5가지 직접기초 (얕은기초)의 형식과 특징을 알아보자

직접기초(Shallow Foundation)란 상부 구조물로부터 하중을 기초저면을 통하여 직접 지반에 전달하며, 기초저면 지반의 전단저항력으로 하중을 지지시키는 형식의 기초이다. 직접기초는 근입깊이에 대한 기초폭의 비가 4보다 작은 경우에 사용되며, 구조물의 하중을 지표면에서 깊지 않은 지반에 전달시켜 주는 매개체로, 얕은기초라고도 한다. 직접기초는 Footing 기초, 전면 기초 등 여러 가지 형식이 있으며, 각각의 특징과 적용 사례를 알아보자.

1. Footing 기초

Footing 기초는 상부하중을 넓게 분산시키기 위해 하중전달기둥의 하부를 넓힌 형식의 기초이다. Footing 기초는 독립 Footing 기초, 복합 Footing 기초, 연속 Footing 기초, Cantilever식 Footing 기초 등으로 구분된다.

1.1 독립 Footing 기초

독립 Footing 기초는 하나의 기둥에 하나의 Footing을 설치하는 가장 간단한 형식의 기초이다. 독립 Footing 기초는 일반적으로 정사각형 또는 원형이며, 상부하중을 균등하게 분산시킨다. 독립 Footing 기초는 지반상태가 양호하고, 하중이 작은 구조물에 적합하다.

1.2 복합 Footing 기초

복합 Footing 기초는 두 개 이상의 기둥에 하나의 Footing을 설치하는 형식의 기초이다. 복합 Footing 기초는 상부하중이 다른 두 개 이상의 기둥을 연결하여 균형을 맞추거나, 인접한 구조물과의 간섭을 방지하기 위해 사용된다. 복합 Footing 기초는 직사각형, L자형, T자형 등 다양한 형태가 있다.

1.3 연속 Footing 기초

연속 Footing 기초는 동일한 라인상의 여러 개의 기둥에 연속적으로 설치하는 형식의 기초이다. 연속 Footing 기초는 상부하중을 널리 분포시키고, 지반변형에 대한 영향을 줄인다. 연속 Footing 기초는 벽체 구조물이나 행렬 구조물에 적용된다.

1.4 Cantilever식 Footing 기초

Cantilever식 Footing 기초는 한쪽 방향으로 길게 확장된 형식의 기초이다. Cantilever식 Footing 기초는 인접한 구조물과의 간격이 좁거나, 경계선에 인접한 경우에 사용된다. Cantilever식 Footing 기초는 확장된 부분에서 부력이 발생할 수 있으므로, 부력방지를 위한 조치가 필요하다.

2. 전면 기초

전면 기초는 구조물의 전면적을 기초로 하는 형식의 기초이다. 전면 기초는 지반상태가 불균질하거나, 지하수의 영향이 큰 경우에 사용된다. 전면 기초는 구조물의 하중을 넓은 면적에 분산시키고, 지반변형을 균일하게 만든다. 전면 기초는 벽체 구조물이나 굴착공사가 필요한 구조물에 적용된다.

2.1 슬래브 기초(Slab Foundation)

슬래브 기초는 구조물의 전면적을 콘크리트 슬래브로 만든 형식의 기초입니다. 슬래브 기초는 지반의 변형이 작고, 지하수위가 낮은 경우에 적합합니다. 슬래브 기초는 시공이 간단하고 비용이 저렴한 장점이 있습니다.

2.2 베이스먼트 기초(Basement Foundation)

베이스먼트 기초는 구조물의 전면적을 깊은 굴착으로 만든 형식의 기초입니다. 베이스먼트 기초는 지하공간을 활용할 수 있으며, 지반의 변형에 대한 저항력이 높습니다. 베이스먼트 기초는 시공이 복잡하고 비용이 높은 단점이 있습니다.

2.3 크롤 스페이스 기초(Crawl Space Foundation)

크롤 스페이스 기초는 구조물의 전면적을 콘크리트 벽과 말뚝으로 만든 형식의 기초입니다. 크롤 스페이스 기초는 지하수위가 높거나, 지반의 변형이 큰 경우에 적합합니다. 크롤 스페이스 기초는 지하공간을 통풍시킬 수 있으며, 배관이나 전선을 설치하기 용이한 장점이 있습니다.

3. 직접기초의 지지력 산정

직접기초의 지지력은 기초저면의 압밀과 토사의 강도에 따라 결정된다. 직접기초의 지지력은 다음과 같은 방법으로 산정할 수 있다.

3.1 압밀법

압밀법은 기초저면의 압밀을 이용하여 직접기초의 지지력을 산정하는 방법이다. 압밀은 단위 면적당 가해지는 하중을 의미하며, 토사의 강도와 밀도에 따라 달라진다. 압밀법은 다음과 같은 공식으로 산정할 수 있다.

Q=qA

여기서,

• Q : 직접기초의 지지력 (kN)
• q : 기초저면의 압밀 (kN/m2)
• A : 기초저면의 면적 (m2)

압밀법은 간단하고 실용적인 방법이지만, 토사의 강도가 깊이에 따라 변화하거나, 비균질한 경우에는 정확하지 않을 수 있다.

