국내 노후화된 필댐의 경우에는 수문학적 안정성과 더불어 구조적 안정성 확보가 국가재난 예방차원에서 요구되고 있는 실정이다. 설계 및 시공시의 문제나 지진 등 자연현상으로 인하여 댐체가 손상되었거나 노후화로 문제된 댐의 대부분이 필댐 타입이며, 이중 일부는 차수(코아) 존이 손상되어 과다한 누수현상이 발생되고 있어 홍수시 댐 붕괴로까지의 진행이 우려되는 바 차수보강대책에 대한 체계적인 연구가 시급하다고 여겨진다. 본 연구에서는 침투그라우팅으로 보강된 필댐에 있어서 보수.보강 전후의 차수 성능변화를 전기비저항탐사 등의 물리조사를 이용하여 분석 평가하고자 하였다. 연구결과 전기비저항탐사는 그라우팅으로 보강된 필댐의 보강효과를 판단하는 유효한 도구로 사용될 수 있음을 알 수 있었으며, 그라우팅으로 보강된 필댐의 누수량은 크게 저하되어 안정성이 향상 되었음을 알 수 있었다.
국내 노후화된 필댐의 경우에는 수문학적 안정성과 더불어 구조적 안정성 확보가 국가재난 예방차원에서 요구되고 있는 실정이다. 설계 및 시공시의 문제나 지진 등 자연현상으로 인하여 댐체가 손상되었거나 노후화로 문제된 댐의 대부분이 필댐 타입이며, 이중 일부는 차수(코아) 존이 손상되어 과다한 누수현상이 발생되고 있어 홍수시 댐 붕괴로까지의 진행이 우려되는 바 차수보강대책에 대한 체계적인 연구가 시급하다고 여겨진다. 본 연구에서는 침투그라우팅으로 보강된 필댐에 있어서 보수.보강 전후의 차수 성능변화를 전기비저항탐사 등의 물리조사를 이용하여 분석 평가하고자 하였다. 연구결과 전기비저항탐사는 그라우팅으로 보강된 필댐의 보강효과를 판단하는 유효한 도구로 사용될 수 있음을 알 수 있었으며, 그라우팅으로 보강된 필댐의 누수량은 크게 저하되어 안정성이 향상 되었음을 알 수 있었다.
Maintenance of structural and hydrological safety of the superannuated fill dam is very important subject on the viewpoint of disaster prevention. Mainly, the core of the superannuated fill dams have been damaged continuously by the various harmful external forces such as the typhoons, flash floods ...
Maintenance of structural and hydrological safety of the superannuated fill dam is very important subject on the viewpoint of disaster prevention. Mainly, the core of the superannuated fill dams have been damaged continuously by the various harmful external forces such as the typhoons, flash floods and earthquake, and these can be connected to the large scaled general dam failure. Therefore, the research on the repair, remediation and reinforcement of dam is necessary. In this study, the permeable grouting method for the remediation of fill dam was examined by the electrical resistivity survey and the change of permeability of core front. As a result, the permeable grouting method can be useful remediation method for the superannuated fill dam, the leakage from the core front decreased greatly before and after the construction of grouting. Furthermore, it can be said that the turbidity of fill dam may not be greatly increased by grouting.
Maintenance of structural and hydrological safety of the superannuated fill dam is very important subject on the viewpoint of disaster prevention. Mainly, the core of the superannuated fill dams have been damaged continuously by the various harmful external forces such as the typhoons, flash floods and earthquake, and these can be connected to the large scaled general dam failure. Therefore, the research on the repair, remediation and reinforcement of dam is necessary. In this study, the permeable grouting method for the remediation of fill dam was examined by the electrical resistivity survey and the change of permeability of core front. As a result, the permeable grouting method can be useful remediation method for the superannuated fill dam, the leakage from the core front decreased greatly before and after the construction of grouting. Furthermore, it can be said that the turbidity of fill dam may not be greatly increased by grouting.
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문제 정의
댐으로부터 유출되는 누수를 차단하기 위하여 댐체의 하류부 하단에는 차수벽이 설치되어 있다. 기존 조사에서는 댐체로부터 유출된 유수의 양상을 파악하고자 차수벽 전방 및 후방 측선에 대해 전기비저항탐사를 수행하였으나 본 조사에서는 댐마루에서 수행된 보강효과를 확인하는 것이 목적이므로 차수벽 전방측선에 대해서만 수행하였다.
