토공 및 굴착 물량 산출

토량은 세 가지 상태로 존재하며, 보고되는 수치는 상태 간에 약 10~70퍼센트까지 변합니다. 자연 상태(bank)는 도면에서 읽어내는 자연 그대로의 교란되지 않은 부피로, 기존 지반과 설계 표면 사이의 절토 프리즘 또는 원지반과 마무리 표고 사이의 성토 프리즘입니다. 흐트러진 상태(loose)는 굴착되어 부풀어 트럭을 채우는 부피로, 자연 상태에 1 더하기 토량변화율(swell)을 곱한 값과 같습니다. 다짐 상태(compacted)는 마무리된 노체가 차지하는 포설·다짐된 부피로, 자연 상태에 다짐 변화율(shrinkage factor)을 곱한 값과 같습니다.

두 가지 계수가 상태를 연결하며, 둘 다 자연 상태를 기준으로 합니다. 토량변화율(swell)은 자연 상태를 흐트러진 상태로 부풀리고, 그 역수인 적재계수(load factor)는 흐트러진 상태를 다시 환산합니다. 다짐 변화율(shrinkage)은 자연 상태를 다짐 상태로 줄이므로, 마무리된 성토에는 항상 그 자체의 기하학적 부피보다 더 많은 자연 상태의 절토나 차토(借土)가 필요합니다. 즉 자연 상태 기준으로 필요한 차토량은 다짐 성토 부피를 다짐 변화율로 나눈 값과 같습니다. 다짐 변화율을 적용하지 않고 절토 원량을 성토 원량과 상계하는 것이 전형적인 토공 균형 오차입니다.

이 계수들은 재료에 따라 크게 달라집니다. 대략적인 계획값으로, 입상의 모래와 자갈은 약 12~18퍼센트 부풀고 약 5~14퍼센트 줄어듭니다. 보통 흙은 약 25퍼센트 부풀고 약 10~20퍼센트 줄어듭니다. 점토는 약 30~40퍼센트 부풀고 약 10~20퍼센트 줄어듭니다. 발파한 암은 약 50~70퍼센트 부풀며, 부서진 암석이 원래의 자연 상태보다 더 많은 공간을 차지하기 때문에 약 -30퍼센트의 음(陰)의 다짐 변화율을 가집니다. 이는 계획용으로 공표된 평균값이며, 실제 값은 토질 시험에서 나옵니다. 즉 ASTM D1556 또는 D6938에 따른 현장 밀도와 ASTM D698 또는 D1557에 따른 프록터 시험의 최대 건조밀도가 그것입니다.

어느 상태를 보고할지는 목적에 따릅니다. 입찰의 경우 자연 상태의 절토와 다짐 상태의 성토에서 시작한 다음 부족분에 필요한 자연 상태의 차토를 더합니다. 운반과 처분의 경우 흐트러진 상태로 환산합니다. 제자리에서 지급되는 노체의 경우 다짐 상태로 보고합니다. 단순한 세제곱야드나 세제곱미터는 모호하므로, 단위에는 항상 그 상태를 표기해야 합니다. 대부분의 미국 고속도로 시방서에서는 도로 굴착은 자연 상태 위치로, 노체는 다짐 상태 위치로 측정하며, 시공자가 별도 지급 없이 토량변화율과 다짐 변화율을 흡수합니다.

두 가지 기하학적 방법이 주를 이루며, 어느 것이 맞는지는 공사 유형에 따라 다릅니다. 선형 및 도로 토공의 경우, 평균단면적법은 각 측점에서 절토 또는 성토 단면적을 취하고, 인접한 두 단면적을 평균한 다음, 둘 사이의 거리를 곱합니다. 미국 단위계에서는 세제곱야드가 두 단면적의 평균에 길이를 곱하고 27로 나눈 값과 같습니다. 이 방법은 단면이 급격히 변하는 구간에서 부피를 약간 과대 산정하며, 정밀도가 중요한 곳에서는 프리즘 보정으로 보완합니다. 정확도는 간격에 따라 달라집니다. 직선 지반은 대략 50~100피트 간격으로, 통상 교외에서는 100피트, 도심에서는 50피트로 단면을 잡고, 램프, 급커브, 급변하는 지반에서는 약 25피트 이하로 줄입니다.

