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문제 정의
- 누수가 발생하는 범위에만 유도배수시스템을 적용할 경우 누수처리를 위한 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있다. 또한 유도배수시스템 내부로 누수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수시설로 이동시키기 위한 방안도 제시하는 것이다.
- 본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물에서 부분적으로 발생하는 누수를 처리하기 위하여 기존에 제안된 전단면 유도배수시스템을 수정하여 제안하였다. 누수된 부분에만 유도배수시스템을 적용하여 누수된 지하수를 유도배수시스템내에서 유도 집수하는 기술과 집수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 기술을 추가 제안하였다.
- 본 연구의 목적은 지하 콘크리트 구조물에서 부분적인 누수가 발생할 경우 기존 유도배수시스템을 수정하여 누수되는 범위에만 유도배수시스템을 시공하는 방안을 제시하는 것이다. 누수가 발생하는 범위에만 유도배수시스템을 적용할 경우 누수처리를 위한 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있다.
제안 방법
- 1. 유도배수시스템내로 누수된 지하수를 집수 지점으로 유도하기 위한 4가지 종류의 방수 재료를 실외 실험을 통하여 평가하였다. 다공질의 고무 재료인 Durkflex, 초강력 점착력을 가진 KE-45 실리콘 접착제, 폴리머계열 재료인 Hotty-gel 및 일반 실리콘 접착제를 4개의 유도배수판 양쪽 측면과 하부에 부착한 후 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에 시험 시공하였다.
- 2. 선정된 방수 재료 Hotty-gel과 집수 지점으로 유도된 물을 이동시키기 위한 배수관 및 고정 새들(saddle)을 추가한 5개의 유도배수시스템들을 콘크리트 옹벽에 시험 시공하였다. 2개의 유도배수판을 상하로 겹쳐서 연결하여 부착하였고 배수관 및 고정 새들(saddle)을 유도배수판 하부 왼쪽 모서리에 설치하였다.
- 3. 수정된 유도배수시스템의 총 공사 기간 및 공사비에 대한 평가를 위하여 표면 정리 단계, 누수 처리 단계 및 단면 복구 단계별로 기존 누수 보수 공법과 비교하였다. 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 고려한 개략적인 총 공사 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다.
- 6은 방수 재료의 성능 평가를 위하여 5종류의 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에 시공한 모습을 보여주고 있다. 4가지 방수 재료들을 적용한 4개의 유도배수판들과 방수 재료를 적용하지 않은 1개의 유도배수판을 적용하여 유도배수시스템을 시공하였다. 시공 순서는 기존의 유도배수시스템을 시공하는 순서와 동일하다.
- 4가지 방수 재료를 적용한 유도배수시스템의 방수 및 유도배수 성능을 재령별로 평가하였다. 성능 평가는 유도배수시스템 시공 후 재령 7일, 14일, 21일 및 28일에 유도배수시스템 배면에 물을 부어서 수행하였다.
- 3에서 보여 주듯이 유도배수시스템 내부에서 누수된 지하수를 집수 지점으로 보내기 위하여 4가지 방수 재료들을 선정하였다. 4가지 방수재료들에 대한 접착 성능, 방수 성능 및 시공성에 대한 성능평가를 수행하여 최종 방수 재료를 선정하였다.
- Fig. 9에서 보여주듯이 방수 재료인 Hotty-gel과 배수관 및 고정 새들(saddle)을 추가하여 수정한 유도배수시스템을 사용중인 콘크리트 옹벽 표면에 시험 시공을 하였다. Fig.
- 11은 시공 순서에 따라 수정된 유도배수시스템과 기존의 누수 보수 공법의 상세 작업 내용 및 사용되는 재료들에 대한 비교를 보여주고 있다. 각 단계별로 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 비교함으로써 개략적인 총 작업 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다.
- 이러한 단점은 일반 실리콘 접착제를 유도배수판에 적용하여 콘크리트 단면에 부착한 경우에도 동일하게 발생하였다. 그래서 유도배수판을 콘크리트 옹벽에 부착 후 유도배수판 측면 및 하부에서 유도배수판과 콘크리트 옹벽 표면 사이를 KE-45 실리콘 접착제와 일반 실리콘 접착제로 다시 채우는 작업을 수행하였다.
