Level 레벨 측량의 기본

[시삽]

  많은 분들이 현업에서 레벨 측량을 가볍게 보거나 만만하게 본다. 하지만 그 본질을 알고나면 레벨 만만히 볼것도 아니지만 그렇다고 두러울것도 아니다 라는 것을 알것이다. 

  모든 측량이 그렇겠지만 과신하다가는 단 한번의 실수나 순간의 발상으로 인해서 일을 망치는 경우가 많으니 지금 이 글을 읽고 있는 많은 분들은 좀더 주의깊게 생각하고 측량하기 바란다. 아울러 레벨 측량은 큰 단위의 높낮이를 측정하는 것이지 정밀한 측정을 하려고 나오는것은 아니라는 것을 인지하고 아래 글들을 읽기 바란다.
  레벨 측량에 관한 사항은 여러가지가 있지만. 여기서는 현업에서 가장 많이 쓰이는 것만 다룬다. 

  아래 내용은 그냥한번 쑤~욱~ 읽어보시고 측량학을 보시면 좀더 깊은 내용을 익히는데 많은 도움이 되리라 생각하며 글을 올립니다.

1.레벨의 설치
삼각대(흔히 삼발이? 라고 함)를 지반에 고정합니다. 이때 삼각대는 경사지에서는 기본적으로 낮은 곳에 다리 두개를 높은 곳에 다리 하나를 두어 설치를 하고 평지에서는 적당히 자기 키에 맞춰서 설치를 합니다.
삼각대를 고정할 때 가장 빠르게 삼각대를 고정하는 방법은 아래와 같습니다.
1-1.레벨기를 삼각대에 고정한다. 여기서 삼각대의 높이는 대략적으로 자신의 턱 높이 정도를 합니다. 이것은 광파기나 트랜싯을 설치하려고 할 때 등등의 모든 삼각대를 설치할 때와 동일합니다.
1-2.삼각대의 3개의 다리중 2개를 정삼각형 모양이 되겠다 할 정도로 하여 지반에 단단히 고정한다.
1-3.삼각대의 나머지 한개의 다리를 지반에 살짝들어 밀착하고 앞, 뒤, 좌, 우로 움직여 레벨기의 기포를 기포관 동그라미 안쪽으로 대충 들어오도록 한 후 고정한다.
(이때 최종적으로 다리 한개를 고정할 때 지반에 박히는 깊이를 감안하여 고정할 수 있도록 약간의 여유를 두는 것이 빠르게 삼각대를 고정할 수 있는 일종에 방법임)
1-4.이제는 레벨기의 기포관을 정중앙에 오도록 그러니까 기포가 기포관 동그라미 안쪽으로 들어오도록 하부 미동나사를 조정한다.
(이때 하부미동나사를 양손에 각각 하나씩 잡고 동시에 안쪽 또는 바깥쪽으로 동시에 밀거나 당기면 기포관의 기포가 "좌-우"로 움직이고 나머지 하나의 하부미동나사를 한손으로 잡고 돌리며 기포관의 기포를 "앞-뒤"로 맞추는데 이 방법은 초임때 하는 기본기이고 어느 정도 수준에 이르면 3개의 하부미동나사를 한꺼번에 돌려서 기포관을 맞춘다.)

