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문제 정의
- 본 연구는 동결융해 피해 가능성이 높은 한랭지역에서 운용중인 지하 콘크리트 구조물에서 누수가 발생할 경우 제안된 유도배수시스템의 적용 여부를 평가하는데 목적이 있다. 본 연구를 위하여 유도배수판 모서리 부분과 Hotty-gel 길이 방향 연결에 적용될 4가지 종류의 Hotty-gel 연결 방법과 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시키 위한 2가지 고정 방법을 제시하였다.
- 이 방법은 유도배수판을 콘크리트 시편에 보다 강하게 부착시켜 유도배수판과 콘크리트 시편 사이에 설치되는 Hotty-gel의 방수 성능을 향상시킬 목적으로 채택되었다. 본 연구에서는 2가지 고정 방법의 시공성과 실내 동결융해실험을 통한 장기 부착 성능을 평가하였다. 본 연구를 통하여 추후 현장검증 실험에 적용할 최적의 방법을 제시할 예정이다.
- 본 연구에서는 동결융해의 피해 가능성이 높은 한랭지역에서 운용중인 터널과 같은 지하 콘크리트 구조물에서 누수가 발생할 경우 기존에 제안된 유도배수시스템의 적용 여부를 평가하기 위하여 실내 동결융해 실험을 수행하였다. 본 연구를 위하여 유도배수판 모서리 부분에 적용할 Hotty-gel 연결 방법과 Hotty-gel 길이 방향으로 연결하는 방법들을 조합한 4가지 종류의 Hotty-gel 연결방법을 제시하였다.
- 2(d)의 우측에서 보여 주듯이 와셔, 나사못 및 칼브럭을 사용하여 고정시키는 두번째 방법도 제시하였다. 이 방법은 유도배수판을 콘크리트 시편에 보다 강하게 부착시켜 유도배수판과 콘크리트 시편 사이에 설치되는 Hotty-gel의 방수 성능을 향상시킬 목적으로 채택되었다. 본 연구에서는 2가지 고정 방법의 시공성과 실내 동결융해실험을 통한 장기 부착 성능을 평가하였다.
제안 방법
- Fig. 13(a)의 상세 사진에서 보여주듯이 추후 누수 방지를 위하여 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용하여 도출방지판을 견고하게 고정한 후 실내 동결융해 실험을 계속하여 수행하였다. Fig.
- Fig. 9(c)에서 보여주듯이 콘크리트 시편과 유도배수판사이의 공간에 붉은색 수성페인트로 채워서 실내 동결융해 실험이 진행되는 동안 누수발생여부를 관찰하였다. 누수발생여부 확인을 위한 붉은색 수성페인트는 1주일 간격으로 추가 보충하여 주입되었다.
- 이러한 도출 현상을 방지하기 위하여 Fig. 7(c)와 (d)에서 보여주듯이 유도배수판 테두리 및 모서리에 적용할 Hotty-gel 도출방지판들을 제작하였다. Fig.
- 4가지 Hotty-gel 연결 방법에 2가지 고정 방법을 조합하여 실내 동결융해 실험을 위한 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하였다.
- 5(b)는 콘크리트 시편에 설치된 Hotty-gel 상부에 유도배수판 테두리 하부면을 맞추어 설치한 후공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용하여 유도배수판을 콘크리트 시편에 부착시킨 모습을 보여주고 있다. 공압타카에서 발사되는 타카핀이 유도배수판을 관통하지 못하도록 유도배수판 위에 정육면체 Hotty-gel과 와셔를 놓고 와셔에 공압타카를 고정시킨 후 타카핀을 발사하여 유도배수판을 고정시켰다. Fig.
- 과거에는 터널과 같은 지하 콘크리트 구조물에서 균열이 발생하여 누수가 발생하면 균열을 보수하여 더 이상누수가 발생하지 못하도록 하는 보수방법을 적용하였다. 국내 현장에서 가장 많이 적용된 누수방지공법으로는 표면처리공법, 누수 단면의 배면 그라우팅 및 누수 균열부 주입공법이 있다.
- 또한 여러 개의 유도배수판을 이어서 시공할 경우 시공하려는 Hotty-gel의 길이가 길어져서 시공성에 문제가 발생할 수 있다. 그래서 Fig. 3에서 보여주듯이 4가지 종류의 Hotty-gel 연결방법을 적용하여 4가지 종류의 시험체을 제작하였다.
