상기와 같은 불리한 요인에 대한 대책을 수립하지 않을 경우 그림 25와 같은 대규모 활동파괴를 맞이할 수 있으므로 유의하여야 한다.

4.3.2 계곡 및 붕적층에 대한 설계·시공시 주의사항

(1) 계곡부 보강토옹벽 배면의 붕적층에 대한 고려사항
계곡부는 단면상 절토와 성토의 경계면에 비교적 투수계수가 큰 붕적층이 존재하면 우기 시 붕적층 내에서는 유로가 형성되어 침투된 지표수는 붕적층 내로 복류되어 보강토체 배면의 수압증가 및 보강토체 자체의 포화도 증가를 유발한다.

우기 시 계곡부의 지표수와 복류수는 임시침사지로 유도하고 집수된 우수는 보강토옹벽에 수압을 발생시키지 않도록 배출시켜야 한다. 이때 가배수로가 보강토옹벽을 통과하여야 할 경우에는 [그림 28]과 같이 보강토옹벽의 기초지반 하부로 배수관(흄관, 주철관 등)을 설치하여 계곡수를 배출하고 관 주변지반은 보강 필요성을 검토하고 관 상부는 소일시멘트나 버림 콘크리트로 마감하는 것이 효과적이다.

보강토체 배면에 형성되어 있는 붕적층 내의 물의 영향을 배제하기 위해 [그림 29]와 같이 보강토체 배면에 필터층(부직포 등)을 형성한 게비온옹벽을 설치하고 배수처리를 한 사례도 있다. 시공과정에서 배면 붕적층의 안정화도 도모하고 많은 복류수의 양을 해소하기 위한 배수층의 규모도 고려하는 등으로 인해 게비온옹벽을 설치하는 것이 더욱 바람직하였던 현장 사례이다.

보강토체 배면에 설치된 배수층의 물을 [그림 30 (a)]와 같이 보강토체 내로 유도할 경우 보강재로 인한 배수로 규모의 제한, 배수구 주변의 누수, 막힘현상 등으로 인해 보강토체의 포화도 증가, 그로 인한 보강토체의 약화 등이 우려될 수 있으므로 가급적 [그림 30 (b)]와 같이 기초부 하부로 배수관을 규모 있게 설치하여 원만한 유도배수를 이루도록 하는 것이 좋다.

4.4 인발 및 전면 활동·내부 활동파괴 방지에 대한 사항

4.4.1 설계기준에서의 길이 규정
국내 설계기준에서 보강토옹벽의 보강재 최소길이는 옹벽 높이의 0.7H이상으로 하며 상재하중과 외력, 보강재와 뒤채움과의 마찰 저항력을 고려하여 최종적으로 결정하도록 하고 있다(예 : 국토부 재정 건설공사 비탈면설계기준).
그러나, 보강토옹벽 상부의 사면 형상조건, 기초지반이 연약할 경우, 보강토체 뒷면의 배면토사의 다짐조건(다짐토 또는 비다짐토), 상재하중이 보강토옹벽에서의 위치에 따라 0.7H보가 더 길어져야 할 경우가 많은 편이지만 이를 고려하지 않고 대부분 설계자는 보강재 길이를 0.7H로 획일화하여 적용하고 있는 경우도 있다.

4.4.2 붕괴사례
[그림 31]은 보강토옹벽을 시공한 후 배면에 구조물을 설치하였으며 우기 시 전체적으로 전면으로 밀린 전면 활동파괴가 발생하였다. 여러 가지의 이유가 있겠으나 보강토옹벽에 근접하여 시공되는 구조물 하중을 고려하지 않고 보강재길이를 0.7H에 준하여 설계한 것이 주된 원인으로 파악된다.
[그림 32 (a)]는 보강토옹벽 상부 성토사면인 상부하중을 고려하지 않고 보강재의 길이를 결정하여 발생한 내부 활동파괴이며, 큰 하중이 없었으나 높이가 높은 주차장 부지측에서 보강재 길이 0.7H가 부족하여 전면 활동파괴로 인한 균열이 발생한 사례이다.

