1. 서 론

1994년 성수대교 붕괴사고 이후, 시설물 안전관리에 관한 특별법(1995. 1. 5)이 제정된 이후, 2016년까지 25회의 개정이 있은 이래, 2017년 1월 17일 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법으로 개정되었다. 이는 시설물 안전을 중심으로 관리하던 내용을 확대하여 시설물의 고령화와 시설물 이용자의 편의성을 함께 도모하고자 하는 내용을 포함하고 있다. 이를 위해 기존의 안전성 중심의 평가에서 내구성과 사용성을 포함하도록 평가지침이 2018년 6월 제정된 이후, 2019년 9월 개정되어 시설물 안전 및 유지관리에 이용되고 있다. 특히, 21세기 들어서 사회기반시설이 국가자산으로 관리되어야 한다는 국내 연구결과(Chae et al., 2009; Chin et al., 2009)가 발표된 이후, SOC 시설물 유지관리에 대한 중요성이 점점 확대되고 있다.

시설물의 유지관리에 관해서는 미국의 사례가 대표적이다. Table 1에 나타난 바와 같이 1988년부터 시작된 Infrasturcture Report Card는 처음에는 미국 국회 주관으로 붕괴가능성이 있는 시설을 위한 공공작업 개선리포트(public works improvement report) 작성을 위해 시설물의 등급을 평가한 이후, 1998년부터 미국 토목학회가 주관하여 이 작업을 수행하여 왔으며 2001년부터는 4년 주기로 자국의 공공시설에 대한 평가를 수행하고 이에 대한 내용을 발표하고 있다.

Table 1. American infrastructure report card (www.infrastructurereportcard.org)

Table 1의 평가를 위한 세부지표로는 성능(capacity), 상태(condition), 재원(funding), 미래수요(future need), 유지관리(operation and maintenance), 공공안전(public safety), 회복성(resilience), 혁신(innovation)의 8가지 요소가 있으며 Table 1의 내용을 살펴보면, 미국의 공공시설은 몇몇 시설을 제외하고는 대부분의 시설이 D등급 단계이며 이를 위해 필요한 예산은 2017년의 경우, 4.59조 달러에 육박하여 막대한 예산이 필요한 것으로 결과가 발표되었다. 그리고 이러한 발표가 유지관리에 관한 예산 책정에 근거가 되어 최근에는 미국의 공공시설을 위한 예산책정이 증가하고 있는 실정이며 이러한 증가된 예산의 투입은 Fig. 1에 나타난 바와 같이 2017년 미국의 공공시설 등급의 변화가 전반적으로 시설물의 성능등급이 유지 또는 상승하는데 일조한 것으로 판단된다.

Fig. 1.

2017 Infrastructure grade (www.infrastructurereportcard.org)

Fig. 1의 오른쪽 하단에 나타난 바와 같이 평가등급 A∼F는 우리 나라의 평가등급체계와 동일하며 그 상태에 대한 정의도 매우 유사하다.

이외 국외 사례를 살펴보면, 캐나다의 경우에는 2012년 인프라 평가보고서 운영위원회에서 처음으로 인프라 평가보고서가 발행되었으며 상수, 하수, 우수처리, 도로 4개 분야에 대한 평가가 수행되고 있다. 호주의 경우에는 호주엔지니어링협회에서 1999년부터 인프라 평가보고서가 발행되고 있으며 2008년 호주 인프라법이 제정되어 인프라국 주관으로 미국과 같이 리포트 카드가 발표되고 있다. 영국의 경우에는 영국토목공학회 주관으로 에너지, 교통, 지역교통, 상하수도, 홍수 리스크관리, 폐기물 및 자원관리 6개 분야에 대해 평가를 실시하고 있다(KICT, 2014).

