해체 전 부재별 위치 측량

해체 전 현황 3D 스캔

해체

1. 부재별 3D 스캔 : 해체 후 부재별 8회(윗면 4회, 바닥면 4회)를 기본으로 3D 스캔을 실시한다.

2. 3D Model 생성 : 점군(Point Clouds)의 형태의 원시데이터

석탑의 기초 등 주요 부분의 상태를 확인하고 조성방식을 밝히고 발굴조사가 실시되었다. 발굴조사는 기존토층을 최대한 보존하는 범위 내에서 실시되었다. 조사결과 대지를 조성하기 위한 성토층과 석탑 축조를 위해 되파기 후 할석을 혼합하여 더욱 견고하게 조성한 다짐층이 확인되었다. 성토층은 석탑 건립 이전 사지를 조성하는 과정에서 동시에 조성된 것으로 추정된다. GPR탐사 및 지내력 시험을 실시한 결과 현 석탑의 기초는 상당히 견고하고 안정적인 상태로 확인되었다.

서측 트렌치 내부 상태

환경조사

환경조사는 석조문화재 주변 환경자료를 수집·분석하여 풍화원인에 대한 규명과 보존대책을 마련할 수 있는 기초조사이다. 석탑 주변에 자동기상관측기를 설치하여 온·습도, 강수량, 일사량, 풍향 및 풍속 등을 측정하였다.

기상관측기(S-10RM)

2003~2005년 바람장미

훼손지도 작성

석조문화재는 자연환경에 노출되면서 물리적, 화학적, 생물학적 손상이 복합적으로 진행된다. 따라서 석탑에 관찰되는 훼손상태를 종합적으로 관리하기 위해 훼손지도를 작성하였다. 이러한 작업은 훼손 유형별 정보의 기록 및 보존처리 방안을 수립하는데 중요한 자료로 활용된다.

화학적 훼손지도

생물학적 훼손지도

단위부재상태조사

육안으로 관찰되는 각 부재의 유형별 훼손 특성과 범주 등을 상세히 조사, 기록하는 과정으로 규격조사, 입면사진, 훼손유형별 세부사진을 첨부하여 부재별 상태에 대한 진단을 하게 된다. 특징적 훼손양상이 표출된 경우에는 미세확대현미경을 이용하여 정밀한 데이터를 확보하였으며 각 부재의 형태적, 암석학적, 훼손도 등을 종합적으로 관리할 수 있도록 단위부재조사카드를 작성하였다.

부재표면 미세확대현미경 촬영

단위부재조사카드 작성

세척

미륵사지 석탑은 일반적으로 건식과 습식세척을 사용하고 있으며, 2차 훼손을 방지하기 위한 다양한 세척방법에 대한 적용성을 시험하였다. 그 결과 스팀과 소다블라스팅을 이용한 방법이 가장 효과적이며 부재의 2차 훼손을 최소화하는 것으로 파악되었다.

스팀세척

접합

파손부재들 중 구조적으로 많은 영향을 받는 위치의 부재는 금속보강재를 매입하여 석재용 에폭시수지로 접합하고 있다. 또한, 충전제를 사용하여 미세균열의 충전 및 압축강도의 증가를 유도할 수 있고 여기에 동질의 석분을 선택적으로 첨가하여 표면의 이질감이나 색상을 보정하고 있다.

구조 보강 접합

복원

부재 결실부의 복원 기준은 결실부의 구조적 위치와 규격의 대소에 따라 차등 적용한다. 따라서 구조 및 형태적 복원이 필요한 부위에는 신석재로 복원하고, 경미한 표면 결실이나 균열이 진행된 부분에는 에폭시수지로 복원한다.

수지복원 후 표면 가공

충전

부재의 균열은 점진적으로 절단의 가능성이 높은 유도선 역할을 하기 때문에 기본적으로 에폭시수지로 충전하고 또한, 지속적 위험성에 노출된 부분 즉, 공동이나 박리로 인해 표면유실이 발달될 소지가 있는 부분에 대해서도 에폭시수지를 충전한다.

