지반에서의 토압측정은 토사붕괴나 구조체 벽면에 작용하는 것과, fill dam․흙 구조물․조성지반 및 기초지반의 흙 속에 작용하는 3차원적인 응력상태를 파악하는 것이다. 토압은 수압․간극수압과 함께 토중토압으로 작용하므로, 구조체 및 인접구조물의 기초하중․지표적재물 등에 의한 지중응력 등 전체적인 하중토압이 결합된 전응력으로 나타나게 된다.
토압측정은 구조물 설계타당성과 적용한계 검증 및 시공과정과 완공 후의 안정관리 및 경제성을 고려한, 다음단계에서의 최적설계․시공관리 및 새로운 공사설계에 유용하게 활용된다.
계측기종은 수압판에 작용하는 토압에 의한 힘(압력)의 억제로 변환되는 간접방식과, 수압판 변위를 전기신호로 변환하여 힘을 측정하는 직접방식이 있으며, 공내수평재하시험은 PMT와 manometer형의 압력수 주입형 간극수압계와 같이 간접적으로 정지토압을 구하는 방식과, 매설형 토압계 및 원지반에 직접 삽입하여 토압을 측정하는 DMT․ISB․tapered blade 등이 직접적인 방식으로 분류되고, 이는 이미 현장원위치시험에 언급되어 있다.
9.2.5.1 토압계(total earth pressure cell)
직접방식의 매설형 토압계는 토입자 50배 이상 직경의 수압판으로부터 압력을 검출하게 되며, 정밀도와 신뢰성이 높은 우수한 수압기이고, 변환방식은 진동현식과 공기식의 transducer type이 일반적이다.
설치방식은 상재하중의 수직방향 토압측정이지만, 2차원 상태의 임의의 면에 작용하는 토압까지를 구하기 위해 다수를 한 곳에 설치하는 예도 흔하다. 설치코자 하는 굴착된 지반에 모래나 체로 친 흙을 포설하고 충분히 다진 후, 하중판(steel base plate : 1m×1m×16㎜정도)을 토압계가 움직이지 않도록 고정하고, 상재하중에 의한 판의 변형을 감지하기 위한 2축 tiltmeter도 함께 설치하여, 다시 모래․흙으로 signal cable까지 매설완료하고 초기값을 측정한 후, 매립 단계에 따라 하중토압을 측정하게 된다.
9.2.5.2 벽면(체) 토압과 간극수압 측정
지중에 구축되는 구조물에 작용하는 지중응력의 수평성분이 측방하중으로 작용하여, 측압(lateral pressure)으로 지하벽(지하연속벽)이나 옹벽․흙막이 방지벽․널말뚝 등 가설구조물에 작용하게 되므로, 토압과 간극수압 측정이 시공관리․설계확인․자료확보․유지보수․안전관리의 한 수단으로 반영되게 된다.
특히 응력이나 변형이 커지는 연약한 충적 점성토지반이나 지하수위가 높은 사질지반에서는, 위치․측정방식과 빈도에 따른 용량과 기종선정 및 설치방법에 특히 유의해야 한다.
RC 지중벽에의 설치에는 보통 80㎝×50㎝×9㎜의 설치용 철판에 유압 jackout형 토압계 ․(간극)수압계를 bolt로 일체화하여 철근망에 고정하여 건입한 후, 콘크리트 타설전 jackout하여 굴착측이나 배면에 확실하게 접촉시킨다. 잭은 stroke가 충분히 긴 것을 이용해야 한다. steel pile이나 강관 널말뚝에서는 곡면부 설치개소를 wire mesh와 고무판으로 기기를 cover하고, 철근(φ16㎜)․철판의 protector와 captire code (lead선 및 유압hose 등) 보호용 파이프(φ2″) 등을 용접으로 알맞게 설치하여, 강재 타입시에 손상되지 않도록 유의해야 하고, 건물의 지하벽이나 옹벽 등 구조물에서는 구조체의 벽면과 수압면이 동일면이 되도록, 석고나 몰탈을 채우고 code pipe와 함께 거푸집에 고정시켜서, 콘크리트 타설에 의한 손상이 없도록 세심히 주의해서 설치해야 한다.
9.2.5.3 하중계(load cell)
가시설 흙막이 벽에 작용하는 측압하중(토압+수압) 측정은, 터파기 진행에 수반되는 지하수나 지반상황의 변화와 흙막이 벽의 변형에 의한 토압의 재분포에 의한 분담벽면 하중을 파악하고, 안정성을 확인해야 하는 안전관리의 한 수단이며, 버팀대(strut)용 원주형과 earth anchor공 및 암반사면의 rock bolt 축력 측정에도 적용할 수 있는 center hole형이 일반적이다.
하중계의 원통은 하중이 cell의 관통구멍에 장착된 strain gauge에 균등하게 등분되어 작용하도록 한 구조이며, 3․4․6․8․10point 등분형으로 다양하나 3point형이 일반적이며, 설치 시 편심하중이 일어나지 않도록 주의하여야 한다.
load cell은 그 용도(anchor․strut)와 하중(100톤～200톤)과 설치장소에 따라 가압판 형태(원형, 사각)와 크기 등이 상호 부합되어야 하고, 센서의 종류(진동현식, 전기식)에 따라 측정기기(read out unit)가 선택된다.