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문제 정의
- 그러나 지구물리 탐사 중 저수지 누수 현상과 관련하여 가장 많이 적용되는 쌍극자 배열전기 비저항 탐사는 경제성과 비파괴적인 검사 방법이라는 장점에도 불구하고, 저수지 제체를 통한 누수 현상과 직접적인 관계가 없는 전기비저항을 이용한 역산 결과를 영상화하기 때문에 누수 여부와의 연관성에 대하여는 시추 및 검층 자료에 의한 검증을 통해야만 신뢰성을 얻을 수 있다. 따라서 이 연구에서는 1차원 수직 탐사를 이용하여 그라우팅 지점 직하부의 전기비저항변화를 확인하기 위하여 현장에서 측정된 값에서 리계수를 곱한 겉보기 비 저항을 이용하여 그라우팅 전후의 결과를 비교코자 하였다.
- 이 연구에서는 누수 보강 저수지의 그라우팅 개선 구간과 효과에 대한 분석을 위한 전기비저항 탐사의 현장 적용성 연구를 위하여 두 가지 종류의 물-시멘트 배합비별 그라우트에 대하여 시간 경과에 따른 전기비저항 측정 실험과 1축 압축 강도시험을 수행하였다. 또한 누수 저수지의 세 곳의 silty clay, clay loam 및 sandy loam에 .
제안 방법
- 각 저수지별로 적용된 전기비저항 수직 탐사는 주입공 상부 지점에 대하여 그라우팅 전후에 각각 실시하여 심도별 겉보기 비저항을 비교하였으며, 이 중 모래함량이 약 60 % 내외로 상대적으로 투수성이 높은 C 저수지에 대하여는 동일지점에 대하여 약 21일 동안 일정 간격으로 탐사하여 겉보기 비저항의 변화를 관찰하였다.
- 그라우트의 압축강도와 전기비저항 변화의 상관성 파악을 목적으로, 배합비별로 제작된 그라우트에 대하여 3, 7, 14 일 경과 이후의 압축강도를 측정하였다. 이때 표준양생 조건과 저수지 누수 구간 개선을 위한 현장조건이 매우 다르므로, 이에 따른 차이를 확인하기 위하여 KS 규격의 표준양생 조건과 현장 주입조건을 각각 구분하여 실험을 실시하였다.
- 통한 결과를 비교하였다. 또한 실험 결과를 기초로 대상 매질의 입도 분포가 서로 다른 3 곳의 누수 보강 저수지에서 실제 그라우팅을 실시하였고, 각 지구별로 동일 지점에 대하여 1차원 전기비저항 탐사를 통해 대상 매질별로 제체의 개선 구간과 효과에 대한 분석을 수행하였다.
- 또한 제체에 주입되는 그라우트의 범위를 측정하기 위하여 현장 측정 시 전류전극 간격의 절반을 편의 상 심도로 설정하였으며, 제체 하부의 주입 효과 파악을 위하여 전류전극 간격을 넓혀가며 측정하였다.
- 또한 누수 저수지의 세 곳의 silty clay, clay loam 및 sandy loam에 .라우팅 효과 판단을 위한 전기비저항 탐사는 제 체의 물리적 성질인 입도 분포가 서로 다른 대하여 적용하였으며, 이러한 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 물—시멘트 배합비 변화에 의한 전기비저항은일반 포틀랜드 시멘트 (ordinary portland cement) 로 제조된 그라우트에 대하여 측정 가능 범위인 200:5로 부터 300:1 까지의 경우에 대하여 25 ℃ 온도 기준으로 측정하였다. 측정 결과 시멘트비가 상대적으로 높은 200:5의 경우는 배합에 이용된 물의 전도도 0.