균열부 충전

붕괴원인조사연구

석탑의 붕괴원인을 규명하기 위해 문헌기록 및 현황을 면밀히 검토하여 지진, 벼락, 지반구조의 취약, 석재의 내구성 저하 등을 석탑의 붕괴원인으로 가정하였다. 이를 토대로 축조방식조사, 재료시험, 수치해석 및 시뮬레이션을 실시하여 붕괴원인을 규명하고자 하였으나 명확한 결론을 도출하기는 어려웠다.

한편, 발굴조사에서 확인된 바에 의하면 초반석들이 심하게 파손되거나 풍화된 것들이 많고 부재두께도 각각 달라 불규칙한 모습이었는데, 정확한 선·후 관계는 알 수 없으나 초반석의 내구성 저하나 불규칙한 형태가 석탑의 붕괴에 영향을 미쳤을 가능성도 있다.

붕괴원인 시뮬레이션

구조안정성평가연구

석탑의 지반내력 및 허용 침하량 산출을 통한 지반의 안정성, 석탑 내의 하중경로 및 부재 작용 응력, 복원안별 안정성 등을 검토하였다. 연구결과 6층까지 축조 시 지반상태는 안전하며 복원안별 석탑의 안정성을 저해시키는 요소는 없는 것으로 판단되었다.

석탑은 외부부재와 적심이 분리된 구조로써 외부부재 자중(自重)의 약 30% 정도가 내부 적심으로 전달되며 구조적 안정성을 증가시키기 위해서는 옥개석 등의 뒷뿌리가 적심에 확장되도록 하고 탑신받침석 등 수평재는 편심에 의한 응력의 집중을 완화하도록 견실한 부재의 설치가 요구되었다. 또한, 기존 석탑부재의 강도는 작용응력에 대해 역학적인 강도는 안전하나 부재별 안전도를 검토하여 사용하도록 제안되었다.

상부하중 전달 경로 분석

3차원 시뮬레이션 - 1층 가상 조립의 예

3차원 데이터를 활용한 모형 제작

미륵사지 석탑 복원안(남동측)

미륵사지 석탑 복원안(동북측)

기초토층 보강방안 연구

지금까지의 학술연구와 시험결과 등을 검토하여 백제시대 창건 기초는 석탑을 6층가지 복원하여도 안전한 것으로 판단되었다. 그러나 조사과정에서 불가피하게 변형된 기단내부의 토층은 보강이 필요하며 장기적으로 구조적 안전을 장담하기 어렵기 때문에 이에 대한 연구가 실시되었다.

연구결과 개선된 판축다짐 보강방안은 설계하중 요구치지지력의 약 2배를 상회하는 것으로 확인되었다. 또한 함수율 변화가 허용지지력에 미치는 영향을 검토한 결과 판축다짐 이후 여름철 우기에도 안정성에는 큰 문제가 없는 것으로 판단된다. 한편, 무기질재료를 보강하여 시공할 경우에는 구조적으로 안전하지만 실제 문화재수리에 적용한 사례가 없어 신중한 검토가 필요하다는 결과가 도출되었다.

판축다짐 보강

무기질재료 보강

미륵사지 축기부 토양 성분 분석 및 조사연구

석탑의 기초는 기단 바깥으로 성토층을 조성하여 되파기한 후 흙과 잡석을 사용하여 견고하게 다진 것으로 확인되었다. 이러한 판축층은 여러 켜로 층층이 다져올라간 모습이며 구조적으로도 상당히 안정적인 것으로 판단된다.

토층을 구성하고 있는 토양의 물리적·광물학적 특성 분석과 입도 분석 및 토양의 유기물 함량 분석, 산지추정 및 제작기법 등을 규명하고자 하였다. 결과적으로 석탑 축기부의 토양은 대체로 양토와 사양토로 구성되었으며 석회나 점토를 사용하거나 특별한 정선 과정을 거치지는 않은 것으로 조사되었다.

