수해복구 사례를 통한 도로시설물의 설계적합성 연구자료입니다

[지산]

수해 발생유형에 따른 피해현황 분석 및

경관을 고려한 대책공법의 설계 및 시공사례

The analysis of the damage status on the patterns of the flood occurrence, the design and construction case of alternative method considering the scenery

				남 구 현(Gu-hyun Nam) (주)이 산 전무이사 ngh0901@isg.kr
				최 돈 근(Don-geun Choi) (주)이 산 이사 roadcdg@isg.kr

Ⅰ. 머리말

우리나라의 경제가 급성장함에 따라 토목시설물에 대한 국민의 인식이 과거에는 경제적이고 편의성 위주의 시설을 요구하는 입장에서 좀 더 쾌적하고 안락한 시설물을 요구하고 있어 토목시설물을 계획함에 있어 경제성과 편의성을 확보하는 측면보다는 환경 친화적이고 경관성을 고려한 설계의 필요성을 공감하고 있는 실정이다.

특히 산악지 도로의 설계는 산림훼손의 최소화는 물론이고 훼손지역의 원상복구 방안의 수립 및 구조물 공법의 선정에 있어서도 매우 신중히 결정해야 한다.

또한 최근 이상기온에 따른 집중호우로 인해 산사태, 계곡부의 도로유실 등의 피해가 발생하고 있으며, 그 피해규모가 매우 크다는 사실을 인지하고 국토해양부에서는 「산악지도로 설계매뉴얼(2007. 9)」을 제정하여 설계기준을 강화하도록 제시하고 있다. 특히 배수설계기준을 강화하여 집중호우에 따른 피해를 최소화할 수 있도록 기준을 상향조정하여 제시하고 있다.

「산악지도로 설계매뉴얼」에서는 도로설계 전반에 걸쳐 산악지도로의 특성을 반영한 설계방법을 제시하고 있으며, 산악지도로의 경우 공법선정 시 구조물의 기능을 충족함과 동시에 주변경관과 조화되는 방안의 검토・적용이 매우 중요한 사항임을 강조하고 있다.

이는 초기사업비가 다소 높게 책정되더라도 산악지도로의 특성상 고가의 유지보수 비용이 소요되는 점을 고려하여 제시된 내용으로 향후 산악지도로를 설계함에 있어 적극적으로 검토되어야 할 사항으로 판단된다.

따라서 본 기고문에서는 2006년 7월 14일~7월 18일까지 내린 집중호우로 수해를 입은 국도 44호선의 강원도 인제군 북면 한계리~양양군 서면 논화리까지 약 34km구간 중 한계령정상에서 양양군서면 논화리 구간(약 17.3km)의 수해복구공사를 Fast Track 사업방식으로 현장에 상주하여 설계・시공한 사례를 제시함으로써 향후 산악지도로의 설계 및 시공을 함에 있어 다소나마 도움이 될 수 있도록 제안하고자 한다.

Ⅱ. 인제~양양간(국도44호선) 도로 수해복구공사 개요

1. 과업개요

본 과업은 수해지역을 긴급 복구하는 사업으로 공사기간 단축을 위해 설계, 시공, 감리를 병행하는 Fast Track 사업방식으로 설계사가 상주하여 긴급개량 복구사업에 필요한 예산을 조속히 확보해가면서 단계적으로 사업을 수행하는 과정으로, 공사기간을 단축하기 위해 현장에서 설계, 시공, 감리가 협의하여 발주처의 방침을 득해가면서 과업을 수행하였으며 과업의 범위 및 주요 과업내용은 다음의 표와 같다.

〈 과업의 범위 및 주요 과업내용 〉

과 업 명	● 인제~양양(2) 수해복구공사 실시설계 (국도44호선)
노 선 명	● 국도44호선 (양평~양양 구간 중 인제~양양 구간)
과업구간	● 강원도 양양군 서면 오색리 ~ 강원도 양양군 서면 논화리 일원
과업기간	● 설계기간 : 2006.10.12 ~ 2007.12.31 (절대공기 420일) ● 공사기간 : 2007.01.22 ~ 2007.12.31
과업연장 및 규모	● 연장 : L=17.3Km(폭원 : B=10.0m, 2차로) ● 교량 : 15개소/339.0m, 횡 배수구조물 : 92개소/1,662.0m ● 사면보강 : 171개소(깎기 사면 : 140개소, 쌓기 사면 : 31개소) ● 포장공, 부대공, 교통안전시설공 각 1식

