ID PW
JOIN PW찾기
제 2 장 댐 조사
2.6 지질 및 지반 조사
2.6.1 일반
(1)
조사사항 및 순서
(가)
지질 및 지반조사 사항은 축조할 구조물의 설계에 필요한 지질 공학적인 자료를 얻기 위하여 지표지질 조사, 지하지질 조사, 시험 등으로 나누고 지층의 제성질을 파악하기 위한 조사단계는 계획조사, 기본조사, 실시조사 및 보완조사의 순으로 실시해야 한다.
(나)
이러한 지질 및 지반조사 계획을 수립하는 기술자는 다음과 같은 능력을 갖추어야 한다.
①
지질 및 지반조사용 기구의 특성과 사용방법
②
소요 경비 및 조사기간의 추정
③
현장 및 실내시험의 분석 정리방법
④
조사결과의 판정
(다)
댐의 지질 및 지반조사는 단계적으로 행해지며, 이 단계에 맞추어 조사항목, 조사방법, 조사정밀도 등이 선택된다. 댐의 지질 및 지반조사는 댐부지의 조사, 저수지 주변조사로 나누어지고 그의 실시단계에 따라 계획조사, 기본조사, 실시조사 및 보완조사로 나누어 실시한다.
(2)
지질 및 지반조사
지질에 관련된 조사는 지질자료 조사, 댐 부지조사, 재표채취 장소의 지질 및 지반조사, 저수지주변 지질 및 지반조사, 기시추조사 자료 조사 등으로 나누고 이를 분야별로 정밀하게 조사해야 한다.
댐의 지질 및 지반조사의 제1단계는 기존자료의 수집과 검토로서 시작되며, 이때 수집해야 할 자료와 검토사항은 다음과 같다.
지형도 및 항공사진 : 저수용량 및 댐규모의 개략적인 결정, 산사태 및 붕괴지점의 에측, 지질분포 및 지질구조의 추정 등을 한다.
지질도 : 암질 및 지질구조를 독해하고 기초지반의 강도, 투수성 재료의 분포와 성질 등의 개요를 파악한다.
토성도, 토양도 : 표토의 두께, 토질재료의 성질 등을 추정하는데 이용한다.
기타자료 : 산사태 분포도에 따라 산사태 방지구역 지정의 유무를 조사하고 활동성 단층분포도에 따라 과거 활동성 단층의 유무를 조사한다.
2.6.2 댐 부지의 기초지반조사
계획조사
댐 지반의 계획조사는 기본조사 및 실시조사에 앞서 시행하는 것으로서 자료수집, 현지답사 및 간단한 조사를 통하여 댐 축조 예정지에 대한 개략적인 참고사항을 파악한다.
자료수집 : 조사지점부근의 지형, 지반 등의 특징을 파악하기 위한 것이다. 특히, 항공사진의 수집이 가능하면 이를 판독 분석함으로써 지형도와 지질도에서 판독되지 않은 지형, 지질 구조 등과 삼림, 하천, 자연제방, 구하상, 산사태, 저온지 등 자연 또는 인문지리학적인 자료를 얻을 수 있다.
현지답사 : 조사 예정지 부근에 대한 지형, 지질상태를 파악하기 위하여 조사장소 부근을 가능한 한 광범위하게 현지를 답사하여 종합적인 자료를 수집해야 하며, 이때 현지 조사내용은 다음과 같다.
㉮
조사예정지에 대한 지표지질 및 지반조사
㉯
삼림, 경작지, 하천(건천여부), 지질구조
㉰
지하수상태, 용추수의 장소와 원인 조사
㉱
지하지질조사방법 및 위치선정
㉲
지질 및 지반조사용 기계운반을 위한 도로상태 조사
유역구간도, 수계도 그 밖의 선상구조는 1/50,000 또는 1/25,000 지형도와 항공사진에 의해서 작성한다.
유역구간도는 기상, 수문, 생산토사량등을 조사하는데 기초자료가 되며, 수계도는 그 형상에 따라 지질의 경연(硬軟)의 판정과 함께 산사태 지형을 결정한다.
