서 론
우리나라의 최초 간척사업은 고려조 고종 35년(AD 1248)에 현 평안남도 안주의 위도에 식량생산을 위하여 조성된 것이 그 시초로서 간척입국을 자랑하는 네덜란드 의 경우와 이웃 일본이 각각 10세기 및 AD 1248년에 시작한 것과 비교하면 상당히 일찍 시작된 것으로 볼 수 있다. 국내의 경우, 1970년대 이전의 간척지 면적에 대한 통계자료가 명확하지 않지만, 1917~1938년 사이 178개 지구에 약 40,539ha, 1945~1960년 사이 166개 지 구에 약 7,246ha 정도가 조성되었다고 보고되고 있다. 그 리고 1960년대 접어들면서 동진강을 시작으로 대규모(약 4,000ha) 간척사업이 이루어져 해방 후부터 1960년대까지 약 24,000ha가 조성된 것으로 보고되고 있다. 이 이후 1970년대부터 현재까지 1,641개 지구에서 약 135,100ha 정도를 대상으로 이미 완공되었거나 일부 지역에서는 진 행 중에 있다(Kang 등, 1992; Park 등, 2009). 이들 간척 지 중, 주로 1980년대 후반부터 개발하거나 시공 중에 있는 간척지, 즉 화웅, 시화, 석문 및 이원지구 등 12개 주요 간척지의 면적은 54,379ha 정도로 계획되어 있다. 이 중 농업용과 비농업용은 각각 30,394ha 및 23,985ha 정도이고, 농업용 중에서도 첨단수출원예 및 일반원예단 지가 각각 3,000ha 및 2,185ha로 계획되어 있다(Park 등, 2009; RDA, 2012).
우리나라 농업의 경우, 2013년 말 현재 경지면적 3.0ha 미만의 영세한 농가가 91.3%정도로서 타 산업에 비해 낙후되어 있고, 또한 국내 총생산액 중 농업생산이 차지하는 비중은 1970년 25.5%에서 2013년 말 현재 통 계를 집계한 이례 처음으로 2.0%대 이하인 1.9%로 크 게 낮아졌다. 그러나 국내농업에서 원예 산업이 차지하 는 비중은 1970년대부터 급격히 증가하기 시작하여 1980년 25.0%, 1990년 27.5%, 1995년 38.8%까지 증가 하였다가 IMF를 거치면서 잠시 감소한 이후 안정적으로 증가하여 2007년 말 현재 31.0%정도를 유지하고 있는 실정이다. 이 중에서 시설원예(채소 및 화훼) 비중도 1990년 4.6%, 1995년 10.1%, 2000년 10.7%, 2007년 말 현재 13.0%정도로서 지속적으로 증가추세를 보이고 있 다. 그리고 전체 농가인구 중 현재 65세 이상의 인구가 37.1%정도로서 이미 초고령사회를 나타내고 있는 실정 이기 때문에 원예 산업도 기존의 생산시스템으로는 국가 경쟁력을 확보하기 어려울 것으로 판단된다(KSBEC, 2009; http://www.mafra.go.kr). 여기에 최근 한 보도에 의하면, 우리나라는 2000년에 65세 이상 노인인구가 전 체인구의 7.0%로 이미 고령화 사회에 진입하였으며, 2020년경에는 11.4%에 달해 고령사회로 2016년경엔 20.0%를 넘을 것으로 예측하였다(http://www.naver.com).
국제적으로도 미국, EU, 칠레, 중국 및 일본 등과의 FAT협상이 마무리되었거나 진행 중인 현실을 고려하면, 농산업 분야에서도 급속한 시장개방이 예상되기 때문에 국제경쟁력 강화 방안이 강구되어야 할 것으로 판단된다.
이상과 같이 FTA 확산에 따른 시장개방에 대비하고 환경에 대한 인식변화 등으로 신규간척 사업의 중단, 농 지의 다른 용도로의 전환으로 인한 우량농지의 감소, 기 후변화에 따른 농업환경변화 등에 적응하기 위하여 간척 지를 미래농업의 전진기지로 활용한 정책적 목표를 가지 고 추진 중에 있다. 즉, 첨단시설과 기술을 이용한 수출 농업, 법인화 및 조직화를 통환 대규모 농업, 자연순환 형 경축을 연계한 친환경 농업이다(RDA, 2012).