[그림 33]은 보강토옹벽 상부의 상재하중 조건이 인허가 과정에서 변경되었으나 시공시 이를 고려하지 않은 변경 전 당초 설계 보강재 길이로 시공한 OO단지 보강토옹벽 붕괴사례이다(김명학, 2016).

4.4.3 인발 및 전면 활동·내부 활동 파괴방지에 관한 사항

(1) 보강토옹벽 구조계산에 대한 인식의 오류
국내 지반분야 설계가 주로 설계 현장에 적용하는 공법을 시공하고자 하는 업체가 설계하는 경우가 종종 있으며 이러한 경우 현장여건을 전반적이고 다각도로 분석하기 어려운 경우가 많고, 다양한 기술적 대책에 대한 검토를 하지 않게 되는 경우가 충분히 발생할 수 있다.
특히 보강토옹벽의 경우 보강토옹벽 전용해석 프로그램이 개발되어 있어 높이별 단면을 구성하여 보강재의 종류, 강도, 길이, 간격만 결정하면 보강토옹벽 설계가 끝나는 아주 손쉬운 설계로 인식되어 있어 설계상의 문제점이 매우 큰 분야로 판단된다. 또한, 보강토옹벽의 종류가 워낙 많은 편이고 이들 종류별 계산기법이 다른 점은 사실이나 상용적으로 많은 전문가의 검증이 이루어지지 않은 보강토업체 자체의 계산기법으로 안정성을 검토하는 경우도 있어 오류의 가능성은 반드시 되짚어 보아야 할 부분이다.
우리나라에서의 보강토옹벽은 도입된 기간이 짧은 편이나 사용실적도 많고 사고사례도 많은 편이다.

이에 대해 혹자는 사용실적이 많으니 사고사례도 많은 것으로 의견하는 경우도 있는데, 이에 대해서는 건물을 많이 만들었다고 해서 무너지는 건물도 많아도 되는 것인가하고 반문해 본다. 보강토옹벽 설계는 지반분야 전문가에게도 매우 어려운 분야로 인식되어야 하며, 그 검토할 사항이 현장 여건에 따라 매우 다양하다는 것이 이 기술강좌를 통해 인식되었으면 하는 바램을 가져본다.

(2) 지반강도정수와 보강재 제원 적용 시 오류
보강토옹벽의 구조계산은 보강토체, 배면토체 및 기초지반의 지반 강도정수와 보강재(지오그리드 특성)의 강도를 포함한 제원의 선정이 매우 중요하다. 보강토체와 배면토체, 기초지반의 강도정수는 지반조사, 시험 등의 결과에 따라 각각 다른 경우가 대부분인데도 불구하고 세 지반을 모두 동일 정수를 적용하여 검토하는 경우가 있다.
일례로 보강토옹벽 설계서를 살펴보면 보강토체, 배면토체, 기초지반 모두 단위중량은 19kN/m3, 점착력은 0.0kN/m2, 전단저항각(내부마찰각)은 30˚로 획일적으로 사용하고 있는 경우가 상당히 많은 편이다. 그래서 혹자는 지반은 아무나 설계할 수 있는 것으로 인식하고 있기도 해서 지반분야 기술자들의 위상이 폄하되는 경우도 생기는 편이어서 지반분야 기술자들의 더 큰 노력이 요구되고 있다고 생각된다.
이때는 설계시 반드시 지반조사, 관련 시험 등을 수행하거나 시공 전 시험 및 확인, 분석 결과를 따라 설계사항과 대비 및 대책 수립 후 실시공을 하도록 하여야 한다. 이를 소홀히 함으로써 균열, 침하, 활동파괴 등이 유발될 가능성은 높아진다고 할 수 있다. 보강토옹벽을 구성하는 지반과 관련하여 파악되어야 할 특성은 다음과 같으며 관련 특성을 파악할 수 있는 각종 시험을 수행하여야 올바른 검토가 이루어질 수 있다.