단일한 선형이 없는 부지, 건축 패드, 연못의 경우에는 대신 격자법 또는 점고법을 사용합니다. 즉 격자를 덮어씌우고, 각 절점에서 기존 표고에서 계획 표고를 뺀 값으로 절토 또는 성토 깊이를 산정한 다음, 프리즘을 합산합니다. 두 방법 모두 절토에는 자연 상태 부피를, 성토에는 다짐 상태 부피를 산출합니다. 상태 환산은 그 이후에 적용하며, 결코 기하 계산에 포함시키지 않습니다.

지급 및 설계 물량은 설계선(neat line)으로, 기존 지반에서 설계 측면 경사로 이론상의 절토면 또는 마무리 표고까지를 말합니다. 토량은 수직으로 서 있을 수 없기 때문에 시공자는 거의 항상 이보다 더 많이 굴착하지만, 그 여분의 흙은 측정 물량이 아니라 시공 수단과 방법에 해당합니다. 설계선 대신 실제 비탈진 프리즘을 보고하면 지급 물량이 비탈 부피만큼 과대 산정됩니다.

물량 산출에서 원가 적산을 위해 실제 굴착 프리즘을 모델링할 때는 측면 경사가 여굴량을 결정합니다. OSHA Subpart P는 깊이 20피트까지의 굴착에 대해 최대 허용 경사를 정하며, 절단면이 안정된 암반이 아닌 한 5피트 이상에서는 보호 시스템을, 20피트를 초과하면 공학적 설계를 요구합니다. 최대 경사는 안정된 암반의 경우 수직, A형 토질의 경우 수평 3/4 대 수직 1(약 53도), B형의 경우 1 대 1(45도), C형의 경우 1.5 대 1(약 34도)입니다. 이는 안전 한계이지 지급선이 아닙니다.

관거(管渠) 굴착은 시공자가 실제로 얼마나 넓게 파든 관계없이 지정된 지급 폭으로 측정합니다. 지급 폭은 통상 관 외경에 양쪽의 작업 여유를 더한 것이거나, 계약서 또는 표준 상세도에 명시된 폭입니다. 한쪽당 약 150~300밀리미터(6~12인치)의 여유는 고정된 수치라기보다 일반적인 관행이므로, 지급 폭을 프로젝트의 관거 상세도와 대조하여 확인하십시오. 지급선을 넘는 초과 폭은 시공자의 비용입니다.

토공 부피는 부풀음, 다짐 감소, 손실에 대한 여유를 기하학적 물량에 포함시키지 않고 순량으로 측정합니다. 이는 CESMM4에 명시된 원칙이며 NRM2, 호주·뉴질랜드 방식, DIN 18300이 공유합니다. 기하 계산에 토량변화율을 덧대고 거기에 상태 계수까지 적용하면 이중 계산이 되므로, 기하 계산은 순량으로 유지하고 환산은 명시적으로 유지합니다.

토공에 특화되어 성문화된 공극 기준값은 없으며, 단일 말뚝이나 소규모 설비 같은 작고 고립된 장애물은 무시하고 흡수합니다. 굴착 범위 내 기존 구조물과 설비에 대한 주된 처리 방식은 추가비(extra over)로, 이는 그 부피를 공제하는 대신 주위나 가로질러 굴착하는 비용을 더하는 것입니다. NRM2는 기존 설비를 따라가거나 가로질러 굴착하는 경우와 암반, 철근콘크리트, 벽돌조를 깨는 경우에 추가비를 산정합니다. 상당한 규모의 공극만 공제하며, 크기 기준값이 필요한 경우에는 건축공사 공극 관행의 약 1세제곱미터 수치를 유추 적용합니다.

굴착은 재료별로 구분하는데, 지반을 파기가 얼마나 어려운지에 따라 비용이 자릿수 단위로 달라지기 때문입니다. 미국과 AASHTO 관행은 보통 굴착, 암 굴착(리핑이나 발파가 필요한 재료로, 정해진 크기를 넘는 전석은 암으로 계상함), 그리고 부적합토 또는 심토 굴착으로 구분합니다. 부적합토 또는 심토 굴착은 표고 아래에서 제거하여 별도의 지급 항목으로 치환하는 연약하거나 유기질이 많은 진흙입니다. 시공자가 모든 재료 위험을 떠안는 단일 무분류 굴착 항목도 흔합니다. 암으로 분류되는 전석 크기는 기관마다 다른데, 어떤 곳은 약 1세제곱야드 같은 부피를 쓰고 어떤 곳은 리핑 가능성 시험을 씁니다. NRM2와 CESMM4에서는 굴착을 표토, 표토나 암반 이외의 재료, 그리고 암반으로 구분합니다. 독일의 VOB와 DIN 18300은 옛 고정 토질 등급을 프로젝트별 균질 구역으로 대체했습니다.

