1.머리말1)

경주 불국사 삼층석탑²⁾은 2010년 북동 상층기단 갑석 의 균열로 인해 2014년까지 전면 해체가 진행되었다.³⁾ 삼층석탑 부재 및 기단내부 적심의 해체를 완료한 이후 에는 하부의 지반이 상부의 하중을 온전히 견딜 수 있는 지에 대한 파악이 필요하였고, 이에 지반을 원형대로 보 존하면서 진행할 수 있는 조사방법인 비파괴조사를 활용 하여 지반의 현황에 대한 조사연구를 진행하였다.

이번 조사에서 사용된 비파괴 지반조사 방법은 평판재 하시험, 동평판재하시험, 전기비저항탐사, 굴절법탐사, 표 면파탐사(MASW, SASW), GPR탐사이며, 이를 통해 삼 층석탑 및 인접부에 대한 다양한 지반 물성정보를 종합 적으로 얻고자 하였다. 획득된 데이터는 지반의 해체 여 부를 결정하는 중요한 근거로 활용되었다. 또한 불국사 대웅전 영역의 원지반선 추정과 석탑기초 범위, 지내력 산 정 등 삼층석탑과 주변 지반에 대한 다양한 연구정보를 제공해 준다는 점에서도 의의가 있다. 아울러 일부 침하가 확인된 지대받침석⁴⁾을 드잡이 및 보강하는 데 있어서도 보강 전후의 지반강도를 판단하는 기초자료가 되었다.

이 논문에서는 경주 불국사 삼층석탑 기초 및 주변부 비파괴조사 결과를 살펴보고, 동시대 같은 지역에서 축조 된 경주 남산 남리사지 석탑의 기초부 발굴조사 사례와 비교·검토하여 보았다. 건축문화재 지반조사에 있어서의 비파괴조사와 발굴조사 방법 간의 비교와 향후 지반조사 의 보완사항 등에 대해서도 제언하고자 한다.

2.경주 불국사 삼층석탑 기초 비파괴조사

2-1.기초 물성 조사

1)전기비저항탐사5)

삼층석탑 주변부에서 실시된 전기비저항탐사는 삼층석 탑, 다보탑, 대웅전 주변 등 10개의 측선⁶⁾에서 수행되었다. 삼층석탑 하부의 전기비저항값은 측선위치에 따라 최저 418Ω-m에서 최고 17650Ω-m⁷⁾으로 나타났으며, 삼층 석탑의 기초부는 다른 영역보다 비저항값이 높게 탐사되 었다.(지표∼심도 2.0m부근)

전기비저항 값으로 추정한 기초의 형상은 석탑 외부에 서 중심부로 갈수록 좁아지는 형태이며, 그 최고 깊이는 약 2.0m내외이다. 지대석 외부의 일정 범위 밖으로 나간 부근에 기초부의 외곽경계가 있음을 확인할 수 있다.

〈Fig1〉,〈Fig2〉는 삼층석탑을 중심으로 남·북 각각 3개의 측선에서 측정된 전기비저항 값을 형상화한 자료 이며, 〈Fig3〉은 이를 3차원으로 결합한 결과물이다. 아울러〈Fig4〉은 대웅전 정면을 동-서로 탐사한 측선 의 결과를 형상화한 것이다. 대웅전 정면 지반하부에 500 Ω-m대에서 최고 1160Ω-m의 고비저항 값이 측정된다.

2)굴절법탐사

굴절법 탐사⁸⁾ 결과 삼층석탑 하부 지반의 경우 압축 파 속도는 위치에 따라 500∼1000㎧ 사이에 분포했다. 이는 석탑 외부 지반과도 유사한 값이다. 석탑 하부 기 초에 사용된 적심석의 영향으로 인해 높은 속도구간을 예상했으나, 전파의 이동경로가 적심석뿐만 아니라 적심 석 사이를 채우고 있는 토사를 통과하여 측정되기 때문 에 주변 지반과 유사한 값이 측정된 것으로 추정된다.

3)표면파탐사9)

4)GPR 탐사

삼층석탑 지반의 GPR¹²⁾ 탐사 결과는 석탑 기초부의

규모와 범위를 보여주는 근거가 된다. GPR탐사 결과를 형상정보로 해석한 결과는 <Fig11, 12>와 같다.

총 16개의 GPR 탐사측선에 대한 형상정보를 분석한 결과 지대석 바깥 면의 일정거리에서부터 기초부가 확인 되기 시작하며, 중심으로 갈수록 적심의 심도가 깊어짐 을 알 수 있다. 탐사된 적심의 깊이는 대략 2.0m 내외였 으며, 이는 전기비저항탐사 결과와 유사하다.

