★인공지반의 배수

인공지반의 배수

출처: 코시미즈(1985) 건축공간의 녹화수법, 88-89

 

 

37. 옥상의 배수

 

(1) 배수의 중요성

건물옥상은 강수 등의 유입수가 있는 경우, 빠르게 배제하는 것이 원칙이었다. 특히 강수량이 많은 지역에서는 더욱 강하게 요구된다. 도시근교에 자연지반을 조성해서 집합주택을 건설하려고 할 때, 유출량이 이전보다 증가하는데, 방류 하천 등에 막대한 부하가 걸릴 수 있다. 일시적으로 부지내에 저장해서, 피크 유출량을 억제하거나, 또는 유출시간을 늦출 수 있다고 생각한다. 그 방법으로 건물옥상이나 테라스를 이용해서, 그기에 강수를 일시적으로 저장해 두자는 시도가 있다. 방수 성능이 향상된 때문일 것이다. 옥상정원도 강우 저류기능을 가진 시설로 생각할 수 있다. 그러나 적극적으로 이곳에 빗물을 저류하기 보다는 유출시간을 조정하는 것이라고 말하고 싶다. 그 이유는 식물에 있다.

식물에게 다소 제한된 환경인 옥상은 특히 물환경이 중요하다. 제한된 토양은 습하거나 건조하게 된다. 식물의 생육 범위내에서 환경조건의 변화는 필요하지만, 극단적인 변동은 생육 장애의 원인이 된다. 물에 대해서도 마찬가지인데, 심한 습기(과습) 또는 심한 건조(과건)는 큰 적이다. 강수에 의해서 흙속에 물이 침투한다. 그것이 아래로 이동함에 따라, 속의 공기를 몰아내서 흙속의 틈은 거의 물로 채워진다. 비온 뒤(강우후)에 아래에 쌓인 물은 배수층을 통과해서 이동한다. 흙속의 물 중, 토양의 미세한 공극에 존재하는, 토양에 흡착되어 있는 것을 제외하고, 중력의 영향으로 이동하는 물은 점점 배수된다. 그러자 토양속의 큰 공극은 지표에서 공기가 침입해온다. 이 물의 움직임에 따른 토양속 공기의 확산이 식물뿌리의 호흡에 있어서 절대적으로 중요한 요건이 된다. 여분의 물을 배수하는 것의 중요성은 이 점이라고 해도 과언이 아니다. 물이 막혀 있으면, 토양 중의 공기(산소)가 부족해서, 뿌리의 호흡곤란이 된다. 생리 활동이 저하되서, 결국 뿌리 세포는 죽게 된다. 주변의 토양 속에는 산소가 없어도 생존하는 혐기성 세균이 늘어난다. 뿌리의 부패는 이런 장소에서 발생한다. 여분의 물을 배제하는 것의 중요성은 이점이라고 해도 과언이 아니다. 그럼 이 여분의 물은 어느 부분을 말하고, 어느 정도의 양인가. 그리고 그것을 어떻게 배수시키면 좋겠는가.

 

(2) 배수의 방법

자연의 대지는 땅속에 극단적인 투수층이 존재하지 않는 한, 강수에 의한 유입수는 아래로 침투한다. 식물뿌리가 존재하는 1m 정도 깊이까지의 물은 강우후 24~36시간이면 중력에 의해서 더 아래쪽으로 이동하게 된다. 후에 남는 것은 토양속의 미세한 공극에 존재하는 물인데, 그것은 뿌리의 호흡에 필요한 부분이다. 이 원칙을 옥상에서도 재현해 주는 것을 목표로 한다.

우선 옥상면에 구배를 주고 싶다. 옥상의 배구수를 향해서, 최소한 1.5~2%는 생겨야 한다. 옥상의 형태와 규모에 따라서 이 구배를 선택할 수 없는 경우도 있다. 옥상정원의 식재부분만이라도 구배가 생기게 하고 싶다. 배수시설의 설계는 강수중 우수의 배제를 당연히 고려한다. 평균최대시간당 강우량 30mm라는 집중호우에 근접할 경우도 예상해서, 그것이 1시간내에 배제되도록 한다. 식재한 부분에 내리는 비는 그대로 땅속에 스며든다고 생각하지 않고, 지표면의 경사로 몇 곳으로 모이도록 해서, 빗물받이로 유도, 주변의 배수구에 떨어뜨린다.

토층이 1m인 경우는, 흙속의 포화수대(지하수면에 해당한다)의 위치를 –40cm정도로 해서, 배수관과 자갈을 조합한 배수관을 15m간격으로 설치한다. 보통은 이보다 토층이 얇다. 60cm정도의 토층에서 포화수대를 30cm 깊이 이하로 하고 싶은 경우는, 3m간격이다. 이것은 투수성이 비교적 좋은 사질토의 경우이지만, (일본) 관동지방의 적토나 흑토처럼 다소 점성이 있는 것은 또한 이 간격을 좁게 한다.