- 실험용 비저항 측정 장치는 8x15 cm의 원통형 관에 3 cm 간격으로 관을 관통하는 02 mm 구리 전극봉 4 개, 관의 양단에 설치한 구리판 등 총 6 개의 전극으로 구성되며, 측정 방법은 양단의 구리판을 전류전극, 4개의 전극봉을 전위 전극으로 이용하여 6 가지 측정값의 평균을 이용하였다. 이때 상부의 구리판은 표면에서 발생되는 막분극 영향을 최소화하기 위하여 매 측정 시 세척하였으며, 시간 경과에 따라 그라우트의 수축으로 발생되는 전류전극의 간극을 최소화하기 위하여 매 측정 시 묽은 소금물을 적신 여과지를 삽입하여 측정 오차를 최소화하였다.
- 5 m로 전체구간에서 나타난 누수를지수하기 위하여 전열과 후열 각 2 m 간격의 그라우팅을 실시하였으며, 이 구간 중 그라우팅 개선 구간 파악을 위한 전기비 저항 수직 탐사는 76 m, 124 m, 136 m의 세 지점을 대상으로 하였다. 이 구간 중 124 m와 136 m 지점을 포함한 24 m 구간의 그라우팅은 일반 포틀랜드 시멘트를 현장에서 습식 분쇄한 콜로이드 입경의 시멘트를, 76 m 지점은 일반 포틀랜드 시멘트를 각각 이용하였으며, 전기비저항 탐사는 그라우팅 이전과 이후 21일 동안 일정 간격으로 수행하였다.
- 이 실험에서는 배합비별로 3 회의 재령별 압축강도와 동일 시료에 대한 30 일간의 전기비저항을 측정하였고, 이 결과와 앞선 배합비별 전기전도도 측정 결과를 종합하여 현장 적용에 대한 정량적 기초 자료로 이용하였다.
- 이 연구에서는 두 가지 종류의 물-시멘트 배합비의 그라우트를 대상으로 별도로 제작된 실험 장치를 이용하여 시간 경과에 따른 전기비저항의 변화를 측정하였으며, 동일 시료에 대하여 KS 규정에 의하여 재령별 1축 압축강도의 변화를 실험하였다.
- 이 저수지는 제체 길이 137 m, 높이 11.4 m로제체 전체구간에서 나타나는 누수를 지수하기위하여 전열과 후열 각 2 m 간격의 그라우팅을 시행하였으며, 이 구간에 대한 전기비저항 수직 탐사는 10 m 간격의 네 지점에 대하여 그라우팅 전후에 수행하였다.
- 91 m이며, 제체 전체구간에서 소량의 누수가 나타난 지구이다. 이 저수지에 대한 그라우팅 보강 공사는 전체 구간에 대하여 전열과 후열 각 2 m 간격으로 시행되었고, 그라우팅 효과 파악을 위한 전기비저항 수직 탐사는 20 m 간격으로네 지점에 대해 그라우팅 직전, 종료 직후 및 10 개월 경과 후에 수행되었다.
- 측정하였다. 이때 표준양생 조건과 저수지 누수 구간 개선을 위한 현장조건이 매우 다르므로, 이에 따른 차이를 확인하기 위하여 KS 규격의 표준양생 조건과 현장 주입조건을 각각 구분하여 실험을 실시하였다. 현장조건 실험은 현장 주입상태를 고려하여 제작된 시료를 함수율 100 %의 모래 실험장치에서 보관하여 1축 압축강도 실험을 실시하였다.
- 이에 따라 일차적으로 제체 보강용 그라우트에 대한 다양한 실내시험을 통하여 현장 적용의 기초자료를 얻기 위하여 물-시멘트 배합비별 그라우트 (grout) 를 이용하여 재령별 전기비저항과강도시험을 통한 결과를 비교하였다. 또한 실험 결과를 기초로 대상 매질의 입도 분포가 서로 다른 3 곳의 누수 보강 저수지에서 실제 그라우팅을 실시하였고, 각 지구별로 동일 지점에 대하여 1차원 전기비저항 탐사를 통해 대상 매질별로 제체의 개선 구간과 효과에 대한 분석을 수행하였다.
- 저수지 제체에 대한 전기비저항 탐사는 그라우트 주입 대상 매질의 물리적 성질이 서로 다른 세 곳의 저수지에 대하여 각각 적용하였다. A 저수지는 sand 함량이 20 % 미만인 silty clay 영역에 속하는 매질로 통일흙분류 (unified soil classification system, U.
