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이 수 양
한국도로공사
재난안전처 사면안전팀 팀장


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도 종 남
한국도로공사 도로교통연구원

안전연구실 선임연구원
(
donamtech@ex.co.kr)

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남 문 석

한국도로공사 도로교통연구원

구조물연구실 책임연구원


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이 병 주

한국도로공사 도로교통연구원

구조물연구실 수석연구원

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박 영 호

한국도로공사 도로교통연구원

안전연구실 연구위원

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김 낙 영

한국도로공사 도로교통연구원

안전연구실 실장


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이 영 일
씨티씨주식회사 기술연구소

상무



1. 서 론

        

토목섬유를 활용한 흙의 보강공법은 통상 보강토옹벽 공법으로 지칭되어 쓰여져 왔다. 이와 같은 보강토옹벽은 우리나라 고속도로 현장에 1980년대 후반에 도입되어 1990년대부터 활발히 쓰여져 왔다. 도입 초기에는 적정 보강재 및 뒤채움재료를 사용하고, 다짐관리 또한 철저히 수행되어 경제적이고 시공성이 우수한 공법으로 인식되었다. 하지만, 약 30년이 경과된 현재의 보강토옹벽에 대한 인식은 부적절한 보강재 및 뒤채움재료, 다짐부족, 배수체계 미흡 등 부정적인 이미지가 강한 실정이다. 이와 같이 부정적인 인식이 팽배한 가운데에 시공되어진 보강토옹벽은 고속도로 현장에만 현재, 약 1,000개소이고, 향 후 1,000개소가 수년 내에 준공되어 약 2,000여개가 사용되어질 예정이다.

이와 같은 보강토옹벽의 문제점은 대부분 유지관리시에 발견되고, 관찰된 현상에 대해 설계 및 시공시에 어떠한 문제가 있었는지 역추적하여 대책을 제시하고 있다. 향후 유지관리시 시공되어질 보강토옹벽은 문제점이 발생되지 않도록 설계 및 시공시 누락되는 요소들은 최소화 되어야 하는데, 이와 같은 문제점은 인식의 변화가 이루어져야 해결이 가능한 것으로 평가되고 있다. 옹벽 구조물의 일종인 보강토옹벽은 2011년에 시특법 개정으로 부대시설이 아닌 독립시설로 변경되어 그 중요도는 더욱 높아지고 있는 실정이다.


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2. 보강토옹벽의 개요


2.1 보강토옹벽의 정의


보강토옹벽은 금속 및 토목섬유 등의 보강재를 토체에 삽입하여 보강재의 인장저항력과 흙과의 마찰저항력을 이용하여 토압을 지지하는 옹벽이다.

보강토옹벽에 쓰여지는  보강재의 종류는 띠형, 그리드형, 시트형, 셀형 등이 있으며, 전면벽체는 패널, 블록, 토목섬유(가시설), 식생 등이 있다(그림 2.1 참고)


2.2 보강토공법의 유래


보강토공법의 유래를 살펴보면, 약 3,300년전 고대 메소포타미아의 지구라트 사탑 건설 당시, 각 층에 밀짚을 보강재로써 흙사이에 일정간격으로 사용한 것이 발견되었다(그림 2.2~2.3 참고).

그리고, 약 2,000년 전 중국 만리장성 건설 당시, 점토와 자갈의 성토재료에 능수버들 가지를 보강재로 사용한 것이 발견된 바 있다(그림 2.4). 이와 같은 시기의 국내 삼국시대에 나무말뚝, 새끼줄 및 판자 등을 이용한 판축법에 의한 보강토공법이 풍납토성, 몽촌토성 등에 사용된 것이 발견되었다(그림 2.5~2.6).

이와 같은 보강토공법은 1963년 프랑스의 앙리 비달(Henri Vidal)이 개발한 “테르 아르메 (Terre Arme)” 공법으로 현대 보강토공법의 이론적 배경이 정립되었다.


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3. 보강토옹벽 적용 현황


3.1 설계 및 시공 중 보강토옹벽 현황(2016년 10월 기준)


설계·시공중인 보강토옹벽은  1,248개소(그림 3.1)이고 이 중 시특법1) 대상 보강토옹벽은 164개소로 전체 보강토옹벽 중 약 13%를 차지하고 있다.보강토옹벽의을 주요 설치위치는별로 구분하면 도로부(76%)와 교대부(24%)로 구분할 수 있다(그림 3.2).

