필댐의 누수 유형별 분류 및 탐사의 종류와 근거

외관조사시 유의사항.pdf

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댐 건설이후 기술자의 예측 밖의 여건으로 인해 댐체나 통관 등 부대시설이 결괴되거나 누수현상 등의 상황이 발생할 경우에 대비한 조사와 누수방지를 위해 개략 서술코자 한다.

댐 결괴는 시공시 부적합한 재료를 사용하였거나 다짐부족 등 여러 가지 원인이 있으나 주로 방류능력(spillway capacity)부족과 기초지반의 결함 두가지로 나누어진다.

방류능력의 부족은 계획홍수량 빈도 설정의 부적정, 기상이변으로 인한 호우발생, 토지이용이나 임상변화로 인한 홍수유출량의 증가 등에 주원인이 있다.

대부분의 댐 결괴는 기초지반 결함에 원인이 있으며, 복잡한 지반여건이 설계와 시공과정에서 충분히 고려되지 않고 간과하였는데도 원인을 찾을 수 있다.

다량누수에 의한 댐 결괴는 지질적인 결함 즉 단층, 조밀 또는 개구상의 절리, 물과 접촉할 때 분리되는 암석 및 댐하류 방향으로 경사진 투수성지층 등에 있으며 댐의 정수두압이 클수록 위험도는 더욱 높아진다.

따라서 정기적인 점검이 필요하며, 댐체의 외관 관찰은 물론이고 특히 누수발생 여부와 누수량 증가 현황을 면밀히 조사해야 한다. 특히 공사 완료후 방치하다시피 하고 있는 통관, 부대터널, 검사굴 내부까지 조사하여 이상유무를 관찰하고 관찰사항을 기록․관리해야 한다.

이 조사과정에서 누수지점의 물을 채취하여 수질분석과 전기전도도를 측정하면 누수량 증가 원인규명 및 제체 결괴를 사전에 예지하는 좋은 참고자료가 될 수 있다.

누수발생은 댐체의 노후로 인해 서서히 누수량이 증가하는 현상을 보이는 것이 대부분이다. 그러나 점성토 시공에 문제가 있는 경우는 담수가 시작되면서 단기간에 누수가 발생하기도 한다.

지질여건의 불량으로 인한 누수발생 또는 댐 결괴 발생이 완공이후 장기간 경과 후에 발생하는 경우임으로 완공이후에 정기적으로 관찰해야 할 것이다.

누수 유형별 분류

우리나라 필댐의 누수원인은 기초지반의 지질구조상 특성에 따라 다양하며 간혹 시공상의 문제로 인하여 누수가 발생하기도 한다.

◦ 절리를 따른 누수

화강암, 화강편마암, 안산암 등 괴상인 화성기원암에 발달된 절리면을 따라 누수가 되며, 특히 댐체와 여수토 사이의 기반암 절리에서 누수가 생기는 사례가 많다.

◦ 화산암의 주상절리를 따른 누수

화산분출암류인 현무암과 안산암은 용암수축에 의해 주상절리가 발달하는 특성이 있어 심한 경우에는 저수가 불가능할 정도로 불리한 지질여건이다. 또한 시대를 달리하는 용암류 누층의 접촉면을 따른 누수가능성도 대단히 크다.

◦ 퇴적암 층리를 따른 누수

중생대 및 고생대의 퇴적암은 층리가 박층으로 이탈하는 성질이 있어서 이완된 면을 따라 누수가 발생한다.

◦ 개구상의 편리를 따른 누수

일반적으로 댐기초지반으로써 양호한 변성암류에 개구상 편리가 발달하여 누수가 발생한 사례가 있다.

◦ 풍화대를 통한 누수

화강암과 화강암질편마암은 풍화심도가 매우 깊어 수 10m에 달하는 경우도 있다. 따라서 기반암까지 터파기를 할 수 없어 부득이 풍화토 위에 필댐이 축조된 경우도 흔하다. 이런 경우에는 거의 모든 댐에서 누수가 발생하며 내부마찰력이 커서 그라우팅에 의한 지수처리도 대단히 어렵다.

◦ 석회암 공동을 통한 누수

석회암내에 발달하는 용해공동은 다량의 누수가 발생하는 통로가 되므로 댐예정지 조사때 철저를 기해야 한다.

◦ 컴팩션셰일(compaction shale)의 풍화에 의한 누수

치밀견고한 셰일이라도 댐 터파기에 의해 대기에 접했을 때는 쉽게 풍화되어 이를 통해 누수가 발생한다.

◦ 관입암맥(dike)을 따른 누수

기반암에 관입된 석영맥 등은 관입후 냉각수축되어 누수통로가 형성된다. 누수심도가 대단히 깊게 발달하는 경향이 있다.

◦ 사력 및 호박돌층을 통한 누수

기초지반이 사력 및 호박돌층으로 이루어진 것은 댐기초로서 극히 불량하므로 특별한 기초대책이 수립되어야 한다.