특히, 국내의 경우, 일반 농경지(내륙지역) 내의 온실 면적은 1990년대 후반까지는 급격히 증가하였으나, 2000 년 이후는 약 52,000~54,000ha 정도로서 거의 답보상태를 이루고 있다(MAFRA, 2014a, b; http://www.mafra.go.kr). 그러나 농촌지역의 활성화, 초고령사회, 6차 산업 등을 감안하여 농산물의 안정적 공급, 물류비용 절감, 고품질 화 등의 문제점을 해결할 수 있고, 또한 농수산식품의 수출 증대나 시설원예 산업의 지속적인 성장 및 유지를 위해서 온실단지의 규모화, 전문화 등의 시스템을 구축 하여야 할 것으로 판단된다. 그러므로 앞에서 기술하였 듯이 화웅, 시화, 석문 및 새만금지구를 포함한 12개 주 요 간척지를 대상으로 간척지의 특성을 활용한 부가가치 가 높은 작물 생산지로서의 단지화 및 규모화 된 시설 원예단지의 구체적인 조성방안의 필요성이 대두되고 있 는 실정이다(Kim 등, 2007; Pak 등, 2009; KSBEC, 2009; RDA, 2012; Yun 등, 2013; Choi 등, 2014a, b; Kang 등, 2014; http://www.mafra.go.kr). 이와 관련하여 최근 토마토 및 파프리카 재배를 위해 화옹지구 간척지 에 원예수출단지인 유리온실 10ha가 시공되었고, 개화도 간척지에도 바닥면적 1,008m2 규모의 1-2W형 플라스틱 온실이 완공되어 토마토가 시험재배 되고 있는 실정이다. 이와 같이 앞으로 간척지내 시설원예단지 조성실적은 더 욱 증가할 것으로 판단된다.
간척지에 온실을 시공할 경우, 제반 문제점 중의 하나 가 온실의 기초부분이다. 최근 국내 간척지 지구의 한 곳인 화옹지구에 총사업비 569억 규모의 10.5ha의 Venlo 형 유리온실을 시공하였다. 이때 시공한 온실기초 는 고가이긴 하지만 재료구입이 용이한 PHC 말뚝을 사 용하였다. PHC 말뚝은 주로 선단지지력을 이용하여 상 부구조물의 하중을 지반에 전달하기 때문에 상부구조물 인 온실의 침하에 대한 대책을 강구할 필요는 없을 것 으로 판단된다. 그러나 PHC 말뚝의 경우, 재료비나 시 공비가 나무말뚝에 비해서 대단히 고가이고, 특히 온실 은 일반구조물에 비해 경량구조물이기 때문에 온실 기초 로는 적합하지 않은 것으로 판단된다. 이와 같은 문제점 을 해소하기 위하여 네덜란드의 경우, 가격이 저렴할 뿐 만 아니라 공기 단축, 친환경 공법, 내구성, 취급 및 가 공의 간편성 등으로 온실기초로 나무말뚝을 주로 사용하 고 있는 실정이다(Kang 등, 2014). 이 뿐만 아니라 나무 말뚝은 RC, PC 및 PHC와 같은 기성말뚝이 개발되기 전에 교량 등의 기초로 많이 사용되기도 하였다. 그러나 나무말뚝을 사용할 경우, 일반적으로 기초의 선단지지력 을 이용하는 것이 아니기 때문에 온실 시공 후, 지반의 침하나 구조물 자체의 침하에 대해서 충분히 검토하여야 한다.
따라서 본 연구에서는 간척지 내에 온실을 시공할 경 우, 온실설계의 기초자료로 활용하기 위하여 최근 나무 말뚝 기초를 사용하여 2013년 12월경에 완공한 계화도 간척지의 1-2W형 온실을 대상으로 온실기초의 침하량을 계측하고 검토하였다.
재료 및 방법
1. 지반조사
1-2W형 온실(12-연동-1형)이 설치된 정확한 위치는 전라 북도 부안군 계화면 창북리 3980-3번지로서 새만금유역 내 에 있는 계화도 간척지이다. 이 간척지는 1963년에 시작하 여 1979년에 완공하였으며, 1977년부터 간척지 내에 벼를 재배한 곳으로서 국내에서는 비교적 오래된 간척지이다.