신석재 공급지 암석학적 조사연구

석탑을 복원하기 위해서는 신석재의 보충이 필요하며 공급 대상 석재는 석탑 원암과 재료학적으로 동일해야 한다. 조사결과 미륵사지 석탑의 석재 산지는 사지 북편에 있는 미륵산이지만 제반여건상 원석 확보에 많은 어려움이 있다. 따라서 현재 채석이 가능한 익산지역을 중심으로 암석학적 동질성 해석 및 물성연구를 통해 석탑 원암과 가장 유사한 지역을 선정하게 되었다.

암석학적으로 석탑 원암과 가장 유사한 거동특성을 보인 지역은 낭산과 황등의 채석장이었으며, 물성평가에서는 황등 채석장의 암석이 가장 안정적인 것으로 확인되었다.

석탑 기초 토양의 구분 모식도

2009년 1월 14일, 1층 해체조사를 진행하던 중 심주석 상면 중앙에서 사리공이 발견되었다. 사리공 주변에는 십자(十字) 먹선과 석회로 밀봉한 흔적이 남아있었다. 사리장엄은 사리공 안에 안치되어 있었는데 사리호, 금세사리봉영기, 은제관식, 청동합 등 다양한 공양품이 일괄로 출토되었다. 이를 통해 석탑의 건립시기가 밝혀졌으며 미륵사 창건의 성격과 주체 등이 밝혀졌다.

또한, 출토 유물 편년에 절대연대가 확인됨으로써 당시 백제의 역사와 문화 연구에 획기적인 자료를 제공하게 되었다. 미륵사지석탑 사리장엄 출토는 백제지역 최대의 고고학적 성가 중 하나로 평가되고 있다.

최초 발견 모습

석탑 1층 심주석 중앙에 방형 사리공(한 변 25cm, 깊이 27cm)을 조성하고 바닥에는 바닥면을 덮을 수 있는 크기의 판유리를 깔고 그 위에 다양한 유물을 차례로 안치하였다. 먼저 사리공 사면에 청동합 6개를 두고 이 합들 사이에는 유리구슬을 채운 뒤 남측에는 은제관식과 금제소형판들을, 북측에는 직물에 싼 칼(刀子) 4자루를 두고, 동측에 1자루, 서측에 2자루의 칼을 각각 올려놓았다. 그리고 남측 벽면에 비스듬히 금제사리봉영기를 올려놓고 정중앙에 사리호를 마지막에 안치한 상태로 확인되었다.

2. 금제사리내호(金製舍利內壺) - 높이 5.6cm 어깨 폭 3.1cm

내호는 외호와 달리 뚜껑과 동체 상부가 일체형이며 금판을 두드려서 만든 단조기법으로 제작되었다. 내호에서는 유리제사리병 파편과 사리 등이 추가로 확인되어 미륵사지 석탑 사리봉안은 금동제사리외호-금제사리호-유리제사리병의 3중 구조로 밝혀졌다.

3. 유리제사리병(琉璃製舍利甁) - 구연부 직경 4mm 두께 약 0.3mm 유리편 두께 약 0.1mm

내호를 조사하는 과정에서 유리제사리병과 사리가 확인되었다. 구연부와 뚜껑 외에는 작고 얇은 수십개의 파편상태로 수습되었다. 사리는 사리병 안에 봉안되었던 것으로 보이며 꼭지가 달린 구형(球形)의 뚜껑은 짙은 갈색을 띠고 있다.