기본조사
계획조사 때에 수집한 자료의 검토와 현지답사 등으로 지반의 상태와 지층의 깊이, 성질 등을 완전히 파악하기 곤란한 경우에는 특수한 지층에 대한 지하지질조사를 실시하여 개략의 자료를 얻고 이를 실시조사나 기본설계에 활용토록 해야 한다. 이와 같이 기본조사는 댐축조 가능성을 명확히 하고 공사비를 산정하기 위한 것으로 이를 위해서는 ① 댐의 규모와 기초지반의 지내력 검토, ② 제체 또는 여수로 등의 기초굴착선의 개략결정, ③ 기초처리계획의 개략결정을 해야 한다. 기본조사는 사업실시의 가능성을 확정하는 단계이므로 조사량은 최소한으로 하고 또 전술한 목적을 충분히 달성하도록 해야 한다. 댐 지점의 계획조사에서 기본조사까지의 주요 조사내용을 설명하면 다음과 같다.
지표지질조사
계획조사 때에 수집한 자료와 현지답사 결과를 검토 분석하여 선정된 수 개소의 댐 부지에 대해 지표지질 조사를 하고 이 중에서 가장 유리한 댐 부지에 더욱 자세한 검토를 추가한다.
댐 부지의 조사범위(지역)는 댐의 형식, 규모, 지형, 지질조건 등에 따라 일률적으로 정하기는 어려우나 대략 다음과 같이 정하여 조사한다.
예정된 댐마루를 지형도에 표시하고 댐의 중심선을 댐마루의 양끝에서 댐 높이(H)의 2배(2H) 거리만큼 연장한다. 그리고 연장된 양끝에서 댐 중심선에 수직이 되게 두 개의 선을 긋고 각각 댐 상류와 하류방향으로 댐 높이의 4배가 되도록 연장한다. 이렇게 하여 최종으로 그어진 선 사이의 면적이 조사구역이 된다.
지표지질 조사시에는 지형, 지질층, 지질구조, 암질 등을 조사할 뿐만 아니라 산사태, 붕괴위험지대, 투수성 지반의 유무, 축조 재료의 분포, 단층, 파쇄대의 유무 등을 조사하여 댐 부지로서의 적지를 선택한다.
댐 부지에 대해서는 지표토피의 두께와 성질, 기반암의 종류와 풍화의 정도 및 깊이, 단층 파쇄대의 위치를 추정하고 다음에 기술하는 지반조사의 위치, 수량, 방법을 결정하는데 쓰여지게 된다.
지반조사
댐 기초지반의 조사로서는 시추조사, 탄성파탐사, 횡갱 등이 일반적인 방법이며 그 조사위치와 조사량에 대해서는 댐의 형식, 규모 혹은 기초지반 지질상태에 따라 다르나 일반적인 경우는 다음과 같다.
시추 및 횡갱조사 : 시추조사는 지형상 가장 유리한 댐축을 기준으로 하여 일정한 범위에 대해서 계획을 수립한 후 단계별로 시행하되 댐과 주요 부대시설이 위치할 지역에 대하여 20~30m 격자형으로 시추조사의 위치를 결정한 후 기본계획때에는 약 100m 격자로, 타당성 조사때에는 40~60m 격자료, 실시설계 때에는 나머지 지점중에서 중요한 지점순으로 점차 세분화한다. 시추의 깊이는 댐축과 관련되는 지점에 대한 대므이 높이를 고려하고 부대구조물 지점은 기초로 이용이 가능한 암반층을 확인하는 정도가 좋다. 횡갱에 의한 조사는 계획초기에는 지양하되 사업의 경제성이 확인된 후에 타당성 조사나 실시 설계때에 시행하는 것이 바람직하다.
탄성파탐사 : 탄성파탐사의 측선은 시추조사 결과와 비교 검토할 수 있도록 배치한다. 기본조사 때부터 계획된 경자형 시추조사 계획선과 일치하도록 하여 댐축과 평행하는 3개 측선과 댐축과 직교하는 측선으로 하상과 양안을 대표할 수 있도록 배치하며, 여수로, 도수로 등 주요구조물이 위치하는 지역에도 추가한다.
기초지반에 대한 시험
조사갱(調査坑)을 이용한 변형시험 및 전단시험은 적어도 1~2셑(set) 이상 해야 하며, 시추공(孔)을 이용한 공내 재하시험도 수개소 실시하는 것이 바람직하다.
특히 콘크리트댐의 경우에는 계획조사 때에 지반에 대한 시험을 실시하여 기초지반의 지내력을 검토해 둘 필요가 있다.
