1. 서 론

도로 터널, 철도 터널, 지하철, 상하수도, 전력구 등 지하 콘크리트 구조물의 건설이 점점 증가하고 있는 추세이다. 또한 도심지내에서 한정된 공간을 효율적으로 활용하기 위하여 상가, 문화공간, 체육시설을 위한 지하공간 개발이 활발하게 추진되고 있다.

국가기간교통망 확대로 2000년을 기점으로 도로 터널 및 철도 터널의 수량과 연장이 급격히 증가하고 있다. 2015년말 기준으로 총 연장 약 1,418 km의 도로 터널들이 운영 중이며, 건설되어 운영 중인 철도 터널의 총 연장은 약 611 km이다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016; Korea Rail Network Authority, 2016). 미관 확보를 위한 도시계획 정비에 따라 하수박스 및 공동구의 건설은 꾸준히 증가하고 있으며 2011년말 기준으로 하수관로는 약 118,000 km정도 건설되어 운영 중이다(Kim et al., 2009(c)).

지하에 건설되어 운영 중인 지하 콘크리트 구조물은 토압, 수압, 인접구조물의 영향을 받고 다양한 유해성분들을 가진 지하수와 접촉한다. 사용 목적에 따라 구조물 내부 표면은 배기가스, 하수등 유해한 물질들에 노출된다. 이러한 내외부의 환경은 지하 콘크리트 구조물에 균열, 누수, 박리, 박락 등의 변상 및 열화 현상들을 발생시킨다. 이러한 변상 및 열화 현상 중에 균열과 누수가 가장 빈번하게 많이 발생하는 대표적인 현상이다(Choo et al., 2011; Kim et al., 2009(b); Lee et al., 2009). 특히, 지하 콘크리트 구조물에 누수가 발생할 경우 내부로 지하수가 흘러나와 고이거나 겨울철에는 고드름을 발생시켜 사용성에 심각한 문제를 발생시킨다.

지하 콘크리트 구조물에서 누수가 발생할 경우 유도배수 또는 방수처리를 하여 문제를 해결한다. 부분적인 누수가 발생하면 일반적으로 유도배수 처리를 수행하고 광범위한 범위에서 누수가 발생할 경우는 유도배수와 방수처리를 병행하여 처리한다(Federal Highway Administration & Federal Transit Administration, (2004); Federal Highway Administration, (2015)). 그러나 도로 터널, 철도 터널, 지하철 등 같이 운송이 목적인 지하 콘크리트 구조물에서는 교통흐름을 최대한 방해하지 않고 누수에 대한 보수작업을 수행하여야 한다. 그러므로 누수 처리를 위한 유도배수 또는 방수처리를 위한 보수 작업시간이 충분하지 않아 품질 및 장기 내구성에 문제를 발생 시키도 한다.

신속한 시공 및 품질 확보를 위하여 규격화된 유도배수판을 사용한 유도배수시스템이 제안되었다(Kim et al., 2009(a); Kim and Yim, 2017). 제안된 유도배수시스템은 광범위한 범위에서 콘크리트가 열화되고 누수가 발생할 경우 적용하는 전단면 누수 처리 및 단면 복구 방법이다. 제안된 전단면 유도배수시스템을 부분적인 누수가 발생하는 지하 콘크리트 구조물에 적용할 경우 누수가 발생하지 않는 부분까지 시공하여야 하므로 공사비 및 공사기간 측면에서 매우 비효율적인 보수 공법이 될 수 있다.

본 연구의 목적은 지하 콘크리트 구조물에서 부분적인 누수가 발생할 경우 기존 유도배수시스템을 수정하여 누수되는 범위에만 유도배수시스템을 시공하는 방안을 제시하는 것이다. 누수가 발생하는 범위에만 유도배수시스템을 적용할 경우 누수처리를 위한 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있다. 또한 유도배수시스템 내부로 누수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수시설로 이동시키기 위한 방안도 제시하는 것이다.

