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2.6.4 제체 재료조사
(1)
축제 재료의 조사
(가)
댐지점 주변에 있는 암석, 사력, 흙 등 필댐 축조 재료의 조사는 기술적으로 사용이 가능하다고 생각되는 모든 재료에 대하여 그 분포, 수량, 통일분류, 공학적인 성질을 파악한다. 본 조사는 댐지점에 가까운 곳부터 시작하여 총량이 제체 체적의 2~3배에 달하는 범위까지 점차 확대하여 가도록 한다.
(나)
조사구역.
①
예정한 지저믕ㄹ 중심점으로 하여 최초는 500m 또는 1km 이상의 지역에 대하여 조사한다. 축제 예정수량에 미달할 때에는 점차 그 반경을 확대하여 넓힌다.
②
이 조사단계에서는 「어느 곳에, 어떤 자료가, 얼마나 있는가」를 파악하는 것이 주된 목적이므로 특정한 장소에 대하여 집중적으로 조사할 것이 아니라 지형조건에 따라서 다르기는 하나 경제적인 운반관계를 고려하여 범위를 정하고 이 범위내에서 조사를 진행한다. 개략적으로 본다면 재료는 조사의 정도에 따라서 설계수량의 2~3배를 준비할 필요가 있는 것이다.
(다)
조사방법.
답사결과, 후보지가 결정되었다면 그 지역의 재료의 성질, 수량, 퇴적상황, 종류, 지하수위 등의 개요를 알기 위하여 간략한 시추, 시험굴, 트랜치(trench) 등을 이용하여 관찰 또는 시료를 채취 검토하여 성질을 분명히 파악하여 두도록 한다. 지질학적 또는 지형적 판단에 따라 개략의 깊이와 퇴적상황은 판명되므로 이것을 바탕으로 간단한 조사공을 판다.
조사공은 일반적으로 10m 이하로 충분하다. 조사공의 배치는 후보지에 50~100m의 네모꼴로 짜서 1,000~1,500m2 당 1개공을 표준으로 판다.
③
조사공은 지형이나 상황에 따라 각종 방법을 혼용하여 조사를 추진한다.
㉮
오거 시추(수동 또는 동력) : 수동식 오거는 간편하며, 7m 정도까지의 조사에 적합하다. 자갈층이나 지하수면하의 사질도에는 부적당하다. 파올린 시료는 지상에 차례로 배열하여 관찰이 편리하도록 한다. 함수비의 변동을 방지하기 위해서는 투명한 푸대에 넣어 둔다. 소정의 깊이까지 파들어가서 시료를 채취하고, 특히 층의 두께가 큰 것 또는 대표적 시료로 볼 수 있는 것에 대해서는 공학적 검토를 실시할 것이므로 충분한 양을 채취하여 두도록 한다. 동력식 오거는 쉽게 15m 정도까지 파들어 갈 수 있으며, 다소간의 자갈이 있어도 굴진되므로 조사속도를 매우 빠르게 하여 효과도 크다. 시료의 취급은 수동식에 준한다.
㉯
시추 : 회전식의 기계가 사용된다. 빗트(bit)의 직경은 20mm 이상의 자갈을 포함하는 지반에 대해서는 10cm 이상의 직경의 것을 사용하고, 20mm 이하의 사력을 포함하는 지대와 이 이외의 경우에도 4.5cm 이상의 가급적 큰 것을 사용한다. 토질지반의 경우는 시추시의 흥탕물에 의하여 흐트러지는 것은 절대로 피해야 한다. 시추 코아(boring core)로부터 공학적인 여러 가지 시험의 시료를 채취하는 것은 양적으로 무리이므로 시험자로서는 그 취급과 시험방법 및 시험의 종류 등에 충분한 검토를 한 뒤에 시험에 착수해야 할 것이다.
㉰
트렌치(trench) : 이것은 대략 지하수면 이하일 때 시행된다. 퇴적상황이나 종류가 직접 판명되며 시험시료도 충분히 채취할 수 있어서 유리하다.
㉱
시험굴 : 굴진속도가 느리면 깊게 파던가 지하수가 있는 곳에서는 지보공을 하는 등 작업에 어려움은 있으나 지층의 구조나 변화를 완전하게 조사할 수 있고 시료채치가 용이하며, 또한 기계력 반입이 곤란한 곳에서도 쉽게 실시할 수 있다. 시험굴의 크기는 작업자가 갱내에서 작업할 수 있는 최소 크기면 된다.
(라)
토질 시험
채취한 시료에 대하여는 다음의 시험을 행한다. 시험은 채취된 시료전부에 대하여 시행되는 것이 바람직하나 경비, 시간, 댐의 규모 등에 의하여 전문기술자의 지도에 따라 대표적인 시료를 선정하여 실시해야 한다.
필수적으로 시행할 시험 : 함수량, 비중, 입도, 콘시스턴시(consistency), 표준다짐.
필요에 따라 시행할 시험 : 투수, 압밀, 일축압축, 전단, 수축, 흡수, 팽창, 유기물 함유량, 가용성분 함유물, 암석에 대해서는 비중, 단위중량, 흡수율, 압축 내구성 등을 시험하도록 한다.
토질시료의 시험이 끝나면 공학적 분류를 통일분류법에 의하여 분류한다. 규격이 없는 시험에 대해서는 전문 기술자의 지시를 받아야 하며, 시험결과는 축제재료조사의 총괄표로서 요약 정리해 둔다.
