필댐 표준단면의 설계

필댐 표준단면의 설계

1. 용어의 정의

가. 댐높이

• 댐 높이라 함은 기초지반의 최저 지반고와 댐마루 표고의 차이를 말한다, 이때 덧쌓기(여성)나 파라페트월은 포함시키지 않는다

나. 여유고

• 여유고라 함은 저수면의 풍파, 지진시 파랑, 여수로 문비 작동불량에 따른 저수지 수위상승, 댐 형식별로 월류에 대한 안전성을 고려한 추가 높이를 말한다.

다. 댐 길이

• 댐마루 표고에서 댐 전체 길이를 말하며 양안 접합부의 굴착부분도 포함한다. 댐체에 접속하여 여수로가 있을 때는 그것도 포함한 전체의 길이로 한다,

라. 댐 부피

• 댐 전체의 부피를 말하며 상 하류측 비탈의 사석공, 불투수성 블랭키트, 비탈끝 드레인 등 댐체에 접속한 부분인 인공 구조물의 부피를 전부 포함한다.

마. 비탈 기울기

• 비탈의 수평 길이와 수직 길이의 비를 말하고, 상하 평균 비탈 기울기라 하면 댐마루의 상 하류 비탈머리와 상 하류 비탈끝과의 비(수평차/표고차)를 백분율로 표시한 것을 말한다. 이때 압성토 흙쌓기는 포함하고 불투수성 블랭키트는 제외한다.

바. 덧쌓기(여성)

• 축제 완성시에 장래의 침하를 고려하여 댐 단면보다 더 쌓은 것을 말하고 축제 완성시까지 이미 침하된 부분은 덧쌓기에 포함하지 않는다.

사. 파라페트월(parapet wall)

• 제체의 파도로 인한 월류방지와 함께 댐 단면을 감소시켜 댐 축조량, 기초굴착량, 차수벽 면적 등을 줄이며 댐마루 폭을 넓게 하는 등의 역할을 한다.

 

2. 댐축의 결정

• 댐축은 양안측 기초 바닥의 지질이 좋고 충분한 두께가 있고 또 댐 길이가 짧고 댐 축조량이 최소가 될 지형을 택하는 것이 원칙이다. 그러므로 대부분은 직선형으로 되나 불투수부가 얇은 댐에서는 저수압에 의한 댐 중앙부의 인장응력, 댐축의 수평이동, 미관 등을 고려하여 약간 아치 모양을 채택하는 경우도 있다.
• 댐축 결정시 댐의 높이, 형식, 지형, 지질 및 여수로의 위치 등을 고려하여 제체 체적, 기초 굴착량, 기초처리, 가설비(공사용도로, 유수전환 등), 시공성 등을 종합적으로 판단하여 결정한다.
• 지질조건에 따라서는 차수 위치를 고려하여 댐축을 선정한다.

 

3. 제체의 단면구성(zoning)

• 필댐의 단면구성은 소정의 기능을 발휘할 수 있도록 기초지반, 제체재료, 시공 조건 및 경제성 등 제반여건을 고려하여 종합적으로 판단하여 결정한다.
• 필댐의 안정조건을 충족시키기 위하여 제체 구성 재료를 존으로 구분하여 각 존의 기능을 명확히 하는 것이 합리적이며 기본적인 기능은 차수, 배수 및 외력에 대한 안정성으로 나누어진다. 일반적으로 댐 높이가 높아짐에 따라 침투와 역학적 측면에서 투수성부(shell zone, transition, filter zone 등)와 불투수성부(차수벽 포함) 등이 필요하다.
• 제체 구성 재료의 입경, 투수성 및 변형성이 존별로 서서히 변화하도록 하고 인접 존 간에 극단적인 차이가 없도록 한다.
• 제체의 역학적 안정성 측면에서 재료의 전단강도를 정확히 파악하고 활동에 대한 저항력을 높이도록 존을 배치한다.
• 재료의 변형성 측면에서 코어의 균열발생 가능성을 되도록 적게 하기 위하여 제체의 부등침하는 최소로 하고, 제체에 발생하는 인장응력 발생지역과 크기를 최소로 하기 위하여 단면의 급변은 피한다.
• 제체의 수리학적 안정성에 대해서는 코어존의 침투파괴에 대한 저항성을 크게 할 것과 인접 존 간의 입도분포에 대한 고려가 중요하다.

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4. 여유고

• 필댐의 여유고는 어떠한 악조건에서도 홍수가 댐마루를 넘지 않도록 충분히 크게 잡아야 한다.
• 댐마루 표고는 식 (4.1)과 같이 홍수위(FWL)에 여유고를 더한 값과 식 (4.2)와 같이 최악의 조건으로 볼 수 있는 가능최대홍수(PMF) 유입시 여수로의 홍수배제 능력의 초과로 상승하는 저수지 최고수위(MWL)에 여유고(Hf)를 더한 값 중 큰 것을 택한다.