2. 유도배수시스템의 개선

2.1 개 요

Fig. 1은 운영중인 지하 콘크리트 구조물의 표면으로 누수된 지하수를 유도배수하는 동시에 열화된 콘크리트 단면을 복구하기 위해 제안된 전단면 유도배수시스템을 보여주고 있다(Kim et al., 2009(a); Kim and Yim, 2017). 지하 콘크리트 구조물 내부로 유출된 지하수를 지하 콘크리트 구조물 측벽 하부에 있는 배수 시설로 유도하기 위한 시스템이다. 본 시스템은 지하수 흐름을 원활하게 위한 돌기를 가진 유도배수판(가로 500 mm × 세로 500 mm × 두께 3 mm), 와이어 매쉬 및 뿜어 붙임 모르타르로 구성되어 있다. 본 시스템의 시공방법을 간략하게 소개하면 1단계로 유도배수판이 설치 될 콘크리트 단면을 철 브러쉬로 청소한다. 2단계는 공압타카와 타카핀을 이용하여 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시킨다. 여러 개의 유도배수판을 겹쳐서 연결할 경우 각각의 유도배수판이 겹치는 부위에 실리콘 접착제를 도포하여 접착한다. 3단계는 유도배수판 위에 공압타카와 타카핀(고정핀)을 사용하여 와이어 매쉬를 부착시킨다. 마지막 단계로 유도배수판과 와이어 매쉬 단면에 모르타르를 뿜어 붙여 마무리 단면 복구작업을 수행한다.

Fig. 1에서 보여주는 유도배수시스템은 지하 콘크리트 구조물의 열화된 내부 표면 복구 및 누수된 지하수를 유도배수하기 위한 전단면 복구 공법이다. 만일 지하 콘크리트 구조물 상부에서만 누수가 발생할 경우 유도배수시스템을 터널 상부에서부터 터널 측벽 하단까지 유도배수시스템을 시공하여야 한다. 이것은 터널 측벽에서 누수가 발생하지 않아도 지하 콘크리트 구조물 상부에서 누수된 지하수를 측벽 하부에 있는 배수 시설까지 유도배수하여야 하므로 시공 재료비 및 작업시간이 증가하는 문제점이 발생한다. 또한 운영중인 철도 및 도로 터널들의 보수/보강시 기차 및 차량의 흐름을 최대한 방해하지 말아야 한다. 보수/보강 시간이 충분하지 않고 제한된 작업구역에서 연속적인 보수/보강이 불가능할 경우 보수/보강에 대한 품질 및 성능 저하가 발생할 수가 있다. 그러므로 기존에 제안된 유도배수시스템을 지하수가 누수된 부분에만 적용하도록 수정/보완한다면 신속한 시공이 가능하고 품질 및 성능을 확보할 수 있다.

따라서 이러한 문제점들을 보완하기 위해서 누수가 발생한 부분에만 유도배수시템을 시공하고 누수된 지하수를 유도배수시스템의 한 지점으로 집수하여 지하 콘크리트 구조물 측면 하부 바닥에 있는 배수시설까지 유도하는 방안이 필요하다. 또한, 유도배수시스템 내부로 누수된 지하수가 유도배수시스템 측면과 하부면으로 유출되지 않고 집수 지점까지 도달하기 위하여서는 유도배수판이 콘크리트 표면에 완전 밀착되게 하는 방수 방안이 필요하다.

Fig. 2는 두 가지 문제점들을 해결하기 위하여 개선된 유도배수시스템의 개요도를 보여주고 있다. 지하 콘크리트 구조물 표면에 유도배수시스템의 유도배수판을 완전 밀착시켜기 위한 방수 방안과 유도배수시스템에서 집수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물 측벽 하단의 배수 시설로 보내는 방안을 제안하였다.

본 연구에서는 유도배수시스템의 측면과 하부면에서 지하 콘크리트 구조물 표면과 유도배수판사이 공간을 완전히 밀폐시키는 완전 방수 재료를 선정하였다. 방수 재료는 유도배수시스템내에서 누수된 지하수가 유도배수시스템의 측면 및 하부면을 따라 집수 지점으로 흐르는 안내 역할을 한다. 또한 누수된 지하수를 유도배수시스템의 집수 지점에서 지하 콘크리트 구조물의 배수시설까지 보내기 위한 방법을 제안하였다.