- 이 때 공압타카가 움직이지 않도록 반발력보다 충분히 큰 압력을 공압타카에 가하지 않으면 타카핀이콘크리트 내부로 충분히 정착되지 않고 Hotty-gel을 가진 유도배수판이 콘크리트 라이닝에 완전 밀착되지 않아 누수가 발생하였다. 그래서 본 연구에서는 Fig. 2(d)의 우측에서 보여 주듯이 와셔, 나사못 및 칼브럭을 사용하여 고정시키는 두번째 방법도 제시하였다. 이 방법은 유도배수판을 콘크리트 시편에 보다 강하게 부착시켜 유도배수판과 콘크리트 시편 사이에 설치되는 Hotty-gel의 방수 성능을 향상시킬 목적으로 채택되었다.
- 기존에 제안된 유도배수시스템에서는 가로 1 cm × 세로 1 cm의 단면을 가진 Hotty-gel을 사용하였지만 본 연구에서는 방수성능을 향상시키기 위하여 단면을 가로 2.5 cm × 세로 1 cm로 확대하여 롤타입으로Hotty-gel을 제작하였다.
- 본 연구를 위하여 유도배수판 모서리 부분에 적용할 Hotty-gel 연결 방법과 Hotty-gel 길이 방향으로 연결하는 방법들을 조합한 4가지 종류의 Hotty-gel 연결방법을 제시하였다. 또한 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시키기 위한 2가지 고정 방법을 제시하였다. 제시된 4가지 종류의 Hotty-gel 연결 방법과 2가지 종류의 고정 방법을 사용하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하였다.
- 앞에서 설명한 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체들을 대상으로 실내 동결융해 실험을 수행하였다. 반복적인 실내 동결융해 실험을 위하여 1일 단위로 극저온 동토 실험실의 온도를 조절하였다. 온도 조절시 4가지 종류의유도배수시스템 시험체들에 대한 누수여부를 관찰하였고 사진으로 촬영하여 동결융해 저항성을 분석하였다.
- 본 연구는 동결융해 피해 가능성이 높은 한랭지역에서 운용중인 지하 콘크리트 구조물에서 누수가 발생할 경우 제안된 유도배수시스템의 적용 여부를 평가하는데 목적이 있다. 본 연구를 위하여 유도배수판 모서리 부분과 Hotty-gel 길이 방향 연결에 적용될 4가지 종류의 Hotty-gel 연결 방법과 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시키 위한 2가지 고정 방법을 제시하였다. 제시된 방법들에 대한 동결융해 저항성을 평가하기 위하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하였다.
- 본 연구에서는 동결융해의 피해 가능성이 높은 한랭지역에서 운용중인 터널과 같은 지하 콘크리트 구조물에서 누수가 발생할 경우 기존에 제안된 유도배수시스템의 적용 여부를 평가하기 위하여 실내 동결융해 실험을 수행하였다. 본 연구를 위하여 유도배수판 모서리 부분에 적용할 Hotty-gel 연결 방법과 Hotty-gel 길이 방향으로 연결하는 방법들을 조합한 4가지 종류의 Hotty-gel 연결방법을 제시하였다. 또한 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시키기 위한 2가지 고정 방법을 제시하였다.
- 다져진 흙-시멘트 혼합물의 동결융해 시험 기준인 ASTM D560에서는 동결 24시간, 융해 24시간으로 1 Cycle에 2일이 소요되도록 규정하였다. 본 연구에서 유도배수시스템의 장기적인 동결융해 내구성을 파악을 위하여 1 Cycle은 국내외 기준들에서 정해진 소요시간 중 가장 긴 시간인 동결 24시간, 융해 24시간 기준을 적용하여 1 Cycle 소요시간을 48시간(2일)으로 하여 실험을 진행하였다.
- 2(d)는 유도배수판을 콘크리트 시편에 고정시키기 위한 부품 및 장비를 보여주고 있다. 본 연구에서는 2가지 고정 방법을 채택하였다. 첫번째 방법은 Fig.
