옥포동 거주 네티즌 여운태씨가 제보한 '단순히 얹어만 놓은 운동장 축대공사'의 부실시공 방지를 호소했다.
 
단순 얹어만 놓은 축대(옥포2동 운동장)
(문제제기)

현재 운동장의 확대로 인해 높아진 부분의축대공사를 보니 너무 부실하다는 생각이 들어 부실여부 검토요청합니다.

문제라고 생각하는 것은 축대가 철근 콘크리트로 쌓아지는 것이 아니라 단순 벽돌형 제조물을 시멘트나 철근을 넣지않고 쌓기만 하는 것입니다. 그리고 틈은 흙으로 메워넣기만 합니다. 이렇게 쌓으면 나중에 비가와서 흙이 싯겨나가 새게되면 그냥 무너져 버리죠. 인명피해의 대형참사가 예측됩니다. 더진행되기 전에 다시 재시공하도록 해야할 것입니다.  빠른 검토와 감독 바랍니다.

(시답변)

이에 대해 거제시 도시과는 답변을 통해 '옥포운동장 조성공사의 옹벽시공은 보강토 옹벽으로 기존의 철근콘크리트 옹벽과는 차이가 있으며 주재료는 보강토블록, 지오그리드, 그리드고정핀을 사용하며 귀하께서 염려하시는 부실시공이나 강우시 무너지는 상황이 발생하지 않도록 철저히 관리감독을 하고 있다고 말했다.

(관련시공업체의 공사에 대한 설명)  : 편집 중(도면 및 시공방법에 대한 설명과 자료를 편집 중에 있습니다)

1.1 보강토 옹벽

최근 국내에서는 친환경 또는 공비절감이라는 측면에서 자연 혹은 인공사면의 경사를 급하게 시공하여야 하는 경우가 발생하고 있다. 이러한 경우에 사면의 안정성이 확보되어야 하므로 사면의 활동 파괴를 방지하기 위한 적절한 방안 중의 일환으로서, 다층의 지오그리드 혹은 지오텍스타일과 같은 토목섬유를 사면내에 포설하는 보강 사면 공법이 적용되고 있다. 일반적으로 보강 사면은 관련 전문가마다 다소 차이는 있으나 전면경사가 70°이내인 토사 사면에 평면 보강재를 보강하여 역학적인 안전성을 증대시킨 보강토 구조물의 일종으로 간주된다.
보강 사면 공법의 적용은 사면의 정상 혹은 선단부에서의 여유부지 확보 및 성토량 경감 등의 잇점이 있으며, 또한 공학적으로 다소 부족한 성토재를 사용할 수 있다는 장점도 있다. 보강 사면의 주 적용 분야는 도로 제방, 임시 홍수 조절 구조물, 임시 우회도로, 붕괴 사면 및 철도 복구, 옹벽 대안 등이다.
한편, 토목섬유를 이용한 보강 사면 공법이 개발된 이래로 많은 연구자 및 기관에 의해 설계법이 제시되어 왔으며(Ingold 1982; Murray 1984; Jewell 등 1984; Schneider & Holtz 1986; Schmertmann 등 1987; Leshchinsky & Boedeker 1990; FHWA 1996), 대부분의 설계법은 기존의 한계평형해석에 근거한 사면안정해석법에 기초를 두고 있다.
국내에서도 사면안정의 차원에서 녹화 및 사면보호공법이 활발히 적용되고 있으나, 이들에 대한 대체 제품의 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 이런 상황에서 국내에서 개발된 제품인 지오그리드(TRIGRID®)를 사면안정분야에 적용하여 그 효용성을 검토해 볼 필요성이 있다.
따라서, 본 연구에서는 보강 사면 구조물에 대한 국내․외의 설계방법을 조사․평가하고, 시험시공을 통한 보강 사면의 현장계측을 실시하여 현장 성토체의 다짐특성, 사면의 변형특성, 침하특성, 토압특성 등을 분석함으로써 국산 지오그리드를 이용한 보강 사면의 적용성과 전체적인 안정성을 평가하고자 한다. 또한, 국내에 적용할 수 있는 보강 사면의 시공지침(안)과 비탈면의 녹화 및 보호공법을 제시하고자 한다.