두가지 개선 방안들을 추가로 적용한 유도배수시스템의 성능 검증을 위하여 콘크리트 옹벽을 대상으로 실외 현장 실험을 수행하였다. 다만 기존 유도배수시스템에서 사용된 뿜어 붙임 모르타르, 유도배수판, 와이어 매쉬, 공압타카에 의한 타카핀(고정핀)은 그대로 활용하였다.

2.2 개선 방안

Fig. 3에서 보여 주듯이 유도배수시스템 내부에서 누수된 지하수를 집수 지점으로 보내기 위하여 4가지 방수 재료들을 선정하였다. 4가지 방수재료들에 대한 접착 성능, 방수 성능 및 시공성에 대한 성능평가를 수행하여 최종 방수 재료를 선정하였다.

Fig. 3에서 보여주듯이 첫 번째 선정 재료인 Durkflex는 건축물의 결로 방지 및 동파 방지를 위해 사용되는 고무 발포 보온단열재이다. 다공질의 고무 재질로 방수 효과가 있고 사용이 용이하며 제작하려는 형상 및 치수에 대한 제한이 없는 장점을 가지고 있다. 방수 재료 Durkflex는 공장 제품으로 요구되는 넓이와 높이에 따라 구매하고 절단하여 제작할 수 있다. 본 연구를 위해 두께와 넓이가 각각 10 mm인 Durkflex를 제작하여 사용하였다. 유도배수판과 콘크리트 사이에 설치 시 압축되어 차수 효과가 있을 것으로 판단되었다. 하지만 시공 전 유도배수판에 부착시 접착제를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다.

두 번째 선정 재료인 KE 45 실리콘 접착제는 기존의 일반적인 실리콘 접착제와 같은 형태이지만 고성능 접착력 및 고내구성을 가지고 있어 주로 건축물의 외벽 마감용 재료로 사용되고 있다. 시공에 제약이 없고 재료의 수급이 매우 용이하다. 그러나 유도배수판 내부에 부착시 필요한 일정 두께의 형성이 어렵고 콘크리트 표면에 이물질이 있거나 습기가 있는 경우 접착력이 급격히 떨어지는 단점이 있다.

세번째 선정 재료인 Hotty-gel은 폴리머 계열로 외국에서는 욕실 및 주방의 방수 마감 재료로 사용되고 있다. 내마모성, 내약품성 및 방수 성능이 우수하며 외부 온도 -30°C ~ +80°C에서도 부착력이 유지되는 장점을 가지고 있다. 또한 재료 자체가 점착력 및 탄성을 가지고 있고 압착 시 방수 효과는 더 크게 나타난다. 단면 형태와 두께는 금형의 형태에 따라 다양하게 압출 생산이 가능하다. 그러나 자체 점착력때문에 시공전 유도배수판 표면에 이물질이 있을 경우 점착력이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 폭와 높이가 각각 10 mm인 정사각형 단면을 가진 Hotty-gel을 사용하였다.

마지막으로 네번째 선정 재료는 일반적으로 많이 사용되고 있는 실리콘 접착제이다. 실리콘 접착제는 위에서 언급한 3가지 방수 재료들과 성능 비교를 위하여 선정하였다.

Fig. 4는 유도배수시스템의 집수 지점으로 모인 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 배수관과 고정 새들(saddle)을 보여주고 있다. 배수관은 유도배수시스템의 집수 지점에 연결하는데 단면 복구를 위한 뿜어 붙임 모르타르를 타설할 때 배수관의 파손이나 변형이 거의 발생하지 말아야 한다. 그래서 재료의 변형이 거의 없고 어느 정도 강성을 가진 알루미늄 배수관을 선정하였다. 알루미늄 배수관은 두께가 얇아 가공이 용이하여 장기 누수로 인한 부식 등의 염려가 없다. 또한, 알루미늄 배수관의 수급에 있어서도 기존에 상용화된 관을 사용하므로 새롭게 금형을 제작하는 등 추가 제작 비용이 없다. 배수관의 단면은 한쪽 면이 개방된 곡선 형태를 가지고 있다. 개방된 면을 콘크리크 표면에 부착한 후 곡선 형태의 단면을 가진 고정 새들(saddle)을 배수관 표면 위에 설치한다. 고정 새들(saddle) 양쪽에 있는 구멍에 공압타카로 타키핀을 적용하여 배수관을 고정시킨다.

