KR101758023B1 - 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필 댐에서 표면차수로 차수시트를 적용하고 차수시트 커버 레이어로 콘크리트 매트를 적용하여 댐의 시공성 및 안정성을 확보하도록 하는 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 상류측과 하류측으로 각각 일정 경사면이 형성된 일정 크기의 제체를 갖는 필댐에 있어서, 제체의 상류측 경사면에 포설되는 차수시트와, 시멘트 혼합물과, 시멘트 혼합물의 상부와 하부에 각각 형성되는 부직포로 구성되어 차수시트의 상부에 포설된 이후 물이 분사되어 고화되는 콘크리트 매트로 이루어지는 차수층과; 제체의 상류측 경사면의 하부에 육각형으로 형성되고 내부에 갤러리가 형성된 지수 콘크리트의 일정 높이까지의 하부가 상류측 지중에 매입되도록 형성되며, 차수층의 하단부는 지수 콘크리트의 외주면을 감싸도록 구성되고, 차수층의 상단부는 제체의 내부로 매입되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐{Concrete Mat And Geomembrane Sealing System Dam}

본 발명은 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필 댐에서 표면차수로 차수시트를 적용하고 차수시트 커버 레이어로 콘크리트 매트를 적용하여 댐의 시공성 및 안정성을 확보하도록 하는 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐에 관한 것이다.

댐 건설에 있어 공사비 절감 및 공기단축을 위한 전 세계적인 노력은 계속되어 댐 형식 및 축조공법에 있어 다양한 기술개발이라는 성과를 얻었다.

콘크리트 댐, 필 댐 등이 주를 이루던 댐 형식은 각기 형식의 장점이 융합된 복합 댐으로 발전하였고, 축조재료의 특성을 이용개선하여 콘크리트 댐 및 필댐(fill dam, 석괴댐)은 각기 RCC, RCD, Hardfill Dam 공법 및 ACRD공법이라는 축조공법 개발을 통해 기술발전을 이루었다.

또한, 세계대댐회(ICOLD)에서는 1981년 Bulletin 38, 1991년 Bulletin 78, 2010년 Bulletin 135 등에 의해 지속적으로 지오멤브레인 실링시스템 댐(Geomembrane Sealing systems Dam, GSSD)을 개발하여 지오멤브레인 표면 차수형 댐을 제시하고 있다. 또한, 이와 같은 댐의 표면 차수형 재료로는 콘크리트, 아스팔트, 철판, PVC, HDPE 등이 사용되고 있으며, 콘크리트 표면 차수형 록필댐(Concrete Face Rockfill Dam, CFRD)과 아스팔트 콘크리트 표면 차수형 댐(Asphalt Face Rockfill Dam, AFRD)이 주로 사용되고 있다고 알려져 있으나, 2010년 기준으로 지오멤브레인에 의한 표면차수 대댐의 경우 전 세계적으로 265개 댐이 있으며, 지속적으로 재료와 시공법이 개선되고 있다.

그러나 표면 차수형 댐은 시공이 복잡하고 표면의 안정화가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 코어형 댐은 코어존에 지수를 위하여 반드시 역청함량이 높은 콘크리트를 사용하여야 하기 때문에 시공비용이 증가하는 원인이 되고 있으며, 댐 기초에서의 별도의 지수를 위한 구조물을 시공하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제1367657호 "콘크리트 표면차수벽형 석괴댐의 차수벽 시공 방법"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '슬립폼(Slip Form)을 이용하여 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐(CFRD)의 차수벽을 시공하는 방법에 있어서, a) 댐 정상부에 상부 레일 및 슬립폼 윈치 작업차를 설치하는 단계; b) 차수벽에 콘크리트를 타설하는 슬립폼을 조립하여 시험 가동하는 단계; c) 콘크리트가 타설될 차수벽 표면에 아스팔트 에멀젼을 도포하고, 그 상부에 수평철근 및 수직철근을 배치하여 조립하는 단계; d) 상기 슬립폼을 가이드하는 레일 및 사이드폼(Side Form: 측면 거푸집)을 설치하는 단계; e) 상기 레일 상에서 이동하는 슬립폼을 사용하여 댐의 하부로부터 상부 방향으로 차수벽 콘크리트(Face Concrete)를 타설하는 단계; 및 f) 상기 타설된 콘크리트를 습윤 양생하여 차수벽을 완성하는 단계를 포함하되, 상기 c) 단계의 수직철근은 종방향에서 수직철근의 하차와 동시에 조립되며, 상기 수직철근은 수직철근 운반 대차에 의해 종방향에서 하차되고, 상기 수평철근은 수평철근 운반 대차에 의해 횡방향에서 하차되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐의 차수벽 시공 방법'을 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 차수벽 시공이 복잡할 뿐만 아니라, 공사비용 및 공사기간이 증가하는 문제점이 있었다.

