[논문]지하 전력구조물의 거동에 대한 방수층의 대응 성능 평가 방법 개발 (10 mm 거동 대응형 방수시스템 Mock-Up 시험 방법)

권기주; 오상근

doi:10.22636/mkci.2008.20.4.57

[국내논문] 지하 전력구조물의 거동에 대한 방수층의 대응 성능 평가 방법 개발 (10 mm 거동 대응형 방수시스템 Mock-Up 시험 방법)
A Performance Test Method of Waterproofing System to Evaluate the Responsiveness to the Movement of Box Culvert Structure for Underground Electronic Power Facility (Mock-Up Test Method of Waterproofing Layer to Response 10 mm Movement of Expansion Joint) 원문보기

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문제 정의

거동에 의한 반복적 피로에 의해 방수재의 파단이 발생하는지 평가하였다.
누수는 방수층의 파단된 부위로 유입되어 방수층의 들뜸 부위로 확산, 이동하면서 구조물의 크랙, 이어치기, 공극 등 취약 부위로 누수가 진행된다<그림 1>. 본 시험은 지하 전력구와 유사한 크기의 구조물을 제작하여 지하의 부동침하, 정적 무브먼트(구조크랙, 건조수축크랙 등), 동적 무브먼트(온도에 따른 반복신축, 지하시설의 진동 등)에 의한 구조물의 움직임에 방수층의 대응성을 분석하고, 파단부에 의한 들뜸 확산 여부를 파악하여 지하 전력구조물 방수층 성능평가 자료로 활용하고자 하였다.

제안 방법

(1) 되메우기시 방수층을 보호하기 위한 2종의 보호층(아스타 보드, PE 폼)을 각각 시공하였다.
(2) 상부 슬래브는 벽체에서 시공되는 시트와 겹쳐서 모서리부를 보강하고, 수압 장치가 설치되는 부분은 바닥을 평탄하게 한 후, 방수재를 시공하였다<;사진 4>.
거동 시험을 위하여 2개의 시험체를 제작하여 수압장치 및 거동장치 등과 1 세트의 시험체로 구성하였으며, 콘크리트 강도, 조골재 크기 및 슬럼프 치 등은 실제 적용되고 있는 전력구 콘크리트 배합과 동일하다<그림 2, 표 1〉.
수압시험장치 안에 설치된 방수시트 중 슬라이딩 부분의 중앙부를 칼로 70mm 정도 절단하여 손상을 입힌 후에 그 부위로 누수가 확산 이동하는 것을 평가하였다.
수압장치를 고정시키기 위한 밑판과 가압을 견딜 수 있는 상판, 수압장치로 구성되어 있으며 수압장치 내부에 방수층 고정판을 두었고, 구조체의 거동을 원활히 하기 위하여 롤러를 설치하였다<;그림 4 및 사진 5>.
3.1 시험체의 방수층 시공

시험체를 최대한 밀착시킨 후 방수층 시공을 하며, 설치되는 방수층은 도막방수재와 시트방수재의 복합계로 시공하였다. 주 방수재인 도막방수재는 점착유연한 겔타입으로써 구조체의 거동에 슬라이딩형태로 존재하여 안정적인 거동 추종성을 보이며 이를 보호하면서 보조 방수층 역할을 할 수 있는 방수 시트를 채택하여 시험을 실시하였다.
이를 보완하기 위하여 빈공간에는 탄성 코킹재 또는 탄성 백업재를 채워 넣어서 시트의 접힘을 방지한 후 시험을 진행하였다.
시험체를 최대한 밀착시킨 후 방수층 시공을 하며, 설치되는 방수층은 도막방수재와 시트방수재의 복합계로 시공하였다. 주 방수재인 도막방수재는 점착유연한 겔타입으로써 구조체의 거동에 슬라이딩형태로 존재하여 안정적인 거동 추종성을 보이며 이를 보호하면서 보조 방수층 역할을 할 수 있는 방수 시트를 채택하여 시험을 실시하였다.
이에 따라, 한전 전력연구원에서는 최대 10 mm의 자유거동 하에서도 방수층의 파손 유무를 확인하기 위한 시험방법을 개발하게 되었다. 즉, 지하전력구의 방수를 위해 사용되는 방수재료는 장 스팬으로 건설되는 구조체의 거동에 찢어지거나, 들뜨지 않는 방수재료 및 공법 사용을 요구하게 되었고, 이를 위한 시험적 평가방법을 개발하게 되었다.