3. 방수 재료 선정

3.1 시험체 제작

실외 콘크리트 옹벽에서 방수 재료 선정을 위한 유도배수시스템 시공 시 적용될 유도배수판들을 제작하였다. Fig. 5에서 보여주듯이 4개의 유도배수판 내부 측면 및 하부에 4가지 방수 재료들을 적용하였다. Fig. 5에서 유도배수판 하부 모서리 지점에 표시된 원은 방수 재료에 의해 집수된 물을 유도배수시스템 외부로 배출하기 위해 개방된 부분이다. 개방된 부분의 길이는 약 5 cm 정도이며 방수 재료의 방수 성능을 평가하기 위해 콘크리트 옹벽과 유도배수시스템사이에 부어진 물을 배출하기 위한 것이다.

Fig. 6은 방수 재료의 성능 평가를 위하여 5종류의 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에 시공한 모습을 보여주고 있다. 4가지 방수 재료들을 적용한 4개의 유도배수판들과 방수 재료를 적용하지 않은 1개의 유도배수판을 적용하여 유도배수시스템을 시공하였다. 시공 순서는 기존의 유도배수시스템을 시공하는 순서와 동일하다.

Fig. 6의 (a)는 방수 재료를 적용하지 1개의 유도배수판과 4가지 방수 재료를 적용한 4개의 유도배수판을 공압타카에 의한 타카핀으로 콘크리트 옹벽에 부착한 모습을 보여주고 있다. 또한 부착된 유도배수판 표면위에 공압타카, 타카핀 및 고정꺽쇠를 사용하여 와이어 매쉬를 부착시킨 모습을 보여주고 있다. Fig. 6의 (b)는 콘크리트 옹벽에 부착된 유도배수판과 와이어 매쉬 표면에 모르타르를 뿜어 붙여 단면을 정리한 모습을 보여주고 있다. Fig. 6 (a) 및 (b)에서 유도배수시스템 하부 모서리 지점에 표시된 타원은 방수 재료 성능 평가를 위하여 유도배수시스템 배면에 물을 주입하였을 때 방수 재료의 의해 집수된 물을 유도배수시스템 외부로 배출하기 위한 개방된 부분이다.

방수 재료 Durkflex는 접착제를 사용할 경우 유도배수판에 부착이 용이하고 다공성 고무 재질로 콘크리트 표면과 밀착도 양호하여 전체적으로 시공성이 우수하였다. 또한 시공 후 유도배수판 측면 및 하부에서 압착이 잘 되어 있는 것을 확인 할 수 있었다.

방수 재료 KE-45 실리콘 접착제의 사용 방법은 일반 실리콘 접착제를 사용하는 방법과 동일하여 유도배수판 내부의 측면과 하부에 적용하기가 매우 용이하였다. 그러나 KE-45 실리콘 접착제는 일반 실리콘 접착제와 같이 유동성을 가지고 있어 유도배수판에 적용하여 콘크리트 단면에 부착 시 아래로 흘러 내리는 단점을 발견할 수 있었다. 이러한 단점은 일반 실리콘 접착제를 유도배수판에 적용하여 콘크리트 단면에 부착한 경우에도 동일하게 발생하였다. 그래서 유도배수판을 콘크리트 옹벽에 부착 후 유도배수판 측면 및 하부에서 유도배수판과 콘크리트 옹벽 표면 사이를 KE-45 실리콘 접착제와 일반 실리콘 접착제로 다시 채우는 작업을 수행하였다.

Hotty-gel은 재료 자체의 점착력이 커서 유도배수판에 부착 시 주변의 이물질이 잘 붙는 단점이 있다. 그러나 달라붙은 이물질은 물 세척으로 제거할 수 있었고 Hotty-gel 자체의 점착력은 거의 그대로 유지되었다. Hotty-gel 자체의 점착력과 탄성으로 콘크리트 옹벽에 공압타카와 타카핀으로 압착하여 부착된 유도배수판은 우수한 부착 성능을 보였다.

