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가설 설정
- BL-10은 좌. 우 폭이 16m, 주입공 간격이 2m로서 지층 내부의 균열 및 공극에 충분히 주입되었다고 가정하고 주입된 시멘트량을 등고선으로 표현한 것이다. 그림 7 에서 볼 수 있듯이 마이크로시멘트는 주입 심도 18m 이하의 콘크리트 층에도 상당히 많은 시멘트가 주입된 것으로 판독된다.
제안 방법
- OO 지역 콘크리트댐 기초의 누수를 차단하기 위한 보수 그라우팅의 일부 구간에서 마이크로시멘트와 보 통시 멘트를 적용하여 주입량 및 효과를 비교한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
- 굴진 속도 및 채취된 코아 상태를 관찰하여 수직 지층분포 상태를 확인하고 작업 중에 작업수의 순환정 도, 누수 여부나 공동현상, 작업순환수의 색조 변화 등을 유심히 관찰하여 암반 내 변화를 추정한다. 채취된 암코아는 심도별로 정리하여 코아상자에 보관한다.
- 댐 기초 암반의 투수성, 특히 투수 도가 큰 Zone의 분포를 조사하여 그라우팅 계획 및 주입 방법 의 타당성을 검토하고 그에 따라 적절한 주입대책을 강구하기 위하여 시험공에 대해서 3m스텝으 로 Lugeon Test를 실시하였으며, BL-10 에 대한 시험 결과를 요약하면 표 3과 같다.
- 댐체 및 기반암에 분포하는 균열의 발달 정도 및 방향성과 풍화 정도 등을 파악하여 댐체의 안정성 여부 및 연장균열에 의한 양 압력 해소방안을 강구하기 위하여 시험 구간에서 세밀한 공 내 영상 촬영(BIPS) 을 실시하였다. 전 구간에서 나타나는 암반의 풍화 정도는 신선 내지 약간 풍화의 정도를 보이나 일차구조인 엽리면을 따라 발생한 절리 등의 영향으로 암반의 코아 회수율과 R.
- 한편, 본 연구의 시험 구간인 블럭 10의 조사 공에서는 주입 심도 18〜30m 구간에 5〜8Lu의 누수가 발생하였다. 따라서 블 럭 10의 왼쪽에 마이크로시멘트, 오른쪽에 보통 시멘트를 적용하여 주입 효과를 비교하였다.
- 4배 이상일 경우 지반파괴를 일으키는 경우가 많은 것으로 보고되고 있다. 따라서 주입시공 시에는 과잉주입압이 되지 않도록 주의하여야 하고, 본 시험 현장에서는 주입심 도에 따라 표 5와 같이 최대 허용압력을 제한하였으며 현장 상태에 따라 조정하였다.
- 피 압공에 대해서는 시추작업 완료 20일 경과 후에 지하 수위를 재즉정하였는데 즉정 결과, BH-11, 12, 14, 15, 18호 공은 과잉수압이 소멸되어 안정적 수위를 유지하고 있었으나 그 이외의 피압공은 지하수가 계속 분출되는 양상을 보이고 있었다. 따라서, 지하 수위가 계속 분출되는 16호공 주위인 블럭 10에서 고침투성 마이크로시멘트와 보통 시멘트를 이용하여 주입재 종류별로 시험주입을 실시하기로 결정하였다 .
- 수도권에 전력을 공급하는 OO 댐에서 상당한 누수가 발생하고 있는 현장에 대한 원인을 분석하고 보강대책으로서 1999년 6~11월 사이에 그라우팅을 적용하였다. 본 논문에서는 본 현장의 일부 구간에 서 보통 시멘트와 마이크로시멘트를 비교 적용함으로서 주입재 종류별 보수. 보강 효과를 검토하였으며 지질조사, 주입재 선정, 주입 효과 평가 방법 등에 관한 개요는 다음과 같다.
- 따라서 주 입성을 떨어뜨리지 않기 위해서 어느 정도 물비를 유지하고 화학적인 분산을 유도하는 것이 일반적이다. 본 시험대상 구간은 투수성이 lOLu 이하로 현탁액 입자의 주입이 용이하지 않을 것으로 판단되기 때문에 주입재의 물시멘트비를 「3:1t2:1—3:1」 순으로 변화시키면서 시공하였으며 대표적인 표준배합비는 표 4와 같이 하였다.
- 수도권에 전력을 공급하는 OO 댐에서 상당한 누수가 발생하고 있는 현장에 대한 원인을 분석하고 보강대책으로서 1999년 6~11월 사이에 그라우팅을 적용하였다. 본 논문에서는 본 현장의 일부 구간에 서 보통 시멘트와 마이크로시멘트를 비교 적용함으로서 주입재 종류별 보수.
- 시험 구간의 4개 측정 공에서 공 내 영상 촬영 (Borehole Image Processing System ; BIPS, 일본 Raax사 제품)으로 주입 전후의 암반 상태를 조사한다. BIPS는 그림 3과 같이 현장 System과 실내 System으로 나눌 수 있고, 주입재의 침투 상태를 주입량 등고선 도를 작성하여 판독할 수 있다.