탐사 지역이 일반적인 지질조사와 달리 인공구조물이고 그 동안 여러차례 조사가 실시되면서 인공적인 잡음 요인으로 작용하는 전도체가댐체에 다수 설치되어 있는 등 탐사 여건은 그다지 좋지 않은 편이었다. 따라서 탐사자료의 획득에 있어서 최대한 양질의 자료 획득에 노력을 기울였다.
본 연구에서는 침투그라우팅으로 보수･보강후 전기비저항탐사를 이용한 차수성능 효과를 제시하고 그 분석방법을 정립하므로써 향후 유사사례에 효과적으로 활용할 수 있도록 함에 있다.
제안 방법
2003년 8월 14일 현장 점검시 투수계측실 샘플링펌프로 인한 투수량산정의 정확성에 문제가 제기되어 8월 19일 샘플링펌프 2대를 교체(0.5hp→0.2hp)하고 드레인 파이프를 추가로 설치(Ø25mm, 3m)하였다.
1% 이하로 매우 좋은 것으로 확인되었다. 그러나 겉보기비저항 값은 20~79ohm-m로 매우 낮으며, 상기구간은 여수로와 인접하여 전기적 잡음이 예상되는 구간이므로 자료 해석시 도움을 주고자 변형된 단극배열법을 이용하여 탐사를 수행하였다.
2hp)하고 드레인 파이프를 추가로 설치(Ø25mm, 3m)하였다. 그리고 웨어수심을 현장에서 직접 측정하여 계산식 유량과 현장 모니터유량, 사무실 모니터유량과의 차이를 확인해 보았다. 그 결과, 계산유량이 현장유량보다 0.
보수･보강전후의 침투수량 변화현황은 보수･보강전과 1, 2차 보수･보강 후로 나누어 동일 수위대에서의 변화량을 비교해보았다. 침투수량은 강우의 영향을 배제하기 위하여 강우 후 10일 이내의 자료는 제외하였다.
본 연구의 경우, 2003년 1월에 수행한 조사 결과와 정량적인 비교 분석을 위하여 쌍극자배열법을 사용하였고 잡음요소를 제거하기 위해 최대한 양질의 자료를 획득하기 위하여 노력하였으나, 위에서 언급하였듯이 보강공사 전의 자료획득 당시와 동일한 환경에서 탐사를 수행하지 않았고 다수의 시추공 내에 전도체가 존재함에 따라 발생하는 저비저항대로 정량적인 비교 분석을 하기 어려움이 따르므로 정성적인 분석을 하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
앞에서 언급하였듯이 전도체로 인한 전기적 잡음과 온도차에 의한 전기 비저항 값의 차이로 인하여, 측정값의 변화 분석에서 정확한 판단을 하기는 어렵기 때문에 2003년 1월 조사와 2003년 10월 조사에서 획득된 전기 비저항 탐사자료의 역산결과를 비교하여 정성적으로 분석하였다. 탐사측선의 위치, 탐사배열법 및 역산법을 2003년 1월 자료와 2003년 10월 자료에 동일하게 적용하였다.
앞에서 언급하였듯이 전도체로 인한 전기적 잡음과 온도차에 의한 전기 비저항 값의 차이로 인하여, 측정값의 변화 분석에서 정확한 판단을 하기는 어렵기 때문에 2003년 1월 조사와 2003년 10월 조사에서 획득된 전기 비저항 탐사자료의 역산결과를 비교하여 정성적으로 분석하였다. 탐사측선의 위치, 탐사배열법 및 역산법을 2003년 1월 자료와 2003년 10월 자료에 동일하게 적용하였다.
대상 데이터
그라우팅에 의한 댐의 보수･보강효과를 분석하기 위하여 전기비저항탐사가 실시되었으며, 본 댐체 안정성 검토와 2003년 1월에 수행하였던 전기비저항탐사와의 결과를 비교하기 위하여 기존에 적용하였던 쌍극자배열을 이용하였다 탐사 자료는 쌍극자 간격을 5m, 10m, 15m 등으로 달리 하여 취득하였으며 가탐심도를 충분히 확보하고자 전극 전개수 n=12까지 탐사자료를 획득하였다. 탐사 지역이 일반적인 지질조사와 달리 인공구조물이고 그 동안 여러차례 조사가 실시되면서 인공적인 잡음 요인으로 작용하는 전도체가댐체에 다수 설치되어 있는 등 탐사 여건은 그다지 좋지 않은 편이었다.