3.2 방수 성능 검증

4가지 방수 재료를 적용한 유도배수시스템의 방수 및 유도배수 성능을 재령별로 평가하였다. 성능 평가는 유도배수시스템 시공 후 재령 7일, 14일, 21일 및 28일에 유도배수시스템 배면에 물을 부어서 수행하였다. 방수 재료의 성능 검증 기간은 여름에 수행되었고 낮 최고 온도는 30°C 이상이였다. 또한 사용중인 콘크리트 옹벽에 시공된 유도배수시스템들은 외부에 노출되어 다양한 환경(더위, 비, 햇빛, 이슬, 낮과 밤의 기온차가 10°C 이상 등등) 영향을 받았다. 그러나 지하 콘크리트 구조물 내부는 거의 온도가 거의 일정하고, 외부의 다양한 환경 변화를 받지 않는다. 그러므로 방수 성능 검증은 지하 콘크리트 구조물 내부보다 혹독한 환경하에서 수행되므로 재령 28일이면 각각의 방수 재료가 가지고 있는 방수 성능을 충분히 검증할 것으로 판단하여 실외 실험을 수행하였다.

Fig. 7은 재령 28일에 수행된 유도배수시스템의 방수 성능과 유도배수 성능을 보여주고 있다. 방수 재료가 적용되지 않은 유도배수시스템(Fig. 7에서 왼쪽 첫번째)에서 방수 성능 검증을 위해 유도배수시스템 배면에 주입된 물은 유도배수시스템 하부로 그대로 흘러나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한 일반 실리콘 접착제(Fig. 7에서 오른쪽 첫번째)를 적용한 유도배수시스템에서도 정도의 차이는 있지만 유도배수시스템 하부로 흘러나오는 것을 확인할 수 있었다.

방수 재료 Durkflex(Fig. 7에서 왼쪽 두번째)를 적용한 유도배수시스템에서 집수 및 외부 배수를 위해 개방된 왼쪽 하부 모서리 부분에서 주입된 대부분의 물이 배출되었다. 그러나 유도배수시스템 하부로도 물이 스며 나오듯이 흘러나오는 현상을 확인할 수 있었다. 다공성 고무 재료인 Durkflex의 재료 특성상 완벽한 방수 성능을 나타내지 못 하였다. 특히, 많은 양의 지하수가 누수되는 경우에는 차수 효과가 많이 떨어질 것으로 판단된다.

방수 재료 KE 45 실리콘 접착제(Fig. 7에서 왼쪽 세번째)를 적용한 유도배수시스템에서도 집수 및 외부 배수를 위해 개방된 오른쪽 하부 모서리 부분에서 주입된 대부분의 물이 배출되었다. 그러나 이 경우도 Durkflex를 적용한 유도배수시수템과 동일하게 하부로 물이 스며 나오듯이 흘러나오는 현상을 확인할 수 있었다. KE 45 실리콘 접착제는 일반 실리콘 접착제보다 강력한 접착 성능을 가지고 있지만 시간 경과와 함께 경화되면서 콘크리트 표면과의 밀착 성능이 떨어지는 것으로 판단된다. 특히, 시간이 경과된 후 많은 양의 지하수가 누수되는 경우에는 차수 효과가 많이 떨어질 것으로 판단된다.

방수 재료 Hotty-gel(Fig. 7에서 오른쪽 두번째)를 적용한 유도배수시스템에서 집수 및 외부 배수를 위해 개방된 오른쪽 하부 모서리 부분에서 주입된 모든 물이 배출되었다. 3가지의 다른 방수 재료를 적용한 유도배수시스템들과 달리 하부에서 물이 흘러나오지 않았다. 방수 재료 Hotty-gel을 적용한 유도배수시스템의 방수 능력이 다른 3가지 방수 재료들보다 뛰어났으며 유도배수판 내부에서도 집수가 잘 되고 집수 지점에서 물의 배출이 원활한 것을 확인하였다. 위의 결과를 종합해 볼 때 부분 누수가 발생하는 지하 콘크리트 구조물에서 유도 배수를 위한 방수 재료로 Hotty-gel이 가장 적합한 것으로 판단되었다.

