인 없이 근접 굴착을 진행하다 기존기초가 노출되어 부등침하가 발생하였고, 긴급 언더피닝(잭다운식)으로 침하를 제어한 사례가 보고된다. 이는 인접 굴착 계획 수립 단계에서부터 언더피닝 필요성을 사전 검토해야 함을 시사한다.

Ⅴ. 맺음말 언더피닝은 인접 굴착의 안전성을 좌우하는 핵심 대책으로, 사전조사·단계적 시공·실시간 계측관리가 유기적으로 결합되어야 한다. 공법 선정 시에는 기존 건물의 노후도·하중 규모·현장 여건을 종합적으로 고려해야 한다.

📚 출처·근거

KCS 11 xx xx (토공사·기초)
KDS 11 xx xx (지반설계기준)
구조물기초설계기준

※ 본 정리는 위 기준을 바탕으로 학습용으로 재구성한 것으로, 세부 수치·조항은 최신 개정본 확인 필요. 예상문제 출처는 "예상"이며, 실제 출제 회차는 기출 수집(/crawl) 후 표기됩니다.

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