① 보강토체(Reinforced Soil) : 보강토체의 다짐도(단위중량), 점착력, 전단저항각, 압축특성
② 배면토체 (Retained Soil)   : 배면토의 단위중량, 점착력, 전단저항각
③ 기초지반 (Foundation Ground) : 기초지반의 단위중량, 전단저항각, 점착력, 압축특성

보강재의 제원을 입력할 때는 보강재의 재질의 종류, 극한인장강도, 크리프 특성, 내충격성, 내구성 등의 감소계수를 입력해야 한다. 이러한 값은 보강재 고유 특성에 따라 정확하게 입력하여야 하는데 이들에 대한 연구자료가 전무한 것이 우리 현실이다. 재료특성을 시험을 통해 명확히 규명하지 않고 그냥 사용하고 있다고 해도 틀리지 않는 표현이 될 것이다.

특히 보강재 특성 입력시 인장강도를 적용할 때 국내에서는 공칭 인장강도만을 적용하여 감소계수와 안전율 1.5를 나눈 값이 5%이내의 인장변형률(신율) 내에서 만족하도록 하고 있는데 감소계수와 안전율을 나누기 전에 적용되는 공칭 인장강도는 변형률은 8%~12% 내외로 이를 잘못 적용하면 보강토옹벽 배부름 현상의 원인이 된다.
보강토옹벽에 사용하는 보강재는 그 발생인장력에 대해 늘음량을 구하여 보강재의 제원을 결정하도록 하는 계산기법의 연구가 필요하다 판단된다.

(3) 시공비와 관련한 사회적 인식문제
기술적인 사항을 기술하는 부분에 갑자기 사회적 인식의 문제를 논하게 되어 뜬금없는 것으로 비춰질 수 있으나 이 또한 보강토옹벽의 안정성을 저해하는 요인으로 볼 수 있다고 판단되어 기술하고자 한다.
보강토옹벽의 시공가격이 원도급업체나 시행사에서는 보강토옹벽의 높이(보강재 길이)와 기초보강 여부와 무관하게 전면 벽체의 단위면적당 단가로 산출되고 있다. 보강재 길이가 짧을수록 시공자에게는 유리하고 추가적인 보강공사 외 배수공사, 기초보강공사는 보강토옹벽의 시공자가 부담하는 경우가 많으므로 현장에서 보강재 길이가 설계예상 길이보다 길어지거나 추가 보강공종이 발생하여야 할 현장조건인 경우 시공자는 적극적인 검토를 꺼리는 경우가 발생할 수밖에 없는 현실이 있다.

상기와 같은 사회적 인식의 문제는 결국 시공업자를 포함한 관련 기술자들이 원천적인 원인제공자일 것으로 판단된다. 설계시에는 제반조건(상부 하중조건, 기초지반, 뒤채움토 상태 등)을 면밀히 파악할 수 있는 지반조사, 지형분석 등을 실시하고 이러한 사항을 충분히 분석하여 보강재 길이와 부대공 및 보강 여부를 정확하게 제시하고 시공시에는 설계사항과 실제여건을 면밀히 비교분석하여 설계 공사비와 실제 공사비를 조정할 수 있도록 사회적 인식을 변화시키도록 노력하여야 할 것으로 사료된다.

4.5 우각부 균열 및 변위 방지에 관한 사항

4.5.1 균열 및 변위 원인

보강토옹벽의 평면선형이 꺾어지는 우각부는 토압의 방향이 2방향으로 작용하며 공간의 제한으로 다짐시 다짐율이 현저하게 떨어지는 구간이기도 하다. 또 우각부는 지형적인 특성으로 한쪽이 급경사지를 이루어 편토압을 받는 경우가 많다.
이러한 이유로 우각부는 시공 중에도, 시공완료 후에도 전면 블록이 인장과 전단을 받으면서 블록과 블록 사이의 틈과 단차가 발생하고 점차 이격되어 균열이 발생하게 된다.
단, 경우에 따라 다르지만 이러한 균열이 변위나 배부름현상을 수반하지 않을 경우에는 보강토옹벽이 구조물로써의 기능을 이룰 수 있으므로 시공 완료 후에 표면처리(레미탈 충진이나, 미장)를 실시하는 방법도 고려할 필요가 있다 판단된다.

