기초

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1. 개요

기초는 구조물의 안정성을 제공하기 위해 지반과 구조물 사이에 설치되는 구조 요소이다. 상부 구조물의 하중을 지지하고 지반에 분산시켜 불균등 침하나 외부 환경으로부터 구조물을 보호하는 역할을 한다. 기초는 얕은 기초(직접 기초)와 깊은 기초로 분류되며, 지반 조건, 구조물의 특징, 시공 여건 등을 고려하여 적절한 형식을 선택한다. 기초 설계는 지반 조사 결과를 바탕으로 지반의 지지력, 침하량 등을 고려하여 수행되며, 지반공학자와 구조공학자의 협업을 통해 이루어진다. 과거에는 간단한 받침돌부터 나무 말뚝, 석축 기초 등이 사용되었으며, 현대에는 스크류 파일, 모노파일 기초 등 다양한 공법이 활용된다.

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기초
기본 정보
정의	구조물의 최하위 및 지지층
영어	foundation
같이 보기
관련 항목	건설
참고 문헌
저자	칼 폰 테르차기, 랄프 브라질턴 펙, 골람레자 메스리
제목	공학 실제의 토질 역학
판	제3판
출판사	존 와일리 & 선즈
위치	뉴욕
ISBN	0-471-08658-4
추가 정보
참고	건설 용어

2. 기초의 역할과 중요성

기초는 상부 구조물의 하중을 지반에 안전하게 전달하고, 지반 침하, 지진, 홍수 등 외부 요인으로부터 구조물을 보호하는 역할을 한다. 구조물의 기초를 만드는 공사를 '''기초공(기초공사)''', 시공방법을 '''기초공법'''이라고 부른다.^[1]

2. 1. 기초의 역할

기초는 지반으로부터 구조물의 안정성을 제공한다.

구조물의 하중을 넓은 면적에 분산시켜 지반에 과도한 하중이 걸리는 것을 방지한다 (불균등 침하 발생 가능성 감소).
지진, 홍수, 가뭄, 동상, 토네이도, 바람 등 자연 현상으로부터 구조물을 고정시킨다.
시공을 위한 수평면을 제공한다.
구조물을 지반 깊숙이 고정시켜 안정성을 높이고 과도한 하중을 방지한다.
지지되는 구조물의 측면 이동을 방지한다 (경우에 따라).

성능이 우수한 기초의 설계 및 시공에는 몇 가지 기본적인 요구 사항이 있다.^[2]

기초의 설계 및 시공은 건물의 고정하중과 활하중을 지반에 안전하게 전달할 수 있도록 이루어져야 한다. 이러한 하중 전달은 구조물의 안정성에 문제를 일으킬 수 있는 어떠한 형태의 침하도 발생하지 않도록 해야 한다.
기초에 강성이 있는 기저부를 사용하면 침하량 차이를 방지할 수 있다. 이러한 문제는 상부 하중이 균일하지 않은 지역에서 더욱 두드러진다.
지반과 지역에 따라 기초를 더 깊게 설계하여 온도 변화로 인한 수축 및 팽창 문제로 인한 손상이나 피해를 방지하는 것이 좋다.
선택된 기초 위치는 향후 공사나 요인의 영향을 받지 않는 지역이어야 한다.

기초의 역할은 상부구조가 받는 수직하중(구조물의 자중이나 상재하중 등)과 수평하중(지진력·토압·수압 등)을 지지하고, 그 하중을 지지지반에 전달하는 것이다.

구조물의 기초를 만드는 공사를 '''기초공(기초공사)'''이라고 부르며, 그 시공방법을 '''기초공법'''이라고 부른다.

