1. 서론
토목 구조물은 하천이나 계곡 등에 근접하여 설치되는 경우가 많다. 그 때문에 태풍이나 홍수 등 수해가 발생하면 제방 유실이나 교각 세굴 및 전도 등 구조물에 큰 피해를 준다. 토목 구조물의 피해 발생 시 사용이 중단되거나 제한되어 주민피해와 경제적 손실의 발생을 일으킬 수 있어 신속하게 긴급 복구하여야 한다. Roh (2016)에 따르면 2000년대 들어 풍수해로 인한 연평균 피해액은 약 1조 7,000억원, 2002년 태풍 루사에 의한 피해액은 2006년 환산기준 5조 1,497억원이고, 2003년 매미는 4조 2,225억원의 피해를 발생시켰다. Lee and Yoo (2006)은 사면 관련 재해도 주로 집중호우와 태풍이 도래하는 7~9월에 집중적으로 발생한다고 하였다. 이처럼 수해 피해는 기간이 집중되는 경향이 있으므로 일선 실무자는 동시 다발적으로 발생하는 구조물 피해에 적합한 긴급 복구 방법을 신속하게 결정하여 적용하여야 한다. Ha H.S. (2012)에 따르면 피해 발생 후 복구착공 일까지 시간이 과다소요 되거나 추진진도율이 저조 되는 것으로 나타났다. Ha H.S. (2012)의 예로 2011년도 수해피해 지역을 살펴보면 수해피해는 7월, 8월에 입었는데 수해복구 공사는 대부분 2012년 3월 이후 착수되었다. National Crisis Management Institute(2008)의 조사에 따르면 복구공사가 늦어지는 이유는 1. 담당공무원의 전문성 부족 2. 조사⋅설계⋅계약과 관련한 피해복구 계약 문제 3. 피해액 산정, 피해조사의 대응 문제 등이 있다고 했다. 재차 수해 피해를 입기 전까지 공사를 마무리하지 못하면 피해가 재발 될 수 있다. 현재 긴급복구는 정량적인 매뉴얼이 아니라 실무자들의 경험적 방법에 의존하여 수행되고 있다. 실제 피해 현장에서 가장 적합한 공법을 사용하여 복구하기 위해서는 설계조건, 지반조건, 시공조건, 환경조건, 기상조건 등 다양한 변수를 고려하여야 한다. 하지만 피해확산이 우려되는 구조물의 긴급복구는 짧은 시간 내에 신속하게 수행해야 하므로 설계 및 지반 조건보다는 현장의 시공조건 및 환경조건을 우선 고려하여야 한다. 긴급복구공법 도출 시나리오의 기상조건은 기상청에서 제공하는 지표로써 건설지수가 보통이상일 경우 복구를 위한 조사 및 착수가 이루어질 수 있도록 작성하였다. 이에 따라 복구공사를 위한 최소 기상조건은 산업기상지수가 보통(공사는 가능하나 작업효율이 떨어짐, 기상청)에 해당하는 강우량 5mm 미만, 온도 0~30도 사이, 풍속 14m/s 미만이다. 긴급공사기준은 ‘안전점검 및 정밀안전진단 세부지침해설서’의 안전등급 ‘D’로 설정하였는데 D등급은 사용 제한 전 단계로서 신속한 보수/보강이 필요한 시기이기 때문이다. C등급은 가벼운 결함으로서 시설물 일상 보수에 포함되는 경우가 많고, 장기복구와 이중투자 문제 등 보다 중요치 않은 피해로 판단되어 D등급으로 설정하였다.
긴급복구공법 도출 시나리오는 총 6가지 구조물(교량, 제방, 사면, 옹벽, 댐, 보)에 대하여 개발하였다. 피해유형별로 교량은 5개, 제방은 4개, 사면은 5개, 옹벽은 5개, 댐은 5개, 보는 4개로 긴급복구공법 도출 시나리오 28개를 작성하였다. 또한, 구조물별 통합 시나리오를 각 지면상의 이유로 작성하여 본 논문에서 사용하였다. 작성된 시나리오의 긴급복구 공법 도출과정은 엔지니어 판단, 시공 및 기상 여건 등에 의존하는 경우가 많다. 따라서 시나리오의 신뢰성 검증을 위해 실제 피해 현장에서 전문가 도출 또는 실제 사용된 공법과 비교하였다. 검증 항목은 복구 공법이며, 공법에 따라 일치⋅유사⋅상이로 구분하고 그 결과를 분석하였다.