- 그러나 지하 콘크리트 구조물 내부는 거의 온도가 거의 일정하고, 외부의 다양한 환경 변화를 받지 않는다. 그러므로 방수 성능 검증은 지하 콘크리트 구조물 내부보다 혹독한 환경하에서 수행되므로 재령 28일이면 각각의 방수 재료가 가지고 있는 방수 성능을 충분히 검증할 것으로 판단하여 실외 실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 지하 콘크리트 구조물에서 부분적으로 발생하는 누수를 처리하기 위하여 기존에 제안된 전단면 유도배수시스템을 수정하여 제안하였다. 누수된 부분에만 유도배수시스템을 적용하여 누수된 지하수를 유도배수시스템내에서 유도 집수하는 기술과 집수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 기술을 추가 제안하였다. 본 연구에서 다음과 같은 결론들을 도출하였다.
- 유도배수시스템내로 누수된 지하수를 집수 지점으로 유도하기 위한 4가지 종류의 방수 재료를 실외 실험을 통하여 평가하였다. 다공질의 고무 재료인 Durkflex, 초강력 점착력을 가진 KE-45 실리콘 접착제, 폴리머계열 재료인 Hotty-gel 및 일반 실리콘 접착제를 4개의 유도배수판 양쪽 측면과 하부에 부착한 후 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에 시험 시공하였다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일에 유도배수시스템 배면에 일정량의 물을 주입하여 4가지 방수 재료들의 성능을 평가하였다.
- 방수 재료는 유도배수시스템내에서 누수된 지하수가 유도배수시스템의 측면 및 하부면을 따라 집수 지점으로 흐르는 안내 역할을 한다. 또한 누수된 지하수를 유도배수시스템의 집수 지점에서 지하 콘크리트 구조물의 배수시설까지 보내기 위한 방법을 제안하였다.
- 유도배수판이 겹치는 부위는 일반 실리콘 접착제를 적용하여 서로 연결하였다. 또한 부착된 유도배수판 왼쪽 하부 모서리의 집수 지점에 배수관을 연결한 후 배수관 위에 고정 새들(saddle)을 놓고 공압타카의 타카핀(고정핀)으로 배수관을 설치하였다. Fig.
- 개방된 부분은 집수된 지하수를 배출하기 위한 것이다. 또한, 집수된 지하수을 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 배수관과 고정 새들(saddle)을 유도배수판 하부 모서리에 연결하여 설치하였다.
- 9는 수정된 유도배수시스템의 시험 시공 과정을 보여주고 있다. 방수 재료인 Hotty-gel을 유도배수판에 부착하고 배수관 및 고정 새들(saddle)을 유도배수판 하부 모서리에 설치하는 작업을 제외하고는 기존 전단면 유도배수시스템을 시공하는 절차를 따라 시험 시공을 수행하였다.
- 4가지 방수 재료를 적용한 유도배수시스템의 방수 및 유도배수 성능을 재령별로 평가하였다. 성능 평가는 유도배수시스템 시공 후 재령 7일, 14일, 21일 및 28일에 유도배수시스템 배면에 물을 부어서 수행하였다. 방수 재료의 성능 검증 기간은 여름에 수행되었고 낮 최고 온도는 30°C 이상이였다.
- 수정된 유도배수시스템의 시험 시공을 위하여 철 브러쉬를 사용하여 콘크리트 옹벽 표면을 청소하였다. Fig.
- 지하 콘크리트 구조물에서 부분 누수가 발생할 경우 전단면 복구 및 유도배수를 위한 기존 유도배수시스템의 적용 시 공사비 및 시공 시간 증가같은 문제점들을 개선하기 위하여 제안된 유도배수시스템의 실물 성능 검증을 수행하였다. 앞에서 언급한 2가지 개선 사항, 집수 및 유도 배수를 위한 방수 재료와 집수된 지하수를 배수시설까지 이동시키는 배수관을 적용한 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에서 시험 시공하였다.
- 콘크리트 옹벽에 시험 시공된 5개의 수정된 유도배수시스템을 대상으로 방수 성능, 유도배수 성능 및 장기내구성을 평가하였다. 유도배수시스템의 시험 시공 후 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월 및 3개월에 성능 평가를 수행하였다. 성능 평가는 육안 관찰을 통한 유도배수시스템의 상태 조사와 유도배수시스템과 콘크리트 옹벽 사이의 틈에 일정량을 물을 주입하여 방수 성능 및 유도 배수 성능을 관찰하는 것이다.