2. 2. 좋은 기초의 요건

성능이 우수한 기초 설계 및 시공을 위해서는 다음과 같은 몇 가지 기본적인 요구 사항이 필요하다.^[2]

건물의 고정하중과 활하중을 지반에 안전하게 전달할 수 있도록 설계 및 시공해야 한다. 하중 전달 시 구조물 안정성에 문제를 일으키는 어떠한 형태의 침하도 발생하지 않아야 한다.
기초에 강성이 있는 기저부를 사용하면 침하량 차이를 방지할 수 있다. 이는 상부 하중이 균일하지 않은 지역에서 더욱 중요하다.
지반과 지역에 따라 기초를 더 깊게 설계하여 온도 변화로 인한 수축 및 팽창 문제로 발생하는 손상이나 피해를 방지해야 한다.
기초는 향후 공사나 다른 요인의 영향을 받지 않는 위치에 선정해야 한다.

3. 기초의 분류

기초는 크게 얕은 기초(직접 기초)와 깊은 기초로 나눌 수 있으며, 지반 조건, 구조물의 특징, 시공 여건 등을 고려하여 적절한 형식을 선택한다.

기초의 관입 깊이를 D_f, 기초 면의 단변 길이를 B라 할 때, 다음과 같이 분류할 수 있다.

직접 기초(얕은 기초): $\frac{D_f}{B}<1$ 인 기초. 상부 지반이 견고한 경우, 슬래브 형태의 구조물을 통해 지반에 하중을 직접 전달한다.
푸팅 기초(확대 기초): 기둥이나 벽의 하단을 확대하여 만든 기초
독립 푸팅 기초: 1개의 기둥을 지지하는 확대기초.
복합 푸팅 기초: 2개 이상의 기둥을 지지하는 확대기초.
연속 푸팅 기초: '줄 기초'라고도 하며, 벽을 따라 연속적으로 설치된다.
캔틸레버 기초: 2개의 독립 확대 기초를 들보로 연결한 것.
전면 기초(온통 기초): 독립 기초보다 큰 하나의 슬래브로 상부 구조물을 지지하는 기초.
깊은 기초: $\frac{D_f}{B}>1$ 인 기초 (혹은 $\frac{D_f}{B}\geq 4$ ). 상부 지반이 견고하지 못한 경우, 말뚝이나 케이슨을 통해 지반에 하중을 전달한다.
말뚝 기초: 가늘고 긴 말뚝을 항타하여 견고한 지반에 박아 만드는 기초. 지반 지지력뿐만 아니라 말뚝 표면의 마찰력으로도 구조물을 지탱한다.
pier 기초: 지반에 구멍을 파고 콘크리트를 부어 만드는 기초.
케이슨 기초: 비교적 큰 콘크리트 통을 지상에서 제작하여 지반까지 굴착, 침하시켜 설치하는 기초.

3. 1. 얕은 기초 (직접 기초)

얕은 기초는 상부 구조물의 하중을 비교적 얕은 깊이의 지반에 직접 전달하는 형식이다. 기초의 관입 깊이를 D_f, 기초 면의 단변 길이를 B라 할 때,

\frac{D_f}{B}<1

인 기초를 말한다. 상부 지반이 견고한 경우, 슬래브 형태의 구조물을 통해 지반에 하중을 직접 전달한다.

일반적으로 1미터 정도 토양에 매립되며, 스트립 또는 패드 형태의 콘크리트(또는 기타 재료)로 구성된 확대 기초가 흔히 사용된다. 이는 동결 깊이 아래로 연장되어 벽과 기둥의 하중을 토양 또는 기반암으로 전달한다.

슬래브온그레이드 기초는 구조물의 하중을 지표면에 설치된 콘크리트 슬래브를 통해 토양으로 전달하는 또 다른 일반적인 유형이다. 슬래브온그레이드 기초는 건물 크기에 따라 25cm에서 수 미터 두께의 철근 매트 슬래브, 또는 일반적으로 주택의 경우 최소 20cm, 더 무거운 구조물의 경우 더 두꺼운 후텐션 슬래브가 될 수 있다.

스크류 파일을 사용하는 방법은 보다 환경 친화적인 기초 설치 방법이다. 스크류 파일 설치는 주택에도 적용되어 많은 주택 소유자가 다른 옵션 대신 선택하고 있다. 나선형 파일 기초의 일반적인 적용 분야에는 나무 데크, 울타리, 정원용 집, 퍼골라 및 차고가 있다.