2-2.기초 지내력 조사13)

1)평판재하시험

평판재하시험은 <Fig13>과 같이 총 19개소에서 실시 했으며, 석탑의 하부 및 팔방금강좌 주변의 각 지점에서 항복하중 및 극한하중을 구한 후, 실 재하를 통해 각 지 점의 단기 및 장기 허용지지력을 산정하였다. Fig 14

시험 결과 지점별로 최고 38.5kN/㎡부터 최저 22.9 kN/㎡까지의 지내력이 측정되었으며, 이는 석탑의 전체 하중 약 95ton¹⁴⁾을 충분히 지지할 수 있는 지내력임을 알 수 있었다. 또한 3차 시험은 드잡이 한 지대받침석¹⁵⁾ 주변부가 충분한 지내력을 확보하였는가에 대한 시험이 었고, 그 결과에서도 충분한 지내력이 확인되었다.

2)동평판재하시험

동평판재하시험¹⁶⁾은 총 23개소에서 시행되었으며, 지 점별로 최하 27.2MN/㎡에서 최고 80.7MN/㎡까지의 지 내력을 나타냈다. 각 위치에서의 세부 결과 값은 <표 1>과 같다.¹⁷⁾

3.경주 불국사 삼층석탑 기초 현황

3-1.암반층 위 조성된 단단한 성토지반

불국사는 토함산의 서편 능선에 입지해 있고, 이에 따 라 자연스럽게 사역의 동쪽과 북쪽이 높고 남쪽과 서쪽 이 낮은 형태의 지형조건을 갖고 있다. 최초 사역조성 당시 이러한 지형적 요건으로 인해 사역의 일정부분 절 토와 성토는 필수적인 선행 작업이었을 것이다. 삼층석 탑과 주변 비파괴조사연구 결과는 대웅전 영역의 원지반 선 및 전반적인 대지의 절토와 성토부분을 유추할 수 있 는 기초자료를 제공해 준다.

〈Fig15〉는 대웅전 정면의 전기비저항탐사 결과인데, 대웅전 정면 지표 하부에 대형 암괴 또는 암괴류가 자리 잡고 있음을 보여준다. 동측(FIg15의 우측)으로부터 토 함산 능선을 따라 내려온 원지반선은 대웅전 전면의 대 형 암괴류 부근에서 지표와 만나게 되고 차츰 서남쪽으 로 서서히 낮아진다. 대웅전 정면을 기준으로 동편은 일 부 절토, 서편은 성토영역으로 추정할 수 있으며, 서편의 성토영역은 자연스럽게 극락전 영역의 동편 석축이 된다Table 2.

또한 경사지에 이와 같은 대형 암괴가 위치하는 지형 조건은 〈Fig16〉에서 볼 수 있듯이 대웅전의 서편에서 도 동일하게 확인된다.

지형적으로 취약한 남쪽과 서쪽의 경사지에 대형 암괴 류가 위치해 있는 것은 대웅전과 같은 대형 건축물의 안정적 기초부를 조성하기에 유리한 조건이다. 이는 대 웅전의 건립위치 선정에 있어서 중요한 요소으로 고려되 었을 것으로 생각된다. Fig .17,18

3-2.비파괴조사를 반영한 석탑 기초부 수리

비파괴조사 결과를 통해 현재 기초부가 삼층석탑 전체 하중을 지지하기에 충분한 조건으로 확인된 것은 기초부 의 수리방법을 결정하는 매우 중요한 근거가 되었다. 기 초부 전체를 해체하거나 개량하지 않고 최대한 원형을 그대로 보존하여 석탑을 조립하는 방향으로 수리가 가능 하게 되었다.¹⁸⁾

8매의 지대석을 해체하고 표토를 정리한 후 실시한 현 황조사에 따르면, <Fig19>과 같이 지대석 간 맞댄면 하 부마다 지대석을 받치고 있는 지대받침석이 규칙적으로 배치되어 있음을 확인할 수 있다. 지대받침석은 지대석 맞댄면 하단의 형태에 맞게 그렝이 되어 있는 점으로 보 아, 본래에는 맞댄면 하단부에 밀착되어 있었으나 오랜 세월에 걸친 부분침하와 위치이동이 있었던 것으로 볼 수 있다.¹⁹⁾ (<Fig20>참조)

한편 지대받침석의 침하에 따라 <Fig21>과 같이 끼 움돌 및 콘크리트²⁰⁾가 이격공간을 채우고 있는 상태였 고, 끼움돌은 집중하중 발생과 하중전달 불균형 문제를 야기하여 지대석의 2차 파손을 일으키는 요인이 되었다.

