1. 서 론

1.1. 연구 배경 및 목적

동결 방지 얕은기초(Frost-Protected Shallow Foundation, FPSF)는 계절성 동결 지역에서 기초 하부 지반의 동결 및 융해로 인한 구조물 손상을 방지하기 위해 단열재를 활용하는 기초 형식이다. 동결 방지 얕은기초(이하, 얕은기초)는 기초를 동결심도까지 내리지 않고도 지반 동결로 인한 건물의 손상을 방지하는 방식이다. 핵심 원리는 지열과 건물에서 손실되는 열을 단열재를 통해 보존하여 기초 주변의 토양의 온도를 상승시켜, 동결선(frost line)을 지표면 가까이 끌어올린다(Figure 1, 2). 이러한 원리로 인해 얕은기초는 20세기 중반부터 북미와 북유럽 등 동절기 기온이 낮은 지역에서 소규모 주거 건축물 위주로 널리 적용되고 있다. 특히 미국에서는 미국토목학회(ASCE)의 ASCE 32-01 표준 및 국제 주거 규정(IRC, International Residential Code)과 국제 건축 규정(IBC, International Building Code) 등 주요 건축법규를 통해 명확한 설계 및 시공 지침이 마련되어, 표준화된 공법으로 정착되었다.

Figure 1.

The principle of shallow foundations utilizing building heating and geothermal energy, as proposed in the 1987 guidelines by VTT (Technical Research Centre of Finland) (Farouki, 1992).

Figure 2.

The effect of horizontal insulation on raising the frost line in FPSF, as proposed in the 1987 guidelines by VTT (Technical Research Centre of Finland) (Farouki, 1992).

한편, 국내에서는 건축물 기초를 동결심도 이하에 설치해야 한다는 규정이 관행적으로 지켜지고 있다. 1971년 구조물 기초 설계기준에서 동결깊이가 처음 언급된 이후, 이 기준은 건축물의 기초가 동상(frost heave)을 피할 수 있는 주된 방법으로 인식되었다(Ministry of Construction, 1971). 동상은 흙 속의 수분이 동결되면서 부피가 팽창하여 지표면을 밀어 올리는 현상으로, 기초의 안정성에 심각한 위협이 될 수 있다. 그러나 2002년 구조물 기초 설계기준 개정 과정에서 기존의 동결깊이 계산식이 삭제되었고(Ministry of Construction and Transportation, 2002), 최근 2022년 건축구조기준(KDS 41 19 00) 전면 개정에서는 동결심도 이하로 기초 깊이를 내리지 않는다면, 기초 저면의 지반이 동결되지 않도록 적절한 방법으로 열전달을 차단하는 방법으로 시공할 것을 명시하여, 얕은기초 기초 방식의 국내 적용 가능성이 공식적으로 열리게 되었다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2022). 그럼에도 불구하고, 국내에서는 얕은기초를 위한 구체적이고 공식화된 설계기준이나 시공 지침이 부재한 실정이다. 따라서 건설 현장에서는 여전히 과거의 관행에 따라 동결깊이를 확보하기 위해 불필요하게 깊은 터파기를 진행하는 경우가 많으며, 이는 공사비 상승, 공사 기간 장기화, 과도한 토공량 발생으로 인한 환경 부담 등의 문제를 야기하고 있다. 특히, 강원도 중북부와 같이 동결깊이가 1.5 m에 달할 수 있는 지역에서는 기존 방식의 기초 설계는 상당한 비효율을 초래한다.

따라서 본 연구의 목적은 국내의 환경 조건에 맞는 얕은기초 계획 방식을 제시하고 기초의 공사비 산정을 통해, 얕은기초를 한국에 적용할 경우의 경제적 가치를 증명하고자 한다.

1.2. 연구 방법 및 범위

얕은기초의 국내 적용을 위한 구체적인 설계 방식을 제시하고 그 타당성을 증명하기 위해 다음과 같은 연구 과정을 따를 것이다.

먼저, 미국의 얕은기초 설계기준인 ASCE 32-01 Design and Construction of Frost-Protected Shallow Foundations에서 제안하는 얕은기초 단순 설계법을 분석한다. 설계법의 주요 변수가 되는 동결지수(Air Freezing Index, AFI), 그리고 동결지수에 따른 측면 및 수평 단열재의 열 저항값(R-Value) 및 단열재의 치수 결정 과정을 검토한다. ASCE 32-01 기준은 단순 설계법과 상세 설계법을 제시하는데, 본 연구에서는 단순 설계법으로 분석 범위를 좁히고자 한다. 그 이유는 얕은기초 기술 적용의 주요 시장이 되는 소규모 건축 현장의 특성으로 보아, 단순하고 표준화된 공법의 적용이 더 유리하기 때문이다. 즉 소규모 건축 시장은 대형 건축물에 비해 설계 및 감리에 투입되는 비용과 인력에 한계가 있으므로, 복잡한 공학적 해석보다는 안정성을 확보하면서도 적용이 쉬운 단순 설계법이 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

두 번째 단계에서, 현재 국내에서 동결깊이를 구하는 근거 자료들을 분석하고, 자료들에서 제시하는 동결깊이 계산식을 이해하고 특정 지역에 적용해 본다.

