축제재료의 선택(필댐)

축제재료의 선택(필댐)

1. 일반사항

• 축제재료 선택에 있어서는 경제적으로 얻을 수 있는 모든 재료의 성질을 활용하여 댐의 차수 및 안정 기능을 가장 효과적으로 발휘하도록 구성한다.

 

2. 축제재료와 기능

• 댐은 물을 막을 불투수성부와 댐체의 안정을 유지할 투수성부를 최소한의 구성 요소로 두고 있으며, 대부분 이 두 층의 경계에는 이행부(transition zone)을 배치한다.
• 그러나 이들 각 부분은 서로 상대적인 성질이므로 각각의 축제재료의 안정성이나 불투수성은 물론 댐 전체로서 기능을 잘 발휘하도록 설치하는 것이 중요하다. 특히, 기초암반과 접하는 차수존의 토질재료는 함수비 및 최대입경이 일반 차수재료와는 달라야 하므로 특별한 고려가 필요한다.
• 토질재료는 댐 안정에 미치는 팽창 및 압축(수축)성이 작고, 수용성 물질이나 유기물을 포함하지 않는 재료를 사용하며, 다짐이 용이하고 시공시 간극압의 발생량이 작은 재료로서 다진 상태에서 소요의 투수계수와 전단강도를 만족시켜야 한다.
• 이행부 재료는 불투수성부와 투수성부 중간에 설치되는 재료를 말하며, 경우에 따라 흙, 모래, 자갈까지도 포함된다.
• 암석재료는 다진 상태에서 소요의 전단강도와 투수성을 만족하고(1×10-3 cm/s 보다 클 것), 유해물질을 함유하지 않은 단단하고 내구성이 크며 변형이 작은 재료가 바람직하다. 암석재료로서 요구되는 조건은 다음과 같다.

1. 견고하고 균열이 작아야 한다.
2. 물이나 기상 작용에 대한 내구성이 커야 한다.
3. 재료는 될수록 크고 모난 것이 좋으며, 얇은 조각으로 깨지는 것은 좋지 않다.

• 연암을 제체 재료로 사용함에는 다음 세 가지 방법이 있으며, 파쇄하여 랜덤존(random zone)에 사용하는 것이 좋다.

1. 공기나 물의 변화에 접촉하지 않는 랜덤층에 사용하는 방법
2. 흙처럼 사용하는 방법
3. 다른 토취장의 흙과 혼합하여 사용하는 방법

• 랜덤재료란 재료의 성질이 확실하지 않으며, 장래 풍화 등에 의해 그 성질이 변화할지 모르며, 재료의 채취계획이 축제공정과 일치하지 않는 재료를 일괄하여 말한다. 제체의 중요 부분(코어존, 피복단면 등)에는 사용할 수 없으며, 제체의 안정성에 그다지 영향이 없는 부분에 사용한다.
• 코어존 착암재료는 차수재료와 기초와의 적응성이 양호해야 함과 동시에 균열(crack) 발생을 방지하고 차수성의 확보가 가능해야 한다. 착암재료의 기본조건은 다음과 같다.

1. 큰 자갈을 함유하지 않고 변형에 대하여 적절한 대응성을 가져야 한다.
2. 점착력이 크고 전단후의 투수계수의 증대나 체적 수축이 없어야 한다.
3. 침투수에 대한 저항력이 있어야 한다.

• 코어재료는 불투수성인 것이 제일 조건이기는 하나, 전단강도나 압축성, 균질성에서 충분히 신뢰성이 있는 재료를 택한다.

1. 코어재료로서 이상적인 재료는 0.05mm 이하의 입자를 10~20% 함유하는 입도배분이 좋은 점토, 실트, 모래, 자갈의 혼합물이다.
2. 흙의 통일분류법으로 말하면 GC, SC, CL, SM, CH 정도가 적당하고 ML이 그 다음이며, OL, MH, OH는 부적당하다.
3. 착암부 재료는 점착성이 양호하고 균일 발생을 방지토록 소성지수(PI) 15이상 세립재료를 사용한다.