2.레벨 측량시 장비 및 도구
  레벨 측량은 간단하게 지점과 지점의 고저차를 낮은 확률의 오차로 알고자 하기 위함일 뿐이지 이것이 정확하다~ 라고는 장담하지 못한다. 즉, 큰 차이를 보는 것이라고 생각하면 된다.
  이것의 정밀도는 측량의 숙련도에 따라서 미미하지만 확실한 차이가 있으며 가장 쉽고 빠르게 익힌다. 시간이 흐른 후에 보면 가장 무서운 측량이라고 입을 모은다.
  본인도 현업에 수년동안 측량을 해 왔지만 레벨측량 처럼 어려운 측량은 없으리라 본다. 그렇다고 측량하는 방법이 어렵다는 것은 아니다. 본인이 말하고 싶은 것은 잘못한 측량에 대해서 금전적인 사항이 곧바로 나타나기 때문이다. 아무튼 지금 이 시점에서 보면 지금까지 측량을 하면서 내 자신을 보면 레벨 측량에서 80% 이상의 잘못이 발생했고 그로 인한 숫한 수모를 격어 오지 않았나 한다.
2-1.함척(표척, 스타프)
  함척은 일종에 "자"라고 생각하면 된다. 즉, 이것은 줄자를 세워 놓을수 없으므로 반듯한 철물로 눈금을 표시하는 것이다. 많은 초심자 또는 조금 경험이 있는 기술자도 이것이 어떻게 구성되는지 알지 못하고 현업에 뛰어들거나 현업에 종사하고 있는 경우가 많다. 왜냐! 너무도 단순하기 때문이다.
  일반적인 스케일 이나 기타 측정 도구(자)를 봐도 몇 cm 인지 빨리 알수 있는데 함척 이것은 뭐 완전히 눈금도 안보이고 숫자하고 검정색 사각형만 있으니 말이다.
하지만 이것은 상당히 고심해서 만들어 놓은 것이다. 
그럼 함척의 눈금을 읽는 방법을 설명하기 앞서 함척의 표시를 알아보자.
함척은 1 M 단위로 총 5M로 되어 있다. 각 M 마다 흰색과 노란색으로 색이 칠해져 있다.
그 다음에는 10 cm 단위로 숫자가 큼지막~ 하게 써져있고, 그 다음에는 2 cm 간격으로 조금 큰? 눈금이 표시되어있고, 그 다음에는 1 cm 간격으로 작은 눈금이 표시되어 있고, 그 다음에는 0.5 cm 간격으로 작은 눈금이 표시되어 있는 것이 함척의 모든 것이다.
위에서 설명한 것이 함척에 표시되어 있는 것인데 세부적인 설명을 하자면 흰색과 노랑색은 장거리 즉, 10~20 M의 거리가 아닌 100~200 M의 거리에서 M 단위를 빠르게 읽기 위함이고 그 다음에 숫자는 10 cm 단위를 빠르게 읽기 위함이고 그 다음의 단위는 1cm 단위를 빠르게 읽기 위함이다.
그렇다면 mm 단위는 어떻게 읽어요? 라는 의문이 생길 것으로 보는데 여기서 mm 단위는 0.5 cm 를 두고 설명하겠다.
0.5 cm의 1/2은 0.3 cm 이고 이 0.3 cm를 대략 3등분해서 가늠해서 보아야 한다.
위의 글을 읽다 보면 점차적으로 읽어 나간다는 것을 알수 있을 것이다. 그렇다! 함척은 점차적으로 읽어나가는 것이 가장 기본인 것이다.
  이번에는 함척을 세우는데 필요한 기본기를 알아보자.
  함척은 움직이지 않고 견고한 지형지물의 돌출부에 세우는 것을 기본으로 한다. 즉, 돌출된 지형지물에 함척을 세우면 함척을 360도 회전 할 수 있기 때문이다. 일단 돌출부에 함척을 세우면 기계쪽 방향을 향해 위에서 설명한 함척의 눈금이 있는 부분이 보이도록 세우는데 이때 기계 방향으로 함척을 밀고 당긴다. 그럼 기계를 통해 함척을 보면 함척의 읽음값이 올라갖다 내려갖다 할 것이다.