- 전기비저항 측정을 위한 실내 시험은 Park et al. (1999)에 의해 제시된 실험장치를 개량 제작하여 이용하였으며, 압축강도 실험과 동일 조건의 그라우트에 대한 비저항 변화 측정을 위하여 매 1~2 일 간격으로 30 일 동안 실시하였다 <Fig. 3>.
- 이때 표준양생 조건과 저수지 누수 구간 개선을 위한 현장조건이 매우 다르므로, 이에 따른 차이를 확인하기 위하여 KS 규격의 표준양생 조건과 현장 주입조건을 각각 구분하여 실험을 실시하였다. 현장조건 실험은 현장 주입상태를 고려하여 제작된 시료를 함수율 100 %의 모래 실험장치에서 보관하여 1축 압축강도 실험을 실시하였다. 압축강도는 KS L 5105 규정으로 조건별 3 개씩 측정한 후, 측정된 압축강도 평균의 10 %를 벗어나는 측정값은 제외하였다.
대상 데이터
- 이 저수지의 크기는 제체 길이 230 m, 폭 3.0 m, 높이 3.5 m로 전체구간에서 나타난 누수를지수하기 위하여 전열과 후열 각 2 m 간격의 그라우팅을 실시하였으며, 이 구간 중 그라우팅 개선 구간 파악을 위한 전기비 저항 수직 탐사는 76 m, 124 m, 136 m의 세 지점을 대상으로 하였다. 이 구간 중 124 m와 136 m 지점을 포함한 24 m 구간의 그라우팅은 일반 포틀랜드 시멘트를 현장에서 습식 분쇄한 콜로이드 입경의 시멘트를, 76 m 지점은 일반 포틀랜드 시멘트를 각각 이용하였으며, 전기비저항 탐사는 그라우팅 이전과 이후 21일 동안 일정 간격으로 수행하였다.
데이터처리
- 시 추조사 결과 각 저 수지별 주입 대상 매질에 대한 입도 분석을 실시하였는데, A와 B 저수지는 대상 매질의 입경이 0.074 mm 이하로 KS F 2302 방법에 의한 비중계분석 (hydrometer analysis) 을, C 저수지 시료는 채분석 (sieve analysis)-ft- 이용하여 도시하였다 <Fig. 6>.
이론/모형
- 비저항은 단위 체적당 물질의 저항으로 위의 방법으로 직접 측정하였으며, 측정 원리는 다음과 같은 Ohm의 법칙을 이용하였다.
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전기비저항 탐사의 현장적용
현장에서 적용된 전기비저항 탐사는 슐럼버져배열법으로 그라우팅 전후에 동일 지점에 대한 비교를 용이하게 하기 위하여 현장 측정값에 거리계수를 곱한 겉보기 비 저 항을 이용하였다. 또한 제체에 주입되는 그라우트의 범위를 측정하기 위하여 현장 측정 시 전류전극 간격의 절반을 편의 상 심도로 설정하였으며, 제체 하부의 주입 효과 파악을 위하여 전류전극 간격을 넓혀가며 측정하였다.
성능/효과
- 1) 동일 조건 하에서 라우트의 농도가 증가할수록 전기전도도는 높아지고, 대상 매질에 :i 라우트가 주입되는 경우 주입 이전에 비해 전기비저항이 상대적으로 낮아지는 효과가 나타나므로 이를 이용한 주입 구간의 판정이 가능하다.
- 417 S/m로 나타났으며 (Table 1)<Fig. 1>, 이러한 결과는 매질의 공극에 그라우트가 주입되는 경우 전기비저항을 상대적으로 낮추어 주는 효과를 발생시키므로 이를 이용한 주입 구간의 판정이 가능하다는 것을 지시한다. 또한 Komine et al.
- 2) 물-시멘트 배합비별 재령에 따른 전기비저항은 각 배합비별로 약 3~4 일 경과 후 까지는 증가하지만 이후부터는 점차 안정되며, 변화폭은 배합비가 낮을수록 상대적으로 안정한 것으로 나타나며, 이는 1축 압축강도시험의 결과와 일치된다.
