흙막이 붕괴 사고사례 분석
사례 1. 경기도 안산시 흙막이 붕괴 사고
1. 공사 개요
공 사 명 : 경기도 안산시 사동 ooo 근린생활시설 신축공사
공사기간 : 2020. 7. 1. ~ 2022. 2. 28. (17개월)
공 정 률 : 8.5% (2021. 1. 13. 사고 당일 기준)
층 수 : 지하 4층 / 지상 13층
2. 사고 경과
3. 사고 현장 전경
4. 사고 원인
1) 갑작스러운 설계 변경
원래 슬러리월(D.Wall) 공법으로 설계되어 있었으나 설계사가 변경되며 SCW 공법으로 설계가 변경되었습니다.
흙막이 공법의 변경설계 시 채택한 S.C.W(Soil Cement Wall) 공법은
원설계에 적용되었던 슬러리월(D.Wall) 공법에 비하여 시공이 단순하고 경제적인 반면,
상대적으로 강성이 작고, 주변 변위가 커서 일반적으로 연약지반이나 자갈층 등에는 적합하지 않습니다.
또한 변경된 설계사는 흙막이 공법 비교시 원설계 공법인 지중연속벽(D.Wall) 공법과 장단점 비교 분석을 해야 하나, 원설계와 전혀 관련성이 없는 CIP 공법과 비교분석을 진행하였습니다.
2) 흙막이 구조해석 시 사용된 설계 정수의 오류
SCW로의 설계변경 시, 설계사는 단 2회의 실험으로 얻은 지반 강도를 설계정수로 사용하였습니다.
특히, 설계값 사용에 대한 신뢰성 검토가 필요하였음에도 검토가 이뤄지지 않았습니다.
위 표에서 보는것과 같이, 점착력은당초 15kPa 에서 30kPa로 2배 가량 증가된 수치를 적용하였으며,
내부마찰각 또한 10도 에서 15도로 증가시켜 토압 계산에 적용하였습니다.
실내 직접전단시험을 통해 설계정수를 적용하였다고 하지만, 시험 당시 시료 상태나 시험장면에 대한 내용은 제출되지 않아 확인할 수 없었으며, 시료의 교란 여부 또한 파악하고 있지 않은 것으로 조사되었습니다.
지하수위도 지반조사 결과보다 5m 이상 낮은 현장 Auger시험에서 측정된 값을 사용하였습니다.
이 값을 구조검토시 적용한 것은 문제라고 생각됩니다.
3) 과굴착
시공사에서 굴착공사를 실시함에 있어 7단 지보재만 설치한 상태에서 최하단의 장비를 운영하여 굴착하기 위하여 8단 지보재 없이 과굴착을 실시한 것으로 조사되었으며, 이는 시공사, 굴착하도급사, 굴토 감리사로부터 대면조사 시 증언하였습니다.
스트럿 8단 미설치 후 굴착진행 중 비지장의 길이 4.81m로 입력하여 구조계산을 실시하였습니다.
구조계산 결과 띠장 6∼7단에서 전단응력이 증가하여 흙막이 벽체 수평변위 역시 1.7배 이상 발생한 것으로 해석되었습니다.
4) 크램쉘 장비 하중 추가에 의한 토압 증가
현장에서 굴착공사를 시행함에 있어 토사를 외부로 배출하기 위하여 크램쉘을 사용하였으며, 이는 설계 또는 설계변경시 고려되지 않은 사항으로서 토압 증가의 요인이 된다. 이에 크람쉘 하중을 고려하여 토압증가로 인한 해석적 검증을 실시하였다
토사 굴착 및 상차를 위한 크람쉘 추가 하중 입력결과 사보강 strut 6~8단 bolt 수량부족과 wale 6~8단에서 허용응력 이상으로 발생하였다.
5) 계측 관리기준 설정 오류
계측 시 계측관리 기준은 지하안전영향평가 보고서나 설계도서에서 제시한 기준을 따라야 하나
실제 계측보고에서는 그 기준을 따르지 않고
관행적으로 서울지하철 9호선 계측 관리기준에 제시되어 있는 1/200, 1/300, 1/500의 관리기준을 적용하였습니다.
그러나 실제로는 2015년 5월 부터 서울지하철의 경우도, 관리기준이 1/700, 1/500, 1/300로 변경되었음을 계측업체에서는 간과한 것으로 보입니다.
설계값의 2차 관리기준치(주의)는 29.97mm로
붕괴 전날인 2021년 1월 12일 계측값은 32.93mm로 설계값을 초과하였습니다.
이는 유선으로만 보고하고, 공문 등의 자료를 통한 보고 및 대책 수립 회의 등은 없는 것으로 확인되었습니다.
개인적인 생각이지만, 만약 제대로된 관리기준치를 설정하였다면, 1월 초에 이미 1차 관리기준치를 초과하여
시공사에 보고가 되었을 테고,
만약 이를 보고받은 시공사에서 적절하게 대응하여 보강조치를 했다면 사고를 막을 수도 있지 않았을까 생각됩니다.
5. 건설안전기술사의 제언
흙막이 설계는 토압에 대한 구조검토에 의해 굴착깊이 및 소단 등 을 결정하며,
시공순서도에 맞게 굴착이 진행되어야 합니다.
이를 준수하지 않고 과도하게 굴착하는 경우 위 사례와 같은 흙막이 붕괴가 발생할 수 있습니다.
이는 심각한 안전 위험과 재산 피해가 발생시킬 수 있으며, 건설업계 전반에도 막대한 악영향을 끼칠 수 있습니다.
위 사례와 같은 흙막이 붕괴를 방지하려면 몇 가지 중요한 고려 사항을 염두에 두어야 합니다:
흙막이 설계도와 구조검토서의 숙지 및 이행
굴착하기 전에 흙막이 내하력, 즉 토압을 지탱할 수 있는 능력을 파악하는 것이 중요합니다.
이는 적절한 지질조사 및 분석을 통해 확인할 수 있으며, 위 사례와 같이 임의로 판단하여 조정하는 것은 지양해야 합니다.
특히, 사면구배와 1회 굴착깊이 그리고 소단성토 등은 반드시 설계기준을 준수해야 합니다.
계측관리 및 관리기준치의 적정성 확인
계측관리 하여 정기적으로 모니터링하는 것 또한 붕괴 발생 전에 불안정한 징후를 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.
지중경사계와 지하수위계 그리고 흙막이 가시설의 하중계/변형률계 등을 집중적으로 확인하는 게 중요합니다.
계측관리 업체에서 일부 자의적인 판단으로 '안정' 판단을 내리는 경우도 있기 때문에
지하안전평가서의 관리기준치를 재확인하시고, 현장에서도 결론만 보는 게 아니라 계측값을 이해하고 판단하는 게 중요합니다.
이러한 사항을 염두에 시공한다면 흙막이 붕괴 위험을 크게 줄일 수 있으며,
작업자의 안전을 보장하고 재산 피해를 예방할 수 있을 것입니다.
출처 : 경기도 안산시 사동 oooooo 공사 흙막이 붕괴 사고조사보고서 (2021. 3)
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