토목공사를 하게 되면 가장 먼저 나오는 공종이 바로 토공입니다. 토공은 흙깎기, 절토, 깨기, 되메우기, 성토, 암발파, 잔토처리 등 땅 모양을 바꾸거나 정비하는 데 정하는 방법입니다.
따라서 이 땅 모양을 어떻게 할 것 인지에 따라서, 그리고 땅의 현재 상태가 어떤지에 따라서 시공방법과 시공기간의 차이가 크게 나고 이에 따라 시공비에서 차이가 생깁니다.
땅의 모양은 건설 프로젝트에 따라서 최종 계획이 천차만별이라서 시행자의 입맛에 맞게 법이 정하는 한도 안에서 정할 수 있습니다. 하지만 땅의 상태는 복불복으로 땅을 팠는데 좋은 토사가 나오는 것과 땅을 팠는데 암반이 나와 백호 버킷(포크레인 바가지)으로 굴착이 불가능 한 땅에서의 시공비 차이는 극명할 것입니다.
따라서 토목공사의 설계를 할 때에는 토질조사를 통해서 현재 땅의 토질을 분류한 후 상황에 맞게 건설기계를 선정해야 하고 토량환산계수를 적용하여 토공량을 구해주어야 합니다.
토공작업의 순서
토공작업을 할 때 보통 절취 – 운반 – 다짐의 단계별로 흙의 체적(부피)이 달라지게 됩니다.
(세부적으로 표토정리 – 흙깎기 – 집토 – 상차 – 운반 – 되메우기 – 다짐 순이 됩니다.)
이때 흙은 각 단계별로 “자연상태, 흐트러진 상태, 다짐된 상태”로 분류할 수 있는데요. 굴착하기 전이 자연상태, 흙을 운반하는 과정 전체가 흐트러진 상태, 흙을 되메우기 한 후 다짐한 것이 다짐된 상태라고 합니다.
예를 들어 A라는 위치에서 땅을 파서 B라는 구덩이에 메워 놓는 작업을 한다면, A위치에서 백호로 절취하기 전에는 자연 그대로의 상태일 것입니다. 이 때 백호로 땅을 파서 절취를 하는 순간 서로 촘촘히 자연다짐이 되었던 흙 알갱이가 흐트러져 흙 알갱이 사이사이 공극이 생기면서 부피가 커지게 됩니다. 땅 속에 있는 부피보다 덤프트럭에 실어야 하는 흙의 부피가 늘어나게 됩니다.
그래서 최종 B위치에 다짐해야 하는 체적이 100세제곱미터라면 덤프로 운반해야 하는 체적은 110~120세제곱미터로 더욱 증가 할 것입니다. 이러한 토량의 변화를 토공 설계시에 잘 적용해야 할 것입니다.
토량환산계수(Soil Conversion Factor)와 적용방법
하지만 결국 땅을 파보고 운반해보고 다짐해 보아야 실제 들어가는 시공량을 알 수 있는데요. 토공작업이 끝났는데 토량이 부족하게 되는 경우가 생깁니다.
그래서 엔지니어들이 수많은 경험적 데이터를 가지고 토량환산계수를 만들어 토사, 리핑암, 발파암의 기준치를 정해 놓았습니다.
이 기준치라는 것도 경험적으로 만들어진 것이기 때문에 실제 현장과는 조금 차이가 있습니다. 만약 설계 시 실제 땅의 상태를 잘 반영해 놓지 않았다면 그 차이는 더욱 커질 것입니다.
위의 표에서 C는 다져진 후의 토량에서 자연상태의 토량으로 나눈 값으로 토사의 경우 체적이 줄어들게 됩니다. L은 흐트러진 상태의 토량에서 자연상태의 토량을 나눈 값으로 대부분 체적이 증가합니다.
리핑암과 발파암의 C값이 토사와 달리 1보다 큰 이유는 굴착된 리핑암이나 발파암이 굴착전의 상태로 제대로 다져지지 않기 때문입니다.
자연상태에서는 단단한 한 덩어리로 되어 있다가, 굴착 작업이나 발파작업을 통해서 부서진 조각들을 다시 다졌을 때 원래의 한 덩어리로 있을 때보다 부피가 더욱 커지기 때문에 C값이 1보다 큰 값을 나타냅니다.
현장에서 땅의 상태를 확인하여 토사나 리핑암 발파암 등을 구분하고 난 후, 굴착과 흙깎기 토공량은 자연상태로 되메우기나 성토는 다짐상태의 토공량으로 설계서에 작성이 되어야하며, 부족토를 계산할 때는 위의 토량환산계수를 적용하여 동일한 상태로 토공량을 변환하여 구하여야 합니다.
그리고 굴착작업에 어떤 건설기계를 사용할 지 선정하였으면, 건설기계의 시공능력에 토량환산계수 “f”를 반영하여 건설기계의 시공품을 구해 줍니다. 이렇게 구해진 시공품에 토공량을 곱하여 시공비를 산정하게 됩니다.