기초공법의 종류 및 장단점

1. 개요

- 기초는 상부구조물의 하중을 지반에 전달하는 부분의 총칭으로, 상부구조를 안전하게 지지하고 유해한 침하, 경사를 생기지 않도록 설계하지 않으면 안된다.

- 기초의 종류는 일반적으로 직접기초, 케이슨 기초, 말뚝기초로 분류되고 있으나 최근에 기초공법의 다양화에 따라 어느 기초에 속하는지 분명치 않은 중간적인 것도 나타나고 있다.

- 직접기초
지반을 비교적 넓고 얕게 굴착하여 콘크리트를 타 설하여 설치하던가 또는 미리 제작한 Footing을 부착하여 설치하는 기초로, 수평하중에 대해서는 얕은 강체 기초로 취급하는 기초를 말한다.

- 케이슨 기초
지상에서 제작한 비교적 큰 직경이고 긴 중공의 기초 구체를 지반을 굴착하며 침하 시켜서 설치하는 기초로, 수평하중에 대해서는 깊은 기초로 취급하는 기초를 말한다.

- 말뚝기초
타입 말뚝 또는 현장 타설 콘크리트 말뚝으로 된 기초로, 수평하중에 대해서 탄성체 기초로 취급하는 기초를 말한다.

2. 특징

(1) 직접기초

1) 지형, 지질에 대한 특징.
① 지지층이 비교적 얕아야 경제적 (GL에서 5m～10m 정도)
② 지하수위가 낮은 것이 유리.
③ 수심이 있을 경우 시공법 고려 (차수, 배수)
④ 세굴우려 지역은 그 깊이를 고려하여 근입
⑤ 지지력 부족의 경우 기초 면적 확장.
⑥ 경사지에서는 지지력 현저히 감소 및 굴착시 사면 붕괴 우려
⑦ 동일 구조물의 기초 지지층이 다른 경우 대책 필요

2) 환경 조건에 대한 특징.
① 소요면적이 넓다.
② 비교적 협소한 공간에서 시공 가능
③ 인접구조물에 미치는 악영향 적다.
④ 소음, 진동, 오염이 적다.
⑤ 지하매설물, 지중 구조물 확인 시공가능.
⑥ 심층에 있는 지하수맥에 지장 없다.

3) 상부구조에 대한 특징.
① 하중의 대소에 광범위하게 대처 가능.
② 연직 하중이 클수록 수평 지지력 증대
③ 합력의 작용방향 및 위치에 따라 기초에 대한 지반 반력이 변화한다.
④ 지지층의 깊이 변동에 따라 부재 길이의 변동으로 응력 변화.
⑤ 지지층 확인 시공으로 신뢰성 높다.

(2) 케이슨 기초

1) 지형, 지질에 대한 특징.
① 지지층이 비교적 깊은 경우에 유리.
② 지지층이 너무 깊은 경우에는 시공곤란( 30m 정도가 일반적 한계)
③ 시공시 물의 처리 문제없음(수심 있는 곳에서의 시공 양호)
④ 동일 구조물의 기초 지지층이 다른 경우 대처 양호.
⑤ 근입 깊이의 조정은 쉬우나 근입 깊이 증감이 안정성과 기초구조물 강도에 민감하게 영향을 준다.
⑥ 경사지에서는 연직 지지력은 문제가 없고 수평 지지력을 감소된다.
⑦ 경사지에서는 시공시 지반의 사면붕괴에 대해서 타 공법보다 유리하나 기구의 반입설치에 대한 대책 필요.
⑧ 연약 지반의 경우 수평 지지력 검토 필요.(말뚝기초보다는 유리)
⑨ 중간층의 조건에 대한 적응성이 크다.
⑩ 지반 침하에 의한 부 마찰력에 대하여 말뚝기초보다 유리.

2) 환경조건에 대한특징
① 기초점유면적 최소
② 시공시 소요공간의 제약이 비교적 적다.
③ 인접구조물에 미치는 악영향은 뉴메틱 케이슨이 경우 비교적 적고, 우물통의 경우는 크다.
④ 소음, 진동, 오염 등이 비교적 적다.
⑤ 지하매설물, 지하구조물 등의 확인 시공 곤란.
⑥ 심층에 있는 지하 수맥 등에 지장우려.

3) 상부구조물에 대한 특징
① 큰 하중에 적응성이 크고 하중이 적은 경우는 불리.
② 연지지력 및 수평지지력 최대.
③ 합력의 작용방향 및 위치변화 따른 영향은 케이슨 기초가 얕은 경우에는 직접기초와 같이 영향을 받고 깊은 경우에는 영향이 적다.
④ 지지층 깊이 변동에 따른 영향은 단순구조물에서는 영향이 없고, 부정정 구조물에서는 영향이 있는 경우가 많다.
⑤ 기초공의 신뢰성은 뉴메틱케이슨의 경우 양호 우물통의 경우는 약간 문제 있다.

(3) 말뚝기초

1) 지형, 지질에 대한 특징
① 지지층의 깊이는 말뚝직경의 10배 이상 필요, 비교적 깊은 경우에 유리
② 지지층이 너무 얕으면 설계 시공에 제약이 많다.
③ Footing의 설치는 직접기초와 거의 같다.
④ 동일구조물의 지지층 변동에 대하여 타 기초공법에 비하여 구조물에 영향이 적다. (수평하중에 대한 변위량이나 응력은 말뚝길이에 따라 변화하지 않는다.)
⑤ 지반 조건에 따라 완전지지, 불완전지지, 마찰지지 기초 적용가능.
⑥ 경사지에서는 연직지지력은 문제가 없고 수평지지력은 감소.
⑦ 경사지 시공시 사면붕괴에 대해서는 직접기초보다 유리하나 중기 반입 곤란.
⑧ 연약 지반의 경우 수평 지지력에 문제 많다.
⑨ 중간층의 조건에 따라 말뚝의 공법이 제한.
⑩ 지반 침하에 의한 부 마찰력에 대하여 침하나 변형이 생긴다.

2) 환경조건에 대한 특징
① 기초점유면적은 직접기초보다 적고 케이슨 기초보다 크다.
② 시공시 소요공간이 타 기초형식보다 크다.
③ 인접구조물에 영향을 미친다.
④ 소음, 진동, 오염 등 시공시 공해 유발.
⑤ 지하매설물 및 지층구조물 파손우려 크다.
⑥ 심층의 지하수맥 등에 지장.

3) 상부구조물에 대한 특징.
① 큰 하중에 대한 적응범위는 직접기초 및 케이슨 기초에 비하여 불리.
② 연직지지력 확실, 수평지지력 기대할 수 없는 경우 있다.
③ 합력 작용방향의 경사는 무시할 수 있으나 편심은 군향의 경우 고려 필요.
④ 지지층 깊이 변동에 다른 상부구조물의 영향 없다.
⑤ 기초공의 신뢰성은 직접기초, 케이슨 기초에 비하여 떨어진다.

3. 기초 구조형식 선정

(1) 형식 선정시 검토해야 할 주된 항목.

1) 상부구조조건 : 형식, 하중종류 및 크기, 허용 변위량.

2) 지반조건 : 지형, 지질, 지하수, 중간층 조건, 지반변동.

3) 시공조건 : 기존구조물에 미치는 영향, 수송, 소음, 진동의 규제, 용지, 안전성, 작업공간.

4) 공사기간

5) 공사비

(2) 하나의 기초 구조에서는 다른 종류의 형식을 병용하지 않는 것을 원칙으로 한다