이 연구에서는 최근 개정된 시설물 안전 및 유지관리 실시 세부지침의 내용을 고찰하고 개정 전의 시설물 평가이력을 분석하여 현재까지 어떠한 평가등급을 목표로 보수보강이 수행되었는지 여부를 우선적으로 파악하고자 한다. 그리고 이 목표평가등급이 최근 개정된 옹벽의 성능평가에서도 적용가능한지 여부를 2가지 옹벽시설에 대한 평가사례를 통해 비교하고자 한다. 이때, 대상시설물은 대표적인 지반구조물인 옹벽으로 정하였으며 시설의 기능과 관련하여서는 도로옹벽을 중점적으로 다루었다. 마지막으로, 개정된 옹벽 성능평가에서는 다른 시설물과 달리 안전성과 내구성만으로 성능평가를 수행하는 점에 대해 향후 사용성이 추가될 경우에 포함 가능한 세부지표를 추천하고 이에 대한 국내외 사례를 조사하였다.

2. 개정된 옹벽의 성능평가

Table 2와 Table 3에 나타난 바와 같이 현재 개정된 옹벽 성능평가의 내용을 보면, 기존의 안전성 중심의 정밀안전진단의 항목에서 포함하고 있는 내용을 대부분 수용하고 있다.

Table 2. Performance and indicator of retaining wall (KICT, 2012)

Table 3. Performance and indicator of retaining wall (KICT, 2019)

다만, 기존 안전성 중심에서 콘크리트 옹벽의 상태안전성 세부지표 중 누수가 빠져 있으며 보강토 옹벽의 경우에는 암석의 풍화도가 현재의 성능평가 내구성 부분에 포함되어 있다.

개정된 성능평가에서 종합성능평가는 안전성능과 내구성능에 대해 각각의 가중치를 곱하여 산정하며 그 내용을 요약하면 Table 4와 같다.

Table 4. Weighting factor in evaluation of total performance grade (KICT, 2018)

3. 기존의 옹벽 안정성 평가이력에 대한 분석

우리 나라 주요 SOC 시설물을 관리하는 시설물 통합정보관리시스템(www.fms.or.kr)에 나타난 2019년 11월의 1,2종 시설물의 현황을 나타내면 Fig. 2와 같다.

Fig. 2.

Status of 1&2 type SOC facilities in Korea (www.fms.or.kr)

이 중에서 준공년도에 따른 옹벽 현황과 개별 시설물의 등급의 현황은 Fig. 3과 같다.

Fig. 3.

Retaining walls according to the year of completion and evaluated performance grade of each facility in FMS (www.fms.or.kr)

시설물 통합정보시스템에서는 매년 시설물 유지관리를 위해 연보를 작성배포하고 있는데, 2016년까지의 자료를 토대로 총 549개의 도로옹벽에 대한 안전성 등급을 수집하여 유지관리에 대한 내용을 분석하였다. 분석에 있어서 가장 먼저 2016년을 기준으로 옹벽의 안전성 등급을 조사하였으며 이후 시설물의 공용기간을 5년 단위로 구분하여 준공 당시의 등급과 현재 등급을 비교하였다. 또한, 공용기간 중 등급 변화를 5년 단위로 비교하였다.

우선, 549개 도로옹벽의 2016년 등급현황을 나타내면 Fig. 4와 같다.

Fig. 4에 나타난 바와 같이 도로시설에 위치한 옹벽은 대부분 A등급으로 유지관리되고 있으며 C등급 옹벽은 거의 없는 것으로 나타나 2016년 당시까지의 유지관리는 철저하게 시행되어 왔다고 판단된다. 특히, 2016년 현재, A등급 옹벽의 증가는 이를 잘 반영하고 있다. 또한, 준공 당시의 등급과 2016년 등급을 공용기간 5년 단위로 구분하여 A등급과 B등급에 대해 나타내면 다음과 같다.

Fig. 4.

Safety grade of retaining wall by the road (549 facilities)

Fig. 5를 보면, 왼쪽의 그림에 나타난 A등급의 경우, 공용기간 5년이 지나면서 A등급으로 유지되던 옹벽이 다소 감소하는 것으로 나타났다. 이에 반해 B등급의 경우, 최초 A등급의 옹벽이 B등급으로 안전성이 떨어지게 된 점이 반영되어 5년이후, B등급으로 유지관리되는 옹벽이 증가한 것으로 나타났다.