4. 유도배수시스템 실물 실험 및 검증

4.1 실외 시험 시공

지하 콘크리트 구조물에서 부분 누수가 발생할 경우 전단면 복구 및 유도배수를 위한 기존 유도배수시스템의 적용 시 공사비 및 시공 시간 증가같은 문제점들을 개선하기 위하여 제안된 유도배수시스템의 실물 성능 검증을 수행하였다. 앞에서 언급한 2가지 개선 사항, 집수 및 유도 배수를 위한 방수 재료와 집수된 지하수를 배수시설까지 이동시키는 배수관을 적용한 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에서 시험 시공하였다.

Fig. 8은 개선된 유도배수시스템을 보여주고 있다. Fig. 8(a)와 (b)는 유도배수시스템에 적용되는 유도배수판, 방수재료인 Hotty-gel, 배수관 및 고정 새들(saddle)로 구성된 앞면과 뒷면을 보여주고 있다. 방수재료인 Hotty-gel은 유도배수판 내부로 누수된 지하수를 측면 및 하부를 흘러 나오지 않게 방수하고 집수 지점으로 모으기 위해 유도배수판 측면과 하부에 부착하였다. 유도배수판 하부 모서리에 위치한 집수 지점에서는 길이 약 3 cm정도 방수재료인 Hotty-gel을 부착하지 않고 개방하였다. 개방된 부분은 집수된 지하수를 배출하기 위한 것이다. 또한, 집수된 지하수을 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 배수관과 고정 새들(saddle)을 유도배수판 하부 모서리에 연결하여 설치하였다.

Fig. 9에서 보여주듯이 방수 재료인 Hotty-gel과 배수관 및 고정 새들(saddle)을 추가하여 수정한 유도배수시스템을 사용중인 콘크리트 옹벽 표면에 시험 시공을 하였다. Fig. 9는 수정된 유도배수시스템의 시험 시공 과정을 보여주고 있다. 방수 재료인 Hotty-gel을 유도배수판에 부착하고 배수관 및 고정 새들(saddle)을 유도배수판 하부 모서리에 설치하는 작업을 제외하고는 기존 전단면 유도배수시스템을 시공하는 절차를 따라 시험 시공을 수행하였다.

수정된 유도배수시스템의 시험 시공을 위하여 철 브러쉬를 사용하여 콘크리트 옹벽 표면을 청소하였다. Fig. 8(b)에서 보여주듯이 유도배수판 내부의 양쪽 측면과 하부에 방수 재료인 Hotty-gel을 유도배수판에 부착하였다. 공압타카와 타카핀(고정핀)으로 유도배수판을 콘크리트 옹벽에 부착하였다. Fig. 9(a)에서 보여주듯이 본 시험시공에서는 2개의 유도배수판을 상하로 겹쳐 연결하였다. 유도배수판이 겹치는 부위는 일반 실리콘 접착제를 적용하여 서로 연결하였다. 또한 부착된 유도배수판 왼쪽 하부 모서리의 집수 지점에 배수관을 연결한 후 배수관 위에 고정 새들(saddle)을 놓고 공압타카의 타카핀(고정핀)으로 배수관을 설치하였다. Fig. 9(b)에서 보여주듯이 유도배수판 표면에 와이어 매쉬를 부착시켰다. 와이어 매쉬 표면에 고정 꺽쇠를 놓고 공압타카의 타카핀(고정핀)으로 부착하였다. Fig. 9(c)와 (d)에서 보여주듯이 마지막으로 유도배수판과 와이어 매쉬 표면에 습식 스프레이 장비를 이용하여 모르타르를 뿜어 붙인 후 표면 마무리 작업을 수행하였다. 콘크리트 옹벽 표면에 총 5개의 동일한 유도배수시스템들을 시험 시공하였다.