- 12(b)의 확대된 사진처럼 유도배수판 우측 측면에서는 콘크리트 시험체에서 발생한 균열을 통하여 누수가 발생하였다. 시험체 제작 시 칼브럭을 설치하기 위하여 콘크리트 시편에 전기드릴로 구멍을 천공하였다. 이 과정에서 구멍주변에 미세균열이 발생하였고 동결과 융해의 반복작용으로 미세균열의 폭과 길이가 확대된 것으로 판단된다.
- 실내 동결융해 실험을 위한 온도범위를 결정하기 위하여 국내 동결융해 피해가 가장 많은 강원도 지역에 대한국내 기상청 온도 자료를 분석하였다(Korea Meteorological Administration, 2011). 강원도 지역의 5년치 평균 최저 기온과 평균 최고 기온은 약 -16°C와 20.
- 실내 동결융해 실험을 진행하기 위하여 국내외 실험 기준과 국내 기상청 온도 자료들을 분석하여 극저온 동토실험실의 최저 온도와 최고 온도를 결정하였고 동결 소요시간과 융해 소요시간으로 구성되는 동결 융해의 1Cycle 소요시간을 결정하였다.
- 앞에서 설명한 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체들을 대상으로 실내 동결융해 실험을 수행하였다. 반복적인 실내 동결융해 실험을 위하여 1일 단위로 극저온 동토 실험실의 온도를 조절하였다.
- 반복적인 실내 동결융해 실험을 위하여 1일 단위로 극저온 동토 실험실의 온도를 조절하였다. 온도 조절시 4가지 종류의유도배수시스템 시험체들에 대한 누수여부를 관찰하였고 사진으로 촬영하여 동결융해 저항성을 분석하였다.
- 7(b)는 연결 방법 Con-4로 제작된 Hotty-gel을 유도배수판 배면에 설치한 모습을 보여주고 있다.유도배수판 모서리 부분에는 Hotty-gel의 세로면 계단 형상을 적용하였고 Hotty-gel의 길이 방향 연결부분에서는 방수성능 검증을 위하여 세로면 대각선 형상을 적용하였다. Fig.
- 또한 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시키기 위한 2가지 고정 방법을 제시하였다. 제시된 4가지 종류의 Hotty-gel 연결 방법과 2가지 종류의 고정 방법을 사용하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하였다. 제작된 시험체를 대상으로 실내 동결융해 실험을 수행하기 위하여 국내외 기준 및 국내 기상청 자료를 분석하여 동결 24시간과 융해 24시간, 즉 48시간(2일)을 1 Cycle로 결정하였고 동결을 위한 온도 -18°C와 융해를 위한 온도 10°C를 결정하였다.
- 본 연구를 위하여 유도배수판 모서리 부분과 Hotty-gel 길이 방향 연결에 적용될 4가지 종류의 Hotty-gel 연결 방법과 콘크리트 표면에 유도배수판을 고정시키 위한 2가지 고정 방법을 제시하였다. 제시된 방법들에 대한 동결융해 저항성을 평가하기 위하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하였다. 제작된 시험체를 대상으로 실내 동결융해 실험을 수행하였다.
- 1). 제안된 유도배수시스템은 누수된 지하수를 유도배수하기 위하여 유도배수판, 유도배수관 및 폴리머계열인 Hotty-gel이라는 방수재료를 적용하였다. 이 방수재료는 유도배수판 테두리 면과 콘크리트 표면사이에 설치하여 누수된 지하수를 유도배수판 하단에 설치된 유도배수관으로 보내는 역할을 한다.
- 제작된 시험체를 대상으로 실내 동결융해 실험을 수행하기 위하여 국내외 기준 및 국내 기상청 자료를 분석하여 동결 24시간과 융해 24시간, 즉 48시간(2일)을 1 Cycle로 결정하였고 동결을 위한 온도 -18°C와 융해를 위한 온도 10°C를 결정하였다.
- 제시된 방법들에 대한 동결융해 저항성을 평가하기 위하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하였다. 제작된 시험체를 대상으로 실내 동결융해 실험을 수행하였다.
- 한랭지역에서 운용중인 도로터널에서 제안된 유도배수시스템의 적용 여부를 검증하기 위하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하여 실내 동결융해 실험을 수행하였다. 실내 동결융해 실험은 한국건설기술연구원이 보유하고 있는 극한환경실험동내에 있는 극저온 동토 실험실에서 수행되었다(Fig.