세 번째 단계에서, 이를 바탕으로 국내 건축법상의 기후 구분, 중부 1 지역, 중부 2 지역, 남부 지역의 대표 도시를 각각, 태백, 서울, 순천으로 선정하고, 동결깊이를 준수하는 기존 방식으로 설계할 경우와 얕은기초 방식으로 설계할 경우의 기초 깊이 계산값을 비교한다. 기존 방식의 기초 깊이 산정은 현재 국내에서 통용되는 동결깊이 계산식을 참고하여 설정하며, 얕은기초의 기초 깊이 산정은 미국의 간편 설계법 기준을 적용하여 산출한다.

네 번째 단계에서, 선정된 대표 도시를 대상으로, 100 m² 규모의 단일 평면을 가진 가상 건축물을 설정한다. 이 건축물에 대해 기존의 기초 깊이 산정 방식과 얕은기초 방식을 적용했을 경우, 각각 요구되는 기초 깊이 및 단면을 설정하고, 주요 공사 항목인 터파기, 거푸집, 콘크리트 타설, 철근 배근 및 단열재 설치에 대한 물량을 산출한다. 산출된 물량에 최근 공사비 단가를 적용하여 각 방식의 공사비를 비교하고 경제성을 분석한다.

마지막으로, 연구 결과를 종합하여 국내 얕은기초 도입을 위한 정책적 제언과 함께 향후 필요한 추가 연구 방향을 제시한다.

1.3. 선행 연구

얕은기초의 국내 적용과 관련한 선행 연구는 북유럽과 미국의 얕은기초(FPSF) 적용 과정과 국내 현황에 관한 분석(Kwon, 2025)이 유일하다. 이 연구는 국내 건축 현장에서 동결깊이 이하로 기초의 깊이를 내리는 방식이 유일한 해법처럼 인식되고 있는 상황에서, 최근 개정된 건축 기준이 얕은기초의 적용 가능성을 열어주었음에도 해당 기술의 적용이 요원한 현실을 지적한다. 따라서 20세기 중반부터 시작된 북유럽과 미국의 얕은기초 개발과 도입과정을 체계적으로 정리함으로써 국내에서도 해당 방식을 적용할 수 있는 설계 및 제도적 기반이 마련되어야 함을 주장하였다. 따라서 선행 연구에 이어, 본 연구는 국내의 기후 조건을 대입하여 얕은기초를 계획하는 방법을 구체적으로 제시하고, 얕은기초의 공사비 산정을 통해 해당 기술의 경제적 효과에 대해서 분석하고자 한다.

2. 미국의 얕은기초 단순 설계법 분석

2.1. 얕은기초 적용을 위한 기본 조건

미국은 스웨덴과 노르웨이에서 연구한 얕은기초 방식을 자국의 환경에 적용하기 위해 실증 연구를 거쳤으며, 이후, 얕은기초 간편 설계법과 상세 설계법이 미국토목학회에서 ASCE 32-01 표준으로 정리되어 현장에서 적용되었다. ASCE 32-01 지침은 미국의 건축법 IRC(International Code Council [ICC], 2018a)와 IBC(ICC, 2018b)를 통해 법적으로 인정받는다. ASCE 표준 문서의 범위 및 제한 사항 섹션에 따르면, 해당 지침은 계절성 동토 지역에 적용되며, 영구 동토층(permfrost) 지역에서는 적용될 수 없음이 명시되어 있다. 또한 일반적으로 동결지수(AFI)가 4,500°F-days(약 2,500°C-days)를 초과하거나, 연평균 기온(MAT)이 32°F(0°C) 미만인 지역에서도 적용이 불가하다. 그리고 토질 조건과 관련하여서도 보수적으로 설계되어, 적용 대지의 토질을 동상에 가장 취약한 실트질로 가정하고 지침을 개발하였다. 이 지침은 실험 자료와 열전달 모델링을 기반으로 구성된 경험적 방식이므로, 데이터 범위를 초과하는 극한 기후에서는 적용됨을 알 수 있다.