4.2 성능 검증

콘크리트 옹벽에 시험 시공된 5개의 수정된 유도배수시스템을 대상으로 방수 성능, 유도배수 성능 및 장기내구성을 평가하였다. 유도배수시스템의 시험 시공 후 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월 및 3개월에 성능 평가를 수행하였다. 성능 평가는 육안 관찰을 통한 유도배수시스템의 상태 조사와 유도배수시스템과 콘크리트 옹벽 사이의 틈에 일정량을 물을 주입하여 방수 성능 및 유도 배수 성능을 관찰하는 것이다.

수정된 유도배수시스템의 방수 능력과 유도 배수 능력을 평가하기 위하여 Fig. 10과 같이 1,000 ml의 물을 콘크리트 옹벽과 유도배수시스템 사이의 틈으로 인위적으로 부었다. Fig. 10은 재령 3개월일 때 방수 성능과 유도 배수 성능의 결과를 보여 주고 있다. 유도배수시스템의 배면으로 주입한 약 1,000 ml의 물은 집수 지점에 설치된 배수관을 통하여 흘러 나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한 뿜어 붙여진 모르타르는 약간의 실 균열이 발생하였을 뿐 전반적인 상태는 양호한 것으로 판단되었다. Fig. 10에서 유도배수시스템 하부에 액체가 흘러 내린 자국은 콘크리트 옹벽에 방수 재료인 Hotty-gel의 부착력을 향상시키기 위해 콘크리트 옹벽 표면에 도포한 플라이머가 흘러 내려서 만든 흔적이다. 또한 다른 유도배수시스템에서도 지속적인 물의 주입에도 집수 지점에 설치된 배수관을 제외한 다른 구간에서 누수는 발생하지 않는 것을 확인하였다.

Fig. 11은 시공 순서에 따라 수정된 유도배수시스템과 기존의 누수 보수 공법의 상세 작업 내용 및 사용되는 재료들에 대한 비교를 보여주고 있다. 각 단계별로 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 비교함으로써 개략적인 총 작업 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다.

첫번째 단계인 표면 정리에서 기존의 누수 보수 공법은 콘크리트 표면의 제거, 연마, 고압수 세척 또는 철근이 노출되어 녹이 발생할 경우 제거 작업등 전체 공사기간의 약 50∼60%를 차지한다. 콘크리트 표면 제거, 연마 및 고압수 세척 작업은 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 작업중 단면이 과하게 탈락하는 등 비용과 시간이 발생하게 된다. 그러나 수정된 유도배수시스템에서는 철 브러쉬를 이용하여 수작업으로 콘크리트 표면에 존재하는 이물질만 제거하는 매우 단순 작업만 수행한다. 표면정리에서 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 보수 공법보다 상당한 공사기간 및 공사비 절감을 가져올 수 있다.

두번째 단계인 누수 처리에서 기존 누수 보수 공법은 누수된 지하수를 집수하기 위한 장치 및 배수시설까지 지하수를 이동시키기 위한 배수관 설치, 방수 멤브레인 설치, 점착력이 있는 코팅 재료 도포 또는 격리 판넬 설치 등의 작업을 수행한다. 이러한 보수 작업은 크고 작은 다양한 작업 장비들이 필요하고 작업 인력도 최소 2명이상이 필요하다. 이에 반해 수정된 유도배수시스템은 규격화되고 가벼운 유도배수판(가로 500 mm × 세로 500 mm × 두께 3 mm), 방수재료인 Hotty-gel, 와이어 매쉬를 사용한다. 모든 재료들은 인력으로 쉽게 이동 및 설치가 가능하고 유도배수판 및 와이어 매쉬를 설치하기 위한 휴대용 공압타카 및 타카핀은 작업속도도 매우 빠르고 인력 사용이 쉬운 장비이다. 또한 작업 인력도 2명이면 충분하여 협소한 지하 콘크리트 구조물에서도 작업이 가능하다. 그러므로 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 보수 공법보다 전반적은 작업속도가 빨라 총 작업시간을 단축할 수 있으며 재료비도 기존 누수 보수 공법보다 상대적으로 저렴하다. 또한 소형 휴대용 장비의 사용 및 작업 인력 최소화로 공사비도 절감할 수 있다.

