국내 토목공사의 암반분류

국내 토목공사 굴착분류 및 암반분류

 

 

1. 굴착의 정의

굴착은 최근에 굴삭(堀削)이라는 일본어도 사용되고 있으나 착의 일본식 발음이 삭으로 발음하는데서 유래하므로 동일한 의미를 가진다. 굴착이라고 하는 말은 영어의 Excavation, Mining, Digging, Boring, Drilling 등의 의미를 포함하는 포괄적인 의미를가지고 있으므로 제한해서 사용할 필요가 있다.

도로시공을 위해 토공작업시 지반을 제거하는 목적으로 사용하는 경우에 통상 사용되는 Excavation 에 해당하는 것으로 한다. 굴착작업의 내용에도 토공(OpenCut), 정지 (Cleaning), 파쇄ㆍ소할(Fragmentation), 적재(Loading)운반 등을 포함하기도한다. 이와 같은 경우의 굴착은 일반적으로 대상암반을 그림(Fig01) 과 같이 암반의 풍화구분상으로 풍화정도에 따라 토층, 풍화암, 연암, 경암으로 구분할 수 있으며 굴착난이도 상으로는 그림(Fig02) 와 같이 토층, 리핑암, 발파암으로 구분할 수 있다.

< Fig01. 굴착단면의 구성 >

 

< Fig02. 굴착난이도에 따른 지반구분 >

 

 

2. 굴착의 분류

건설공사에서 시공계획 시점에서의 표준설계 , 시공기준 및 공사관리 기준의 설정, 시공후 계획변경시에 당초 설계와 시공기준과의 대비 등을 위하여 암반을 어떤 기준에 따라분류하고 공통되는 특징 또는 수치로 나타내어 이용하는 작업이 필요하다. 그러나 설계기준의 표준화를 위한 연구는 현재 상당히 이루어지고 있지만 시공에 관한 표준화를 위한 연구는 적고 굴착을 포함한 시공에는 암반분류가 보급되고 있지 않은 실정이다. 특히 , 토목공사에서 암반을 대상으로 하는 굴착작업이 많고 굴착을 위한 암반평가는시공분야에서도 요구되고 있다. 토공(Open Cut) 굴착에서의 암반의 분류, 평가는 현재까지의 연구현황을 총괄해 그 문제점을

검토하기 위하여 먼저 암반분류가 적용되고 있는 굴착의 개념을 정리할 필요가있다. 일반적으로 굴착의 개념은 흙 또는 암석을 어떤 목적을 위하여 제거하는 작업을의미하며 그 수단으로는 인력, 기계력, 화약사용 등이 있고 굴착의 목적 , 굴착장소에 따라 여러 가지 종류로 나타낼 수 있다.

 

굴착하는 장소에 따라 표 01 과 같이 분류하며 굴착 수단에 따라 종류를 분류하면, 표 02 와 같이 나타낼 수 있다. 또한 굴착을 시행하는목적에 따라 표 03 과 같이 나타낼 수 있다.

 

< 표01. 장소별 굴착의 분류 >

 

< 표02. 굴착방법에 따른 분류 >

 

< 표03. 목적별 굴착의 분류 >

 

 

3. 토목공사시 암반분류

지반을 굴착할 때, 일반적인 분류는 인력굴착 기계굴착 및 발파굴착으로 구분하고 이에 대하여 대상지반을 토층, 리핑암, 발파암으로 대응시키고 있다.

국내에서는 토공을 목적으로 한 분류법으로 건설공사 표준품셈에 제시된 방안이 있다. 이 방법은 토질 및 암반의 분류를 정성적인 방법으로 평가하는 것이고 측정이 가능한 경우, 탄성파 속도와 일축압축강도에 따르도록 제시하고 있는데 그 내용은 아래의 표 와 같다.

아래 내용은 국내의 토공에 적용되는 암반분류기준으로서 토목품셈, 건설부 표준품셈및 한국도로공사의 토사, 리핑암, 발파암의 분류기준에 대해 조사하였으며 그 세부내용은각각 다음과 같다.

 

1) 토목품셈

굴착작업은 작업조건, 굴착량에 따라 기계굴착, 인력굴착의 공사비를 검토하여 적절히 선정한다.

공사비 비교시 기계굴착이 비경제적인 협소한 지역이나 넓은 지역이라도 굴착기계를투입할 수 없는 특수한 여건의 지역은 인력으로 설계할 수 있다.

인력절취 적용범위 : 보통 토사, 견실 토사, 고사점토, 및 자갈 섞인 점토, 호박돌 섞인 토사(대량일 때는 토질조사에 의하여 분류, 인력 터파기 경우 제외 )

- 리핑암의 경우 자연상태의 탄성파 속도가 1,800m/sec 이하의 암은 발파 없이 리핑할수 있고 탄성파 속도가 1,800m/sec 를 초과하는 암은 발파와 리핑작업을 병행하여 시공할 수 있다.