2.2. 얕은기초의 간편 설계법

간편 설계법은 얕은기초 설계 및 자재 선정 과정을 간소화하여 건축업계 관계자들이 얕은기초 방식을 쉽게 접근하고 사용할 수 있도록 목표한다. 간편 설계법은 상세 설계법에 비해, 단열재의 열 저항값(R-Value), 치수 및 기초 깊이의 결정이 쉽다. 과정을 단순화하기 위해, 미리 계산된 표가 제시되고(Table 1), 표를 통해 필요 값들을 확인하면 된다. 그러나 안전성 면에서, 다양한 조건을 포괄하기 위해 변수를 보수적으로 해석함으로써, 상세 설계법에 비해 경제성 면에서 다소 불리할 수 있다. 그러나 그 단순성 덕분에 현장에서 널리 채택될 가능성이 높다.

Table 1.

Simplified design method for FPSF based on regional freezing index data (ASCE 32-01, 2001)

Air-Freezing Index		Minimum Footing Depth (in)	Vertical Insulation R-Value, Rv	Horizontal Insulation R-Value, Rh, (hr·ft2·°F/Btu)		Horizontal Insulation Dimensions (in)
°F-days	°C·days	hv		Along walls	At corners	Dh	Dhc	Lc
500 or less	277.8 or less	12	NR	NR	NR	NR	NR	NR
1,500	833.3	12	4.5	NR	NR	NR	NR	NR
2,000	1111.1	14	5.6	NR	NR	NR	NR	NR
2,500	1388.9	16	6.7	1.7	4.9	12	24	40
3,000	1666.7	16	7.8	6.5	8.6	12	24	40
3,500	1944.4	16	9.0	8.0	11.2	24	30	60
4,000	2222.2	16	10.1	10.5	13.1	24	36	60
4,500	2500.0	16	12.0	12.0	15.0	36	48	80

NR: Not required

간편 설계법의 적용은 난방 건물의 슬래브 온 그라운드(slab-on-ground) 기초에 한정된다. 슬래브 온 그라운드 기초는 건물의 바닥 슬래브가 별도의 지하 공간 없이 지면에 직접 접하여 지지되는 형태의 기초를 말한다. 얕은기초의 핵심은 기초벽을 감싸는 측면 단열재와 기초벽 둘레를 둘러싸는 수평 단열재를 설치하여 건물의 난방열과 지열이 건물 구조체와 지면으로 쉽게 손실되지 않게 만들어 기초 근처 지반의 온도를 높이는 방식이다. 따라서, 건물의 내부 온도는 간편 설계법에 있어서 중요한 요소이며, 구체적 요구 조건으로 명시된다. 즉, 실내의 월평균 최소 온도가 63°F(17°C) 이상을 유지하는 건물에 한해서만 적용이 가능하다. 이 조건을 충족한 경우, 단순 설계법은 극한의 기후를 제외한 어떠한 기후와 토질 조건에서도 기초 깊이가 12~16인치(0.3~0.4 m)가 되도록 단열재의 설치 방법을 제시한다.

간편 설계법은 다음과 같이 세 단계로 진행된다.

먼저, 해당 지역의 동결지수를 확인한다. 미국의 동결지수는 통계적 분석을 통해 해당 지역에서 평균적으로 100년에 한 번 정도 발생할 수 있는(100년의 재현 주기: return period) 추위의 강도와 지속 기간을 지표로 제시한 것이다(Figure 3). 미국에서 현재 사용하는 동결지수 개념과 이를 활용한 동결깊이 예측 연구는 스웨덴, 노르웨이, 핀란드 등의 북유럽 국가에서 20세기 초중반부터 활발히 진행되었다. 노르웨이는 미국과 같이 100년 재현 주기를 적용하며, 핀란드는 50년 재현 주기를 적용하고 있다. 재현 주기가 길어질수록 보수적인 결과를 얻게 된다.

Figure 3.

Air-Freezing Index map across the United States (NAHB Research Center, 2004).

다음 단계에서 동결지수를 사용하여 측면 및 수평 단열재의 최소 열 저항값, 단열재의 치수 및 최소 기초 깊이를 표에서 선택한다. 단열재는 열교(cold-bridge)가 발생하지 않도록 설치하는 것을 원칙으로 한다(Figure 4).

Figure 4.

Insulation installation method to prevent thermal bridging in shallow foundations (ASCE 32-01, 2001).

마지막 단계에서, 단열재 종류를 선택하고, 필요한 R-값을 바탕으로 단열재의 두께를 계산한다. 그리고 측면 단열재는 자외선, 물리적 손상 등으로 인한 성능 저하를 막기 위해 불투명하고 내후성 있는 보호 덮개로 보호해야 한다.