이상의 지반조사 결과와 지표지질 조사자료를 기초로 해서 1/500 정도의 지질평면도, 지질단면도를 작성하고 다음 단계조사의 기초자료로 한다.
(3)
실시조사
실시조사는 댐의 실제 세부설계와 공사비 산정에 필요한 지질자료를 얻기 위한 것으로서 이미 실시한 계획조사 결과를 검토하여 질적, 양적으로 정밀도를 더욱 높여간다. 한편 댐 기초지반의 실시조사를 할 때 주요 조사내용을 들면 다음과 같다.
지하지질 조사
이 조사는 댐 기초의 지질상황(암질, 층리, 파괴현황), 공학적 특징(물리적, 수리학적 성질 등)에 따라 지반을 분류하며, 댐 형식의 결정, 지반의 개량방법 등의 결정을 위한 구체적인 자료를 얻기 위함이다. 지질상황의 조사는 일반적인 시추방법으로 실시하지만 지표의 두께가 얇은 경우에는 트렌치(표토깍기)방법을 병용한다. 또 탄성파탐사를 실시해서 기본조사 결과를 보완한다. 그리고 이 단계의 시추조사는 기본조사때에 행한 시추공의 배치간격을 더욱 가깝게 조사하는 것으로 댐의 규모와 지질상태에 따라 적정 규정하에 실시해야 한다. 그러므로 높이가 70~100m의 댐을조사하는 경우의 기본적인 시추와 횡갱의 수량 및 배치에 대해서는 다음과 같은 기준을 정하여 사용하고 있으며, 댐의 높이가 70m이하인 경우에는 댐 규모에 따라 다음 기준을 조정하여 실시한다.
전단계 조사에서 누락되었다면 댐 형식에 관계없이 댐축에 연한 양안경사부에서는 표고차 25~30m 간격으로 횡갱과 시추를 실시하고 하상부에서는 20~30m 간격으로 수직시추 및 양측으로부터 1~2갱의 경사시추를 실시한다.
중력식 콘크리트댐의 경우는 ①이외에도 댐축하류의 경사부 끝에서 수 개소의 시추 또는 횡갱을 실시하고, 또 하상부의 댐 부지내에도 시추를 실시한다. 특히, 댐 비탈끝 부분에 유의한다.
아치 콘크리트댐의 경우에는 댐 상류사면 끝에서 0.5H (H = 댐 높이)되는 지점과 하류측 비탈에 1.5H 되는 범위까지 횡갱조사를 실시하며, 하상부의 댐 부지에 대한 시추조사를 실시한다.
필댐의 경우에는 ①의 규정에 따른다. 그 외에 rock zone 기초에 대하여는 시추공 혹은 견갱을 이용하여 지지지반에 대한 조사를 하며, 또 여수로에 인접해서도 수 개소의 시추를 실시한다. 그리고 최근 농업용 댐의 규모도 상당히 커져 댐높이의 대부분이 20~50m 정도로서 이들 댐의 경우에는 기본적으로 최소한 다음과 같은 수량의 시추조사가 이루어져야 한다.
㉳
댐 형식에 관계없이 댐축을 따라 양안 사면부에 있어서는 20~30m 간격의 시추조사와 양안 경사부에 사교하는 1~1갱의 경사시추 조사(특히, 하상 너비가 좁은 경우)를 해야 한다. 그러나 댐 높이가 30m 이하의 필댐에 대해서는 지반지지력 시험을 위한 조사갱을 생략할 수도 있다.
㉴
기초지반의 물리적 성질에 대해서는 탄성파탐사법이나 전기비저항법을 실시하고 수리학적 성질에 대해서는 시추공을 이용한 투수시험을 실시하는 등의 방법으로 지반의 공학적 성질을 검토한다. 이상의 조사결과를 기초로 해서 댐의 지지력을 나타낸 암반의 등심선도와 공학적 성질을 나타낸 지질단면도, 그리고 투수성을 나타낸 투수도 단면도를 작성한다.
㉵
암반 등심선도는 댐의 굴착심도나 굴착량을 구하기 위해 필요하고 지질단면도는 기초처리를 필요로 하는 부분과 그 심도를 결정하며, 축제 중에서 기초지반에 작용하는 응력과 지진력에 대한 역학적인 해석을 위한 중요한 자료가 된다.