2. 긴급복구공법 도출 시나리오 개발
2.1 교량
National Disaster Management Institute(2000)에 따르면 소하천 교량의 경우 수해로 인한 교량 피해 원인의 53%가 ‘하상 세굴에 의한 하부구조 유실’로 조사되었다. 제일 큰 피해가 있는 원인으로부터 5가지를 선정하여 긴급복구공법 도출 시나리오를 도출하였다. ‘하상 세굴에 의한 하부구조 유실’을 포함하여 ‘유송잡물 등에 의한 교량 전도 및 손상’, ‘여유고 부족으로 인한 월류’, ‘계획 하천 폭에 비해 교량 연장부족’, ‘교대 보호공 부실로 인한 접속부 유실’ 등 총 5가지 피해 유형에 따른 시나리오를 도출하였다. 시나리오의 피해 부재는 교량 기초, 교대, 교각, 슬래브, 교량 받침, 보, 거더, 상판, 교량 시설, 인접 제방으로 구성하였다. 복구 공법은 일반적인 공법을 채택하여 시나리오를 작성하였다. 교량의 적용 범위는 1종⋅2종 시설물 도로 교량, 철도 교량이다. Fig. 1은 교량의 구조물별 긴급복구공법 도출 시나리오이다. 복구 공법 선택에 고려한 사항은 피해 유형, 피해부재별 피해여부 판별(안전등급 D등급 이상)식, 시공가능여건, 피해종류, 복구공종, 피해 크기 및 시공여건에 따른 복구공법 등이다.
2.2 제방
Yoon K.S (2004)에 따르면 제방은 월류로 인한 피해가 제방 피해의 40%에 달하는 것으로 조사되었다. 피해가 많은 순으로 ‘수리 단면적 부족에 의한 범람(월류)’, ‘과대 유속 및 소유력에 의한 유실’, ‘강우, 홍수위에 의한 침투, 누수 및 파이핑’, ‘강우, 홍수위에 의한 사면활동’ 등 4가지 유형을 선정하여 시나리오를 도출하였다. 제방의 적용 범위는 2종 시설물 국가하천이다. Fig. 2는 도출된 제방의 구조물별 긴급복구공법 도출 시나리오이다. 제방은 붕괴 위험(피해여부 판별)을 나타낼 만한 정량적인 지표보다는 정성적인 지표가 대부분이다. 따라서 정성적인 지표는 사면의 기준을 일부 준용하였다. 제방의 피해부재로는 제두부, 제방, 호안기초, 비탈피복부, 제방 기초, 이면비탈피복부로 설정하였다. 제방의 피해형태는 유실, 붕괴, 세굴에 중점을 두고 개발되었다.
2.3 사면
Jang et al. (2004)에 의하면 사면은 슬라이딩으로 인한 피해가 사면 피해의 68%라고 조사되었다. 사면도 피해가 많은 순으로 피해 유형을 선정하였다. ‘사면활동에 따른 붕괴 및 낙석’, ‘사면 상부 인장균열 및 배부름’, ‘지반포화로 인한 부등침하’, ‘수면접속부 세굴에 의한 유실’, ‘배수공 불량’으로 총 5가지의 긴급복구공법 도출 시나리오를 작성하였다. 사면의 피해 부재는 기초지반, 하단부, 전체, 최상부(붕괴, 낙석), 최상부(배부름), 사면부로 구성하였다. 사면은 다른 구조물과 달리 비교적 종류가 다양하다. 사면 종류는 3가지(토사, 암반, 혼합)로 구분되어 복구 공법이 세분되어있다. 사면의 적용범위는 2종 시설물 절토사면이다. Fig. 3는 사면의 구조물별 긴급복구공법 도출 시나리오이다.
2.4 옹벽
Korea Geotechnical Society(2007), Korea Infrastructure Safety Corporation(2012)의 자료를 통해 피해 유형을 도출하였다. 도출된 피해유형으로는 ‘기초지반 포화로 인한 부등침하’,‘기초부 세굴에 의한 기울임’, ‘배수공 불량’, ‘배면 토사 포화로 인한 옹벽 전도’, ‘비탈면 활동에 따른 옹벽 붕괴’ 총 5가지로 선정하여 작성하였다. 옹벽 시나리오는 옹벽의 설계적 관점보단 붕괴 징후 대응 시부터 복구까지의 프로세스를 다루고 있다. 옹벽의 적용범위는 2종 시설물 중 콘크리트 옹벽이다. Fig. 4는 도출된 옹벽의 구조물별 긴급복구공법 도출 시나리오이다.