        

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3.2 공용 중 보강토옹벽 현황(2016년 10월 기준)

        

공용 중인 보강토옹벽은 778개소(그림 3.3)이고, 이 중 시특법 대상 보강토옹벽은  116개소로 전체 보강토옹벽 중 약 15%를 차지한다. 공용중 보강토옹벽의 주요 설치위치는 도로부(62%), 교대부(38%)로 나눌 수 있다(그림 3.4).

        

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4. 보강토옹벽 유지관리 기준 및 상태등급


4.1 보강토옹벽 유지관리 기준 이력


보강토옹벽의 유지관리와 관련된 기준은 2011년 국토부에서 『안전점검 및 정밀안전진단 세부지침 2)』을 고시한 후에 체계화 되기 시작하였다. 그 이전에는 보강토옹벽과 관련된 유지관리 기준은 부재한 상황이었다. 그런데, 정밀안전진단 세부지침은 시특법 외 일반보강토옹벽에 대한 관련 기준은 부재하여 여전히 관리의 사각지에대 놓여진 보강토옹벽이 존재하게 되었다.

        

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이에 한국도로공사에서는 2017년에 『옹벽 점검 및 관리기준 수립[재난안전처-1588(2017.06.29.)]』을 통하여 시특법 대상 및 일반 보강토옹벽으로 구분하여 관리하기 시작하였다.

        

4.2 보강토옹벽의 상태등급 현황

        

한국도로공사에서 관리하는 보강토옹벽의 상태등급 현황을 살펴본 결과 시특법 대상 보강토옹벽의 상태등급3)은 99.3%가 A등급(그림 4.1)으로 나타났다. 그런데, 현장조사를 실시 해보면 이와 같은 현황은 현실과는 조금 맞지 않다는 것을 알 수 있다.

        

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이를 반영하듯 기존 정밀안전진단 세부지침의 상태평가방법은 여러 문제점들(가중치 산정, 평가항목 등)이 대두되어 계속해서 개정 중에 있다. 따라서,  한국도로공사에서는 자체의 보강토옹벽 상태평가 기준을 도출하였다. 이를 위해 공용중인 보강토옹벽 50개소를 선정하여 정밀점검 수준의 조사를 실시하고  전문가 집단 상태평가4) 및 국내외 관련 상태평가기법 분석을 통한 도공만의 보강토옹벽 상태평가 기법 개발하였다. 이는 옹벽 점검 및 관리기준(2017)에 반영되어 현재 쓰여지고 있다.

        

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정밀안전진 세부지침과 한국도로공사의 상태평가 방법을 비교한 결과 한국도로공사의 상태평가 방법이 국외 기준 및 전문가 집단 상태평가와 유사하게 나타났다(그림 4.2).


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5. 보강토옹벽 손상 유형과 원인분석, 그리고 해결방안


5.1 보강토옹벽에 발생하는 손상유형


보강토옹벽에서 발생할 수 있는 손상유형을 정리하면 그림 5.1과 같으며 이와 같은 손상은 그림 5.2에 명시한 바와 같이 다양한 형태로 여러 부위에서 나타난다. 각 손상별로 관련 현상 및 위험도를 정리하면 표 5.1과 같이 나타낼 수 있다.

        

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5.2 손상유형별 원인분석 및 해결방안

        

보강토옹벽의 손상에 대한 원인 및 해결방안에 대해 각각의 상관성을 나타내면 그림 5.3과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 설계 및 시공 단계에서 내재된 결함과 부적절한 유지관리로 인하여 보상토옹벽의 손상이 주로 발생하는 것을 알 수 있다. 그리고, 상부 및 내부 배수체계 불량, 부적절한 뒤채움 및 보강 재료 사용, 뒤채움 다짐부족, 부적절한 유지관리가 주요한 원인으로 나타났다.

        

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이와 같은 손상유형별 원인을 상세하게 구분하면 결함, 손상, 그리고 열화로 나타낼 수 있다. 여기서 결함(defect)은 설계 및 시공 단계에서 목표와 다르게 비정상적으로 건설되어 발생하는 손상을, 손상(damage)은 시공 및 유지관리 단계에서 구조물에 외적 또는 내적으로 작용하는 물리적인 힘에 의해 발생하는 손상, 그리고 열화(deterioration)는 유지관리 단계에서 구조물이 시간경과에 따라 물리적, 화학적으로 변질, 변형되어 발생하는 결함을 의미한다. B, C등급(B등급 18개소, C등급 5개소)에 해당되는 보강토옹벽 구조물의 손상에 대한 상세 원인분석 결과를 나타내면 그림 5.4와 같다. 분석 결과 대부분의 손상은 설계 및 시공단계에서 내재된 결함(약 67%)으로 나타났다. 이는 설계 및 시공 기준을 철저히 준수하여 결함에 의한 손상발생을 최소화 하고, 체계적인 유지관리 이행을 통하여 공용중 구조물의 건전성 확보를 통해 억제할 수가 있다.


