KDS 설계기준 11 10 10 지반조사

2024년 07월 06일 건설엔지니어

1. 일반사항

1.1 목적

(1) 이 기준은 토목구조물, 건축구조물 및 시설물의 설계에 필요한 지반정보를 획득하고 설계정수를 산정하기 위한 지반조사에 대한 기준을 제시하는 것이다.

1.2 적용범위

(1) 이 기준은 도로, 철도, 댐, 하천, 교량, 터널, 방파제, 호안, 원자력, 단지조성, 농업생산기반시설, 건축구조물 및 공작물, 상하수도, 조경공사 등의 설계 및 시공에 필요한 지반정보 획득에 적용한다.

1.3 참고기준

1.3.1 관련법규

지하수법

1.3.2 관련 기준

KS F 2307 표준관입시험 방법
KS F 2317 얇은 관에 의한 흙의 시료 채취 방법
KS F 2342 점성토의 현장 베인 전단시험 방법
KS F 2592 전자식 콘 관입시험 방법

1.4 용어의 정의

경사: 주향(strike)과 직각을 이루는 지질구조면(층리면, 단층면, 절리면 등의 불연속면)의 기울어진 방향과 수평면이 이루는 사잇각
기반암: 연암층, 퇴적층 또는 토층의 아래에 위치하는 전단파속도가 760m/s 이상인 단단한 암석층(보통암 등)
내진설계: 설계지진에 의해 입력된 에너지를 충분히 견디거나, 소산시키거나, 저감시키도록 하여 시설물에 요구되는 내진성능수준을 유지하도록 구조요소의 제원 및 상세를 결정하는 작업
단층: 정단층, 역단층, 주향이동단층 등으로 구분되는 지각의 응력에 의하여 생긴 일정 규모 이상의 전단파괴면에서 양측에 상대적으로 어긋남을 가지는 선상 또는 대상의 부분
물리검층: 시추공 내에서 심도에 따라 한 가지 또는 여러 가지의 자연적 또는 인위적 물리량을 측정하여 시추공 주변의 지질학적 특성을 파악하는 방법으로 전기 검층, 음파 검층, 방사능 검층, 온도 검층 및 시추공 영상촬영 등이 있음
물리탐사: 탄성파탐사, 전기비저항탐사, 중력탐사, 자기탐사, 전자탐사 및 방사능탐사 등 지층구성 요소의 물리적 특성의 차이를 이용하여 지질이나 암체의 종류, 성상 및 구조를 조사하는 방법
불연속면: 암반 내에 존재하는 절리, 층리, 엽리, 단층 또는 파쇄대 등에서 나타나는 연속성이 없는 면 등의 총칭
비탈면: 자연적 또는 인공적으로 형성된 지반의 경사면
수압시험: 기반암의 투수성을 파악하기 위한 수압에 의한 현장 투수시험
습곡: 화성암, 변성암, 퇴적암에서 변형 전 평면에 가까운 면들이 변형에 의하여 물결처럼 굽어 있는 구조
암: 구성광물, 암종, 단위중량, 일축압축강도, 탄성파 속도, 팽창성, 내구성 지수 등을 이용하여 분류하는 암석과 암석의 종류, 강도 및 풍화도, 불연속면 등의 특성에 따라 분류되는 암반으로 구분되는 지반재료
엽리: 변성암에 나타나는 지질구조로 암석이 재결정 작용을 받아 같은 광물이 판상으로 또는 일정한 띠를 이루며 형성된 지질구조