2.5 댐
댐의 안전등급이 ‘D’인 경우 신속하게 사용제한 여부 및 복구를 실시하도록 하여 손상이 전체 붕괴에 연결되지 않도록 예방 복구에 주력하여 시나리오를 작성하였다. Forster et al. (1998)에 따르면 댐의 피해는 월류로 인한 피해가 총 피해의 47%나 되는 것으로 조사되었다. 댐의 피해비중에 따라 피해 유형을 선정하였다. 선정된 피해 유형은 ‘기초부 세굴’, ‘사면침식에 의한 활동 및 함몰’, ‘여수로, 도수로 세굴파손’, ‘월류로 인한 제체 및 양안부 유실’, ‘댐체의 침투, 누수 및 파이핑’으로 총 5가지로 작성하였다. 댐은 피해 부재가 타 구조물보다 도수로, 감세공, 하류사면, 상류사면 등 부재 영역이 넓게 분포되어있다. 댐의 적용 범위는 1종⋅2종 시설물 중 콘크리트 댐이다. Fig. 5는 도출된 댐의 구조물별 긴급복구공법 도출 시나리오이다.
2.6 보
Ministry of Land, Infrastructure and Transport(2012) 보도 자료에 따르면 보의 피해는 본체 균열이 전체 69%를 차지하는 것으로 조사되었다. 보의 피해가 많은 순으로 피해 유형을 선정하여 시나리오를 작성하였다. 피해 유형은 ‘부등침하로 인한 콘크리트 균열 누수’, ‘유송잡물에 의한 수문 오작동’, ‘바닥 보호공의 세굴’, ‘감세공의 세굴’로 총 4가지 피해유형을 선정하여 작성하였다. 보는 콘크리트 균열, 세굴이 일어나지만, 자체로써 붕괴는 일으키지 않는다. 하지만 돌발상황(월류, 유송잡물)으로 인해 내하력 손상이 일어나면 붕괴될 수 있어 예방 복구를 중점으로 시나리오를 작성하였다. 보는 타 시나리오보다 피해부재별 긴급복구공법이 중복되는 경우가 많다. 따라서 중복되는 복구공법은 1단계(긴급복구)에서 추가피해 여부를 확인하여 추가피해 시 중복되는 부재의 피해를 판정하게 하였다. 보의 적용 범위는 하구둑, 댐에 준하는 구조물로써 1종⋅2종 시설물이다. Fig. 6은 보의 구조물별 긴급복구공법 도출 시나리오이다.
3. 긴급복구공법 도출 시나리오-현장 검증
3.1 현장검증
6가지 구조물에 대해 작성된 긴급복구공법 도출 시나리오를 정량적으로 검증하기 위하여 실제 피해 구조물에 사용된 복구공법 및 현장 전문가에 의해 도출된 복구공법과 비교⋅검증을 수행하였다. 검증 방법은 현장에서 피해 구조물의 피해 유형, 부재, 피해량을 설정하고 전문가(복구, 시공, 설계, 안전진단 관련전문가) 의견을 통해 피해 구조물의 복구 공법을 도출하여 복구 시나리오의 공종 및 공법과 비교하여 수행하였다. 비교된 공법은 일치⋅유사⋅상이로 구분하여 비교 결과를 도출하였다. 현장검증은 교량, 제방, 사면, 옹벽, 댐, 보 등 총 20개 시설물(132개 피해항목)에서 하였다.
3.1.1 교량 검증
Table 1은 전문가 도출공법과 시나리오 도출공법 비교표이다. 실제 피해 교량에서 전문가의 의견과 측정을 통해 공법을 도출하여 시나리오 복구 공법과 비교하였다. 교량의 피해는 철근노출, 손상, 균열 3가지로 이에 대한 공법을 도출하였다. 전문가의 도출공법에 가설벤트설치공법을 제외하면 모두 일치 하였다. 전문가 의견은 교량의 표면적인 복구와 더불어 구조검토, 안전진단(손상진단)이 필요하다는 의견이 있어 시나리오상 구조검토가 필요한 경우 안전진단(손상진단)하는 프로세스를 추가하였다.