따라서 지내력을 충분히 가지고 있는 원래의 지반을 보존하면서, 위치가 변화된 지대석과 지대받침석을 드잡 이하여 위치를 조정하고 보강하는 방식의 수리방법을 택 하였다. 광파측량 및 3D 형상정보 활용, 지대석 현장 가 조립 등을 통한 좌표분석을 통해 위치 변형이 가장 적은 부재를 파악하고²¹⁾, 이를 기준으로 나머지 부재를 드잡 이하도록 하였다. 지대받침석 드잡이 및 보강은 지대받 침석 및 주변부 해체→지대받침석 하단 및 주변부 석재· 흙 채움→주변부 다짐→지내력 확인 순으로 진행하였다.Fig .22

4.기초부 비파괴 조사연구의 성과와 개선방향

비파괴 조사를 통한 기초 지반에 대한 조사연구는 과 학적 데이터에 근거한 것으로 발굴조사를 통하여 직접적 으로 확인한 연구결과와 차이가 있다. 조사목적과 방법 에 따라 밝혀낼 수 있는 내용에 따른 차이가 있는 것이 다. 이에 동시대에 같은 지역에서 조성된 경주 남산 남 리사지 남리사지 삼층석탑 기초부에 대한 발굴조사결과 와 비교하여 각 조사 방법이 갖는 특성과 보완사항 등에 대해 살펴보고자 한다.

4-1.경주 남산 남리사지 석탑지 발굴조사22)

남리사지 동·서 삼층석탑은 경주 불국사 삼층석탑이 조성완료 된지 3년 후인 745년(천보 4년)에 조성되었다. 2003년과 2008년에 발굴조사가 실시되어 그 동안 밝혀지 지 않았던 통일신라 석탑의 기초 구조를 알 수 있는 대 표적인 사례라 할 수 있다. 남리사지 석탑 기초부 발굴 조사를 통해 알 수 있었던 사항은 크게 아래와 같다.²³⁾Fig .2324

○동탑지

○서탑지

남리사지는 서고동저 지형에 따라 동·서탑지 기초 또 한 깊이의 차이가 존재하지만, 기본적인 구성과 기법은 동·서탑이 유사하다. 굴광하여 다지는 영역, 즉 석탑의 기초영역은 두 탑 모두 기단부 면적보다 넓게 설정하여 상부의 하중을 효율적으로 지반에 전달하고자 했고, 집 중하중이 작용하는 탑의 중심부에는 주변 외곽보다 더 큰 석재를 배치한 공통점이 있다. 기초에 침투되는 수분 을 원활히 배출시키기 위한 사질토층의 존재 역시 직접 발굴로 인해 알게 된 두 탑의 중요한 공통점이다.

4-2.불국사 삼층석탑과 남리사지 삼층석탑 기초지 반조사 비교분석

이와 같이, 비파괴조사로는 파악하기 어려운 직접조사 만의 장점이 있는가 하면, 반대로 발굴조사로는 획득이 불가능한 정보를 비파괴조사를 통해 얻는 경우도 있다. 따라서 향후 지반조사에 있어서 보다 양질의 조사 성과 와 수리공사의 질적 향상을 위해서는, 두 조사방식 모두 를 당해 문화재의 성격과 환경에 적절히 선택적으로 이 용하는 복합조사가 바람직할 것으로 판단된다.

또한 비파괴조사의 경우 조사신뢰도 측면에 있어서 조 사측선의 양적 확보가 중요하다. 시험에 사용되는 측선 이 길수록 주변 지형 전반에 대한 물성파악은 물론이고, 해당 문화재의 기초지반에 대한 분석을 보다 명확히 할 수 있기 때문이다.

5.맺음말

최근 건축문화재의 보존을 위한 조사의 일환으로 기초 지반에 대한 다양한 조사가 진행되고 있다. 조사목적에 따라 조사방법이 달라지고, 결과도 다양하게 도출된다. 기술적 발전과 더불어 문화재수리에 있어서 ‘원형유지’에 초점을 둔 방식이 새로운 조사의 방법론으로 자리잡고 있는 과정으로 볼 수 있다.

이 연구에서는 최근 경주 불국사 삼층석탑 기초부와 대웅전 등 주변영역에서 실시된 비파괴 지반조사 결과를 다루었다. 이와 함께 발굴조사 방법과의 비교를 통해 조 사방법 간의 장단점 분석과 향후 개선방향에 대한 의견 을 제시하였다.

비괴괴조사에서 진행된 전기비저항탐사, 굴절법탐사, 표면파탐사, GPR탐사 평판재하시험, 동평판재하시험 등 의 결과는 상부의 하중을 충분히 지지할 수 있는 안정된 지반여건임을 확인시켜 주었다. 만약 지반 비파괴조사결 과가 삼층석탑의 기초지반이 상부 하중을 지지할 수 없 는 상태로 확인되었다면 석탑 해체완료 이후의 공정은 발굴조사 및 기초구조의 확인, 조영기법 규명 등이 되었 을 것이며, 이에 따라 부득이 원형의 변형을 수반하게 되었을 것이다. 지반이 석탑 전체 하중을 충분히 견딜 수 있는 상태임을 확인함으로 기초부의 원형의 변형을 최소화할 수 있었던 것은 비파괴조사를 통한 조사방법이 문화재 원형보존에 있어서 큰 장점을 가지고 있음을 시 사해 준다.

향후 건축문화재 지반조사 방법에 있어서 보다 다양한 시도와 연구가 진행되어 새로운 지평이 열려, 우리 건축 문화유산을 후대에 온전히 전수할 수 있기를 기대한다.