건설연, 홍수에도 끄떡 없는 친환경 제방 보강 공법 기술 개발
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홍수에도 끄떡없다!
친환경 제방 보강 공법 기술 개발
한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 친환경 바이오 폴리머를 이용한 보강재와 골재 혼합물을 활용하여 제방의 붕괴를 방지할 수 있는 보강공법을 개발했다고 밝혔다.
수자원학회의 수해조사(2020.12.~2021.7.)에 따르면 수년간 전국을 휩쓴 폭우로 인해 호남지방과 중부내륙에서 많은 피해가 발생하였으며, 이는 상당 부분 하천 제방의 붕괴로 인한 것으로 밝혀졌다. 홍수로 인한 하천의 범람이 제방 붕괴의 주요 원인으로서 전체의 40%를 차지한다.
기존 제방 보강을 위해 바이오폴리머와
골재를 섞은 혼합재를 제방 표면에 코팅하는 기술 개발
기존 흙 제방과 식생 제방에 비해 6시간 이상 제방 붕괴 지연으로
유사시 시민 대피와 보수를 위한 충분한 시간 확보 가능
개발 공법 시공 및 설치과정
하천제방 붕괴와 이에 따른 홍수는 인명 및 재산에 대한 직접적인 피해를 발생시킬 뿐만 아니라 하천환경 및 수생태계 변화에도 복합적으로 영향을 미친다.
하지만 기존 기술은 제외지(물이 흐르는 하천 구간)의 제방사면에서 강한 물 흐름에 대한 보강기술 부분만 제시되고, 제방 범람 시 제내지(마을, 농경지 등) 쪽 제방사면의 붕괴 방지에 대한 기술은 제시되지 않고 있다. 또한, 제방의 축조 높이는 하천 조건에 따라 설계빈도 홍수량에 의해 결정된다. 즉, 80년 홍수 빈도로 설계된 제방은 100년, 200년 빈도의 홍수가 왔을 때는 제방이 버티지 못하고, 월류할 수 있다. 최근의 기후변화로 인한 집중 호우 및 홍수 등이 빈번하게 발생함에 따라 설계 빈도 이상의 돌발 홍수에 대한 위험이 커진 것이다.
이에 건설연 수자원하천연구본부 연구팀(팀장: 안홍규 박사, 강준구 박사)은 바이오폴리머(Biopolymer, BP)를 이용하여 제방표면을 강화함으로써 제방 붕괴를 방지하고 지연시킬 수 있는 새로운 제방 보강 기술을 개발하였다. 바이오폴리머란 식물에서 축출한 접착성을 가진 친환경성 재료를 말한다. 개발된 기술은 바이오폴리머와 골재를 섞은 혼합재를 제방표면에 코팅하여 보강하는 방식이다. 바이오폴리머가 접착제와 코팅제 역할을 하여 강도를 확보하는 원리이며, 현장에서 간편하게 시공할 수 있다는 장점이 있다.
바이오폴리머를 골재와 혼합하면, 획기적으로 물 흐름에 대한 저항 강도를 향상시켜 홍수 시 높은 수압과 빠른 유속조건에서도 표면토의 침식과 소재의 이탈 없이 제방을 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 친환경성 재료를 활용하기 때문에 식생 조기 활착과 생장이 가능하므로 하천 생태기능 회복과 내구성을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.
연구팀에서는 개발된 기술 검증을 위해 실제 홍수를 재현하는 실규모 제방 월류 실증 실험을 수행하였다. 스케일 적용을 통한 축소실험으로는 제방 붕괴에 따른 원인과 과정을 평가하고 기술의 신뢰성을 확보하는 데 한계가 있기 때문이다. 5차례 수행된 실규모 실증 실험을 통해 기술의 실효성을 분석 및 입증하고, 현장 적용성 및 안정성을 확인하였다.
저수지 범람 실험 결과 기존 제방은 흙제방이 약 15분, 식생제방이 약 30분을 버텼지만, 개발된 제방보강 기술은 범람 후 4시간 이상 버티는 것으로 확인되었다. 또한, 하천과 동일한 형태의 상황을 재현한 하천 범람 실험에서는 6시간 동안 붕괴가 일어나지 않아 제방 붕괴 방지 효과를 확인하였다. 이와 같은 결과는 제방의 물이 범람하였을 때, 대피와 보수를 위한 충분한 시간을 확보하여 시민의 생명과 재산을 안전하게 보호할 수 있다는 점을 시사한다.
김병석 원장은 “개발된 친환경 바이오폴리머 재료를 활용한 제방 붕괴 방지 기술은 홍수 피해를 예방할 수 있는 안전기술일 뿐만 아니라 탄소중립 등 환경적 이슈에도 대응할 수 있는 융합적 연구성과라는 점에서 의의가 있다.”라고 밝혔다.
개발 공법 실험 후 상태
본 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업 “친환경 신소재를 활용한 호안 대체 및 제방보강 기술개발(`20~`21)”과 국토교통부(국토교통과학기술진흥원)의 국토교통기술사업화지원사업 “피마자유기반 바이오폴리머를 활용한 하천 호안 및 하상보고기술의 현장적용성 강화를 위한 응용기술개발(`21~`23, 주관기관: 에스비비)”의 예산을 지원받아 개발되었다.
한국건설기술연구원
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