반응형

3. 축제재료의 소요량 파악

• 축제재료의 소요량은 요구되는 재료의 품질에 근거하여 토량 변화율과 여유량 충분히 고려한다.

 

4. 축제재료의 선정을 위한 시험

• 필댐은 불투수성재, 반투수성재 및 투수성재가 상호작용하여 제체의 안정을 이루고 있는 구조물이므로 설계에 적용할 각 재료는 반드시 시험을 거쳐 그 결과를 이용한다.
• 특히 필터와 암석 재료와 같은 조립재료는 부득이한 경우를 제외하고 대형 3축 압축시험 등의 대형 전단시험을 이용하여 강도 및 응력-변형 특성을 확인한다.

 

5. 시험성토

• 소요의 성토를 경제적으로 시공하는 방법과 시공관리 기준을 결정하기 위하여 축조작업을 하기 전에 시험성토를 실시한다.
• 시험성토의 주안점은 포설과 다지기의 가장 좋은 방법을 선정하는데 있다. 즉, 포설두께, 함수비, 다짐기계, 다짐회수 등을 정하고 특수한 문제점(재료와 혼합법, 큰 자갈의 분리법, 토량 환산계수의 결정)을 찾아내어 현장에 있어서의 투수도, 전단강도와 실내시험의 값들을 비교하는 것이 주목적이다.
• 다음과 같은 경우에는 반드시 시험성토를 해서 확인한다.

1. 소량의 세립분을 함유한 재료를 코어로 쓸 때의 투수도, 분리여부 또한 두 가지의 다른 재료를 혼합하는 가장 좋은 방법은 어느 것인가, 어느 정도의 강우량일 때까지 시공 가능한가, 함수비가 큰 흙의 건조속도는 어느 정도인가 등을 결정할 때
2. 암석 재료의 다짐을 위한 다짐기계, 포설두께, 살수의 가부 및 수량 등을 정할 때
3. 연암을 사용할 때

 

6. 필터(filter) 재료

• 입도가 크게 다른 두 재료를 서로 인접시켜 놓을 때 그 경계에 일정한 조건을 만족시키는 입도의 필터를 넣어 세립문의 유출이 없고 침투수가 안전하게 투과하도록 한다.
• 필터는 토공 구조물에서 침투수의 침투를 촉진하면서 흙입자의 유동을 방지하기 위하여 설치한다. 필터재료는 투수성이 크게 다른 두 가지 재료(불투수성부와 투수성부 또는 반투수성부)의 중간에 위치하여 불투수성 재료의 유출을 방지하고 침투수를 완전히 배출, 유하시켜 파이핑에 의한 침투파괴를 방지할 수 있는 사력재료를 사용한다.
• 필터재료는 필터재로 보호되는 재료보다 투수성이 커야 하며, 일반적으로 다음 조건을 만족시켜야 한다.

• 필터 두께는 이론적으로 얇은 것이 좋지만 시공조건과 지진에 대한 안전성을 고려하여 여유 있게 설계한다.

 

7. 파이핑(piping) 현상의 방지설계

• 댐 또는 기초지반을 통과하는 침투수가 토립자를 유동시켜서 댐이 손상되는 일이 없도록 재료의 선정 및 다짐도에 대하여 충분히 검토한다.

 

8. 사석재료

• 상 하류면의 보호 및 안정을 위하여 사면 보호공을 설치하며, 여기에 사용되는 사석은 요구되는 강도 및 내구성을 가져야 한다.
• 사석의 크기와 두께는 각각의 돌이 파랑에 위하여 움직이지 않고 제체의 흙이 흡출작용에 의하여 유출되지 않을 것 등이 조건이며, 비중 2.6이상이고 2.6cm 이하의 입자까지 포함된 입도배합이 좋고 풍화에 강한 단단한 암석재료이어야 한다.
• 일반적으로 사석 두께는 사석최대 입경의 2배 이상으로 하되 최소두께 1.0m 이상이 좋다.

 

출처 : 댐 설계기준