(마)
토질의 통일분류법의 이용 대상
토질재료에 관한 예비적 추정을 할 경우
세부설계를 함에 필요한 현장조사의 범위를 결정할 경우
경제적인 현장시험 계획의 입안, 실내시험에 필요한 자료의 채취계획을 세울 경우
④
추가조사를 행할 경우
(바)
암석의 시험
암석의 종류, 풍화상황, 채취시의 암괴의 크기, 채취 가능량을 조사한다.
비중, 흡수율, 압축강도, 내구성(규산나트리움법), 내마모성의 여러 가지 시험을 행한다.
경암의 경우에는 이 밖에도 동결융해, 건습반복시험, 충격시험, 낙하시험, 간극율 시험 등을 행한다.
(2)
콘크리트 골재의 조사
댐, 여수로, 취수설비 등에 사용하는 콘크리트골재가 댐 지점의 부근에 천연적으로 또는 가공에 의해서 얻을 수 있는가를 조사해야 한다.
필댐에서의 콘크리트 사용량은 얼마 안되므로 공사비면에서 별문제가 되지 않으나 콘크리트 댐으로서의 가능성을 검토하기 위해서는 중요한 요소가 된다.
골재는 보통 하상퇴적의 모래, 자갈을 사용하던가 암석을 깬 쇄석이나 쇄사를 인공적으로 제조하여 사용하게 된다. 골재의 성질로서는 필댐 축제 재료보다 훨씬 엄격한 조건이 요구되고 있으며, 청정, 견고, 내구적이고 적당한 입경, 입도를 가지면서 먼지나 진흙(진토), 유기물 등의 유해물을 포함하고 있으면 안된다.
2.6.5 시험방법과 정도
시험항목과 규격
KS규정에 명시된 방법을 사용한다.
시험항목 : 비중, 입도, 함수량, 액성, 소성, 수축, 일축압축 표준관입, 스웨덴식 사운딩(sounding), 압밀, 투수, 유기물함유량, 전단, 압밀(대형), 현장투수, 현장함수량, 현장밀도.
기준이 없는 것은 필요에 따라 시험기기를 제작하여 시행하거나 외국의 기준을 이용할 수 있다.
전단시험
시험은 전부 삼축합축시험을 실시하는 것을 원칙으로 하며 KS F 2346 규정에 의한다.
시험기는 현장에 있어서의 시공조건(시료입경, 채움다짐 등)을 고려하여 되도록 대형의 것을 사용하는 것이 좋다.
전단시험 조건 : 토질의 전단강도는 전단시험의 조건에 따라 변화되므로 시험목적에 따라 적당한 시험조건을 주어서 시험해야 하며 시험조건을 대별하면 다음의 3개 항목이 있다.
비압밀비배수시험(UU시험) : 댐의 시공 중이나 완성 직후의 경우.
압밀 비배수시험(CU시험) : 성토의 압밀이 진행되고 저수한 후 수위가 급강하한 경우 등.
overline{CU} 시험 : 건설후 시간이 경과되어 압밀이 진행되었을 때, 어떠한 원인 등으로 생길 수 있는 활동과 같은 경우이며, 많은 경우는 전단시의 유효응력을 결정할 목적을 위하여 시행
기초지반에 대한 시험.
사력질지반 : 압밀 비배수시험
점토질, 이토질 등 불투성지반 : 비배수시험
시료 : 자연상태(함수비, 밀도, 조직 등)
밀도하중 : 그 점위에 재하될 성토중량
전단시험용 시료 : 공시체 중에 포화된 입자의 허용 최대입경은 사용하는 시험기와 공시체의 크기에 따라 다르며, 또한 제한을 받게 된다. 이것들의 관계를 표시하면 <표 2.5>와 같다.
<표 2.5> 공시체 치수와 허용 최대입경
시험기
공시체의 치수
허용최대입경
직경
높이(두께)
D<10cm
D>10cm
3축1면
DD
(2.0~2.5)×D(0.2~0.3)×D
D/15D/20
D/15~4-
(3)
다짐시험
현장상황에 가장 유사한 조건하에서 토질시험의 규격에 맞도록 시험한다.
(4)
투수시험
각종 시험법 또는 규격에 맞추어 실내 및 현장시험을 시행한다.
(5)
파이핑(piping)시험
파이핑에 대한 댐의 안정성을 검토하기 위해서는 한계 동수경사 S나 크리프비(Creep ratio) C에 의하여 검토한다.
Scr = h / L = (G-1) / (1+e)
여기서,
h :
파이핑현상을 일으키지 않을 하류측 수위와 상승 가능한 저수지의 최대수위와의 높이차(m)
L :
침투로의 길이(cm)
G :
침투수가 통하는 지반의 비중
e :
침투수가 통하는 지반의 간극비
h/L = (G-1)/(1+e) --- 극한 수평상태이므로 안정상으로는 h/L≤(G-1)/(1+e)이 아니면 퀵샌드(quick sand)현상을 일으키게 된다.테르자기(Terzaghi)는 h/L을 크리프비 Cc 라고 하여 다음 식으로 표시하였다.
Cc = L / h
크리프 길이(creep length)
주된 토질의 Cc의 안정치는 아래 표와 같으며, 현 지반에서는 kh와 kv는 상이하므로 이것을 수정하여 다음 식을 제시하고 있다.
Cc = { (1/3)B+Σ t } / h
B :
댐 단면의 저폭
t :
온수벽 깊이
kh/ kv :
3
kv :
수직방향의 투수계수
kh :
수평방향의 투수계수
<표 2.6> Cc의 안정치
구 분
Cc의 값
미세사 또는 이토세 사중 사조 사세 자 갈표석을 포함한 큰자갈표석과 자갈을 작게 포함한 호박돌
8.57.06.05.03.53.02.5