댐 기초지반처리 2편

댐 기초지반처리 2편에서는 그라우팅에 대해서 포스팅 하겠습니다. 

 

 

 

1. 댐 기초 처리(Grouting, 그라우팅) 개요

댐 기초그라우팅은 기초지반에 보링공을 천공하고 그라우트 재료를 주입한다ㅐ. 그리고 기초지반을 개량하고 기초변형 및 침투수량을 제어하는 목적으로 시행한다. 그라우팅의 계획과 실시에 있어서 고려하여야 할 사항은 몇 가지가 있다. 즉형 및 암반의 단단함이나 균열상황 등의 지질조건을 고려한다. 댐의 형식과 규모를 고려한다. 그라우팅을 해야할 범위와 공 간격을 고려한다. 주입압력, 그라우트의 배합 및 이들에 적합한 시공설비를 고려한다. 주변지역으로의 그라우트 누수를 방지하며 주입순서와 시공관리를 한다. 

 

2. 댐 기초처리 그라우팅공사의 순서

1) 시추조사 및 수압시험 : 대상암반에 대한 지하 지질 단면도 및 Lugeon Map을 작성한다.

2) 그라우팅 계획을 수립한다.

3) 시험 그라우팅 및 평가공을 시행한다. 한계압력을 산정한다.

4) 그라우팅 계획의 적합성을 판단하고 계획을 확정한다.

5) 본 그라우팅 시행앟ㄴ다. 압밀공 시행후 차수공 시행

6) 검사공 시행한다. 대상지반의 개량여부를 판단하고 필요시 추가공을 시행한다.

7) 공사기록을 정리한다. 지하 지질단면도를 작성하고 Lugeon Map을 작성한다.

 

3. 댐 기초처리 그라우팅의종류

1) Curtain Grouting :  차수벽의 연장으로 기초지반내의 균열, 공극 등에 시멘트, 점토, 약액 등을 주입해 차수막을 형성하고 지수효과를 기대하는 것이다. 즉 저수지 물이 기초암반내 공극을 통해 하류로 유출되는 침투수를 제어하고 누수되는 것을 억제하여 침투수에 의한 양압력, 파이핑 현상 등으로부터 댐체의 안전성을 확보하는 것으로 코아 중심 또는 댐 중심부에 실시한다.

2) Blanket Grouting :  커튼 그라우팅에 앞서 시공되며 커튼 그라우팅의 양측에 비교적 얕은 그라우팅을 실시해 표층 가까이의 지반을 불투수로 함으로서 침투로의 길이를 늘리고 커튼 그라우팅의 주입시 누수 방지 및 주입압을 높이기 위한 보강을 목적으로 시행한다.

3) Consolidation Grouting : 발판, 굴착 등으로 느슨해진 불량암반 부분의 침수성을 개량해 누수를 방지할 목적으로 시행하며 Blanket Grouting과 거의 유사하다.

4) Rim Grouting : 댐의 Abutment 또는 저수지 주변 차수대를 연장하기 위해 실시하는 것으로 차수 그라우팅에 준해 실시한다. 

5) contact Grouting : 암반위에 콘크리트를 타설하고 콘크리트와 암반부 사이의 공극을 충진하기 위해 실시한다.

6) 특수 Grouting : 필요하다고 생각되는 부분에 임시로 시공하는 것으로 지지력이 부족한 부분, 용수, 누수부분의 처리, 단층, 파쇄대의 처리 등 기초지반으로 부적당한 부분의 개량 목적으로 실시하는 그라우팅을 말한다.

 

4. 그라우팅 계획

1) 조사  : 그라우팅계획시 조사 검토사항은 시공범위, 주입재료, 공의 배치, 배합, 주입압력, 시공방법 등이 잇다. 이들 제반사항에 대한 해당지점에 잇어서 가장 적절한 판단을 내릴수 있는 자료를 얻기 위해 지질조사, Lugeon Test, Grout 시험이 실시해되야한다. 지질조사는 댐 지점의 지하수 분포, 전체의 지질구조, 지층의 종류, 분포상황, 각 지층마다 암반경도, 풍화정도, 균열상화, 절리가 발달한 지층에서 균열의 폭, 간격, 방향성, 연속성, 상이한 지층 경계면의 성상 등을 충분히 파악한다. Lugeon Test는 기초지반의 투수성을 조사하고 시험시 주입압력과 주입량의 관계로부터 암반의 역학적 특성을 파악할 목적으로 시행한다. 즉 수압시험은 암반 균여내에 직접 물을 주입시켜 단위시간당 주입량과 주입압과의 관계에서 Thiem의 평형방정식에 의해 투수계수 k값을 구 하는 것이다. 수압시험은 최대압력내에서 시행하되 압력단계든, 1→2→3→4→5→4→3→2→1과 같은 9단계를 원칙으로 최소 5단계 이상으로 한다.

