[논문]배수장 정밀안전진단 사례

구본충; 이왕철; 김영현; 진남희

문제 정의

본 배수장은 배수개선을 목적으로 설치된 농업기반 1종시설로 토목시설물(흡입⋅토출수조, 배수장 기초, 토출암거, 배수문), 건축구조물, 펌프 및 운전 관리설비(기계, 전기) 등으로 이루어져 있으며, 기계, 전기 설비는 상시 유지보수를 실시하고 있어 양호한 상태이므로 정밀안전진단 사례는 구조물에 발생된 주요 손상을 위주로 기술하고자 한다.
본 정밀안전진단 용역은 농어촌정비법 제18조, 동법 시행령 제21조 및 농업기반 시설관리 규정 제12조에 의거, 시설물의 기능성 및 안전성 진단을 통하여 재해 사전예방과 원활한 배수 기능 확보를 통해 지역 주민의 편익증대 및 생활 환경을 향상시키기 위해 실시하였다.
토목, 건축 구조물에 발생된 국부적 단면손상및 균열의 경우, 일반적으로 콘크리트 구조물에 발생될 수 있는 비구조적 손상으로 내구성 확보를 위한 보수방안을 제시하였으며, 본 사례에서는 주요 손상인 흡입수조 및 토출수조의 부등침하가 본 건물 침하 영향인지 여부 확인을 위해 실시한 현장조사 및 분석, 내구성조사 및 시험, 안전성 평가 및 그 결과에 의한 보강방안을 수록하였다.

제안 방법

배수장 흡입수조, 토출수조 구조물은 부등침하에 의한 손상이 발생된 상태이다. 다만 건축 구조물은 외관조사시 침하에 의한 손상은 발생되지 않은 상태이나 흡입수조 및 토출수조 구조물의 영향으로 침하가 발생되었는지의 여부를 확인하기 위해 건축 구조물 기계실 바닥 슬래브에 대해 측량을 실시하였다.
콘크리트의 내구성평가를 위해 콘크리트강도, 철근탐사 및 탄산화시험을 실시하였으며 그 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

벽체 및 보는 양호한 상태로 조사되었으며, 슬래브 상면에 균열(cw=0.2∼3.0mm, L=8.0m) 17개소가 발생되었다.
본 과업대상 배수장은 1999년에 준공되어 11년간 유지관리된 시설물로 유역면적이 708.0㏊ 인 농업기반시설 관리규정【농림부 훈령 제 1255호 (2006. 12. 19)】에 의한 농업기반 1종시설로 대상 시설물 현황은 Table 1과 같다.

