시추 보고서를 펼치면 N값이 있다. 이 숫자 하나에서 내부마찰각, 허용지지력, 비배수전단강도를 끌어낼 수 있다. 이 글은 그 추정 방법을 바로 꺼내 쓸 수 있도록 정리한다.
N값으로 지반정수 바로 구하기
사질토 — 내부마찰각 φ
Meyerhof(1951) 상관표 [6]
| 밀도 상태 | 상대밀도 Dr | N값 (회/30cm) | 내부마찰각 φ |
|---|---|---|---|
| 매우 느슨 | < 0.2 | < 4 | 30° |
| 느슨 | 0.2 – 0.4 | 4 – 10 | 30° – 35° |
| 보통 | 0.4 – 0.6 | 10 – 30 | 35° – 40° |
| 조밀 | 0.6 – 0.8 | 30 – 50 | 40° – 45° |
| 매우 조밀 | > 0.8 | > 50 | 45° |
Dunham 공식 — 입도 정보가 있을 때 더 정밀하게 [7]
φ = √(12N) + C| 모래 종류 | C | N=20 적용 시 φ |
|---|---|---|
| 입자 둥글, 입도 불량(균등) | 15 | 30° |
| 입자 둥글, 입도 양호 | 20 | 35° |
| 입자 각짐, 입도 불량(균등) | 20 | 35° |
| 입자 각짐, 입도 양호 | 25 | 40° |
적용 범위: N = 4 ~ 50 구간에서 유효. 범위 밖은 추가 시험으로 검증.
사질토 — 얕은기초 허용지지력 qd (Terzaghi-Peck)
침하량 25mm 기준, 기초폭 1.2m 이하, 지하수위 기초폭 이하 조건 [6]:
qd ≈ 6N (kPa) — 보수적 (원식: N/8 ksf)
qd ≈ 10N (kPa) — 상한 (원식: N/5 ksf, 자갈 혼입·기초 심도 고려)단위: qd (kPa), N (회/30cm) | 1 ksf = 47.9 kPa 환산
자갈 함유율, 기초 폭/깊이 비, 향후 지하수위 변화 가능성을 종합해 보수적/상한값 중 선택한다 [6].
사질토 — 극한지지력 추정 (Meyerhof, 1956)
N값에서 극한지지력을 직접 추정하는 방법 [5]:
qult ≈ 30N (kPa) — 조밀한 모래, 1차 추정용주의: 이 식은 Terzaghi-Peck의 허용지지력(안전율 포함)과 다른 극한지지력이다. 설계 시 안전율(통상 2~3)을 별도 적용해야 한다. 세립 균질 모래에서는 과대 추정될 수 있어 Meyerhof 본인도 주의를 권했다 [6].
점성토 — 비배수전단강도 cu
cu ≈ 12.5N (kPa) [경험식, 1차 스크리닝용]설계 기준값으로 쓰려면 삼축압축시험·베인시험으로 검증이 필요하다.
N값으로 지지층 판정하는 법
말뚝기초·직접기초 설계 시 KDS 11 10 10 기준 [2]:
| 지반 종류 | 양질 지지층 N값 |
|---|---|
| 사질토 | 30 < N < 50 |
| 점성토 | 20 < N < 30 |
주의: N ≥ 50은 관입 거부(refusal)로 기록한다. 암반·자갈층 조우 시 타격 횟수를 임의 환산해 지지력 계산에 넣으면 오류가 생긴다 [4].
액상화 판정에서 N값 활용
KDS 17 10 00 액상화 생략 조건 [3] — 아래 4가지 조건을 모두 만족해야 평가 생략 가능:
| 조건 | 기준 |
|---|---|
| 지하수위 위치 | 해당 지층이 지하수위 상부 |
| 심도 | 해당 지층이 심도 20m 이상 |
| SPT N값 | N > 25 |
| 지반 특성 | 고소성 점토 (영역 C 해당) |
주의: 4가지 조건 중 하나라도 충족하지 못하면 생략 불가. 보정된 N값(N60·(N1)60cs)으로 액상화 안전율(FS = CRR/CSR)을 계산해야 한다.
N값 보정이 필요한 경우
일반 기초 설계에서는 실측 N값을 그대로 쓴다. 보정이 반드시 필요한 경우는 액상화 판정과 조밀도가 중요한 심층 설계다 [3].
Step 1. 에너지 효율 보정 → N60
N60 = N × ER/60- ER: 해머 에너지 효율(%). 국내 도넛형 해머 통상 ER ≈ 60~70%
- 기준: 이론 에너지의 60% 전달 (국제 표준)
Step 2. 상재압 보정 → (N1)60
(N1)60 = CN × N60
CN = (Pa / σv)^m ≤ 1.7- Pa: 기준 대기압 100 kPa, σv: 연직 전응력 (kPa), m: 사질토 약 0.5
Step 3. 세립분 보정 → (N1)60cs (액상화 판정 시)
(N1)60cs = (N1)60 + Δ(N1)60
Δ(N1)60 = exp{1.63 + 9.7/(FC+0.01) − [15.7/(FC+0.01)]²}FC: #200체 통과율 (%)
표준관입시험이란?
