1. 서 론

정부에서는 조경녹화를 장려하기 위해 주거성능 등급표시 제도, 친환경 건축물 인증제도 등을 실시하고 있으며, 서울시 에서는 민간건축물의 경우 설계공사비의 50%, 옥상공원화 촉진지구인 남산가시권의 경우 설계공사비의 70%를 지원하 는 제도를 마련하여 장려정책을 실시하고 있다(^{Yi, 2014}). 이 와 같이 옥상, 지하 주차장 상부 등 구조물 상부 공간에 토양층 을 형성하고 녹지공간을 조성하는 인공지반녹화는 산업화와 도심화로 인한 자연 녹지공간 부족현상을 해결하고 고층 건 물이 밀집된 도심의 미관 향상, 대기 오염원의 정화, 도심 열 섬현상 저감 등의 환경개선을 목적으로 최근 급속히 보급되 고 있다. 그러나 인공녹화 후 조경용 식물의 뿌리가 성장하면 서 구조물(콘크리트 기반)의 안전성이나, 유지관리상 문제점 이 발생될 수 있으므로 일본에서는 이를 우려하여 지하경의 뿌리압을 실험을 통하여 조릿대의 경우 최대 9.8 N, 잔디의 경 우 최대 6 N으로(^{Tanaka, 2006}) 식물의 뿌리로 인해 방수층에 손상을 발생시킬 수 잇다는 결과를 도출한 바 있다.

이에 국내에서 인공지반녹화를 실시할 경우 방수층의 수밀 안정성 확보를 위해 건축공사 표준시방서, 건축물 녹화 설계 기준 등에서 옥상, 지하주차장 상부 등 인공구조물 상부에 녹 화를 하는 경우 일정 품질이상의 방근층 설치를 규정하고 있 으나, 실제 우리나라의 많은 현장은 방수층 위에 누름콘크리 트 타설 후 인공지반녹화를 시행하고 있는 실정이다. 이에 따 라 콘크리트 구조물의 건조 수축, 자기 수축, 온도 균열 등 많 은 균열이(Kim, 2015) 동반되어 인공지반녹화 후 하부층으로 누수가 발생되는 사례가 많고, 누수문제로 인한 보수공사 시 조경식물, 식생기반층, 필터층, 배수층, 방근층, 방수층 등 전 체적인 재시공이 수반되어야하므로 경제적 손실이 우려된다. (Kim, 2008; ^{An, 2010}) Photo 1

Photo 1

Defect by artificial ground greening plants(^{Oh, 2009})(^{Yi, 2009})

본 연구에서는 현장조사를 통해 실제로 준공을 앞둔 아파 트의 지하주차장 상부 콘크리트 구조체에 있어서 누수를 동 반하는 균열 빈도를 조사하고, 본 실험으로서 방수층을 설치 하지 않은 상태로 방수층 상부에 누름콘크리트를 타설한 후 인공지반녹화를 실시한 구조물을 모사하여 누름콘크리트의 균열부로 식물의 뿌리 침입 및 뿌리 침입에 따른 아스팔트 방 수시트에 주는 영향에 대해 실험하고자 한다.

2. 구조체 누수균열

콘크리트 구조물의 누수균열의 정도를 파악하고자 지하주 차장에 사용되는 Half PC 슬래브로 시공된 아파트 현장에 대 한 누수균열조사를 실시하였다.

조사현장은 지하주차장이 지하 1층 및 지하 2층에 시공되 어 있는 현장으로서 육안으로 식별이 가능한 부분의 균열을 조사하였으며, Fig. 1에 지하 1층 상부에 발생된 누수균열을 적색으로 표시하였다. 누수균열은 아파트동과 연결부위의 콘 크리트 슬래브 부분 및 트럭 등 운반 차량의 이동통로 부분에 서 Half PC 슬래브 중앙부에 차량 이동방향을 따라 일직선으 로 누수균열이 빈번히 발생하였다. 또한, 지하주차장 상부 슬 래브 및 누름콘크리트의 균열 발생을 확인하였다. 이와 같은 누수현상은 방수층 및 하부 구조슬래브의 관통 균열로 인해 발생되는 것으로 사료되며, 전체적으로 건설 초기에서도 빈 번한 초기 누수현상을 보이므로 장기적인 수밀성은 더욱 취 약할 것으로 예상되는 만큼 장기적 수밀성 확보 대책이 중요 할 것으로 사료된다.

