흙의 압밀현상(Consolidation)

토공사/기초드물게 나옴공부 0.6시간

1. 왜 중요한가 (개념·유래)

압밀(Consolidation)은 포화 점성토에 하중이 작용할 때 간극수가 서서히 배출되며 체적이 감소하는 시간 의존적 현상이다. 사질토는 투수성이 커 재하 즉시 침하가 끝나지만, 점성토는 투수성이 낮아 침하가 수년~수십 년에 걸쳐 진행되므로 구조물의 장기 부등침하·균열의 근본 원인이 된다. 테르자기(Terzaghi)의 유효응력 원리와 압밀이론이 이를 정량화한 이래, 기술사 시험에서는 압밀 메커니즘·침하량 산정식·압밀촉진공법이 반복 출제된다.

2. 압밀 메커니즘 — 스프링-피스톤 모형 (그림)

그림 압밀 메커니즘(스프링-피스톤 모형) — 재하 직후 하중을 간극수압(u)이 전담하다가, 배수에 따라 점차 유효응력(σ')으로 전이되어 최종적으로 흙 골격(스프링)이 하중 전체를 부담

3. 핵심 기준/원리

항목	내용
유효응력 원리	전응력 σ = σ' + u (Terzaghi) — 압밀 진행에 따라 간극수압(u)이 소산되며 유효응력(σ')이 증가, 흙의 강도·압축은 σ'에 지배됨
압밀시험(오이도미터)	불교란 시료에 하중을 2배씩 단계별 재하하고 각 단계 24시간 유지하며 침하-시간 관계 측정 → e-log P 곡선 작성
압축지수(Cc)·팽창지수(Cs)	e-log P 곡선에서 정규압밀 구간 기울기 Cc(1차압밀 침하량 지배), 재압축·제하 구간 기울기 Cs(Cc의 약 1/5~1/10)
선행압밀하중(Pc)·과압밀비(OCR)	과거 받았던 최대 유효응력 Pc, OCR=Pc/현재 유효응력(P0') — OCR=1 정규압밀점토(NC), OCR>1 과압밀점토(OC, 침하 적음)
압밀도(U)·시간계수(Tv)	압밀 진행률 U(t)(%), 배수조건·U에 따른 무차원 시간계수 Tv, 압밀계수 Cv=Tv·H²/t(H:배수거리)로 소요시간 산정
1차압밀침하량(정규압밀)	Sc = Cc·H/(1+e0) · log[(P0+ΔP)/P0] (H:층두께, e0:초기간극비, P0:초기유효응력, ΔP:증가응력)

4. 침하의 종류 — 두문자 「즉·1·2」

즉시침하(탄성침하, 무배수·순간) · 1차압밀침하(간극수 배출, 시간 지배적) · 2차압밀침하(Creep, 유효응력 일정한 상태의 골격 크리프변형)

5. 대책/유의

사전 조사: 불교란시료로 압밀시험 실시, e-log P 곡선으로 Cc·Cv·Pc 정확히 산정
압밀촉진공법: 연직배수재(PBD·PVD)로 배수거리 단축, 프리로딩(선재하)·진공압밀공법 병행
시공속도 관리: 성토속도를 과도하게 높이면 과잉간극수압 축적 → 전단파괴(활동) 위험, 단계재하 적용
계측관리: 침하판·층별침하계·간극수압계로 압밀도 실시간 확인, 목표 압밀도 도달 후 후속공정 진행
2차압밀 고려: 유기질토·이탄질토는 2차압밀(크리프)이 커 장기침하 관리계획 별도 수립

6. 암기 체크리스트

유효응력 원리 σ = σ' + u (Terzaghi) 압밀시험 = 하중 2배씩 단계재하, 각 단계 24시간 유지 압축지수 Cc(1차압밀 지배) / 압밀계수 Cv=Tv·H²/t OCR=Pc/P0' — OCR=1 정규압밀, OCR>1 과압밀 침하 3종 = 즉시침하·1차압밀침하·2차압밀침하

7. 관련 주제

흙의 연경도(Consistency)액상화 현상연직배수공법(PBD)프리로딩(선재하)공법연약지반 계측관리

📝 예상문제 & 모범답안

용어예상압밀(Consolidation)의 정의와 압밀시험 방법. (10점)

1. 정의 포화 점성토에 하중이 작용할 때 간극수가 서서히 배출되며 체적이 감소하는 시간 의존적 침하현상. 2. 압밀시험(오이도미터) 불교란 시료에 하중을 2배씩 단계재하하며 각 단계 24시간 유지, 침하-시간 관계로부터 e-log P 곡선을 작성해 Cc·Cv·Pc를 산정한다.

용어예상정규압밀점토와 과압밀점토(OCR)를 설명하시오. (10점)

1. 정의 과압밀비 OCR=Pc/P0'(Pc:선행압밀하중, P0':현재 유효응력). OCR=1이면 정규압밀점토(NC), OCR>1이면 과압밀점토(OC)이다. 2. 공학적 의미 과압밀점토는 과거 더 큰 하중을 받은 이력이 있어 현재 하중 증가에 대한 침하가 상대적으로 작고 강도도 크다.

