그림 온통기초 단면 — 지하수위가 기초 저면보다 높을 때 부력 U가 발생하며, 건물 자중만으로 저항 부족 시 마찰말뚝·앵커로 인발저항을 보강한다.
| 항목 | 기준·내용 |
|---|
| 정의 | 건물 전체 바닥을 단일 기초판으로 하여 상부하중을 넓은 면적에 분산 → 접지압 저감·부동침하 억제 |
| 적용조건 | 연약지반, 독립/줄기초 접지압 과다 시, 지하실 전체가 방수판 역할을 겸할 때 |
| 두께·배근 | 구조계산(펀칭전단·휨) 결과에 따라 결정, 통상 두께 0.6~2m 이상 · 상하 복배근(이중배근) 원칙, 최소 철근비·피복두께 확보 |
| 부력 검토 | 안전율 Fs = 저항력(자중+마찰력+말뚝인발저항)/부력(U=γw·h·A), 통상 소요안전율 1.1~1.3 이상 확보 |
| 부력 저항요소 | ① 구조물 자중 ② 상재하중(되메우기) ③ 마찰말뚝·앵커(인장말뚝) 인발저항 ④ 영구배수공법에 의한 수위저하 |
| 허용 부등침하 | 구조물 손상 방지를 위한 각변위(δ/L) 한계로 통상 1/500 내외가 균열발생 위험 기준으로 인용됨(구조형식·재료별 상이) |
📝 예상문제 & 모범답안
용어예상전면기초(Mat Foundation)의 정의와 적용조건. (10점)
1. 정의
건물 전체 바닥면적을 하나의 연속 기초판으로 구성해 상부하중을 넓게 분산시키는 얕은기초 형식.
2. 적용조건
① 연약지반으로 접지압 저감 필요 ② 독립·줄기초 접지압이 허용지지력 초과 ③ 지하실 바닥이 방수판 겸용 ④ 부동침하 우려가 큰 경우.
용어예상전면기초의 부력(Uplift) 검토 방법과 저항요소. (10점)
1. 개념
지하수위가 기초저면보다 높을 때 발생하는 양압력(U=γw·h·A)이 구조물 자중을 초과하면 부상(浮上) 위험이 있다.
2. 검토·저항요소
안전율 Fs=저항력/부력 ≥ 1.1~1.3 확보. 저항력 = ① 자중 ② 상재(되메우기) 하중 ③ 마찰말뚝·앵커 인발저항 ④ 영구배수에 의한 수위저하.
용어예상전면기초의 종류 4가지를 설명하시오. (10점)
1. 종류
① 평판식 ② 지중보식(Beam&Slab) ③ 셀식(격자) ④ 원통형.
2. 특징
지중보식은 지중보로 강성 확보해 슬래브 두께 절감, 셀식은 상자형 구조로 큰 부력·초고층에 유리하다.
용어예상전면기초 슬래브의 배근원칙과 부동침하 허용기준을 설명하시오. (10점)
1. 배근원칙
두꺼운 단일 슬래브가 상·하부 모두 인장을 받을 수 있으므로 상하 복배근(이중배근)을 원칙으로 하며, 최소 철근비·피복두께를 확보한다.
2. 부동침하 허용기준
구조물 손상 방지를 위한 각변위(δ/L) 한계로 통상 1/500 내외가 균열발생 위험 기준으로 인용되며, 구조형식·재료별로 허용기준이 상이하다.
3. 유의사항
두께가 두꺼워 펀칭전단·휨에 대한 구조계산이 필요하며, 수화열에 의한 온도균열관리도 병행해야 한다.
서술형예상전면기초(Mat Foundation)의 종류별 특징과 시공 시 유의사항에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
전면기초는 연약지반·고하중 건물에서 접지압을 분산하고 부동침하를 억제하는 대표적 직접기초로, 형식 선정과 부력·배근 관리가 품질의 핵심이다.
Ⅱ. 구조 및 종류별 특징
① 평판식: 단순·경제적, 하중 작고 균등한 경우 ② 지중보식: 지중보로 강성 보강, 슬래브 두께 절감, 기둥 간격 큰 경우 유리 ③ 셀식(격자식): 상하 슬래브+격벽 상자구조, 강성·부력저항 최대, 초고층·지하수위 높은 부지 ④ 원통형: 원형 평면 특수구조물(사일로 등)에 적용.