1.2 연구내용 및 범위

뵨 연구에서 수행한 주요 연구내용 및 범위는 다음과 같다.
 
 (1) 외국의 보강사면의 설계방법 조사 및 분석
  ∘ Jewell의 설계방법, Leshchinsky와 Boedeker 설계방법, 미연방도로국(FHWA)의 설계방법 조사 및 분석

 (2) Jewell 설계방법에 의한 설계표준도 분석
  ∘ 사면높이, 사면각, 성토재의 토질정수 등 매개변수에 따른 Jewell 설계방법에 의한 설계표준도 분석

 (3) 보강사면의 안정성 평가를 위한 현장계측
  ∘ 현장계측계획의 수립
  ∘ 스트레인 게이지, 침하계, 기준틀, 경사계 등을 통한 계측 수행 및 결과분석

 (4) 보강사면 시공지침(안) 작성
  ∘ 국․내외 보강사면의 시공방법 조사 및 평가
  ∘ 국내현장에 적용할 수 있는 보강사면의 시공지침(안) 작성

2. 보강사면의 적용분야 및 재료

2.1 보강사면의 적용분야

보강사면은 전면 경사가 70°이내인 토사 사면의 구조체에 평면 보강재를 설치하는 보강토 구조물의 일종이다. 보강사면은 여러 가지 형태로 쓰일 수 있으며, 다음과 같은 장점을 발휘하게 된다.

∙ 사면의 정상 혹은 선단부에서의 부지활용성 증대
∙ 성토량 감소에 따른 경제성 증대
∙ 역학적으로 다소 미흡한 성토재의 사용
∙ 보강토 옹벽과 같은 전면블록의 사용이 필요치 않음

보강사면의 주된 적용분야는 그림 2.1와 같이 신규 성토, 기존 옹벽 대용, 도로확장, 붕괴사면 보수 등이다.

그림 2.1 보강사면의 적용사례

또한, 기타 다음과 같은 분야에 보강사면을 적용할 수 있다.

∙ 댐의 상․하류 전면 보강 및 댐의 높이를 증가시킬 경우
∙ 임시 홍수 조절 구조물 건설
∙ 교량의 교대를 보강할 경우
∙ 임시 우회 도로 건설
∙ 수분을 함유한 세립분에 의한 제방 건설

2.2 재료

2.2.1 기초지반

기초지반의 공학적 특성은 보강사면의 지지력 및 침하 평가를 위하여 필요하다. 지지력 평가를 위해서는 전단강도계수(c, ), 단위중량, 지하수위 등의 특성값이 필요하며, 침하 평가시에는 압밀계수, 압축지수 등의 특성값이 요구된다. 배면토의 경우도 보강사면 설계시 보강토체에 작용하는 토압산정을 위하여 전단강도계수(c, ), 단위중량, 지하수위 등의 특성값이 필요하다. 일반적으로 전단강도계수의 결정은 삼축압축시험이나 직접전단시험을 통하여 수행한다.

2.2.2 성토재

일반적인 성토용 재료의 요구조건을 만족시키는 재료라면 보강사면의 성토재로 사용될 수 있다. 보강 측면만을 고려할 경우에는 다소 질이 떨어지는 흙을 성토재로 사용할 수 있으나 내구성 및 작업성을 고려할 경우엔 양질의 성토재를 사용하는 것이 공기를 단축시키고 장기적인 보강토체의 안정성에 유리하다.

가. 입도분포 및 공학적 특성

개략적인 보강사면 성토재의 요구조건은 소성지수, PI가 20 이하 이고, 입도분포는 표 2.1과 같다. 이때 성토재의 최대입경은 보강재의 파손을 고려하여 20mm 이하를 원칙으로 한다. 부득이한 경우 현장시험에 의해 확인되고 보강재 손상에 의한 시공성 안전율을 반영하는 경우 성토재의 입경을 100mm 까지 할 수 있다.

