토량환산계수(L값과 C값) 해설[토공사 건설기계 물량산출 등)

토량환산계수(L값과 C값)에 대한 이해와 토공사 물량 산출

토공사 및 지반공사 등에서 흙의 체적변화율, 토량환산계수에 대한 이해를 위해 흙의 상태와 밀도에 따른 부피 변화와 원지반 토량, 흐트러진 토량, 다져진 후 토량 등에 대한 내용과 기계경비 산정 시 토량 기준에 대해 말씀드리겠습니다.

토량환산계수에 대한 개념 이해

토공사란 자연 지형에서 시설물을 설치하거나 이를 위한 준비에 필요한 공사를 하기 위하여 계획면보다 높은 곳은 낮추고, 낮은 곳은 높이는 일체의 흙 일에 대한 행위를 토공(土工, earth work) 또는 토공사라고 합니다.

토공사/지반공사에서 일반적으로 자연상태의 땅을 굴착하고, 흙을 다시 성토해서 다짐합니다.
그 이유는 흙을 굴착하게 되면 흙 사이에 크고 작은 간극들이 생겨나고 그로 인해 흙의 체적이 팽창하게 되는데,
간극을 그대로 두고 구조물을 지반에 올리면 강우, 적설, 기타 하중 증가로 인해 지반이 침하되기 때문입니다.
이로인해 토공사는 굴착, 성토, 다짐 등을 과정을 거쳐 지반을 조성하게 됩니다.
경험적으로 알 수 있듯이 자연상태의 땅의 체적과 흙을 파낸 뒤 땅의 체적 그리고 흙을 다시 다진 상태에서의 체적은 다르다는 것을 알 수 있습니다. 이 때문에 같은 종류의 흙이라도 앞서 말한 정도에 따라 단위 용적당 중량도 변화합니다.

이러한 흙의 체적변화는 토공사의 공사비 산출에 큰 영향을 미칩니다. 흙의 절토와 성토 등의 작업에서 흙의 정확한 변화율을 감안하여 기계장비의 작업 능력이나 효율을 고려하여 최종 공법을 결정하기 때문입니다. 즉, 토량환산계수는 토공작업시 기계장비의 작업능력 산정에서부터 공사비 산출시에 매우 중요한 요소입니다.

토량환산계수의 활용

위 그림에서 보는 바와 같이 건설공사 토공사 작업 시 각 작업종류에 따른 건설기계를 사용하게 되는데 아래 그림을 보면 각 건설기계의 시공능력을 산정하는데 토량환산계수를 이해하고 적용하는 것은 필수적인 사항입니다.

위 그림은 흙의 성토, 절토, 다짐, 운반 등의 시공능력을 산정하는 산식입니다. 체적환산계수를 이해하지 않고서는 건설기계의 시공능력을 계산할 수 없습니다.

토량을 계산해서 물량을 산출해야 하는데 굴삭기 작업의 토량을 어떤 기준으로 산출할 것인가? 자연상태? 느슨한 상태? 자연상태? 그렇다면, 덤프는 ? 콤팩터는? 이미 알고 계시다면 아래 글을 읽지 않으셔도 됩니다.

토량환산계수 그리고 L값과 C값

흙은 취급하는 상태에 따라 밀도와 부피가 변화하기 때문에 공사비와 공사기간에 큰 영향을 주게 됩니다. 흙의 상태에 따른 토량을 계산하기 위해서는 ①원지반 토량, ②흐트러진 토량, ③다짐 후 토량 이렇게 흙은 3가지 변화된 형태로 존재하는 것을 이해하셔야 합니다. 이들 상호간의 관계를 토량환산계수로 확인할 수 있습니다.

원지반 토량(N, Natural) : 굴착할 토량으로 자연지반, 본바닥, 생땅, 제자리에서의 흙 으로 자연상태 토량
흐트러진 토량(L, Loose) : 운반할 토량으로 느슨한 토량
다져진 후 토량(C, Compact) : 다져진 후 완성된 토량으로 다져진 후 상태의 토량

토량환산계수 L값

위 그림에서 1㎥의 자연지반(생땅, 본바닥, 원지반)을 삽이나 파워셔블, 불도우저 등으로 흙을 파내면 흙 속의 공극이 증가하여 흙의 부피가 커져 체적이 팽창하게 됩니다.

흙을 굴착하여 팽창한 흙의 체적이 1.3㎥이라면 흙의 팽창율은 30%가 됩니다. 여기서 토량환산계수의 L값을 이해할 수 있습니다.

토량환산계수의 L값은 자연지반의 땅을 굴착하여 흐트러진 상태(느슨한 상태)의 지반이 얼만큼 팽창하는지를 나타내는 팽창율입니다.