Table 1
Verification with Disaster Recovery Scenario and Expert Opinion(Bridge)
]
]
]3.1.2 제방 검증
Table 2는 전문가 도출공법과 시나리오 도출공법 비교표이다. 제방의 피해는 유실, 세굴, 손상 3가지에 대한 공법을 도출하였다. 전문가의 도출공법은 흙쌓기 공법을 제외한 나머지는 시나리오공법에서 모두 도출되었고 전문가 공법보다 폭넓게 공법이 도출되었다. 전문가 의견으로 제방은 하천의 소유력과 유수 방향에 따른 피해 범위의 산정에 따라 복구공법의 결정이 필요하다고 하였는데 시나리오는 유속과 공법 조건을 공법 선택 시 참고하여 선택할 수 있게 하였다.
Table 2
Verification with Disaster Recovery Scenario and Expert Opinion(Levee)
]
]
]3.1.3 사면 검증
Table 3은 전문가 도출공법과 시나리오 도출공법 비교표이다. 사면의 피해는 낙석, 토사유실, 가파른 경사 3가지로 이에 대한 공법을 도출하였다. 3곳의 도출공법은 모두 일치하였는데 전문가 도출공법보다 시나리오 도출공법이 더 폭넓게 도출되었다. 전문가는 사면붕괴 형태 및 토사량, 암량 등에 따라 도로의 안전통제, 우회도로 등의 현장 응급조치에 관련한 의견을 제시하였으나 긴급복구공법의 공학적 기술범위와는 다소 거리가 있어 본시나리오서는 고려하지 않았다.
Table 3
Verification with Disaster Recovery Scenario and Expert Opinion(Slope)
]
]
]3.1.4 옹벽 검증
Table 4는 전문가 도출공법과 시나리오 도출공법 비교표이다. 옹벽의 피해는 균열, 손상 2가지로 이에 대한 공법을 도출하였다. 전문가 도출공법은 주입공법, 충전공법으로 도출되었고 시나리오공법은 2가지를 포함하여 더 세부적으로 공법이 도출되었다. 전문가 의견으로는 옹벽 긴급보수 시 명확한 긴급보수 선정이 필요할 것(불필요한 보수 등)이라는 의견을 제시하였다. 시나리오의 복구공법, 보수범위 등은 복구 시 전문가 의견 및 판단으로 보완한다.
Table 4
Verification with Disaster Recovery Scenario and Expert Opinion(Retaining Wall)
]
]
]3.1.5 댐 검증
Table 5는 전문가 도출공법과 시나리오 도출공법 비교표이다. 댐의 주요 피해는 손상, 균열, 붕괴 3가지로 이에 따라 공법을 도출하였다. “이동저수지”의 도출공법은 일치하였는데 “괴연저수지”의 도출공법은 유사하였다. 전문가 의견으로 댐의 피해복구는 피해 규모에 따라 긴급복구와 유지보수로 구분이 필요하다고 하였는데 시나리오는 안전진단등급 ‘D’에 준하여 기준에 포함되지 않는 경우는 유지보수로 판단한다. 피해가 모호한 기준의 경우는 설계기준 및 지침, 전문가 의견을 반영해 정량화하였다.
Table 5
Verification with Disaster Recovery Scenario and Expert Opinion(Dam, Weir)
]
]
]3.1.6 보 검증
Table 6은 전문가 도출공법과 시나리오 도출공법 비교표이다. 보의 피해는 누수, 균열 2가지로 이에 따라 복구공법을 도출하였다. 시나리오 도출공법과 전문가 도출공법은 일치하였다. 시나리오의 도출공법은 전문가 도출공법보다 세부적으로 도출되었다. 전문가 의견으로 보는 시공 불량, 설계오류 파악이 필요하다고 하였다. 시나리오는 시공 불량, 설계오류 등으로 인한 구조적 손상이 있는 경우 손상진단 기준에 따라 안전진단(손상진단)을 하게 하였다.
