지하수위

지하수위가 토목공사의 설계, 시공, 그리고 유지관리에 중요한 영향을 미치는 것은 잘 알려져 있다. 보통 시추 후 펌핑 시험을 하여 지층의 투수계수를 확인하고 24시간 후에 지하수위가 안정되었다고 가정하여 그 수위를 측정하는데 이러한 수위는 설계 시 양력을 검토하거나 굴착 시공 시 펌프의 용량 등을 결정하는데 거의 도움이 되지 않는다. 리겟에 의하면 “지하수위의 변동은 1년간에 걸쳐 검토해야 한다. 대체로 쉬운 일은 아니지만 1년 12개월의 매달의 지하수위 기록이 제시되어야 한다. 왜냐하면, 지하수는 변화하는 것이고 1년간의 강우주기에 따라 수직으로 또는 수평으로 이동하기 때문이다.” 가능하면 지반조사후의 시추공을 시공 중에도 유지하며 시공 중에도 지하수위를 측정하고 그 후에 밀봉하도록 시방서에 규정하는 것이 바람직하다. 시공 중 지하수위의 급격한 변화가 사고의 예지 기능을 할 수도 있기 때문이다.

지하수위의 장기간 변화가 토목구조물에 영향을 미친 경우는 뉴욕 지하철의 뉴커크가 역(Newkirk Avenue Station)의 사례가 있는데 1915년의 건설당시에는 궤조 하부 5.3m에 지하수위가 있었다. 그 후 인근의 브루크린 등에서 지하수의 사용량이 증가하면서 지하수위가 서서히 내려가자 해수의 침입이 시작되었고 따라서 지하수의 사용이 감소하다가 1947년에는 지하수 사용이 전면 중지되었다. 이때부터 지하수위가 올라가기 시작하여 1951년에는 지하수위가 역의 궤조 상부 76cm에 이르게 되어 부득이 펌핑으로 해결할 수 밖에 없었다.

펌핑 시험의 경우 보통 정수두 또는 변수두법을 사용하여 시험을 실시하고 시험결과로 얻은 투수계수의 평균치를 제시하는데 수두의 선정이 현실적이어야 하고 가능하면 인근의 시추공을 관측정으로 활용하여 수위강하원뿔(cone of depression)이 작성되어야 시공 중의 합리적인 배수 계획을 세울 수 있고 민원에 대처할 수 있다.

지반 중의 얇은 연약층이 토목구조물에 중요한 영향을 미치는 경우도 많은데 이 지층이 수리구조물 아래에서 유로를 형성하거나 포화상태에서 활동경로(sliding path)가 되는 경우도 있다.

칭포드(Chingford)댐은 토질역학의 원조 테르쟈기(K.Terzaghi)가 영국의 공사자문에 1939년 최초로 응했던 댐인데 1937년 7월에 제체고가 8m에 이르렀을 때 하류측 사면이 원지반지표에 있던 황색연약점토층을 따라 하류방향으로 4m의 수평변위를 일으켰다.

1981년 12월 붕괴된 40m 높이의 아큐 댐은 모래퇴적층위에 7m 두께의 차수브랭킷으로 설치한 점토층이 활동층으로 작용했으며 1984년 6월에 상류측 사면이 수평으로 15m 활동을 일으킨 카싱톤 댐(Carsington Dam)의 경우도 원지표면에 존재한 얇은 황색점토층을 따라 파괴가 발생하였는데 이 황색점토층의 전단강도가 설계시 과대평가 되었다.

세 댐의 경우 모두 시공중 전단파괴를 일으켰고 파괴시 활동층으로 작용한 점토층이 원지표에 있었으므로 조사가 되었으나 이로 인한 문제발생 가능성이 간과되었다고 하겠다.

 

1978년 9월 소양댐의 수위가 EL.185m를 넘으면서 우안 하류측 사면의 EL.122m 부근에서 25ℓ/s 정도의 누수가 시작되었는데 원인조사결과 그림 1.14와 같이 심도 20m 위치에 약 20cm-30cm 두께의 파쇄대가 평면상으로 형성되어 있었는데 그 일부구간만 커튼•그라우팅(curtain grouting)이 되고 옛날의 산부분 즉 확장부 밑으로는 커튼•그라우팅이 연장되지 않은 경우이다. 파쇄대의 한쪽 끝이 노출되었으므로 그 존재가 당연히 조사되었을 것이나 이 조사결과가 간과되고 파쇄대를 따라 형성될 유로를 차단하는 조치가 이루어지지 않은 경우이다.

위에 예를 든 작은 지질 요소들은 언뜻 보기에 분명치 않아 간과하기 쉬운 세부사항들이나 토목공사에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 테르쟈기도 이러한 지질적 세부사항(minor geologic details)이 댐의 안전에 미치는 영향을 설명한 바 있다.

그는 지질적 세부사항을 ‘댐 부지의 정밀조사결과나 적당한 수의 시추 결과로 예측하기 힘든 사항’이라고 정의하고 댐 기초암반 중의 열 개(fissures)의 정확한 위치와 그 틈새의 크기 변화가 댐의 안전에 영향을 미칠 수 있음을 지적하였고 ‘수직 열 개 몇 개와 수평층리를 가진 암체가 댐의 부양(uplift)과 활동(sliding)안정성의 측면에서 가장 위험한 반면 불규칙한 열 개와 주입이 가능한 절리를 가진 암체는 가장 안전하다.’고 결론지었다.

 

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