㉶
차수도 단면도는 댐의 차수를 위한 커튼 그라우팅의 심도와 밀도의 결정 및 주입제의 선택을 위한 중요한 자료가 된다.
지반시험
댐 기초로서 요구되는 강도에 대한 검토는 일축하중에 대한 압축정도와 균열이나 절리면에서 발생하는 전단강도 그리고 장기간의 풍화에 대한 댐기초의 안전성 등에 대해서 이루어져야 한다.
지반의 압축강도는 일반적으로 필댐에 대해서는 별 문제가 안되나 콘크리트 댐에서는 내하력에 문제가 되는 수가 많으므로, 압축강도 시험은 시추공과 시험굴(試驗屈)에서 채취한 암석시편으로 실시하되 그 결과만으로 기초의 강도를 판단하기에는 어려움이 있으므로 가능한 한 자연지반의 역학적 조건을 반영한 원지반시험 등을 병행하여 지반의 강도를 판정하는 것이 바람직하다.
아치댐이나 중력식 콘크리트댐 등은 기초에 작용하는 외력이 크므로 기초의 전단파괴에 대한 검토와 전단강도에 관한 시험을 해야 한다.
전단강도시험은 전단파괴가 예상되는 위치에서 그리고 추정되는 으력방향의 하중하에서 실시해야 하며, 이 때 분류되는 각 암반별로 3개 시료 이상에 대하여 시험하는 것이 바람직하다.
댐의 기초에는 높은 응력과 수압이 연속적으로 작용하기 때문에 기초암반의 물리적 풍화와 화학적 풍화에 대한 내구성의 검토가 필요하다. 일반적으로 세립퇴적암(이암, 응회암 등)이나 절리가 발달된 암류 등은 풍화에 대한 저항성이 적기 때문에 특별히 주의해야 한다. 여러 종류의 지반강도에 관한 제 시험자료를 평가해서 댐 완성 후에 지반의 역학적 거동을 예측해야 한다. 이들 검토가 완료되면 구체적인 댐 설계를 하고 시공 방침도 확립해야 한다.
2.6.3 저수지 주변조사
조사목적 및 절차
저수지 주변의 지질 및 지반조사는 만수시의 투수 또는 저수위(貯水位) 변동에 의한 슬라이딩(sliding), 기타 댐의 기능, 안전성에 지장을 줄 가능성의 유무를 판단하기 위하여 정밀한 조사를 시행해야 한다.
댐주변 및 제체 기초부네 발달한 단층, 절리, 층리 등 불연속면에 대한 조사는 정밀하게 실시해야 하며 필요에 따라서는 평사투영법과 같은 분석을 실시하여 산사태 및 제체 기초부의 안정성을 평가하는 기초자료로서 사용될 수 있도록 해야 한다.
댐 계획에서는 댐 기초뿐만 아니라 저수지 주변 산턱에 대해서도 검토하여 해결해야 할 지질상의 문제가 많다. 즉, 저수 후의 산사태 붕괴의 가능성 등 산턱 보전에 관한 문제 및 산턱을 통한 누수문제 등이 있다. 이들 문제는 저수지 주변의 안정성의 문제이며 여기서는 댐 계획에 있어 지반조사의 일환으로서 조사의 순서에 대해서만 간단히 설명한다.
계획조사 및 기본조사 : 지표지질조사에 따라 저수지 주변 산턱의 산사태, 붕괴나 누수의 가능성에 대해서 검토하고 그 지점을 명확히 표시한다. 그 결과 제체와 저수에 영향을 끼칠 가능성이 있는 산사태 및 붕괴지점이 발견될 경우에는 가능한 한 이를 피하는 댐 위치를 검토한다. 또 산사태 및 붕괴의 위험이 추정되는 지점에 대하여는 지하지질 조사를 실시해서 누수가 예사ㅏㅇ되는 경우에는 통수경로나 투수층의 성질과 규모 등을 조사하고 그 대책을 검토해야 한다. 그리고 그 결과를 이용하여 누수량을 계산하고 저수손실량을 분명히 함과 동시에 누수에 따른 파이핑의 위험성에 대해서도 검토한다.
실시조사 : 계획 및 기본조사 결과 산사태로 인한 붕괴 혹은 누수에 대한 대책이 필요하게 되면 더욱 상세한 지표지질 조사 및 지반조사를 실시하여 구체적인 대책공법을 결정하고 공사비를 산정하여야 한다.