스플릿 스푼 샘플러(split spoon sampler)를 63.5kg 해머로 76cm 높이에서 자유낙하시켜 지반에 관입하는 시험이다. 처음 15cm는 착저 보정(seating)으로 제외하고, 그 다음 30cm 관입에 필요한 타격 횟수를 N값(blow count)으로 기록한다. KDS 11 10 10 기준 1m 심도 간격으로 수행한다 [2].
N값으로 지반 상태 판정 (Peck, 1974) [4]
| N값 | 사질토 상태 | 점성토 상태 |
|---|---|---|
| 2 미만 | — | 매우 연약 |
| 0 – 4 | 매우 느슨 | — |
| 2 – 4 | — | 연약 |
| 4 – 8 | — | 중간 |
| 4 – 10 | 느슨 | — |
| 8 – 15 | — | 단단 |
| 10 – 30 | 중간 | — |
| 15 – 30 | — | 매우 단단 |
| 30 – 50 | 조밀 | — |
| 30 초과 | — | 굳은 |
| 50 초과 | 매우 조밀 | — |
점성토 N값 상관관계는 대략적 참고 수준. 설계에는 삼축압축시험·베인시험 검증 필요.
현장에서 자주 하는 실수
“N≥50이면 그냥 50으로 쓴다”
관입 거부는 refusal로 기록하는 것이 맞다. 타격 횟수를 임의 환산해 지지력 계산에 넣으면 오류가 생긴다. N < 4, N > 50 구간은 경험식 적용 범위 밖이다 [4].
“지하수위 아래 세사 N값을 그냥 쓴다”
공내 수위를 지하수위보다 낮게 유지하면 상향 수압으로 모래가 퀵(quick) 상태가 되어 N값이 낮게 측정된다. 공내 수위를 항상 지하수위보다 높게 유지해야 한다 [4].
“1m 간격을 2~3m로 늘린다”
KDS 11 10 10은 1m 심도 간격 시험을 규정한다 [2]. 간격을 늘리면 얇은 연약층이나 지지층 변화를 놓친다.
FAQ
Q. N값 20이면 내부마찰각은?
Meyerhof 기준으로 35~40°(보통~조밀 경계). Dunham 공식: 입자 각짐·입도 양호 기준 φ = √(12×20) + 25 ≈ 40°, 입자 각짐·입도 불량 기준 φ = √(12×20) + 20 ≈ 35°다.
Q. KDS 기준 사질토 지지층 N값은?
KDS 11 10 10 기준 30 < N < 50이다. N ≥ 50은 관입 거부로 별도 처리한다.
Q. 액상화 판정을 생략할 수 있는 N값 기준은?
KDS 17 10 00 기준으로, N > 25이면서 동시에 지하수위 상부, 심도 20m 이상, 고소성 점토 조건을 모두 만족해야 생략 가능하다. 4가지 조건 중 하나라도 미충족이면 액상화 판정을 수행해야 한다.
Q. N값으로 허용지지력 구하는 공식은?
Terzaghi-Peck 식: qd ≈ 6N(kPa) 보수적, qd ≈ 10N(kPa) 상한. 침하량 25mm, 기초폭 1.2m 이하 조건이다.
Q. 점성토에서 N값으로 비배수전단강도를 구하는 법은?
cu ≈ 12.5N(kPa). 단, 1차 스크리닝용이며 설계 기준값은 삼축압축시험으로 검증해야 한다.
출처 및 참고 문헌
[1] KS F 2307. 표준관입시험 방법. 한국산업표준.
[2] 국토교통부 (2021). KDS 11 10 10 지반조사 설계기준. 국가건설기준센터.
[3] 국토교통부 (2024). KDS 17 10 00 내진설계 일반. 국가건설기준센터.
[4] Peck, R.B., Hanson, W.E., and Thornburn, T.H. (1974). Foundation Engineering, 2nd ed. John Wiley & Sons.
[5] Meyerhof, G.G. (1956). Penetration tests and bearing capacity of cohesionless soils. Proc. ASCE, J. Soil Mech. Found. Div., 82(SM1), 1–19.
[6] Chen, F.H. (2000). Soil Engineering: Testing, Design, and Remediation. CRC Press. (Chapter 8)
[7] Dunham, J.W. (1954). Pile foundations for buildings. Proc. ASCE, J. Soil Mech. Found. Div., 80, Paper 385.
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기준: 2026년 10월 | KDS·KS 개정 시 수치 기준이 달라질 수 있으므로 최신 문서를 확인하세요.