성능/효과

① 지반조사를 실시한 결과, 토출수조의 바닥 슬래브 위치는 연약층인 매립층에 위치하고 있는 것으로 조사되었다.
② 지반조사시 지하수위는 (GL-)4.65m였으며, 이는 토출수조 기초 지반 아래에 있는 상태이나 시간에 따른 밀물 썰물시 지하수위가 바뀌고 있는 것으로 조사되었다.
③ 호우시 기계실 벽체에 있는 6개의 토출관을 통해 다량의 유량이 배출되고 있는 상태이며, 이 수압이 토출수조 벽체에 많은 하중을 주고 있는 것으로 조사되었다.
건물 기초부 침하 여부를 확인하기 위해 바닥 슬래브에 대해 레벨 측량을 실시한 결과, 고저차는 0mm∼(±)30mm가 발생되었으며, 건물 중심으로 좌측 바닥은 토출수조 방향으로 하향구배, 우측 바닥은 흡입수조 방향으로 하향 구배인것으로 측정되었다.
건물 외부 기울기 측정 결과, 대부분 b등급 (1/500) 이상인 양호한 것으로 측정되었으며, 일부 지점에서 최대 35㎜(1/304, c등급)의 변위가 측정되었으나, 외관상 변위로 인한 특이할만한 구조체 손상이 발생되지 않은 상태로 시공중 발생된 시공오차 또는 측정당시의 마감(본타 일)오차에 의한 것으로 판단된다.
구조물에 대한 현장조사, 시설물의 내구성 및안전성 검토 등을 종합적으로 분석한 결과, 기계실, 흡입수조, 토출수조, 토출암거, 배수문의 토목구조물은 “c”, 기둥, 보, 슬래브 등의 주요부재로 이루어진 건축구조물은 “c”, 상시 유지보수를 실시하고 있어 양호한 상태인 기계설비 및 전기설비는 각각 “b”, “c”로 평가되었으며, 종합시설물 ○○배수장의 안전등급은 “C등급”으로 평가되었다.
1∼3련 암거에는 각각 2개의 신축이음부가있으며, 상부 슬래브 신축이음부에서는 누수 및 단차(8mm∼21mm)가 발생된 상태이다. 단차가 발생된 원인은 토출수조와 마찬가지로 연약 지반, 지하수위 변화, 신축이음부 누수에 의한 토립자 유실 등 복합적인 원인에 의해 발생된 것으로 추정되며, 침하에 의한 구조물 손상은 없는 것으로 조사되었다. 따라서 우선 암거 주변 토립자 유실에 의한 침하를 방지하기 위해 신축이음 부에 대해서는 지수공법을 적용하여 누수를 방지하고 슬래브 단차 구간은 지속적인 관찰 후 침하 진행성이 있을시 지반 보강을 실시하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
따라서 위 3가지 사항을 종합해 볼 때 토출수조의 부등침하 원인은 바닥 슬래브가 연약지반에 시공되어있는 상태, 지하수위 변화에 의한 바닥 슬래브 하면 토립자 유실, 배출관의 수압에 따른 하중 등 복합적인 원인에 의해 발생된 것으로 판단된다.
따라서, 바닥 슬래브 시공시 배수구배 고려, 시공오차, 부등침하에 의한 손상이 없는 점 등을 미루어 볼 때 건축 구조물은 침하가 발생되지 않은 것으로 확인되었다.
본 배수장의 정밀안전진단 결과, 흡입⋅토출 수조에 발생된 부등침하는 건축 구조물과는 연관이 없는 것으로 분석되었으므로 보강의 범위는 홉입⋅토출수조에 국한하여 실시하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
상부 지붕 바닥보 부재를 위주로 처짐조사를 통한 부재의 변위⋅변형상태를 측정한 결과, 변 위⋅변형에 따른 처짐상태는 최대 17.0mm로 일상적인 유지관리가 필요한 상태인 L(10,800mm) /480=22.5mm 이내로 분석되었다.
주요 구조부재(보 및 슬래브)에 발생한 균열은 구조검토 결과, 부재내력은 충분한 상태로 내력부족에 의한 구조적 균열은 아닌 것으로 판단 되며, 벽체에 발생한 다수의 수직, 수평, 경사균열은 대부분 사용연수 증가에 따른 일반적인 손상으로 판단된다. 또한 외부 정면 및 배면 기둥하부에 발생한 (박락성)균열은 미장 및 마감면에 발생된 것으로 구조적 손상은 아닌 것으로 판단된다.
최대하중(1.2DL+1.6LL)을 적용하여 구조 부재내력을 검토한 결과, 기둥, 보 및 슬래브 모두 구조안전성을 확보하고 있는 것으로 검토되었다.
탄산화 시험 결과, 각 구조물의 모든 부재에서 탄산화로 인한 철근부식의 우려가 없는 것으로 측정되었다.
토출수조 바닥 슬래브에 대하여 레벨 측량을 실시한 결과, 고저차는 건축 구조물측 바닥보다 도로측 바닥이 80∼210mm 낮은 것으로 측정되었다.
토출수조, 건물(기계실), 흡입수조, 토출암거, 배수갑문에 대해 각 부재별로 반발경도 및 초음파 속도법에 의한 콘크리트 강도를 측정한 결과, 대체적으로 추정 설계기준강도(21.0MPa)를 상회하는 것으로 측정되어, 내구성 저하에 따른 문제는 없을 것으로 판단된다.

후속연구

단차가 발생된 원인은 토출수조와 마찬가지로 연약 지반, 지하수위 변화, 신축이음부 누수에 의한 토립자 유실 등 복합적인 원인에 의해 발생된 것으로 추정되며, 침하에 의한 구조물 손상은 없는 것으로 조사되었다. 따라서 우선 암거 주변 토립자 유실에 의한 침하를 방지하기 위해 신축이음 부에 대해서는 지수공법을 적용하여 누수를 방지하고 슬래브 단차 구간은 지속적인 관찰 후 침하 진행성이 있을시 지반 보강을 실시하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
본 시설물의 보수⋅보강은 진단결과에 따른 공종별 보수⋅보강 방안을 감안하여 시설관리자가 시설물 중요도, 주변시설에 미치는 영향 등을 고려하여 우선순위 및 보수수준을 결정하고, 제시된 범용적 보수⋅보강공법에 대하여 시공성, 경제성, 내구성, 유지관리의 편의성 등을 종합 검토 후, 지구여건에 적합토록 보수⋅보강이 이루어져야 할 것이다.
흡입수조의 안전성 확보를 위해서는 균열 보수와 동시에 흡입수조 기초지반에 대해서도 보강을 실시하여 더 이상 침하가 발생되지 않도록 조치를 취해야 될 것으로 판단된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정밀안전진단 용역 실시 목적은?	본 정밀안전진단 용역은 농어촌정비법 제18조, 동법 시행령 제21조 및 농업기반 시설관리 규정 제12조에 의거, 시설물의 기능성 및 안전성 진단을 통하여 재해 사전예방과 원활한 배수 기능 확보를 통해 지역 주민의 편익증대 및 생활 환경을 향상시키기 위해 실시하였다.
	배수장의 정밀안전진단 결과와 보강 범위는?	본 배수장의 정밀안전진단 결과, 흡입⋅토출 수조에 발생된 부등침하는 건축 구조물과는 연관이 없는 것으로 분석되었으므로 보강의 범위는 홉입⋅토출수조에 국한하여 실시하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
	건물(기계실)에 대한 외관조사 결과 보의 상태는 어떠한가?	보는 전반적으로 양호한 상태이며, 국부적으로 온도변화에 의한 건조수축 균열이 조사되었다.

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