간편 설계법은 건물에서 발생하는 열을 기초 주변의 동결깊이를 높이는 데 사용하는 것을 기본 조건으로 둔다. 따라서 간편 설계법으로 설계된 난방 건물의 슬래브 또는 바닥 구조체의 R-값은 10 미만이어야 한다. R-값이 28을 초과하는 단열 슬래브를 가진 건물은 비가열식 건물에 대한 상세 설계 절차를 따라야 한다.

3. 국내의 기초 깊이 산정 방식: 동결심도 기준 준수

국내에서 기초 깊이를 산정하는 방식은 1971년 구조물기초 설계기준에서 제시된 계산식, Z(cm) = CF(Z: 동결깊이, C: 정수, F: 동결지수)를 기반으로 한다. 이 공식은 일본에서 사용되는 공식으로 테라다(Terada) 계산식이라고 알려졌으며, 20세기 초부터 사용되던 스테판(Stefan) 공식을 간소화한 것이다. 스테판 식이나 이를 더 정교하게 발전시킨 베르그그렌(Berggren) 식은 지반의 여러 층에 대한 열적 특성(열전도율, 용적 열용량, 잠열), 동결지수, 동결 기간 등 다양한 변수를 고려해야 하는 다소 복잡한 이론식이나, 실제 설계나 현장 적용시 이러한 모든 변수를 정확히 파악하기 어렵거나 계산이 복잡하므로, 특정 지역의 기후 조건과 실측 데이터를 바탕으로 더 간편하게 동결심도를 추정할 수 있는 경험식의 필요성이 대두되었다. 이런 배경에서 테라다의 경험식은 스테판 식의 기본 원리, 즉, 동결깊이가 동결지수의 제곱근에 비례하는 경향을 바탕으로, 복잡한 변수 대신에, 특정 지역의 기후적 특성을 경험적 상수(C)로 단순화하여 실용성을 높인 것으로 볼 수 있다. 1971년의 구조물기초 설계기준에서는 C값을 다음과 같이 제시한다. 동결지수가 0~300°C일 때, C를 4.0으로 적용하고, 300~1000°C일 때, 3.7을 적용한다. 일반적으로는 일사 조건이나, 토질의 배수조건 등을 고려하여, 북쪽으로 면한 산악도로나, 용수의 침투가 많고, 실트질의 토질일 경우 5를 취하고, 반대로 일사 조건이 불량하고 배수조건이 좋은 경우는 3을 취한다고 안내한다.

이후 1986년 구조물기초 설계기준에서는 C를 3~5의 범위로 지정하고 동결지수 대신에 표고차를 반영한 수정 동결지수를 사용하도록 안내한다(Ministry of Construction, 1986). 국내에서 동결지수(°C·일)를 산정하는 방식은 다음과 같다. 대상 지역 인근 측후소에서 관측한 월 평균 대기 온도의 크기와 지속 기간에 대한 20년간의 기상자료를 바탕으로 추위가 가장 심하였던 2년간의 평균 동결지수로 정한다(Table 2). 이 경우, 측후소의 인근 대지는 모두 동일한 동결지수를 적용한다(Figure 5). 그러나 대부분은, 측후소가 고도가 높은 곳에 있으므로 표고차가 날 수밖에 없다. 따라서 표준화된 동결지수 값의 한계를 보완하고 설계 정확도를 향상시키기 위해 수정 동결지수를 제안하는 것이다. 수정 동결지수(F_m)는 동결지수 + 동결기간 × 0.9 × 표고차(설계 대지 표고 ‒ 측후소 지반고) / 100의 공식으로 구한다.

Figure 5.

Air freezing index map of Korea based on a 20-year return period (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2012).

결국 계산식은 다음과 같이 정리될 수 있다.

Z=C×F+동결기간×0.9×표고차100

그리고, 2000년대부터, 한국건설기술연구원(KICT, 2021)에서 동결깊이 실측 포인트를 확대하면서, 동결지수와 동결깊이를 비교 분석하여, 지역적 특성이 반영된 경험적 상수를 지속적으로 제시함으로써, 동결심도 계산식의 정확성을 높이고 있다. KICT(2021)의 최근 보고서에 따르면, 30년간(1991~2021)의 누적 측정자료를 통한 경험 상수의 전국 평균은 Z=4.52Fm로 나타나며, 지역별로 경기 지역 Z=4.40Fm, 강원 지역 Z=5.41Fm, 충청 지역 Z=4.05Fm, 경북 지역 Z=3.92Fm, 전북 지역 Z=2.62Fm, 남부 지역 Z=2.51Fm로 지역별 경험적 상수가 도출되었다. 강원 지역을 제외하면, 경험적 상수를 5로 적용하는 것이 보수적 접근이라는 것을 알 수 있으며, 남부 지역의 경우에는 거의 두 배에 해당하므로 과도한 설정으로도 볼 수 있으나, 실무 현장에서는 경험 상수를 5로 적용하는 경향이 있다.