- 암반의 투수성을 평가하기 위하여 시추공에 단계적인 주입압력을 가하며 압력에 따른 물의 주입량을 측정, 주입압력과 주입량의 관계에서 Lugeon치를 구한다. Lugeon Test는 댐 기초 암반의 투수성을 조사하여 그라우팅 계획 및 주입 방법의 타당성을 검토하고 그에 따라 적절한 주입대책을 강구하기 위하여 실시하며 시험개요는 그림 4와 같다.
대상 데이터
- 경암층은 전반적으로 파쇄대로 형성되거나 절리가 많이 발달되어 있었다. 본 연구의 대상구 간은 16번 공을 중심으로 한 블럭 10번에서 수행되었으며, 위치는 그림 1과 같다.
이론/모형
- 네 번째는 주입 심도와 암질에 따라 과 잉주입압이 되지 않는 범위에서 유효압력을 유지하면서 약액을 주입하며, 주입방식은 2중관 주입방식 중 l.Oshot 방식으로 Istep (50cm)씩 상향 주입하였다.
- 본 현장의 누수를 차단하기 위한 보수 그라우팅의 시공 방법은 그림 5와 같이 멘젯튜브를 삽입한 더블팩커법을 적용하였다.
성능/효과
- 우리나라 댐의 역사는 삼국시대부터 역사적 기록을 찾아볼 수 있지만 근대적인 개념의 댐은 1961년 말 299개의 댐이 있었으며 1962년 이후 댐 건설의 개화기를 맞는다. '댐 건설 기술, 제도 및 조직정착을 위한 기반조성'에 의해서 1962년 이래 1991년에 이르는 동안에 관계용 댐 425개, 생활공업 용수 댐 49개, 수력발전용 댐 9개 및 다목적댐 18개 등 5()1개의 댐이 건설되었고, 이는 1991년 말 현재 관리되고 있는 800여 개의 댐 가운데 대부분이 기간동안에 건설되어 국가 근대화 작업에 커다란 기여를 하였다.
- 1) 주입 심도 30m 중에서 댐 체인 콘크리트와 기반암의 연결 부분인 심도 20~25m 부근에서 전체주입량의 약 30%가 주입된 것으로 볼 때, 예상대로 댐체와 기반암의 연결 부분에 취약한 공동이 많이 발달되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 2) 주입 효과를 평가하기 위해서 Lugeon Test와 BIPS를 이용한 결과 상호 보완적인 역활을 할 수 있음을 확인하였다. 즉, Lugeon Test는 정량적인 평가만 할 수 있는 반면에 BIPS는 정량적인 것과 정성적인 판단을 동시에 할 수 있기 때문에 경향성을 효과적으로 비교할 수 있었다.
- 3) Lugeon Test와 BIPS를 이용해서 주입 재 종류별로 주입 효과를 비교한 결과 미세한 균열이나 공극이 많은지층에서는 침투성이 좋은 마이크로 시멘트의 주입 효과가 좋은 것으로 판단되며, 균열 또는 공극이 비교적 큰 지층에서는 마이크로 시멘트를 사용하든 보통 시멘트를 사용하든 큰 차이가 없는 것으로 판독되었다.
- 즉, 마이크로시멘트가 보통 시멘트의 주입 성과보다 약 25%〜40% 정도 수밀하게 나타났다. 따라서 본 보수 그라우팅 결과를 요약해 볼 때 미세 균열이 발달한 콘크리트 댐 체나 미세 절리가 분포하는 암반에서는 보통 시멘트보다 마이크로시멘트의 주입 효과가 우수하며 또한 시공 후 수압시험 결과를 비교해 볼 때 주입재의 간 극 내 흡착 수밀도도 마이크로시멘트가 우세한 결과를 보이고 있다.
- 표 7로부터 콘크리트와 기반암 경계부인 20〜25m 구간에서 주입량이 전체의 30% 이상, 기반암 구간인 25~30m 구간에서 약 25% 내외의 주입량을 보이고 있다. 또한 주입재별 주입량을 비교해 볼 때 전 체적으로 마이크로시멘트가 보통 시멘트 주입량의 128%가 주입되었다. 이를 지층별로 세분하면 댐체 콘크리트 하부 균열 분포구간의 주입량은 마이크로시멘트가 보통 시멘트보다 약 155〜165% 정도 많이 주입되었으며 댐체와 암반 접합부 누수 구간 이나 암반 부에서는 마이크로시멘트가 약 118% 정도 추가 주입된 상태로서 본 시험 구간과 같이 미세절리 나 미세균열이 발달한 지반 조건에서 마이 크로시 멘트의 확산범위 는 보통 시 3~6 멘트보다 효과적인 것으로 나타나고 있다.