이론/모형
탐사자료의 해석은 역산 결과의 안정성 및 분해능 향상을 위하여 ACB(Active Constraint Balancing) 역산 알고리즘을 적용하였다. 이를 위하여 전기 비저항 탐사 해석 소프트웨어인 DIPRO for Windows를 이용하였다.
탐사자료의 해석은 역산 결과의 안정성 및 분해능 향상을 위하여 ACB(Active Constraint Balancing) 역산 알고리즘을 적용하였다. 이를 위하여 전기 비저항 탐사 해석 소프트웨어인 DIPRO for Windows를 이용하였다.
성능/효과
2차 보수･보강전후의 탁도 변화는 강우의 영향으로 저수위가 상승할 때 일시적으로 상승하였다가 강우가 끝나면 점차 안정되는 양상을 보이며 그라우팅 공사로 인한 탁도 변화는 확인되지 않았다(그림 14).
그리고 웨어수심을 현장에서 직접 측정하여 계산식 유량과 현장 모니터유량, 사무실 모니터유량과의 차이를 확인해 보았다. 그 결과, 계산유량이 현장유량보다 0.12m3/hr 크게 나타났으며 사무실모니터유량이 현장모니터유량보다 0.15m3/hr로 크게 나타나 오차범위 대략 0.15m3/hr를 보였다.
그러나 탁도변화는 강우의 영향으로 저수위가 상승할 때 일시적으로 상승하였다가 강우가 끝나면 점차 안정되는 양상을 보였으며, 1, 2차 보수･보강전후의 그라우팅으로 인한 탁도변화는 미미한 것으로 확인되었다.
보수･보강전과 1, 2차 보수･보강 후로 나누어 동일 수위대에서의 침투수량 변화를 비교해본 결과, 1차 보수･보강 후에 640m3/day이던 것이 2차 보수･보강 후에는 4.1m3/day로 감소하여 98%이상의 현저한 침투수량 감소효과를 나타냄을 알 수 있었으며, 이는 곧 안전성이 향상되었음을 의미한다.
본 연구 대상체와 같이 전도체가 있어 전기적 잡음이 매우 심한 곳에서 전기 비저항 값의 차이를 비교하기에는 함수율 증가 또는 지하 내부 구조에 의해 변화된 전기 비저항 값의 차이보다 전기적 잡음에 의한 전기비 저항 값의 영향이 매우 크므로, 전기 비저항 탐사만을 수행함으로써 댐체에 대한 안전진단 및 보강공사 효과에 대한 결론을 내리기에는 다소 무리가 있는 것으로 판단된다. 따라서 정확한 안전진단을 수행하기 위하여 타 조사와 병행하여 분석해야 합리적 결과를 유출하는 것이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구대상 댐의 누수량은 1998년 3월부터 측정되었으며 1차 보수･보강공사 전에는 만수위시 1,900~2,100m3/day을 유지하여 왔으며 강우시에는 4,000~5,000m3/day 매우 큰 누수량을 기록하였다. 이와 같은 증가량은 하류사면 표면수가 유입된 것으로 추정되며, 강우강도 및 강우지속시간과 밀접한 관계를 가지고 있다.
본 연구대상 댐의 제체심벽은 손상된 상태이므로 하류측 제어방법을 보조적 수단으로 고려할 수도 있으나 항구적인 심벽 보강이 불가피한 것으로 판단된다. 한편 심벽제어 방법 중 Diaphragm wall, 슬러리 트렌치 등의 지중연속벽 공법은 문제구간(자갈함유층, 포화구간 등)에서 Slurry액이 유실되거나 공벽 붕괴 가능성이 높으며, 심벽을 교란시키는 공법으로 시공 중 문제가 발생할 경우 대처가 어렵고, 댐 정상부에서 대규모 장비의 작업공간 확보가 어렵다.
보강전 전기비저항 단면도에서 나타나는 특이한 이상대는(저비저항이든 고비저항이든) 보강이후 제거되어야 할 것이다. 이는 제체의 취약대 보강을 통해 코아부 매질의 물성이 평균적인 상태로 이루어진다고 가정할 때 비저항 값의 급격한 변화가 나타나지 말아야 한다는 것을 의미하며, 본 연구에서 일부 전도체의 영향으로 이상대가 나타났으나 전반적으로 비저항의 연속성이 향상되었음을 알 수 있었다.
