서 론
연구대상지 검토
연구대상지 검토
현장지표조사 결과
지반조사
개요
지층분석 결과
붕적토층 및 지하수위 분포 특성 검토
현장시험 및 계측결과
전기비저항 탐사 결과
유향·유속시험 결과
지중경사계 분석결과
지하수위 계측 분석결과
결 론
서 론
최근 산지 지형이 많은 국내 여건상 부지 조성을 위한 대규모 깎기 비탈면 및 절토부옹벽 시공이 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 산지 비탈면은 토사, 풍화암, 암반뿐만 아니라 과거의 지형적 요인으로 형성된 Talus (애추) 및 붕적토층이 복합적으로 분포하는 경우가 많아 공학적 거동 예측이 매우 까다롭다. 특히 Talus를 포함한 붕적토층은 투수성이 높고 입도 분포가 불량한 조립질 입자로 구성되어 있어, 강우 시 지표수의 급격한 침투와 지층 경계면에서의 복잡한 지하수 흐름을 유발한다(Fleming and Johnson, 1994; Iverson, 2000). 이로 인해 옹벽 배면의 국부적인 간극수압 상승과 유효응력 감소가 발생하며, 이는 옹벽의 변위 및 비탈면 붕괴로 직결될 위험이 높다(Hong et al., 1990; Jeong and Choi, 1992).
Talus 및 붕적토 지반의 특성을 규명하기 위해 다양한 현장 중심의 선행연구가 수행되어 왔다(Soralump et al., 2021). Lumb (1975)와 Yang et al. (2022)은 붕적토 비탈면 내 투수성 차이로 인한 수분 집적 현상이 비탈면 활동력을 유발하는 핵심 요인임을 지적하였다. 국내에서도 다수의 연구(Seok et al., 1995; Park, 2010; Lee et al., 2015)를 통해 붕적토 기반 비탈면의 붕괴 사례를 바탕으로 지형학적 특성과 강우에 따른 수리적 거동의 연관성을 현장 조사를 통해 분석한 바 있다. 그러나 기존 연구들은 대부분 붕괴 발생 이후의 단편적인 사례 조사에 머물러 있으며, 이질적인 지층이 혼재된 상태에서 절토부옹벽의 시공 과정 및 공용 중 발생하는 변위 양상을 다양한 지반조사와 장기 현장 계측 데이터를 융합하여 실증적으로 분석한 연구는 상대적으로 부족한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 Talus를 포함한 붕적토층 상에 시공된 절토부옹벽 현장을 대상으로, 복합 지반의 공학적 특성과 실제 거동 양상을 규명하고자 한다. 이를 위해 정밀 시추조사와 실내실험을 통해 붕적토층의 분포 특성을 분석하고, 전기비저항 탐사 및 유향·유속 시험을 수행하여 옹벽 배면의 비정형적인 지하수 흐름을 파악하였다. 또한 지중경사계와 지하수위계의 장기 모니터링 자료를 분석하여, 현장 지반 조건 및 지하수위 변화가 절토부옹벽의 변위에 미치는 영향을 관측 데이터 중심으로 고찰하였다.
연구대상지 검토
연구대상지 검토
본 연구의 대상 지역은 전라남도 여수시 ○○지구 택지개발 현장으로, 그 위치는 Fig. 1a와 같다. 해당 현장은 사면 굴착에 따른 깎기비탈면의 높이를 최소화하기 위하여 설계 단계에서부터 절토부옹벽 공법이 계획되었다. 연구 수행 당시 상부 1, 2단 옹벽 시공은 완료된 상태였으나, 하부 3단 터파기 공정 진행 과정에서 기 시공된 2단 옹벽 배면 일부 구간에서 앵커 두부 앵커블록의 펀칭 파괴가 발생하였다. 이와 동시에 절토부옹벽 상부 토사층에서는 이완 균열이 관찰되었으며, 강우 시 원활한 배수가 이루어지지 않아 다량의 용출수와 함께 옹벽 구조물의 지속적인 변위가 계측되었다.