Fig. 1

Water leakage survey of construction site

3. 실험계획 및 방법

3.2 실험 방법

3.2.1 실험 환경

식재 후 초본식물과 목본식물의 지속적인 성장을 위해 온 도 유지 및 환기 조절이 가능한 유리온실에서 실험을 진행하 고, 환경 조건으로는 사계절 내내 14~35°C의 온도를 유지시 키면서 주 3회 이상 토양의 수분관리를 실시한다.

3.2.2 실험 1 : 균열폭에 따른 뿌리 침투성 실험체 제작

본 실험은 방근층을 설치하지 않은 누름콘크리트 위에 직 접 옥상녹화를 시행하는 경우의 대상으로 누름콘크리트의 균 열 틈사이로 실험식물의 뿌리가 침입하여 관통하는지를 평가 하는 실험방법으로서 먼저, 식물의 뿌리 침입으로 아스팔트 방수층에 미치는 영향을 확인하기 전 균열 부 크기에 따라 뿌 리의 침입 여부를 확인하고자 하였다. 뿌리의 침입 평가는 KS F 4001 포장용 콘크리트 평판에서 규정하는 60 mm 두께의 보 통 평판을 200×200 mm로 밀링머신으로 정밀하게 절단하여 맞댐 이음 하였고, 균열 폭을 일정하게 유지시키기 위해 보도 블럭 과 보도블럭 사이에 0.15mm의 STS 스페이서를 단독 또 는 겹쳐 끼워 일정 균열 폭을 갖는 실험체 밑판을 제작 한다. 실제 현장에서의 균열은 균열 부의 시작부위가 넓고 하단부 로 내려갈수록 균열의 폭이 작아지는 형태를 띄는데 실제 균 열에 대한 재현의 어려움으로 일정크기의 균열로 실험을 진 행한다. 균열 폭은 0.15, 0.30, 0.45 mm로 실험하였으며, 균열 폭의 확장방지를 위해 보도블럭 고정용 프레임을 사용한다. 그 외부로 백업용 부직포와 STS 외부용기를 설치하였다. 그 에 따른 제작과정을 Photo 2에 나타내었다.

Photo 2

Concrete crack specimen assemble process

실험용기의 형태는 4측면으로 뿌리의 이동을 방지하고자 고경질/고내화학성의 PET계 방근시트(NET 제754호 제품)를 고경질의 실란트로 보도블럭 4측면에 실링하여 제작하고, 균 열 부로 식물의 뿌리 침입 여부를 평가하기 위해 투명밑판 위 에 일정 균열 폭을 갖는 실험체 밑판을 설치한다. 실험용기의 개요는 Fig. 2에 나타내었다. 실험용 토양, 시험식물, 식재방 법 및 관리방법은 국내에서 방근시험 방법으로 사용되는 KS F 4938에서 규정하는 방법에 따라 진행한다. 토양으로는 피트 모스 70 %, 입경 1.7～5.0 mm의 펄라이트 30 %를 부피비로 혼 합한 것을 사용한다. 식물로는 피라칸타(Pyracantha coccinea, 높이 : 700±100 mm)와 사사조릿대(Pleioblastus pygmeaus, 높 이 : 170±30 mm)를 평가 식물로 사용한다. 식재가 끝난 실험 체의 생육기간 동안 실험체 관리는 1주일에 3회 이상 순회하 면서 일조 및 온도·습도점검, 토양의 수분관리, 식물의 병충해 방제, 제초작업 등을 실시한다. 시험식물 뿌리의 침입 평가는 매 6개월마다 지게차를 이용하여 시험용기 전체를 들어 올려 하부 투명 밑판을 통해 시험식물 뿌리의 관통 여부를 관찰하 며 최종적으로 2년 경화 후 시험용기 내부의 토양 및 시험식 물을 완전히 제거하여 블록의 균열부에 침입한 식물 뿌리를 관찰한다.