암반을 측정하는 방법도 같은 구분을 따릅니다. 물량 산출 전통에서는 암반을 기본 굴착에 대한 추가비로 측정합니다. 즉 암반 부피는 여전히 기본 굴착에 계상되며, 깊이와 관계없이 그 난이도에 대해 추가 단가를 붙입니다. 반면 미국 고속도로 관행은 암반을 기본 물량을 대체하는 별도의 독립 지급 항목으로 측정합니다. 이를 잘못하면 암반을 이중으로 계산하거나 그 아래의 기본 굴착을 누락하게 됩니다.

표토는 조경에 재사용되기 때문에 대규모 굴착과 별도로 벗겨내어 가적치합니다. 표토는 평균 벗김 깊이(통상 약 100~150밀리미터, 즉 4~6인치)를 명시하여 면적으로 측정하며, 면적에 깊이를 곱한 가적치 부피로도 보고할 수 있습니다. NRM2는 이 방식으로 측정하는데, 예를 들어 두께 150밀리미터의 표토를 면적으로 제거하는 것으로 산정합니다.

잉여 토량의 처분은 목적지별로 항목화하며, 운반은 관례적으로 흐트러진 상태의 트럭 부피로 가격을 책정합니다. 다만 물량 명세서에서는 처분량을 그 출처가 된 굴착의 자연 상태 부피로 측정하는 경우가 많습니다. 반입 성토재는 제자리에서 형성하는 다짐 상태 부피로 청구합니다. 운반 거리는 토적도(mass haul diagram)가 좌우하는데, 이는 선형을 따라 공통의 자연 상태 기준으로 누적 절토에서 성토를 뺀 값을 도시합니다. 계약상의 무상 운반 거리까지는 이동이 기본 굴착 가격에 포함됩니다. 그 거리를 넘는 초과 운반은 순수한 부피가 아니라 세제곱야드·측점이나 세제곱미터·킬로미터 같은 부피·거리 물량으로 별도 지급됩니다.

영국이 가장 성문화되어 있습니다. NRM2와 CESMM4는 굴착을 세제곱미터 단위로 순량 측정하며, 착수면과 정리 표고를 명시합니다. NRM2는 대규모 굴착과 기초 굴착을 2미터 깊이 단계(2미터 이하, 2~4미터, 4~6미터 등)로 구간화하는 반면, CESMM4는 전체 최대 깊이로 분류합니다. NRM2에서는 작업 공간이 시공자의 재량에 맡겨지며, 제2판은 필요하다고 보든 보지 않든 깊이 250밀리미터를 넘는 모든 굴착면에 대한 토공 지보(支保) 측정을 다시 도입했습니다.

미국 고속도로 관행에는 법정 측정 방식이 없습니다. 도로 굴착은 세제곱야드 단위의 자연 상태 위치로, 노체는 다짐 상태로 측정하며, 깊이를 단계별로 구간화하지 않고, 시공자가 토량변화율과 다짐 변화율을 흡수합니다. 호주와 뉴질랜드에서는 토목 절토 및 성토를 AS 1181에 따라 측정하는 한편, 호주·뉴질랜드 표준측정방법이 건축물 하부구조를 다루는데, 여기서 굴착 깊이는 1미터 단위(0~1, 1~2, 2~3, 3~4미터로 분류되므로 전체 깊이 3.5미터는 3~4미터 구간에 들어감)로 분류되고 작업 공간은 기초를 따라 둘레에 깊이를 곱한 것입니다. 유럽 전역에서는 VOB와 DIN 18300이 균질 구역 재료 분류와 함께 실제 치수로 청구합니다.

기성 청구의 경우, 시공자는 설계 물량 또는 최종 단면에서 산출한 현장 실측 물량 중 하나로 지급받습니다. 고속도로국은 설계 변경이 없을 때 통상 설계 물량을 지급하며, 정해진 발동 요건(연속된 단면적이 기준값을 초과하여 변동하는 경우(5퍼센트 편차가 일반적이나 기관별로 다름), 과굴착, 사면 활동, 침하 등)에 해당할 때만 재측정합니다. 이 지급 기준은 입찰 물량 및 발주 물량과 구별되며, 이 셋을 결코 서로 바꾸어 보고해서는 안 됩니다.