Fig. 5.

Comparison of grade change in the year of completion and 2016

Fig. 4에 나타난 바와 같이 2016년 현재 A등급을 유지하는 옹벽이 거의 90%에 이르는 점과 실제 준공초기에는 A등급으로 옹벽을 건설할 것이라는 가정 아래, A등급 옹벽이 다른 등급으로의 변화없이 계속적으로 A를 유지하는 가를 조사하여 나타내면 Fig. 6과 같다.

Fig. 6.

A grade maintain rate from the year of completion to 2016

Fig. 6을 보면, 공용주기 10년 이내의 옹벽은 A등급을 유지하는 경우가 90% 이상인 반면, 10년 이후의 옹벽들은 그 유지율이 70% 수준인 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 옹벽의 경우, 10년이 경과하면서 시설노후가 발생하기 시작하는 것으로 판단된다.

이 연구에서는 최초 A등급 및 B등급 시설물이 유지관리 하에서 어떻게 등급이 변화하는 지 여부를 상세하게 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다.

Fig. 7을 보면, A등급의 경우, 5년이 경과하면서 몇몇 시설이 등급 저하현상이 나타나기 시작하여 10년 이후 그 현상이 발전되어 나타나다 20년이 지난 시설의 경우, 그 현상이 심화되어 나타났다. 또한, B등급의 경우에도 20년이 지나면서 등급저하가 발생하였다.

Fig. 7.

Grade change of retaining wall

이상의 결과로부터 옹벽 시설물의 노후는 일반적으로 10년이 지나면서 발생하고 20년이 경과하면 그 현상이 심화되어 나타날 수 있다고 판단된다. 또한, 최근의 성능평가 이전의 안전성 중심의 유지관리는 최소한 B등급 이상을 유지하는 것을 목표로 수행되어 왔다고 볼 수 있다. 이러한 점을 고려하여 2018년 시설물 안전 및 유지관리 실시 세부지침에 의거하여 옹벽 시설물을 평가 관리할 경우, 목표성능등급은 B를 유지하는 것이 적절한 것으로 판단되며 이때, Table 3에 나타난 바와 같이 기존의 안전성 평가부분의 가중치가 옹벽 성능평가에 추가된 내구성 평가부분의 가중치보다 2배 이상 큰 점도 고려되었다.

4. 실제 옹벽의 성능평가를 통한 목표성능등급의 제한적 적용

이 연구에서는 실제 옹벽 2개소에 대해 성능평가를 수행하고 앞선 목표성능등급 B를 유지하기 위해서는 어떠한 조치가 필요한 지 여부를 검토하였다. Table 5는 성능평가 결과를 요약하여 나타낸 것이다.

Table 5. Performance evaluation results of earth retaining wall

Division	A Reinforced earth retaining wall (General)			B Reinforced earth retaining wall (General)
Performance evaluation	Safety	Durability	Total	Safety	Durability	Total
Grade	a	c	B	b	c	C
Score (X)	0.08	0.43		0.25	0.43
Weighting factor (Y)	0.7	0.3	0.185	0.7	0.3	0.304
X × Y	0.056	0.129		0.175	0.129
Comment	Safety : block failure Durability : Snow days > 14 days			Safety : bad drainage / cracks Durability : Snow days > 14 days

Table 5의 종합성능평가는 표에 나타난 안전성 결함점수와 내구성 결함점수에 대해 각각 가중치를 곱하여 산정된 결과를 Table 6의 기준을 적용한 것이다.

