이 동 흡  국립산림과학원 임업연구관

 <지난호에 이어>

▷간벌재로 만든 골막이 댐
계곡이나 건천(乾川) 등은 여름 장마철이나 근래에 빈번하게 발생되는 국지성 집중호우에 의하여 다량의 빗물이 계곡 등의 토사와 함께 흘러내려 산사태 등의 피해를 일으킨다. 이 같은 산사태를 막기 위하여 계곡이나 건천 등에 골막이 댐이나 사방공사용 댐을 설치할 필요가 있다.
산사태를 방지하기 위하여 종래에 골막이 댐이나 사방공사 댐은 콘크리트 구조물, 철강제틀형 투수댐이나 석축용 돌이 사용되고 있다. 이러한 구조물은 지나치게 인위적이기에 주위 환경과 어울리지 못하고 주위를 황폐하게 한다. 더욱이 양생되지 않는 콘크리트 반죽은 하천의 pH를 상승시키므로 하천생태계 파괴의 원인이 된다. 특히 산사태를 방지하기 위한 골막이 댐이나 사방공사 댐은 산중 계곡 등에 설치되므로 콘크리트 반죽, 석축용 돌 및 철강제를 운반하기 곤란하여 공사작업이 어려운 문제점이 있을 뿐 아니라, 공사기간도 길어지게 된다. 또 콘크리트 구조물의 안쪽에 토사나 낙엽 등과 같은 이물질이 흘러 들어와 쌓이는 관계로 퇴적토에 의한 도로의 통행 제한이 발생될 뿐만 아니라 오히려 산사태 등을 일으키는 원인이 되고 있다.
목재는 콘크리트에 비하여 내구성이나 강도가 떨어진다. 그러나 강도도 안정계산에 의해 강도성능 유지에 적합한 목재를 사용하면 콘크리트에 버금가는 성능을 발휘할 수 있고, 또 방부목재를 사용하면 반영구적인 내구성을 유지할 수 있다. 이제 우리는 자연과 조화한 계류 만들기를 목적으로 생력화, 자원의 유효이용의 관점에서 간벌재를 사용한 사방공사가 필요하다.