애추: 급한 기울기의 비탈면 아래에 풍화암 부스러기가 풍화작용 및 중력작용에 의하여 낙하함으로써 군집 형성된 돌무더기의 퇴적물
액상화: 포화된 사질토 등에서 지진동, 발파하중 등과 같은 동하중에 의하여, 지반 내에 과잉간극수압이 발생하고, 지반의 전단강도가 상실되어 액체처럼 거동하는 현상
전기탐사: 물리탑사법의 일종으로 지반전류의 물리현상을 대상으로 하여 자연전위, 비저항을 측정하며 지반구조, 지하수 등을 조사하는 방법
전기비저항탐사: 물리탐사법의 일종으로 지반 내 전류를 흘려보냄으로써 비저항을 측정하여 지반의 지질구조 및 지하수 분포구간 확인 등을 조사하는 방법
전자탐사: 자연적 혹은 인공적으로 가해진 전자기장에 의해 지하에 유기되는 유도전류에 의한 2차장 또는 합성장을 측정하여 지하의 전기전도도 분포를 파악하는 탐사방법
절리: 암석 자체에 의한 것과 외력에 의해 암반에 생성되는 비교적 일정한 방향성을 갖는 불연속면으로 상대적 변위가 단층에 비하여 크지 않거나 거의 없는 것
주향: 불연속면(층리면, 단층면, 절리면 등)과 수평면의 교선방향을 진북방향 기준으로 측정한 방위
주상도: 지반 조사 시의 시추조사 결과에 입각하여 지층의 성질, N값, 시추공 내 지하수위, 코어 회수율, RQD, 불연속면의 발달상태 등을 포함한 그림
지반: 흙과 암으로 구성되며 각종 토목구조물, 건축물, 시설물 등이 건설되는 토대로 육상뿐만 아니라 해양지반도 포함하는 건설공사에 관련된 지구의 표층 부분
지반조사: 각종 토목구조물, 건축구조물, 시설물 등의 설계 및 시공에 필요한 지반정보를 얻기 위해 실시하는 조사
초기응력: 굴착 전에 원지반이 가지고 있는 응력
층리: 퇴적암이 생성될 때 퇴적조건의 변화에 따라 퇴적물속에 생기는 층을 이루는 구조
탄성파탐사: 지표면이나 수면에서 인위적으로 발생시킨 탄성파가 지하 지층에서 반사 또는 굴절되어 되돌아오는 파를 수진기로 기록하여, 지질구조나 암석의 물리적 특성을 조사하는 방법
Q-시스템: RQD, 절리군수, 불연속면의 거칠기, 불연속면 변화 정도, 지하수에 의한 감소계수, 응력감소계수 등을 반영하여 암반을 분류하는 방법
RMR(Rock Mass Rating)분류: 암석강도, RQD, 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태, 굴진방향과 불연속면의 상대적 방향 등을 반영하여 암반 상태를 분류하는 정량적인 암반 분류방법
RQD: 암질의 상태를 나타내는 용어로서, NX 또는 NQ 규격의 시추코아 중 10cm 이상 되는 코아편 길이의 합을 전체 시추 길이로 나누어 백분율로 표시한 값
TCR: 전체 시추길이에 대하여 회수된 코아의 길이 비를 백분율로 표시한 값