2. 과업의 특성

본 과업구간은 설악산국립공원을 통과하는 노선으로 자연지형에 순응하는 U형 곡선(Hair-Pin curve), S형 곡선 등 기하구조 상 불합리한 구간이 산재하고 있어 선형의 개량 계획이 불가피 하였으나, 국립공원이라는 지역의 특성상 선형개량이 어려운 상태이다. 따라서 주행안전성을 확보하며 자연경관 훼손을 최소화하고 주변지형과 조화되도록 선형개량 최소화 및 미관을 고려한 구조물계획 등을 시행하였다.

특히 오랜 기간 동안 풍화작용이 반복된 지질조건에 의해 비탈면붕괴, 낙석 등 비탈면의 피해가 많아 비탈면 보호・보강공법의 선정도 매우 중요한 사안으로 작용하였다.

본 과업구간의 피해 비탈면은 총 171개소로 붕괴형태. 지질조건, 붕괴원인 등을 세밀한 현장조사와 전문가의 자문을 거쳐 설계에 반영하였으며, 사업을 추진함에 있어 가장 중점적으로 고려한 사항은 다음과 같다.

● 국립공원을 통과함에 따른 환경훼손 최소와 주변경관과의 조화유지

● 기존도로의 선형을 최대한 활용하며 주행안전성을 확보할 수 있는 방안

● 환경단체, 지역주민의 민원, 관련기관의 요구사항 등 각종 민원사항 해소

● 조기착공을 위한 신기술・신공법의 적용과 시공성 향상방안 적극 도입.

● 공법별 세부비교를 통한 경제성 확보

Ⅲ. 발생유형에 따른 수해현황 및 발생원인 분석

수해발생의 유형은 크게 깎기 비탈면, 쌓기 비탈면, 하천 인접구간, 도로포장 면에 주로 발생한 낙석, 표층유실, 원호파괴, 도로유실, 도로차단, 포장파괴, 구조물 파손 등이 있으며, 발생유형별 피해현황 및 발생원인은 다음과 같다.

1. 깎기 구간의 발생유형에 따른 발생원인 및 피해현황

발생위치	유형	내 용
		발 생 원 인	피 해 현 황
깎 기 구 간	낙석	● 풍화 및 동결융해 작용에 의한 절리발생으로 강우 시 절리틈새로 강우가 침투함에 따라 수압이 증가하여 표면에 붙어있는 암괴가 붕락.	● 낙석방지망, 방지책 파손, 도로노면 파손
	표면 유실	● 초기의 단단한 토층이 동결 융해작용이 의해 일정 깊이만큼 느슨한 지반조건이 형성되어 강우 시 단단한 지반과 느슨한 지반의 경계면을 따라 지반의 전단강도가 저하되어 발생	● 표면 토층이 유실되어 도로를 차단시킴. ● 활동깊이는 0.5~1.0m 깊이로 표면부만 유실되며 피해규모는 비교적 적다.
	원호 파괴	● 장기적인 동결 융해작용 및 풍화로 인한 풍화심도가 깊어져 강우에 의한 자중증가 및 전단강도의 증가로 발생	● 표면 토층이 유실되어 도로를 차단시킴. ● 활동깊이는 1.0~4.0m, 피해규모는 10.0~15.0m의 규모로 발생.
	배수 불량	● 집중호우로 인하여 계곡부에서 발생한 토석류 등이 집수정에 퇴적되어 집수정이 매몰됨에 따라 배수기능 상실	● 배수유입부가 유출된 토석류에 의해 막히면서 도로가 침수됨. ● 유량이 많은 큰 계곡의 경우는 수압에 의해 도로가 유실됨.

2. 쌓기 구간의 발생유형에 따른 발생원인 및 피해현황

발생위치	유형	내 용
		발 생 원 인	피 해 현 황
쌓 기 구 간	편절 편성 구간	● 암반위에 쌓기를 실시한 편절편성구간에서 집중강우 시 계곡부 및 노면수가 쌓기비탈면으로 유입되어 하부 지반인 암반 면 위로 지하수가 흘러 토사가 세굴 및 유실되면서 붕괴가 발생
	쌓기 구간	● 도로의 기하구조상 집수가 발생되는 구간으로 인근 비탈면 유실부에서 쓸려 내려온 토사가 흙 쌓기 비탈면 상부 도로에 집적되고 노면수가 흙 쌓기 비탈면 쪽으로 유입되면서 비탈면의 유실이 발생.