온실설치 대상 지역을 중심으로 지층분포의 파악 및 시료채취, 지층상태, 밀도, 연경도 등을 위하여 시추조사 5개소와 표준관입시험 1식을 수행하였다. 그리고 온실시 공 시, 차수 및 배수대책을 수립하기 위하여 지하수위를 5개소에서 측정하였다. 시추조사는 회전 수세식(Rotary Water Type) 유압기 300형 시추기를 이용하여 표준관입 시험과 병행하는 방법으로 실시하였다. 굴진은 NX(φ 75mm) 구경으로 실시하였으며, 공벽 붕괴가 없는 견고한 저층까지 확인하는 것을 원칙으로 하였다. 시추간격 및 심도는 대상지역 내에서 각각 25m 및 42m로 하였다. 표 준관입시험은 KS F-2318 규정에 의하여 중량 63.5kgf의 해머를 75cm 높이에서 자유 낙하시킬 때, Split Barrel Sampler가 30cm 관입하는데 소요되는 타격 횟수인 N치 를 측정하였다. 이 때, 최초 15cm 관입할 때의 N치는 시료가 교란된 것으로 판단되어 예비타로 간주하고, 타 격 횟수가 50회를 초과할 경우에 이 시점의 심도를 기 준으로 하였다. 시추조사와 병행하여 총 114회에 걸쳐 표준관입시험을 실시하였다. 지하수위 측정은 지하수위 계를 이용하여 시추 종료 후, 시추공 내에서 1차로 측정 하였다. 그리고 1차 측정 후, 안정된 지하수위를 측정하 기 위하여 시추공 내에 PVC 파이프를 설치하고 24시간 이상 경과한 다음 다시 측정하였다. 이상의 지반조사는 지반조사 전문 업체에 의뢰하여 실시하였다.
2. 침하량 계측
1-2W형 온실의 측고와 동고는 각각 4.5m 및 6.5m 이 고, 폭과 길이는 각각 7.0m 및 48.0m 인 3연동 플라스 틱 필름온실로서 방풍벽의 폭이 1.2m인 온실이다. 이 온 실은 2013년 4월부터 간척지 현장답사, 지반조사 및 온 실설계 등을 통하여, 2013년 말에 완공되었으며, 토마토 를 재배하기 위한 전용온실로 설계되었다. Fig. 2은 1- 2W형 온실의 전경을 나타낸 것이다.
Fig. 1은 침하량을 계측하는 지점을 포함한 온실의 평면 도를 나타낸 것이다. 온실기초(기둥)는 4.0m 간격으로 설치 되었으며, 나무말뚝(소나무)의 직경은 말구(나무의 위 부분) 을 기준으로 150~200mm 정도의 범위로서 길이가 10.0m 인 말뚝 총 52개를 사용하였다. 원구(나무의 밑 부분)의 직 경은 약 300~350mm 전후이다. 나무말뚝의 말구가 아래로 향하도록 매입하였다. 나무말뚝의 시공은 백호(SOLAR3 00LC-V)를 이용하였으며, 나무말뚝을 매입할 때, 말뚝의 휨이나 파손 및 흔들림 등을 최대한 방지하기 위하여 버킷 정착부에 직경 400mm의 캡을 부착한 후, 이 캡을 말뚝의 원구에 설치하여 압입하는 방법으로 말뚝을 설치하였다. Fig. 3는 나무말뚝의 현장 전경을 나타낸 것이다.
온실의 하중을 매입한 나무말뚝에 전달하기 위해서는 온 실기둥의 콘크리트 독립기초가 필요하다. 이들 두 기초의 결속을 위하여 우선 지반에 매입된 나무말뚝 상부에 철근 의 삽입과 버림 콘크리트 거푸집을 설치하고, 콘크리트 독 립기초용 철근을 배근한다. 그 다음 버림 콘크리트 거푸집 에 콘크리트를 타설한 후, 이 콘크리트 표면에 콘크리트 독립기초의 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설함으로써 두 기초의 결속이 완료되도록 시공하였다. Fig. 4과 Fig. 5 은 이상의 과정을 나타낸 전경과 단면도 및 평면도이다.