5+00 구간 상부에는 스틸 케이싱의 영향으로 천부에 50ohm-m 이하의 저비저항대가 관찰되나, 하부 기반암의 심도와 비교했을 때, 지질 이상대의 가능성이 높은 지역으로 판단된다. 이러한 결과는 기존 문헌조사에서 상기구간에 지질 경계가 분포하는 구간과 일치하는 곳으로 확인되었다.
275m 부근의 저비저항대도 차수효과에 의한 것으로 추측된다. 한편 측선 좌안부인 Dist. 150m 이전구간은 천부에 50ohm-m 이하의 저비저항대가 분포하고 있으며, 자료의 반복측정 신뢰도 또한 0.1% 이하로 매우 좋은 것으로 확인되었다. 그러나 겉보기비저항 값은 20~79ohm-m로 매우 낮으며, 상기구간은 여수로와 인접하여 전기적 잡음이 예상되는 구간이므로 자료 해석시 도움을 주고자 변형된 단극배열법을 이용하여 탐사를 수행하였다.
후속연구
본 연구 대상체와 같이 전도체가 있어 전기적 잡음이 매우 심한 곳에서 전기 비저항 값의 차이를 비교하기에는 함수율 증가 또는 지하 내부 구조에 의해 변화된 전기 비저항 값의 차이보다 전기적 잡음에 의한 전기비 저항 값의 영향이 매우 크므로, 전기 비저항 탐사만을 수행함으로써 댐체에 대한 안전진단 및 보강공사 효과에 대한 결론을 내리기에는 다소 무리가 있는 것으로 판단된다. 따라서 정확한 안전진단을 수행하기 위하여 타 조사와 병행하여 분석해야 합리적 결과를 유출하는 것이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 댐체에 대한 보수보강대책으로서 어떤 공법이 적용되고 있는가?
현재 댐체에 대한 보수보강대책으로서 Clay Compaction, Cement Milk Grouting, Soil-Cement Wall, Slurry Wall, Sheet Pile 등의 공법이 적용되고 있으나 국내에서는 이 분야에 대한 연구가 아직은 일천한 실정이며, 필댐의 보수보강대책으로 그라우팅 공법을 적용한 사례는 있으나 이에 대한 체계적인 연구, 정립이 아직까지는 미흡한 실정이다. 따라서 필댐의 손상 유형 및 원인 분석, 손상부 조사 및 상 , 태평가 방법 각 보수보강공법의 특성 분석 및 보수･보강 후 계측관리 방안 등에 대한 전반적인 연구가 요구되고 있다.
그라우팅 공법에는 어떤 공법들이 있는가?
따라서 외국에서 보수･보강 사례(Houlsby, 1990; Weaver, 1993 등)가 많으며 국내에서도 비교적 시공실적이 풍부하여 기술적 문제가 적을 뿐만 아니라(천병식 등, 2000), 시공성과 상황대처의 유연성이 좋은 그라우팅 공법을 본 댐의 보수･보강 방법으로 결정되었다. 그라우팅 공법은 앞에서 기술한 바와 같이 콤팩션그라우팅 공법, 침투그라우팅 공법, 할렬그라우팅 공법 및 제트그라우팅 공법 등이 있으며, 각 공법들은 서로 다른 적용 범위를 갖고 있다. 이 중 침투그라우팅(permeable grouting) 공법은 보강공사로 인하여 댐체에 추가적인 교란이나 손상을 유발하지 않고, 비교적 균질한 주입효과를 기대할 수 있다는 장점을 갖고 있으므로 댐체의 보수보강에 적합한 공법으로 판단하였다.
필댐의 손상 유형 및 원인 분석, 손상부 조사 및 상 , 태평가 방법 각 보수보강공법의 특성 분석 및 보수･보강 후 계측관리 방안 등에 대한 전반적인 연구가 요구되고 있는 이유는 무엇인가?
현재 댐체에 대한 보수보강대책으로서 Clay Compaction, Cement Milk Grouting, Soil-Cement Wall, Slurry Wall, Sheet Pile 등의 공법이 적용되고 있으나 국내에서는 이 분야에 대한 연구가 아직은 일천한 실정이며, 필댐의 보수보강대책으로 그라우팅 공법을 적용한 사례는 있으나 이에 대한 체계적인 연구, 정립이 아직까지는 미흡한 실정이다. 따라서 필댐의 손상 유형 및 원인 분석, 손상부 조사 및 상 , 태평가 방법 각 보수보강공법의 특성 분석 및 보수･보강 후 계측관리 방안 등에 대한 전반적인 연구가 요구되고 있다.
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