3. 계곡부의 토석류 발생에 따른 유형별 피해현황

발생위치	구분	내 용
계 곡 부	지반 구성	● 비교적 강한 암반 면 위에 얇은 토층이 형성되어 있음. 토층은 주로 큰 암괴가 혼합된 붕적층이 주를 형성하고 있으며 암괴의 크기는 매우 다양하게 분포함.
	붕괴 규모	● 토석류는 전면부에서 큰 규모를 예측하기 어려우나 붕괴가 발생된 연장이 수십m~수Km에 이르기까지 매우 다양한 규모를 보임. ● 토석류가 발생된 계곡부의 하부지반조건은 강한 암반으로 구성되어 있으며, 경사는 계곡부의 경사에 따라 10˚~50˚의 범위로 매우 다양하고 경사가 급할수록 이동암괴의 크기 및 수량에 큰 차이를 보이며 계곡부의 나무와 큰 규모의 암괴를 쓸고 내려오는 붕괴유형을 보임.
	피해 유형	● 상부로 부터의 유송잡물(토사, 암석, 초목류 등)에 의해 도로하부 횡 배수관 기능 마비시켜 대규모 토석류에 의해 토석류의 도로유입으로 도로파손 및 도로 통행차단 ● 하부의 강한 암반위의 토층은 모두 유실되는 형태로 토층이 파괴되면서 상부의 거대한 암괴까지 밀려와 피해의 규모가 매우 크게 발생됨.
	피해현황	● 도로위로 토석류가 유입되어 도로를 차단하고 포장면의 파손 발생 ● 도로위에 유입된 토석류의 자중으로 인하여 도로의 포장체 및 성토체의 지지력 저하로 도로전체가 유실. ● 도로비탈면의 배수를 위한 배수구조물(횡 배수관, 횡 배수암거 등)의 유입구가 토석류에 의해 차단되어 원활한 배수가 이루어지지 않아 배면수압의 증가로 도로유실

4. 하천인접 구간의 발생유형에 따른 발생원인 및 피해현황

하천 인접구간의 피해발생은 주로 유수가 부딪치는 수충부에서 피해가 많이 발생하였고 그 외에 유로의 폭원이 갑자기 축소되는 구간에서 수위가 상승하고 유속이 증가하여 피해가 발생하는 것으로 조사되었으며, 하천인접구간의 피해발생지점 개요는 다음과 같다.

〈 하천 인접구간의 피해발생원인 및 피해사례 〉

발생위치	유 형	내 용
		발 생 원 인	피 해 현 황
쌓 기 구 간	수충부 침 식	● 사행 하천과 인접한 도로의 수충부에서의 침식에 의한 도로유실과 하상 지장물에 의한 홍수 시 수위급상승 및 토사유출로 도로유실	● 하천의 형태, 하상의 지장물의 위치에 따른 수충부에서는 유속 및 유심이 깊어져 피해 위험 증가 ● 수충부에 옹벽 등의 보호시설은 설치되어 있었으나, 수위급상승 및 유속증가로 구조물하부가 견디지 못하고 유실됨.
	배수관 막 힘	● 대규모 홍수 시 유송잡물(식물, 토사)에 의해 배수관이 일시에 막힘에 따라 유수가 노면으로 침출되고 수압이 발생	● 도로 양측으로 계곡부와 사면이 있는 전형적인 산악지 도로에서 주로 발생하며, 우측 계곡부에서 쏟아진 나무와 토석류에 의해 배수기능 상실로 도로 유실
	수 위 상 승 ・ 유 속 증 가	● 피해 구간은 국립공원의 자연석에 의해 하도가 급 축소되어 통수단면 감소 및 유수흐름 저해가 발생하는 구간으로서 단면수축에 의해 수위 상승 및 유속이 증가되어 강한 와류 및 소류력이 발생	● 하천 폭이 급 축소되어 수위상승 및 유속증가로 도로의 비탈면 세굴로 도로붕괴 ● 하천과 인접한 도로의 구조물 설치구간 구조물 기초 세굴로 구조물 전도와 함께 도로유실

〈 하천 수충부 및 하천 폭 축소구간의 피해사례 〉

Ⅳ. 경관을 고려한 피해유형별 대책공법의 설계 및 시공사례

수해복구공사의 시급성을 고려하여 Fast Track 방식으로 사업을 추진하고 발주처, 설계사, 시공사, 감리단이 상호 긴밀한 협조체계를 유지하고 설계자문단 및 T/F team(Task Force team)을 구성하여 사업추진의 원활성을 도모하였다.