1.5 기호의 정의

(내용 없음)

2. 조사 및 계획

2.1 조사 및 계획 일반

(1) 지반조사와 현장 및 실내시험은 원칙적으로 한국산업표준(KS)에 제시된 시험방법에 따라 실시하여야 한다. (2) 한국산업표준(KS)에 명시되지 않은 시험은 국제적으로 인정되는 시험방법(국제암반공학회(ISRM) 및 미국재료시험협회(ASTM) 등)에 따라 실시하며, 관련사항을 지반조사 보고서에 기록하여야 한다. (3) 시험 시 사용하는 장비와 기구는 시험을 시행하는 데 적합하여야 하며, 정기적으로 교정 및 검증을 시행하여야 한다. (4) 조사와 시험에 참여하는 기술자는 소요되는 품질을 얻을 수 있는 자격을 갖추어야 한다. (5) 지반조사 계획은 조사목적 및 현장조건에 부합되고 각 설계에 필요한 지반정보를 얻을 수 있도록 수립하여야 한다. (6) 지반조사 위치는 설계자료를 바탕으로 내업 및 현장답사를 통하여 현지 지질 및 지반특성을 대표할 수 있는 지점을 대상으로 선택하여야 한다. (7) 지반조사 각 단계에 대응한 조사·시험의 계획은 구조물의 특징이나 공사 내용에 필요한 사항을 반영하여야 한다. (8) 지반조사로부터 설계, 시공의 대상이 되는 현장과 그 주변의 지반 및 지하수 조건, 설계 지반정수와 관련된 모든 자료를 얻을 수 있어야 한다. (9) 실내 및 현장시험 수행 시에는 구체적인 품질관리계획을 수립하고 조사 및 평가단계에서 품질보증이 이루어질 수 있도록 하여야 한다. (10) 지반조사는 예비조사, 본조사, 추가조사를 구분하여 시행한다. * 소규모 과업의 경우 발주처와 협의하여 예비조사와 본조사를 구분하지 않고 실시할 수 있다. * 각 단계별 조사·시험 계획은 각 단계에서 필요로 하는 정보를 획득할 수 있도록 수립하여야 한다. * 시공 중 조사는 설계단계에서 민원 등의 사유로 조사가 시행되지 못한 경우 또는 시공 중 급격한 지층변화로 인해 조사가 필요할 경우 실시할 수 있다. (11) 구조물 중요도에 따라 하부지반 영향범위, 하중조건 등을 고려하여 설계에 필요한 정성·정량적 지반정보를 제공할 수 있도록 조사계획을 수립하여야 한다.

2.2 단계별 상세 지반조사

2.2.1 예비조사

(1) 예비조사 목적 * 구조물 입지로서의 적합성 평가 * 대안 부지가 있는 경우, 대안 부지의 적합성 비교 검토 * 구조물 시공으로 발생될 변화 예측 * 구조물의 거동에 중요한 영향을 미치는 지반의 구성 및 특성 파악 * 상기 조사를 근거로 한 본조사 계획 * 필요시 공사에 필요한 골재원(레미콘, 아스콘, 세골재, 조골재) 및 토취장 확인 (2) 예비조사 항목 및 방법 * 기존 자료조사 * 지형도, 지질도 및 고지형도나 * 지진이력 * 인공위성 및 항공사진 * 현장 부근의 기존 조사자료 및 시공 경험 * 수문조사, 특히 개략적인 지하수위 조사 * 인접 구조물 및 굴착현장 조사 * 지장물 현황조사 * 현장답사 * 현장답사는 야외조사를 통하여 지형이나 지질 및 지반상태를 확인하거나 지역 주민들의 청문을 통하여 과거의 지형변화 등에 대한 정보를 입수하여 조사 자료에서 나타난 사항을 확인하고 도상계획에 참고할 수 있도록 하며, 조사시행에 영향을 줄 수 있는 제반 현장여건을 확인하여 원활한 본조사 계획을 수립한다. * 현장답사의 결과는 정리하여 계획 및 설계에 반영할 수 있도록 하며, 이미 계획된 사항에 대해서는 문제점을 파악하여 변경하거나 보완한다. * 현장답사 시 현장 및 인접 부지를 촬영하여 지형 및 주변 보안건물 등 시공에 영향을 줄 수 있는 제반 현장여건 파악에 드론을 활용할 수 있다. * 현장답사 시 주요 구조물 또는 주변 건축물 등과의 이격거리 측정이 필요할 경우 위성사진 또는 거리 측정기를 활용할 수 있다. * 본조사 계획을 위한 지반조사 * 기존 자료조사 및 현장답사 결과를 바탕으로 본조사 계획을 위한 지반조사 계획을 수립하여야 한다. * 지구물리탐사를 통해 조사 지역 전체의 개략적인 지층조건 및 특성을 파악하여야 하며, 필요한 경우 시추조사와 현장 및 실내시험을 수행할 수 있다. * 기존 자료조사, 현장답사, 지반조사 결과를 종합하여 본조사 계획을 수립하여야 한다.