물결의 처오름 높이를 포함한 파랑고(R)

<그림 4.1> 파랑고의 계산도표

지진에 의한 파랑고(he)

1. 지진에 의한 파랑의 저수지 수면으로부터의 높이는 일반적으로 식 (4.5)에 의하여 산정한다.
2. 이때 he는 상시만수위 상태에서 지진에 의한 저수지 수면 이상의 파랑의 높이를 의미하며, 홍수위를 기준으로 한 여유고를 산정할 때는 he/2를 적용한다.

홍수조절용량이 없는 댐에서 상시만수위를 기준으로 여유고를 산정할 때는 다음과 같이 적용한다.

1. 여유고는 댐의 비탈면 조도에 따라 매우 변화가 크므로 설계하기 전에 미리 여유고와 관련되는 요소를 선택한다. 필댐의 여유고 표준은 2~3m가 보통이고 6m이상 높은 수문식 여수로를 가진 필댐이라면 3m 이상의 여유고를 둔다.
2. 여유고가 3m를 넘는 부분에 대해서는 파라페트월(parapet wall)를 붙여서 여유고의 일부로 해도 좋다. 이 경우 파라페트월의 높이는 여유고에 포함시킨다. 단, 여유고가 3.0m 이하인 댐에서는 파라페트월이 있더라도 여유고에 포함시키지 않는다.

 

5. 댐마루 폭

• 댐마루 폭은 댐 규모에 따른 계산결과를 참고하여 파랑침식이나 침투수에 대한 안정성, 중심코어 및 필터의 규모, 댐마루 이용, 댐의 유지관리, 경제성 및 시공성 등을 고려하여 결정한다.
• 특히 댐 완성후 댐마루를 도로로 이용할 경우에는 양안 접속도로와의 관계를 충분히 고려해서 결정한다.

 

6. 덧쌓기(여성, extra embankment)

• 댐마루에는 댐 기초지반과 축제재료의 완성후의 침하량을 예측하여 필요하고도 충분한 양의 덧쌓기를 한다.
• 덧쌓기시 종단방향으로 캠버(camber)를 붙이는 것이 좋고, 양안 접합부는 안전하게 하기 위하여 최저 10cm 정도 더 쌓고 횡단방향의 비탈면 덧쌓기는 특별한 경우를 제외하고 제체 상부를 조금 세워서 쌓는다.
• 코어형 댐은 코어 상부 보호층만 덧쌓기 하여서는 안 되며 반드시 코어존 자체를 덧쌓기 한다.
• 침하량의 대부분은 시공중에 끝나고 완공후의 침하량은 작으므로 그 지점에서의 댐 높이의 1% 내외로 하면 충분하다. 록필댐의 최종 침하량은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

 

7. 불투수층 존(차수벽)의 두께 및 단면설계

• 불투수층 존의 두께는 투수성의 허용한도, 시공상의 최소 폭, 사용되는 점토재료의 소성 및 점성, 필터층의 유무 등을 고려하여 결정하며, 토질이나 댐 높이에 관계없이 수압의 30~50% 정도의 두께를 갖도록 한다.

 

8. 비탈면 기울기와 소단

• 비탈 기울기와 소단의 배치는 댐 형식과 높이, 축조재료, 존의 형상, 기초지반, 지진의 영향 및 시공조건 등을 고려하여 최소의 축조량으로 소요의 안전도를 얻도록 결정한다.

 

9. 상류측 비탈면의 보호

• 제체의 상류측 비탈면에 대해서는 파랑에 의하여 댐체가 침식되거나 저수위가 급강하 할 때 댐체 재료가 유실되지 않도록 보호한다.
• 특히, 수위변화 빈도가 높은 양수발전소 상부지 댐이나 일정 수위에서 저수지 수위가 유지되어 결과적으로 파랑의 영향을 집중적으로 받게 되는 부위의 상류측 비탈면은 제체의 토립자 유출방지를 위한 필터층을 설치한다.

 

10. 하류측 비탈면의 보호

• 하류측 비탈면은 기상작용 특히, 호우에 의한 침식을 막도록 보호하고 빗물이 한곳에 집중되지 않도록 양안부에 표면 배수시설을 설치한다.

 

11. 드레인(drain)

• 드레인은 침투류에 의한 침투수압의 감소, 파이핑의 방지, 제체의 침하방지 및 내부침식 방지 등을 위하여 설치하며, 그 기능과 목적에 맞는 재료를 선택하고 안정성을 검토한다.
• 드레인의 종류로는 하류 비탈끝 드레인, 수평 드레인, 직립 드레인, 복합 드레인, 사면보호공 기초 드레인, 제체와 산턱과의 접촉면에 연하여 설치하는 드레인 등이 있다.
• 필터는 입도가 현저하게 다른 흙 또는 사력 등의 배수 측면에 접촉시켜 설치하고 재료는 필터재료에 준한다. 필터층의 두께는 시공시의 재료분리, 필터층 내부의 공극, 시공 장비 등을 고려하여 결정한다.

 

출처 : 댐 설계기준