또한 문화재청, 환경부, 국립공원관리공단 및 관련지자체와 신속하게 협의하여 행정 처리 지연을 사전에 배제하였으며, 환경단체, 지역주민의 요구사항 등을 적극 수용하여 민원발생이 최소화 되도록 추진함과 동시에 피해지역의 복구를 위한 대책공법의 선정 시에도 경관을 고려한 구조물 계획이 이루어질 수 있도록 노력하였다.

피해유형별 대책공법 선정 시에는 경관을 고려한 공법선정으로 주변경관과의 조화를 유도하였고, 주변경관과의 조화가 이루어지지 않는 공법의 선정이 불가피한 경우에는 구조물의 차폐공법을 도입하여 경관훼손을 최소화 하였다.

선형개량에 따른 폐도부지의 발생구간에는 도로이용자들이 수려한 자연경관을 관망하며 쉴 수 있도록 쉼터를 조성하여 이용자의 편의성 측면을 고려하였으며, 사업추진 시 중점적으로 검토・반영한 설계 및 시공내용은 다음과 같다.

1. 기존선형을 최대한 활용하여 추가적인 자연환경 훼손 최소화

본 노선은 국립공원인 설악산을 통과하는 노선으로 평면 및 종단선형이 매우 불량하고 배수시설 또한 용량이 매우 부족한 실정으로 전반적인 시설개량이 필요한 구간이지만 자연경관의 훼손이 어려운 지역의 특성상 구조물 설치구간 및 주행안전성 확보를 위해 부득이하게 개량하는 구간 등 최소한의 선형개량으로 사업을 추진하였으며, 노선 내에 설계구간을 설정하여 산악지 통과구간은 설계속도 저하 및 안전시설 등을 설치하여 이용자의 주행안전성을 확보할 수 있도록 계획하였다.

2. 구조물 계획 시 자연친화적인 재료를 활용한 구조물 공법 선정

과업노선의 피해발생지역의 피해유형별 대책공법을 선정함에 있어 가급적 콘크리트 구조물은 배제하고 자연재료를 활용한 공법을 대상으로 피해구간의 피해유형 및 피해규모에 따라 적용하였다.

보호・보강공법은 신기술・신공법을 적극 적용하여 경관성, 시공성을 향상할 수 있도록 계획하였으며, 현장에서 공법의 장・단점을 파악하여 현장의 특성에 부합하도록 공법을 선정하였고 공법선정 결과와 선정사유는 다음과 같다.

가. 보호공법

비탈면 보호공법의 목적은 강우에 의한 침식, 우수침투, 동결융해작용에 따른 침식, 기후적 조건에 의한 풍화진행 등과 같은 비탈면안정을 저하시키는 요소들을 최소화하기 위한 것이며, 현장조사를 통해 현장여건 및 피해규모, 피해유형 등을 고려하여 선정하였다. 또한 식생에 사용하는 종자는 현지의 자생종을 선택하여 주변 환경과의 조화를 이룰 수 있도록 최적의 공법을 선정하였고 적용된 공법은 피해규모, 피해유형에 따라 계단식옹벽, 기대기식옹벽, 비탈면녹화공, 두꺼운 식생기반재 취부공법, 돌 붙임, 낙석방지망 등을 적용하였다.

나. 보강공법

보강공법은 현장조사를 통해 현장여건 및 피해규모, 피해유형 등을 고려하여 선정하였으며, 깎기 비탈면과 쌓기 비탈면으로 구분하여 최적의 공법을 선정하였다.