일반적으로 암반의 투수성 평가에서는 투수계수를 사용하지 않고 Lugeon치를 주로 이용하는데 그 이유는 암반내 심부의 투수성을 조사할 때에는 일반적으로 보링공을 이용하며 압력수를 보내서 투수성을 측정하는 Lugeon Test가 가장 간편하기 때문이다. 또한 보링공에 대한 시험결과로 지반상태 파악 및 보강방법 등 해석이 용이하다. 지반보강후 보강전후의 지반상태의 비교가 Lu치로 손쉽게 파악할 수 있어 투수계수보다는 Lugeon치를 이용한다. 

댐 지점에서 시험 그리우팅을 실시해 그라우트에 의한 지반개량 효과를 파악하고 그라우트공의 공간격, 패턴은 선정, 주입압력, 재료의 배합 등 시공기준을 정하기 위해 실시한다.

 

2) 설계범위 : Curtain의 위치는 차수 Zone의 거의 중앙에 배치하고 경사는 일반적으로 연직 또는 암반에 수직으로 하지만 암반의 절리, 균열을 절단하는 방향이 효과적이므로 방향성을 감안해 결정한다. 주입공의 배치는 간격이 좁을수록 효과적이나 실내시험, 지질조사, Lugeon Test, Grout 시험 결과 등에 의해 유효반경을 결정한다. 통상 종횡의 거리는 유효반경 2배 이하로 하여 각공으로부터 주입된 주입재가 반드시 Overlap 되도록 한다. 암반기초는 1열 이상으로 하고 주입간격은 1~3m, 배열방법은 2열 이상일 경우 지그재그로 배치한다. 주입심도는 미국 개척국(USBR)의 경험식이 사용된다. 이 공식은 암반기초에만 적용하며 사전조사 결과에 의한 기초암반의 지질구조, 암반내 침투류의 침투속도 및 침투흐름, Lugeon Test 결과, 유량의 분포상황 등을 고려해 깊이를 결정한다.

 

 

 

5. 그라우팅 시공

댐 기초굴착은 통상 양안 최상부에서 시작해 사면에서 하상부 굴착으로 완료하며 그라우팅 공사는 하상부에서 시작해 양안부로 진행한다. 그라우팅 주입방식에는 계획심도의 주입을 1회에 실시하는 일단식과 여러번으로 나누어서 주입하는 다단식이 있다. 다단식에는 Stage Grouting 공법, Packer Grouting 공법, 이중관식 Double Packer공법등이 있다.  상향식방법으로 그라우팅 작업을 할 경우에는, 첫번째는 필요한 최종 깊이까지 천공한다. 그리고 가장 아래 단계의 꼭대기에 Packer를 설치하고 Grout를 주입한다. 주입재가 응결될 때까지 Packer를 그대로 두었다가 다음단꼐의 꼭대기로 Packer을 옮겨 설치한다. 이와 같이 단계별 연속작업으로 공 전체가 완전히 그라우팅 될 때까지 작업을 반복한다. 하향식 방법으로 그라우팅 작업을 할 경우에는 첫번째 소요제한 깊이까지 천공하여 그라우트를 주입한다. 4시간 이상 주입한 구멍을 세척하기 않고 응결 될 때까지 기다린다. 다음 단꼐 그라우트 깊이까지 천공한 후 그 단계의 그라우트를 주입한다. 단계별 연속적으로 천공해 그라우트를 주입해 최종심도까지 도달한다. 

 

 

 

이상으로 댐 기초처리 그라우팅 시공 2편에 대해서 포스탕하였습니다. 추후 그라우팅 시험과 추가적인 것을 3탄에서 작성토록 하겠습니다.

 

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