2.2.2 본조사

(1) 본조사 목적 * 본조사는 설계 및 시공에 적합하고, 안전하면서도 경제적인 가설 또는 본공사 설계를 위한 지반공학적 및 지질학적 정보를 제공한다. * 시공방법 계획수립에 필요한 정보를 제공한다. * 시공 중 예상되는 문제점을 확인한다. * 본조사 시 다음 사항을 검토한다. * 지반 성층 상태 * 지반의 강도특성 * 지반의 변형특성 * 지하수위 및 각 지층의 간극수압 분포 * 투수 조건 * 지반의 잠재적 불안정성 * 지반의 다짐 특성 * 지반개량 가능성 * 동결 가능성 (2) 본조사 항목 및 방법 * 지질학적 특성 조사 * 지표지질조사, 선구조분석, 암석박편시험 등을 실시하여 다음 사항을 검토한다. * 자연적 또는 인공적인 공동 * 암, 흙 또는 매립 재료의 풍화와 연화 * 수문지질학적 영향 * 단층, 절리 등 불연속면 * 팽창성 또는 붕괴성 지반 * 지반공학적 특성 조사 * 시추, 물리탐사, 현장 원위치시험, 실내시험을 포함하며 물리탐사 등 간접적인 방법들이 사용될 경우, 시험 대상 지반을 확인하기 위하여 시추조사 등을 실시하여 다음 사항을 검토한다. * 지층 분포특성 * 지질이상대 분포특성 * 지층별 수리특성 * 지층별 강도 및 변형특성 * 토질 및 암석의 물리역학적 특성 * 토체와 암반의 크리프 * 지반의 지진동 특성 * 폐기물 또는 인공재료의 존재 * 시공 시 용출수 및 지하수위 측정 등을 통하여 주변 지하수 변동 조사 * 근접구조물 및 매설물(상하수도관, 송유관, 통신 및 전력 케이블, 도시가스관, 기타 지중구조물 등)에 대하여 각 시설의 관리 주체 및 관리대장, 노후도, 장래확장 계획 여부를 조사하고 누수 등으로 인하여 지반함몰이 예상되는 경우에는 조사를 시행하여 설계 시 기초자료로 활용 * 시추조사 * 시추는 NX규격 이중 코어배럴이나 NX에 상응하는 규격을 사용하여 연직으로 시행하며, 풍화대나 파쇄대 등에서는 삼중 코어배럴 등을 사용하여 코어의 회수율을 높인다. * 지층구성 파악을 위한 시추간격 및 심도는 구조물의 종류 및 범위, 요구되는 지반조사 자료의 정밀도에 따라 지반분야 책임기술자 판단에 의거 결정한다. * 시추는 수직시추뿐만 아니라 단층 순폭 평가를 위한 경우 수평 및 경사시추를 실시한다. * 단층이나 파쇄대와 같이 공사에 장애가 되는 구간이나, 지층이 불규칙한 경우에는 시추간격을 축소 조정한다. * 시추공의 지하수위 측정은 시추종료 후 24, 48, 72시간 경과 시마다 지하수위를 측정한다. * 터널 입·출구부 및 저토피 구간에서는 탄성파탐사를 수행하여 지층변화를 상세히 파악한 후 시추위치를 선정한다. * 시추조사 시 정확한 시추조사 위치 파악을 위하여 GPS 장비 등을 활용할 수 있다. * 시추조사 후 드론으로 조사부지를 촬영하여 시추조사를 수행한 위치정보를 수집하고 활용할 수 있다.