예를 들어, 춘천의 임의 대지를 기준으로 동결깊이를 계산한다면, 춘천시청의 지반고가 대략, 100 m이므로, 시청 인근 임의 대지의 지반고를 100 m로 산정한다. 그리고 Table 2의 동결지수표에서 춘천의 동결지수와 동결기간, 측후소 지반고를 확인한다. 마지막으로 상수를 5로 적용할 경우, 동결깊이는 104.3 cm, 상수를 강원 지역(5.41)으로 적용할 경우, 112.9 cm로 계산된다. 이 경우, 지반고 100 m의 춘천 도심 대지의 경우, 더 보수적으로 선택한다면, 기초의 깊이는 최소 113 cm 이상으로 설계되어야 한다.

4. 국내 지역별 얕은기초 방식 적용 효과 분석

이번 장에서는 건축법상 중부 1 지역, 중부 2 지역, 남부로 분류되는 세 개의 지역에서 각각 태백, 서울, 순천의 임의 대지를 설정하여 동결심도 이하로 기초 깊이를 설정하는 기존 방식과 얕은기초 방식을 비교할 것이다.

먼저, 설정한 임의 대지들의 동결깊이를 계산한다. 중부 1 지역 태백의 경우, 태백 시청의 대지 표고가 700 m, 중부 2 지역 서울의 경우, 서울 시청의 대지 표고가 30 m, 남부 지역 순천 시청의 대지 표고가 14 m이므로, 각 도시의 임의 대지의 표고를 시청과 동일하게 설정하여 동결깊이를 계산하였다(Table 3). 그 결과값을 보수적으로 채택할 경우, 태백의 경우, 112 cm, 서울의 경우, 83.5 cm, 순천의 경우 54.2 cm로 동결깊이가 추정되며, 건축물의 기초는 이 깊이 이상으로 설계되어야 함을 알 수 있다.

그러면 다음으로 각 도시들의 임의 대지에 얕은기초를 설계할 경우, 기초의 깊이와 단열재 설치 방식을 도면으로 제시할 것이다. 이 과정에서 미국의 얕은기초 간편 설계법을 적용한다. 간편 설계법의 첫 단계는 해당 지역의 동결지수를 확인하는 것이다. 이때, 한국의 동결지수를 그대로 미국의 간편 설계법에 대입한다. 그 이유는 동결지수 계산식(동결지수=∑i=1n(T_ref - T_mean,i), T_mean,i < T_ref)의 수학적 개념은 전 세계에서 동일하며, 한국과 미국은 동일한 기준 온도(T_ref), 0°C(32°F)를 적용하기 때문이다. 즉 동결지수는 연간을 기준으로, 하루의 평균 기온이 동결점보다 얼마나 낮았는지를 누적한 값이다. 이때 동결지수의 단위가 온도와 시간을 결합한 형태(°C·days, °F·days)인 까닭은 얼마나 차가운 날씨가 얼마나 오래 지속되었는가를 표현하기 위한 것이다. 그러나 두 국가에서 동결지수를 해석하는 방식에는 차이가 있는데, 그것이 설계 동결지수(F_d)이다. 미국은 F₁₀₀을 제시하는데, 수십 년간 축적된 데이터를 통계적으로 해석하여 100년에 한 번 올 수 있는 극한 동결 조건을 수치화한다. 따라서 F₁₀₀ 동결지수를 얕은기초 설계법에 적용한다는 것은 해당 지역에서 최악의 기후조건을 가정하고 보수적으로 기초를 설계하겠다는 의도이다. 반면에 한국은 통계적 분석보다는 경험적 평균값을 사용하는데, 20년 중 가장 추운 2년간의 평균 동결지수를 사용한다. 따라서 한국의 동결지수는 미국보다 더 높은 확률로 나타날 수 있는 현실적인 동결 조건이라는 의미이다.

그리고 한국의 동결지수를 얕은기초 간편 설계법에 대입할 때, 측후소 기준의 동결지수를 그대로 사용할 것이다. 그 이유는 측후소 기준 동결지수를 사용하는 것이 더 보수적이기 때문이다. 보통 측후소는 도심의 대지보다 높은 곳에 있으므로, 도심 대지와의 표고차를 반영한 수정 동결지수는 측후소 기준 동결지수보다 수치가 낮기 때문이다. 이 경우, 한국의 중부 1 지역 태백, 중부 2 지역 서울, 남부 지역의 순천의 동결지수를 간편 설계법(Table 1)에 대입할 경우, 세 경우 모두 기초의 깊이를 12 inch(305 mm)로 설계할 수 있다. 그런데, 동결지수가 낮은 순천은 측면 단열재와 수평 단열재 모두 설치하지 않고서도 305 mm로 계획할 수 있지만, 서울과 태백의 경우는 측면 단열재를 설치해야 함을 알 수 있다. 사실, 국내에서 동결지수가 가장 높은 대관령의 경우, 동결지수가 697°C·day이므로 얕은기초 간편 설계법을 적용할 경우, 태백과 서울의 경우와 같이, 기초 깊이 305 mm에 측면 단열재만 적용하는 경우임을 알 수 있다. 이는 한국의 경우 얕은기초를 적용할 경우, 모든 지역에서, 300 mm의 기초 깊이가 가능하다는 것을 의미한다.

