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문제 정의
- 경북 군위 소재의 화북댐 공사를 위해 기존 도로의 이설에 따라 신설되는 도로의 사면 안정성을 확보하고자 절취 사면에서 지표지질조사를 실시하였다. 조사 대상 사면은 약 450m에 달하는 연장을 가지고 있으며, 역암으로 구성된 퇴적암, 응회암류, 화강암질 암석 등 측방변화가 현저한 것으로 나타났다.
- 일반적인 표면 보호 시설인 낙석 방지망은 소규모 암 편의탈락에 대한 억지력을 발휘하는 것으로 본 구간과 같이 비교적 큰 암괴의 탈락시 낙석 방지망의 손상이 우려되고 한계 범위까지 지탱되던 암괴가 일시에 파괴되어 큰 사면파괴를 유발할 가능성이 존재하므로 최적의 방안이 될 수 없다. 그러므로 최근 국내에서 대규모 암괴의 탈락을 방지하기 위해 적용하고 있는 고강도 낙석 방지망의 설치를 검토하였다.
- 본 구간과 유사한 지층 조건을 가진 강원도 양구 소재의 배수터널 상부 사면에 분포하는 붕적층의 제거가 불가능하여 안정성을 확보하기 위해 고강도 낙석 방지망을 실시한 사례가 있으므로 암괴의 이탈을 방지하기 위한 대책으로는 최적의 방안으로 판단된다.
제안 방법
- 평사 투영법은 범용 프로그램인 DIPS를 이용하여 구분한 6개의 Zone 에서 각각 실시하였다. DIPS 프로그램의 해석 시 내부마찰각은 절 리면 직접 전단 시험 등을 실시하여 산정하여야 하나, 현장 여건상 불가능하여 신선한 암반이 노출된 구간(Zone A, B)은 30도, 사면의 파괴가 발생한 구간 (Zone C~F)은 27도를 적용하였다. 분석 결과 인지된 불안정 요소는 현장의 시공성, 안정성, 경제성을 감안하여각 Zone별로 안정대책을 수립하였다.
- 절취사면고가 비교적 낮으며, 사면의 표면 유실이 불안정 요소인 Zone F 구간은 기 계획된 L형 옹벽의 높이를 증고하여 옹벽의 배면에 이완된암괴의 적치공간을 확보할 수 있도록 하였다. 모든 절취 사면은 강우 및 지표수의 침투에 의한 풍화 및 표면 유실을 방지하고자 표면을 보호하는 사면보호공을 실시하였다. 안정대책의 시행 및 사면보호공의 실시 후 관찰된 사면은 안정성이 확보된 것으로 판단된다.
- 절취사면고가 비교적 낮으며, 사면의 표면 유실이 불안정 요소인 Zone F 구간은 기 계획된 L형 옹벽의 높이를 증고하여 옹벽의 배면에 이완된암괴의 적치공간을 확보할 수 있도록 하였다. 모든 절취 사면은 강우 및 지표수의 침투에 의한 풍화 및 표면 유실을 방지하고자 표면을 보호하는 사면보호공을 실시하였다. 안정대책의 시행 및 사면보호공의 실시 후 관찰된 사면은 안정성이 확보된 것으로 판단된다.
- 비교적 큰 암괴의 지속적인 낙석 발생으로 인해 하부도로의 통행 및 안전사고의 발생 가능성이 높은 Zone E 구간은 고강도 낙석 방지망의 설치, 부분적인 소규모암편의 이탈이 불안정 요소로 인지된 Zone A, B, 구간은 낙석방지망, 단층면을 통한 평면 파괴가 발생한 Zone D 구간은 단층면 상부의 추가 절취 및 random 락볼트, 낙석 방지망의 복합대책을 수립하였다. 절취사면고가 비교적 낮으며, 사면의 표면 유실이 불안정 요소인 Zone F 구간은 기계획된 L형 옹벽의 높이를 증고하여 배후에 이완된 암괴의 적치공간을 확보할 수 있도록 하였다.
- 조사 대상 사면은 약 450m에 달하는 연장을 가지고 있으며, 역암으로 구성된 퇴적암, 응회암류, 화강암질 암석 등 측방변화가 현저한 것으로 나타났다. 사면의 안정성 확보를 위해 절취된 사면을 구성하고 있는 암석의 종류 및 절리, 단층 등 불연속면의 방향^을 측정하였다. 조사결과 지질 조건과 절취사면의 방향성 등을 고려하여 6개의 Zone 으로 세분하였다.
