시추시험

정의

• 시추시험은 조사 지역의 지질상태 파악을 위한 지반조사 방법 중 지반의 상태를 확인할 수 있는 가장 기본적이고 보편적이며 구체적인 방법이다.
• 또한, 시추시험은 지반조사의 기초적인 현장조사 및 시험으로서 직접 확인이 어려운 지하의 지반상태를 시험공 굴진으로 조사하고, 시료의 채취 및 원위치 공내시험으로 시료를 채취하는 시험 방법이다.

시추시험 전경(출처 : 피티씨)

시추조사 목적

• 지반의 특성과 지층 판단, 지하수위 조사 등을 목적으로 한다.
• 지반 시료를 채취하고, 각종 원위치 공내시험을 통해 설계에 필요한 제반 자료를 획득할 수 있다.

시추조사 결과의 활용 방안

• 토질 및 기반암의 분포, 심도 구성 상태 확인
• 토질의 종류, 연약층의 유무를 판단하여 암반을 분류하고 구조물 기초 및 토공 설계에 활용
• 지하수위 파악, 공내 관찰 등

시추조사 특성

• 원하는 심도의 시료를 채취하여 지층의 직접적 확인이 가능하고, 채취한 시료로 다양한 분석을 통해 많은 정보를 획득할 수 있다.
• 정보수집의 신뢰도가 높은 반면에 시험 경비와 시간이 다소 많이 소요됨에 따라 체계적인 계획을 세워 효율적으로 수행해야 한다.

- 시추시험은 보통 코어링(coring) 방법이 가장 보편화되어 있지만 시간과 비용을 절감할 수 있는 타격식 시추방법도 고려해볼 필요가 있다.

• 시추는 NX규격 이중 코어배럴이나 NX에 상응하는 규격을 사용하여 연직으로 시행하며, 풍화대나 파쇄대 등에서는 삼중 코어배럴 등을 사용하여 코어의 회수율을 높일 수 있다.

- NX 시추는 토사, 암반에 모두 적용이 가능하며 시료 확인이 가능하다.

- 내공은 77.79mm, 외경은 88.90mm 이며, 암반 지층의 특성(암질의 상태, 균열 상태, 파쇄구간의 분포, 암석의 강도 정수를 산정할 수 있는 시료 확보 가능)을 상세하게 파악할 수 장점이 있으며, 일정 규모의 내진설계가 필요한 건축물, 구조물의 경우 NX 시추 천공이 필수적이다.

• 지층구성 파악을 위한 시추의 간격과 심도는 구조물의 종류와 범위, 요구되는 지반조사 자료의 정밀도에 따라 지반분야의 책임기술자 판단에 의하여 결정할 수 있다.
• 시추공의 지하수위 측정은 시추 종료 후 24시간, 48시간, 72시간 경과 시마다 시행한다.
• 시추조사시 정확한 시추조사 위치 파악을 위하여 GPS 장비 등을 활용할 수 있다.
• 시추조사 이후에 드론으로 조사 부지를 촬영하여 시추조사를 수행한 위치 정보를 수집하고 활용할 수 있다.

시추조사 간격 및 심도

• 건축분야에서는 기반암 3m 이상까지 적용하도록 되어 있으며, 교량 구간의 시추 심도는 연암 3m, 경암 1m, 풍화암 7~10m까지 적용하도록 되어 있다.
• 아래 표에서 분야별 시추 간격과 시추 심도를 상세히 확인할 수 있다.

구분		시추 간격	시추 심도
건축		구조물 규모에 따라 30~50m	기반암 3m 이상
교량		교대, 교각마다 1개소	기반암 3m 이상
박스		개소당 1공	풍화대 50/30 이하 3회 연속 확인
터널	산악 (NATM, TBM)	50~200m 간격(입출구부 포함) 계곡부/저토피 1공 이상 (200m 마다 1개소 추가)	터널 바닥고 하부 0.5~1.0D (D: 터널 최대직경) 기반암 확인이 불가능한 경우 터널바닥고 하부 1.0~2.0D
	도심 (개착)	100m 간격 주요구조물(수직구, 정거장 등) 개소당 1공	계획고 하부 3m 이상 주요 구조물에는 기반암 3m 이상 기반암 확인이 불가능한 경우 계획고 하부 0.5B (B: 굴착 계획 폭)
깎기비탈면		개소당 2공 이상(연장 100m 이상시 1공 추가) 20m 이상인 경우 2공 이상	계획고 하부 2m
쌓기비탈면	일반	500m 간격 (핸드오거 : 300m 간격)	풍화토 N=30 이상 3회 연속 또는 풍화암 확인 (핸드오거 : 가능심도까지)
	연약	50~100m 간격 (핸드오거 : 200m 간격)	연약지반 통과 후 견고한 지층 3~5m 확인 (핸드오거 : 가능심도까지)
댐		20~30m 격자 간격	댐 형식, 높이, 하부지반조건 등을 고려하여 결정
제방		100m 간격	제방높이 3배, 최소 10m 이상
공항		상기 구분 별 간격	상기 구분 별 심도