3.2 전단강도법

전단강도법은 토사의 전단강도를 이용하여 직접기초의 지지력을 산정하는 방법이다. 전단강도는 토사가 전단응력에 저항하는 능력을 의미하며, 토사의 종류와 상태에 따라 달라진다. 전단강도법은 다음과 같은 공식으로 산정할 수 있다.

Q=c×Nc​×A+q0​×Nq​×A+0.5×γ×B×Nγ​×L

여기서,

• Q : 직접기초의 지지력 (kN)
• c : 토사의 응력전달계수 (kN/m2)
• Nc​, Nq​, Nγ​ : 베어링 용량 계수
• A : 기초저면의 면적 (m2)
• q0​ : 기초저면에서의 유효응력 (kN/m2)
• γ : 토사의 단위중량 (kN/m3)
• B : 기초폭 (m)
• L : 기초길이 (m)

전단강도법은 토사의 강도와 깊이에 따른 변화를 고려할 수 있으므로, 압밀법보다 정확한 방법이다.

4. 직접기초 시공시 유의사항

직접기초를 시공할 때는 다음과 같은 사항을 유의해야 한다.

4.1 최소한 근입깊이

최소한 근입깊이란 기초저면이 지표면으로부터 얼마나 깊이 들어가야 하는지를 나타내는 값이다. 최소한 근입깊이는 다음과 같은 요인에 따라 결정된다.

• 지반의 냉동심도: 기초저면이 냉동심도보다 깊이 있어야 한다. 냉동심도는 지역의 기후와 토사의 종류에 따라 달라진다. 냉동심도가 큰 경우에는 최소한 근입깊이가 커진다.
• 지하수위: 기초저면이 지하수위보다 낮게 있으면 부력이 발생할 수 있다. 부력은 기초의 안정성을 해치므로, 부력방지를 위한 조치가 필요하다. 지하수위가 높은 경우에는 최소한 근입깊이가 커진다.
• 지반의 변형: 기초저면이 지반의 변형에 영향을 받지 않도록 해야 한다. 지반의 변형은 토사의 상태와 하중의 영향에 따라 달라진다. 지반의 변형이 큰 경우에는 최소한 근입깊이가 커진다.
• 최소한 근입깊이는 일반적으로 0.5m 이상으로 설정되며, 구체적인 값은 설계시에 산정한다.

4.2 기초저면의 처리

기초저면은 기초와 지반 사이의 접촉면을 의미한다. 기초저면은 다음과 같은 방법으로 처리해야 한다.

• 기초저면의 평탄화: 기초저면은 가능한 한 평탄하게 만들어야 한다. 기초저면이 평탄하지 않으면, 하중분포가 불균일하고, 응력집중이 발생할 수 있다. 기초저면의 평탄화는 삽질, 충전, 압착 등의 방법으로 수행된다.
• 기초저면의 보강: 기초저면의 보강은 토사의 강도를 향상시키기 위한 방법이다. 기초저면의 보강은 콘크리트, 모래, 자갈 등의 재료를 사용하여 수행된다. 기초저면의 보강은 지반상태가 나쁘거나, 하중이 큰 경우에 필요하다.

5. 직접기초와 관련된 자주 묻는 질문

직접기초에 대해 궁금한 점이 있으신가요? 다음은 직접기초와 관련된 자주 묻는 질문과 답변입니다.

5.1 직접기초와 간접기초의 차이는 무엇인가요?

직접기초와 간접기초는 구조물의 하중을 지반에 전달하는 방식에 따라 구분되는 기초의 종류입니다. 직접기초는 상부 구조물로부터 하중을 기초저면을 통하여 직접 지반에 전달하는 형식의 기초입니다. 간접기초는 상부 구조물로부터 하중을 중간 매개체를 통하여 간접적으로 지반에 전달하는 형식의 기초입니다. 간접기초에는 말뚝기초, 케이슨기초, 깊은기초 등이 있습니다.

5.2 직접기초의 장점과 단점은 무엇인가요?

직접기초의 장점은 다음과 같습니다.

• 시공이 간단하고 비용이 저렴하다.
• 지반의 변형에 대한 영향을 줄일 수 있다.
• 지하공간을 활용할 수 있다.

직접기초의 단점은 다음과 같습니다.

• 지반상태가 양호해야 한다.
• 지하수위가 낮아야 한다.
• 최소한 근입깊이를 확보해야 한다.

5.3 직접기초의 설계시 고려사항은 무엇인가요?

직접기초의 설계시 고려사항은 다음과 같습니다.

• 구조물의 하중과 지반의 강도를 파악한다.
• 기초의 형식과 크기를 결정한다.
• 기초의 지지력과 안정성을 검토한다.
• 기초의 변형과 응력을 분석한다.
• 기초와 지반 사이의 접촉면을 처리한다.

기초의 종류와 특징 및 기초 분류방법 3가지 - infopulse.co.kr