대상 데이터
- Fig. 8(a)는 유도배수판 테두리에 부착하는 Hottygel 도출방지판이고 유도배수판과 같은 재료인 유연성을 가진 플라스틱으로 제작하였다. Fig.
- Fig. 5(b)에서 보여주듯이 유도배수판 모서리 부분에서 Hotty-gel이 도출되어 불완전 밀착이 되는 것을 방지하기 위하여 두께 1 mm의 철판으로 제작하였다.
- 제안된 유도배수시스템의 동결융해 저항성을 평가하기 위하여 4가지 종류의 시험체를 제작하였다. Fig. 2에서 보여주듯이 시험체는 기본적으로 콘크리트 시편, 유도배수판, 방수재료인 Hotty-gel 및 유도배수판을 고정하는 부품을 사용하여 제작되었다.
- 한랭지역에서 운용중인 도로터널에서 제안된 유도배수시스템의 적용 여부를 검증하기 위하여 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체를 제작하여 실내 동결융해 실험을 수행하였다. 실내 동결융해 실험은 한국건설기술연구원이 보유하고 있는 극한환경실험동내에 있는 극저온 동토 실험실에서 수행되었다(Fig. 9(a)).
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2.1 유도배수시스템 시편 제작
제안된 유도배수시스템의 동결융해 저항성을 평가하기 위하여 4가지 종류의 시험체를 제작하였다. Fig.
- 제작된 콘크리트 시편의 제원은 가로 70 cm × 세로 70 cm × 높이 7 cm이다.
성능/효과
- 1. Hotty-gel 연결방법에서 유도배수판 모서리 부분에 적용된 ‘V’자형 홈을 가진 Hotty-gel 연결 방법에서만 동결융해 28 cycles (8 weeks)후 누수가 발생하였다.
- 2. 유도배수판을 콘크리트 시편에 부착시키기 위한 와셔, 나사못 및 칼브럭을 이용한 고정 방법을 적용한 3개의 시험체 중 2개의 시험체에서 누수가 발생하였다. 1개의 시험체에서는 동결융해 10 cycles (3 weeks) 후 1개지점에서 누수가 발생하였고 동결융해 28 cycles (8 weeks) 후에는 총 5개 지점에서 누수가 발생하였다.
- 4가지 종류의 유도배수시스템 시험체들을 대상으로 수행한 실내 동결융해 실험 결과, 유도배수판 모서리 부분에 적용된 ‘V’자형 홈을 가진 Hotty-gel 연결 방법 Con-3와 와셔, 나사못 및 칼브럭을 이용한 고정 방법으로 제작된 Type-3 시험체에서만 지속적인 장기 누수가 발생하였다.
- 동결융해 70 cycles (20 weeks)까지 Type-1 시험체에서는 누수가 발생하지 않았다. Hotty-gel 연결 방법 Con-1 (모서리부분에서 가로면 계단 형상 적용, 길이 방향 연결부분에서 가로면 계단 형상과 대각선 형상 적용)과 나사못, 와셔 및 칼브럭의 고정 방법은 동결융해 피해를 받지 않는 것으로 판단되었다.
- 동결융해 70 cycles (20 weeks)까지 Type-2 시험체에서는 어떠한 누수도 발생하지 않았다. Hotty-gel 연결 방법 Con-2 (모서리부분에서 가로면 계단 형상과 추가된세모 형상 적용)과 공압타카와 타카핀을 사용한 고정 방법은 동결융해 피해를 받지 않은 것으로 판단되었다. 시험체 제작 시 유도배수판 모서리 부분에서 Hotty-gel 가로면 계단 형상이 완전하게 밀착되지 않아서 누수가 예상되었지만 70 cycles (20 weeks)까지 진행된 실내 동결융해 실험에서 누수가 발생하지 않았다.
- Hotty-gel의 모서리 연결 방법 및 길이 방향 연결 방법인 가로면 계단 형상, 가로면 대각선 형상, 세모 형상이 추가된 가로면 계단 형상, 세로면 계단 형상 및 세로면 대각선 형상에서는 장기적인 누수가 발생하지 않았다. 앞에서 언급한 바와 같이 Hotty-gel의 연결 방법 중 Hotty-gel제작 시간 및 제작 방법을 고려한 제작 효율성은 가로면 대각선 형상이 가장 높게 평가되었다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 Hotty-gel의 모서리 부분 및 길이 방향 연결 방법으로 가로면 대각선 형상을 채택할 예정이다.