  그럼 이 글을 읽고 있는 분들에게 또 질문을 하는데 함척을 밀고 당길때 기계를 보는 사람은 어떤 값을 읽어야 할까? 약간의 고민 후 아래 답을 읽어보도록 하자.
 답은 낮은 값을 읽어야 한다. 가장 낮은 값을 읽어야 오차를 가장 최소화 할 수 있다.
자 이제는 함척을 읽는 방법을 배웠다. 이번에는 그 함척을 어떻게 세워야 하는지 한번 알아보도록 하자.
함척의 밑부분을 보면 평평하게 되있다. 이것은 어느정도 즉, 힘껏 눌러도 해당 단부의 높이가 변화되지 않는 부분에 세우는 것이 가장 기본이고 그렇지 못하고 단단한 부분이 없을때(터파기 또는 성토)는 평균면에 세우는 것이 가장 기본이다.
2-2.레벨기
  레벨기는 간단하게 망원경에 기포관과 연결고리를 붙여 놓은 것이라고 할 수 있다.
  레벨기의 기포관 중앙을 보면 원형의 동그라미가 그려져 있는데 이것은 기포관 안에 있는 기포가 그 안쪽에 위치하면 레벨기의 정밀도가 높은 수준으로 올라가며 정밀도 또한 예측이 가능하다고 보는데 이것은 기계적인 특성이 어떠냐에 따라서 달라진다고 보면되겠다. 
  이 기포관의 원 밖으로 기포가 벋어나면 정밀도를 논할 수 없다. 단, 원 안쪽에 위치하면서 원의 1/3 안쪽으로 들어오며 어느 한쪽으로 살짝 이동하는 것은 아주 미묘하게 오차가 발생하는 것이므로 무시하여도 괜찮다. 현업에서 경험상 기포가 원에 근접하거나 기포의 어느 한쪽 부분이 원에 닫을때 대략 200m에 2~3cm 정도의 오차가 발생할 수 있다.
  레벨기에는 기포관이 있는데 이것은 레벨기를 수평으로 맞추기 위해 존재한다. 이것은 하부미동나사로 조정하는데 이때 조정할 때는 두개를 엄지와 검지 손가락으로 잡고 안쪽으로 동시에 밀거나 당기면 기포관이 좌-우로 이동하며 나머지 한개를 가지고 조정하면 앞-뒤로 이동하는데 이것을 이용하여 수평을 유지하도록 한다.
  초심자는 2개 1개 식으로 조정하지만 어느정도 수준에 이르르면 2개 또는 3개를 한꺼번에 움직여 조정한다. 이 글을 읽는 분이라면 반드시 3개를 한꺼번에 움직여 조정할 수 있도록 부단히 노력하기를 바란다.
  기계의 수평을 맞추었다면 이번에는 레벨기의 중간쯤? 보면 360도까지 각도를 측정할 수 있도록 되어 있을 것이다. 모든 레벨은 360도 이상 무한 회전을 할 수 있도록 제작 되어있지만 우리에게 필요한 것은 360도 이외에는 필요치 않을 것이다. 
그럼 왜 각도가 표기 되어있을까? 정밀한 트랜싯이나 광파기가 있는데 말이다. 
  레벨기의 하부고정나사를 보라 많은 사람들이 하부고정나사의 고리를 떼어놓거나 떨어져도 별 신경을 쓰지 않는데 이 고리는 기본적으로 달려있는 것이 정상이고 이 고리를 이용하여 지상의 점과 레벨기의 중심을 일치시키고 대략적인 각도를 유추해 낼수 있다. 이것은 터파기나 기타 정밀도를 요구하지 않는 곳의 각도를 유출하는데 이용될 수 있다.  레벨기를 담고있는 케이스를 보면 "추"가 반드시 있다. 만약 없다면 그것은 분실한 것이다. 이 "추"를 하부고정나사의 고리에 연결하고 길이는 적당히 조정하여 지상의 점과 기계의 중심을 일치시키는 역할을 한다. 실제로 현업에서는 이 "추"를 이용하는 경우는 거~의 없다. 본인도 사수에게 설명만 들었을뿐 사용한 기억은 없다. ^^;;; (솔찍히 쓸일이 없다는...)