대상 현장의 지형 및 지질적 특성을 고찰하면, 안심산 산능선을 따라 주라기 화강암을 기반암으로 하는 Talus 퇴적층이 광범위하게 분포하고 있다. 이러한 Talus 지형은 중력에 의한 암설 낙하 및 퇴적 작용으로 형성되어 구성 암설의 안식각에 의해 사면 경사가 결정되며, 입경에 따른 자연적 분급 특성을 가진다. 실제 조사 결과 대상지에는 약 5–15 m 두께의 붕적토층이 분포하고 있으며, 층 내 전석 및 조립질 자갈 등의 영향으로 공극률이 높아 지표수의 수직 침투가 비교적 용이한 구조를 가지고 있다. 그러나 붕적토층 하부에 위치한 풍화토층은 상대적으로 불투수성이 강해 침투수의 하부 배수가 원활하지 못하며, 이로 인해 두 지층의 공학적 경계면을 따라 지하수위 상승 및 용출 현상이 지속적으로 발생하고 있다. 연구 대상 지역의 지질도(modified from Seo et al., 2026)는 Fig. 1a, 지하수 유출 현황은 Fig. 1b와 같다.
현장지표조사 결과
연구 대상 지역에서 옹벽 안정성에 유해한 영향을 미칠 수 있는 지질 구조, 지층 분포 특성 및 지표수 흐름 양상을 파악하기 위해 현장 지표조사를 실시하였다. 현장 지표조사는 시공된 절토부옹벽 전구간과 절토부옹벽 상부 농경지구간 포함 Talus 퇴적층이 분포하는 안심산 산자락을 대상으로 이루어졌다.
현장 지표조사 항공사진과 같이 3단으로 계획된 절토부옹벽 중 상부 1단 및 2단 옹벽은 시공이 완료되었고, 3단 옹벽은 No.8+10.0–No.16+7.48 구간까지 시공 완료된 상태였다(Fig. 2). 절토부옹벽 변위 발생구간 상부는 균열이 발생(Fig. 2a)되었으며, 1단 옹벽과 2단 옹벽 사이 소단부 침식(Fig. 2b), 2단 옹벽 패널 지압판파괴(Fig. 2c) 및 절토부옹벽 변위 억제를 위해 시공된 압성토내 균열(Fig. 2d)이 관찰되었다. 그리고 농경지 상부(Fig. 2e)와 Talus 퇴적층 경계부(Fig. 2f)에 작은 우물이 위치하고 있으며 시공 중 절토부옹벽 패널 전면부 지하수 유출이 확인되었다. 이는 본 연구 대상지의 지하수 유동은 고저차로 인해 우물에서 절토부옹벽 시공구간까지 수십 내지 수백 m이내의 국지적 유동 시스템을 보인다.
연구 대상 지역의 토사층은 실내시험 결과 0.075 mm체 통과량이 약 40%로 세립토와 같이 거동하고 있다. 즉 함수비의 증감에 따라 건조 수축과 팽창의 반복이 지속적으로 발생하면서 토층내 균열을 발생시키고 있다.
지반조사
개요
본 장에서는 연구 대상 지역 절토부옹벽 부근의 지층 구성 및 지하수 분포 현황을 규명하기 위하여 지반조사를 수행하였다. 수행된 지반조사 데이터를 기반으로 지층분석 및 실내 토질시험을 실시하였으며, 붕적토층 및 지하수 분포 특성을 고려한 단면별 상세 검토를 수행하였다.
절토부옹벽의 변위 발생 이후 수행된 추가 시추조사의 위치를 Fig. 3에 나타내었다. 해당 시추공은 실시설계 및 시공 전 지반조사 시추공과 구분하고자 NBH로 표기하였고, 파선은 절토부옹벽 계획 위치를 나타낸다.