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6. 보강토옹벽 주요 손상별 원인 및 해결방안


6.1 배수 문제로 인한 손상


보강토옹벽과 관련된 손상은 배수 문제로 인한 손상이 대부분이다. 이에 대한 원인은 보강토옹벽 국가기준(건설공사 보강토옹벽 설계·시공 및 유지관리 잠정지침, 2013) 개정전, 배수시설 구조 세목 미비로 인한 배수시설 누락 또는 오용으로 볼 수 있으며, 이로 인해 배수시설 누락시 벽체손상, 배부름, 전도, 세굴 등의 문제가 발생된다(그림 6.1). 이에 대한 해결방안은 그림 6.2와 같이 배수관련 설계기준 준수 및 합리적인 배수설계를 수행하는 것이다.

        

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6.2 부적절한 뒤채움재료 사용에 의한 손상

        

보강토옹벽 뒤채움 재료로 부적절한 재료의 사용으로 인한 손상이 문제가 되기도 한다. 현장에서는 양질의 뒤채움재료 수급이 어려울 경우 현장유용토를 주로 사용한다. 현장유용토는 세립분 함유량이 높은 경우 보강재와 뒤채움재와의 마찰저항 감소, 투수성 저하로 수압 작용, 전단강도 감소 및 동결융해 취약, 시공중 다짐도 확보가 어려우며 공용중 장기변형이 발생 가능하다. 반대로  장유용토 입경이 19~102mm로 큰 경우에는 다짐시 보강재가 손생될 우려가 있다. 따라서, 해결방안으로는 뒤채움재료로 현장유용토 사용시 뒤채움재료 기준6) 준수하고, 현장유용토 입경이 19~102mm인 경우 보강재의 시공손상평가7) 필요하다.

        

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6.3 배수관련 유지관리 미흡시 발생되는 손상

        

보강토옹벽 유지관리시 배수와 관련된 관리가 미흡할 시에도 손상이 발생될 수가 있다. 이는 보강토옹벽 상세 유지관리 기준 부재로 배수에 대한 중요성 인지 부족으로  배수로 정비, 보수 등 배수 관련 유지관리 소홀로 인해 다양한 손상이 발생되고 있다. 또한 이와 같은 손상은 방치시 기초부 세굴, 배부름, 전도, 벽체열화 등으로 악화될 수도 있다. 해결 방안으로는- 관련 기준 수립, 교육 등을 통하여 배수시설 관리에 대한 중요성을 인지하고. 주기적인 점검 및 즉각적인 보수를 통하여 예방적 유지관리를 실현하는 것이다.

        

7. 손상유형별 보수보강 방안


보강토옹벽에 발생하는 손상의 유형별 상태에 따른 대책을 정리하면 표 7.1과 같이 나타낼 수 있다.


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8. 맺음말

        

보강토옹벽은 시공성 및 경제성이 상당히 유리한 공법이므로 현재 조금의 부정적이 이미지가 있기는 하나 지금까지의 적용 현황을 살펴보면 앞으로 계속해서 쓰여질 잠재력이 큰 구조물이다. 이미 시공된 보강토옹벽 구조물은 배수와 관련된 철저한 유지관리를 통하여 공용수명을 증대시키고, 설계 및 시공 단계에 있는 것은 배수관련 상세를 반드시 반영하고, 적정한 재료를 적용하는 등의 기본적인 원칙 준수부터 필요하다. 대부분의 보강토옹벽이 제대로 시공되어졌지만 일부 불량 보강재를 사용하고 배수관련 상세가 지켜지지 않는 등의 원인으로 문제가 발생하면 보강토옹벽 구조물의 인식개선에 좋지 않을 뿐만 아니라 국민의 안전에 위협을 줄 수 있으므로 이와 같은 기본적인 사항은 실무를 수행하시는 분들께서 반드시 지켜주시기를 바라며 글을 마치고자 한다.


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