흐트러진 상태인 흙의 체적이 1.3㎥이고, 자연상태의 체적이 1.0㎥이라면 L값은 1.3입니다. 보통 일반토사의 경우 1.1~1.4정도이며, 토공사에서 운반 토량 산출 시 적용할 수 있습니다.

토량환산계수 C값

자연상태의 흙을 다지면 흙의 공극이 감소하여 체적이 감소하게 되는데 자연상태의 흙 1㎥를 다짐하여 다져진 상태의 흙이 0.9㎥이되었다면 흙의 수축률은 10%가 됩니다. 여기서 토량환산계수 C값을 이해할 수 있습니다.

토량환산계수의 C값은 자연지반의 땅을 다짐하여 다져진 상태의 흙이 얼만큼 수축하는지를 나타내는 수축율입니다.

여기서 토량환산계수의 C값을 위 값으로 예를들면 C=0.9㎥/1.0㎥= 0.9로 나타낼 수 있습니다. 보통 일반토사에서 0.85~-0.95정도의 수축율을 보이며, 성토 시공시 반입 물량 산출에 이용합니다.

흙의 체적변화율

암석, 폐콘크리트, 호박돌, 모래, 점토 등 다양한 흙은 가지고 있는 작업상태에 따라 팽창율과 수축율의 차이가 있기 때문에 흙의 굴착, 운반, 다짐에 따라서 밀도, 체적이 변화합니다. 이러한 흙의 체적 변화를 토량변화율 또는 체적변화율이라고 합니다.

이러한 성질때문에 건설공사 표준품셈에서는 흙의 종류에 따라 위와 같이 체적변화율을 제시하고 있습니다.

토질 및 암의 정의와 분류법

보통토사 : 보통 상태의 실트 및 점토 모래질 흙 및 이들의 혼합물로서 삽이나 괭이를 사용할 정도의 토질(삽작업을 하기 위하여 상체를 약간 구부릴 정도)
경질토사 : 견고한 모래질 흙이나 점토로서 괭이나 곡괭이를 사용할 정도의 토질(체중을 이용하여 2∼3회 동작을 요할 정도)
고사 점토 및 자갈섞인 토사 : 자갈질 흙 또는 견고한 실트, 점토 및 이들의 혼합물로서 곡괭이를 사용하여 파낼 수 있는 단단한 토질
호박돌 섞인 토사 : 호박돌 크기의 돌이 섞이고 굴착에 약간의 화약을 사용해야 할 정도로 단단한 토질
풍 화 암 : 일부는 곡괭이를 사용할 수 있으나 암질(岩質)이 부식되고 균열이 1∼10㎝로서 굴착 또는절취에는 약간의 화약을 사용해야할 암질
연 암 : 혈암, 사암 등으로서 균열이 10∼30㎝ 정도로서 굴착 또는 절취에는 화약을 사용해야 하나 석축용으로는 부적합한 암질
보 통 암 : 풍화상태는 엿볼 수 없으나 굴착 또는 절취에는 화약을 사용해야 하며 균열이 30∼50㎝정도의 암질
경 암 : 화강암, 안산암 등으로서 굴착 또는 절취에 화약을 사용해야 하며 균열상태가 1m이내로서 석축용으로 쓸 수 있는 암질
극 경 암 : 암질이 아주 밀착된 단단한 암질

