흙 히빙, 보일링, 파이핑 분사현상

지반 공사에서 흙의 히빙(Heaving), 보일링(Boiling), 파이핑(Piping), 액상화(Liquefaction), 분사현상(Sand Boil)은 구조물의 안전성과 지반의 안정성에 중대한 영향을 미치는 현상입니다. 이러한 현상들은 주로 지하수의 흐름, 지반의 특성, 그리고 외부 하중에 의해 발생하며, 이를 정확히 판단하고 적절한 대응을 하는 것이 중요합니다.

 

1. 히빙(Heaving) 현상

히빙은 굴착 작업 시 지반이 부풀어 오르는 현상으로, 주로 연약한 점토지반에서 발생합니다. 굴착 배면의 토사 중량이 굴착 저면 이하의 지반 지지력보다 클 때 발생하며, 이로 인해 굴착면이 상승하여 흙막이벽의 변형이나 붕괴를 초래할 수 있습니다.

발생 원인:

• 굴착 배면의 토사 중량이 지반 지지력보다 클 때

방지 대책:

• 흙막이벽의 근입장을 깊게 설정하여 지반 지지력을 확보
• 굴착 저면의 지반 개량을 통해 지지력 향상
• 아일랜드 컷(Island Cut) 공법을 적용하여 굴착 저면의 하중을 분산

 

히빙(Heaving), 분사(Quick sand), 보일링(Boiling), 파이핑(Piping), 액상화(Liquefaction) — 제로에너지 녹색건축 코다

히빙(Heaving), 분사(Quick sand), 보일링(Boiling), 파이핑(Piping), 액상화(Liquefaction)

 

2. 보일링(Boiling) 현상

보일링은 굴착 저면과 배면의 수위 차이로 인해 침수 투압이 모래와 같이 솟아오르는 현상입니다. 주로 투수성이 좋은 사질지반에서 발생하며, 흙막이벽 하단의 지지력 감소 및 토립자 이동으로 인해 흙막이 붕괴나 주변 지반 파괴를 초래할 수 있습니다.

발생 원인:

• 굴착 저면과 배면의 수위 차이로 인한 침수 투압 발생
• 투수성이 높은 사질지반에서 주로 발생

방지 대책:

• 흙막이벽의 근입장을 불투수층까지 깊게 설정
• 수밀성이 큰 흙막이벽 선정
• 지하수위 저하를 통해 수위 차이 최소화

 

3. 파이핑(Piping) 현상

파이핑은 수위 차이가 있는 지반에서 파이프 형태의 수맥이 생겨 사질층의 물이 배출되는 현상입니다. 수밀성이 적은 흙막이벽이나 흙막이벽의 부실로 인해 구멍이나 이음새로 물이 배출되어 발생하며, 이로 인해 지반의 연약화나 구조물의 침하를 초래할 수 있습니다.

발생 원인:

• 수밀성이 낮은 흙막이벽의 부실로 인한 물의 배출
• 지하수위 차이로 인한 수맥 형성

방지 대책:

• 지하수위 저하를 통해 수위 차이 최소화
• 차수성이 좋은 흙막이공법 선정
• 흙막이벽의 밀실한 시공으로 물의 배출 방지

 

4. 액상화(Liquefaction) 판단

액상화는 포화된 느슨한 모래가 진동이나 지진 등의 충격을 받으면 입자들이 재배열되어 약간 수축하며 큰 과잉 간극수압을 유발하게 되고, 그 결과 지반이 일시적으로 액체처럼 변하는 현상입니다. 이로 인해 지반의 지지력이 급격히 감소하여 구조물의 침하나 전도 등의 위험이 발생할 수 있습니다.

판단 기준:

• 지반의 입도 분포와 입자 크기 분석
• 지반의 밀도와 공극률 측정
• 지진력이나 진동에 대한 지반의 반응 분석

방지 대책:

• 지반 개량을 통해 밀도 증가 및 공극률 감소
• 지하수위 저하를 통한 간극수압 감소
• 구조물의 하중 분산 설계

 

5. 분사현상(Sand Boil)

분사현상은 지반 내에서 수압이 상승하여 모래와 물이 지표로 솟아오르는 현상입니다. 이는 보일링 현상으로 인해 지반 내에서 물의 통로가 생기면서 흙이 세굴되는 결과로 발생하며, 지반의 연약화와 구조물의 침하를 초래할 수 있습니다.

발생 원인:

• 보일링 현상으로 인한 지반 내 수맥 형성
• 지하수위 상승으로 인한 수압 증가

방지 대책:

• 지하수위 저하를 통한 수압 감소
• 지반 개량을 통한 지반의 지지력 향상
• 구조물의 하중 분산 설계

이러한 현상들은 지반 공사 시 반드시 고려해야 할 중요한 요소들입니다. 정확한 판단과 적절한 대응을 통해 구조물의 안전성을 확보하고, 지반의 안정성을 유지하는 것이 필수적입니다.