리퍼도저 선정에서 암굴착량이 25,OOOm³이상의 경우에는 30t 급 25,OOOm³미만일 때는 20t 급을 사용하고 현장여건을 감안하여 결정한다.

- 크로울러 드릴 사용 암석 절취는 동일 장소 내에서 연속적으로 작업이 가능한 경우로서 암석 절취량이 25,OOOm³정도 이상의 경우에 적용한다.

현장여건상 특수발파공법을 적용하는 경우, 발파풍을 별도 계산할 수 있다.

- 기계사용(화약사용)의 범위 : 풍화암, 연암, 보통암, 경암

- 기계사용(소형 브레커 +공기압축기 ) : 굴착토량은 단위 개소당 lO ㎥미만의 경우 또는대형

브레이커나 화약사용이 불가능한 경우에 적용한다.

 

1-1) 건설기계 선정 기준

굴착 로우더 , 굴삭기 (유압식 백호우), 불도우저 , 리퍼 쇼벨계 굴삭기 (파워쇼벨, 백호우, 드래그라인, 크램쉘)

-불도우저 작업의 표준기계

유압리퍼 중규모 이하 19t(표준규격 )

대규모 32t

굴삭압토(운반) 중규모 이하 191

대규모 321

 

1-2) 리핑암의 구분

리핑암이란 보통 도우저 삽날로서는 절취할 수 없고 리퍼 부착 도우저로만 절취 가능한 토질을 말한다.

그리고 토질 및 암의 분류는 다음을 표준으로 한다

- 보통토사 : 보통 상태의 실트 및 점토, 모래질 흙 및 이들의 흔합물로서 삽이나 괭이를 사용할 정도의 토질(삽작업을 위하여 상체를 약간 구부릴 정도)

- 경질토사 : 견고한 모래 진흙이나 점토로서 괭이나 곡괭이를 사용할 정도의 토질(체중을 이용하여 2~3 회 동작을 요할 정도)

- 고사점토 및 자갈 섞인 토사 : 자갈 진흙 또는 견고한 실트, 점토 및 이들의 혼합물로서 곡괭이를 사용하여 파낼 수 있는 단단한 토질

- 호박돌 섞인 토사 : 호박돌 크기의 돌이 섞이고 굴착을 위해 약간의 화약을 사용해야 할 정도로 단단한 토질

- 풍화암 : 일부는 곡괭이를 사용할 수 있으나 암질이 부식되고 균열이 1 ~ 100cm 정도로서 굴착 또는 절취에는 약간의 화약을 사용해야 할 암질

- 연암 : 균열이 10~ 30cm 정도로서 굴착 또는 절취에는 약간의 화약을 사용해야 하나, 석축용으로는 부적합한 암질

- 보통암 : 풍화상태로 엿볼 수 없으나 굴착 또는 절취에는 화약을 사용해야 하며 균열이 30 ~ 5Ocm 정도의 암질

- 경암 : 화강암, 안산암 등으로서 굴착 또는 절취에 화약을 사용해야 하며 균열상태가 1m 이내로서 석축용으로 쓸 수 있는 암질

- 극경암 : 암질이 아주 밀착된 단단한 암질

 

2) 건교부 표준품셈의 암분류 기준

암반굴착시 소요되는 인력과 장비 및 단가 등의 산정시 기준이 되는 건설표준품셈에서 리핑암의 결정은 탄성파속도를 기준으로 하여 자연상태의 탄성파속도가 1.8km/sec 이하의 암반은 리핑암으로 구분하고 있으며 , 국내 앙종별 탄성파 속도 및 일축압축강도 기준의 자세한 사항은 아래의 표 와 같다.

구 분	일축압축강도 : kg/㎠ (MPA)	현장육안관찰		비 고
		풍화 변질상태	햄머상태
극경암	1,600 (156.9)이상	· 변질되지않고 대단히 신선	· 햄머 타격시 튀어오르고 여러번 타격시 갈라지거나 신선한 면이 나타남
경 암	1,300 ~ 1,600 (127.5 ~ 156.9)	· 대체로 신선하며 절리면을 따라 약간 풍화, 암내부는 대체로 신선(약간풍화-신선)	· 햄머 타격시 금속을 내고 잘 부서지지 않으며 튀는 경향을 보임
보통암	1,000 ~ 1,300 (98.1 ~ 127.5)	· 절리면을 따라 다소 풍화진행, 석영을 제외한 장석 및 유색광물일부 변색됨(보통~-약간 풍화)	· 햄머 타격시 탁음을 내고 2~3회에서 갈라지며 갈라진 면이 날카로움
연 암	700 ~ 1,000 (68.6 ~ 98.1)	· 암의 내부를 제외하고 균열을 따라 다소 풍화 진척되어 있으며, 장석 및 유색광물이 변색됨(심한-보통풍화)	· 햄머로 1~2회 치면 둔탁음을 내고 부서지거나 갈라짐
풍화암	300 ~ 700 (29.4 ~ 68.6)	· 암의 내부까지 풍화가 진척되어 있고 암의 구조 및 조직이 남아 있음(완전-심한 풍화)	· 약한 햄머타격에 부서지고 일부 손으로 부서짐

