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Module DC3 · 토공 · 임시구조 · 거푸집 심화

Earthwork · Excavation Safety (OSHA) · Formwork Pressure (ACI 347)

🔗 선수 학습 — Breadth M1 (토공) + M3 (자재·거푸집) 의 임시구조·압력 부분 심화.
이 모듈에서 다룰 내용

📖 핵심 개념

1. OSHA 굴착 보호 (29 CFR 1926.652)

깊이 5 ft (1.5 m) 이상 굴착 시 방호 시스템 (sloping, shoring, shielding) 의무.
  • Type A (단단한 점성토): 최대 슬로프 0.75H : 1V (≈ 53°)
  • Type B (보통): 1H : 1V (45°)
  • Type C (모래·풍화): 1.5H : 1V (34°)
깊이 20 ft (6 m) 초과 → 등록 PE 가 직접 설계.

2. 흙막이 (Shoring) 종류

Soldier pile + lagging, sheet pile, secant pile, slurry wall, soil nailing, tieback anchor, bracing (struts/walers).

3. 트렌치 차폐 (Trench Box / Shield)

굴착면에서 작업자 보호. 사면 안정성 직접 향상은 아님 — 붕괴 시 작업자 차단 역할. Box 상단은 굴착면 위 18 in 돌출, 하단은 바닥 + 18 in.

4. ACI 347 거푸집 측압 — 벽 (Wall)

R ≤ 7 ft/h: $$ p = C_w C_c \left[150 + \frac{9000 R}{T}\right] \quad [\text{psf}] $$ R > 7~15 ft/h: $$ p = C_w C_c \left[150 + \frac{43400}{T} + \frac{2800 R}{T}\right] $$ 최대값: $p_{\max} = C_w \times w \times h$ (정수압) — 즉 콘크리트 정수압 한계.

Cw: 단위중량 보정 (보통 1.0), Cc: 화학 보정 (Type I/II = 1.0, 외기 retarder = 1.4). R: 타설 속도 (ft/h), T: 콘크리트 온도 (°F).

5. ACI 347 — 기둥 (Column)

$$ p = C_w C_c \left[150 + \frac{9000 R}{T}\right] \quad p_{\max} = 3000~\text{psf} $$ 벽 pmax = 2,000 psf, 기둥 pmax = 3,000 psf.

6. Falsework (가설 지보)

교량 슬래브·슬립폼 등 임시 지지구조. 활하중 50 psf (보행), 75 psf (자재 적치) + 콘크리트 자중. Camber 고려 (탄성 처짐 + 크리프 + 임시지지 압밀).

7. Dewatering (지하수 배제)

Wellpoint (얕은 사질토), Deep well (깊은 대수층), Sump pump (소규모/일시). 배수면 ≥ 굴착면 아래 2~3 ft 유지.

8. 토공 — 컴팩션

현장 다짐도 (RC) = $\rho_d / \rho_{d,\max} \times 100\%$. 도로 노상 95 % (Modified Proctor), 댐 코어 98 %. Sand cone, nuclear gauge, balloon test 로 측정.
⚠️ 핵심 함정 — 거푸집 측압은 속도 R 빠를수록 증가, 온도 T 높을수록 감소 (경화 빠름). OSHA Type 분류는 굴착 검사관 (competent person) 결정.

📐 공식·기준 요약

① OSHA 슬로프 비
A: 0.75H:1V  |  B: 1:1  |  C: 1.5:1
② 거푸집 측압 (벽, R≤7)
$$ p = C_w C_c [150 + 9000 R/T] $$
③ 측압 한계
벽 ≤ 2000 psf, 기둥 ≤ 3000 psf
④ 굴착 깊이 한계
5 ft 이상 → 방호 의무, 20 ft 이상 → PE 설계
⑤ Falsework 활하중
50 psf 보행 / 75 psf 자재
⑥ 다짐도
$$ RC = \rho_d / \rho_{d,\max} $$

💡 유형별 예제

예제 1 · OSHA Type C 굴착 폭

OSHA

Type C 흙, 깊이 H = 12 ft, 트렌치 바닥 폭 4 ft. 사면 적용 시 상단 폭 (ft) 은?

  • A. 약 16
  • B. 약 28
  • C. 약 40
  • D. 약 50

✅ 단계별 풀이

Step 1. 양측 사면 폭 (Type C: 1.5H : 1V)
$$ \Delta = 2 \times (1.5 \times 12) = 36~\text{ft} $$
Step 2. 상단 폭
$$ B_{top} = 4 + 36 = 40~\text{ft} $$
최종 답
$$\boxed{B_{top} = 40~\text{ft}}$$
✔ 정답: C. 약 40

예제 2 · 거푸집 측압 (벽)

Formwork

벽 거푸집, R = 5 ft/h, T = 60 °F, Cw = Cc = 1.0. 측압 (psf) 은 약?

  • A. 약 600
  • B. 약 900
  • C. 약 1,200
  • D. 약 2,000

✅ 단계별 풀이

$$ p = 1.0 \times 1.0 \times \left[150 + \frac{9000 \times 5}{60}\right] $$ $$ = 150 + \frac{45000}{60} = 150 + 750 = 900~\text{psf} $$
벽 한계 2,000 psf 이하 → 사용 가능. 반대로 R↑ T↓ 면 한계 도달.
최종 답
$$\boxed{p = 900~\text{psf}}$$
✔ 정답: B. 약 900

예제 3 · 다짐도 판정

Compaction

현장 ρd = 118 pcf, 실내 Modified Proctor ρd,max = 124 pcf. 다짐도 (%) 는?

  • A. 90.5
  • B. 95.2
  • C. 98.0
  • D. 100.0

✅ 단계별 풀이

$$ RC = \frac{118}{124} \times 100 \approx 95.16\% $$
도로 노상 95 % 기준 만족. 댐 코어 98 % 기준은 미달.
최종 답
$$\boxed{RC \approx 95.2\%}$$
✔ 정답: B. 95.2

🎯 실전 미니 퀴즈 8 문제 · 48 분

48:00

Q1. OSHA 굴착 방호 의무 깊이는?

  • A. 3 ft 이상
  • B. 5 ft 이상
  • C. 10 ft 이상
  • D. 20 ft 이상

Q2. Type B 흙의 최대 슬로프 비 (H:V)는?

  • A. 0.5:1
  • B. 0.75:1
  • C. 1:1
  • D. 1.5:1

Q3. 등록 PE 가 직접 설계해야 하는 굴착 깊이는?

  • A. 5 ft 초과
  • B. 10 ft 초과
  • C. 15 ft 초과
  • D. 20 ft 초과

Q4. R = 6 ft/h, T = 80 °F, Cw=Cc=1.0 벽 측압은 약 psf?

  • A. 약 525
  • B. 약 825
  • C. 약 1,200
  • D. 약 1,800

Q5. ACI 347 거푸집 측압 한계 — 벽 / 기둥 (psf)?

  • A. 2000 / 3000
  • B. 1500 / 2500
  • C. 3000 / 5000
  • D. 1000 / 2000

Q6. ρd=110, ρd,max=120 pcf. 다짐도?

  • A. 88.5 %
  • B. 100 %
  • C. 91.7 %
  • D. 105 %

Q7. 굴착 후 지하수 배제에 가장 적합한 방법 (얕은 사질)?

  • A. Wellpoint
  • B. Deep well
  • C. Sheet pile
  • D. Slurry wall

Q8. Type A 흙 H=8 ft, 바닥 5 ft. 상단 폭 (ft)?

  • A. 약 13
  • B. 약 17
  • C. 약 21
  • D. 약 29