마지막 단계에서는 단열재의 종류와 두께, 치수를 산정한다. 측면 단열재의 열 저항값은 4.5 ft·h·°F/BTU에 해당하며, 이 값을 기준으로 얕은기초 단열재의 디자인 값이라는 표(Table 4)를 이용하여 단열재 두께를 얻을 수 있다. 표는 미국 재료시험협회(ASTM, American Society for Testing and Materials)가 발표한 단열재의 표준 규격(ASTM C578)을 간략하게 제시하고 있다. 표에 제시된 모든 XPS 타입의 열저항률이 4.5 ft·h·°F/(BTU·in)이므로, 열저항값을 열저항률로 나누면 XPS 단열재를 사용할 경우, 단열재의 두께는 계산상으로 1인치(25.4 mm)면 가능하다. 하지만 XPS 중, Type X는 제품의 최소 두께를 1.5 inch(38.1 mm)로 제시하고 있어, 해당 단열재의 경우, 최소 40 mm 이상을 적용해야 함을 알 수 있다.

5. 기존 방식과 얕은기초 방식의 경제성 비교

얕은기초의 경제적 장점을 증명하기 위해, 앞에서 설정한 태백, 서울, 순천의 임의 대지에, 100 m²의 건축면적을 가진 임의 평면의 기초 공사비를 기존 방식의 기초의 공사비와 얕은기초를 적용한 기초의 공사비를 비교 분석해 본다. 각 도시의 임의 대지에 얕은기초를 적용할 때 기초의 깊이는 300 mm로 동일하게 설정하였으며, 기존의 방식대로 기초를 설계할 경우, 앞에서 계산한 각 대지의 동결깊이를 고려하여 태백의 경우 기초의 깊이를 1,200 mm, 서울의 경우 900 mm, 순천의 경우 600 mm로 설정하여 공사비를 산정한다(Table 5). 따라서 세 개의 임의 대지에 동일한 평면을 제안하고, 기초의 깊이만 변화를 주었다.

공사비의 분석 내용은 크게, 터파기, 거푸집, 콘크리트, 철근 물량 등의 항목을 기준으로 산출하였다(Table 6).

Table 6.

