지하 구조물 문제점(하자) 및 대책(개선 기술)

지하주차장 전경

지하 구조물 문제점(하자) 이해 개념

일반건축물 및 공동주택의 지하 주차장, 전기실, 발전기실, 창고, 주민편의시설 등, 지하 공간의 현재 내 방수 방식(1차 방수+2차 배수)은 국내 현장에서 일반적으로 적용하고 있으나, 누수 및 결로 등 빈번하게 문제가 발생하고 있습니다. 지금까지 대부분의 지하구조물 누수 및 결로 문제에 대한 해결책을 보면 서로 다른 관점에서 접근하고 있습니다. 누수 문제는 공간 벽체 시공 및 벽체 배수판 등을 사용하여 미관 개선과 유도 배수를 통한 소극적인 사후 처리방식으로 해결하고 있으며, 결로 문제는 기계적 환기 방식, 온도제어, 제습기설치 등 기계적 설비나 공기조화 측면의 ACTIVE적 방식에 초점이 맞혀져 왔습니다. 그러나 누수 및 결로 문제의 보다 원천적인 해결을 위해서는 근본 원인인 습기(수분)가 발생한 후에야 이를 제거 또는 저감, 배출시키는 사후 약방문 적인 접근보다는 공급원을 입구에서부터 원천적으로 차단하는 PASSIVE 적 접근방식의 의식 전환이 필요합니다.

지하 구조물 유지보수 관련 문제점(하자)

최근 동탄 신도시 등에서 공동주택 지하 구조물의 결로 및 누수 하자로 인해 집단민원 또는 집단 손해배상 청구 소송이 끊임없이 발생하고 있습니다. 이러한 민원을 해결하기 위해 투입되는 비용은 건설 당시의 초기 시공비용에 11배 이상 소요되는 사례가 다반사로 아산지구 00단지의 경우, 초기의 공사비가 3.5억 원인데 비해 보수공사비 및 추가공사비가 39억 원에 달하는 사례도 있습니다. 지하 구조물의 완전한 보수는 사실상 불가능합니다. 단지 누수 부위가 다른 균열 부위로 이동한 것뿐입니다. 일단, 외벽 균열부를 통해 유입된 유입수는 상부 철근 하부공간을 이동 매체(배수로)로 하여 지하구조물 전체로 이동, 철근을 부식시켜 지하 구조물의 수명을 단축하게 합니다. 특히, 해안 매립지인 경우 지하 구조체 균열부를 통해 들어온 유입수의 염분 함유량에 따라 지하 구조물의 내구성은 급격히 저하됩니다.

지하 구조물 공사 관련 문제점(하자)

1) 균열

○ 지하 외벽 온도(관통) 균열

구조체 두께가 기초는 800mm, 벽체는 500mm 이상인 경우 콘크리트 양생 중 내·외부 온도차가 25도 이상 발생하여 온도 차에 의한 균열(관통균열) 발생합니다. 그러나 기초는 파이프쿨링, 저발열 콘크리트, 감수제 등균열 억제를 위해 여러 방법을 적용하나 벽체는 아무런 균열 예방조치 없이, 단순히 이중벽으로 균열 및 누수 부위를 눈가림하는 것이 국내 현실입니다.

○ 지하층 슬래브 균열

우리나라 지반의 70%가 화강암층으로 구성되어 보통 지하 1층 이상 굴토 시 지하 구조체는 암지에 접하게 되는 경우가 일반적입니다. 이로 인해 지하구조체가 수축 및 팽창 시 내·외부 구속(암반)으로 인한 균열이 발생합니다. 일반적으로 균열 발생 부위는 지하 외벽인 경우 균열이 Span 중앙부에 수직 방향으로 발생하나 지하층 슬래브인 경우 수축팽창 시 주변 암반에 의한 구속으로 인해 중앙 및 코너부에 발생합니다.

2) 누수

○ 지하 외벽(합벽) 누수

도심지 지하 외벽(합벽)을 시공할 때 상부 띠장 과의 간섭과 안정성을 고려, 지하 외벽에 과다한 측압을 줄이기 위해 부득이 1개 층을 2회에 걸쳐 분리 시공함으로써 Construction Joint가 방생합니다. 이 예상치 못한 이음부에도 지수 판을 설치해야 하나, 실행 누락 등으로 생략하고 있으며, 설치하려고 해도 이미 손실된 응력(34%) 부위에 발생하는 누수는 지수판 만으로 해결할 수 없습니다.