지층분석 결과
조사 지역의 지층은 표층에서 심부 방향으로 쌓기층, 붕적토층, 풍화토층, 풍화암층의 순으로 구성되어 있으며, 각 지층은 상이한 형성 과정과 물리적 특성을 보인다. 쌓기층은 점토질 모래에 자갈, 호박돌 및 전석이 혼입된 인위적 지층으로 두께는 약 0.5–3.5 m이며, 하부에는 이동, 붕락, 활주 등의 지질작용으로 형성된 붕적토층(두께 약 2.8–6.0 m)이 분포한다. 그 아래에는 안산암이 완전풍화되어 형성된 풍화토층이 존재하며, 최하부에는 높은 N값(50/10 이상)을 보이는 풍화암층이 분포하여 토사와 암반의 중간적 공학적 특성을 나타낸다. 이러한 지층의 분포 특성 및 두께는 Table 1에 제시하였으며, 각 토층에서 채취된 시료에 대한 물리적 특성은 Table 2에 제시하였다.
Talus가 완경사지로 이동·퇴적되면서 두꺼운 붕적토층이 형성되었고, 강우 시 지표수는 이를 통과해 투수성이 낮은 풍화토층 경계면을 따라 유하하며 옹벽 배면부로 유출될 가능성이 높다.
Table 1.
Boring investigation results
Table 2.
Laboratory soil test results
붕적토층 및 지하수위 분포 특성 검토
절토부옹벽에서 발생한 변위의 원인을 정밀하게 규명하기 위해 실시설계, 시공전, 변위 발생 후 추가조사 데이터를 종합하여 지반조사 위치도를 Fig. 4에 제시하였다. 붕적토층의 공간적 두께 변화와 지하수위 현황을 입체적으로 파악하기 위해 변위 구간을 가로지르는 4개의 주요 측선(A-A′–D-D′)을 설정하였으며, 각 시추조사공의 주상도 자료를 분석하여 복잡한 지하 지층구조를 Fig. 5와 같이 시각화함으로 변위 발생 원인을 분석하기 위한 정량적인 기초 자료를 마련하였다.
지층단면도 분석 결과, 붕적토층은 단면별로 최소 3.2 m에서 최대 15.5 m에 이르는 매우 불균질한 두께로 분포하고 있으며, 모든 검토 단면에서 옹벽 하부 지반에 광범위하게 존재하는 것이 확인되었다. 특히 투수성이 높은 붕적토층과 그 하부의 저투수성 풍화토 경계면에서는 강우 시 지하수가 원활히 배수되지 못하고 정체되는 특성을 보인다. 이러한 지질학적 구조로 인해 집중 강우 시 지하수위가 급격히 상승하며 간극수압을 증대시켰고, 붕적토층의 분포 특성과 결합하여 옹벽 배면에 과도한 측압을 유발함으로써 구조적 변위를 유발한 주요 요인 중 하나로 분석된다.
현장시험 및 계측결과
전기비저항 탐사 결과
Fig. 6a는 전기비저항 탐사가 수행된 위치도를 나타낸다. 조사 측선은 절토부 옹벽 하부 1개소 및 상부 4개소로 계획하여 배치를 완료하였다. 탐사 방식은 토목 분야에서 범용적으로 활용되는 전기비저항 탐사 기법 중 하나인 쌍극자 배열법을 적용하였다. 본 기법은 지중에 인위적인 전류를 흘려보낸 뒤 측정되는 전위차를 통해 하부 지층의 전기적 특성을 분석하는 방식이다. 이를 활용하면 지반의 층서 경계나 지반 상태, 그리고 함수량 및 지하수 유동 경로 등을 간접적으로 파악할 수 있다.
연구 대상 지역 내 포화대 분포 및 지하수 유동 경로를 정밀하게 파악하기 위해 L-1부터 L-5까지 총 5개 측선에 대해 전기비저항 탐사를 수행하였다. 탐사 결과, 비저항 값은 0.85–10,609 ohm-m의 광범위한 분포를 보였으며, 특히 1,000 ohm-m 이하의 저비저항 영역은 시추조사에서 확인된 지하수위 및 풍화대 분포와 높은 상관관계를 나타냈다(Lapenna et al., 2005). 분석 결과, 모든 측선에서 지표수의 집중 및 지형적 요인에 의한 저비저항 이상대가 공통적으로 관찰되었으며, 이는 해당 지반이 수문학적으로 취약한 상태임을 시사한다.