표 2.2-1 기본설계 시 시추조사 참고기준

표 2.2-2 실시설계 시 시추조사 참고기준

주 * 1) 기반암이 출현하지 않는 토사지반의 경우 예상되는 기초의 심도와 구조물의 하중에 따른 영향심도를 고려하여 충분히 깊은 심도까지 조사하여야 한다. * 2) 교량구간 시추심도는 연암 3m 또는 경암 1m, 기반암이 출현하지 않을 때는 풍화암 10m(고속국도 및 도로는 7m)까지 적용하고, 토사지반인 경우 주1)을 따른다. * 3) 철도 산악터널의 경우, 시추조사 간격은 50m～100m로 적용한다. * 4) 토취장 조사는 개소 당 시추는 2개소 이상, 심도는 경암 5m까지 수행하며, 시험굴은 5개소 이상 실시한다. * 5) 단선병렬 터널의 경우, 두 터널 중심 간의 거리가 5D(터널 폭) 이상 이격되었을 경우, 각각의 터널로 지반조사를 수행한다. * 6) 지하철의 경우 각 해당 구조물 구분을 따른다. * 7) 위 기준은 최소 권장사항이며, 사업규모 및 특성에 따라 수량 및 심도를 증가하여 정밀조사를 실시한다.

* 현장시험
    * 현장시험은 현장에서 흙과 암의 특성을 확인하거나, 시험결과를 직접적으로 설계에 적용하기 위하여 실시한다.
    * 현장시험 항목은 표준관입시험, 베인 전단시험, 콘 관입시험, 간극수압 소산시험, 시추공전단시험, 공내재하시험, 투수 및 수압시험 등이 있으며, 확인하고자 하는 흙과 암의 특성 및 대상 지반종류를 고려하여 본조사 시 적용할 시험 항목을 결정하여야 한다. 
    * 조사위치는 예비조사 결과를 참고하여 조사부지 전반의 특성을 파악할 수 있도록 결정하여야 하며, 주요 구조물의 계획 위치, 파쇄대 등 구조물의 안전성에 중요한 위치를 포함하여야 한다.
    * 각 지층의 특성을 대표할 수 있는 시험결과를 확보할 수 있도록 조사심도를 결정하여야 한다.
        * 지층별 최소 1회 이상 수행하여야 한다.
        * 동일 지층이라도 지층이 두꺼울 경우 심도에 따른 지반특성 변화 경향을 확인할 수 있도록 특정 심도 간격으로 수행하여야 한다.
    * 조사수량은 조사위치 및 조사심도에 따라 결정되며 표 2.2-3의 조사기준을 참고하여 결정할 수 있다. 
* 물리탐사
    * 물리탐사는 공사계획, 지반조건, 환경조건 등에 따라 측정 대상 물성을 다르게 적용할 수 있으며, 대상지반의 조사를 시행하는 보조적·광역적 방법으로 활용한다.
    * 물리탐사 종류에는 탄성파탐사, 전기비저항탐사, 전자탐사, 지표투과레이더(GPR)탐사, 중력탐사, 표면파탐사(MASW(SASW))탐사 등이 있으며, 표 2.2-4의 조사기준을 참고하여 설계목적에 적합한 탐사 방법을 선택한다.
    * 산악지역의 경우 전기비저항탐사의 가탐심도를 고려하여, 전자탐사를 실시한다.
* 물리검층
    * 지구물리검층 시에는 지질학적, 수문지질학적, 지반공학적 특성과 연계하여 구성암석, 균열상태, 지하수 유용과 물리·화학적 성질을 비롯한 제반 지반정보를 얻을 수 있도록 한다.
    * 지구물리검층 수행 시 해석을 용이하게 할 수 있도록 조밀하게 측정한다.
    * 내진특성 평가를 위해 필요시 밀도검층, 하향식 탄성파탐사, SPS검층 등을 수행한다. 
    * 물리검층 항목으로는 시추공 영상촬영, 밀도검층, 하향식 탄성파 탐사, SPS 검층, 시추공 토모그래피 탐사 등이 있으며, 표 2.2-5의 조사기준을 참고하여 설계목적에 적합한 탐사 방법을 선택한다. 
* 실내시험