◦ 필댐 측부를 통한 누수

필댐 경사부 또는 여수토 바깥쪽이나 이설도로 구간을 우회하여 누수가 발생하기도 하며 중심점토가 터파기면과 밀착하지 않아 발생하기도 한다.

◦ 통관누수

통관의 바닥콘크리트가 기초암반과 접촉이 불량하여 누수가 발생하는 경우가 흔하다. 간혹 기초암반에 다량의 점토가 혼재된 넓은 폭의 파쇄대가 내제쪽에 발달하고 있었음에도 적절한 조치를 취하지 않고 그대로 콘크리트를 타설하여 점토가 세굴되면서 집중수압이 작용하여 바닥콘크리트 전체가 파괴되고 내제사석까지 통관을 통해 유실 되어버린 사례도 있었다.

또한 기초터파기면의 내제측 일부 구간에 사력층이 나타나 이 구간을 깊이 파낸 후 프러그콘크리트를 타설하였으나 담수후 양압력을 이기지 못하고 바닥이 파괴되어 엄청나게 많은 양이 누수되어 필댐 완공후 수 년 동안 활용치 못한 사례도 있었다. 따라서 통관은 양질의 암반위에 설치되도록 하여야 하며 특히 내제측 구간에 파쇄대, 풍화대, 불량한 암질구간이 있으면 가능한 한 깊게 파고 콘크리트를 타설해야 한다.

통관의 누수는 콘크리트와 피복점토의 노후화로 인하여 생기는 경우가 대부분이나 용수터널 연결구간의 부실시공으로 인하여 구조물이 파괴되어 엄청난 양이 누수된 사례도 있었다.

노후화된 통관의 누수는 통관의 시공이음부, 불량 콘크리트부에서 주로 발생하며 누수현상과 더불어 피복점토가 소량 누출되거나 철․망간의 산화물피복 또는 용출된 시멘트의 결정들이 생긴 경우도 많다.

◦ 여수토 누수

댐체의 기초를 통한 누수처럼 지질구조대를 통한 누수가 대부분이나 여수토와 제체 연결구간을 통한 누수발생과 여수토 외측 산록부 또는 이설도로 접촉부를 통한 누수도 흔히 발생한다. 따라서 최초 댐건설 당시 여수토 구간뿐만 아니라 제체와 산록부까지 연결하여 그라우팅을 계획하여야 한다.

셰일위에 축조된 여수토에서 콘크리트와 암반의 접촉부가 열화되어 누수발생은 물론이고 여수토 전체가 수압에 의해 방수로쪽으로 밀려나간 사례도 있었다. 이런 사례로 미루어 셰일이 기초암반일 때는 Ⅶ.11에 기술한 것처럼 보호처리를 하여야하며 키트랜치의 폭과 깊이를 가능한 한 넓고 깊게 하는 것이 바람직하다.

◦ 기반암과 점토의 접촉 불량에 의한 누수

댐체 준공 이후 오랜 시간이 경과하면 터파기면에 작용하는 침투수로 인해 접촉면은 이완되게 마련이다. 제체의 노후화로 인한 외제측의 누수현상은 허용 침투량 이상의 침출수로 외제 법미부가 과포화되어 누수량이 점차 증가하면서 외제측의 사면도 안정을 이루지 못하고 스라이딩이 발생하게 된다. 또한 외제측 배수시설(toe drain)도 완공 당시와는 달리 누수때 따라나온 토립자와 성토사면의 토사가 들어가서 그 기능이 저하되면서 누수현상이 외측사면부 윗쪽으로 진행되기도 한다.

따라서 외측사면에 나타나는 물이 댐체를 통과하는 허용침출수량 이상이고 외측사면 유지가 불안한 상태일 때를 누수로 보는 것이 합리적이다. 필댐에서 허용누수량은 댐의 저수효율면에서 1일당 총 저수량의 0.05%의 값을 한도로 한다.

침투수가 제체 안정성에 끼치는 영향의 검토방법으로는 파이핑과 보일링(boiling)에 대한 안정성을 검토하는 방법과 제체내의 침윤선을 결정하는 방법 및 제체와 기초의 안정해석을 하기 위하여 유선망을 결정하는 것 등이 있다. 따라서 외제측의 누수량이 허용량 이상인지, 제체안전에 문제가 있는지를 검토하여야 한다.

경사부의 점토시공에 문제가 있는 경우에는 담수가 시작되면 거의 금방 누수현상이 나타난다. 평탄부의 점토시공은 바닥면의 청소와 다짐이 철저하게 이루어지나, 경사부는 바닥면의 청소와 터파기면 정리가 소홀해지기 쉬우며 중장비에 의한 다짐효과가 떨어질 소지가 크기 때문이다.

이외에도 제체 경사부의 정수두압은 크지 않기 때문에 그라우팅 설계심도를 작게 잡아 그 하부심도에서 누수발생하는 사례가 대단히 많다. 특히 수직상태의 절리가 발달하고 경사부의 내제측이 토사층의 피복 없이 암반노두가 나타난 경우는 차수역할을 하는 블랭킷이 없기 때문에 쉽게 누수현상이 나타난다.

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