대표적인 분석 사례로 L-4 측선의 탐사 결과를 Fig. 6b에 제시하였다. L-4 측선 분석 결과, 측점 23–27, 37–47 구간 등에서 지하수 포화가 예상되는 뚜렷한 저비저항대가 확인되었다. 이러한 전 측선의 탐사 결과는 시추 자료와 결합되어 붕적토층 내 지하수 거동과 옹벽 변위 발생 사이의 상관관계를 규명하는 핵심적인 정량적 근거로 활용되었다.
유향·유속시험 결과
절토부옹벽 일부 구간에서 발생한 앵커 블록의 펀칭 파괴 및 상부 인장균열과 지하수 유동 양상 사이의 상관성을 규명하기 위해 유향·유속시험을 실시하였다. 변위 발생 구간 내 시추공(NBH-1–NBH-7)을 대상으로 시험을 수행하였으며, 그 결과는 Fig. 7과 Table 3에 제시하였다.
Table 3.
Groundwater flow direction and velocity test results
시험 결과, NBH-1–NBH-4 시추공에서는 지형적 특성과 일치하는 북서 방향의 흐름이 주를 이루었으나, 변위가 집중된 상부 구간의 NBH-5–NBH-7 시추공에서는 지형적 예측과 상이한 남동 방향의 유동이 관찰되었다. 지하수 유속은 2.261 × 10-4 cm/sec에서 6.361 × 10-4 cm/sec 수준으로 조사되었다. 이와 같이 국지적인 유동 방향의 급격한 변화는 옹벽 시공 구간 내 기반암 불연속면의 방향성이 변하고 있음을 시사한다. 특히 지하수 흐름 방향과 옹벽 변위 발생 영역이 공간적으로 상당 부분 일치하는 점으로 미루어 볼 때, 지하수의 거동이 구조물 안정성에 직접적인 영향을 미쳤을 가능성이 있는 것으로 분석된다. 따라서 향후 보강 공사 시 Face mpping을 통한 불연속면 정밀 조사와 본 시험 결과를 통합적으로 연계하여 변위 메커니즘을 심층적으로 해석할 필요가 있다.
지중경사계 분석결과
강우가 절토부옹벽의 거동에 미치는 영향을 파악하기 위해, 주요 변위 발생 구간인 No.6+0.0 및 No.7+3.35 지점을 대상으로 지중경사계 계측 결과와 강수량의 상관관계를 분석하였다. 계측 결과, 모든 검토 구간에서 2024년 3월 27일 발생한 강우(일강수량 55.3 mm) 직후 뚜렷한 변위 증가 양상이 확인되었다.
분석 결과 No.6+0.0 지점의 중간 구간(EL.69.33 m)에서 전면 방향으로 최대 18.8 mm의 가장 큰 변위가 발생하였으며, 동일 단면 상부(EL.71.42 m)에서도 1.1 mm 이상의 배면 변위가 관측되었다. No.7+3.35 구간 또한 집중강우 이후 전면 방향으로 0.75–1.25 mm의 변위가 기록되었다.
이러한 변위 특성은 강우 이전의 변위가 미미했다는 점과 결합하여 볼 때, 강우와 옹벽의 변위 거동 사이에 유의미한 상관관계가 존재함을 시사한다. 즉, 집중강우 시 지표수의 직접적인 지중 침투가 붕적토층의 전단강도를 저하시키고 옹벽의 구조적 불안정성을 유발하는 주요 영향 요인 중 하나로 작용할 가능성이 높은 것으로 분석된다.
지하수위 계측 분석결과
절토부옹벽 상부의 지하수위 변동 양상을 파악하기 위해 5개 지하수위 관측공을 대상으로 일강수량과의 상관성을 분석하였다. 분석 결과 2024년 2월 17일(일강수량 39.3 mm)과 3월 27일(일강수량 55.3 mm)의 집중 강우 시 모든 관측공에서 지하수위가 급격히 상승하는 반응이 확인되었다. 이는 일정 임계치 이상의 강우가 발생할 경우 지표 침투수가 대수층으로 직접 유입되어 지하수위를 상승시키는 주요 요인임을 보여준다. 반면, 1월 29일의 선행 강우(24.1 mm) 시에는 수위 변동이 미미하게 나타나, 소규모 강우에 대한 지하수 시스템의 반응은 상대적으로 제한적인 것으로 분석되었다.
