콘크리트 중력댐 시공관련 설계 검토

콘크리트 중력댐 시공관련 설계 검토

1. 온도규제

• 댐 콘트리트의 인공냉각의 주목적은 콘크리트의 온도상승을 억제하여 온도균열을 방지하는 데 있다.
• 댐 콘크리트의 온도균열 발생에 대한 검토는 온도균열지수에 의해 평가하는 것을 원칙으로 한다.
• 냉각방법은 댐의 규모, 댐 지점의 온도조건, 칠 때의 콘크리트 온도 등을 고려하여 결정하며, 보통 파이프 쿨링(pipe-cooling)과 프리 쿨링(pre-cooling)을 많이 이용한다.

 

2. 기초굴착 및 처리

가. 기초암반의 조사

• 댐 공사 착공전 저수 지역과 댐 지점 등에 대한 지질조사를 수행하여 정밀도가 높은 지질도를 작성한다.
• 기초암반의 상태와 성질을 확인하기 위하여 단층, 풍화정도, 표토 등의 상황을 다음과 같은 방법으로 조사한다.

1. 시추에 의한 조사
2. 시험갱에 의한 조사
3. 물리탐사에 의한 조사
4. 기타 방법에 의한 조사

나. 굴착계획

• 댐 기초의 굴착범위와 심도를 나타내는 굴착계획면은 댐 형식과 규모에 따른 소요 강도 및 차수성 등을 고려하여 결정한다.
• 굴착계획은 기상, 지형, 지질, 계획토량, 굴착토의 처리 및 운반로, 타 공종과의 관계, 마무리 굴착, 공사환경, 안정성 등과 함께 관련 공종 상호간의 공정조정과 영향을 검토하여 수립한다.

다. 굴착공법

• 기초굴착공법은 댐 지점의 지형, 지질, 기상 등의 조건 및 굴착량에 따라 달라지므로 효율적이고 안전한 굴착공법을 결정한다.
• 굴착 중에 최종 기초면을 해치지 않도록 천공 심도와 화약을 조정하여 제한팔파를 실시하고, 최종 계획면은 브레이커 및 인력 등에 의해 면고르기를 한다.

라. 사토장

• 사토장의 위치는 부근의 지형, 운반거리, 버려야 할 토량 등에 따라 결정하며, 사토량은 굴착에 의한 증가 용량도 포함한다.
• 버럭의 붕괴 유실로 인한 하류의 피해 유무도 검토하여 피해가 없도록 사토장의 비탈보호 등에 만전을 기한다.
• 댐 상류에 버릴 때는 우기시 가배수로에 유입되어 홍수소통에 지장이 없도록 한다.

마. 댐 기초면의 정리

• 굴착 발파는 댐 기초면에 가까울수록 폭약량을 줄여서 암반을 손상시키지 않도록 한다.
• 기초암반은 하류가 다소 높은 완만한 톱니형으로 기초면을 정리한다.
• 기초암반의 표면은 암반과 콘크리트가 완전히 밀착하도록 고압의 분사수 등으로 부석, 흙 등 유해물을 완전히 씻어내고 암반에 고여 있는 물도 없앤다.
• 정리된 암반면은 장기간 방치해두면 풍화 등에 의하여 손실되므로 콘크리트 치기 공정에 맞추어 면고르기와 마무리를 한다.

바. 기초 그라우트

• 천공기계는 그라우트공의 천공속도에 큰 영향을 미치므로 천공의 깊이 및 작업조건에 따라 적절한 형의 기계를 선정한다.
• 주입압력의 최대치는  상부암반의 중량, 암반의 물리적 성질, 시멘트 풀의 농도, 설치구조물의 중량 등에 따라 결정한다.
• 그라우트의 농도는 압만의 균열상태, 공동의 크기에 따라 결정한다.
• 그라우트의 재료는 다음과 같은 성질이 필요하다.

1. 유동성이 좋고 압력을 가하면 작은 균열을 통과할 수 있도록 미세할 것
2. 응고한 후에 압축강도가 클 것
3. 응고할 때 수축량이 적을 것

• 압밀 그라우트(consolidation grout)

• 압밀 그라우트는 일반적으로 다음과 같은 암반에 시공한다.

1. 댐 암착부에 차수성의 개량이 필요한 곳
2. 균열이 심한 암반 또는 시임이 많은 곳
3. 댐의 규모 및 구조의 특성상 큰 하중을 받는 기초 등

• 주입공의 배치는 기초전면을 그라우트 시공구역으로 하며, 계획 주입압력으로 시멘트 풀이 사실상 주입되지 않을 때까지 시공한다.
• 주입공의 깊이는 5m를 표준으로 하지만, 연약한 부위의 깊이와 방향의 분포 등을 고려하여 적절한 깊이로 정한다.
• 주입압력은 일반적으로 0.5MPa 이하로써 암반이나 상부구조물의 변위를 가져오지 않도록 충분히 고려하여 결정한다.