4.6 기초지반 침하에 의한 전면벽체 변위 및 붕락에 관한 사항

(1) 전면벽체 기초 정의에 대한 오류로 인한 오적용
보강토옹벽은 전면벽체와 보강재를 포함한 다짐토체인 보강토체를 의미하고 따라서 보강토옹벽의 기초는 전면벽체와 보강토체를 지지하는 하부 지반(원지반 또는 성토지반)을 의미하는 것으로 보강토옹벽(전면벽체와 보강토체)의 기초(Foundation) 역할을 한다. 따라서 하부 지반이 연약할 경우에는 기초가 연약한 것이므로 하부 지반에 대해서는 별도 보강을 검토하여야 하는 것이다. 그러나 대부분의 국내 기준에는 [표 2]와 같이 전면블록 직하부에 위치한 콘크리트 판(Pad)이나 잡석을 기초(Foundation)나 기초공으로 명시하고 있어 현장 기술자들에게 혼란을 유발하여 보강토옹벽 하부 지반에 별도의 보강 없이 설계와 시공을 하고 있다. 각 기준 별로 전면블록 직하부의 콘크리트 판(Pad)이나 잡석에 대한 명칭은 다음과 같다.

보강토옹벽 도입 초기에는 전면벽체 하부에 잡석, 무근 콘크리트를 주로 포설하였으나 장기적으로 잡석의 유실, 이탈, 지반 내 압입, 균열, 부등침하 등으로 평탄성을 잃어 전면벽체(블록, 판넬 등)에 손상, 파손의 문제가 유발되는 등으로 인해 최근에는 철근콘크리트 패드(Pad)를 적용하여 강성을 증가시켜 적용하고 있는 추세이다.
콘크리트 판 또는 패드(Pad)의 설치는 개별 거동을 할 수 있는 전면벽체인 블록이나 판넬을 쌓을 때 매우 중요한 평탄성 확보가 주목적이며, 「콘크리트 기초판」, 「전면벽체 기초」라고 기술하고 있다고 하여 보강토옹벽의 기초로 오해하여서는 안 된다.

(2) 기초지반의 지내력 부족
보강토체의 성토하중에 비해 기초지반이 연약하여 지내력(지지력 및 침하)이 부족하거나 장기 침하 발생의 우려가 있는 지반, 이질층인 지반, 물의 영향이 있는 원지반(풍화암 이하 지반 : 풍화암도 토사층에 해당함) 등에서는 지반보강 여부를  판단하지 않고 시공할 경우 기초지반에서 [그림 39]와 같이 부등침하가 발생하여 전면벽체가 변위를 일으키거나 붕괴로 이어질 우려가 있다.

(3) 기초지반의 보강
보강토옹벽(전면벽체, 보강토체)의 지내력을 검토하기 위해서는 횡단면상, 종단면상으로 모두 검토하여야 한다. 보강토옹벽의 횡단면상 부등침하를 최소화하기 위해서는 전면벽체 무게에 의한 콘크리트 패드의 접지압력과 보강토체의 접지압력이 유사하게 발생하도록 설계하는 것이 침하대상층의 두께가 동일한 경우에는 매우 바람직한 방법이다. 절대적인 침하량이 허용치 이내에 있어야 하는 것은 당연한 사실이다. 또한, 종단면상으로도 각 횡단면에서 발생하는 침하량과 부등침하량이 허용치 이내에 있도록 검토하여야 할 것이다. 이러한 과정에서 발생하는 접지압력과 지반의 허용지지력을 검토하면 보강토옹벽의 기초지반에 대한 보강대책 수립 여부가 판단될 것이라 사료된다.

이러한 검토를 수행하기 위해서는 보강토옹벽의 기초지반에 대한 지반조사(시추조사, 공내재하시험, 공내전단시험 등)가 충분히 이루어져야 침하대상층의 두께와 변형계수를 적용한 침하량, 전단강도를 적용한 지지력이 검토될 수 있고 적정한 보강대책이 수립될 수 있을 것이라 판단된다.
보강토옹벽의 기초지반에 대한 적정한 보강대책이 수립된 이후에는 보강토체 배면에서 생성되는 물이 기초지반을 약화시키는 일이 없도록 지형조건 등이 반영된 배수처리 계획이 수립되어야 한다.