(1) 쌓기 비탈면의 적용공법 및 공법선정 사유

적용공법	적 용 사 유
강재조립식옹벽	● 오색천과 인접한 수충부 구간으로 자연 친화적이며 유수의 흐름에 강한 강재조립식옹벽을 적용.
선반식식생옹벽	● 하부도로에서 주행 시 관망되는 구간이며, 쌓기 비탈면의 높이가 높고 수해복구 시 기 설치된 가시설에 합벽 시공하는 선반식 식생옹벽을 적용함.
콘크리트조립식옹벽(정형옹벽)	● 오색천과 인접되고 경관성이 다소 적은 지역으로 교통처리가 양호하고 공기를 최소화할 수 있는 콘크리트조립식옹벽(정형옹벽)적용
콘크리트조립식옹벽(그린월)	● 경관성이 요구되는 지역으로 식생이 가능하며 터파기 최소화로 교통처리가 양호한 콘크리트조립식옹벽(그린월)적용
돌망태옹벽	● 주행 시 관망되는 구간으로 자연형 재료를 사용하는 구조물인 돌망태옹벽을 적용함.
보강토옹벽	● 경사가 급하고 비탈면의 높이가 높으며 경관성이 매우 요구되는 지역으로 비탈면의 안정성 확보 및 소단부에 식재가 가능하여 경관성 확보에 유리
자연석쌓기	● 하천의 유로 폭이 넓은 구간으로 오색천 하천정비기본계획의 법면보호공법을 준용하여 자연친화적인 돌 붙임공법 적용

〈 자연친화적 재료를 사용한 구조물 시공사례 〉

(2) 깎기 비탈면의 적용공법 및 공법선정 사유

적용공법	적 용 사 유
Soil Nailing	● 지반 자체강도가 낮거나 이미 이완되어 전단 강도 증가가 필요한 비탈면 ● 단층대와 절리 및 균열이 심하게 발달한 파쇄대 및 점착력이 거의 없는 사질토, 풍화가 심하게 발달한 지반
Rock Anchor (Bar Type)	● 비탈면의 절리가 발달하여 지반변위가 상대적으로 클 것으로 판단되는 비탈면에 Strand Type R/A보다 저항력이 우수 ● 비탈면내 우수유입으로 인한 앵커체 부식 우려 구간
Rock Anchor (Strand Type)	● 순수 국내기술이며 하중적용범위가 다양 ● 설계, 시공이 일반화 되어 있으며 길이의 제한이 없는 강연선의 유연성으로 인한 작업능률 향상
Rock Bolt	● 비교적 소규모의 파괴, 암 탈락 등이 예상되는 구간 ● 굴착 시 지형 상태를 확인하면서 보강재 개수나 배치, 길이를 용이하게 변경 가능
수평배수공	● 영구적 측면에서 S형 다발관 적용

3. 콘크리트 구조물계획 시 차폐공법 도입으로 경관훼손 최소화

본 구간은 국립공원 통과지역으로 자연환경훼손의 최소화 및 주변경관과의 조화를 우선적으로 검토하여 아름다운 도로가 되도록 노력하였고 비탈면안정을 위해 구조물 계획 시 가급적 자연친화적인 재료를 사용한 공법을 적용하였으며, 비탈면 안정성 확보를 위해 기대기식 옹벽, 계단식옹벽 등 부득이하게 콘크리트옹벽을 사용한 경우는 주변 지형과 조화되도록 차폐공법을 적용하여 경관성을 확보하였다.

〈 콘크리트 구조물에 적용한 차폐공법 사례 〉

4. 현지 자생종 위주의 식재계획

비탈면보호공법 중 녹화공법 적용 시 살포할 씨앗의 종자는 건설공사 비탈면 설계기준에 제시된 종자 및 지역별 종자 배합기준과 국토환경녹화지역 구분도에 따라 선택하여 문화재청, 환경부 및 국립공원관리공단과 협의를 거쳐 외래종자는 배제하고 국내 자생종 중에 현지 식물분포현황을 파악하여 주변 환경과 이질감 발생을 배제할 수 있도록 적합한 종자를 선택하였으며, 선택한 종자의 현황은 다음과 같다.