Fig. 2

Section of specimen installation

3.2.3 실험 2 : 아스팔트 방수시트 시공 및 실험체 제작

균열 부를 통한 식물의 뿌리 침입으로 누름콘크리트 하부 에 시공된 아스팔트 방수시트에 주는 영향을 평가하기 위한 실험으로서 실험체 제작은 앞의 제작과 동일한 조건으로 제 작하였으며 일정 균열 폭으로 한 보도블럭 하단부에 두께 2 mm의 아스팔트 방수시트를 시공하여 아스팔트 방수시트에 미치는 영향을 평가한다. 균열 폭은 식물의 뿌리가 균열 부로 침입하였을 때 식물의 뿌리 생육상태를 고려하여 0.45 mm 조 건으로 실험을 진행하였으며, 아스팔트 방수시트 시공은 실 제 시공 상태를 감안하여 접합부를 50 mm 열융착으로 접합한 다. 또한, 수평형 수직부가 만나는 4곳의 모서리는 접어 올려 설치한다. 실험체 수는 식재 후 상황에 따라 식물의 뿌리 생육 상태가 달라질 수 있음을 감안하여 동일한 아스팔트 방수시 트를 시공 한 실험체에 대해 2개를 제작하여 평가하였다. 제 작 과정 및 실험 용기 개요는 Photo 3과 Fig. 3에 나타내었다.

Photo 3

Specimen production and planting

Fig. 3

Section of specimen installation

4. 실험 결과

0.15, 0.30, 0.45 mm 균열 폭의 콘크리트 블록 실험체 상부 에 식재된 식물의 뿌리가 균열 부에 뿌리의 침입 여부 평가 및 콘크리트 블록 실험체 균열 부로 침입된 뿌리가 그 하부에 시 공된 아스팔트 방수시트에 미치는 영향을 실험한 결과는 다 음과 같이 나타났다.

4.1 균열 부에 따른 식물의 뿌리 침투성 평가

0.15, 0.30, 0.45 mm의 균열 부에서 식물의 뿌리 침입 여부를 평가 하였을 때 식물의 생육상태는 양호 하였으며 평가는 식재 일로부터 6개월 마다 2년 동안 중간 평가 및 최종 평가를 진행 하였다. 평가 결과는 Photo 4 ~ Photo 6에 나타내었다. 중간 및 최종평가 결과 고경질/고내화학성의 PET계 방근시트를 4측면 에 실링하여 제작한 부분으로 0.15, 0.30, 0.45 mm 3조건 모두 식물의 뿌리 및 줄기의 성장으로 인하여 측면 부 PET계 방근 시트의 뚫림이나 파손 등이 나타나지 않았다. 0.15, 0.30 mm의 균열 폭에서 식재 후 18개월에 콘크리트 블록 하단부로 뿌리의 침입 및 관통이 발생하였으며, 0.45 mm의 균열 폭에서는 12개 월에 뿌리의 침입·관통이 발생하였다. 평가결과는 Table 2에 나타내었으며, 뿌리 침입 평가 분석결과 0.15 mm와 0.30 mm 에서는 뿌리가 침입할 수 있는 부분의 균열폭이 좁아 얇은 뿌 리 위주의 침입으로 인해 뿌리 침입 기간이 오래 걸린 것으로 판단되며, 0.45 mm에서는 굵은 뿌리의 침입가 가능하여 짧은 기간에 침입 및 관통이 된 것으로 판단된다. 이로 인해 누름콘 크리트의 건조 수축, 자기 수축, 온도에 의한 균열이 발생할 경 우, 그 상부에 식재된 식물 뿌리가 콘크리트의 균열부를 침입하 고 완전히 관통하여 하부로 지속 성장할 수 있음을 확인하였다. Photo 5