- 본 지질조사에서는 시추 종료 24시간이 경과한 후 시추공 내 지하 수위를 측정하였는데 지하 수위를 측정한 결과 BH-1 〜8호공은 GL(-) 0.6~3.6m 정도에 지하 수위가 형성되어 있었으며, BH-10호공은 지표 하 6.2m 하부에서 지하 수위가 측정되었다. 한편, BH-9호공 및 BHT1~BH23호공에서는 피압을 받아 지표 위로 공 내수가 분출되고 있었다.
- 상부부터 15m까지는 1 Lu 이하로 21-24 6.006 0.630 0.380 불투수층이었으며 보통시멘트 주입 후 개량된 암반의 투수 정도는 0.1 〜 1.0 Lugeon 정도이었고 마이크로시멘트로 개량된 암반의 투수 정도는 0.02-0.4 Lugeon 으로 나타났다. 즉, 마이크로시멘트가 보통 시멘트의 주입 성과보다 약 25%〜40% 정도 수밀하게 나타났다.
- 또한 주입재별 주입량을 비교해 볼 때 전 체적으로 마이크로시멘트가 보통 시멘트 주입량의 128%가 주입되었다. 이를 지층별로 세분하면 댐체 콘크리트 하부 균열 분포구간의 주입량은 마이크로시멘트가 보통 시멘트보다 약 155〜165% 정도 많이 주입되었으며 댐체와 암반 접합부 누수 구간 이나 암반 부에서는 마이크로시멘트가 약 118% 정도 추가 주입된 상태로서 본 시험 구간과 같이 미세절리 나 미세균열이 발달한 지반 조건에서 마이 크로시 멘트의 확산범위 는 보통 시 3~6 멘트보다 효과적인 것으로 나타나고 있다. 또한 시험 구간에서 주입 후 수압시험을 통하여 나타난 결과를 구간별로 정리하면 표 8과 같다.
- 댐체 및 기반암에 분포하는 균열의 발달 정도 및 방향성과 풍화 정도 등을 파악하여 댐체의 안정성 여부 및 연장균열에 의한 양 압력 해소방안을 강구하기 위하여 시험 구간에서 세밀한 공 내 영상 촬영(BIPS) 을 실시하였다. 전 구간에서 나타나는 암반의 풍화 정도는 신선 내지 약간 풍화의 정도를 보이나 일차구조인 엽리면을 따라 발생한 절리 등의 영향으로 암반의 코아 회수율과 R.Q.D가 암질에 비해 현저히 떨어졌다. 공내촬영 결과, 각 구간별 지층 특성을 요약하면 불연속면과 편리의 방향성은 표 2와 같다.
- 조사 공과 시험주입을 위한 시험공을 합하여 총 23개소를 선정 시추 조사를 시행한 결과 콘크리트 층이 17.0〜26.8m의 층 후로 확인되었으며 콘크리트 층 하부에 있는 경암층에 대한 굴진 조사는 평균 25.5m에 달하였다. 경암층은 전반적으로 파쇄대로 형성되거나 절리가 많이 발달되어 있었다.
- 2) 주입 효과를 평가하기 위해서 Lugeon Test와 BIPS를 이용한 결과 상호 보완적인 역활을 할 수 있음을 확인하였다. 즉, Lugeon Test는 정량적인 평가만 할 수 있는 반면에 BIPS는 정량적인 것과 정성적인 판단을 동시에 할 수 있기 때문에 경향성을 효과적으로 비교할 수 있었다.
- 이와 같이 피압을 받아 지하수가 분출되는 원인은 댐의 콘크리트 부나 저부 암반에 연 장성 균열이 존재하고 이를 통하여 댐 저류 수압 이 작용하여 발생하는 것으로 판단되며 연 장성 균열의 발달이 미미하거나 거의 없는 시주위치에서는 지하 수위가 상승하지 않고 일정 수위를 유지하는 것으로 판단된다. 피 압공에 대해서는 시추작업 완료 20일 경과 후에 지하 수위를 재즉정하였는데 즉정 결과, BH-11, 12, 14, 15, 18호 공은 과잉수압이 소멸되어 안정적 수위를 유지하고 있었으나 그 이외의 피압공은 지하수가 계속 분출되는 양상을 보이고 있었다. 따라서, 지하 수위가 계속 분출되는 16호공 주위인 블럭 10에서 고침투성 마이크로시멘트와 보통 시멘트를 이용하여 주입재 종류별로 시험주입을 실시하기로 결정하였다 .
후속연구
- 보강 사례가 증가하고 있다. 특히, 농업기반공사의 경우 관개용 신규 댐의 건설과 기존 댐의 보수를 위한 그라우팅만 향후 1()년간 년평균 4, 000억 원의 예산이 집행될 것으로 추산하고 있으며 이는 관계용 중소형 댐에서 그라우팅의 비 중이 상당히 크기 때문에 적합한 그라우팅 기술의 적용과 관리가 중요할 것으로 판단된다.
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