국립산림과학원에서는 임야나 계곡 등에 설치되는 리기다소나무 간벌재를 이용한 골막이용 댐 및 사방공사용 댐의 축조에 관한 기술을 개발하였다. 간벌재로 구조체를 형성하고 내부를 자연석으로 채워 빗물이 잘 빠져나가는 다공성구조이다. 2007년도에 경기도 파주시 광탄면 마장리 계곡에 댐 길이 35m의 거대한 사방댐을 경기도산림환경연구소와 파주시 산림조합에서 축조하였고, 또 숲체원에도 규모는 작지만 골막이 댐 1기를 만들었다. 아직 해결해야 할 문제점이 남아있지만, 이제 우리나라도 자연경관과 조화하는 사방댐 시대의 서막이 열리고 있다.
골막이 및 사방공사용 목재를 이용한 다공성 댐은 목재 한 본 한 본은 약하지만 우물정(井)자 형태의 상자모양으로 만들면 아주 견고한 구조체가 된다. 축조방법은 원주목의 결체부분에 홈파기 가공을 하고 스텐레스 직결나사못으로 각 부재를 결체하여 전체가 하나의 구조체가 되도록 골조를 형성한다. 직경 12㎝의 원주목을 직결나사못으로 결체한 실대재 모형의 강도시험결과, 연결부는 4차례나 반복된 800kgf/㎠의 충격강도에서도 강도저하가 없었으며, 최대하중 18톤f/㎠의 힘으로 이면에서 밀었을 때 파괴가 일어났다. 내부에 자연석을 채우는 중력식 구조체이므로 안정계산에서도 콘크리트에 버금가는 안정성이 있다. 그리고 내부에 자연석을 채워 댐 벽구조가 다공성 구조를 갖도록 한다. 내부채움재의 투수계수가 크므로 콘크리트 댐, 전석 댐 등에 비하여 수압감소 효과가 있는 보다 안정적인 구조이다. 빗물이 토사와 함께 흘러내릴 때 빗물을 저장하지 않고 통과시키며 다만 토사만은 걸러 저장시키므로써 집중호우로 토사가 섞인 흙탕물이 흘러들어오면 흙과 모래 및 자갈 등 토사는 걸러 저장하여 댐내에 축적하고 빗물만 내보내므로 흙탕물에 의한 산사태가 예방된다.
간벌재를 가압방부 원주목으로 만든 재료로 시공하므로 공장제작에 의한 균일화된 품질 및 다양한 형상과 치수로 인한 경제적인 단면치수의 부재 선정이 가능하다. 시공이 용이하고 신속하게 마감할 수 있고 콘크리트 구조물과 달리 양생기간이 필요 없다.
공사규모, 지형의 변화, 기상조건 등 다양한 현장조건에 적용이 가능한 구조로 기초지반에 대한 적응성이 높다. 경우에 따라서는 현장재료의 재사용에 의한 효과가 있다. 공사 완공과 더불어 시공효과를 발휘하므로 재해복구에 신속히 대응할 수 있고, 현장에 원자재의 반입이 용이하므로 중장비의 반입이 어려운 현장에서도 적용이 가능하고 시공이 간편한 장점이 있다.
그 외에도 산림 생태계의 보존 및 유지에 적합한 구조이며, 다공성 구조로 주변 지하수위의 변경을 가져다주지 않으므로 댐 건설로 인한 제2, 제3의 피해를 유발하지 않는다. 하천 생태계에 있어서도 구조물 내부채움재의 역간작용으로 수질정화 효과가 있고, 내부채움재의 틈 사이는 물고기 등의 수서생물의 어소 또는 대피장소로 이용될 수 있다.
목재옹벽의 토목용재 이용은 콘크리트 옹벽과 대비되며, 도시공간의 환경과 조화하고 환경에 부담을 주지 않으면서 아름다운 경관을 제공한다. 눈으로 판단하는 이미지와 머릿속의 이미지가 일치하는 자연경관의 구조물이다. 최근 목재옹벽에 대한 선호도가 높아지는 것도 이러한 이유와 무관하지 않다고 생각한다. 그런데 콘크리트에 길들어진 소비자들은 수십 m 높이의 옹벽도 목재로 만들어 주기를 기대한다. 야외에서 목재옹벽이 마치 거대한 성곽과 같은 모습으로 존재하는 것은 자연경관을 저해한다고 본다. 보는 이로 하여금 불안감을 조장하기 때문에 콘크리트가 벤치 재료에서 철저하게 배제되는 것처럼 목재옹벽 전체에 대한 이미지를 손상하지 않을까 심히 걱정이 된다. 
자연 개발은 환경과 더불어 경관을 손상하지 않는 것이 중요하다. 이러한 취지에 적합한 목재옹벽이 국내에서도 속속 개발되고 있다. 우선 최근 국립산림과학원에서 기술 개발하여 보급 중에 있는 목재옹벽을 소개하고자 한다. 목재옹벽은 친환경 소재인 목재를 이용하고, 현장에서 발생한 토석을 버리지 않고 내부에 채우는데 이용하므로 환경훼손에 대한 부담이 없다. 즉 내부에 채우는 토석은 현장에서 굴취, 절취되는 재료를 이용할 수 있으므로 잔토의 발생량도 줄일 수 있으므로 환경파괴가 거의 발생하지 않는다.
목재가 소재이므로 주변의 자연경관과 조화하고 옹벽의 틈새로부터 식생이 돋아난다. 콘크리트 옹벽처럼 억지로 넝쿨식물을 붙이지 않아도 벽면녹화가 자연스럽게 이루어진다. 도입된 식생으로부터 풀뿌리가 옹벽 내부에서 만연되면 이들의 결속력에 의해 지반이 고정되므로 목재가 썩고 난 후에도 옹벽의 기능을 유지할 수 있다.

틀재형 목재옹벽
목재 한 본 한 본은 약하지만 우물 정(井)자의 상자모양으로 만들고 이들을 서로 직결나사못으로 고정하면 전체가 하나의 구조체를 이루는 아주 견고한 옹벽 구조물이 된다. 또한 구조물의 안쪽에 토석을 채우는 중력식의 구조체이므로 안정계산에서도 콘크리트에 버금간다.
목재와 목재의 연결은 둥글게 홈을 판 판 노치재가 세로방향에서 접합되므로 배면으로부터 밀려오는 토압에 견디는 작용을 하도록 구성되어 원주목이 구조체에서 이탈이 되지 않으며, 설치할 때도 일정 간격의 노치 사이에 원주목을 올려놓고 직결나사못으로 결체하면 된다. 내부에는 토석으로 채운 상태이므로 콘크리트 옹벽에서와 같이 물 빠짐 구멍을 뚫어주지 않아도 배수가 고이지 않고 곧바로 빠져나간다. 체류수에 의한 배면 하중이 옹벽 구조물에 걸리지 않으므로 구조안정 계산보다 훨씬 고도의 안정성을 발휘할 수 있다.

