◈ 산사태 피해지에 대한 신속한 응급복구 및 정밀원인조사를 통한 항구복구 대책 마련
◈ 기존 산사태 취약지역 외 생활권주변에 대한 지반․지질․사방 등 전문가 그룹 투입해 위험요인 정밀조사

부산시는 지난 ’19년 10월 3일 발생한 사하구 성토 비탈면 붕괴사고와 관련해 '19년 11월부터 원인조사 및 보강대책 용역을 수행해 왔으며 용역사로 선정된 (사)대한토목학회 부산울산경남지회는 산림분야, 지반분야, 수리 및 수문분야, 환경분야 조사를 통해 붕괴원인 해석 및 보강대책 수립을 완료했다고 밝혔다.
 
(사)대한토목학회 부산울산경남지회는 ´19년 10월 3일 붕괴지역에 대해 관련분야 전문가로 정밀조사원인조사단을 구성하여 붕괴유역 조사방법을 논의하였고, 시추조사·지하수위 측정 등 객관적인 실증데이터를 확보, 2020년 2월까지 공학적인 분석을 실시했다.
 
이에 따르면 붕괴지는 과거 산림지역이었으나 이를 연변장 등으로 활용하기 위해 석탄재를 매립한 지역인데 전반적으로 석탄재 매립층과 폐기물 및 슬래그 혼재토사층(매립된 지층에 부피가 큰 석탄재와 토사가 함께 섞여있는 지층)으로 되어있어 일반적인 산사태가 아닌 성토사면(인위적 흙쌓기 비탈면) 붕괴로 판단했다.

또한 통계적으로 10월 2일 03시부터 3일 03시까지 24시간 동안 내린 97㎜의 강우량도 부산 관측소의 2년 빈도 강우량 이하 규모라고 볼 수 있으며, 오랜 기간 석탄재의 내부 침식과 옹벽의 배수기능 상실 등에 의한 지하수위 상승, 선행강우 및 붕괴 당일에 내린 강우에 의한 물리적ㆍ역학적 성질의 변화에 따른 전단강도(절개지 및 경사지와 같은 경우 취약한 부분으로 잘려져 나가려는 힘이 작용하는데 이에 대해 저항하는 강도를 전단강도라 함) 감소에 의해 한계상태에 도달 후 원호활동(흙쌓기 비탈면이 원을 이루며 미끄러져 움직이는 현상, 또는 자연사면 및 성토사면에서 발생하는 파괴활동 모습이며, 원의 모양으로 파괴가 이루어짐) 파괴로 붕괴가 발생했다고 했다.

석탄재 매립재는 토양오염도 시험 및 중금속 용출시험(석탄재를 통과한 물이 중금속 등을 가지고 있는지 여부를 판단하는 시험)을 실시한 결과 토양오염 우려 기준 이하이고 지하수의 수질기준에 적합한 것으로 분석되어 환경적 오염 우려는 없는 것으로 보여지나 매립재인 석탄재는 성토 당시와는 달리 현재 특정폐기물로 분류되어 있으므로 해당 전문가 또는 전문기관의 자문을 받아 재처리하는 방안이 제시됐다.

복구에 앞서 응급방안으로는 강우 시 지표수(지상에서 발생된 물을 일반적으로 말하며 대부분 비나 외부에서 발생되어 표면에 있는 물)가 성토체(인위적으로 쌓은 흙 등을 성토체라 하며, 본 지역에서는 석탄재를 뜻 함)나 원지반 내로 직접 유입되어 비탈면을 따라 흘러내리지 않도록 성토사면(흙쌓기 비탈면)을 최대한 완화, 표면보호막(비탈면 비닐 덮기 등 또는 성토체 제일 상부에 해당하는 부분으로 석탄제 또는 토사[흙] 등이 빠져나가지 핞도록 하기 위한 장치[비닐 등]), 하단부 옹벽 일원에 마대 설치 등이 제시됐고 보강대책으로는 복구 시 양질 토사로 매립 후 다단 옹벽, 배수로 설치와 연병장에 잔존하는 모든 석탄재를 제거하는 방안이 제시됐다.

