■ 공사 개요

위치: 서울특별시 금천구 시흥동 산130-1 일대 (비탈면 등 3개소)

과제명: 공원녹지분야 수해피해복구(모아빌 등 3개소) 보강공사

적용 공법: 표면보호공 연계 SS(Spring Soil) Nail, 소구경 삼축억지말뚝 공법

수행 및 발주 기관: 금천구청

■ 추진 배경

2022년 8월 8일~9일 양일간 445mm(금천 기준)의 기록적인 집중호우가 발생하여 금천구 시흥동 일대 비탈면의 표층유실 및 일부 손상이 발생함.

이를 방치할 경우 우기 시 사면 불안정으로 인한 추가 붕괴 및 주변 인접 시설물 피해가 우려되어, 정밀 지반조사 및 사면안정성 검토를 거쳐 적절한 대책 공법을 수립하고 보강을 추진하게 되었음.

■ 현장 여건과 과제

안정성 검토 결과, 일반구간 및 강재플래터 구간 모두 우기 및 얕은파괴 시 기준안전율을 만족하지 못해 비탈면이 매우 불안정한 상태였음.

특히 상재하중으로 작용하는 강재플래터 하중을 지지하는 동시에, 급경사 및 불량한 지반 조건에서도 경량 장비로 시공 가능한 효과적인 비탈면 보강 기술이 필요했음.

보공 공사 중 장비 진입이 불가능한 구간에서 인력으로 보강가능한 공법을 제시.

■ 적용 공법: 소구경 항타 삼축억지말뚝

강재플래터 구간: 하중 지지와 사면 보강이 동시에 가능하도록 고안된 '소구경 항타 삼축억지말뚝(L=2.0m, 8단)'을 개발·적용함. 해당 공법은 지중에서 트러스 구조 및 압축 스프링 원리를 이용해 저항력을 발휘하여 사면을 긴밀하게 고정함.

■ 시공 결과

시제품 제작 및 현장 시험시공(항타 관입 등)을 거쳐 보강을 완료한 결과, 건기·우기·지진시·얕은파괴 등 모든 조건에서 기준안전율(O.K)을 충족함. 이를 통해 집중호우 시에도 비탈면 붕괴를 예방하고 인접 주민 시설의 안전을 확보함.

<< 현황 >>

- 기존 건물이 밀집된 열립주택 뒷편 비탈면에서 유실 발생

<< 보강 방안 >>

<< 시공 >>

<< 시공 완료 후 >>

■ 공사 개요

위치: 서울특별시 은평구 북한산 계곡 내 삼천사(천년 전통사찰)

공사 기간: 2023년 ~ 2024년

적용 공법: 2축·3축 억지말뚝

시공 협력 기관: 삼천사, 은평구, 서울시, 문화재청

■ 추진 배경

북한산 계곡에 자리한 천년 고찰 삼천사는 2022년 집중호우로 사찰 주변 석축이 손상됨.
이를 방치할 경우 사찰 진입로와 건물은 물론 보유 문화재까지 피해가 확산될 것으로 예상되어,
억지말뚝을 설치해 석축과 시설물의 안전을 확보하기로함.
이에 삼천사와 은평구, 서울시, 문화재청이 협력하여 보강 계획을 수립하였으며, 예산 조달 여건에 따라 2023년부터 2024년까지 2개년에 걸쳐 공사를 진행하였음.

■ 현장 여건과 과제

공사 구간은 붕괴 위험이 있는 석축에 바로 인접해 있어 대형 장비의 접근이 어려운 현장으로 소형 장비로도 시공이 가능하면서 충분한 저항력을 확보할 수 있는 공법이 필요했음.

■ 적용 공법: 2축·3축 억지말뚝

이러한 여건을 고려하여 소형 장비로 시공할 수 있는 2축·3축 억지말뚝으로 설계. 이 억지말뚝은 지중에서 트러스 구조를 형성하여 저항력을 발휘하는 방식으로, 대형 장비 없이도 석축의 안정성을 효과적으로 확보할 수 있었음.

■ 시공 결과

협소하고 위험한 현장 조건에서도 문화재 주변 환경을 훼손하지 않고 안전하게 시공을 완료하였으며, 석축과 진입로, 사찰 건물 및 문화재를 보호하는 기반을 마련했음.

- 석축 붕괴 및 현황

- <<억지말뚝 설계>>

붕괴 가능성이 높은 석축 상부 주차장 부지에서 시공해야 하는것을 고려해서 소형 장비로 시공 가능한 3축 억지 말뚝으로 설계 하였다.

- <<시공>>

붕괴 위험이 있는 석축 상부 주차장 부지에서 삼축 억지말뚝을 설계와 같이 시공하였음.

- <<시공완료>>

삼축내진 말뚝의 제작 및 시공

- 2020년 10월 초 건설기술연구원 연구개발 사업인 '3축 내진 말뚝 시험시공'을 수행하였다.