목구조 건축물에는 주로 일반 주택에 연속 기초와 독립 기초가 사용된다. 지반 보강 및 정지를 겸한 지반 작업을 하고, 그 위에 捨てコンクリート(버림 콘크리트)를 타설하고, 구조에 적합한 기초가 시공된다.

3. 1. 1. 푸팅 기초 (확대 기초)

푸팅 기초(확대 기초)는 기둥이나 벽 하부를 넓혀 하중을 분산시키는 기초이다.^[3]

독립 푸팅 기초(individual footing): 1개의 기둥을 지지하는 확대 기초이다.^[3]
복합 푸팅 기초(combined footing): 2개 이상의 기둥을 지지하는 확대 기초이다.^[4]
연속 푸팅 기초(continuous footing): 줄 기초라고도 하며, 벽체를 따라 연속적으로 설치되는 기초이다. 2020년 발간된 국가건설기준용어집은 '대상 기초' 대신 '줄 기초'를 쓰고 있다.
캔틸레버 기초(cantilever or strap footing): 2개의 독립 확대 기초를 들보로 연결한 기초이다.^[4]

3. 1. 2. 전면 기초 (온통 기초)

전면 기초(mat or raft foundation)는 독립기초보다 큰 하나의 슬래브로 상부구조물을 지지하는 기초이다.^[14] 온통기초라고도 한다. 전면 기초의 극한지지력은 Meyerhof의 극한 지지력 공식을 똑같이 사용하여 구할 수 있다. 전면 기초는 근입깊이 D_f인 경우 γD_f만큼 흙을 파내기 때문에 전면 기초가 받는 순하중은 다음 식으로 나타난다.

:

\begin{matrix}q_{net} &=& q - \gamma D_f \\&=& \frac{P}{A} - \gamma D_f \\&=& \frac{P}{BL} - \gamma D_f\end{matrix}

여기서 P는 상부구조물 전체 설계하중으로, 하중계수를 고려하지 않는 고정하중과 활하중의 합(D+L)이다. 상부구조물에 지하실을 설치하는 경우 순하중이 감소되는 효과가 있다. 전면 기초의 침하량은 이 때문에 문제시되지 않는 경우가 일반적이다. 전면 기초는 한편 독립기초에 비해 크기가 크기 때문에 강성기초로 작용하게 하기 위해서는 기초의 두께가 커야 한다는 특징이 있다. 지하실을 추가함으로써 순하중을 감소시켜(q_net=0) 침하를 줄인 기초를 '''보상기초'''(compensated foundation) 또는 '''부동기초'''(floating foundation)라고 한다.

3. 2. 깊은 기초

깊은 기초는 기초의 관입 깊이(D_f)를 기초 면의 단변 길이(B)로 나눈 값(

\frac{D_f}{B}

)이 1보다 크거나 4 이상인 기초이다. 상부 지반이 견고하지 못한 경우, 말뚝이나 케이슨을 통해 지반에 하중을 전달한다.^[5]

깊은 기초에는 다음과 같은 종류가 있다.

pier 기초: 지반에 구멍을 파고 콘크리트를 부어 만드는 기초이다.^[5]
역사적으로 말뚝은 목재, 강철, 철근 콘크리트, 예압 콘크리트 순으로 발전해왔다.

3. 2. 1. 말뚝 기초

말뚝 기초는 가늘고 긴 말뚝을 지반에 박아 넣어 상부 하중을 지지하는 형식이다.^[5] 지지 지반이 10~100m 정도로 깊을 때 사용된다.小林康昭|고바야시 야스아키^일본어 p=210^일본어 말뚝 기초는 지반 지지력뿐만 아니라, 말뚝 표면에 작용하는 마찰력을 통해서도 구조물을 지탱한다.^[3]

말뚝 기초는 크게 프리캐스트 말뚝과 현장 타설 말뚝으로 나뉜다.