○ 층간 이음부 누수

지하 합병 부위 시공 시 옹벽 철근 배근과 내부 거푸집을 설치 후 콘크리트 타설 시까지는 지상층에 비해 많은 시간이 소요됩니다. 이 경우 가설 흙막이(토류판) 틈새를 통해 유입된 흙입자가 퇴적층을 형성, 상부층 옹벽 이음부에 틈새가 발생, 이를 통해 누수 현상이 발생합니다. 보통은 거푸집 최하단에 청소구를 두어 콘크리트 타설 전 퇴적물을 완전히 제거해야 하나 퇴적물의 완전한 제거는 사실상 불가능합니다.

3) 결로

지하 수위의 상시적 변동과 우기 기간 우수 유입 등으로 지하 바닥과 지하 외벽의 일정 높이까지 지하 수위 아래에 위치할 가능성이 높아 구조체 외면은 항시 저온의 습한 토양과 접하게 됨으로써 구조체 외면에서 원천적으로 결로의 원인을 차단하는 멤브레인(막) 설치가 필요합니다. 특히, 단열 및 배수 기능을 보유한 멤브레인을 설치함으로써 콘크리트의 장기적인 함습 상태 및 결함부를 통한 수분(누수)의 유입을 원천적으로 차단해 주는 것이 실내 측 온도 상승 및 콘크리트의 단열 성능 저하에 따른 결로 발생 문제를 근본적으로 해결해 줄 수 있습니다.

4) 염해

인천 송도지구, 부산 명지지구 등 현재 14개의 해안 매립지역에 신도시가 건설 중입니다. 그러나 해안 매립지 지하수의 염분농도가 1,000ppm에서 최대 16,000ppm에 육박하고 있습니다. 콘크리트 타설 시 배합 재료에 대한 염분 규정은 있으나, 공사 중 현장 주변 지하수에 대한 염해 제한 규정이 없습니다. 공사 중, 공사 후 염분이 함유된 지하수가 구조체에 침투하게 되면, 철근의 부피를 팽창(3~5배)시킴으로써 표피 박리로 콘크리트의 중성화가 촉진, 구조물 수명을 급속히 단축합니다.

5) 위생적인 측면

지하층에서 결로의 발생은 미관상의 문제를 넘어, 벽체의 오염이나 곰팡이균의 자생과 증식으로 인해 바닥 마감재의 오염 등 건축물 내장재의 손상으로 연결됩니다. 특히 곰팡이의 발생은 실내 벽면 및 주변 마감재의 얼룩이나 변형을 유발할 뿐 아니라 불쾌한 냄새를 발생시키고, 곰팡이 포자가 실내 공간으로 확산하므로 거주자의 위생 문제를 유발합니다. 또한 누수와 결로를 통해서 지하수의 각종 방사성 물질도 실내에 유입되고 있습니다. 최근 조사 결과, 일반주택의 지하실, 공동주택 지하 주차장, 지하철 역사 등 지하 공간에서 라돈이라는 방사선 함유 물질이 대량 검출됨에 따라 환경부는 작년부터 공공청사, 주택, 학교 건물은 지하층에 라돈 경보기를 의무적으로 설치하도록 하고 있는데 폐암 및 피부암 발생의 주요 원인인 라돈은 비활성 기체로 기체 상태의 원소 중 가장 무겁기 때문에 환기만으로 완전 배출이 어려운 실정입니다. 우리나라는 지반 특성이 주로 화강암 및 편마암층으로 이루어져 라돈 오염도가 세계 평균치(39 베크렐) 보다 높은 수치로 보고되고 있고, 특히 겨울철인 경우 수치가 높아져 100 베크렐까지도 측정되고 있습니다. 실내 라돈의 유입경로를 보면 건축 마감자재를 통해 유입되는 양은 2~5% 이내로 85~97%가 토양 및 암반수에 녹아 있습니다. 지하 구조체의 균열(Construction Joint, Cold Joint 등)나 결로 수를 통해 유입되고 있어 지금까지의 사후약방문식 설계 관행(이중벽)의 변화가 시급합니다.

