콘크리트 표면 차수벽 댐(CFRD)

댐은 물을 막아서 이수하는 우리 생황에 매우 중요한 구조물입니다. 댐을 가지고 전기를 생산할수도 있고 농업 및 생활 용수로 사용할수도 있으며 그 활용도가 매우 큽니다. 콘크리트 표면 차수벽 댐은 무엇이고 어떻게 시공하는지 알아보겠습니다. 

1. 콘크리트 표면 차수벽댐이란?

댐의 상류측 표면에 차수 및 침윤선 차단을 위해 표면 콘크리트 차수벽을 설치한 Rock fill Dam의 하나인데요. 여기서 콘크리트를 댐의 표면 차수를 하기 위해서 이용한 댐이라고 볼수 있습니다. 댐은 Rock Fill Dam, Soil Fill Dam, 콘크리트 댐 등 재료에 따라서 나뉘어 질수 있습니다. 시골에서 농업용수를 위하거나 물의 용량이 작은 경우는 Soil Fill Dam을 쓸수 있겠지만 그 용량이 크고 담아야 하는 그릇이 큰 경우에는 Rock Fill  Dam이나 콘크리트댐을 건설하는게 맞습니다. 

콘크리트 표면 차수벽에서 차수벽이란 물을 차단한다는 의미인데, 댐은 물의 침입을 막아야지 제체 안정성을 가질수 있습니다. 

여기서 잠깐?

침윤선이란 제체에 물이 침투해 작용하는 제일 상위 유선이다.제체의 물이 정상침투류의 자유수면을 나타내고 간극수압이 0인 선을 침윤선이라고 한다.

2. 표면 차수벽 댐의 시공순서

1) 지반조사 :  지반조사를 통해서 댐 설치 위치에 어떤 지반과 지질 지하수위에 대해서 정확히 파악한다. 지반조사는 보링을 통해서 진행이 되는데 댐을 설계하는데 있어서 특히나 기초처리 공법을 선정하는데 있어서 매우 중요하다.

2) 측량 : 측량은 위치를 따는거라고 할수 있는데 댐체가 어디에 정확히 놓일지 그 좌표를 따고 위치를 정하는것이다. 정확한 레벨 측량과 부지 측량을 해야지 설계가 가능한 것이다. 

3) 설계 : 지반조사와 측량 데이터를 기본으로 그리고 재료의 조달성, 경제성, 시공성등을 고려하여 설계를 진행한다. 조달성이라는것은 댐 시공시 댐에 주요원료 조달을 말하는것으로 국가별로 Rock을 구하기 어렵거나 Soil 토사를 구하기 어려운경우도 있기 때문에 이를 경제성과 함께 고려해야한다.

4) 유수전환 : 댐은 일반적으로 물이 흐르는 곳을 막고 이를 저수하는 역할을 한다. 물이 있으면 시공이 당연히 불가능한 것이고 그렇기 때문에 유수를 전화해야 본댐을 시공할수 있다. 유수전화하는 댐은 가설댐 또는 coffer dam이라고 한다. 가설댐이라는 것은 알수 있듯이 임시적으로 사용하기 때문이다. 하지만 유수전환을 할때 터널을 이용해서 유수를 전환하는 경우도 있다. 특히나 강우량이 많은 지역이나 유슈전환이 터널밖에 안된다는 판단이 될 때에는 터널을 통해서 기존 물을 돌리게 된다.

4) 기초처리 : 댐의 기초처리는 매우 중요한 부분인데 댐의 기초처리 목적은 댐이 시공후 물막이를 잘 할수 있도록 지지력을 증대시켜주고 차수와 침수투를 제어해주며, 댐 제체와 지반의 견고한 접목을 가지고 해준다. 기초처리 공법으로는 Consolidation G/R, Curtatin G/R, Contact G/R 등이 있다. 그라우팅이라고 하면 어렵게 생각하는데 시멘트에 물과 결합재를 섞어서 뿌려주는것이다. 이는 마치 지반에 시멘트라는 풀을 뿌려 그 간극을 막아주는 것이라고 생각하면 된다.

5) 댐체시공 : Rock Fill dam의 경우는 돌을 사용하여 쌓는것이며 돌을 구하는 것이 가장 중요타라고 할수 있겠다.

6) 콘크리트 차수벽 시공 : 콘크리트는 배합비와 강도 워커빌리티 운송시간 등을 잘 고려하여 시방서에 맞게 시공하여야 한다. 특히나 댐공사는 산속에 있는 경우가 많아서 콘크리트 Plant 즉, Batch plant를 직접 세워서 공사하는 경우가 많은데 이를 위한 주변 재료 조달과 시공성을 고려하여 시공해야한다.

3. 표면 차수벽댐의 기초암반 보강공법

1) Consolidation 그라우팅 : 시공목적은 지반지지력을 증대 시키며 시공위치는 기촌지반 전면적에다 시공한다. 시공형태느ㅑㄴ 격장형이고 주입심도는 5~10m 정도이고 주입아은 3~12kgf/cm2 이다. 개략목표는 중력식은 5~10lu, Archdam은 2~5lu이다.

2) Curtain 그라우팅 : 시공목적은 기초암반 차수서이며 위치는 댐 상류측이다. 주입공은 0,.5~3.0m 간격으로 하며 병풍모양 형태로 시공한다. 개량목표는 5Lu이하이다.

3) Contact 그라우팅 :  댐체와 기초암반사이 차수를 위한 시공으로 댐체의 안정을 위해 시공한다.

4) Rim 그라우팅 : 담수전 시공하는것으로 댐체 양안의 차수목적이다.

4. 댐시공시 연약층 처리공법

1)  콘크리트 치환공법 : 기초지반내 연약층이 있는경우 콘크맅트로 치환하는 경우이다. 콘크리트 치환시 지반강도가 증대되고 변형이 억제 되며 수밀성 확보 목적이다.

 2) 추력 전달 구조공 : 콘크리트 플레이트를 기초 암반내 설치해 댐추적 심부에 도달시킨다.

3) Dowelling공법 : 기초암반 연약부를 콘크리트로 치환하는 공법으로 단층 전단 저항력이 증대되며 기초암반내 응력분포를 개선시킨다.

4) PS공법 : 변형구속을 목적으로 실시하며 양단부 암반을 고정시킨다.

5. 그라우팅 시공전 검토

 1) Lugen Test: :  루전 테스트는 암반절리 투수상태를 알아보기 위한것으로 Lu=10Q/PL이다

 2) Test Grouting : 시공속도를 파악하고 주입재료를 선정하며 공간격, 길이, 위치 등을 결정한다. 토사의 경우 Gp =D15/G85 >= 15 이며 주입가능하다고 판단되며 암반은 Gr = 균열폭/G95 >= 주입가능하다고 판단된다. 

댐시공에 있어서 국내는 수많은 댐실적을 보유하고 있음에도 불구하고 해외 멀리서 우리나라가 지은 댐이 붕괴되는 안타까운 일이 있었습니다. 건설이라는것이 아무래도 자연과 싸우고 물과 바람과 싸우며 100프로 파악하기 힘든 지반을 대적하는 일이라 그 변수가 굉장히 많다고 봅니다. 그렇기에 항상 안전을 최우선으로 시공하는 자세에 임해야하겠습니다.