프리캐스트 말뚝: 공장에서 규격화된 품질 관리하에 제작되어 가격도 비교적 저렴하다.小林康昭|고바야시 야스아키^일본어 p=210^일본어 타입 말뚝 공법이나 매입 말뚝 공법 등을 통해 말뚝 선단을 지지층까지 박아 설치한다.小林康昭|고바야시 야스아키^일본어 p=210^일본어

현장 타설 말뚝: 어스오거나 대구경 보링머신 또는 인력으로 지반을 굴착하고, 철근 케이지를 삽입한 후 콘크리트를 타설하여 만든다.小林康昭|고바야시 야스아키^일본어 p=210^일본어 소음·진동 방지가 필요한 경우에 사용된다.小林康昭|고바야시 야스아키^일본어 p=210^일본어

3. 2. 2. 케이슨 기초

케이슨 기초는 비교적 크기가 큰 콘크리트 통을 지상에서 제작하여 지반까지 굴착 침하시켜 설치하는 기초이다.^[14] 접지 면적을 넓힐 필요가 있거나 기초의 강성을 높일 필요가 있을 때, 지하수위가 높을 때 사용된다. 시공 위치(현 위치)에서 철근 콘크리트제 원통을 로트별로 나누어 순차적으로 건설하고, 바닥면을 굴착하면서 지지 지반까지 매설함으로써 설치한다. 단면 형상은 직사각형, 원형, 타원형 등 자유도가 높다.

3. 2. 3. 강관말뚝 기초

강관말뚝기초는 강관말뚝을 원형 등으로 연결해 시공하고, 그 내부를 굴착하여 본체 구조물과 일체화한 기초이다.^[1] 시공할 때는 차수벽이나 흙막이벽 같은 가설 구조물 역할을 하고, 완성 후에는 강성이 높은 기초가 된다.^[1]

3. 2. 4. 지하연속벽 기초

연속벽 기초는 철근 콘크리트 벽을 형성하여 그것을 기초로 하는 것이다.^[1]

4. 기초 설계

기초 설계는 지반공학자가 지반 조사 결과를 바탕으로 지반의 지지력, 침하 등을 고려하여 수행하며, 기초 자체는 구조공학자가 구조적으로 설계한다. 주요 설계 고려 사항은 침하와 지지력이다. 침하를 고려할 때는 총침하량과 차등침하량을 고려해야 한다. 차등침하는 기초의 한 부분이 다른 부분보다 더 많이 침하하는 현상으로, 구조물에 문제를 일으킬 수 있다. 팽창성 점토 토양도 문제를 일으킬 수 있다.

네덜란드의 이 주택들은 해수면 아래 진흙 토양의 부적절한 기초 때문에 침하되었다.

4. 1. 접지압

기초에 하중이 작용할 때, 기초 저면과 지반 사이에 작용하는 압력을 접지압이라고 한다. 접지압은 기초의 강성도와 지반 조건에 따라 다르게 분포한다. 기초 설계 시에는 대부분 강성 기초라고 하더라도 등분포 접지압으로 가정하고 설계한다.^[2]

말뚝에 작용하는 하중에는 축하중과 수평하중이 있다. n개의 말뚝으로 이루어진 말뚝기초에서 말뚝 하나가 받는 축하중은 다음 식으로 구한다.

:

P_i = \frac{P}{n} \pm \frac{M_y}{\Sigma {x_i}^2} x_i \pm \frac{M_x}{\Sigma {y_i}^2} y_i

P: 연직하중의 합력 (사하중 + 활하중)
M_x, M_y: x축, y축에 대한 모멘트 (편심하중에 의한 모멘트는 각 축에서 편심하중 P까지의 수직거리를 곱한다)
x_i, y_i: i번째 말뚝에서 x, y축까지의 거리

각 말뚝이 받는 수평하중은 기초에 작용하는 수평하중 H를 말뚝 개수 n으로 나누어 계산한다.