- 단층면을 통한 평면파괴가 발생한 Zone D 구간은 단층면 상부의 추가 절취 및 암괴의 이완을 방지하기 위해 불연속 면의 방향성을 고려해 탄력적인 랜덤락볼트로 보강하여 사면의 안정성이 확보되도록 하였다. 절취사면고가 비교적 낮으며, 사면의 표면 유실이 불안정 요소인 Zone F 구간은 기 계획된 L형 옹벽의 높이를 증고하여 옹벽의 배면에 이완된암괴의 적치공간을 확보할 수 있도록 하였다. 모든 절취 사면은 강우 및 지표수의 침투에 의한 풍화 및 표면 유실을 방지하고자 표면을 보호하는 사면보호공을 실시하였다.
- 방지망의 복합대책을 수립하였다. 절취사면고가 비교적 낮으며, 사면의 표면 유실이 불안정 요소인 Zone F 구간은 기계획된 L형 옹벽의 높이를 증고하여 배후에 이완된 암괴의 적치공간을 확보할 수 있도록 하였다.
- 사면의 안정성 확보를 위해 절취된 사면을 구성하고 있는 암석의 종류 및 절리, 단층 등 불연속면의 방향^을 측정하였다. 조사결과 지질 조건과 절취사면의 방향성 등을 고려하여 6개의 Zone 으로 세분하였다. 사면의 안정성 분석은 불연속면의 방향과 절취사면의 방향 사이의 기하학적 상관관계에 의한 분석기법인 평사투영법을 사용하였다.
- 조사된 절취 사면은 구성암석과 지질구조 등의 현장조건에 따라 6개의 Zone으로 구분하여 안정성 분석 및 대책을 검토하였다.
- 지질이 급변하는 도로 사면에 대한 지표지질조사를 실시하여 사면을 구성하고 있는 암석 및 절리, 단층 등 불연속면의 발달 양상을 조사하여 지질구조 해석을 실시하였다. 지표지질조사 결과 조사 대상지역에 분포하는 암석은 한반도 지질계통상 중생대 백악기하양층군의 구미동 역암층과 상부의 응회암질 퇴적암류가 우세하고 분포하고 부분적으로 화강암질 암석이 포획된 형태로 분포함을 확인하였다.
- 지표지질 조사시 획득된 불연속 면의 방향성과 절취 사면의 방향성 사이의 기하학적 상관관계에 의한 사면 안정성 평가를 수행하는 평사투영법을 실시하였다. 조사된 절취 사면은 구성암석과 지질구조 등의 현장조건에 따라 6개의 Zone으로 구분하여 안정성 분석 및 대책을 검토하였다.
- 지표지질조사 및 평사투영법에 의한 사면 안정성 분석 결과를 바탕으로 사면안정 대 책을 검토하였다.
- 지표지질조사시 구성암석 및 절리, 단층 등 불연속면의 발달상태를 고려하여 구분한 6개 Zone별로 평사 투영법으로 안정성을 분석하였다.
- 지표지질조사시 사면을 구성하고 있는 암석의 종류, 불연속면의 발달양상, 지질구조 및 사면안정성 평가와 안정 대책 수립을 감안하여 전체 연구 대상 사면을 6개의 Zone으로 구분하였다.
- 사면의 안정성 분석은 불연속면의 방향과 절취사면의 방향 사이의 기하학적 상관관계에 의한 분석기법인 평사투영법을 사용하였다. 평사 투영법은 범용 프로그램인 DIPS를 이용하여 구분한 6개의 Zone 에서 각각 실시하였다. DIPS 프로그램의 해석 시 내부마찰각은 절 리면 직접 전단 시험 등을 실시하여 산정하여야 하나, 현장 여건상 불가능하여 신선한 암반이 노출된 구간(Zone A, B)은 30도, 사면의 파괴가 발생한 구간 (Zone C~F)은 27도를 적용하였다.
대상 데이터
- 연구 대상 지역인 경상북도 군위군 화북댐 건설 예정지 일원은 한반도지질계통상 중생대 백악기 경상 누층 군의 의성 분지 남측부에 해당된다(최위찬 외, 1995).
- 조사 대상 지역은 화북댐 건설예정지 상류 하천의 북서 측 산록부를 절개한 지점으로 화북댐 건설예정지 북측 1km지점에는 북서-남동방향의 우보단층이 20 km 내외의 연장을 가지고 발달하며, 조사 대상 지역은 유문암질 결정 응회암과 화산응회암이 분포(권용완, 2004) 하는것으로 보고되어 있다(Fig. 1).
이론/모형
- 조사결과 지질 조건과 절취사면의 방향성 등을 고려하여 6개의 Zone 으로 세분하였다. 사면의 안정성 분석은 불연속면의 방향과 절취사면의 방향 사이의 기하학적 상관관계에 의한 분석기법인 평사투영법을 사용하였다. 평사 투영법은 범용 프로그램인 DIPS를 이용하여 구분한 6개의 Zone 에서 각각 실시하였다.