표준품셈에 표시되는 돌재료의 분류 기준

모암(母岩) : 석산에 자연상태로 있는 암을 모암이라 한다.
원석(原石) : 모암에서 1차 파쇄된 암석을 원석이라 한다.
건설공사용 석재 : 석재의 품질은 그 용도에 적합한 강도를 갖고 균열이나 결점이 없고 질이 좋은 치밀한 것이며 풍화나 동결의 해를 받지 않는 것이라야 한다.
다듬돌(切石) : 각석(角石) 또는 주석(柱石)과 같이 일정한 규격으로 다듬어 진 것으로서 건축이나 또는 포장 등에 쓰이는 돌
막다듬돌(荒切石) : 다듬돌을 만들기 위하여 다듬돌의 규격 치수의 가공에 필요한 여분의 치수를 가진 돌
견치돌(間知石) : 형상은 재두각추체(栽頭角錐體)에 가깝고 전면은 거의 평면을 이루며 대략 정사각형으로서 뒷길이(控長), 접촉면의 폭(合端), 뒷면(後面) 등이 규격화 된 돌로서 4방락(四方落) 또는 2방락(二方落)의 것이 있으며 접촉면의 폭은 전면 1변의 길이의 1/10이상이라야 하고 접촉면의 길이는 1변의 평균길이의 1/2이상인 돌
깬돌(割石) : 견치돌에 준한 재두방추형(栽頭方錐形)으로서 견치돌보다 치수가 불규칙하고 일반적으로뒷면(後面)이 없는 돌로서 접촉면의 폭(合端)과 길이는 각각 전면의 일변의 평균길이의 약 1/20과 1/3이 되는 돌
깬 잡석(雜割石) : 모암에서 일차 폭파한 원석을 깬 돌로서, 깬돌(割石)보다도 형상이 고르지 못한 돌로서 전면의 변의 평균 길이는 뒷길이의 약 2/3되는 돌
사석(捨石) : 막 깬돌 중에서 유수에 견딜 수 있는 중량을 가진 큰 돌
잡석(雜石) : 크기가 지름 10∼30㎝ 정도의 것이 크고 작은 알로 고루고루 섞여져 있으며 형상이 고르지 못한 큰 돌
전석(轉石) : 1개의 크기가 0.5㎥ 내･외의 정형화 되지 않은 석괴
야면석(野面石) : 천연석으로 표면을 가공하지 않은 것으로서 운반이 가능하고 공사용으로 사용될 수 있는 비교적 큰 석괴
호박돌(玉石) : 호박형의 천연석으로서 가공하지 않은 지름 18㎝이상의 크기의 돌
조약돌(栗石) : 가공하지 않은 천연석으로서 지름 10∼20㎝ 정도의 계란형의 돌
부순돌(碎石) : 잡석을 지름 0.5∼10㎝ 정도의 자갈 크기로 작게 깬 돌
굵은 자갈(大砂利) : 가공하지 않은 천연석으로서 지름 7.5∼20㎝ 정도의 돌
자갈(砂利) : 천연석으로서 자갈보다 알이 작고 지름 0.5∼7.5㎝정도의 둥근 돌
역(磁) : 천연석이 굵은 자갈과 작은 자갈이 고루고루 섞어져 있는 상태의 돌
굵은 모래(祖砂) : 천연산으로서 지름 0.25∼2㎜ 정도의 알맹이의 돌
잔모래(細砂) : 천연산으로서 지름 0.05∼0.25㎜ 정도의 알맹이의 돌 
돌가루(石紛) : 돌을 바수어 가루로 만든 것 
고로슬래그 부순돌 : 제철소의 선철(銑鐵) 제조 과정에서 생산되는 고로슬래그를 0∼40㎜로 파쇄가공한 돌

토량환산계수(f)

토량이 작업상태에 따라 어느정도 팽창하는지, 수축하는지를 이해하셨다면, 토량환산계수가 어떤 역할을 하는지 아실 것입니다. 흐트러진 상태의 토양을 다져진 상태의 토양의 작업수량으로 보정하기 위해 토량환산계수가 필요합니다. 아래 표를 보시죠.

여기서 중요한 점은 기준이 되는 q와 원하는 작업수량을 얻기 위한, 구하려고 하는 작업량 Q라는 점입니다.

Q = f × q → f = Q ÷ q

구하고자 하는 흙의 작업량 = 토량환산계수 × 기준이 되는 흙의 작업량

토량환산계수 = 구하고자 하는 흙의 자업량 ÷ 기준이 되는 흙의 작업량

예를 들어, L값이 1.3, C값이 0.9인 흙이 흐트러져있다고 해보시죠. 여기서 흐트러진 흙을 다진상태의 흙으로 보정하기 위해서는 토량환산계수(f)가 필요한데 위 표에 따라 f=C/L=0.9/1.3이라는 것을 알 수 있습니다. 이 토량환산계수를 통해 건설기계의 시공능력에 대한 계산을 이제 할 수 있습니다.

기계경비를 산정할 때 각 기계마다 흐트러진 상태의 토량을 기준으로 하는지, 다짐토량을 기준을 하는지가 다르기 때문에 이에 맞게 토량을 보정하기 위해 위 토량환산계수가 필요합니다.

흙의 절토, 성토, 다짐 등 작업계획 시 유의사항

굴착, 적재, 운반토량은 느슨한 용적(L)을 사용
성토량은 생땅의 용적(A)을 다짐용적(C)로 환산한 것을 사용
기계화 토공의 작업량을 결정할 때는 느슨한 용적(L)으로 환산하여 사용
성토의 성형고를 결정할 때는 느슨한 용적(L)으로 환산하여 사용한 기계의 작업량을 다짐용량(C)로 환산

자료출처 : 2024년 건설공사 표준품셈 / 도로공사_토량환산계수 적용요령

위 내용 확인하시어 건설기계 장비의 시공능력 산정 시 반드시 알아야 하는 흙의 체적환산계수, L값과 C값에 대해 이해하시기 바라며, 아울러 흙의 성토, 절토, 다짐의 시공능력 산정 시 필수적인 체적환산계수에 대해 이해하시는데 도움이 되길 바랍니다.

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