이상과 같은 방법으로 시공된 온실기초의 침하량은 계 측시스템 구상, 설계 및 구입 등과 온실경영자와의 협의 등으로 인하여 2014년 8월부터 현재까지 매월 1회 정도 계측하고 있다. Fig. 1에서 계측지점 9번, 10번은 침하량 계측용 실험온실에 인접한 옥외에 매입한 나무말뚝만의 침하량을 계측하기 위하여 한 것이다. 이 나무말뚝의 직 경과 길이는 각각 150mm 및 5.0m이고, 지반에 매입한 나무말뚝 상부에는 나무말뚝의 설계하중으로 고려한 규 격 약 1.3×1.3×1.3m인 중량 약 5.0tf 정도의 콘크리트 블록으로 상재하중을 재하 하였다. 물론 상재하중인 콘 크리트 블록의 경우, 지반과 격리시켜 나무말뚝에 설치 하여야 하지만 여러 가지 현장 여건상 초기에는 지면과 맞닿아 있도록 설치하였다.
온실기둥에 변위센서를 설치할 때, 다음 순으로 진행 하였다. 우선 온실의 콘크리트 독립기초와의 최단거리에 직경 및 깊이가 각각 400mm 및 500mm정도 되도록 지 반에 홈을 만든 후, 이 홈 내부에 지반의 침하나 물의 침투 등에 의한 영향을 최소화하기 위하여 잡석을 두께 100mm 전후로 다져 넣었다. 이 잡석 위에 직경 300mm 다공(φ10~φ20mm) 원형 스틸(두께 3mm)과 직경 및 길 이가 각각 300mm 및 500mm인 강봉을 결합한 역 T형 앵커를 설치하고, 이 강봉의 선단에 변위센서의 감지부 를 접촉할 수 있도록 직경 40mm의 원형 판을 수평으로 설치하였다. 그리고 변위센서 자체는 온실기둥이나 콘크 리트 블록(옥외)에 부착된 길이 400mm과 600mm(옥외) 인 각관 선단에 설치한 후, 홈의 나머지 부분은 흙으로 되메우기로 마무리 하였다. 데이터로거는 온실내부의 기 둥에 설치하였으며, 작업자나 기타 요인으로부터 변위센 서를 보호하기 위해 박스를 설치하였다. Fig. 6는 이상 의 과정을 나타낸 전경이다.
이상과 같이 설치된 변위센서를 이용하여 침하량 계측 은 Fig. 1과 같이 대상 온실기초의 기둥에 8개 지점을 대상으로 최대용량 50mm, 최소단위 0.1mm인 변위센서 (GRFRAN, PY2, ITALIA)를 설치하여 기초의 변위량을 실시간(1시간 간격)으로 데이터로거(GREEN TECH, GTDL-M120, KOREA)에 자동 저장되도록 하였다.
결과 및 고찰
1. 지반 특성
Table 1은 대상지역의 지반에 대하여 시추조사, 표준 관입시험 및 지하수위를 측정한 결과를 정리하여 나타낸 것이다. Table 1에서 알 수 있듯이 시추조사는 25m 간 격으로 심도 42m까지 수행하였지만, 기반암인 연암층은 확인되지 않았으며, 부지 조성 당시 매립한 것으로 추정 되는 매립층과 그 하부에 퇴적층이 존재하는 것으로 조 사되었다. 그리고 매립층과 퇴적층 하부에 풍화대가 존 재하는 것으로 조사되었다. 전체 지반층의 토성은 시추 공에 관계없이 주로 점토 섞인 모래, 실트질 모래, 실트 질 점토 및 화강편마암 순으로 구성되어 있었다. 특히 한국기술용역 협회의 분류기준에 의하여 분류한 풍화암 층의 풍화암은 담청색의 색조를 띤 화강편마암으로 구성 되어 있었다. 이 풍화암층은 Metal crown bit로 용이하 게 굴진 가능하며, 때로는 무수보링도 가능한 암반등급 으로 분류된다. 이번 조사결과, 화강암의 풍화특성상 표 준관입시험 시 실측한 N값 50/10(회cm-1)을 기준으로 풍 화토와 풍화암으로 분류하였다. 이러한 결과로 미루어 이 화강편마암은 심한 풍화도를 보이고 있어 암의 강도 는 아주 낮을 것으로 추정되었다.