시추조사 종류

일반적 시추 종류

• 오거식 시추 : 오거에 의한 시료를 채취하고 깊이 10m 이하의 점토층에 적합한 시추 방법이다.
• 충격식 시추 : 타격에 의하여 경지층을 파는데 이용하는 시추 방법이다.
• 수세식 시추 : 내관의 끝에 충격을 가하여 물을 뿜어내고, 이 수압으로 파진 흙과 지상의 침전통에 침전된 지층의 토질을 판별하는 방법이다.
• 회전식 시추 : 지층의 변화를 정확히 확인하고자 할 때 드릴 로드의 회전 순서대로 시료를 채취하는 방법이다.

굴착 방법 기준

• Cable Tool(Purcussion Method) : 굴착을 위한 뾰족하고 무거운 추를 반복적으로 Up-Down 하면서 단단한 암석을 파쇄하는 방식의 굴착을 수행한다. 미고결층의 굴착시에는 공벽을 지지하기 위해 굴착전 몇 미터 간격으로 케이싱을 삽입한 후에 굴착하며, 물을 주입하여 슬러지를 만들어 양수관 또는 펌프를 사용하여 암편을 제거하는 방식이다.
• 수압식 방법(Jetting Method) : 파이프 아래 설치한 비트로 고압의 물을 분사하는 동시에 비트의 진동으로 굴착을 수행한다. 수압식 방법은 주로 미고결층에서 15cm 이하의 소구경 굴착을 하는 경우 사용한다.
• 회전식 방법(Rotary Method) : 톱니가 달린 파이프를 회전하여 굴착하는 방법으로 원활한 회전과 암편의 제거를 위하여 유체를 주입함으로써 시험을 수행한다. 유체의 주입방법에 따라서 정회전방식과 역회전방식으로 구분한다.

경사도 기준

• 수직 시추 (Vertical drilling) : 일반적인 시추방법으로 연직으로 굴착하여 시료를 채취하는 방법이다.
• 경사 시추(Inclined drilling) : 지형이나 조사대상물의 지질구조에 따라 파쇄대나 단층 등 구조선 등의 확인이 필요한 경우에 감독의 승인을 득하여 수행하는 시추 방법이다.
• 수평 시추(Horizontal drilling) : 보통 셰일층에 수평형태로 수행하는 시추방법을 의미한다. 수평으로 삽입한 시추관으로 물, 모래, 화학약품 등의 혼합액을 고압으로 분사하여 암석에 균열을 일으켜 채굴하는 방식이다. 수평 시추는 "L"자 모양으로 구부러져 있으며, 시추관 길이는 대략 수직으로 2~4km 이며, 수평으로는 약 1.5km 뻗어 나 있다.

시추조사 모식도(출처 : 건설기술정보시스템)

시추조사 결과 분석

시추 주상도 작성

• 시추작업과 병행하여 표준관입시험, 시료 채취 등이 진행되며, 한국산업규격 KS F - 2313(흙 댐의 토질조사를 위한 시료채취방법)과 KS F 2430(관능검사에 의한 흙의 분류방법) 등을 적용하여 조사항목과 결과를 정리하고 이를 통해 주상도를 작성한다.
• 주상도는 아래와 같은 내용이 포함되며 예시는 아래 그림을 통해 확인할 수 있다.

- 시추 회사명

- 시추자 이름, 직급 등

- 시추 일시

- 시추 위치

- 시추형태와 시추기(장비 종류 등)

- 지반성층 상태

- 표준관입시험 저항치(N)와 심도

- 시료의 번호, 형태, 심도

- 흙 및 암석 분류에 대한 상태 기술 등

주상도 시추조사 결과 예시

시추조사결과 분석 예시(출처 : 건설기술정보시스템)

시추조사 결과서 기재사항

• 시추시험을 통해 토질과 암석에 대한 내용은 아래와 같이 구분하여 작성할 수 있다.