용어예상1차압밀침하와 2차압밀침하의 차이. (10점)

1. 1차압밀침하 간극수압 소산에 따라 유효응력이 증가하며 발생하는 침하로, 압축지수 Cc와 압밀계수 Cv가 지배한다. 2. 2차압밀침하 간극수압 소산이 끝난(유효응력 일정) 이후에도 흙 골격 자체의 크리프 변형으로 계속되는 침하이며, 유기질토·이탄질토에서 특히 크다.

서술형예상흙의 압밀 메커니즘과 침하량 산정방법에 대하여 설명하시오. (25점)

Ⅰ. 개요 압밀은 포화 점성토에 하중이 가해질 때 간극수가 서서히 빠져나가며 체적이 감소하는 현상으로, 테르자기의 유효응력 원리(σ=σ'+u)에 근거해 정량화된다. 사질토와 달리 완료까지 장기간이 소요되어 구조물의 장기 침하관리에 필수적이다. Ⅱ. 압밀 메커니즘 재하 직후에는 하중을 간극수압(u)이 전담하나(σ'=0), 시간이 지나며 간극수가 배출되어 u가 감소하고 유효응력(σ')이 증가하며, 최종적으로 흙 골격이 하중 전체를 부담(u=0, σ'=σ)한다. 이는 스프링-피스톤 모형으로 시각화된다. Ⅲ. 침하량 산정 ① 즉시침하: 재하 직후 무배수 탄성침하 ② 1차압밀침하: Sc=Cc·H/(1+e0)·log[(P0+ΔP)/P0](정규압밀), 과압밀 구간은 Cs 적용 ③ 2차압밀침하: 압밀도 100% 이후 골격 크리프에 의한 장기침하(Cα 계수 적용) Ⅳ. 시간에 따른 압밀 진행 산정 압밀도 U(t)와 시간계수 Tv의 관계를 이용해 Cv=Tv·H²/t로 소요시간을 산정하며, 배수거리(H)가 짧을수록(양면배수·연직배수재) 압밀속도가 빨라진다.

압밀계수 Cv는 투수계수(k)·압축성(mv)과 Cv=k/(mv·γw)의 관계를 가져, 투수성이 낮고 압축성이 큰 점토일수록 압밀완료에 오랜 시간이 소요된다.

Ⅴ. 맺음말 압밀침하는 즉시침하와 달리 장기간에 걸쳐 진행되므로, 설계 단계에서 정밀한 실내시험으로 Cc·Cv·Pc를 산정하고 시공 중 계측을 병행해 예측 침하량과 실측값을 비교·관리해야 한다.

서술형예상연약지반의 압밀촉진공법과 시공 중 계측관리방안에 대하여 설명하시오. (25점)

Ⅰ. 개요 연약 점성토 지반은 압밀완료에 장기간이 소요되어 공기 지연·부등침하 문제가 크므로, 압밀을 인위적으로 촉진하는 공법과 이를 관리하는 계측체계가 함께 요구된다. Ⅱ. 압밀촉진공법 ① 연직배수공법(PBD·PVD): 연직배수재를 지반에 타입해 배수거리(H)를 단축, 압밀시간을 대폭 단축(Cv·H² 관계 이용) ② 프리로딩(선재하)공법: 구조물 시공 전 성토 등으로 미리 하중을 가해 압밀을 유도한 뒤 여성토 제거 ③ 진공압밀공법: 배수재를 통해 부압(진공압)을 가해 압밀을 촉진, 성토고를 낮출 수 있어 안정성 유리 ④ 동다짐·모래다짐말뚝(SCP): 사질지반 위주 개량이나 복합지반에서 압밀 촉진과 병행 적용 Ⅲ. 시공 중 계측관리 ① 침하판(지표침하계): 시공 중 지표 침하량 추이 관찰 ② 층별침하계: 심도별 침하량 분포 확인, 압밀 진행 심도 파악 ③ 간극수압계: 과잉간극수압 소산 추이로 압밀도(U) 및 안정성(전단파괴 위험) 평가 ④ 경사계(지중수평변위계): 측방유동 여부 확인, 성토속도 관리기준과 연계 Ⅳ. 시공관리 유의사항 계측 관리기준치(침하속도·간극수압비·측방변위 속도)를 설정해 초과 시 성토를 일시 중단하는 관리기준 대응체계를 갖추고, 목표 압밀도(통상 90% 내외) 도달을 확인한 후 상부구조물을 시공한다.

성토속도를 관리기준 초과 상태로 무리하게 진행하다 과잉간극수압이 축적되어 지반이 원호활동으로 파괴된 사례가 있어, 계측 기반 시공속도 관리의 중요성을 보여준다.

Ⅴ. 맺음말 압밀촉진공법의 효과는 계측관리와 결합될 때 비로소 검증되므로, 설계 예측치와 실측 계측값을 지속 비교하며 시공 중 의사결정을 하는 관리체계가 필요하다.