현재 성토사면의 석탄재는 추가 사면붕괴(흙쌓기 비탈면 붕괴) 및 지반침하 가능성을 배제할 수 없어 우기 및 집중호우에 따른 지반 거동에 대한 지속적인 관찰이 필요하고 항구적인 복구를 포함한 사면 보강작업이 시급하다. 따라서 성토사면 붕괴지 복구가 여러가지 문제로 시기가 늦춰질 경우에는 기후변화로 인한 집중호우 및 우기에 대한 재난위험성을 고려, 계류 하부(산골짜기 또는 지하수 및 비 등이 흘러내려가는 길 중 아랫부분 ) 주민의 재산과 안전을 위한 예방사업을 우선적으로 실시하는 것이 필요하다고 했다.(현재 사하구에서 추진 중)

부산시 관계자는 “부산시는 본 용역을 수행한 (사)대한토목학회 부산울산경남지회의 독립성과 자율성을 보장하고 모든 권한을 위임한 만큼 기본적으로 조사결과를 모두 존중한다.”면서 “이후 이러한 사고가 발생하지 않도록 ‘19년 11월부터 20년 11월까지 산지사면(흙쌓기 비탈면), 인공사면(인공 흙쌓기 비탈면) 등을 대상으로 생활권 연접 산지사면 전수조사를 시행하고 산지사면관리등급화 및 유지관리방안을 수립하여 정비해 나갈 계획”이라고 말했다.

[사하구 성토 비탈명 붕괴원인분석 및 보강대책수립 연구용역 개요]
❍ 위 치 : 사하구 구평동 1번지일원(예비군 연병장 경계일원 비탈면)
❍ 기 간 : ‘19.11.5. ~ ‘20.4.24.
❍ 계약자 : (사)대한토목학회 부산울산경남지회
❍ 내 용 : 분야별 원인 분석 및 보강대책수립 1식
▸ 매립구간 시공이력 및 자료 조사(분석)
▸ 사면해석및 지반안정해석
▸ 사면의 안정성 검토 및 보강대책(안) 수립
❍ 붕괴원인분석(종합)
‣ 연병장을 포함한 붕괴지역은일반적인 산사태가 아닌 인공 성토사면붕괴임
※ 석탄재 매립층과폐기물 및 슬래그 혼재토사층으로 되어있음
‣ 오랜기간동안 석탄재 침식 누적과 물막힘현상유발로 옹벽 배수시설 막힘 및
이로인한성토사면의지하수위 상승, 추가적인 강우로 인해 성토사면이 한계상태에
도달, “원호활동파괴”로 붕괴되었음 

❍ 추가 붕괴 가능성 대책
‣ 현재 성토사면의석탄재는 추가 사면붕괴및 지반침하 가능성있음
‣ 성토 비탈면붕괴지역과계류부복구를 동시에 연계 추진해야되나
‣ 복구 당사자간(동아학숙↔국방부) 의견 차이로 신속한 복구에 어려움 예상되어
우기전에 계류부 보강사업추진(사하구 추진중에 있음)
❍ 보강대책(안)
‣ (응급대책) 성토사면최대한경사면완화및 표면보호막, 마대설치등
‣ (연병장 사용시) 사면 정비 및 다단 옹벽 및 배수로 등 보강구조물 설치
‣ (연병장 미 사용시) 남아 있는 석탄재 제거후사방시설등 설치 