Construction cost comparison between conventional foundations and FPSF

FPSF
FPSF applied in Suncheon, Seoul, and Taebaek (Foundation depth 300 mm)
Task Description	Unit	Quantity	Unit Price (KRW)	Cost (KRW)	Remarks
Excavation (02W)	truckload	1.00	700,000	700,000	Natural ground
Soil disposal	truckload	3.00	200,000	600,000	25-ton truck, 16 m³ per load
Crushed stone (gravel)	truckload	1.00	250,000	250,000	15-ton truck, 10 m³ per load
Compaction work	worker	1.00	450,000	450,000	Includes compactor
Formwork assembly/removal	worker	5.00	280,000	1,400,000
Formwork rental	lump sum	1.00	1,000,000	1,000,000	Includes transportation
Rebar assembly	worker	4.00	280,000	1,120,000
Deformed rebar (SD400)	ton	4.22	800,000	3,379,200	Includes 20% material loss
Lean concrete	m³	11.00	95,000	1,045,000	Mix 25-18-12, 10% loss
Foundation concrete	m³	42.00	105,000	4,410,000	Mix 25-24-15, 5% loss
Concrete placement labor	worker	3.00	280,000	840,000
Concrete pump truck	truck	2.00	600,000	1,200,000
Insulation	mm·M2	40 mm	150	150,000	Excludes Suncheon
		25 M2
Subtotal				16,394,200	Suncheon
				16,544,200	Seoul & Taebaek
Conventional foundation method
Suncheon: Conventional foundation (600 mm depth)
Task Description	Unit	Quantity	Unit Price (KRW)	Cost (KRW)	Remarks
Excavation (02W)	truckload	1.00	700,000	700,000	Natural ground
Soil disposal	truckload	3.00	200,000	600,000	25-ton truck, 16 m³ per load
Crushed stone (gravel)	truckload	1.00	250,000	250,000	15-ton truck, 10 m³ per load
Compaction work	worker	1.00	450,000	450,000	Includes compactor
Formwork assembly/removal	worker	10.00	280,000	2,800,000
Formwork rental	lump sum	1.00	1,650,000	1,650,000	Includes transportation
Rebar assembly	worker	8.00	280,000	2,240,000
Deformed rebar (SD400)	ton	5.87	800,000	4,694,400	Includes 20% material loss
Lean concrete	m³	11.00	95,000	1,045,000	Mix 25-18-12, 10% loss
Foundation concrete	m³	50.54	105,000	5,306,333	Mix 25-24-15, 5% loss
Concrete placement labor	worker	3.00	280,000	840,000
Concrete pump truck	truck	2.00	600,000	1,200,000
Subtotal				mm·M2
Seoul: Conventional foundation (900 mm depth)
Task Description	Unit	Quantity	Unit Price (KRW)	Cost (KRW)	Remarks
Excavation (02W)	truckload	2.00	700,000	1,400,000	Natural ground
Soil disposal	truckload	4.00	200,000	800,000	25-ton truck, 16 m³ per load
Crushed stone (gravel)	truckload	1.00	250,000	250,000	15-ton truck, 10 m³ per load
Compaction work	worker	1.00	450,000	450,000	Includes compactor
Formwork assembly/removal	worker	10.00	280,000	2,800,000
Formwork rental	lump sum	1.00	2,350,000	2,350,000	Includes transportation
Rebar assembly	worker	8.00	280,000	2,240,000
Deformed rebar (SD400)	ton	6.20	800,000	4,963,200	Includes 20% material loss
Lean concrete	m³	11.00	95,000	1,045,000	Mix 25-18-12, 10% loss
Foundation concrete	m³	56.93	105,000	5,977,755	Mix 25-24-15, 5% loss
Concrete placement labor	worker	3.00	280,000	840,000
Concrete pump truck	truck	2.00	600,000	1,200,000
Subtotal				mm·M2
Taebaek: Conventional foundation (1200 mm depth)
Task Description	Unit	Quantity	Unit Price (KRW)	Cost (KRW)	Remarks
Excavation (02W)	truckload	2.00	700,000	1,400,000	Natural ground
Soil disposal	truckload	4.00	200,000	800,000	25-ton truck, 16 m³ per load
Crushed stone (gravel)	truckload	1.00	250,000	250,000	15-ton truck, 10 m³ per load
Compaction work	worker	1.00	450,000	450,000	Includes compactor
Formwork assembly/removal	worker	13.00	280,000	3,640,000
Formwork rental	lump sum	1.00	3,000,000	3,000,000	Includes transportation
Rebar assembly	worker	8.00	280,000	2,240,000
Deformed rebar (SD400)	ton	6.55	800,000	5,241,600	Includes 20% material loss
Lean concrete	m³	11.00	95,000	1,045,000	Mix 25-18-12, 10% loss
Foundation concrete	m³	63.34	105,000	6,650,280	Mix 25-24-15, 5% loss
Concrete placement labor	worker	3.00	280,000	840,000
Concrete pump truck	truck	2.00	600,000	1,200,000
Subtotal				mm·M2

Common specifications: Concrete strength, rebar strength, foundation placement area=100 m², compacted gravel layer: T = 80 mm, lean concrete: T = 100 mm, foundation concrete thickness: T = 400 mm

Unit prices of ready-mixed concrete and rebar (as of April 2025)

그 결과 동결깊이를 적용한 기존의 기초 방식의 경우, 태백은 2,676만 원, 서울은 2,432만 원, 순천은 2,178만 원의 시공비가 산출되는 반면에 세 지역에 얕은기초를 적용할 경우, 측면 단열재를 적용하는 태백과 서울의 경우는, 1,654만원, 순천의 경우 단열재 설치가 필요하지 않아, 1,639만 원의 시공비가 산출되었다. 따라서 얕은기초를 적용할 경우, 태백의 경우 약 1,000만 원, 서울의 경우, 약 800만 원, 순천의 경우 약 500만 원의 시공비 절감이 예상된다. 그리고 2024년 단독주택(다가구 주택 포함)의 전국 허가 건수가 428,244건(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2024)이라는 것을 참작한다면, 얕은기초를 도입할 경우, 그 경제적 효과가 상당할 것이라 기대된다.

6. 결 론

본 연구는 동결 방지 얕은기초(FPSF)의 국내 적용을 위한 설계 방법을 제시하고, 기존 기초 방식과의 경제성을 비교 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다.

