[논문]표준간극비를 이용한 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐 축조재료의 다짐 관리

김용성

doi:10.5389/ksae.2006.48.4.059

표준간극비를 이용한 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐 축조재료의 다짐 관리
Compaction Management of Fill Materials for Concrete Faced Rockfill Dam Using Standard Void Ratio 원문보기

김용성 (소방방재청 방재대책팀)

In this study, construction modulus, void ratio and settlement characteristics of 38 CFRD in domestic and foreign countries were investigated from monitoring data. The effect of field dry density and void ratio to dam body was analyzed. The standard void ratio of CFRD that can be easily used by dam designers and field engineers was proposed from the monitoring data. It was confirmed that we can get the degree of compaction needed for reasonable compaction of dam body by calculating the field dry density from inverse operation of the standard void ratio. It was thought that the void ratio of CFRD depends on shape coefficient and in case of a high shape coefficient, the void ratio was high with its void ratio 0.17 -0.38.

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문제 정의

본 연구에서는 국내·외 38개의 CFRD 계측자료를 분석하여 댐 건설 중 변형계수 (Construction modulus, 이하 '변형계수'라 한다), 간극비, 침하량 관계를 고찰하고 현장건조밀도 및 간극비가 제체의 다짐에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 CFRD의 다짐관리 방법으로서 표준 간극비를 이용하는 방법을 제안하였으며, 향후 국내 CFRD의 설계·시공 및 장기적인 유지관리에 필요한 기초자료로서 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 국내·외 38개의 CFRD 계측자료를 분석하여 댐 건설 중 변형계수 (Construction modulus, 이하 '변형계수'라 한다), 간극비, 침하량 관계를 고찰하고 현장건조밀도 및 간극비가 제체의 다짐에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 CFRD의 다짐관리 방법으로서 표준 간극비를 이용하는 방법을 제안하였으며, 향후 국내 CFRD의 설계·시공 및 장기적인 유지관리에 필요한 기초자료로서 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 국내.외 38개의 CFRD 계측자료를 분석하여 변형계수, 간극비, 침하량 관계를 고찰 하고 현장건조밀도 및 간극비가 제체에 미치는 영향을 분석하였으며, CFRD의 다짐관리 방법으로서 표준 간극비를 이용하는 방안을 제안하여 향후 국내 CFRD의 설계·시공 및 장기적인 유지관리에 필요한 기초자료로서 제공하고자 하였다. 본 연구를 통해 제시된 주요한 결론은 다음과 같다.

제안 방법

그러나 계곡형상계수와 계곡형상비는 Table 1에서 볼 수 있듯이 Fortuna 1st댐, Khao Laem 댐, Namgang댐, Tamjin댐의 경우처럼 댐 길이가 긴 경우 다소 차이를 나타낸다. 또한 두 계수 중 어떤 계수가 좀 더 정확한 계곡형상을 나타내는지에 대한 정의를 내릴 수 없으므로 본 연구에서는 두 계수의 평균값 (shape coefficient, 이하 형상계수'라 한다)을 사용하는 것으로 하였다.
2) 국내.외 38개 CFRD 계측자료로부터 댐 설계자 및 현장기술자들이 간편하게 이용할 수 있는 CFRD의 표준 간극비를 제안하였으며 이를 통해 현장건조밀도를 역산하여 제체의 적정 다짐에 필요한 다짐도를 효과적으로 구할 수 있다.
한편, 실내시 험으로 최대건조밀도와 최대간극비를 구할 경우, 축조재료가 1,500 ㎜ 이하로서 대형 이며 표준 시험 방법이 없는 관계로 다짐시간 및 다짐에너지 등의 결정 및 실험결과에 실험자의 주 관이 개입될 수밖에 없다. 이러한 실정에서 현실적 대안의 하나로서 CFRD의 표준 간극비를 Fig. 3- 4로부터 참고하여 현장의 건조밀도를 역산하는 방법을 제안한다.

성능/효과

3) CFRD의 간극비는 계곡형상에 의존하며 형상 계수가 클수록 간극비는 커지고, 대략 0.17~0.38 정도의 값을 갖는 것으로 나타났다.
또한, 댐 축조재료는 암석재료로서 암종에 따라 비중이 다르므로 일률적으로 현장건조밀도만을 이용하여 다짐관리 기준을 설정하면 암종에 따라 각 댐 현장마다 제체의 간극비가 큰 차이를 나타낼 수 있으므로 침하양상도 많이 달라져 종합적인 유지관리에 문체가 발생할 우려가 있다. 간극비는 비중과 건조밀도의 비와 관련되므로 댐 제체 내부의 간극은 현장건조밀도 뿐만 아니라 암석 재료의 비중과도 밀접한 관련을 가지므로 종합적인 CFRD의 설계·시공유지 관리를 위해서는 현행의 건조밀도를 이용하여 다짐도를 결정하는 것보다 간극비를 이용하는 것이 타당성을 갖는다 할 수 있다.
38정도로 상대적으로 높게 나타났다. 따라서 간극비가 상대적으로 높으면 침하량이 큼을 예측할 수 있고, 간극비를 낮게 함으로 댐 제체의 침하량을 줄이고 압축강도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 Fig. 6에서 보이는 바와 같이 CFRD의 간극비는 계곡형상에 의존하며 형상계수가 클수록 간극비는 커지고, 대략 0.17~0.38 정도의 값을 갖는 것으로 나타났다.
4에서는 변형계수와 상대침하율(침하량/댐 높이*100(%))의 대수관계에서는 반비례함을 알 수 있다. 특히 상대침하율이 낮을수록 간극비가 0.17~0.28정도로 상대적으로 낮게 나타났으며, 상대침하율이 높을수록 간극비가 0.28~0.38정도로 상대적으로 높게 나타났다. 따라서 간극비가 상대적으로 높으면 침하량이 큼을 예측할 수 있고, 간극비를 낮게 함으로 댐 제체의 침하량을 줄이고 압축강도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

1) 현재까지 시공 실적이 많지 않은 CFRD 분야에서 국내.외의 타댐과 상호 비교 분석을 통한 안정성 평가는 필수적이며, 이때 건조밀도보다 간극비를 기준으로 변형 특성을 비교 분석하는 것이 보다 더 효과적이므로 다짐관리도 간극비로서 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

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