❍ 분야별 현장조사 결과
‣ 성토사면에대한 붕괴사고가 발생되었으며, 사면이 붕괴되면서 기존에 설치되어 있던 배수시설 및 구조물들이 파손되어 함께 유실되어 있는 상황이었다.
또한 붕괴된 사면의 토사(석탄재) 및 산업폐기물 등이 흘러내려 성토사면 하부측의 옹벽 및 수로가 일부 파손, 매몰되었다. 이로 인해 배수시설들이 역할을 하지 못하고 있었다. 현장에서는 추가피해 발생을 예방하기 위해 방수포 설치와 잔류 석탄재 제거 등의 방법으로 사면의 안정성을 임시확보하고 있는 상황이다.
‣ 현장조사시 발견된 콘크리트 잔해들은 성토사면의 배수로 및 격자빔의 구조물로 판단되며, 성토사면끝 부분에 L형 옹벽과 상부에 부벽사방댐(앞부벽식옹벽)으로 형성된 토목구조물이 시공된 상태인 것으로 조사되었다.
‣ 붕괴사면하단부의 옹벽구조물과 배수로 상태를 조사한 결과, 옹벽구조물과 배수로 사이의 직경 1,000mm의 배수공이 시공된 상태이다. 즉, 옹벽 배면측의배수역할을위해 자갈채움을한 것으로 조사되었다. 즉 지하수가 배수공(1,000mm)으로 유도하기 위한 배수시설물로 조사되었다. 그러나 이 배수공은 흙으로 막혀있었고, 배수기능을할 수 없는 상태였다. 또한 굴착기로 옹벽배면을 굴착한 결과 배수관으로 연결되어 있었고, 중간의 앞부벽식옹벽으로 확인되었다.
지표수는 군부대 연병장에서 배수로를 통해서 성토사면 좌,우측의 배수로와 성토사면 끝단부의 배수로 좌,우측으로 연결되어 배수로가 형성된 것으로 조사되었으며, 그 배수로로 통해서 지표수를 배수한 것으로 조사되었다.

❍ 용역결과 세부내용
▪ 산림분야
1. GIS를 이용한 경사분포도 분석결과 완경사 지역에서 집중호우 시 빗물의 저류가 많이 형성되는 지형으로 판단되고, 표고분포도 분석결과 구릉지에서의 성토사면 붕괴는 인근 저지대에 대한 피해 발생을 야기할 수 있을 것으로 사료된다. 향분포도 분석결과 산지 유역은 동쪽방향으로 위치하고 있으며, GIS를 이용한 붕괴지 산사태 위험등급 분석에서는 54.88%의 면적이 4등급으로 가장 많은 면적을 차지하였으며, 3등급(17.21%)과 2등급(14.88%), 5등급(13.02%)의 순으로 나타났다.

2. 성토사면의 붕괴지는 과거 산림지역이었으나 이를 군연병장 등으로 활용하기 위해 석탄재 등으로 매립한 지역이므로 원래 산림토양 등으로 구성된 산림지역은 아니며, 사면 붕괴지 양측(좌·우측)의 산림지역에서 산사태가 발원한 것이 아니므로 일반적인 산사태가 아닌, 성토사면 붕괴로 판단된다.

3. 성토사면 붕괴지에 대해서는 사후 예방대책 및 항구복구대책을 수립할 필요가 있으며, 이를 위해서 부대 연병장 끝부위 성토사면붕괴지 부분에 대한 복구대책(보강대책에서 제시한 1안 ~3안)과 동시에 계류부의 복구를 진행하는 것이 필요하지만, 여러 문제로 시기가 늦어질 경우에는 기후변화로 인한 집중호우 및 우기에 대한 재난위험성을 고려, 계류 하부 주민의 재산과 안전을 위하여 계류보전사업을 우선적으로 실시할 필요가 있을 것으로 사료된다.

▪ 지반분야
1. 시추조사는 붕괴된 성토사면의 연장부인 연병장 및 그 상부 구간에서 9개공이 계획되었으며, 시추조사 결과 지층분포 상태는 최상부 매립층(매립층(1)), 석탄재 매립층(매립층(2)), 폐기물 및 슬래그 혼재 토사층(매립층(3)), 일부 구간에 분포하는 계곡부 퇴적층(퇴적토층), 풍화대(풍화토 및 풍화암)와 기반암의 순서로 분포한다.

2. 조사기간 중 공내수위는 풍화대 또는 기반암 내부에 위치하며, BH-2호공의 경우는 퇴적층 내부에 위치하며, 대부분 매립층(1,2,3) 직하부, 원지반 상부에 위치한다. 조사지역의 경우 우기나 집중호우 시 매립층(1,2,3) 직하부에 있는 지하수위가 상승하여 매립층 내부에 형성될 가능성이 높은 것으로 판단된다.