좌 - 사리병 구연부 및 뚜껑 / 우 - 사리

4. 금제사리봉영기(金製舍利奉迎記) - 가로 15.3cm 세로 10.3cm 두께 1.3mm

백제 왕후가 가람을 창건하고 己亥年(639)에 탑을 조성하여 왕실의 안녕을 기원하는 내용의 발원문으로 미륵사 건립의 성격, 발원자, 석탑 건립연대 등을 알 수 있다. 앞면에 9자씩 11줄로 99자, 뒷면에는 94자를 새겨 전체 193자를 각자(刻字)하였으며 특히, 앞면에는 주사(朱？)를 사용하여 글자를 더욱 선명히 드러나게 하였다.

금제사리봉영기(뒷면)

금제사리봉영기(앞면)

5. 금판(金板)
폭 1.5cm 길이 8.3cm 두께 1mm

손가락 길이의 얇은 금판으로 당시 화폐의 기능을 담당한 금정(金鋌)으로 추정된다. 중부(中部), 하부(下？), 덕솔(德率)과 같은 명문을 통해 당시의 행정체제나 관등을 살펴볼 수 있다.

6. 금제족집게(金製輯)
폭 0.8cm 길이 5cm

족집게 표면은 누름기법 및 어린문(漁麟紋)이 음각으로 장식되었다. 특히, 상부에는 고리가 있고 금사 등으로 실을 꼬아 만든 끈이 연결되어 있었다.

7. 청동합(靑銅盒)
지름 8cm 높이 4.3cm 내외

사리장엄에서 흔히 사리병과 봉안되는 유물 중 하나로 모두 6점을 수습하였는데 크기와 형태가 각각 다르다. 사리호 주변을 에워싸는 형태로 놓인 것으로 보이며 내부에서 다양한 유물이 확인되었다.

8. 은제과대장식(銀製跨帶裝飾)
과판 폭 2.1cm 길이 3.8cm
띠드리개장식 폭 2cm 길이 13.8cm

허리띠에 사용된 과판과 띠드리개장식이 각각 1점씩 수습되었다. 사리장엄 안치 시 허리띠 없이 장식만 공양물로 안치한 것으로 보인다.

9. 은제관식(銀製冠飾)
폭 4cm 길이 13.2cm
폭 3.7cm 길이 13.4cm

얇은 은판에 좌우 대칭의 도안을 그린다음 끌로 오려내고 장식을 좌우로 접어 'ㅅ자' 모양으로 각지게 만들었다. 중심 줄기에는 곁가지를 내었는데 1단과 2단의 두 가지로 그 끝을 당초문과 꽃봉오리모양으로 장식하였다.

10. 유리판(琉璃板)
가로 23cm 세로 23cm 두께 1cm

사리공 크기에 맞추어 정방형으로 제작되었는데 가장 밑면에 깔아 공양물을 안치할 수 있도록 한 것으로 보인다. 여러 조각으로 파손된 상태이나 백제시대 유리의 제조기술이나 도입 경로를 파악할 수 있는 중요한 유물이다.

14. 호박(琥珀)
가로 2.9cm 세로 1.9cm
가로 2.1cm 세로 1.2cm

4번 청동합 내에 1점의 호박이 발견되었다. 호박의 보존 상태는 3점 모두 표면에서 내부층까지 미세균열이 심각하게 풍화된 상태이다.

15. 도자(刀子)
가로 2.2cm 세로 18cm 내외

도자는 모두 7점이 확인되었는데, 덮여있던 직물과 함께 부식되어 보존상태가 좋지 못하다. 몸체는 목재로 제작되었으며 양 끝에 금제로 투겁을 씌워 마감하였고 특히 1점은 손잡이인 환두(環頭)에 투조(透彫)로 화려하게 장식하였다.

16. 직물(織物)
가로 2.9cm 세로 1.9cm 내외

직물은 청동합 내부 및 사리공에서 도자를 감싸고 유리구슬 주변을 덮고있던 형태로 수습되었다. 금(錦), 라(羅), 사(沙), 능(綾)과 같은 고급 직물을 사용하였다.

청동합 내부 유물