마지막인 세번째 단계인 단면 복구에서 기존 누수 보수 공법은 수작업에 의한 모르타르 타설, 숏크리트 타설, 방화 재료 또는 단면 보호 재료의 도포 또는 설치 또는 페인트 도포 작업을 수행한다. 인력에 의한 모르타르 시공은 비교적 긴 작업시간을 요구하고 숏크리트 타설은 거대한 숏크리트 장비를 요구한다. 방화 재료, 단면 보호 재료 또는 페인트의 도포 작업은 크고 작은 다양한 장비들과 2명이상의 작업 인력을 요구한다. 수정된 유도배수시스템은 소형 습식 스프레이 모르타르 장비를 사용하여 모르타르를 뿜어 붙이면 된다. 본 작업도 작업인력이 2명이면 충분하고 모르타르를 뿜어 붙이므로 모르타르를 수작업으로 시공하는 방식보다 작업속도가 빠르다. 또한 기존 유도배수시스템에서 동일하게 적용된 뿜어 붙임 모르타르의 장기 내구성은 매우 양호한 것으로 검증되었다(Kim and Yim, 2017).

수정된 유도배수시스템과 기존의 누수 보수 공법들을 각 단계별로 간략하게 비교한 결과, 작업 속도, 총 작업 시간, 총 작업 인력, 총 공사비에서 수정된 유도배수시스템이 좀 더 양호한 것으로 판단된다. 향후 본 연구에서 시험 시공된 유도배수시스템을 대상으로 장기 내구성, 장기 방수 성능 및 장기 배수 능력에 대한 검증을 지속적으로 수행할 계획이다.

5. 결론

본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물에서 부분적으로 발생하는 누수를 처리하기 위하여 기존에 제안된 전단면 유도배수시스템을 수정하여 제안하였다. 누수된 부분에만 유도배수시스템을 적용하여 누수된 지하수를 유도배수시스템내에서 유도 집수하는 기술과 집수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 기술을 추가 제안하였다. 본 연구에서 다음과 같은 결론들을 도출하였다.

1.유도배수시스템내로 누수된 지하수를 집수 지점으로 유도하기 위한 4가지 종류의 방수 재료를 실외 실험을 통하여 평가하였다. 다공질의 고무 재료인 Durkflex, 초강력 점착력을 가진 KE-45 실리콘 접착제, 폴리머 계열 재료인 Hotty-gel 및 일반 실리콘 접착제를 4개의 유도배수판 양쪽 측면과 하부에 부착한 후 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에 시험 시공하였다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일에 유도배수시스템 배면에 일정량의 물을 주입하여 4가지 방수 재료들의 성능을 평가하였다. 방수 재료 Hotty-gel만 완벽한 방수 성능을 보였고 나머지 3가지 방수 재료들에서는 누수가 발생하였다.

2.선정된 방수 재료 Hotty-gel과 집수 지점으로 유도된 물을 이동시키기 위한 배수관 및 고정 새들(saddle)을 추가한 5개의 유도배수시스템들을 콘크리트 옹벽에 시험 시공하였다. 2개의 유도배수판을 상하로 겹쳐서 연결하여 부착하였고 배수관 및 고정 새들(saddle)을 유도배수판 하부 왼쪽 모서리에 설치하였다. 유도배수판 위에 와이어 매쉬를 부착한 후 모르타르를 뿜어 붙여 시공을 완료하였다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 및 3개월에 유도배수시스템 배면에 1,000 ml의 물을 주입하여 방수 성능과 유도배수 성능을 평가하였다. 재령 3개월까지 방수 성능 및 유도배수 성능에는 전혀 이상이 없는 것으로 확인되었다.

3.수정된 유도배수시스템의 총 공사 기간 및 공사비에 대한 평가를 위하여 표면 정리 단계, 누수 처리 단계 및 단면 복구 단계별로 기존 누수 보수 공법과 비교하였다. 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 고려한 개략적인 총 공사 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다. 각 시공 단계별로 비교 분석한 결과 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 처리 공법보다 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있을 것으로 판단되었다.