- 3) 각 저수지별로 :z라우팅 이후의 겉보기 비저항은 대상 매질에 따라 이전에 비하여 수십~ 수백 ohm-m 이하로 낮아졌으며, 주입 이후 수일 경과 후부터는 점차 증가된 상태로 일정하게 유지되는 것으로 나타났다.
- 4) 각 지구별로 재령에 따른 겉보기 비저항 변화는 그라우트 주입 이후에는 급격히 감소한 이후 점차 안정된 결과를 보여주며, 이는 그라우트가 주입된 이후 대상 지층 내에서 굳어짐에 따른 강도 증가의 결과로 판단된다.
- 8>. 또한 그라우팅 이후 10 개월 경과 시점의 탐사 결과는 직후에 측정된 겉보기 비저항과 마찬가지로 이전에 비해 낮은 값을 보이지만 점차 상승하는 결과를 보여 실내 시험 결과에서 제시된 것과 마찬가지로 주입 이후 시간 경과에 따른 압축강도 증가 결과를 반영하는 것으로 판단된다.
- 분석 결과 양생 방법별 강도 차이는 크지 않지만 현장조건의 압축강도가 w/c 2:1의 3 일 경과 후를 제외하고 KS 규격의 표준양생 조건보다 약 103~108 % 높은 것으로 나타났다. 이와 같이 현장조건의 압축강도가 표준양생 조건의 강도보다 높게 나타난 결과는 현장조건의 경우 함수비 100 %의 압력이 작용함에 의한 것으로 판단된다 (Table 2)<Fig.
- 비저항 측정 결과는 압축강도와 마찬가지로 재령에 따라 증가되는데, w/c가 2:1인 경우는 배합 후 약 3~4 일 동안은 증가하다가 이후부터는 5 ohm-m 내외에서 안정되는 것으로 나타났다. 이에 비하여 w/c가 1:1의 경우는 약 4 일 경과 시까지는 약 13~14 ohm-이로 급격하게 상승하다가 이후 점차 안정되지만 그 변화폭은 상대적으로 크게 나타났다 <Fig.
- 4>. 이는 그라우트 시료의 측정 결과로 저수지의 경우 수백 ohm-m 정도의 비저항을 나타내는 제체 매질로 구성되어 있어 실험 결과로 제시된 5~14 ohm-m 범위의 그라우트가 주입되는 경우는 주입 구간에 대한 전기비저항 탐사의 적용성이 상대적으로 크게 나타날 것으로 판단된다.
- 기준으로 측정하였다. 측정 결과 시멘트비가 상대적으로 높은 200:5의 경우는 배합에 이용된 물의 전도도 0.046 S/m에 비하여 약 30 배 높은 1.54 S/m, 가장 낮은 300:1의 경우는 약 10 배 높은 0.417 S/m로 나타났으며 (Table 1)<Fig. 1>, 이러한 결과는 매질의 공극에 그라우트가 주입되는 경우 전기비저항을 상대적으로 낮추어 주는 효과를 발생시키므로 이를 이용한 주입 구간의 판정이 가능하다는 것을 지시한다.
- 탐사 결과 그라우팅 대상 구간의 겉보기 비저항은 전체적으로 약 100 ohm-m 내외로 나타났으며, 그라우팅 이후에는 80-100 ohm-m 정도로 감소된 결과가 나타났다 <Fig. 10>.
- 탐사 결과 네 지점 모두에서 그라우팅 이전에 약 300-1,000 ohm-m 범위의 겉보기 비저항이 그라우팅 이후 300 ohm-m 이하로 낮아졌으며, 이러한 결과는 시추 조사에서 밝혀진 기반암 상부 구간 전체 범위에 해당된다. <Fig.
- 탐사 결과 네 지점 모두에서 그라우팅 이전에 약 600-1, 100 ohm-m 범위의 겉보기 비저항이 그라우팅 이후 600-700 ohm-m 이하로 낮아져 동일한 방법을 적용한 A 저수지와 유사한 결과가 나타났다 <Fig. 9>, 이는 Fig.
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