표 2.1 성토재의 입도분포특성
입 경(mm)
통과율(%)
100
100～75
4.76
100～20
0.425
60이하
0.074
50이하

나. 화학성분
성토재의 화학적 성분이 보강재의 내구성에 영향을 줄 수 있으므로 pH, 염화물, 산화제 등에 대한 성토재의 평가가 이루어져야 한다. 특별히 오염되지 않은 토사의 경우 일반적으로 폴리에스터(PET) 보강재를 사용하는 경우 3≤pH≤9 인 흙으로 제한한다. 폴리프로필렌(PP)이나 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 보강재의 경우 3≤pH 이어야 한다.

다. 다짐
성토재는 최대 건조단위중량의 95% 또는 최적 함수비의 2% 내외로 다짐한다. 다짐두께는 점성토 150～200mm, 조립토 200～300mm 정도가 바람직하다.

라. 전단강도
안정해석에서는 최대 전단강도를 바탕으로 결정된 전단강도정수를 사용하며, No.200체 통과율이 15% 이하인 사질토에는 배수 전단강도정수를 사용한다. 강도정수는 직접전단이나 압밀배수 삼축압축시험을 통해 결정한다. 사질토가 아닌 경우 배수 및 비배수 전단강도를 측정하고 시공직후와 장기 안정검토에 활용한다.

마. 단위중량
시공중 다짐관리와 안정해석을 위해 예상되는 성토재의 건조, 습윤, 포화 단위중량을 측정해 둔다.
2.2.3 보강재

보강재의 설계강도는 보강재 자체의 장기 공간적 안정성(long-term dimensional stability)과 보강토 구조물의 전체적인 내구성을 고려하여 결정하여야 한다. 일반적으로 지오그리드는 격자의 가로방향 요소의 수동저항과 흙과 수평방향 요소사이의 마찰을 통해 보강효과를 발휘하며, 지오텍스타일의 경우에는 마찰을 통해 보강효과를 발휘한다.

가. 장기설계인장강도의 결정
지오그리드의 장기설계인장강도는 장기간 현장에 적용된 지오그리드에 영향을 줄 수 있는 여러 인자들에 대한 지오그리드의 인장강도 감소계수를 적용하여 결정하여야 한다. 식 (2.1)에서는 지오그리드의 장기설계인장강도, 를 계산하는 식을 보여준다.

           (2.1)

여기서,  : 지오그리드의 최대(극한) 인장강도
  : 지오그리드의 장기간 강도손실을 고려한 총 감소계수
  
 : 크리프 감소계수.  실내 크리프시험에서 얻은 지오그리드의 크    리프 한계인장강도에 대한 최대인장강도의 비
 : 시공성 감소계수.  시공중 지오그리드의 손상에 따른 인장강도     손실정도를 나타냄.
 : 내구성 감소계수.  화학약품, 미생물, 온도 등에 의한 지오그리드   의 인장강도 손실정도를 나타냄.
 : 구조물의 형상과 뒤채움재의 특성, 외부 작용하중 등의 불확실성   및 구조물의 중요도 등을 고려한 안전율로 설계자의 판단에 의   해 1.0～1.5의 범위에서 사용하는 것이 추천되지만, 특별한 경우   를 제외하고는 을 사용한다.
나. 지반-보강재의 상호작용
보강사면의 설계는 인발계수와 직접전단계수 등과 같은 지반-보강재 상호작용계수를 결정하여야 한다. 이때 인발계수는 일반적으로 안정해석시 각 보강층의 전방과 후방에서의 보강재/흙 사이의 유발 인장력을 계산하는데 사용되며, 직접전단계수는 보강토체의 바깥쪽으로의 흙만의 활동에 대한 안전율을 검토하는데 사용된다.
보강재의 단위폭 당의 극한 인발저항(Pr)은 다음과 같이 계산된다(한국지반공학회, 1998).

여기서,  : 파괴면 후방의 저항영역에서의 보강재의 단위폭 당 표면적
       : 파괴면 후방의 저항영역에서의 정착길이(m)
        : 보강재의 유효 단위 원주길이(m)
      (지오그리드나 지오텍스타일의 경우 C=2)
       : 흙/보강재 마찰각(°)
      (=인발저항계수)
        : 치수보정계수(토목섬유의 경우 1.0)
       : 지반-보강재 경계면에서의 유효연직응력(t/m2)