Photo 4

Result of resistance to root penetration (0.15 mm crack)

Photo 5

Result of resistance to root penetration(0.30 mm crack)

Photo 6

Result of resistance to root penetration(0.45 mm crack)

Table 2

Root penetration test result of crack

Case		6 months	12 months	18 months	24 months
Plan 1	0.15 mm	×	×	○	○
	0.30 mm	×	×	○	○
	0.45 mm	×	○	○	○

× Non-occurrence of roots penetration to concrete cracks

○ Occurrence of roots penetration to concrete crack

4.2 방수층의 수밀성에 미치는 영향

누름콘크리트 층의 균열이 발생하였을 경우, 균열 부로 침입 된 식물의 뿌리가 아스팔트 방수시트에 미치는 영향을 평가한 결과는 Photo 7에 나타내었다. 중간 평가결과 2개 실험체 모두 4측면의 고경질/고내화학성 PET계 방근시트 및 아스팔트 방수 시트를 접어 올려 시공한 부분에서는 식물의 뿌리에 의한 침입 이나 뚫림이 발생하지 않았으며, 0.45 mm의 균열 폭으로 한 1 개 실험체는 12개월에 콘크리트 블록 실험체 균열 부로 침입된 뿌리가 그 하부의 방수층을 관통하여 투명 밑판을 통해 관찰되 었고, 다른 1개의 실험체는 18개월에 관통이 관찰되었다. 제작 된 콘크리트 블록 실험체를 제거하여 최종 평가한 결과 식물의 뿌리가 다수 침입하였으며, 침입된 식물의 뿌리로 인한 하단 부 방수층에 관통이 된 것으로 관찰 되었다. 아스팔트 방수시트 (THK 2.0 mm)가 방근시트에 비해 치밀성 및 내식성, 내충격성 이 낮아 식물의 뿌리 침입에 취약하여 관통됨을 알 수 있다.

Photo 7

Result of asphalt waterproof sheet(0.45 mm crack)

식물의 뿌리 침투성 및 아스팔트 방수시트의 관통유무를 2 년간 6개월 간격으로 평가한 결과 균열부 0.45 mm, 아스팔트 방수시트 시공한 0.45 mm에서는 12개월에 뿌리 침입 및 관통 이 되었으며, 평가 결과는 Table 3에 나타내었다.

Table 3

Root penetration test result of crack and sheet

Case		6 months	12 months	18 months	24 months
Plan 2	0.45 mm	×	◎	◎	◎
		×	×	◎	◎

× Non-occurrence of roots penetration to concrete cracks

◎ Root penetration to concrete cracks and waterproofing layer

5. 결 론

본 연구에서는 인공지반 녹화 시 방수층 상부에 시공된 누 름콘크리트의 균열부를 통해 녹화 식물 뿌리가 침입하여 방 수층을 손상시킬 수 있는지를 실험적으로 검토하였다. 그 결 과 균열 폭 0.15, 0.30, 0.45 mm 3조건에서 모두 균열 폭의 콘 크리트 블록 실험체 상부에 식재된 식물의 뿌리가 균열 부를 침입하고 완전히 관통하였다. 또한, 0.45 mm의 균열 부로 침 입된 뿌리가 그 하부 방수층의 수밀성에 미치는 영향을 평가 하였을 때, 아스팔트 방수층에 뿌리 관통 발생된 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 누름콘크리트 위에 방근층을 설치하지 않고 옥상녹화를 시행할 경우 누름콘크리트의 건조 수축, 자 기 수축, 온도 상승 등으로 인한 균열 발생 시 상부에 식재된 식물의 뿌리가 균열 부를 통해 침입하여 균열 부 확장 및 아스 팔트 방수시트를 관통하여 누수로 이어질 수 있음을 예상할 수 있다. 본 연구의 결과를 통해 인공지반 상부 녹화부의 환경 조건으로부터 구조물의 장기적인 내구성 확보를 위해 방근재 료 및 공법의 적용이 반드시 필요할 것으로 사료된다.