성능/효과
- Zone D Sta. No. 1+630~690)의 분석 결과 349/36 불연속면은 평면 파괴, 320/77과 112/58불 연속면은 132/ 29 방향, 320/77과 80/62 불연속면은 123/52 방향, 80/ 62와 348/37불 연속면은 101/34 방향으로의 쐐기 파괴 가능성이 인지되었다(Fig. 15).
- Sta. No. 1+670-690 구간에 분포하는 역암은 도로 계획선 하부의 절취구간에서 단층 접촉하고 있음을 확인하였다
- Zone A(Sta. No. 1+440~500)의 분석 결과 355/48 방향의 불연속 면은 평면 파괴, 불연속 면의 교차에 의한 쐐기 파괴가 84/48, 136/35방향으로 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다(Fig. 12).
- Zone B(Sta. No. 1+500-580)의 분석 결과 61/48 불연속면은 평면 파괴, 213/76, 191/66은 전도 파괴, 112/51 과 84/43불연속면의 교차에 의해 158/42 방향으로 쐐기 파괴 가능성이 있는 것으로 나타났다(Fig. 13).
- Zone C(Sta. No. 1+580-630)2] 분석 결과 14/28 불연속면은 평면 파괴, 263/64와 285/48 불연속 면의 교차는 60/38 방향, 263/64와 325/43 불연속 면의 교차는 56/44 방향으로 쐐기 파괴의 가능성이 있는 것으로 분석되었다(Fig. 14).
- Zone C(Sta. No. 1+580~630)구간에서 사면의 파괴가 발생한 구간으로 우선 사면의 구배 완화를 검토하였고, 평사투영법으로 분석한 최소 절취 구배는 1 :1로 나타났다(Fig. 18).
- Zone E(Sta. No. l+690~795)의 분석 결과 41 /42가 평면파괴, 108/73, 88/62, 347/79, 134/74, 97/55의 불연속면 상호 교차에 의해 133/53, 149/59, 154/49 방향으로 쐐기 파괴가 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다(Fig. 16).
- 금번 조사 대상 지역은 아니지만 이설되는 도로의 시점 부 측에서는 일직층 상부에 정합적으로 퇴적된 수평의 구미동 역암층이 분포하고 있음을 확인하였다. 조사 대상 사면에서 역암층이 Sta.
- DIPS 프로그램의 해석 시 내부마찰각은 절 리면 직접 전단 시험 등을 실시하여 산정하여야 하나, 현장 여건상 불가능하여 신선한 암반이 노출된 구간(Zone A, B)은 30도, 사면의 파괴가 발생한 구간 (Zone C~F)은 27도를 적용하였다. 분석 결과 인지된 불안정 요소는 현장의 시공성, 안정성, 경제성을 감안하여각 Zone별로 안정대책을 수립하였다. 특히, 비교적 큰암괴의 지속적인 낙석 발생으로 인해 하부도로의 통행 및 안전사고의 발생 가능성이 높은 구간 (Zone E)은 고강도 낙석 방지망을 설치하여 암괴의 이탈 시 도로에 직접 낙하하는 것을 방지하도록 하였다.
- 사면 안정 대책은 지질 및 지질공학적 조건에 따라 분류한 6개의 Zone별로 검토하였으며, 사면의 구배완화를최우선적으로 시공성, 안정성, 경제성을 고려하고, 상류가 물막이의 축조: 가 시급한 현장의 특수성을 감안하였다. 전 구간에서 사면 배후로부터 우수가 침투하는 것을 방지하기 위한 산마루 측구의 설치 및 계곡부에서 유입되는 우수의 유도배수를 위한 횡배수관의 설치는 사면안정 대책의 필수적인 대책이므로 각 Zone별 안정대책 검토 시 별도의 언급은 하지 않았다.
- 사면 안정성 분석 결과 다수의 절리 및 단층의 상호교차에 의한 쐐기 파괴가 사면의 주된 불안정 요소로 인지되었으나, 이완되는 암괴의 블록이 10X 10X10 cm 미만으로 적기 때문에 대규모 사면 파괴 발생 가능성이 없는 것으로 파악되었다. 현 사면에서 파괴되는 암편이 도로의 통행에 지장을 미치지 않도록 대책을 수립함이 안정 대책의 주안점으로 판단된다.
- 사면 안정성 분석 결과를 바탕으로 사면의 구배완화를최우선적으로 검토하였으며, 시공성, 안정성, 경제성을 감안하여 현장 여건에 부합되는 최적의 방안을 수립하였다.
- 1+690-795)는 우수향 이동 단층에 의해 형성된 단층파쇄대 구간으로 사면은 다양한 크기의 암괴 (10-100 cm)와 풍화잔류물이 혼재된 상태로 풍화 잔류물의 세굴로 인한 암괴의 포행과 낙석 발생이 요소로 인지되었다. 사면의 안정성을 확보하기 위해 사면의 최적 구배를 결정하기 위해 평사투영법으로 분석한 결과 1:1로 완화하여야 안정성이 확보되는 것으로 나타났다(Fig. 20).