특히 3월 27일 집중호우 시 지하수위는 옹벽 시공 구간인 EL.65–74 m까지 상승하였으며, 이는 구조물 기초부 및 배면 지반의 안정성에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 임계 심도에 해당한다. 연구 지역의 지하수위는 강수량 변화에 매우 민감하게 반응하며, 집중호우 시 단시간 내에 구조적 위험 수위까지 도달할 수 있음이 확인되었다. 따라서 옹벽의 안정성을 확보하기 위해서는 강우 시 발생하는 과잉간극수압을 효과적으로 제어할 수 있는 수평배수공 등 지하수위 저하를 위한 배수 시스템 설계 및 시공 단계에서의 세심한 관리가 필요할 것으로 사료된다.
결 론
본 연구는 절토부옹벽에서 발생한 변위의 원인을 규명하고 향후 유사 조건의 비탈면 안정성 확보를 위한 대책공법을 제안하기 위해 수행되었다. 이를 위하여 현장 지형 및 지질조사, 실내시험, 지하수 유향·유속 시험, 상세 계측 데이터 분석 등 공학적 접근 방법을 적용하였다. 특히 본 연구에서는 기존 설계 과정에서 간과되기 쉬운 Talus를 포함한 붕적토층의 수리·역학적 특성, 지하수 흐름의 비정형성 그리고 시공 단계별 지반 거동 변화에 주목하였다.
본 연구를 통해 도출된 주요 결과는 다음과 같다.
(1) Talus를 포함한 붕적토층이 광범위하게 분포하는 연구 대상지는 강우 시 표면 유출보다 하부 침투의 영향이 더 크게 작용하며 특히 불균질한 입경과 다량의 자갈 및 전석으로 인해 매우 높은 투수성을 보인다. 이로 인해 강우 시 지하수위가 급격히 상승하며 하부의 풍화토층과의 경계면에서는 국부적인 간극수압 증가 및 지하수 용출이 발생하여 옹벽 안정성 저하의 주요 메커니즘으로 작용하였다.
(2) 지하수 유향 시험 결과 흐름 방향이 일정하지 않고 구간별로 다르게 나타났으며 옹벽 변위 방향과 부분적으로 일치하는 현상이 확인되었다. 이는 지하수의 비정형 흐름이 옹벽의 국부적 변형에 영향을 줄 수 있으나, 이를 옹벽 변위의 직접적인 원인으로 단정하기 어려워 기반암의 구조, 절리 상태 등에 대한 추가적 검토가 필요하다.
(3) 지중경사계 및 지하수위계 계측 결과 절토부옹벽 시공 이후에도 변위가 지속되었으며, 특히 강우 발생 직후 변위가 집중적으로 증가하였다. 이는 상부 Talus 및 붕적토가 지하수위를 상승시키고 이에 따른 배면 간극수압 증가 및 활동력 증대가 변위 발생과 밀접한 연관이 있음을 시사한다. 단순한 구조적 문제보다는 수리적 영향의 복합 작용으로 판단되며 이에 따라 지하수위 저하 대책 및 지속적인 모니터링 체계 구축이 병행되어야 한다.
(4) 계측 결과에 따르면 No.6+0.0 구간 중간부에서 최대 18.8 mm의 수평 변위가 관측되었으며, 이는 안정성 관리 기준을 일부 초과한 수치로 국부적 불안정을 나타낸다. 해당 변위는 강우 직후 시점에 집중적으로 발생하였으며 강우량과의 상관 분석 결과 침투수 증가 → 지하수위 상승 → 간극수압 증대 → 변위 증가라는 연쇄 메커니즘이 확인되었다.
본 연구의 결과는 복잡한 지층 조건을 가진 현장의 옹벽 거동 메커니즘을 이해하기 위한 실증적 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