지하 구조물 문제점(하자) 개선 기술

1) 단열 배수판

일반적으로 최하층 E/V홀, 계단실, 연결 통로, 기계실 바닥 등에 표면 결로가 발생하게 되는데, 이는 지하에 유입된 덥고 습한 공기가 지면에 접한 낮은 표면 온도의 바닥과 마주치게 되어 발생하는 것으로 곰팡이 발생 및 바닥 마감재의 오염 및 탈락 등 문제의 원인이기도 합니다. 단열 배수판은 배수 유효공간을 최소화하여 내수압에 의한 배수 방식을 채택, 배수 불량으로 인한 악취 발생을 억제하고, 무량판 구조개념을 도입 바닥 단열재 수축 시 상부 무근 층에 발생하는 인장력을 해소시킴으로써 바닥 균열을 억제하고 진동 및 소음 문제를 개선하는 장점이 있습니다. 또한 PVC 배수판 위 메꿈 몰탈, 단열재 등 3개 공정을 1개 공정으로 단순화하며, 단열재를 구조체가 아닌 거푸집 개념으로 해석, 단열 배수판 내 기둥을 통해 상부 하중을 기초 저면에 전달, 단열재 수축으로 인한 마감재 균열 발생을 방지하며, 단열 두께의 할증(≒13%)을 통해 지하 습한 환경에서 단열재의 장기 관류율 저하(≒7%) 문제 등을 보완하는 효과가 있습니다.

2) 단열 드레인보드

단열 드레인보드는 수압이 작용하는 지하 외벽에 적용하는 것으로 단열재(압출 스티로폼) 배면에 배수용 홈이 가공되어 있고 그 표면에 장섬유 부직포(플라스틱 소재)를 부착한 것으로 부직포에서 흙 입자를 걸러내고 피압수만 격자형의 배수 홈을 타고 기초 측면의 유공관이나 기초 하단의 영구배수를 통해 옥외로 배수하는 방식입니다. 선 부착인 경우 콘크리트 양생 시 수화열을 내부에 함축, 합벽부터 매스콘크리트 타설 시 구조체 내·외 온도 차로 발생하는 온도(관통) 균열을 예방하며, 토목 가시설(토류판)에 선 부착 함으로써 안전상 구조체(합벽) 끊어뜨리기 시 발생하는 Construction Joint를 통한 유수 유입을 차단하는 흡수율이 없는 압출 스티로폼을 사용, 피압수와 외부 구조체와의 접촉을 원천적으로 차단함으로써 방수 효과를 볼 수 있는 등 외단열, 방수, 배수 기능을 보유하여 해안 매립지 등에서 염분이나 황산나트륨 등 유해 물질로 인해 지하 구조체의 내구성 저하를 방지하는 데 효과적입니다. 또한, 단열 드레인보드는 지하 구조물을 경사지에 구축하는 경우와 하천부지에 인접 구축하는 경우, 급격한 수위 변화로 인해 발생하는 편 수압을 신속히 주변으로 분산 구조물 부상을 방지하는 효과가 있으며 상수 위 제어기와 연계 시 설계 수위 이상 시에만 지하수를 배출함으로써 무분별한 지하수 배출로 발생하는 싱크홀 예방과 유지관리비 절감 효과를 동시에 볼 수 있습니다.

3) 단열 방습보드

지하층이 거실로 사용되는 경우, 지면에 접한 지하 벽체는 외부에 단열재를 부착하게 되어 있습니다. 그러나 C.I.P 등 가설 흙막이의 시공 정밀도 확보가 어려운 경우 외단열로 시공 시 단열재 조인트 간 기밀 유지 및 철근 피복 확보에 어려움이 있어 외단열을 내단열로 변경 설치해야 하는 경우가 자주 발생합니다. 그러나 합벽부터 내단열을 하는 경우 Construction Joint를 통해 유입된 누수 및 결로 수로 인해 단열재 접착 부의 결함으로 단열재가 탈락하는 경우 이중벽에 가려져 보수 시기를 놓치거나 유지보수 시 상당한 공사비가 소요됩니다. 압출 스티로폼을 소재로 한 단열 방습보드는 내단열용으로 단열재 배면에 배수 홈을 두어 내단열 시 발생하는 결로 수를 처리하고 밀폐구조로 지하수에 분포된 라돈, 우라늄 등 방사성 유해 물질의 실내 유입을 방지하고자 개발되었습니다. 압출 스티로폼은 그 자체가 방습층으로 기존의 블록 재료로 설계된 방습 벽(이중벽)을 단열 방습보드로 대체 시 실내 내실 면적을 200mm 이상 추가로 확보할 수 있는 장점도 보유하고 있습니다.