    * 실내시험은 현장에서 채취한 교란, 흐트러지지 않은 시료(불교란시료)에 대하여 지반의 물리·역학적 특성을 파악하기 위하여 실시한다.
    * 실내토질시험
        * 실내토질시험 항목으로는 함수량, 비중, 체가름, 입도, 액·소성한계, 일축압축시험, 직접전단시험, 압밀시험, 삼축압축시험, 다짐시험, 실내CBR시험 등이 있다.
    * 실내암석시험
        * 실내암석시험 항목으로는 비중, 흡수율, 단위중량, 포아송비, 일축압축, 삼축압축시험, 인장시험, 점하중시험, 탄성파속도, 마모시험, 풍화내구성지수시험, 팽윤시험, 절리면전단시험 등이 있다. 
* 지반동적특성 조사
    * 내진 설계에 필요한 지반의 대표적 동적 물성치는 전단파속도, 전단탄성계수, 감쇠비 등이 있다.
    * 대상부지의 지진응답특성 평가를 위해 시추조사, 물리탐사, 검층 및 실내시험을 시행하여 지층별 동적물성을 정량화한다. 
    * 현장조사 및 현장시험, 실내시험 등이 여의치 않은 경우에 한하여 기존자료를 이용한다.
* 특수 지반 및 구조물에서의 추가적인 조사
    * 폐기물 및 오염물질 분포 지역에서의 조사
        * 기초 하부에 폐기물이나 오염물이 예상되는 지역에서는 현장시험이나 실내시험 등을 통하여 오염물질의 특성을 평가한다.
        * 현장시험은 전기비저항값, pH, 온도, 산화환원전위 등이며, 실내시험은 토양오염, 수질분석, 콘크리트 부식 성분 조사 등이다.
    * 지하수 및 간극수압 특성 조사
        * 간극수압 분포 조사는 수위, 시간에 따른 변화, 수문학적 정보를 포함한다.
        * 만약 피압수나 용출수가 있다면 보고서에 기록하여야 하고, 피압 수두의 측정이 가능하다면 그 크기를 측정한다.
        * 현장 근처에 지하수 양수정이 있으면 그 위치 및 용량을 확인한다.
    * 시험터널조사
        * 특수한 지반상태를 직접 확인할 필요가 있거나 특정한 원위치시험을 시행할 필요가 있을 때에는 시험터널을 굴착하여 조사할 수 있다.
        * 시험터널 내에서 각종 원위치시험이나 계측을 시행할 경우 및 시료를 채취할 경우에는 원지반의 교란을 최소화한다.
        * 시험터널 조사는 지표지질조사, 시추조사 등과 연계 분석하여 터널의 지질도를 작성한다.
    * 저수지 주변조사
        * 저수지 주변의 조사는 만수 시의 누수 또는 수위변동에 의한 산사태, 댐의 기능 및 안전성에 지장을 줄 가능성의 유무를 판단하기 위하여 정밀하게 시행한다.
        * 댐 주변 및 제체 기초부에 발달한 단층, 절리, 층리 등 불연속면에 대해서 정밀하게 조사하며, 필요시 평사투영법과 같은 분석을 시행하여 산사태 및 제체 기초부의 안정성을 평가하는 기초자료로 사용한다.
        * 댐의 저수가 취약 지반을 통하여 유역 외로 유출될 우려가 예상되는 지역은 지하수 거동을 확인할 수 있는 조사를 시행한다.
    * 제체 재료조사
        * 댐 지점 주변에 있는 암석, 사력, 흙 등 필댐 축조 재료의 조사는 기술적으로 사용이 가능하다고 생각되는 모든 재료에 대하여 분포지역, 수량, 통일분류, 공학적인 성질 등을 파악한다.
        * 재료조사는 댐 지점에 가까운 곳부터 시작하여 총량이 제체 체적의 2배~3배에 달하는 범위까지 점차 확대한다.
        * 조사구역은 축조 계획수량을 고려하여 댐 계획 지점을 중심으로 최초 0.5km 또는 1km 지역에 대해서 조사