< 표04. 암석의 일축압축강도에 따른 분류 >

 

암분류	개 요	탄성파속도		내압강도(kg/㎠)
		자연상태V(km/sec)	암편VC(km/sec)
풍화암 (연암 I)	암질이 부식되고 균열이 1~10cm 정도로서 굴착에는 약간의 화약을 사용해야 할 암질로서, 일부는 곡괭이를 사용할 수도 있는 암질	A 0.7~1.2 B 1.0~1.8	A 2.0~2.7 B 2.5~3.0	A 300~700 B 100~200
연암 (연암 II)	혈암,사암 등으로 균열이 10~30cm 정도로서 굴착 또는 절취엔느 화약을 사용해야 하나 석축용으로는 부적합한 물질	A 1.2~1.9 (0.7~2.8) B 1.8~2.8	A 2.7~3.7 B 3.0~4.3	A 700~1000 B 200~500
보통암 (중경암)	풍화상태를 엿볼 수 있으나 굴삭 또는 절취에는 화약을 사용해야 하며 균열이 30~50cm 정도의 암질(석회석, 다공질 인산암 등)	A 1.9~2.9 (2.0~4.0) B 2.8~4.1	A 3.7~4.7 B 4.3~5.7	A 1000~1300 B 500~800
경암 (경암 I)	화강암, 안산암 등으로 굴착에는 화약을 사용해야 하며, 균열상태가 1m이내로서 석축용으로 쓸 수 있는 암질	A 2.9~4.2 (3.0 이상) B 4.1이상	A 4.7~5.8 B 5.7이상	A 1300~1600 B 800이상
극경암 (경암 II)	암질이 대단히 밀착된 단단한 암질(규암, 각석 등 석영질이 풍부한 경암)	A 4.2이상	A 5.8이상	A 1600이상

< 표05. 국토해양부 표준품셈의 분류기준 >

 

구 분	극경암	경암	보통암	연암	풍화암
일축압축강도 (MPa)	160 <	130 ~ 160	100 ~ 130	70 ~ 100	30 ~ 70
점하중강도 (MPa)	88 <	56 ~ 88	37 ~ 56	18 ~ 37	0 ~ 18
Shmidt Hammer	60 <	51 ~ 60	44 ~ 51	34 ~ 44	10 ~ 34
해머에 의한 타격	큰 해머로 타격시 튕기며 용이하게 깨지지 않음	큰 해머로 타격시 약간 깨짐	큰 해머로 타격시 균열을 따라 크게 떨어짐	보통해머로 타격시 비교적 용이하게 깨짐	보통해머로 타격시 용이하게 소편으로 깨지며 때로는 손으로도 쪼개짐

< 표06. 국토해양부 표준품셈의 정량적인 현장 암판정 기준 >

 

 

표준단면	암 질	특 징	RMR	Q값	RQD(%)	탄성파속도(km/sec)	일축압축강도(kg/㎠)	코아회수율(%)
i	경암	안전성이 있고 풍화,변질 및 물리적, 화학적 영향을 거의 받지 않은 신선한 대괴상의 암질	90~100	40이상	70이상	4.5이상	1000이상	90이상
ii	보통암	균열 및 편리가 다소 발달되어 있으며 일반적으로 절리가 존재하는 층상의 암질	70~80	10~40	40~70	4.0~4.5	800~1000	70~90
iii	연암	층리, 절리 및 편리 등이 매우 발달된 상태이며, 파쇄대가 존재하는 소괴상의 암질	50~70	4~10	20~40	3.5~4.0	600~800	40~70
iv	풍화암	물리적, 화학적 영향으로 파쇄대가 매우 발달되고 절리가 불규칙적으로 발달된 파쇄상의 풍화된 암질	25~50	1~4	20~40	3.5이하	600이하	40이하
v	풍화토	풍화작용이 심하고 일부가 토괴화된 상태이며, 매우 쉽게 부서지고 쉽게 뜯어 낼수 있는 암질	25이하	1이하	20이하 N>100 : iv N<100 : v	3.0이하	2.0이하	-

< 표07. 도로공사 암반 분류 기준(호남고속도로 확장 설계 암반 분류) >