3. 탄성파토모그래피 탐사로부터 연병장을 포함한 주변 지역의 지층 두께를 확인하였으며, 전기비저항 탐사 결과 파쇄대, 포화대 및 누수 통로 위치를 확인하였다. 지반조사 결과를 종합하면 지하수의 흐름은 연병장 배면에서 계곡부를 향해 흐르며, 투수성이 높고 불균질한 매립층은 연병장의 전면부에 분포한다. 전기비저항 이상대는 연병장 부지 좌측부 및 전면(계곡측)에 위치하고 시추 작업용수의 누수 역시 연병장 전면부(계곡측)에서 발생한다. 전반적으로 연병장의 매립층은 연병장 전면부(앞, 계곡측)가 불량한 것으로 파악된다.

4. 전기비저항 이상대와 시추작업시 용수의 누수구간이 거의 일치하며, 이 구간은 누수통로나 포화대 또는 느슨한 지반상태를 반영하는 것으로 판단된다. 이러한 구간은 추후 지반침하나 지반함몰 또는 지반유실의 우려가 있으므로 지속적인 관찰과 신속한 보강대책이 필요할 것으로 판단된다.

5. 사면붕괴 지역 석탄재의 경우 공학적분류(USCS)결과 저소성 실트(ML)로 미립분(0.08mm체 통과량)의 함유량이 59.93%~66.84%로 성토재료 품질기준(환경부 2011년, 도로공사 표준시방서 2003년)에 만족하지 못하는 것으로 판단되며, 이러한 미립분이 많은 경우 물막힘(Clogging) 현상을 유발시키므로 성토 재료로는 부적합하다. 따라서, 향후 장기적인 성토사면의 안정성 확보를 위하여 잔존하는 석탄재는 제거하여야 할 것으로 판단된다.

6. 계측결과 지하수위 변화는 크지 않으나 이는 적은 강우량에 의한 것으로 판단되고, 지중경사계에 의한 수평변위의 경우 초기치는 매우 미소한 변위상태를 나타내었으나 지반함몰현상이 발생하는 시점과 관련하여 약간의 증가 현상을 보이고 있어 우기 전 조속한 응급대책 수립 등의 노력이 요구된다.

▪ 수리 및 수문분야
1. 사면붕괴 당시 강우, 유역 유출 및 지하수위는 통계적으로 2년 이내에 재현되는 것으로 분석 되었다. 붕괴 전 10월 2일의 일 강우량 95.5mm는 18년 동안 사하 관측소 일 강우량 중 27번째로 큰 것이다. 30일간의 강우 일수는 12일이고, 누가강우량은 245mm로서 관측 이래 35번째이다. 또한 통계적으로 10월 2일 03시부터 3일 03시까지 24시간 동안 내린 97mm 강우량은 부산 관측소의 2년 빈도 강우량 이하 규모로 나타났다.

2. 강우빈도를 보면 강우를 사면 붕괴의 지배적인 원인으로 보기 어려우나, 사면 붕괴 당시 역해석을 통한 추정 최고 지하수위가 지하수위 값 중에서 상위 5%에 해당하는 점을 보면, 선행 강우 등에 기인한 지하수위 상승이 붕괴의 주 원인 중 하나로 판단된다.

▪ 성토사면 붕괴 해석 결과
1. 성토사면의 붕괴는 연병장 끝부분-하부 부벽식 옹벽 배면 내에서 발생하였으며, 석탄재 매립층의 원호활동 파괴로 판단된다. 매립된 석탄재는 분산도시험(Crumb Test)에서 심각단계로 지하수에 의한 침식 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다. 지하수 흐름과 강우침투에 의하여 오랜기간 지속된 석탄재의 침식은 옹벽 배수시설의 막힘(Clogging)현상을 유발하고, 이에 따른 옹벽의 배수기능 상실은 성토사면의 지하수위 상승시키고, 추가적인 강우에 의하여 석탄재 성토사면은 한계상태에 도달하여 붕괴된 것으로 판단된다.