- 사업명은 '변경된 내진 설계기준에 최적화된 삼축 내진 말뚝 실용화 설계, 제작, 현장 시험 및 성능 평가' 이다.

- 2019년 초반 특허를 출원해 그해 말에 특허를 취득하였다.

토목에서는 말뚝의 내진 해석을 당연히 하지만 건축에서는 건축물 자체만 내진 해석을 해오고 있었다. 최근 국가 설계 기준 통합이 이루어진 후에도 말뚝의 내진 해석은 이루어 지고 있지 않다.

2019년 '화성남양뉴타운 지방도 313호선 확장 및 남양IC개량공사' 중 소규모 쐐기파괴가 발생하였습니다.

도로 확장 공사 중 소규모 쐐기파괴의 발생은 토목 공학 분야에서 자주 마주치는 문제 중 하나입니다. 이러한 상황에서 전통적으로 선호되는 계단식 옹벽 공법은 도로변에 콘크리트 구조물이 노출되는 단점을 가지고 있습니다. 환경적 측면에서 이상적이지 않은 이 방법은 필요에 따라 선택되곤 합니다.

이에 대한 대안으로, 식생이 가능한 MS NAIL 공법을 제안합니다. 이 공법은 특히 소규모 붕괴 비탈면에 적합하며, 친환경적이면서도 효과적인 복원 방법을 제공합니다.

다음은 'MS NAIL + 마대쌓기' 보강을 제안해서 복원한 사례이다.

표면 압착(MS NAIL)

표면 식생곡법(녹생토)

이제 비탈면에 풀만 자라면 붕괴구간이 어디였는 알 수 없을 것이다.

- 2020년 복원 후 전경

우연히 시공현장 근처를 지나면서 한컷 찍었다.

이 공법의 적용으로, 비탈면은 안정적으로 복원되며, 표면 식생(녹생토)을 통해 자연스러운 환경으로 회복됩니다. 최종적으로, 복원된 비탈면은 그 어느 때보다 푸르고 생동감 넘치는 자연의 모습으로 변모하게 됩니다. 이는 토목 공학의 혁신적 접근 방식을 통해 환경 친화적이며 지속 가능한 해결책을 제시하는 뛰어난 사례입니다.

이러한 MS NAIL 공법의 적용은 토목 공학 분야에서 지속 가능한 개발과 환경 보호를 향한 중요한 발걸음을 의미합니다. 이 글을 통해 붕괴 비탈면 복원 및 보강에 관심이 있는 전문가들에게 유용한 정보를 제공하고자 합니다.

■ 현장 개요 및 붕괴 경위

- 2017년, 남양주시 진접읍 행정복지센터 뒤편 비탈면은 타 시공사가 절토판넬 공법으로 시공을 진행 중이던 현장이었으며 시공 도중 판넬과 네일 결합부에서 펀칭 파괴가 발생하였고, 이것이 비탈면 붕괴로 이어졌음.

■ 당사의 역할

- 붕괴 발생 후, 붕괴 구간의 복원 및 보강을 의뢰받고 붕괴 원인을 검토하고 복원·보강 방안을 제안하는 컨설팅과 함께, 제안한 방안에 따라 재시공을 수행하여 준공하였음.

■ 복원·보강 방안 및 시공 순서

- 당사가 제안·시공한 복원 방안은 다음의 3단계임.

상부 비탈면 선보강 – 판넬 상부 비탈면을 MSNAIL로 추가 보강하여, 하부 작업 중 상부 지반의 추가 활동을 억제
붕괴 판넬 제거 – 파손된 절토판넬을 안전하게 철거
노출면 보강 후 판넬 재설치 – 추가 붕괴 방지를 위해 락볼트와 숏크리트로 노출 비탈면을 보강한 뒤, 절토판넬을 재설치

■ 정리

- 본 현장은 타 시공사의 시공 중 발생한 판넬 붕괴 비탈면을, 당사가 원인 분석부터 보강 설계 제안, 재시공까지 수행하여 복원한 사례임.

<< 붕괴 직후 >>

<< 보강 방안 >>

1. 부족한 보강량을 산정하고 아직 변위가 없는 구간에 추가 보강을 한다.
2. 붕괴한 옹벽 판넬을 제거하고 추가 보강을 진행한다.

무엇보다 최대한 빨리 보강 공사를 진행하는 것이 중요했다. 이미 변위가 발생한 비탈면이라 지반 강도가 약해져 있기 때문에 비라도 온다면 큰 사고로 이어질 수 있었다.

붕괴 현장의 복원 공사는 일반적인 신설 공사와는 다른 접근이 필요하다. 한 번 움직인 비탈면은 내부에 공극이 형성되어 있을 가능성이 크므로, 그라우팅 시공에 특히 세심한 주의를 기울여야 한다.

이 현장도 설계 물량보다 두 배 이상 그라우팅을 해야 했다.

1) 변위가 없는 옹벽 상부 추가 보강