첫째, 미국의 ASCE 32-01의 얕은기초 설계기준은 지역별 동결지수(AFI)를 기반으로 체계적인 단열 요건을 제시하며, 이를 통해 모든 지역에서 30~40 cm 정도의 얕은 깊이로도 동상 방지가 가능한 기초 계획을 가능하게 한다. 이 방식은 기후와 토질 조건 등을 최악으로 가정하고 설계하여, 한국보다 추운 캐나다에서도 통용되며, 특정 토질 조건에도 국한되지 않고 광범위한 적용이 가능하다. 이는 얕은기초 기술을 한국의 다양한 기후 및 지반 조건에서도 충분히 적용할 수 있음을 시사한다.

둘째, 국내 기후대별 각각의 주요 도시를 태백, 서울, 순천으로 선정하여 기존 방식의 기초와 얕은기초 방식의 기초 깊이를 비교한 결과, 태백과 같은 중부 1 지역에서는 얕은기초 적용을 통해 기초 깊이를 거의 1 m 정도 줄일 수 있음이 확인되었다. 이러한 기초 깊이 감소는 터파기, 거푸집, 콘크리트, 철근 등의 주요 공사 물량 감소로 직결된다.  

셋째, 100 m² 규모의 가상 건축물을 대상으로 공사비를 비교한 결과, 태백, 서울, 순천 등 모든 지역에서 얕은기초 적용 시 기존 방식보다 수백만 원 이상의 공사비 절감이 가능한 것으로 분석되었다. 이러한 경제적 이점은 소규모건축물 시장에서 얕은기초 도입의 중요한 동기가 될 수 있다.

넷째, 국내 단독주택 연간 허가 건수가 최근 2020년대 들어 40~50만 건에 이르는 점을 고려할 때, 얕은기초가 도입될 경우 국가적으로 상당한 규모의 건설 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 이는 단순한 비용 절감을 넘어 건설 산업의 생산성 향상과 자원 효율성 증대를 촉진할 수 있다. 또한, 얕은기초 기술에 포함된 단열재 적용은 건물 에너지 효율 향상을 이끌어내며, 장기적인 에너지 비용 절감과 지속 가능한 건축 환경 조성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.  

얕은기초의 위와 같은 장점들에도 불구하고, 국내에서는 관련 설계기준 및 지침의 부재로 인해 그 활용이 미미한 실정이다. 2022년 건축구조기준 개정을 통해 얕은기초를 적용할 수 있는 법적 근거가 마련되었음에도, 구체적인 실행 지침이 없어 현장 적용이 어려운 상황이다.  

따라서 다음과 같은 정책의 마련이 필요하다.

첫째, 공식적인 설계기준 및 지침의 조속한 수립이다. 국제적으로 검증된 ASCE 32-01과 같은 표준을 참조하여 한국의 기후 및 건축 환경에 맞는 얕은기초 설계기준과 시공 지침을 시급히 마련해야 한다. 특히, 소규모 건축 시장의 특성을 고려하여 단순하고 표준화된 설계법을 우선하여 개발하고 보급하는 것이 중요하며, 이는 복잡한 공학적 해석에 대한 부담을 줄여 현장 적용률을 높일 수 있다.  

둘째, 건축법규 및 제도상의 통합이 필요하다. 새로 수립된 얕은기초 관련 기준을 기존 건축법규에 명확히 통합하여 법적 효력을 부여하고, 설계자와 시공자가 혼란 없이 FPSF를 적용할 수 있는 제도적 기반을 마련해야 한다. 이는 현재의 규제적 모호성을 해소하고, 혁신 기술 도입의 걸림돌을 제거하는 데 필수적이다.

셋째, 산업계 교육 및 인식 재고 프로그램의 운영이다. 건축사, 구조 기술자, 시공사 등 건설 산업 관계자들을 대상으로 얕은기초의 기술적 원리, 설계 방법, 경제적 및 환경적 이점에 대한 체계적인 교육 및 홍보 프로그램을 운영해야 한다. 이는 새로운 기술에 대한 수용성을 높이는 데 기여할 것이다.

넷째, 시범 사업 및 실증 사례의 확산이다. 정부 또는 관련 기관의 지원을 통해 다양한 기후대 및 지반 조건에서 얕은기초 실증 및 시범 사업을 추진하고, 그 성공 사례를 적극적으로 홍보해야 한다. 실제 적용 사례는 기술의 신뢰성을 입증하고, 잠재적 사용자들의 우려를 불식시키는 가장 효과적인 방법이 될 수 있다.

본 연구는 얕은기초의 국내 적용 가능성과 그로 인한 공사비 절감이라는 경제적 효과를 입증하였으나, 미국의 ASCE 기술 지침의 내용을 그대로 적용한 한계를 가진다. 따라서, 한국의 기후 및 건축 산업 현장에 최적화된 지침 개발을 위한 후속의 연구가 필요할 것으로 생각된다.