흙막이공사 사고 일반, 고려사항, 사고원인, 사고사례(1)

9.1 흙막이공사 사고 일반

9.1.1 서론

도시로의 인구집중 현상으로 인한 사회시설의 고밀도화는 용지 면적의 부족 현상을 초래하였으며, 효율적인 용지 활용을 위한 지하공간 개발의 필요성을 증대시켰다. 이에 따라 최근 건설되는 시설물들은 재래 시설물들에 근접한 지하굴착 공사를 피할 수 없게 되었다. 도심지에서의 근접시공은 주변 지반의 변위, 변형, 응력 상태의 변화 등을 초래하여, 인접 구조물의 안정에 영향을 미치게 된다. 또한, 소음, 진동, 분진 등의 건설공해는 민원 및 환경적인 측면에서 건설공사의 수행에 세심한 배려가 요구되고 있다. 최근 몇 년 동안 대단히 많은 도심지 굴착공사가 시행되었으며, 이에 따라 기술 축적도 상당히 이루어졌지만, 사고 또한 많이 발생하여 사회적으로 문제가 되는 실정이다. 본 장에서는 굴착공사에 따른 문제점과 흙막이 굴착공사에 의한 붕괴원인 및 형태에 대한 설명과 최근 지하굴착 공사에서 발생한 흙막이벽 붕괴 사고의 원인을 분석하고 그 대책에 대해 논의해 보고자 한다.

9.1.2 지하굴착 설계 및 시공 시 고려사항

지하구조물 설치를 위한 지하굴착 공사에서 토류구조물을 시공하기 위한 고려사항은 크게 4가지로 정리되면 이는 다음과 같다. (1) 벽체의 안정성, (2) 굴착바닥면의 안정성, (3) 주변 구조물의 안정성, (4) 지하수에 대한 안정성 또한, 이에 따라 검토해야 하는 항목으로 구분할 수 있다. 특히, 굴착공사에서 지하수의 처리는 매우 중요한 데 비해 설계 및 시공계획 시 간과하기 쉽다. 만약 지하수에 대한 검토가 불충분하다던가 지하수의 처리를 잘못할 경우, 흙막이 구조의 붕괴, 토사유출에 의한 배면 측 지반의 함몰 등을 야기하게 되며, 피압수가 있는 경우에는 지지층이 되는 굴착 바닥 면을 교란해 지지력을 감소시키는 일이 발생 할 수 있다. 또 주변 지반에 대해서는 수위 저하에 의한 지반침하, 우물의 고갈, 인근 건물의 지지력 저하, 공공매설물의 침하로 인한 피해 등이 일어날 수 있다. 따라서 지하수 유출이 예상되는 지반에 대해서는 충분한 조사를 통해 신중하게 지하수 처리계획을 선정해야 한다.

9.1.3 토류벽의 사고원인

도심지의 지하굴착 공사를 수행하는 과정에서 발생하는 사고는 크게 토류벽이 외력에 못 견디고 붕괴하는 경우와 붕괴에 이르지는 않았지만 과도한 변위가 발생하여 인접 구조물에 피해를 준 경우로 나누어 볼 수 있다. 따라서, 근접시공에서는 토류벽 자체의 안정성 확보는 물론이고 인접 구조물에 끼치는 영향도 동시에 고려되어야 한다.
지하 굴착공사가 진행되면서 수반되는 지반의 거동은 아래와 같이 나눌 수 있다.
① 토류벽의 변위 발생과 이에 따른 지반의 이동
② 굴착에 따른 저면의 응력이완으로 인한 지반 팽창
③ 지하수위 유출로 인한 토사의 유실과 이에 따른 배면 지반의 침하
통상적으로 토류구조물의 파괴는 크게 ① 토류벽 지지구조가 부실한 경우, ② 벽체 또는 엄지말뚝의 근입 심도가 부족한 경우로 나눌 수 있는데 전자인 ①의 원인이 되는 파괴 형태는 토류벽 시스템의 파괴, 배면의 과도한 침하. 지지구조의 평면 배치 부실 등이며, 후자인 ②가 원인인 경우는 굴착바닥면의 파괴, 사면 활동에 의한 파괴 등이다.

9.2 사고사례(1)

9.2.1 서초동 신춘 지하굴착 공사

1) 현황
서울시 서초구 서초동에 위치한 본 현장은 직사각형 모양이며, 가설토류벽 설치구간은 가로와 세로가 각각 "24.6m x 39.5m"의 규모로, 굴착계획 깊이 G.L(-)27.0m이며, 상대적으로 지반고 차이가 도로변 쪽이 약 G.L(+)0.0m, 배면 쪽인 아파트 쪽은 다소 높아 G.L(+)3.0m에 이름
2) 시공
토류벽공법은 상부의 토사층과 하부의 암반층으로 구분하여, 상부는 CIP 공법으로 시공하고 하부는 '엄지말뚝+토류판 공법으로' 계획하였으며, 굴착공사는 버팀보 설치를 위해 중앙부를 먼저 굴착하고 토류벽쪽은 소단을 형성시키면서 공사를 진행하였다.
3) 붕괴사고
사고 당시 중앙부의 굴착 깊이는 지표면에서 약 (-)21m 정도였으며, 사고지점 쪽의 토류벽은 (-)19.5m 정도만 굴착된 상태였다. 이때 토류판이 훼손되면서 지속해서 토류벽 배면 측의 토사유출이 진행되어 토류벽 붕괴로 이어졌다. 토류벽 붕괴와 함께 30m도로의 일부가 활동파괴 되었으며, 동시에 도로의 매설된 공공시설물이 파손되었다.
4) 붕괴원인
본 현장의 사고는 정확하지 못한 지반조사 결과를 설계에서 사용한 데에 있었던 것으로, 현장의 지반 조건이 설계에서 사용한 것보다 불리한 상태에 놓여 있었다. 지표면에서 풍화암까지의 심도는 지반조사 결과와 실제 지반 조건이 약 5.0m 정도의 차이가 있었다. 따라서, 설계 당시 가정했던 토압보다 큰 토압이 토류벽에 하중으로 작용한 것이 본 사고의 주된 원인인 것으로 추정된다. 또한, 설계 단면이 구조검토에서는 불안정한 요소가 발견되지 않았으나, 사고 발생 후 실시된 정밀 조사 결과 부재 단면이 구조적으로 불안정한 것으로 나타났다.