- 사면고가 낮은 점을 감안하여 도로 측면에 계획되는 L형 옹벽을 다소 높여서 옹벽 배면의 공간에 파괴되는 소규모 암편이 적치되는 적치 공간 (catchment berm)을 확보하는 방안을 고려할 수 있다. 설계된 L형 옹벽고가 1m이나, 본 구간에서는 2.3 m로 증고하면 충분한 공간이 확보될 것으로 판단된다. 그리고, 사면에 다량의 풍화잔류토가 분포하므로 인위적인 사면녹화보다는 자연적인 식생천이가 된다면 보다 친환경적인 시공이 가능할 것이다.
- 지표지질조사를 실시하였다. 조사 대상 사면은 약 450m에 달하는 연장을 가지고 있으며, 역암으로 구성된 퇴적암, 응회암류, 화강암질 암석 등 측방변화가 현저한 것으로 나타났다. 사면의 안정성 확보를 위해 절취된 사면을 구성하고 있는 암석의 종류 및 절리, 단층 등 불연속면의 방향^을 측정하였다.
- 실시하였다. 지표지질조사 결과 조사 대상지역에 분포하는 암석은 한반도 지질계통상 중생대 백악기하양층군의 구미동 역암층과 상부의 응회암질 퇴적암류가 우세하고 분포하고 부분적으로 화강암질 암석이 포획된 형태로 분포함을 확인하였다.
- 지표지질조사결과 유추된 본조사 지역의 지질구조 및 지사는 의성분지의 형성 후 충상단층이 발달하여 응회암질 셰일 및 사암이 박층으로 화산응회암 상부를 피복하고 후기의 우수향 주향이동 단층운동에 의해 충상단층의 연속성이 단절되었으며, 최후기에 안산 암질 및 중성 암맥이 주향이동 단층면을 통하여 관입하였음을 인지하였다.
- 파괴된 사면의 좌측은 응회암과 242/52단층면, 우측은 86/78의 단층면을 경계로 화강암질 암석과 단층이 접촉하고 있다. 지표지질조사시 파괴된 사면은 단층운동에 의해 형성된 파쇄대구간으로 절취사면 방향과 거의 평행한 상태를 이루고 있는 54/72 단층면이 강우에 의한 전단강도 저하로 인해 단층면을 따라서 평면파괴가 빌생한 것으로 추정되었다. Sta.
- 1+600 지점에서 86/78의 단층면을 경계로 우측은 주향 이동 단층에 의해 이동되어 온 화강암질 암석이 분포하나, 좌측은 응회 암질 암석이 분포한다. 파괴가 발생한 지점을 살펴본 결과 사면의 절취 방향과 평행한 단층면이 절취사면의 구배보다 저각도를 이루고 있어 절취사면 배후에 형성된 인장균열 내부로 침투 한물에 의해 단층면(54/72)의 전단 강도가 저해되어 평면파괴 형태로 파괴된 것으로 추정되었다 (Fig. 10). 파괴된단층면 상부에 잔존하는 암괴는 이미 상당히 이완되어 향후 추가적인 사면 파괴가 발생할 것으로 우려되며, 우측의 화강암질 암석 측으로 불안정 영역이 확산될 가능성이 매우 높기 때문에 안정대책 수립시 고려하여야 한다.
후속연구
- 3 m로 증고하면 충분한 공간이 확보될 것으로 판단된다. 그리고, 사면에 다량의 풍화잔류토가 분포하므로 인위적인 사면녹화보다는 자연적인 식생천이가 된다면 보다 친환경적인 시공이 가능할 것이다.
- 도로 계획 표고 하부에 분포하는 미고결 역암층은 제거 후치환하는 것이 필요하다. 본 구간에서 추가적으로 시공시 고려하여야 할 사항은 도로계획 표고 하부에 분포하는 미고결 역암층의 처리로 현재 도로선형상 우측부에 위치한 옹벽의 시공 및 공사용 차량의 이동로로 사용하기 위해 굴착한 사면부에서 노출된 미고결 역암층은 향후 물의 유입시 침하가 발생하여 도로의 안정성에 영향을 미칠 가능성이 있으므로 제거 후치환하는 방안을 강구하여야 한다.
- 10). 파괴된단층면 상부에 잔존하는 암괴는 이미 상당히 이완되어 향후 추가적인 사면 파괴가 발생할 것으로 우려되며, 우측의 화강암질 암석 측으로 불안정 영역이 확산될 가능성이 매우 높기 때문에 안정대책 수립시 고려하여야 한다.
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