Ⅲ. 설계·시공상 취약 요인
두께가 두꺼워 수화열에 의한 온도균열, 지하수위에 의한 부력, 지지층 심도 편차에 의한 부동침하가 대표적인 취약 요인으로 지적된다.
Ⅳ. 시공 시 유의사항(대책)
① 두께·배근 관리: 구조계산(펀칭전단·휨) 결과를 반영하고 상하 복배근을 원칙으로 시공한다.
② 부력 대응: 마찰말뚝·앵커·영구배수를 병용해 안전율 1.1~1.3 이상을 확보한다.
③ 대용량 콘크리트 타설관리: 이어치기 구획·순서를 사전 계획하고 수화열 균열대책(저발열시멘트·Pipe-Cooling 등)을 병행한다.
④ 방수관리: 지하수 침투 차단을 위해 폼타이·이음부 방수를 철저히 한다.
⑤ 부등침하 대응: 지반조사 결과에 기반해 지지층 편차가 큰 구간은 별도 보강한다.
⑥ 계측관리: 타설 후 침하계·수위계로 부력·침하 거동을 모니터링한다.
부력 U=γw·h·A(γw:물의 단위중량, h:저면 상 수두, A:기초면적)이며, Fs=(W+F+Pf)/U로 자중 W, 마찰저항 F, 말뚝인발저항 Pf의 합이 부력을 상회해야 한다.
셀식 전면기초를 적용한 초고층 현장에서 시공단계별 부력 재검토 없이 진행하다 지하수위 상승으로 균열이 발생, 긴급 배수·앵커 보강으로 대응한 사례가 있다.
Ⅴ. 맺음말
전면기초는 형식 선정 이전에 지하수위·지반조건에 대한 정밀 조사가 선행되어야 하며, 부력·부동침하 이중 검토가 설계·시공 전 과정에서 일관되게 관리되어야 한다.
서술형예상지하수위가 높은 부지에서 전면기초의 부상(浮上) 방지대책을 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요
지하수위가 높은 연약지반에서는 부력이 자중을 초과하는 부상 사고가 발생할 수 있어 설계·시공 전 단계 대책이 요구된다.
Ⅱ. 부력 발생 구조
부력 U=γw·h·A는 저면 상 수두 h와 기초면적 A에 비례해 커지며, 지하수위가 상승할수록 h가 커져 부력이 급증하는 구조를 가진다.
Ⅲ. 부상(浮上) 발생 원인
① 시공 중 자중 미확보(상부 미시공) 상태에서 지하수위 상승 ② 배수시스템 미가동·고장 ③ 부력 검토 누락 또는 안전율 부족.
Ⅳ. 방지대책
① 인발저항 확보: 마찰말뚝·앵커(인장말뚝)를 설치해 부력에 대한 인발저항을 확보한다.
② 영구배수공법: 집수정+배수판으로 지하수위를 저하시켜 부력 자체를 저감한다.
③ 가배수 병행: 시공 중에는 임시 배수펌프를 병행 가동해 시공단계별 부력을 관리한다.
④ 상재하중 조기 확보: 되메우기를 조기에 완료해 자중을 확보한다.
⑤ 설계단계 안전율 확보: 안전율 1.1~1.3 이상을 확보하도록 설계 단계에서 충분히 검토한다.
⑥ 시공단계별 재검토: 골조 진행률에 따라 부력-저항력 관계를 단계별로 재검토해 위험구간을 사전에 파악한다.
지하수위가 높은 도심지 현장에서 지하구조체 완성 후 상부하중 재하 전 집중강우로 지하수위가 급상승해 기초 슬래브 균열·부상이 발생한 사례가 보고되며, 시공단계 가배수 계획 미비가 공통 원인으로 지적된다.
Ⅴ. 맺음말
부력은 설계뿐 아니라 시공 진행단계별로 자중 확보 시점이 달라지므로, 공정단계별 부력 재검토와 임시 배수계획을 병행해야 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.