:

H_i = \frac{H}{n}

상부구조물에 작용하는 수평하중이 말뚝에 전달되는 경우는 주동말뚝, 말뚝 주변 지반 변형이 말뚝에 하중으로 작용되는 경우는 수동말뚝이라고 한다.^[3]

4. 1. 1. 강성 기초

기초에 하중이 작용할 때, 기초 저면에 접하는 지반에 발생하는 반력을 접지압(contact pressure)이라 한다. 강성 기초의 경우 접지압 분포는 지반 조건에 따라 달라진다.^[1]

모래 지반 위의 강성 기초: 중심에서 최대 접지압, 가장자리에서 최소 접지압^[1]
점토 지반 위의 강성 기초: 중심에서 최소 접지압, 가장자리에서 최대 접지압^[1]

4. 1. 2. 휨성 (연성) 기초

모래 및 점토 지반 위에 놓인 휨성 기초는 등분포 접지압을 받는다.^[1]

구분	지반 종류	접지압 분포
휨성 기초	모래	등분포 접지압^[1]
휨성 기초	점토	등분포 접지압^[1]

4. 2. 지지력

지지력은 지반이 기초에 가해지는 하중에 저항하는 능력을 말한다. 직접 기초의 파괴 유형은 '원형 회전 파괴'와 '흙쐐기 파괴' 두 가지가 있다.

원형 회전 파괴: 주로 점토 지반에서 발생하며, 기초가 불균일하게 침하되면서 전체적으로 회전하는 형상으로 파괴된다.
흙쐐기 파괴: 주로 사질토 지반에서 발생하며, 기초 하부 지반이 가라앉으면서 주위의 흙이 옆으로 밀려나가는 형태로 파괴가 진행된다.

흙쐐기 파괴는 다시 '전반 전단 파괴', '국부 전단 파괴', '관입 전단 파괴' 세 가지로 구분된다.

전반 전단 파괴: 지반이 비교적 단단한 경우, 하중이 최대한 높아졌을 때 기초 부근 전체가 전단 파괴된다.
국부 전단 파괴: 일반적인 지반에서 일어나며, 흙 속에서 일부분 전단 파괴가 일어난다.
관입 전단 파괴: 지반이 느슨한 경우 일어나며, 기초가 지반 속으로 쏙 빠져버린다.

말뚝에 작용하는 하중은 축하중과 수평하중이 있다. n개의 말뚝으로 이루어진 말뚝기초에서 말뚝 하나가 받는 축하중(P_i)과 수평하중(H_i)은 다음 식으로 구한다.

축하중:

:

P_i = \frac{P}{n} \pm \frac{M_y}{\Sigma {x_i}^2} x_i \pm \frac{M_x}{\Sigma {y_i}^2} y_i

P : 연직하중의 합력(사하중 + 활하중)
M_x, M_y : x축, y축에 대한 모멘트 (편심하중에 의한 모멘트는 각 축에서 편심하중 P까지의 수직거리를 곱해준다)
x_i, y_i : i번째 말뚝에서 x, y축까지의 거리
수평하중:

:

H_i = \frac{H}{n}

상부구조물에 작용하는 수평하중이 말뚝에 전달되는 경우는 '''주동말뚝'''이라고 하고, 말뚝 주변 지반 변형이 말뚝에 하중으로 작용되는 경우는 '''수동말뚝'''이라고 한다.

4. 2. 1. 허용 지지력

기초의 허용 지지력(

q_a

)은 극한 지지력(

q_u

)을 안전율(

F_s

)로 나눈 값이다. 기초 지지력에 대한 안전율은 일반적으로

F_s=3

을 사용하지만, 구조물의 중요도나 기타 상황에 따라 안전율을 다르게 할 수 있다.^[15]

:

q_a=\frac{q_u}{F_s}

안전율은 고정된 값이 아니며, 구조물의 형식이나 설계를 요구한 기관에 따라 달라질 수 있다. 안전율을 적용하는 이유는 설계자가 예측하지 못한 변수나 현장 조건 변화 등으로 인해 극한 지지력을 초과하는 압력이 발생할 경우, 지반이 파괴되는 것을 방지하기 위함이다. 예를 들어 극한 지지력이 3t/m²인 지반에 안전율 3을 적용하면 허용 지지력은 1t/m²이 된다. 즉, 실제로는 지반이 3t/m²을 견딜 수 있어도, 1t/m²만큼만 압력을 받도록 설계하여 예상치 못한 상황에서도 안전을 확보하는 것이다.

