토목 현장 연약지반 (미나리밭, 굴착 치환, 프리로딩)

의정부 현장은 원래 미나리를 키우던 밭이 대부분이었습니다. 물을 대어 키우는 미나리밭은 땅이 늘 젖어 있고, 그 아래에는 물을 많이 머금은 무른 흙이 깔려 있습니다. 이런 땅에 택지를 만들려면 도로와 건축물이 들어서기 전에 지반을 안정시키는 작업부터 해야 합니다.

의정부 현장에서는 연약지반 상태와 주변 공정에 따라 굴착 치환과 프리로딩 공법을 나누어 적용했고, 여기에 높은 지하수위와 장비 진입 문제까지 겹쳤습니다. 이번 글에서는 당시 현장에서 경험한 연약지반 처리 과정을 정리해 보겠습니다.

연약지반, 미나리밭은 설계부터 계획돼 있었다

연약지반은 구조물이나 도로를 지지하기에 강도나 침하 특성이 충분하지 않아 개량 또는 보강이 필요한 지반을 말합니다. 물을 많이 머금은 점성토층은 하중이 가해지면 침하가 크게 생기거나 오랜 시간에 걸쳐 천천히 진행됩니다.

의정부 현장은 미나리밭으로 쓰던 땅이 많았기 때문에 연약지반 처리가 설계 단계부터 계획되어 있었습니다. 표준시방서(KCS 11 30 05 연약지반 개량)에서 다루는 점성토 지반 개량 공법을 현장에서 이해하기 쉽게 나누면 이렇습니다.

• 프리로딩 공법: 흙을 미리 쌓아 하중을 가하고, 지반의 압밀과 침하를 유도하는 방법입니다.
• 연직배수공법: 점성토층 안에 배수 경로를 만들어 압밀 시간을 줄이는 방법입니다. 프리로딩과 함께 적용하기도 합니다.
• 진공압밀공법: 진공압을 이용해 지반의 압밀을 유도하는 방법입니다.
• 굴착 치환공법: 연약한 흙을 굴착해 걷어 내고 적합한 재료로 바꿔 채우는 방법입니다.

의정부 현장에는 이 가운데 프리로딩과 굴착 치환이 모두 적용됐습니다. 같은 미나리밭이었지만 구간에 따라 공법이 달랐습니다. 흙의 상태만 보고 정한 것이 아니라, 주변 공정과 공사 기간까지 함께 고려한 결과였습니다.

같은 현장인데 굴착 치환과 프리로딩으로 나뉜 이유

조성공사 초기에 현장 안에서는 아파트 신축공사 4곳이 동시에 착공했습니다. 택지 조성이 끝난 다음 아파트를 짓는 것이 아니라, 조성공사와 아파트 공사가 함께 진행되는 상황이었습니다.

그래서 아파트 공사와 가까운 곳은 굴착 치환공법으로, 아파트 공사에서 떨어진 곳은 프리로딩 공법으로 설계되어 있었습니다. 프리로딩은 흙을 쌓아 하중을 가한 뒤 압밀과 침하가 충분히 진행될 때까지 기다려야 하는 공법이라, 상당한 시간이 필요합니다. 실제로 프리로딩 구간은 구간마다 침하 기간이 다르게 설계되어 있었습니다. 반면 아파트 공사가 가까운 구간은 그렇게 기다릴 여유가 없었기 때문에, 연약한 흙을 직접 걷어 내는 굴착 치환을 적용한 것으로 이해했습니다.

같은 현장이라도 주변 공정이 얼마나 급한지에 따라 공법이 달라진 셈입니다. 연약지반 공법은 지반의 특성뿐 아니라 공사 기간과 주변 공정까지 함께 보고 정해진다는 것을 이 현장에서 실감했습니다.

아쉽게도 저는 굴착 치환 구간을 시공하던 중 퇴사해서 프리로딩 구간의 시공과 침하 관리까지는 직접 보지 못했습니다. 다만 프리로딩은 흙을 쌓아 놓고 기다리는 것으로 끝나지 않습니다. 표준시방서에서도 단계적으로 성토할 때는 매 단계마다 계측 결과와 확인지반조사를 함께 분석해서, 지반의 강도와 압밀도가 목표를 만족할 때만 다음 단계로 넘어가도록 하고 있습니다. 구간마다 침하 기간을 다르게 정한 것도 지반 상태에 따라 필요한 시간이 달랐기 때문입니다.