- 가로면 대각선 형상의 제작성이 가장 높게 평가되었으며 가로면 ‘V’자형 홈, 가로면 계단 형상, 세로면 대각선 형상, 세로면 계단 형상의 순서로 제작성이 낮게 평가되었다.
- 강원도 지역의 5년치 평균 최저 기온과 평균 최고 기온은 약 -16°C와 20.5°C로 확인되었다.
- 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법을 적용한 Type-2 시험체에서는 누수가 발생하지 않았다. 고정 방법에서 시공 시간 및 시공 방법을 고려한 시공 효율은 기존 유도배수시스템 제안시 적용된 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법이 우수하였다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정방법을 적용할 예정이다.
- 삽입된 칼브럭 상부에 Hotty-gel 가로면 중앙을 고정시킨 후 나사못으로 유도배수판을 콘크리트 시편에 부착시킨다. 만일 칼브럭천공시 원하는 지점에 정확하게 천공되지 않으면 Hotty-gel 바깥 테두리 선과 유도배수판 테두리선이 일치하지 않아서 Hotty-gel 도출 현상이 발생하는 것으로 판단되었다.
- 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정방법에서는 누수가 발생하지 않았다. 시공 시간 및 시공 방법을 고려한 시공 효율은 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법이 우수하였다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법을 제안한다.
- Hotty-gel의 모서리 연결 방법 및 길이 방향 연결 방법인 가로면 계단 형상, 가로면 대각선 형상, 세모 형상이 추가된 가로면 계단 형상, 세로면 계단 형상 및 세로면 대각선 형상에서는 장기적인 누수가 발생하지 않았다. 앞에서 언급한 바와 같이 Hotty-gel의 연결 방법 중 Hotty-gel제작 시간 및 제작 방법을 고려한 제작 효율성은 가로면 대각선 형상이 가장 높게 평가되었다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 Hotty-gel의 모서리 부분 및 길이 방향 연결 방법으로 가로면 대각선 형상을 채택할 예정이다.
후속연구
- 5(b)에서 보여주듯이 공압타카는 고압의 공기압을 사용하기 때문에 유도배수판 모서리 부분에서 가로면 계단 형상이 완전하게 밀착되지 않았다. 모서리 부분에서 불완전하게 밀착된 Hotty-gel의 방수 성능은 실내 동결융해 실험을 통하여 평가될 예정이다.
- 본 연구에서는 2가지 고정 방법의 시공성과 실내 동결융해실험을 통한 장기 부착 성능을 평가하였다. 본 연구를 통하여 추후 현장검증 실험에 적용할 최적의 방법을 제시할 예정이다.
- 가로면 대각선 형상의 제작성이 가장 높게 평가되었으며 가로면 ‘V’자형 홈, 가로면 계단 형상, 세로면 대각선 형상, 세로면 계단 형상의 순서로 제작성이 낮게 평가되었다. 실내 동결융해 실험을 수행하여 추후 현장 검증 실험에 적용할 최적의 Hotty-gel 연결방법을 제시할 예정이다.
- Hotty-gel 제작 시간 및 제작 방법을 고려한 제작 효율성은 가로면 대각선 형상이 가장 높게 평가되었다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 Hotty-gel 의 모서리 부분 및 길이 방향 연결 방법으로 Hotty-gel가로면 대각선 형상을 제안한다.
- 앞에서 언급한 바와 같이 Hotty-gel의 연결 방법 중 Hotty-gel제작 시간 및 제작 방법을 고려한 제작 효율성은 가로면 대각선 형상이 가장 높게 평가되었다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 Hotty-gel의 모서리 부분 및 길이 방향 연결 방법으로 가로면 대각선 형상을 채택할 예정이다.
- 시공 시간 및 시공 방법을 고려한 시공 효율은 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법이 우수하였다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법을 제안한다.
- 고정 방법에서 시공 시간 및 시공 방법을 고려한 시공 효율은 기존 유도배수시스템 제안시 적용된 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정 방법이 우수하였다. 추후 유도배수시스템의 동결융해에 대한 현장 검증 실험에서는 공압타카, 타카핀 및 와셔를 사용한 고정방법을 적용할 예정이다.
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