구분		기재 방법 및 내용
토질	흙의 분류	통일분류법에서 사용하는 기호를 이용하여 기재
	상대밀도 및 연경도	N값을 이용하여 조립토(모래, 자갈)와 세립도(점토, 실트)의 상대밀도와 연경도를 기재
	함수상태	시료의 함수상태 파악을 위하여 건조, 습윤, 젖음, 포화 상태로 기재
	색조	밝기, 색도, 색조를 이용하여 기재
암석	강도	매우 강함, 강함, 보통, 약함, 매우 약함(5단계로 구분)
	불연속면 간격	매우 넓은 간격, 넓은 간격, 보통, 좁은 간격, 매우 좁은 간격(5단계로 구분)
	풍화 상태	신선, 약간 풍화, 보통 풍화, 심한 풍화, 완전 풍화(5단계로 구분)
	색조	밝기, 색도, 색조를 이용하여 기재
	불연속면 거칠기	굴곡도(평면, 파동, 계단형)와 거칠기(거침, 완면, 경면) 기재
	공학적 특성	회수율(TCR)과 암질지수(RQD) 기재

시추조사시 유의사항

• 시추조사는 일정한 압력 및 회전속도를 유지할 수 있는 시추장비를 사용하도록 해야 한다.
• 시추간격 및 심도는 최신 제·개정된 지반조사 편람의 규정을 원칙으로 하나, 지질상태의 변화가 심하고 공사기간 중 장기적 안전성이 요구되는 주요 구조물의 설치지역은 발주청의 승인을 득하여 시추 간격과 심도를 조정할 수 있다.

- 기반암층 확인을 원칙으로 하되, 기반암이 깊지 않은 경우에는 지지층 하부 5.0m 이상 또는 기초폭 단면의 2배 이상 시추시험을 실시한다.

• 시추시험에 사용하는 용수는 굴진시 순환수나 슬라임의 색조를 이용하여 지층변화 상태를 파악할 수 있도록 청수를 사용한다.
• 암반층을 시추하는 경우에는 다이아몬드비트를 사용하고 이중 코어배럴을 이용하여 코어 회수율을 최대한 높이도록 하고, 굴진속도를 가능한 범위 내에서 암층별로 구분하여 기록하도록 한다.
• 시추각도는 수직으로 함을 원칙으로 하고 지표 지질조사 결과에 따라 파쇄대, 단층 등 구조선 확인이 필요한 경우 경사시추를 수행하도록 한다.
• 연약점토층에서는 시추조사와 병행하여 실내시험용 불교란 자연시료를 채취하여야 하며, 시료는 함수비 변화를 방지하기 위해 파라핀을 사용하여 밀봉하고 시료상자에 보관하여 이동 중의 교란을 방지·최소화 시킨다.

- 교란시료(BX Boring) : 물리적 시험에만 적용

- 불교란시료(NX Boring) : 흙의 물리적 성질, 역학적 성질 시험에 모두 적용 가능

• 시추시험이 완료된 시추공은 매몰되지 않도록 PVC 관과 뚜껑을 설치하여 공사중 지하수위 측정이 가능하도록 해야 한다.
• 추가적인 시험 계획이 없는 시추공은 오염되지 않도록 관리하며, 지표면 하부 1m까지는 벤토나이트, 시멘트 슬러지를 주입하여 다짐하면서 되메움한 후에 굴착공 위 30~40cm 두께의 콘크리트를 밀봉하고, 콘크리트 면에서 지표면까지는 깨끗한 흙으로 다지면서 되메움 하도록 해야 한다.

관련규정

• 한국산업규격 KS F - 2430(관능검사에 의한 흙의 분류 방법)
• 한국산업규격 KS F - 2324(흙의 공학적 분류 방법)
• 설계기준 KDS 11 10 10(지반조사)
• 설계기준 KDS 11 10 15(지반계측)
• 설계기준 KDS 11 00 00(지반설계기준)
• 설계기준 KDS 11 10 05(지반 설계 일반)
• 건설공사표준품셈(국토교통부)
• 건설공사 품질관리 업무지침(국토교통부)

관련용어

• 지반(Ground)
• 지반조사(Site investigation)
• 표준관입시험