지반설계 기준

지반설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

• 도로, 철도, 댐, 하천, 교량, 터널, 방파제, 호안, 원자력 등 토목구조물, 농업생산기반시설, 건축구조물 및 공작물 등과 그 기능을 보조하는 부대시설(단지, 상하수도, 조경 등) 등 지반에 축조되는 각종 구조물과 시설물의 지반설계를 수행하기 위한 기본적이고 표준적인 설계기준 제시

1.2 적용 범위

• 토목구조물, 건축구조물 및 공작물 등과 그 기능을 보조하는 부대시설 등 지반에 축조되는 각종 구조물과 시설물의 설계에 필요한 지반조사, 계측, 토공사, 연약지반개량 및 보강, 기초, 흙쌓기, 굴착, 옹벽, 앵커, 비탈면(사면), 가시설, 기타 각종 지반구조물 등의 설계에 적용
• 이 기준에 기술되지 않은 사항과 특수한 경우는 국가 기준으로 제정된 기준 적용 가능, 국제적으로 검증되어 통용되는 기준도 발주자의 승인을 얻어 준용 가능

1.3 참고 기준

• 관련 법규: 내용 없음
• 관련 기준: 내용 없음

1.4 용어의 정의

• 가설흙막이: 굴착 또는 성토 공사 시 지반의 붕괴, 주변의 침하 등을 방지하기 위해 공사 중 임시로 설치하는 흙막이 구조물

• 굴착: 구조물의 기초나 지하구조물을 건설하기 위해 소정의 모양으로 지반을 파내는 행위

• 기초: 상부구조물의 하중을 지반으로 전달하는 하부구조물

• 비탈면: 자연적 또는 인공적으로 형성된 지반의 경사면

• 앵커: 흙막이 구조물, 비탈면 터널 등의 안정화, 구조물의 부상(浮上) 방지 등을 위해 설치하는 구조체

• 연약지반: 구조물의 기초 지반으로서 충분한 지지력과 침하에 대한 안정성을 갖지 못하여 지반 개량 또는 보강 등의 대책이 필요한 지반

• 옹벽: 비탈면의 안정성을 유지하고 전면과 배면 상부에 공간을 확보하기 위해 설치하는 구조물

• 지반계측: 설계 시 고려하지 못한 불확실성과 제한사항 및 시공 전·중·후 발생되는 현장과 그 주변 지반의 변화 등에 기인된 변동사항을 파악하여 구조물과 시설물의 안정성을 확인하고 필요시 그 결과를 추가적으로 설계 및 시공에 반영하기 위해 실시하는 것

• 지반조사: 각종 토목구조물, 건축구조물, 시설물 등의 설계 및 시공에 필요한 지반정보를 얻기 위해 실시하는 조사

• 토공사: 자연지형에 구조물 또는 시설물 건설을 위한 터파기, 되메우기 및 다짐, 흙쌓기, 흙깎기, 잔토처리 등 흙을 대상으로 하는 지반 형성 공사

• 이 용어의 정의에 기술되지 않은 지반설계 관련 용어는 국가 기준으로 제정된 기준에 통용되는 용어와 국제적으로 검증되어 통용되는 용어를 준용하여 사용 가능

1.5 기호의 정의

• 내용 없음

2. 조사 및 계획

2.1 일반사항

• 지반설계의 조사 및 계획은 각 구조물 및 시설물의 설계 및 시공에 필요한 지반정보를 얻기 위해 실시

2.2 조사

• KDS 11 10 10을 따른다.

2.3 계획

• 각 구조물과 시설물의 목적을 충분히 이해하여 합리적이고 경제적으로 수립
• 각 구조물과 시설물의 기능과 중요성, 지반조건, 현장의 시공여건, 지역의 환경기준, 문화재 및 천연기념물의 존재, 공사비와 공기, 재해영향, 법적 규제사항 등도 고려하여 계획 수립
• 계획 수립은 해당분야 전문가의 자문과 발주자의 의견을 수렴하여 조정 가능, 필요시에는 지역주민 및 지방자치단체의 의견을 반영하여 검토
• 각 구조물과 시설물에 대한 계획은 기본적으로 이 기준을 따라야 하며, 추가적으로 요구되는 사항은 해당되는 구조물 및 시설물의 국가 기준을 참고하여 수립

3. 재료

3.1 일반사항

• 지반설계에 주목적 대상인 흙과 암(암석과 암반)의 특성과 품질 및 성능시험을 포함

3.2 재료특성

3.2.1 흙(토사)

• 일반적으로 조립토(자갈, 모래)는 상대밀도로 특성을 나타내며 세립토(실트, 점토)는 연경도로 특성을 나타냄
• 정확한 흙의 특성은 물리적·역학적(강도, 변형, 투수 특성 등) 시험을 통해 결정

3.2.2 암

• 암석의 강도는 극도로 약함, 매우 약함, 약함, 보통 강함, 강함, 매우 강함 및 극도로 강함으로 기술
• 정확한 암의 특성은 물리적·역학적(강도, 변형, 투수, 불연속면의 전단특성 등) 시험을 통해 결정

3.2.3 기타

• 지반과 접하여 사용되는 콘크리트, 그라우트, 강재, 목재, 합성재료 등의 재료특성은 관련 기준들을 따른다.

3.3 품질 및 성능시험

• 흙과 암석, 그리고 이 외의 지반과 접하여 사용되는 콘크리트, 그라우트, 강재, 목재, 합성재료 등에 대한 품질 및 성능시험은 한국산업표준(KS) 관련 기준을 따라야 함
• 한국산업표준(KS)에 명시되지 않은 각종 구조물과 시설물의 지반설계에 요구되는 재료의 품질 및 성능 시험은 국제적으로 검증되어 통용되는 시험방법(국제암반공학회(ISRM) 및 미국재료시험협회(ASTM) 등)을 준용할 수 있다.