대상 데이터

본 거동시험 장치는 시험체를 거치할 수 있는 2개의 밑판(고정부와 슬라이딩부)과 시험체가 원활히 거동할 수 있도록 설치된 베어링과 유압장치로 구성되어 있으며, 1초 1회의 주기로 5~10mm의 폭으로 좌우 반복 거동이 가능하다<;사진 2>.
시험체는 지하 전력구조물의 단면표준치수를 기준으로 2.6 m(폭)×2.6 m(높이)×1.5m(길이)의 두께 200 mm의 실구조물과 유사한 콘크리트구조물로 제작하였다.

성능/효과

거동을 300회 실시하여도 누수현상은 발생되지 않았다. 그러나 시험 종료 후 수압장치를 분해하여 방수재를 뜯어 본 결과 10mm 거동을 하는 동안 압력이 계속적으로 가해지기 때문에 시험체와 시험체 사이의 빈 공간으로 방수시트가 압력에 의해 밀려 들어가는 현상이 나타나는 것을 확인하였다.

후속연구

본 연구소에서 개발한 본 시험 평가방법을 통해 향후 지하 전력구조물에 적용할 방수시스템에 대해서는 반드시 본 평가를 수행할 필요가 있음을 알게 되었고, 이는 도시기반시설의 장기적 안전성와 내구 수명을 확보하기 위한 품질 평가기술로서 활용되어질 필요가 있다. 또한 본 평가 기술은 지하철, 통신구, 지하차도 등의 공동구 시설물에서도 충분히 활용할 수 있어 보다 넓은 확산이 기대된다.
본 연구소에서 개발한 본 시험 평가방법을 통해 향후 지하 전력구조물에 적용할 방수시스템에 대해서는 반드시 본 평가를 수행할 필요가 있음을 알게 되었고, 이는 도시기반시설의 장기적 안전성와 내구 수명을 확보하기 위한 품질 평가기술로서 활용되어질 필요가 있다. 또한 본 평가 기술은 지하철, 통신구, 지하차도 등의 공동구 시설물에서도 충분히 활용할 수 있어 보다 넓은 확산이 기대된다.
한전 전력연구원에서는 지하 전력구 콘크리트 시설물의 수명단축 요인으로서 누수 원인을 분석한 결과, 구조체 조인트 및 균열의 거동이 방수층을 파손시키는 주요한 원인이라는 것을 알게 되었으며, 환경 및 물리적 조건에 따라 조인트 및 균열 부위에 5 mm 이상의 거동이 때때로 발생하는 것으로 파악되었다. 이에 지하 전력구조물의 외방수층은 안전율을 고려하여 최대 10mm 조인트 및 균열의 거동에 대응할 수 있는 방수시스템이 필요하며, 완전방수를 위한 필수적 요구조건으로서 적용 방수층을 대상으로 거동대응성 평가를 반드시 시행하여 이에 합격하는 것을 채택하는 제도를 도입할 필요가 있다. 이에 따라, 한전 전력연구원에서는 최대 10 mm의 자유거동 하에서도 방수층의 파손 유무를 확인하기 위한 시험방법을 개발하게 되었다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

설계 및 시공과정에서 지하수의 침입이 발생하지 않도록 완벽한 방수 및 보호, 유지관리 기술의 도입이 필요한 이유는?

현재 전력구의 대부분은 지하에 콘크리트로 건설되며 여러가지 여건 상 주기적 관리가 어려운 상태이다. 지하에 위치한 콘크리트 시설물의 수명을 단축시키는 가장 큰 요인 중의 하나는 지하수의 침입이며, 지하수는 콘크리트 구조체를 침식시킨다. 따라서 설계 및 시공과정에서 지하수의 침입이 발생하지 않도록 완벽한 방수 및 보호, 유지관리 기술의 도입이 필요하다.

지하 전력구는 무엇을 위해 건설되는가?

전기를 공급하기 위해 건설되는 지하 전력구는 주요 도시기반 시설의 하나이며, 인간 신체의 동맥과 같은 역할을 한다고 할 수 있다. 현재 전력구의 대부분은 지하에 콘크리트로 건설되며 여러가지 여건 상 주기적 관리가 어려운 상태이다.

현재 전력구의 상태는?

전기를 공급하기 위해 건설되는 지하 전력구는 주요 도시기반 시설의 하나이며, 인간 신체의 동맥과 같은 역할을 한다고 할 수 있다. 현재 전력구의 대부분은 지하에 콘크리트로 건설되며 여러가지 여건 상 주기적 관리가 어려운 상태이다. 지하에 위치한 콘크리트 시설물의 수명을 단축시키는 가장 큰 요인 중의 하나는 지하수의 침입이며, 지하수는 콘크리트 구조체를 침식시킨다.

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