지진 시의 안전율은 평상시보다 작은 값을 적용한다.

허용 하중(

Q_a

)은 허용 지지력(

q_a

)에 면적 A를 곱한 값이다.

:

Q_a=q_a\cdot A

4. 2. 2. 극한 지지력

지반이 최대로 버틸 수 있는 지지력을 '''극한 지지력'''(ultimate bearing capacity)이라고 한다.^[1] 극한 지지력은 지반이 파괴되기 직전의 최대 지지력이다.

4. 2. 3. 순극한 지지력

순극한지지력(net ultimate bearing capacity)은 극한지지력에서 흙의 무게에 의한 압력을 뺀 값이다.^[1]

:

q_{u(net)} = q_u - q = q_u - \gamma D_f

4. 3. 침하

침하는 기초에 하중이 작용할 때 지반이 압축되어 발생하는 변형이다. 연속 기초 혹은 독립 기초의 침하량(S)은 다음 식으로 나타낼 수 있다.^[1]

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I

q_net: 기초에 작용하는 순하중
E: 지반의 탄성 계수
μ: 지반의 포아송 비
I: 영향 계수 (기초 형상, 근입 깊이에 따른 값)
B: 기초의 폭

기초 침하량에 영향을 미치는 변수는 다음과 같다.^[2]

기초 면적이 클수록 접지압은 작아지나 침하량은 커진다.
연성 기초는 접지압이 면적에 대해 일정하게 분포하나, 침하량은 중심부가 크고 가장자리가 작다.^[3]
콘크리트 같은 강성 기초는 접지압이 면적에 대해 일정하지 않으나, 침하량은 일정하다.^[3]
기초가 파묻혀 있는 경우가 지표면 위에 있는 경우보다 침하량이 작다.
지반의 탄성 계수(E)가 침하량에 가장 큰 영향을 미친다.

4. 3. 1. 즉시 침하

하중 작용과 동시에 발생하는 침하로, 주로 모래 지반이나 건조 점토 지반에서 발생한다. 모래 지반과 건조 점토 지반은 즉시침하(탄성침하)가 전체 침하와 같다.^[1] 하지만 포화 점토 지반은 즉시 침하와 압밀 침하를 더해야 전체 침하가 된다. 즉시 침하는 다음과 같이 계산한다.

:

S_i = \frac{q_{net} B (1-\mu_u^2)}{E_u}I

(E_u: 비배수 상태에서의 탄성 계수, μ_u: 지반의 비배수 상태에서 포아송 비)

이때

E_u = \frac{\Delta \sigma_d}{\epsilon_z}, \mu_u = -\frac{\epsilon_x}{\epsilon_z}=0.5

이며 삼축 압축 실험 중 비배수 실험을 통해 구한다. 축차응력

\Delta \sigma_d = \sigma_1 - \sigma_3

이고, ε_x는 횡방향 변형률, ε_z는 연직방향 변형률이다.

4. 3. 2. 압밀 침하

포화 점토 지반에서는 과잉 간극 수압이 소산되면서 장시간에 걸쳐 압밀 침하가 발생한다.^[1] 정규압밀점토에서 압밀 침하(

S_c

)는 다음 식으로 계산한다.^[2]

:

S_c = \frac{C_c H}{1+e_0}\log\frac{\sigma_0' + \Delta \sigma}{\sigma_0'}

C_c: 압축지수
Δσ: 연직응력의 증가량
e₀: 초기 간극비
H: 층의 두께
σ₀: 초기 유효 연직 응력

4. 3. 3. 침하량 계산

연속 기초 혹은 독립 기초의 침하량 S는 다음과 같이 계산된다. q_net을 기초에 작용하는 순하중, E를 지반의 탄성계수, μ를 지반의 포아송 비, I를 영향계수(기초 형상, 근입 깊이에 따른 값)라고 하면,^[1]