5. 향후 보완사항

본 절에서는 보강토옹벽 설계 및 시공에 있어서 추가로 연구ㆍ보완되어야 할 주요사항에 대해 기술하고자 한다. 이하에서 기술하는 사항은 현재까지 대부분 보강토옹벽 설계에서 수행하지 않은 것으로 본 기술강좌에서 제안하는 것이므로 관련 기술자들이 충분히 살펴 기술발전을 위한 토론의 장이 될 수 있었으면 하는 바램을 가져본다.

5.1 설계검토항목에 대한 제안

이하에서 제안하는 내용은 지면상 간략하게 소개하고 있으며, 참고문헌 1)에 상세한 내용이 수록되어 있으므로 참고하기 바란다.

(1) 보강토옹벽
보강토옹벽의 설계검토항목을 [표 3]에 제안하였다. 기준안전율의 크기는 논외로 하고 검토항목에 대해서만 본 강좌에서 논하기로 한다.
보강토옹벽은 보강재를 포함한 다짐토(보강토체)가 물의 영향을 받지 않도록 시공하는 것을 전제로 하여 우기시 검토를 수행하지 않는 것이므로 이러한 조건이 성립되도록 배수처리 계획에 만전을 기하고 배수처리 계획에 따른 보강토체 배면의 형성수위를 고려하여 안정성을 검토하도록 한다. 또한, 기초지반도 물에 의한 지지력 약화, 변형성 증가가 일어나지 않도록 하여야 하며, 불가피한 경우에는 물의 영향(포화)을 고려한 지지력, 침하를 검토하도록 할 필요성이 있다고 판단된다.
그러나, 외적안정 검토에 있어서 원지반을 포함한 전체 안정성 검토는 원지반의 물의 영향을 배제할 수 없으므로 물의 영향이 고려된 즉 우기시 안정성검토도 이루어져야 할 것이다.

보강재의 신율(인장변형률)은 설계시 보강재의 발생인장력에 해당하는 신율에 따라 보강재의 늘음량(전면벽체의 배부름량)이 반드시 검토되어 보강토옹벽의 배부름현상이 방지되는 설계가 이루어지도록 하여야 한다.

(2) 절토부 옹벽
최근 시공성과 경제성을 강조하여 [그림 40]과 같이 절토부 옹벽에 소일네일로 지지되는 전면벽체(판넬, 블록 등)를 TopDown방식으로 시공하는 사례가 빈번한 편이다. 이와 관련한 상세 내용은 (사)한국지반공학회 기술강좌 중 “흙막이가시설 설계시 고려하여야 할 주요사항(2019년11월호)의 3.3 소일네일과 지반앵커의 설계”부분을 참조할 수 있다.

(6) 지표수 및 보강토체 배면의 지하수 유입 차단대책
보강토체는 설계기준상 우기시 검토가 없음과 그 이유에 대해 이미 수차례 언급하였다. 보강토체는 물의 영향을 받을 경우 그 안정성 유지가 불가한 상태가 되기 때문에 물의 영향이 반드시 배제되도록 계획하여야 한다.
보강토옹벽에서 배제 처리하여야 할 물은 지표수와 지중의 지하수이다. 또한 완성된 보강토옹벽 뿐만 아니라 시공중에도 물은 보강토체에 영향하지 않도록 엄격히 관리하여야 한다. 지표수의 영향은 지표면 경사 및 포장, 배수로, 집수정 등의 구성으로 배제할 수 있으며, 지하수는 보강토체 배면의 원지반에서 자연발생적으로 생기는 것으로 보강토체가 항구히 영향을 받지 않도록 배수층과 필터, 필요시 방수막도 구성하도록 하는 것도 고려하여야 할 것이다.
참고로 전면벽체 직 배면에 포설되는 잡석층은 배수층이 아니라 시공과정에서 다짐에너지에 의해 전면벽체가 전면으로 밀리는 현상을 방지하기 위한 다짐토 대용재료이며, 전면벽체로부터 스며든 우수가 보강토체에 직접 영향하지 않는 정도의 효과를 볼 수 있는 잡석층으로 볼 수 있다.