- 수정된 유도배수시스템의 총 공사 기간 및 공사비에 대한 평가를 위하여 표면 정리 단계, 누수 처리 단계 및 단면 복구 단계별로 기존 누수 보수 공법과 비교하였다. 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 고려한 개략적인 총 공사 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다. 각 시공 단계별로 비교 분석한 결과 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 처리 공법보다 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 유도배수판 위에 와이어 매쉬를 부착한 후 모르타르를 뿜어 붙여 시공을 완료하였다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 및 3개월에 유도배수시스템 배면에 1,000 ml의 물을 주입하여 방수 성능과 유도배수 성능을 평가하였다. 재령 3개월까지 방수 성능 및 유도배수 성능에는 전혀 이상이 없는 것으로 확인되었다.
- 다공질의 고무 재료인 Durkflex, 초강력 점착력을 가진 KE-45 실리콘 접착제, 폴리머계열 재료인 Hotty-gel 및 일반 실리콘 접착제를 4개의 유도배수판 양쪽 측면과 하부에 부착한 후 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에 시험 시공하였다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일에 유도배수시스템 배면에 일정량의 물을 주입하여 4가지 방수 재료들의 성능을 평가하였다. 방수 재료 Hotty-gel만 완벽한 방수 성능을 보였고 나머지 3가지 방수 재료들에서는 누수가 발생하였다.
- , 2009(a); Kim and Yim, 2017). 제안된 유도배수시스템은 광범위한 범위에서 콘크리트가 열화되고 누수가 발생할 경우 적용하는 전단면 누수 처리 및 단면 복구 방법이다. 제안된 전단면 유도배수시스템을 부분적인 누수가 발생하는 지하 콘크리트 구조물에 적용할 경우 누수가 발생하지 않는 부분까지 시공하여야 하므로 공사비 및 공사 기간 측면에서 매우 비효율적인 보수 공법이 될 수 있다.
- 2는 두 가지 문제점들을 해결하기 위하여 개선된 유도배수시스템의 개요도를 보여주고 있다. 지하 콘크리트 구조물 표면에 유도배수시스템의 유도배수판을 완전 밀착시켜기 위한 방수 방안과 유도배수시스템에서 집수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물 측벽 하단의 배수 시설로 보내는 방안을 제안하였다.
- 지하 콘크리트 구조물에서 부분 누수가 발생할 경우 전단면 복구 및 유도배수를 위한 기존 유도배수시스템의 적용 시 공사비 및 시공 시간 증가같은 문제점들을 개선하기 위하여 제안된 유도배수시스템의 실물 성능 검증을 수행하였다. 앞에서 언급한 2가지 개선 사항, 집수 및 유도 배수를 위한 방수 재료와 집수된 지하수를 배수시설까지 이동시키는 배수관을 적용한 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에서 시험 시공하였다.
- 콘크리트 옹벽에 시험 시공된 5개의 수정된 유도배수시스템을 대상으로 방수 성능, 유도배수 성능 및 장기내구성을 평가하였다. 유도배수시스템의 시험 시공 후 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월 및 3개월에 성능 평가를 수행하였다.
대상 데이터
- Fig. 3에서 보여 주듯이 유도배수시스템 내부에서 누수된 지하수를 집수 지점으로 보내기 위하여 4가지 방수 재료들을 선정하였다. 4가지 방수재료들에 대한 접착 성능, 방수 성능 및 시공성에 대한 성능평가를 수행하여 최종 방수 재료를 선정하였다.
- 실외 콘크리트 옹벽에서 방수 재료 선정을 위한 유도배수시스템 시공 시 적용될 유도배수판들을 제작하였다. Fig. 5에서 보여주듯이 4개의 유도배수판 내부 측면 및 하부에 4가지 방수 재료들을 적용하였다. Fig.
- 8(b)에서 보여주듯이 유도배수판 내부의 양쪽 측면과 하부에 방수 재료인 Hotty-gel을 유도배수판에 부착하였다. 공압타카와 타카핀(고정핀)으로 유도배수판을 콘크리트 옹벽에 부착하였다. Fig.
- 배수관은 유도배수시스템의 집수 지점에 연결하는데 단면 복구를 위한 뿜어 붙임 모르타르를 타설할 때 배수관의 파손이나 변형이 거의 발생하지 말아야 한다. 그래서 재료의 변형이 거의 없고 어느 정도 강성을 가진 알루미늄 배수관을 선정하였다. 알루미늄 배수관은 두께가 얇아 가공이 용이하여 장기 누수로 인한 부식 등의 염려가 없다.