3.야장 기록법
  함척도 알았고 레벨기도 알겠다. 그럼 이것을 어떻게 사용할까? 어떻게 값을 알아낼까?
값을 알아내기 위해 특정 지점의 값을 유출해 내기 위해서는 반드시 어떠한 형태가 되었든 간에 야장이라는 것이 필요하다.
야장을 작성하기 위해서는 아래 용어를 알고 있어야 하는데 용어는 아래와 같다.
TBM :  Turning Bench Mark의 약어로 지반고를 의미한다.  
BS :  Back sight 의 약어로 기지점에 세운 함척을 읽은 값이다. (후시 라고도 함.)  
FS :  Front sight 의 약어로 지반고를 알고 싶은 점에 함척을 세워 읽은 값이다.(전시 라고도 함.)  
IH :  Instrument height 의 약어로 지면으로부터 레벨기의 시준선까지의 높이를 의미한다.(기계고 라고도 함.)  
GH :  Ground Height 의 약어로 우리말로 지반고라고 한다. 평균해수면으로 부터의 높이를 뜻한다. 

(보통은 토목에서 G.H를 쓰고 건축에서 G.L을 쓴단다... 이걸 확인한 바 없음... 건축은 레벨가지고 측량 거~~~의 않하니까...) 
TP :  Turning point 의 약어로 임의의 지점에 지반고를 의미한다. (이기점 이라고도 함.)
위와 같은 용어를 가지고 야장에 모든 값을 기록하면 된다.

4.레벨측량의 방법
모든 레벨 측량의 기본은 현제 값이 어떻게 이동하는지를 알아야 한다. 
처음에는 지반고(GH)에서 후시(BS)로 후시에서 기계고(IH)로 기계고에서 전시(FS)로 전시에서 지반고로 값이 이동한다. 이렇게 이동하면서 가장 중요한 것은 후시 값과 기계고를 알아내고 유지하는 것이 중요하다. 
이번에는 측량과정을 알아보자.
가장 기본적인 사항은 일단 기계가 되었던 함척이 되었던 둘중에 하나는 반드시 바닥에 붙어 있어야 한다는 것이다. 둘다 떨어져 버리면 이전에 내려 놓았던 이기점(TP)부터 다시 측량해야 하거나 처음부터 다시~한다는 것을 명심하기 바라며 계속 설명에 들어가도록 한다.
4-1.기계를 세운다.

4-2.준비되면 알고 있는 지반고 위에 함척을 세워 값을 읽는다.

4-3.값을 읽어 기계고를 산출한다.

4-4.산출된 기계고를 가지고 미지점(알고자하는 지점)에 함척을 세워 함척의 값을 읽는다.

4-5.미지점의 값을 읽어 계산을 하면 미지점의 높이가 나온다. 

4-6.계속해서 이번에는 또 다른 미지점 즉, 알고자 하는 지반의 지반고를 측량한다.

4-7.더 이상 지형지물의 조건이나 여러가지 이유로 측량할 수 없다면 임의점을 선정(TP)한다. 

4-8.TP점으로 선정할 지점의 지반은 견고하고 이동이 없으며 돌출부 상단을 선점한다.

4-9.기계를 이동한다.

위에서 설명으로 상황에 따른 측량을 설명하자면 값을 A라는 지점에서 B라는 지점으로 끌어놓고 싶다면 4-1, 4-2, 4-3, 4-7, 4-9 의 순서를 B지점에 도달 할 때까지 무한? 반복한다. ㅎㅎㅎ 어제가 끝이냐구요? 목표 지점에 갈때까지...
이렇게 점을 선점한 후 전시값과 후시값을 정의하고 정의된 값을 통해 측량을 진행해 나가면 되는것이다.

5.계산법
자 그럼 우리는 이제 함척을 읽는 방법과 레벨을 보는방법 그리고 기록하는 방법을 배웠다. 그러면 실무에 적용해 보아야 하는데 실무에 적용하기 전에 기본적인 공식을 알아보자.
기계고(IH) =  BS + BM 또는 GH (IH = BS + GH ; IH = BS + TP)
지반고(GH) = IH - FS
※ 외우는 방식은 기(기계고) 마(마이너스) 전(전시) 이 지(지반고)
이런 기본적인 방식으로 계산을 하여 값을 산출하고 적용한다.
그럼 순차적으로 그 계산과정을 들여다 보자.
계산을 들어가기 전에 몇가지 가정을 하자.
GH=12.123 ; BS=4.712
라고 한다면
IH = 12.123 + 4.712 = 16.835 라는 값이 기계고가 된다.
그리고나서 FS 를 읽었더니 2.624 이라면 지반고(GH)는 얼마가 될까? 이것은 단순히 생각하면 되는 사항이므로 스스로 계산해 보도록 하자.
값은 14.211 임.
자 그럼 지금까지는 일반적인 사항만 적용하였다 그러면 이번에는 단순 터파기와 줄파기, 일반 터파기를 시행할때 레벨 계산법을 알아보자.