Table 6. Grade evaluation criteria for total performance

이상과 같은 성능평가를 토대로 앞서 언급한 목표성능등급 B를 적용하기 위해서는 여러 방법이 있을 수 있다. 예를 들어 안전성을 높이는 방법과 내구성을 높이는 방법이 있을 수 있는데 안전성의 경우, Table 2와 3에 나타난 바와 같이 재료 및 구조적 결함이 있는 곳에 적절한 대책공법을 적용하는 것이 가능하다. 그러나, 내구성의 경우, Table 5의 결과에 나타난 바와 같이 강설지수가 14일 이상으로 열화환경평가 결과가 C로 산정된 경우에는 Table 7과 Table 8에 나타난 바와 같은 지형학적 기상학적 요인을 완화하는 대책은 있을 수 없다. 따라서, 목표성능등급의 산정에 있어서 열화환경평가는 생략하는 것이 바람직하며 이를 대신하여 내구성의 열화진전평가 요소에 대해서는 목표성능을 B로 하거나 아니면 Table 6의 B등급 범위 내의 중간값인 0.23 정도를 반드시 만족하도록 상향할 필요가 있다.

Table 7. Salty condition (distance from coast)

Table 8. Salty condition (snow remover) and freezing condition

5. 옹벽의 성능평가에 있어서 추가사항 제안

지반구조물에서 대표적인 시설을 들면, 터널, 옹벽, 비탈면을 들 수 있다. 2018년 시설물 안전 및 유지관리 지침을 보면, 터널에 대해서는 사용성을 평가하도록 되어 있는 반면, 옹벽은 이 부분이 생략되어 있다. 성능평가에서 사용성 평가는 이용자 입장의 서비스 정도를 평가하는 것으로 옹벽의 접근성이 비록 다른 시설에 비해 적고 사고사례도 터널에 비해 많지 않아 이를 생략한 것으로 보이나, 터널의 사용성에 포함되어 있는 세부평가지표를 보면, 재해와 관련된 것이 포함되어 있어 옹벽에서도 이를 반영할 필요가 있다.

Fig. 8은 도로 옆의 보도를 끼고 있는 보강토 옹벽이 붕괴된 것을 보여 주고 있다. 만약, 행인이 이 길을 걸어가는 경우를 생각하면 매우 위험할 것이므로 이러한 점을 반영하여 도로옹벽의 경우, 보도가 있는지 여부와 있을 경우, 이용량 또는 이용빈도를 토대로 사용성을 산정하여 성능평가에 반영할 필요가 있다.

Fig. 8.

Accident case of reinforced earth retaining wall (KECRI, 2017)

또한, 최근의 도시재생에 대한 관심 증가로 옹벽시설에 그림을 그리거나 보강토 옹벽에 사용되는 판넬의 무늬를 다양하게 하는 등 옹벽의 미관성이 강조되는 점도 고려할 필요가 있다. 아래의 Fig. 9에서 왼쪽 그림은 포천시, 그리고 오른쪽 그림은 군포시 주관으로 거행된 옹벽 페인팅 공모대회 출품작품이다.

마지막으로 Fig. 8과 같은 사고가 발생한 도로가 매우 중요할 경우에도 이를 사용성에서 반영할 필요가 있으며 목표성능도 상향조정할 필요가 있다. 이와 관련하여 몇몇 국가에서 Table 9에 나타난 바와 같이 가중치를 높여 관리하고 있는데 이를 요약하면 다음과 같다.

Table 9. High resilience priority roads

Nation	Photo	Contents
Japan		Disaster prevention road - Roads maintained for emergency and recovery - Related law (2013. 11. 22) 1) landslides and rockfalls 2) flooded area 3) Aseismic road
U.S.A		Strategic Highway Network - Establish a link between the national defense system and major military facilities - Emergency defensive road network in consultation with FHWA
U.K		Primary Route Road (PRN) - Main road transport network connecting major cities, ports and airports in the UK - 333 roads were selected in 1994. 15 erased and 16 were added in 2010.

Table 9에 나타난 바와 같이 미국, 영국, 일본에서는 주요 도로를 확보하여 교통의 연속성과 도로의 회복성에 주안점을 두고 운영하고 있다. 우리 나라에서도 이러한 도로의 운영이 필요한 시점이며 이러한 정책이 실행될 경우, 도로변의 옹벽도 도로의 중요도에 따라 그 목표성능이 상향될 필요가 있다.