- 두가지 개선 방안들을 추가로 적용한 유도배수시스템의 성능 검증을 위하여 콘크리트 옹벽을 대상으로 실외 현장 실험을 수행하였다. 다만 기존 유도배수시스템에서 사용된 뿜어 붙임 모르타르, 유도배수판, 와이어 매쉬, 공압타카에 의한 타카핀(고정핀)은 그대로 활용하였다.
- 본 시스템은 지하수 흐름을 원활하게 위한 돌기를 가진 유도배수판(가로 500 mm × 세로 500 mm × 두께 3 mm), 와이어 매쉬 및 뿜어 붙임 모르타르로 구성되어 있다.
- 방수 재료 Durkflex는 공장 제품으로 요구되는 넓이와 높이에 따라 구매하고 절단하여 제작할 수 있다. 본 연구를 위해 두께와 넓이가 각각 10 mm인 Durkflex를 제작하여 사용하였다. 유도배수판과 콘크리트 사이에 설치 시 압축되어 차수 효과가 있을 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서는 유도배수시스템의 측면과 하부면에서 지하 콘크리트 구조물 표면과 유도배수판사이 공간을 완전히 밀폐시키는 완전 방수 재료를 선정하였다. 방수 재료는 유도배수시스템내에서 누수된 지하수가 유도배수시스템의 측면 및 하부면을 따라 집수 지점으로 흐르는 안내 역할을 한다.
- 그러나 자체 점착력때문에 시공전 유도배수판 표면에 이물질이 있을 경우 점착력이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 폭와 높이가 각각 10 mm인 정사각형 단면을 가진 Hotty-gel을 사용하였다.
- 마지막으로 네번째 선정 재료는 일반적으로 많이 사용되고 있는 실리콘 접착제이다. 실리콘 접착제는 위에서 언급한 3가지 방수 재료들과 성능 비교를 위하여 선정하였다.
- 9(c)와 (d)에서 보여주듯이 마지막으로 유도배수판과 와이어 매쉬 표면에 습식 스프레이 장비를 이용하여 모르타르를 뿜어 붙인 후 표면 마무리 작업을 수행하였다. 콘크리트 옹벽 표면에 총 5개의 동일한 유도배수시스템들을 시험 시공하였다.
성능/효과
- 그러나 달라붙은 이물질은 물 세척으로 제거할 수 있었고 Hotty-gel 자체의 점착력은 거의 그대로 유지되었다. Hotty-gel 자체의 점착력과 탄성으로 콘크리트 옹벽에 공압타카와 타카핀으로 압착하여 부착된 유도배수판은 우수한 부착 성능을 보였다.
- 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 고려한 개략적인 총 공사 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다. 각 시공 단계별로 비교 분석한 결과 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 처리 공법보다 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 또한 작업 인력도 2명이면 충분하여 협소한 지하 콘크리트 구조물에서도 작업이 가능하다. 그러므로 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 보수 공법보다 전반적은 작업속도가 빨라 총 작업시간을 단축할 수 있으며 재료비도 기존 누수 보수 공법보다 상대적으로 저렴하다. 또한 소형 휴대용 장비의 사용 및 작업 인력 최소화로 공사비도 절감할 수 있다.
- 10에서 유도배수시스템 하부에 액체가 흘러 내린자국은 콘크리트 옹벽에 방수 재료인 Hotty-gel의 부착력을 향상시키기 위해 콘크리트 옹벽 표면에 도포한 플라이머가 흘러 내려서 만든 흔적이다. 또한 다른 유도배수시스템에서도 지속적인 물의 주입에도 집수 지점에 설치된 배수관을 제외한 다른 구간에서 누수는 발생하지 않는 것을 확인하였다.
- 유도배수시스템의 배면으로 주입한 약 1,000 ml의 물은 집수 지점에 설치된 배수관을 통하여 흘러 나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한 뿜어 붙여진 모르타르는 약간의 실 균열이 발생하였을 뿐 전반적인 상태는 양호한 것으로 판단되었다. Fig.
- 방수 재료 Durkflex는 접착제를 사용할 경우 유도배수판에 부착이 용이하고 다공성 고무 재질로 콘크리트 표면과 밀착도 양호하여 전체적으로 시공성이 우수하였다. 또한 시공 후 유도배수판 측면 및 하부에서 압착이 잘 되어 있는 것을 확인 할 수 있었다.
- 7에서 왼쪽 첫번째)에서 방수 성능 검증을 위해 유도배수시스템 배면에 주입된 물은 유도배수시스템 하부로 그대로 흘러나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한 일반 실리콘 접착제(Fig. 7에서 오른쪽 첫번째)를 적용한 유도배수시스템에서도 정도의 차이는 있지만 유도배수시스템 하부로 흘러나오는 것을 확인할 수 있었다.