Table 6
Verification with Disaster Recovery Scenario and Expert opinion(Weir)
]
]
]3.2 검증 결과
Table 7은 전문가 도출 공법과 시나리오 도출공법을 비교하여 분석한 결과표이다. Fig. 7은 전문가 도출 공법과 시나리오 도출공법을 비교하여 분석한 결과 그래프이다. 6가지 구조물에 대하여 실제 피해구조물과 긴급복구공법 도출 시나리오의 도출공법에 대하여 피해유형 132건을 비교하였다. 각 구조물 별로 교량 20건, 제방 20건, 사면 32건, 옹벽 16건, 댐 12건, 보 32건을 대조하였다. 교량은 20건 중 일치 9건, 유사 11건으로 시나리오와 실제 피해구조물과 일치도가 45%로 분석되었다. 제방은 20건 중 일치 14건, 유사 6건으로 일치도가 70%로 분석되었다. 사면은 32건 중 일치 22건, 유사 10건으로 일치도가 69%로 분석되었다. 옹벽은16건 중 일치 12건, 유사 4건으로 일치도가 75%로 분석되었다. 댐은 12건 중 일치 6건, 유사 6건으로 일치도가 50%로 분석되었다. 보의 경우 32건으로 일치 24건, 유사 8건으로 일치도가 75%로 분석되었다. 총 132건 중 일치 87건, 유사 45건, 상이 0건으로 일치도는 66%로 분석되었다. 비록 일치도가 66%로써 완벽한 수준은 아니지만, 유사 공법이 도출된 경우까지 포함한 경우는 100%였으며 공법이 상이한 경우는 나타나지 않았다. 이와 같은 이유는 긴급복구공법 도출 시나리오와 일선 실무자와의 공법명의 차이(조달청 표준코드 공법명과 현장에서 사용하는 공법명), 전문가의 특수 공법 사용 및 2종 이상의 공법 조합사용 등 때문에 비롯된 것으로 사료된다.
Table 7
Comparison of Expert Derivation Method and Scenario Derivation Method
4. 결론
본 논문에서는 피해 빈도가 높은 피해 유형에 따라 구조물별로 복구 우선순위, 긴급 복구조건(판별기준 및 건설환경), 시공여건을 고려하여 신속한 복구 공종 및 긴급복구공법 도출 시나리오를 개발하였다. 개발된 시나리오는 일선 실무자에게 현장 여건에 적합한 복구 기술, 소요자원 및 예산 제시 등 현업에서 바로 쓰일 수 있도록 만들었다. 또한 도출된 복구공법에 대하여 피해크기와 공법별 일위대가를 결합하여 소요자원 및 대략 예산제시를 자동화할 수 있도록 연구·개발 하고 있다.
개발된 시나리오에 대하여 검증을 정량적으로 확인하기 위해 전문가 의견 또는 실제 보수⋅보강 사례들과 비교하여 시나리오를 검증하였으며 시나리오의 정확도 및 논리성 향상하는 데 기여하였다.
(1) 긴급복구공법 도출 시나리오는 태풍, 수해 등으로 구조물에 피해 발생 시 복구 담당 실무자에게 현장 여건에 적합한 복구 공법, 소요자원, 예산제시 등 현업에서 필요한 내용을 담을 목적으로 개발한 시나리오이다.
(2) 긴급복구공법 도출 시나리오를 구조물별(교량, 제방, 사면, 옹벽, 댐, 보)로 피해 유형(피해빈도가 높은 순으로 4~5개)에 따라 총 28개를 작성하였으며, 이를 구조물별로 통합하여 시나리오 통합본 6개를 작성하였다.
(3) 긴급복구공법 도출 시나리오에 대해 정량적 검증을 위해 교량, 제방, 사면, 옹벽, 댐, 보 등 실제 피해구조물에 대하여 총 20개소의 피해유형 132건을 비교하고 분석하였다. 검증방법은 실제 사용된 공법 또는 전문가(안전진단 기술자, 시공기술자, 복구 기술자, 설계 기술자 등 4인)의 도출 공법과 긴급복구공법 도출 시나리오에서 도출된 복구공법과 비교하였다.
(4) 긴급복구공법 도출 시나리오에서 도출된 복구공법을 비교한 결과 교량은 20건 중 9건, 제방은 20건 중 14건, 사면 32건 중 22건, 옹벽 16건 중 12건, 댐 12건 중 6건, 보 32건 중 24건 일치 등 총 132건 중 87건이 일치하였고 유사한 경우는 45건, 불일치는 발생하지 않았다. 총 일치도는 66%로 분석되었다.
(5) 총 일치도가 66%로써 완벽한 수준은 아니지만 유사한 공법이 도출된 경우까지 포함한 경우는 100%였다. 이와 같은 이유는 긴급복구공법 도출 시나리오와 일선 실무자와의 공법 명의 차이(조달청 표준코드 공법 명과 현장에서 사용하는 공법명), 전문가의 특수 공법 사용 및 2종 이상의 공법 조합사용 등 때문에 비롯된 것으로 생각한다.
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