 

 

 

리기다소나무 간벌재는 방부제의 주입이 매우 양호하다. 가압주입하면 목재의 변재는 물론 내부까지 약제를 균일하게 주입할 수 있다. 이러한 상태에서는 국립산림과학원고시 「목재의 방부·방충처리기준」의 목재의 사용환경범주 H4에 상당하는 침윤도와 흡수량을 충분히 얻을 수 있다. 「목재의 방부·방충처리기준」에서는 내구연한 20년을 기준으로 침윤도와 흡수량이 규정된 것이기 때문에 대부분이 땅 속에 묻히는 목재옹벽의 구조체는 반영구적인 내용연수를 기대할 수 있다. 참고로 미국 임산물연구소의 자료에 의하면 방부처리가 잘된 목재는 땅속에 묻힌 환경에서도 50년이 경과된 시점에서도 잔존강도가 약 90%정도임을 보고하고 있다.
리기다소나무 간벌재를 이용한 목재옹벽은 콘크리트 옹벽에 비하여 공사기간을 단축시킬 수 있다. 우선 콘크리트와 같이 구조물의 거푸집과 양생기간이 필요 없으며 현장에서 준비된 원주목으로 조립을 하고 내부에 흙을 채우면 곧바로 옹벽으로 효과를 발휘할 수 있다. 그러므로 긴급을 요하는 재해복구 공사에 신속하게 대응할 수 있다. 목재옹벽은 중력구조체로 되었으므로 시공 후 곧바로 차량통행도 가능하다. 재료가 가볍기 때문에 자재반입이 용이하고, 운반이 불편한 곳이라도 시공이 가능하다. 그러므로 산지복구공사, 사방공사, 수해복구공사와 같이 도로가 유실되거나 없는 곳에서 적용이 가능하다.

전면 격자형 목재옹벽
목재옹벽이 해야 할 일은 「자연지반녹지율」확장이다. 「자연지반녹지」란 암반층을 제외한 지구 상층부의 토층(土層)으로 구성된 자연지반(원지반)에 형성된, 또는 조성된 녹지를 말한다. 좁게는 자연지반 위에 생태계의 작용으로 자생한 녹지를 말하나, 넓게는 자연지반 또는 자연지반과 연속성을 가지는 절·성토 지반에 인공적으로 조성된 녹지를 포함한다. 친환경 목재옹벽은 이러한 「자연지반녹지율」의 요구조건에 가장 적합한 시설물이다.
유럽에서는 목재의 각재를 이용하여 사각형으로 쌓아올리고 내부에 사석을 채워 시공하는 퍼머클립 옹벽(Permcrib Timber Walling System)이 「자연지반녹지율」확장에 오래 전부터 사용되었다. 국내에서 이러한 목재옹벽이 최초로 소개된 것은 불과 5년에 지나지 않는다. 한편 목재옹벽은 퍼머클립 옹벽과 비슷한 시기에 국립산림과학원에서 국산 리기다소나무 간벌재 원주목을 사용하여 우물 정(井)자의 상자모양으로 개발한 옹벽 구조물이다. 이에 대한 기술이전을 계기로 국내에서 목재옹벽의 개발이 본격화 되었다.리기다소나무 간벌재를 이용한 목재옹벽은 구조체의 견고성이 높다. 원주목을 사용하므로 단위면적당 목재량도 각재를 사용할 때보다 훨씬 많다. 또한 시공에 있어서 3m이하 낮은 높이에서는 내부에 사석 대신 토사를 채워 시공하고 있으므로 옹벽 자체에서 식물과 꽃이 피어나 경관과 환경적 측면에서 호응도가 높다. 한편 현장 적용 노하우를 바탕으로 지속적인 공법의 개량과 연구를 통하여 곡선구간에 대한 기술개발과 시공방법을 간략화하여 손쉽게 시공할 수 있도록 개선되었다.                                     

<다음호에 계속>