- 3가지의 다른 방수 재료를 적용한 유도배수시스템들과 달리 하부에서 물이 흘러나오지 않았다. 방수 재료 Hotty-gel을 적용한 유도배수시스템의 방수 능력이 다른 3가지 방수 재료들보다 뛰어났으며 유도배수판 내부에서도 집수가 잘 되고 집수 지점에서 물의 배출이 원활한 것을 확인하였다. 위의 결과를 종합해 볼 때 부분 누수가 발생하는 지하 콘크리트 구조물에서 유도 배수를 위한 방수 재료로 Hotty-gel이 가장 적합한 것으로 판단되었다.
- 7은 재령 28일에 수행된 유도배수시스템의 방수 성능과 유도배수 성능을 보여주고 있다. 방수 재료가 적용되지 않은 유도배수시스템(Fig. 7에서 왼쪽 첫번째)에서 방수 성능 검증을 위해 유도배수시스템 배면에 주입된 물은 유도배수시스템 하부로 그대로 흘러나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한 일반 실리콘 접착제(Fig.
- 수정된 유도배수시스템과 기존의 누수 보수 공법들을 각 단계별로 간략하게 비교한 결과, 작업 속도, 총 작업 시간, 총 작업 인력, 총 공사비에서 수정된 유도배수시스템이 좀더 양호한 것으로 판단된다. 향후 본 연구에서 시험 시공된 유도배수시스템을 대상으로 장기 내구성, 장기 방수 성능 및 장기 배수 능력에 대한 검증을 지속적으로 수행할 계획이다.
- 방수 재료 Hotty-gel을 적용한 유도배수시스템의 방수 능력이 다른 3가지 방수 재료들보다 뛰어났으며 유도배수판 내부에서도 집수가 잘 되고 집수 지점에서 물의 배출이 원활한 것을 확인하였다. 위의 결과를 종합해 볼 때 부분 누수가 발생하는 지하 콘크리트 구조물에서 유도 배수를 위한 방수 재료로 Hotty-gel이 가장 적합한 것으로 판단되었다.
- 10은 재령 3개월일 때 방수 성능과 유도배수 성능의 결과를 보여 주고 있다. 유도배수시스템의 배면으로 주입한 약 1,000 ml의 물은 집수 지점에 설치된 배수관을 통하여 흘러 나오는 것을 확인할 수 있었다. 또한 뿜어 붙여진 모르타르는 약간의 실 균열이 발생하였을 뿐 전반적인 상태는 양호한 것으로 판단되었다.
- 본 연구를 위해 두께와 넓이가 각각 10 mm인 Durkflex를 제작하여 사용하였다. 유도배수판과 콘크리트 사이에 설치 시 압축되어 차수 효과가 있을 것으로 판단되었다. 하지만 시공 전 유도배수판에 부착시 접착제를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다.
- 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 및 3개월에 유도배수시스템 배면에 1,000 ml의 물을 주입하여 방수 성능과 유도배수 성능을 평가하였다. 재령 3개월까지 방수 성능 및 유도배수 성능에는 전혀 이상이 없는 것으로 확인되었다.
- 제안된 유도배수시스템은 광범위한 범위에서 콘크리트가 열화되고 누수가 발생할 경우 적용하는 전단면 누수 처리 및 단면 복구 방법이다. 제안된 전단면 유도배수시스템을 부분적인 누수가 발생하는 지하 콘크리트 구조물에 적용할 경우 누수가 발생하지 않는 부분까지 시공하여야 하므로 공사비 및 공사 기간 측면에서 매우 비효율적인 보수 공법이 될 수 있다.
- 첫번째 단계인 표면 정리에서 기존의 누수 보수 공법은 콘크리트 표면의 제거, 연마, 고압수 세척 또는 철근이 노출되어 녹이 발생할 경우 제거 작업등 전체 공사기간의 약 50∼60%를 차지한다.
후속연구
- 수정된 유도배수시스템과 기존의 누수 보수 공법들을 각 단계별로 간략하게 비교한 결과, 작업 속도, 총 작업 시간, 총 작업 인력, 총 공사비에서 수정된 유도배수시스템이 좀더 양호한 것으로 판단된다. 향후 본 연구에서 시험 시공된 유도배수시스템을 대상으로 장기 내구성, 장기 방수 성능 및 장기 배수 능력에 대한 검증을 지속적으로 수행할 계획이다.
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