6. 결 론

이 연구에서는 기존의 안전성 평가 중심에서 내구성 및 사용성 부문을 포함한 시설물의 성능평가로 확대된 2018년 시설물 안전 및 유지관리 실시 세부지침에 대해 옹벽 시설물을 대상으로 적정 목표성능을 선정하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 성능평가가 도입되기 전까지의 옹벽의 안전성 평가등급이 어떻게 변하였는지를 조사분석하고 이를 토대로 목표성능을 제시하였으며 실제 2개의 보강토 옹벽을 대상으로 한 성능평가 결과를 토대로 목표성능 적용시 문제점을 파악하고 이를 보완할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한, 옹벽의 경우, 다른 지반구조물과는 달리, 사용성이 생략되어 있는 점을 고려하여 사용성 부문에서 추가될 수 있는 평가요소를 제시하였을 뿐만 아니라 최근 기후변화와 지진발생 등 국내 대규모 재해발생에 대한 가능성이 높아지는 점을 고려하여 목표성능의 적용방안도 함께 제시하였다. 연구를 통해 얻게 된 결론은 다음과 같다.

(1) 준공이후 2016년까지 공용 중인 500여개의 옹벽 시설에 대한 안전성 평가등급의 변화를 분석한 결과, 2016년 당시 옹벽시설의 등급은 80% 이상이 A등급인 것으로 나타났으며 대부분의 시설이 B등급 이상으로 나타났다.

(2) 5년 단위로 구분하여 준공 후 공용기간에 따른 분석결과, A등급에서 등급이 저하되기 시작하는 기간은 준공 후 5년인 것으로 나타났다. 추가적인 A등급의 유지율 분석결과, 준공 후 10년이 경과하면 유지율이 90%에서 70%수준으로 낮아지는 것으로 나타났다. 또한, A등급 및 B등급에 대한 각각의 시설물 등급변화를 5년 단위로 분석한 결과, 준공 후 20년이 지난 시점에서 급작한 등급변화가 나타났다.

(3) 이상의 분석결과들을 통해 국내 옹벽 시설물의 노후는 일반적으로 10년이 지나면서 발생하고 20년이 경과하면 그 현상이 심화되어 나타날 수 있다고 판단되며 이전의 안전성 중심의 유지관리는 최소한 B등급 이상을 유지하는 것을 목표로 수행되어 왔다고 볼 수 있다. 이러한 점을 고려하여 현재 새롭게 제정된 성능평가에서의 옹벽에 대한 목표성능등급은 B를 유지하는 것이 적절한 것으로 판단된다.

(4) 2개의 옹벽 시설에 대한 성능평가 사례를 토대로 목표성능을 적용한 결과, 내구성 평가시 열화환경지표는 지형학적 기후학적 요소를 포함하여 이를 완화할 수 있는 방법이 있을 수 없으므로 목표성능등급의 산정에 있어서 열화환경평가는 생략하는 것이 바람직하며 이를 대신하여 내구성의 열화진전평가 요소에 대해서는 목표성능을 등급이 아닌 결함점수를 토대로 상향조정하는 방법이 강구될 필요가 있다고 판단된다.

(5) 마지막으로 현재 옹벽의 성능평가에 있어서 사용성이 생략되어 있는데, 최근의 기후변화와 도시재생시 미관성이 강조되는 점을 고려하여 재해의 위험성과 미관성 등을 포함하여 사용성 부문을 추가할 필요가 있다고 판단되며, 특히 해외의 중요도로의 선정과 관련하여 국내에서도 옹벽이 위치한 도로가 중요도로일 경우에는 목표성능을 상향시켜 교통의 연속성과 도로의 회복성을 유지할 필요가 있는 것으로 판단된다. 최종적으로 이 연구를 통해 제시된 목표성능의 적용방안이 안전성, 내구성, 사용성을 포함하는 성능평가로 확대될 옹벽 시설물의 안전 및 유지관리에 크게 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.