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I

기초의 침하량에 영향을 미치는 변수들은 다음과 같다.^[2]

기초 면적이 클수록 접지압은 작아지나 $\left( q = \frac{P}{BL}\right)$ 침하량은 커진다.
연성 기초의 경우 접지압은 면적에 대해 일정한 분포를 가지나, 침하량은 중심부가 크고 가장자리가 작다.^[3]
콘크리트 기초같은 강성 기초의 경우 접지압은 면적에 대해 일정치 않으나, 침하량은 일정하다.^[3]
기초가 파묻혀 있는 경우가 지표면 위에 있는 경우보다 침하량이 작다.
지반의 탄성 계수 E가 침하량에 가장 큰 영향을 미친다.

모래 지반과 건조 점토 지반은 즉시침하(탄성침하^[3])가 전체침하와 같다. 하지만 포화 점토 지반은 즉시침하와 압밀침하를 더해야 전체침하가 된다. 즉시침하는 다음과 같이 계산한다. E_u가 비배수 상태에서의 탄성계수, μ_u를 지반의 비배수 상태에서 포아송 비라고 하면,

:

S_i = \frac{q_{net} B (1-\mu_u^2)}{E_u}I

이때

E_u = \frac{\Delta \sigma_d}{\epsilon_z}, \mu_u = -\frac{\epsilon_x}{\epsilon_z}=0.5

이며 삼축 압축 실험 중 비배수 실험을 통해 구한다. 축차응력

\Delta \sigma_d = \sigma_1 - \sigma_3

이고, ε_x는 횡방향 변형률, ε_z는 연직방향 변형률이다.

정규압밀점토에서 압밀침하는 C_c는 압축지수, Δσ는 연직응력의 증가량이라 할 때,^[4]

:

S_c = \frac{C_c H}{1+e_0}\log\frac{\sigma_0' + \Delta \sigma}{\sigma_0'}

한편 배수 조건에서의 지반 정수 E'과 μ'을 구할 수 있다면 포화 점토 지반이라고 하더라도 즉시침하와 압밀침하를 따로 구할 필요 없이 다음 식으로 전체 침하량을 구할 수 있다.

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu'^2)}{E'}I

압밀 배수 삼축압축시험에서

E' = \frac{\Delta \sigma_d}{\epsilon_z}, \mu' = -\frac{\epsilon_x}{\epsilon_z}

이다.^[5]

근입 깊이

D_f = 0

이고, 기초저면에서 암반까지의 거리가 무한대라고 가정할 때 탄성침하량(즉시침하량^[3])은 다음 식들로 나타난다. 모래 지반에서는 이 값이 전체 침하량이고 포화 점토지반에서는 즉시침하량을 의미한다.^[6]^[7]

연성기초 모서리에서의 침하

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}\frac{I}{2}

연성기초 중심부 침하

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I

연성기초 평균 침하

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I_{avg}

강성기초 침하

:

S = \frac{q_{net} B (1-\mu^2)}{E}I_{rig}

근입 깊이

D_f \neq 0

인 경우는 근입 깊이에 따른 수정계수 C_{D_f}를 최종적으로 곱해서 침하량을 계산한다. 이 수정계수는 포아송 비 μ, 기초의 단변 길이(B)와 장변 길이(L), 근입 깊이 D_f의 함수로 나타난다.^[8]^[9]

5. 역사 속 기초

건축물과 구조물은 오랫동안 지면과 접촉하는 목재를 사용하여 건설되어 왔다.^[3]^[4] 지면 매설 기둥(Post in ground) 공법은 기술적으로 기초가 없을 수도 있다. 목재 말뚝(Timber pilings)은 돌이나 벽돌 벽 아래의 무른 땅이나 습지에서도 사용되었다.^[5] 해양 건축과 교량 건설에서 콘크리트 내 목재 또는 강철 빔의 격자 구조는 그릴라주(grillage)라고 한다.^[6]