Table 1.
Ground characteristics of reclaimed land in Gyehwa-do.
지하수위도 시추공에 관계없이 지반에서 0.3m 아래에 있는 것으로 조사되어 나무말뚝이 지하수위 아래에 있는 것으로 나타났다.
2. 온실기초의 침하량
Fig. 7는 온실내부의 온실기초와 온실외부 인근에 설 치한 나무말뚝의 침하량을 나타낸 것으로서 2014년 8월 21일부터 2015년 3월 21일까지 연속적으로 실시간 자료 를 보인 것이다. Fig. 7에서 CH-1의 침하량이 직선으로 표시되어 있는 것은 센서 또는 데이터로그의 에러에 기 인한 것으로 판단된다.
Fig. 7에서 알 수 있듯이 전체적으로 볼 때, 온실 내· 외부나 계측지점(채널)에 관계없이 침하량에는 다소 차 이가 있지만, 시간의 경과와 함께 침하량이 증가하고 있 는 것으로 나타났다. 이와 같이 지점별 침하량의 차이는 나무말뚝 규격, 지반에 매입 시에 나무말뚝 껍질의 이탈 정도, 지반상태 등에 의한 것으로 판단된다. 그리고 온 실내부 기둥의 경우, CH-2는 좀 예외적이긴 하지만, 온 실 측벽(방풍벽 측)에 있는 지점의 데이터가 상대적으로 큰 진폭현상(흔들림 현상)을 나타내는 것은 알 수 있다. 이것은 바람에 의한 기둥의 진동이나 고유진동수에 의한 것으로 판단된다. 또한 2014년 10월경과 2015년 2~3월 경에 침하량이 상대적으로 크게 변화한 후, 어느 정도 침하량이 회복 되는 현상을 볼 수 있다. 이 시점을 전후 하여 강수량, 풍속 및 적설량에 대하여 검토한 결과 특 이 사항을 발견할 수 없었다. 이와 같은 현상들을 포함 하여 CH-1을 제외하고 현 시점에서 온실 내외부 전체의 지점별(CH-2~CH-10) 침하량은 1.0~7.5 mm정도의 범위 에 있는 것으로 나타났다.
일본의 나가사키현 이사하야 간척지는 1989년에 간척 사업을 개시하여 2000년에 내부개발을 시작한 후, 2008 년에 사업을 완료하였다. 이사하야 간척지에서 2001년 3 월부터 2006년 12월까지 총 6개 지점을 대상으로 침하 량을 계측한 사례와 비교하였다.
이 간척지는 세립 점토 50%, 실트 40%로서 계화도 간척지(모래 36.6%)에 비해 상대적으로 연약지반이고, 소 나무 말뚝의 말구 직경과 길이가 각각 150mm, 5.0m으로 서 계화도 간척지의 나무말뚝과도 다소 차이가 있다. 또 한 온실의 구조나 규모도 다르고, 피복재만 동일하다. 침 하량 계측결과는 최대 130mm, 최소 90mm 정도로서 지 점별로 차이가 있었고, 어느 시점(온실시공 후 약 1년) 을 기준으로 직선적으로 증가한 후, 감소 또는 정체현상 을 보이다가 다시 증가하는 것으로 보고하였다(http:// blog.daum.net/cronose88/369).
Fig. 8는 앞으로 침하량을 예측하기 위하여 각 지점별 로 침하량과 시간과의 관계를 회귀 분석한 결과를 나타 낸 것이다. 여기에서는 CH-1도 2014년 11월 21일까지 측정한 데이터를 이용하여 분석하였다.
Fig. 8에서 알 수 있듯이 온실내부의 경우, 결정계수는 지점별로 0.6362~0.9340까지의 범위로서 상관관계가 높 은 것으로 나타났다. 그리고 온실외부의 경우는 0.6046 ~0.8822로서 온실내부 보다는 다소 낮지만, 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