6.터파기
실무에서 단순한 터파기는 교각, 교대, 박스, 흄관 줄파기 등등의 특정 구조물의 기초 하부지점 높이를 찾아 그 위치에 그 면적 만큼을 평평하게 만드는 작업을 말한다. 그러기 위해서는 터파기 깊이와 발생되는 흙을 어느만큼 어디에 쌓아둘 것인지 또한 계산하여야 한다.
Open Cut의 경우 보통은 1:1의 구배로하지만 토사의 다짐 상태나 종류에 따라 그 구배를 조정할 수 있다.
계산법은 위에서 설명한 방법을 기본으로 하여 실시하고 그 높이를 체크한다. 
기계고에서 임의 지점(터파기고)의 높이값을 알아내고 그 값에 도달하기 위해 기준점 어디에서 부터 어느 정도의 높이로 터를 파내야 하는지를 알면 된다.

5-2.줄파기, 단순 터파기
실무에서 줄파기나 단순 터파기는 어느 부분의 기준값에서 일정 구배로 왔을때 임의점의 기준점 높이가 나오는데 그 임의점에서 다시 다음 임의점까지 높이차가 발생한다면 이런 경우에 대해 레벨 계산법을 알아보자
측구 또는 배수관 터파기를 해야 한다고 가정하고 그 과정을 보자.
1) 거리별 설계 레벨값을 산출한다. (내가 터파기를 하고자 하는 거리와 높이에 대한 단위 M 즉, 1.0M 당 레벨값)
2) 시야를 확보할 수 있는 지점에 기계를 설치하고 IH 를 구한다.
3) A점에서 B점까지 설계도면에서 요구하는 평균 높이를 구하고 A점 또는 B점의 설계값에 도달할 때까지 터파기를 한다.
4) 설계상 평균 높이보다 지반이 내려가면 함척 읽음 값에 더하고(+) 그 만큼의 흙을 채우고 올라가면 평균 높이를 빼주어(-) 처리한다.
6) 일반적으로 1~2cm 정도는 무시하고 작업을 진행함.
※ 자신이 초임이라고 생각되면 4번에 주의하고 많은 생각을 해보시고 선임에게 물어보시기 바랍니다. 만일 선임이 없다면 간단하게 30cm 자를 놓고 수평으로 선을 그어 놓고 30cm 자를 수평선위에 놓고 올리고 내려보자 그렇게 하면 쉽게 이해갈 것이다.

5-3.형하공간 측량
교량, 육교, 터널등의 형하공간은 대체로 4.5m~ 9.0m 사이인데 통상적인 방법으로 형하공간을 측량하려면, 지형관계상 TP 점도 여러번 잡아 기계를 옮겨야 하고 교량 슬라브 바닥에 정확히 함척를 대기도 어렵다. 이때는 함척을 180도 회전하여 세우면 간단하게 해결된다.
이때 값은 함척을 180도 회전시켜 세웠으므로 IH와 GH는 부호를 반대로 하여 계산해야 한다.

5-4.지하 연속 터파기
일반적으로 고층 빌딩의 지하연속 터파기의 경우 임의점을 " 0 "으로 보거나 항만공사는 어느 부분에 도달하면 수준점 이하로 떨어져 " 0 "값이 발생하는데. 이때도 역시 형하 측량과 같은 방식으로 측량한다. 즉, 일반적인 육상에서는 - 값이란 나올수 없지만 시공상 - 값이 나올수 밖에 없는 부분을 측량할때는 기존의 공식에 부호를 반대로 해야 한다.
그렇게 하지 않으면 상당히 해깔린다...