가장 단순한 기초는 아마도 받침돌일 것이다. 받침돌은 하나의 돌로, 무게를 지면에 분산시키고 동시에 목재를 지면에서 들어 올린다.^[7]

석축과 모르타르로 쌓은 기초는 세계 여러 지역에서 흔히 볼 수 있다. 석축 기초는 건설 후 모르타르로 칠해졌을 수도 있다. 때로는 상부, 즉 보이는 석재 코스는 다듬어진 채석장 돌이다.^[8] 모르타르를 사용하는 것 외에도, 돌을 가비온에 넣을 수도 있다.^[9] 단점 중 하나는 일반적인 강철 철근을 사용하는 경우, 모르타르를 사용할 때보다 가비온의 수명이 훨씬 짧아진다는 점이다(녹슬기 때문). 내후성 강판 철근을 사용하면 이러한 단점을 다소 줄일 수 있다.

6. 현대의 기초 공법

주어진 원본 소스가 없으므로, 현대의 기초 공법에 대한 내용을 작성할 수 없습니다.

6. 1. 모노파일 기초

모노파일 기초는 지표면 위에 있는 대형 구조물이 받는 모든 하중(무게, 바람 등)을 지탱하기 위해 땅속에 묻는, 보통 지름이 큰 구조 요소를 사용하는 심층 기초의 한 종류이다.^[10]

최근 몇 년 동안 얕은 바다의 해저 지역에 고정식 해상풍력발전소를 경제적으로 건설하는 데 많은 모노파일 기초가 사용되었다.^[11] 예를 들어, 영국 해안에서 떨어진 린 및 인너 다우징 풍력발전소는 2008년에 100개가 넘는 터빈을 가동했는데, 각 터빈은 최대 16미터 깊이의 바다에서 지름 4.74미터의 모노파일 기초 위에 설치되었다.^[12]

7. 기타

부유식 기초는 육지가 아닌 수면 위에 설치되는 기초이다. 이러한 유형의 기초는 일부 교량과 부유식 건물에 사용된다.

1925년 9월 18일, 일본의 국회의사당(제2차 임시 의사당)이 화재로 소실되었다. 기초 부분은 무사했고 건물 도면도 남아 있었기에, 기존의 기초 위에 소실 전과 동등한 건물^[13]이 불과 3개월 만에 재건되었다.

참조

_[1] 서적 Soil mechanics in engineering practice https://books.google[...] John Wiley & Sons 1996
_[2] 서적 Fondazioni Hoepli
_[3] 서적 Medieval archaeology: an encyclopedia Garland Pub. 2001
_[4] 서적 A Creole lexicon architecture, landscape, people Louisiana State University Press 2004
_[5] 서적 Practical Masonry, Bricklaying and Plastering, Both Plain and Ornamental Thomas Kelly 1838
_[6] 서적 Basic Civil Engineering 2005
_[7] 서적 The concise Oxford dictionary of archaeology Oxford University Press 2008
_[8] 서적 A building history of northern New England University Press of New England 2001
_[9] 문서 Stones in gabion for foundation, done in Diez Casas Para Diez Familias (10x10)'s Casa Rosenda; see Design Like You Give a Damn 2 book by Kate Stohr
_[10] 웹사이트 Offshore Wind Turbine Foundations http://offshorewind.[...] 2010-04-12
_[11] 웹사이트 Constructing a turbine foundation http://www.hornsrev.[...] 2010-04-12
_[12] 웹사이트 Lynn & Inner Dowsing Offshore Wind Farms http://mth.com/Proje[...] MT Højgaard 2016-09-15
_[13] 뉴스 十五年一月までに仮議事堂完成へ東京朝日新聞 1925-09-19
_[14] 서적 국가건설기준용어집 2020
_[15] 서적 수정판 토질역학 구미서관 2010

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