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지반공학이란
 
지반공학분야
최근에는 분야별 전문성을 요구하는데 세계적인 추세에 발맞추어 지반공학분야도 전문분야별로 세분화 되어있다. 이러한 관점에서 지반공학을 처음 접하는 사람이나 앞으로 지반공학을 전공하고자 하는 사람들을 위해 각 분야별 업무(연구) 영역을 간단히 소개하면 다음과 같다.

1. 지반조사(Soil Investigation) 분야
지반조사의 목적은 지반공학과 관련된 설계 및 시공을 위하여 구조물이 축조될 기초지반의 지층구조와 물리적 특성 등의 지반자료를 취득하기 위하여 실시한다. 대표적인 현장 지반조사는 시추조사(Boring)이다. 최근에는 시추조사의 단점인 지협성을 극복하기 위한 방안으로 물리탐사를 병행하여 조사의 신뢰성에 보다 많은 기여를 하고 있다.

2. 기초(Foundation) 분야
기초란 상부구조물로부터 전해 내려오는 하중을 안전하게 지반에 전달해주는 역할을 하는 구조물을 말한다. 이 때 상부구조물의 하중을 지지할 수 있는 지반이 지표면 가까이에 있으면 얕은 기초(Shallow Foundation), 그렇지 않고 지표면에서 떨어져 깊은 곳에 위치하면 깊은 기초(Deep Foundation)로 각각 설계한다. 기초분야에서는 이들을 안전하고 경제적으로 설계 및 시공하기 위한 방안을 연구하며, 특히 말뚝기초의 경우 말뚝재료, 공법 및 설계기술 측면에서 상당한 발전이 있었다.

3. 사면안정(Slope Stability) 분야
우리나라의 지리적 여건상 많은 구조물들이 사면 가까이 혹은 절개지를 따라 형성된 사면(절토사면) 인근에 위치하게 된다. 또한 도로나 부지조성공사시 성토를 하는 경우 이 때도 정도의 차이는 있지만 사면(성토사면)이 형성된다. 이렇게 형성된 사면들의 안정문제는 곧바로 사면자체뿐 만 아니라 인접한 구조물(도로, 가옥)의 안전문제와도 직결된다. 이들의 안정문제를 다루는 것은 곧 힘의 평형문제(Force Equilibrium)를 다루는 것과 같다. 다시 말해서 사면을 붕괴시키려는 힘과 이에 저항하려는 힘과의 상호관계에 대해 지반기술자로서 이에 대한 해(Solution)를 얻고자 하는 것이 목표이다. 이를 바탕으로 지역별 환경조건과 공학적 특성에 적합한 사면의 최적경사기준을 제시하고, 아울러 사면안정검토기법 및 사면안정대책공법의 개발은 물론 사면관리를 위한 실용적 계측기법의 개발 등이 이루어져야 한다.

4. 연약지반처리(Soft Ground Improvement) 분야
지반자체가 상부구조물로부터 전해오는 하중을 견딜 수 없거나 혹은 예측 침하량이 허용치를 넘는 경우 이를 연약지반이라 한다. 계획된 상부구조물의 안정을 도모하기 위한 연약지반의 처리는 지반기술자들이 해야 할 역할이다. 이 때 지반기술자는 모든 공학적 지식과 경험을 동원하여 가장 경제적이고 안전한 연약지반처리기술을 제공해야 한다. 우리 나라의 연약지반처리 수준은 선진국에 비해 다소 뒤진 경향이 있으나 pre-loading공법, drain공법(paper, sand, pack), 생석회 말뚝공법, reverse circulation공법, 지반주입 및 혼합처리공법 등 연약지반처리를 위한 기술발전이 급속히 이루어지고 있으며, 시공 전?후의 계측조사를 통한 분석도 활발히 진행되고 있다.

5. 정보화시공(Information-oriented Construction) 분야
정보화시공이란 구조물의 설계자료와 거동 예측자료를 현장계측자료(Field Monitoring Data)와 비교 검토함으로써 시공 중 안전상태를 확인하여 위험가능성이 있는 경우에는 신속하고 적절한 보강대책을 강구 할 수 있도록 정량적 수치자료를 제공하는 공사안전관리(Construction Safety Management)를 위한 일련의 공정을 의미한다.