배수관이 흙속에서 효율적으로 집수하려면, 배수관 주위 흙의 투수성도 향상시킬 필요가 있다. 그 부분에 모래를 섞거나, 토양개량제를 사용한다. 또한 특히 점성인 흙에서, 전층에 걸쳐서 배수가 불량한 경우는 배수관을 격자형태로 배치하는 경우도 있다. 이 밀도가 높아지면, 전면에 배수층을 시공하는 것과 같다. 오히려 시공의 용이함과 배수성능으로 보아 전면에 배수층을 시공하는 방법이 바람직하다. 규모가 크고, 성토한 토양층의 두께가 두꺼운 경우는 배수관의 방법을 선택한다. 또 반대로 식재부분의 면적이 적고, 성토량도 적은 경우, 배수층을 선택하면, 그 만큼 뿌리가 신장할 수 있는 유효토층의 범위가 줄어들게 된다. 토양의 두께(깊이)가 40cm이하의 경우에 바닥(슬래브위의 마무리면)의 구배가 3%이상인 곳은, 배수층은 시공하지 않는 것이 식물생육에 유리하다. 이 경우, 하층의 흙에 중립(중간 입자)의 무기질토양개량제를 많이 혼합해주고, 투수성을 향상시켜 준다. 배수공 끝 부분에만 대립(굵은 입자)의 자갈모양의 경량개량제를 설치, 흙과 접하는 부분에 네트를 설치하는 등 흙의 유출을 막기위한 처리를 실시하는 것으로 충분하다.

 

 

그림-2) 암거배수 구조

 

식재지의 지하배수

관의 깊이 H = 1m

             h1= 0.4m

배수시간 D = 1시간

평균최대강우량 R=30mm ▷ 암거의 간격 B= 5~15m (점성토)

                                                      B= 15~45m (사질토)

 

 

 

표-1) 각종지표면의 표준 배수구배

종 류	표준배수구배(%)
아스팔트 포장면 시멘트콘크리트 포장면 자갈포장 잔디(관상용으로 들어가지 않는 곳) 잔디(들어가서 사용하는 곳) 잔디배수로	2 2.5 3~5 3 1 3~5

 

 

  

그림-3) 전면배수과 집수

 

 

※ comment

-의문점 평균 시간당 최대강우량을 30mm를 기준으로 배수 설계하는 이유는 ?

  --> 이부분은 침투수의 문제라기보다 표면유출수의 문제로 접근해서 표면배수시설(집수정)을 설치해야 하는 사항이라고 판단됨

-지하수면을 -40cm로 하는 이유는? (쾌적한 보행?, 뿌리의 과습보호?..논리적인 이해가 안됨)

-맹암거의 간격에 대해선 수리적으로 검증됨

 

-그림2에서 보면, 1m 성토지반 지하에 15~45m간격으로 맹암거를 설치하는 것은 1시간내에 물을 배수하겠다는 전제(지하수위를 -40cm로 유지)로 계산된 것임을 확인할 있다. 즉 집중호우시 빠른 배수(1시간내 배수)를 전제로 하는 것이다.

우리나라 인공지반(특히 아파트)의 배수처리에서 시사하는 바가 크다. 

슬래브바닥 위에 왜 유공관을 설치하는지, 그리고 얼마간격으로 설치할 지에 대한 고민의 해결 실마리를 제시한다.

녹지에 표면배수처리를 위한 시설(녹지대내 집수정, or 비상차량동선으로의 유도)이 설치되면, 굳이 맹암거를 설치할 필요가 있을까란 고민이 생긴다.

 

-그림3을 보면, 슬래브위의 배수구배를 만들기 위한 현실적인 방안이 그려져 있다.

슬래브(구체)에 구배를 줄 순 없으므로(슬래브에 구배를 주게되면, 구배를 맞추기 위한 건축 바닥레벨의 계획고가 모두 틀어지게 되어 계획상에 복잡한 고민이 생기게 된다. 이는 설계단계에서 철저한 고민이 되어야 하는데, 국내 기술은 여기까지 고민하진 않는다.)

방수층을 보호하는 누름콘크리트를 통해서, 구배를 잡아야 한다.

(그림3의 단면에서는 슬래브위에 경량코크리트로 구배를 잡고, 방수층을 하는 것을 단면이 그려졌으나, 방수를 위해 효과적인 방법은 아닌 것 같다.)

배수를 위해 최소한 1.5%의 구배를 잡는다면, 누름콘크리트로 만들수 있는 경사거리(편구배)의  한계치가 계산된다.

이를 계산해보면, 얼마간격으로 수직드레인을 뚫어야 할지(or 없어도 되는지) 쉽게 답을 찾을 수 있다.

(수직드레인의 간격은 결국 누름콘크리트의 구배와 관련이 있으므로, 현장에서 건축분야(공사부장)와 이에 대한 조율이 필요한다.)

건축입장에서는 설계된 누름콘크리트(통상 10cm)의 양을 초과하지 않고, 이범위내에서 해결하고자 할 것이고, 방수층을 보호하기 위한 최소한의 두께가 정해지므로(통상 콘크리트 크랙방지를 위한 최소 5cm이상의 피복을 요구한다.)

이 관계를 따지면, 계산이 쉽다.