• 차수 그라우트(curtain grout)

1. 주입공은 댐 상류면에 가깝게 가능한 한 치밀한 간격으로 배치하되, 연속된 차수막이 형성되도록 1열 혹은 수열로 배치한다.
2. 예정 심도까지 천공하고 공중의 적당한 위치에 팩커를 설치하여 팩커에서 밑부분을 국부적으로 주입하고, 그라우트가 끝나면 팩커를 예정 위치까지 끌어 올려서 새로운 부분에 처음보다 낮은 압력으로 주입한다.
3. 주입공의 깊이는 수심을 기준으로 암반의 상태, 균열 및 시임의 정도 등을 고려하여 결정하고 보통 수심의 2/3정도로 한다.

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사. 단층 및 시임(seam)의 처리

• 기초암반의 단층, 현자현 시임 혹은 불량한 암반이 존재할 경우에는 누수의 원인이 되므로 연약부분을 제거하고 콘크리트로 치환하거나 또는 그 상태에 따라 적당한 공법으로 처리한다.
• 단층처리는 아래와 같이 보통 콘크리트 치환공법으로 하며, 치환의 규모와 심도는 약층의 위치, 방향, 규모, 강도, 변형성 등 댐과 기초의 안정성을 검토하여 결정한다.

제체 하류단 부근의 단층을 콘크리트에 의한 치환처리

• 콘크리트 중력댐에서 하류단 부근의 단층 치환처리 심도는 다음 식 (6.13)으로 계산한다.

댐축과 직각에 가까운 각도의 단층을 콘크리트에 의한 치환처리

 

 

3. 시공설비

가. 시공설비 계획

• 시공설비는 댐 축조라는 목적을 달성하기 위한 수단이며, 투자효과를 충분히 고려한 후 가장 합리적이고 경제적인 방법을 채용한다.
• 시공설비 계획은 댐 지점의 지형, 지질, 기상조건, 댐의 규모, 공기, 공사비 등에 의하여 많이 달라지며, 시공중에도 연구 검토하여 경제적이고 능률적인 시공이 가능하도록 설비계획을 수정해 나가야 한다.

나. 시공설비 용량 결정기준

• 시공설비 용량은 예정된 공기내에 콘크리트 치기가 완료될 수 있도록 그 규모를 정한다.
• 골재 관련 설비

1. 사용하는 골재가 천연골재 또는 쇄석일 때 그 채취장은 댐 지점에서 가깝고 운반에 편리한 곳이라야 하며, 채취량은 채취, 운반, 파쇄 및 제조 작업에 따른 손실 등을 고려하여 정한다.
2. 골재를 채취장에서 댐 지점까지 운반하는 방법은 그 거리, 고저차, 운반량 등에 따라 정해지며, 수송능력은 충분한 여유가 있어야 한다.
3. 골재 제조설비의 능력과 배치는 콘크리트의 시방배합과 콘크리트 타설 공정계획을 근거로 하며, 원석의 성질을 참고로 하여 결정한다.
4. 댐 공사중에 발생하는 탁수는 모두 처리를 하여 규제 기준치 이하로 세정하여 재사용하거나 방류한다.
5. 골재 저장설비의 용량은 콘크리트 타설공정에 지장을 주지 않도록 여유있게 한다.

시멘트 관련 설비

• 시멘트 silo의 용량은 시멘트 공장에서 댐 지점까지의 수송의 신뢰도에 의해 결정되지만, 일반적으로 최대 타설 월을 일평균 타설량의 2~4일분을 확보해 둔다.

콘크리트 혼합설비

• 콘크리트의 혼합은 배치플랜트(batcher plant)로 실시하며, 배치플랜트는 개별계량, 전자동형을 이용한다. 배치플랜트의 설비능력은 댐의 규모 및 기타 조건등을 기초로 전체 공정과 타설 공정을 충분히 검토하여 콘크리트 운반·타설설비에 대하여 여유가 있게 한다.

콘크리트 운반설비

• 콘크리트 운반설비는 지형, 지질, 운반거리, 댐 규모에 대한 타설능력, 환경성, 경제성 등을 고려하여 결정한다.

콘크리트 냉각설비

• 콘크리트를 타설할 때 콘크리트 혼합 및 양생 중 외기 온도의 영향 및 콘크리트 자체에 발행하는 열을 냉각시키기 위하여 냉각설비를 설치한다.

 

출처 : 댐 설계기준