구 분	종 자 현 황
초본류	비수리, 새류, 쑥 등
야생화류	국화류(쑥부쟁이, 산국, 감국, 엉겅퀴, 구절초, 민들레, 등골나물, 참취 구절초, 벌개미취 등) 및 뱀무, 짚신나물, 까치수염, 마타리, 패랭이꽃 등
관목류	싸리류, 국수나무, 조팝나무, 자귀나무, 층꽃나무, 개쉬땅나무
교목류	사스래나무, 산갈나무, 산오리나무, 자작나무, 박달나무, 소나무 등

5. 폐도부지 발생 시 주변경관과 조화되도록 쉼터를 조성

교량계획 및 구조물계획으로 인해 선형이 변경되는 구간과 선형이 매우 불량하여 안전성 확보를 위해 선형을 개량한 구간에 발생하는 폐도 부지 중 발생면적이 협소한구간은 주변지형과 조화되도록 식재계획을 수립하였고 발생부지가 비교적 넓은 구간에는 이용자의 편의성을 고려하여 쉼터계획을 수립하였으며, 특히 피해가 심하게 발생한 흘림골 구간에는 자연재해의 위험성을 상기시키기 위해 공원계획을 수립하여 피해당시 유하한 암괴 중 한 개를 전시하고 피해사진 및 피해현황을 전시하여 도로를 이용하는 사람들에게 홍보할 수 있도록 계획하였다.

〈 폐도부지의 식재계획 및 쉼터조성 사례 〉

6. 계곡부의 향후 피해예방을 위한 토석류 방지시설 계획

산악지도로는 집중호우 시 지표면에 내린 우수가 빠른 속도로 유하하는 특성을 지니고 있으므로 계곡부를 통해 토석류 및 유송잡물이 유하하여 도로가 피해를 입을 우려가 있어 현장조사를 통해 계곡부에는 토석류 방지시설을 설치하였다.

토석류 방지시설의 종류에는 Check dam(골막이), 사방댐(Erosion control dam), 수질정화 댐(Water Turbidity Control Dam), 유연성 원리를 이용한 링 네트 공법 등이 있으며, 토석류의 예상규모, 계곡의 크기, 예상되는 토석류의 구성요소(암괴, 토사류, 수목류, 여러 종류의 혼합물 등)에 따라 시설물의 종류를 선택해야 한다.

본 노선의 경우에는 계곡부에 기 유하하여 적치된 토석류 및 유송잡물을 모두 제거하고 재 피해가 발생하지 않도록 계곡부의 특성에 따라 토석류 방지시설을 선정하였으며, 가급적 자연재료를 활용한 돌망태 사방댐 및 돌붙임 사방댐 등을 설치하여 주변경관과의 조화도 도모하였다. 과업구간 내에 시공한 토석류 방지시설은 다음과 같다.

〈 돌망태 사방댐 〉	〈 돌 붙임 사방댐 〉

Ⅳ. 맺음말

수해복구공사인 본 사업을 수행하면서 도로의 시설물 계획 시 친환경적이고 경관성을 확보할 수 있도록 노력하였으며, 신기술・신공법을 적극 도입하여 공사기간을 최소화하고 피해지역의 조기복구가 가능하도록 계획하였다.

또한 현재 국내에서는 플랜트 쪽에만 적용해왔던 Fast Track 방식을 도입한 설계・시공 기법으로 공사를 추진하였으며, Fast Track Method Manual 을 작성하여 현장내의 모든 기술자에게 교육함으로써 신속하고 정확한 공정관리가 이루어지도록 하였다.

설계를 현장에서 상주하며 수행하다보니 시공성을 고려한 설계방식의 도입이 필요하다는 것을 느꼈으며, 현장에 적합한 신기술・신공법의 도입이 도로시설물의 품질을 높일 수 있다는 것을 재차 알게 되었다.

도로의 건설은 단지 자동차의 통행도구로써만이 아닌 주변의 경관과 조화되는 자연의 일부가 될 수 있도록 계획하는 것이 중요하다는 것을 본 과업을 통해 느낄 수 있었으며, 도로를 설계함에 있어 세심한 배려로 경관성을 확보하고, 특히 산악지 도로의 경우에는 집중호우 시 피해발생우려가 매우 높다는 사실을 인지하여 배수계획 시 충분한 수리검토를 통해 통수단면을 확보해야 하며, 피해가 예상되는 지역에 대해서는 충분한 예방대책을 수립하여야 할 것이다.

[박환용]

감사합니다.

[마포숭문고/인하대/ (주)삼호]

감사해요

[이경수-KS정품]

감사합니다.