(7) 다단식 보강토옹벽에 대한 검토
보강토옹벽을 [그림 43]과 같이 다단으로 구성할 경우에는 상부 보강토옹벽(또는 건물)에 의해 하부 보강토옹벽 벽면의 임의 위치에 전단파괴면이 위치하게 되어 하부 보강토옹벽의 붕괴로 이어질 수 있음을 고려하고 이러한 조건에 대해 철저히 안정성 검토를 수행하여야 한다. 또한, 보강재에 발생하는 인장력과 그에 따른 배부름량도 검토하여야 할 것이다. 이러한 부분을 누락함으로써 현재까지 보강토옹벽의 손상, 붕괴 사례가 많은 점을 간과하여서는 안 될 것으로 판단된다.

(8) 향후 지속적인 유지관리를 위한 대책
보강토옹벽은 완성후에는 하나의 시설물로 지속적으로 점검, 보수, 보강 등의 유지관리가 이루어져야 한다. 따라서, 보강토옹벽 전면벽체 및 그 기초부, 다단식 옹벽의 소단부, 보강토옹벽 상단부, 보강토체 배면부 등에 대해 점검이 가능하여야 한다. 특히 다단식 보강토옹벽의 소단부를 통해 지표수가 유입되면 상부 보강토옹벽의 기초부가 약화되는 것이 되어 침하 유발, 하부 보강토옹벽은 보강토체가 약화되는 것이 되어 배부름현상이 동시에 발생할 가능성이 높아지게 되므로 지표수가 침투하지 않도록 콘크리트와 같은 재료로 면처리를 하도록 하는 것이 바람직하다. 이 소단부는 보강토옹벽 자체의 점검로로도 사용될 수 있어 일거양득의 효과를 발휘하게 될 것이다.
비탈면의 유지관리를 위해 소단부에 L-형의 콘크리트 소단배수로를 구성하여 하부 비탈면의 표면유실을 방지하고 점검로로 사용하는 것과 동일한 개념으로 매우 바람직한 대책이 될 수 있을 것으로 판단된다.

6. 결 론

보강토옹벽 구조물은 간단한 공종과 빠른 시공성으로 현장에서 최근까지 많이 적용되어 왔다. 그러나, 시공중이나 시공후에 상당수의 보강토옹벽에서 붕괴사고가 발생하는 등 사회적, 기술적 문제가 되고 있으나 아직도 붕괴발생의 상세한 원인과 대책에 대한 논의 없이 이제는 위험한 구조물로 단순히 인식되고 있다. 그러나 보강토옹벽의 설계 및 시공에 대한 개념의 이해로부터 파괴유형, 원인과 대책 등에 대해 기술적인 사항을 재구비하여 필요한 곳에 적절히 적용하여야 할 장점이 많은 구조물이다.
보강토옹벽을 현실에 적용함에 있어 구조적 문제 발생시 보강대책을 수립하기 어려운 구조물인 점을 충분히 고려하여 안정성이 충분히 확보되는 구조물로 계획하는 것이 바람직할 것이다.

보강토옹벽 관련 기술자들의 더 많은 고민과 연구의 부족으로 현장 곳곳에서 사고가 발생하는 등 건물주, 사업주, 인근 시민에 큰 피해를 끼치고 있다는 생각이 드는 부분이 있다면 우리 기술자들은 사회적 책임을 다 하지 못하고 있는 것이 된다.
본 강좌가 향후 기술자들에 작으나마 도움이 되어 더 많은 고민과 연구를 거듭하는 계기가 되어 향후 우리나라에는 보강토옹벽 붕괴사고가 전무해지는 날이 오리라는 것을 기대해보며 2회에 걸친 보강토옹벽에 관한 기술강좌를 마치고자 한다.