6. 준설매립(Dredging) 분야
준설이라 함은 수중에 있는 흙 등의 재료를 준설선으로 들어올려 이를 구역 외로 운반 투기하는 일련의 공사를 말한다. 준설기술은 매우 역사가 오래된 기법이지만 지반공학분야에서는 최근에 새롭게 대두되고 있는 분야이다.

7. 지반굴착(Underground Excavation) 분야
최근에 와서는 건물내 주차장확보에 대한 법규가 강화되면서 지하층수도 늘어나고 굴착깊이도 30m이상이 되는 경우도 흔해졌다. 또한 지하철 공사 시에도 도심지 통과구간의 경우 30m 이상 굴착하는 경우가 많아졌다. 굴착심도가 깊어지면 굴착에 따른 문제점들은 기하급수적으로 늘어난다. 종래의 경우 지반굴착시 주 관심사항은 흙막이 벽체 안전에 국한되었던 것이 주변지반, 인접구조물 및 주민에 미치는 영향 등도 함께 고려해야 하는 것으로 확대되었으며, 특히 도심지에서의 공사는 이러한 문제점들에 대한 중요성이 더욱 증대된다. 오늘날에는 탄소성법을 이용한 프로그램이 많이 보급되어 단계별 굴착과 되메우기 과정의 해석도 널리 수행되고 있다.

8. 지반진동(내진설계) 분야
우리 나라의 경우 지진 활동은 지진대에 속해 있는 다른 나라에 비해 낮은 편이나 최근 한반도 주변에서 비록 그 규모는 작지만 지진발생빈도가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 추세에 발맞추어 우리 나라에서도 내진에 관한 사항들을 명문화하고 있으며, 상부구조물과 관련된 내진설계기준은 많이 마련이 되었다. 향후 지반진동분야에서는 특히 하부구조물과 관련하여 토질조건, 지반의 층상, 기초의 강도를 고려한 지반구조물의 동적 상호작용, 동적 지반 물성의 적절한 산정과 진동 레벨의 일관된 측정, 국내 여건을 감안한 진동규준의 설정 등을 필요로 한다.

9. 터널(Tunnel) 및 암반역학(Rock Mechanics) 분야
인간 활동이 다양화해 짐에 따라 천연동굴이나 인공 굴은 지하공간이나 터널로 이어져 배수, 수송, 저장 기타 특수용도로 그 영역을 확대해가고 있다. 오늘날에 와서는 터널공사가 세기의 공사라 할만큼 그 규모가 엄청나게 커졌다. 실 예로 일본의 세이깐 터널(공사기간 24년, 연장 53.85km), 영국과 프랑스사이의 도버해협을 횡단하는 처널(Chunnel) (공사기간 4년, 연장 50km)등을 들 수 있다. 이러한 대규모 공사를 위해서는 고도화된 지반조사기법, 대용량 컴퓨터를 활용한 수치해석기법, 다양한 시공조건에 대응할 수 있는 보조공법과 계측관리기술, 시공장비의 대형화 및 첨단화 등을 필요로 한다. 한편 국내에서도 많은 터널공사와 도심지 지하철공사 등이 수행되어 해석 및 시공기술에 많은 발전을 이루어 왔으며, 최근에는 지하공간의 이용 및 핵 폐기물 지하저장에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

10. 토목섬유(Geosynthetics) 분야
우리나라에 새마을 운동이 시작되기전 도시변두리나 시골에서 담이나 벽체를 만들 때 황토 흙에 볏짚을 넣은 재료를 사용하였다. 이는 황토 흙에 부족한 인장력을 볒짚이 대신해 주는 것으로, 오늘날 콘크리트와 와이어 매쉬관계 정도로 보면 될 것이다. 이러한 천연재료들은 시대의 변화에 따른 구조물의 형태변화와 더불어 사라지게 되었다. 그러나 1960년 이후 고분자 합성섬유 제품인 토목섬유(Geosynthetics)가 개발되면서 기존 천연재료가 갖지 못했던 우수한 시공성, 적용성, 경제성 등을 갖추고 있어 각종 토목구조물의 보강, 필터, 배수, 분리, 봉쇄 및 침식방지재 등으로 폭넓게 사용되고 있다.


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