연약지반 프리로딩 중점관리구간 계측기 표준도

굴착 치환, 터파기 하면 지하수부터 만난다

굴착 치환은 도면으로 보면 단순합니다. 연약한 흙을 파내고 적합한 재료로 채우면 됩니다. 그런데 실제로 터파기를 해 보면 지하수위가 높은 곳이 많았습니다. 미나리밭이었으니 어느 정도 예상은 했지만, 물이 계속 들어오면 굴착 바닥이 불안정해지고 치환재를 넣어도 다짐이 제대로 되지 않습니다. 당시 지하수 대응은 앞선 글 토목 현장 토공사 지하수 대응에서 정리했습니다.

그 글에서 의정부 현장의 PC BOX 구간은 기존 토사를 암버럭으로 치환하는 방안을 설계사, 발주처와 협의 중이라고 적었습니다. 결과를 이어서 말씀드리면, 이 구간은 암버럭 치환으로 진행됐습니다. 물이 들어오는 연약한 바닥에 일반 토사를 넣어서는 다짐이 되지 않았기 때문입니다. 암버럭으로 치환하고 다짐한 뒤 평판재하시험으로 지지력을 확인했고, 승인이 난 다음에 PC BOX를 시공했습니다.

평판재하시험은 그 위에 올라갈 구조물이 버틸 수 있는 바닥인지를 숫자로 확인하는 단계입니다. 굴착 치환은 흙을 바꿔 넣는 것으로 끝나지 않고, 지하수 처리부터 치환재 다짐, 시험과 승인까지 이어져야 비로소 다음 공정으로 넘어갈 수 있습니다.

연약지반에서는 장비 진입부터 검토해야 한다

연약지반이 얼마나 무른지 실감한 장면이 있습니다. 현장 안에서 공사하던 아파트 현장 중 한 곳이 사무실을 짓기 위해 콘크리트 펌프카를 불렀는데, 그 펌프카가 미나리밭에 빠져나오지 못하는 것을 직접 본 적이 있습니다. 겉으로는 평평한 땅처럼 보였지만, 무거운 장비가 올라가자 바퀴가 그대로 빠져 버렸습니다. 땅이 평평하다는 것과 장비 무게를 버틸 만큼 단단하다는 것은 전혀 다른 문제였습니다.

표준시방서에서도 연약지반 개량 전에 원지반을 정리할 때, 장비 진입에 대한 원지반의 안정성을 검토하고 필요하면 장비가 들어가기 전에 현장시험을 하도록 하고 있습니다. 특히 펌프카나 크레인처럼 하중이 한 곳에 몰리는 장비는 빠지거나 기울어지면 장비 손상에 그치지 않고 안전사고로 이어질 수 있습니다. 연약지반 현장에서는 공법을 정하는 것만큼, 장비가 어디로 들어가서 어디에 설 수 있는지를 먼저 확인해야 합니다.

연약지반 처리는 결국 시간과 현장 조건의 문제다

의정부 현장의 연약지반을 돌아보면 지반 상태만큼이나 공사 기간과 주변 공정이 중요했습니다. 시간이 있는 구간은 프리로딩으로 압밀과 침하를 기다렸고, 기다릴 수 없는 구간은 굴착 치환으로 무른 흙을 직접 걷어 냈습니다. 그리고 그 사이에는 높은 지하수위와 빠지는 장비처럼 미나리밭이 남긴 문제들이 계속 따라왔습니다.

연약지반 현장을 맡게 된다면 설계된 공법뿐 아니라 주변 공정과 공사 기간, 지하수위, 장비 진입 조건까지 함께 살펴보시길 권합니다. 연약지반은 땅속 변화를 눈으로 확인하기 어려운 만큼, 계측과 시험과 기록이 현장의 눈이 되어 줍니다.