4. 설계

4.1 일반사항

• 지반에 건설되는 각종 구조물과 시설물의 기능이 충분히 발휘하도록 지반설계에서 요구되는 기본적이고 표준적인 설계원칙, 설계기준, 설계정수, 설계하중 등을 제시

4.2 설계원칙

• 지반설계는 안정해석 시 반드시 기준안전율을 만족하도록 설계하여야 하며, 안전율은 시설물 별 기준을 따름
• 지반설계는 현장여건에 적합하고 안전하며 경제적인 시공이 될 수 있도록 설계
• 이 기준에 제시하지 않은 사항은 각종 구조물과 시설물 설계에 관련되는 관계법규 및 기준을 검토하여 반영

4.3 설계기준

• 설계기준은 허용응력설계법(일반설계법) 또는 한계상태설계법(한계설계법) 중 설계자가 택일하여 적용 가능, 이 때 설계기준에 대한 명확한 근거자료를 발주자에게 제시하고 협의하여 승인을 득한 후에 적용
• 안전율과 하중계수 및 저항계수는 구조물의 중요성, 손상피해의 심각성, 지반조사 및 시험자료 결과의 통계특성, 설계에 사용한 각종 정수와 지반 모델링의 정확성, 해석방법의 정밀성, 시공조건 및 시공환경, 시공자의 능력 등을 감안하여 각 구조물과 시설물에 따라 신중하게 채택
• 구조물의 부재설계에 대해서는 해당 재료에 적합한 설계기준 적용

4.4 설계정수

• 지반설계정수는 지반조사, 현장시험, 실내시험을 이용하여 직접적으로 결정
• 직접적인 방법으로 설계정수 결정이 불가능한 경우 아래 방법을 종합적으로 고려하여 설계정수를 산정 할 수 있으나, 시공 전 확인시추 및 조사 등을 수행하여 적합성 여부를 확인하여야 함
  • 경험식
  • 유사 지반조건에 대한 설계정수 도표
  • 주변 현장의 기존 자료
  • 현장계측 및 관측결과를 이용한 역해석 자료
  • 파괴된 지반에 대한 역해석 자료
• 지반설계정수 중 지반의 전단강도 정수는 대상 지반의 포화조건, 투수성, 하중재하조건 등을 감안하여 배수전단강도, 비배수전단강도 및 최대강도, 한계상태강도, 잔류강도를 구분하여 결정
• 설계정수는 현장 지반조사 결과를 토대로 지반을 대표적인 몇 개의 지층으로 구분하고 각 지층에 대한 시험을 실시하여 정수를 결정하고, 서로 다른 지층에 대해 구한 설계정수는 각 지층 구간에 대해서만 적용
• 여러 가지 지반조사와 시험을 실시하여 동일지층의 유사한 지점에 대해 여러 번의 결과를 획득한 경우에 설계정수는 평균치와 표준편차를 계산하고 다음 식 (4.4-1)을 이용하여 안전측이 되는 값을 적용하여야 함
• 동일한 지층이라도 시험한 위치에 따라 물성값의 경향이 다르게 나타나는 경우에는 유사한 경향을 갖는 구간으로 구분하여 설계정수를 산정하여야 하며, 전체를 동일 구간으로 간주하여 설계하는 경우에는 가장 불리한 값을 채택하여야 한다.
• 설계정수는 배수조건(배수 및 비배수)과 배수기간(장기 및 단기)에 맞게 적절하게 선정하여 적용
• 이 기준에 제시하지 않은 설계정수는 각종 구조물과 시설물의 설계에 관련되는 관계법규 및 기준을 검토하여 반영

4.5 설계하중

• 하중은 재하특성에 따라 사하중과 활하중으로 구분하고, 시간의 변동에 따라 영구하중(설계가용 기간 동안 존재), 임시하중(시공 또는 보수 중 설계가용 시간 보다 적은 시간동안 존재), 우발하중(실제조건에 예외적으로 매우 짧은 시간동안 존재)으로도 구분
• 지반설계에 포함되는 하중으로는 흙, 암 및 물의 단위중량, 토압과 수압, 하중의 제거 또는 굴착, 구조물 시공 등 공정에 의해 발생되는 하중, 기후 변화와 같은 불분명한 원인에 의한 흙의 팽창, 수축, 동결작용에 의한 하중 등을 포함
• 옹벽구조물은 뒷채움재의 중량, 상재하중, 물의 중량, 침투압, 충돌, 지진 및 온도의 영향 등을 포함한 하중조합을 고려
• 옹벽 및 가설흙막이 등에 작용하는 토압은 벽체와 지반의 상호거동에 따라 하중이 결정되므로 적절한 토압계수를 적용
• 비탈면은 흙(또는 암)의 중량, 상재하중, 물의 중량, 지진, 기후변화, 식생체적 등을 포함한 하중조합을 고려
• 기초의 경우 구조적 강성이 하중에 큰 영향을 미치므로 지반과 구조물의 상호작용 해석을 통해 하중을 결정
• 압밀, 팽창, 크리프, 산사태 및 지진은 말뚝을 포함한 깊은기초에 상당히 큰 추가적인 하중으로 작용될 수 있으므로 이를 고려
• 이 기준에 제시하지 않은 하중 및 하중조합은 각종 구조물과 시설물의 설계에 관련되는 관계법규 및 기준을 검토하여 반영"