보일링 (Boiling (Sand Boiling))
쉽게 풀면
굴착 바닥처럼 물이 아래에서 위로 흘러 나오는 곳에서는, 물이 흙 알갱이를 위로 밀어 올립니다. 이 밀어 올리는 힘이 흙의 무게와 같아지는 순간 알갱이 사이를 눌러 주던 유효응력이 0이 되고, 모래가 물과 함께 부글부글 끓듯 솟아오르며 전혀 버티지 못하게 됩니다. 이때의 동수구배를 한계동수구배라고 합니다.
왜 중요한가
굴착 공사에서 가장 급작스럽고 치명적인 파괴 형태 중 하나로, 순식간에 바닥이 무너지고 주변 지반이 함께 침하합니다. 그래서 흙막이 설계에서는 근입 깊이를 정할 때 보일링 안전율을 필수로 검토하며, 관련 사고 사례 연구도 꾸준히 발표됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
굴착이 깊어질수록 안쪽과 바깥쪽의 물 높이 차이가 커지고, 그만큼 바닥으로 솟는 물의 힘이 세져 위험해진다는 설명입니다.
조금 더 깊게 보면
한계동수구배는 흙의 수중 단위중량을 물의 단위중량으로 나눈 값으로, 대개 1에 가깝습니다. 보일링이 국부적으로 시작되어 흙 알갱이가 씻겨 나가며 통로가 생기고, 그 통로가 상류 쪽으로 자라나 결국 구조물을 관통하는 진행성 파괴로 발전하면 이를 파이핑이라고 구분해 부릅니다. 대책으로는 벽체 근입 깊이를 늘려 침투 경로를 길게 만들거나, 지하수위를 낮추는 배수 공법, 바닥에 필터층이나 웨이트를 두는 방법이 쓰입니다.
주의할 점
보일링은 유효응력이 0이 되어 발생한다는 점에서 액상화와 원리가 비슷하지만, 정상적인 침투 흐름 때문에 생기는 현상이고 액상화는 지진 같은 반복하중으로 과잉간극수압이 쌓여 생긴다는 점에서 원인이 다릅니다. 또한 파이핑은 보일링이 진행된 결과로 나타나는 별개의 파괴 단계로 구분하는 것이 정확합니다.