2. 현장관측 결과와 수리-역학적 해석을 통하여 성토사면의 초기 수위는 부벽식옹벽의 1/2 정도의 높이에 위치하였던 것으로 판단된다. 토석류 유동해석에 의한 시뮬레이션 결과는 성토사면 붕괴에 따른 토석류(석탄재)가 1.0m높이, 20m/s 속도 이상으로 마을 입구에 진입되었을 것으로 분석되었다.

▪ 환경분야
1. 환경분야 시험·검사 등에 관한 법률 제6조 및 같은 법 시행령 9조」에 따라 “토양오염공정시험기준”으로 토양오염도 시험 및 중금속 용출시험을 실시한 결과 토양오염 우려기준 이하 및 불검출 되었으며, 생활용수기준으로 지하수의 수질오염도 시험을 실시한 결과 「수질보전 등에 관한 규칙 제 11조」 지하수의 수질기준에 적합한 것으로 분석되어 시험에 적용한 토양과 지하수는 환경적 오염 우려는 없는 것으로 판단된다.

2. 1986년 12월(1983년~1985년 성토공사 추정) 당시 환경청은 폐기물관리체계의 일원화하여「일반폐기물」과 「산업폐기물」로 구분하여 석탄재 등 소각재를 산업폐기물로 분류하였으며, 1991년 9월 9일 시행(1991년 3월 8일 개정)된「폐기물관리법」에서 석탄재가 유해물질 기준치를 초과하는 경우에 특정폐기물로 분류된다. 그러나 토양오염도 및 지정폐기물 검사 결과 유해물질 불검출로 구평동 성토사면 매립재인 석탄재는 지정폐기물이 아닌 사업장일반폐기물로 확인되었다. 석탄재는 현재 「폐기물의 종류별 세부분류 제4조의 2 제1항 관련」 사업장일반폐기물 재활용에 대한 법규 51-13-03(환경부 고시 제2016-217호, 2016.11.28.)으로 분류되어 있으므로, 잔존 석탄재는 해당 전문가 또는 전문기관의 자문을 받아 처리 방안을 마련하여야 할 것으로 판단된다.

▪ 보강대책
1. 복구 시 양질의 토사로 매립 후 하부구조물은 시각적 위압감을 최소화하고 성토사면의 하중을 적절히 분산하여 안정감을 높이도록 다단 옹벽 구성에 의한 보강방안으로 연병장에 잔존하는 석탄재를 제거한 후 두 가지에 대한 안으로 제시하였다.

2. 성토사면 옹벽 하부구간에 대해서는 다짐층 사이에 지오그리드를 일정 연직간격(50cm 내외)으로 포설하여 부등침하 방지 및 다짐도 확보에 유리하도록 할 것을 제안한다.

3. 구조물이 완성된 후에는 표면수가 성토체나 원지반 내로 스며들지 않도록 하고, 비탈면을 따라 흘러내리지 않도록 소단내 배수로의 설치 등 현장의 지형 여건을 면밀히 검토하여 표면수 배수처리 대책을 수립하여야 한다.

4. 현재 성토사면의 석탄재는 추가 사면붕괴 및 지반침하 가능성을 배제할 수 없으므로 우기 및 집중호우에 따른 지반 거동에 대한 지속적인 관찰이 필요하며, 항구적인 복구를 포함한 사면 보강작업이 최대한 신속히 진행되어야 할 것으로 판단된다.

▪ 응급대책
붕괴사고 초기 제시한 응급대책 및 아래 사항을 고려하여 2차 피해 응급대책이 요구된다.
1) 성토사면 일부구간 경사면 완화 필요
① 유지되고 있는 좌측 성토사면의 안정을 고려하여 최대한 경사면을 완화
② 향후 성토사면(석탄재)은 전량 제거
2) 유실토사 등에 의한 피해 방지를 위해 성토사면 직하부 톤백마대(상부) 설치
3) 완화 경사면 표면유실 방지를 위한 표면보호막 설치
4) 최하류부(마을입구) 톤백마대(하부) 쌓기로 주민 2차 피해 방지대책 수립