특허등록 제1367657호 "콘크리트 표면차수벽형 석괴댐의 차수벽 시공 방법"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지오멤브레인 실링시스템 댐(Geomembrane Sealing systems Dam, GSSD)과 콘크리트 표면 차수형 록필댐(Concrete Face Rockfill Dam, CFRD) 2가지 댐의 장점을 융합하여 필댐의 차수성과 시공성, 안정성을 확보하여 전생애주기(Life Cycle) 비용을 절감할 수 있으며, 기존댐의 경우 노후화된 댐의 성능개선시 시공성과 경제성, 안정성을 확보할 수 있어 경제성 및 시공성을 확보할 수 있는 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상류측과 하류측으로 각각 일정 경사면이 형성된 일정 크기의 제체를 갖는 필댐에 있어서, 제체의 상류측 경사면에 포설되는 차수시트와, 시멘트 혼합물과, 시멘트 혼합물의 상부와 하부에 각각 형성되는 부직포로 구성되어 차수시트의 상부에 포설된 이후 물이 분사되어 고화되는 콘크리트 매트로 이루어지는 차수층과; 제체의 상류측 경사면의 하부에 육각형으로 형성되고 내부에 갤러리가 형성된 지수 콘크리트의 일정 높이까지의 하부가 상류측 지중에 매입되도록 형성되며, 차수층의 하단부는 지수 콘크리트의 외주면을 감싸도록 구성되고, 차수층의 상단부는 제체의 내부로 매입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐을 제공하고자 한다.

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본 발명의 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐은 지오멤브레인 실링시스템 댐(Geomembrane Sealing systems Dam, GSSD)과 콘크리트 표면 차수형 록필댐(Concrete Face Rockfill Dam, CFRD) 2가지 댐의 장점을 융합하여 필댐의 차수성과 시공성, 안정성을 확보하여 전생애주기(Life Cycle) 비용을 절감할 수 있으며, 기존댐의 경우 노후화된 댐의 성능개선시 시공성과 경제성, 안정성을 확보할 수 있어 경제성 및 시공성을 확보할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐의 개략적인 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 3은 상기 도 1의 B부분의 확대도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐의 개략적인 구조를 도시한 측단면도이고 도 2는 상기 도 1의 A부분의 확대도이며, 도 3은 상기 도 1의 B부분의 확대도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐(1)은, 필댐으로 이루어지는 댐의 제체(10)와, 제체(10)의 상류측 경사면(11)에 구성되는 차수층(20)으로 이루어진다.

제체(10)는 상류측과 하류측으로 각각 일정 각도의 경사면(11)(12)을 갖는 일정 크기의 사다리꼴 형상의 토질 재료, 모래, 자갈, 암석 등을 쌓아 올려 만든 필댐으로 이루어진다.

이와 같은 제체(10)의 상류측의 경사면(11)에는 차수층(20)을 형성하도록 하여 차수가 가능하도록 한다.

차수층(20)은 차수시트(21)와 차수시트(21)의 상부에 포설되는 콘크리트 매트(22)로 이루어지는데, 차수시트(21)는 상류측의 경사면(11)의 외측에 포설되며, 차수성능을 갖는 폴리에틸렌계의 수지 매트, 지오멤브레인(Geomembrane) 매트 등으로 형성되도록 하여, 경사면(11)에 차수성능을 부여하도록 하며, 높은 강도와 인장력을 지니도록 내부에 별도의 와이어가 형성되도록 할 수도 있다.

또한, 차수시트(21)의 상부에는 콘크리트 매트(22)가 포설되어 제체(10)의 수밀성 및 내구성을 확보할 수 있도록 한다.

콘크리트 매트(22)는 공지의 다양한 콘크리트로 이루어진 매트를 사용할 수 있으며, 특히, 본 발명에서는 도 2에서와 같이, 콘크리트 매트(22)가 건조상태의 시멘트 혼합물(221)과 시멘트 혼합물(221)의 상부와 하부에 각각 형성되는 부직포(222)로 이루어지는 샌드위치 형상의 매트로 형성되도록 하여, 콘크리트 매트(22)를 제체(10)의 경사면(11)의 차수시트(21) 외측에 포설한 이후에 콘크리트 매트(22)의 외부에서 물을 분사하여 콘크리트 매트(22) 내부의 시멘트 혼합물(221)이 수화 및 고화되도록 할 수 있다.

이와 같이, 콘크리트 매트(22)를 건조상태의 시멘트 혼합물(221)을 이용하여 구성하면, 공장에서의 제작이 매우 용이하고 현장에서 매트와 동일하게 포설이 가능하며 차수층(20)의 표면을 매우 용이하게 안정화시킬 수 있어 시공이 용이할 뿐만 아니라 간단하게 물을 분사하는 것만으로 고화되도록 하여 시공기간을 크게 단축시킬 수 있다.

이와 같은 차수층(20)은 제체(10)의 경사면에만 형성되도록 할 수 있으나, 상단부가 노출되어 내구성이 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 제체(10) 댐마루에서 제체(10)의 내부로 차수시트(21)의 상단부가 매입되도록 형성할 수 있다.

이때에는 차수층(20)의 차수시트(21)의 상단부는 도시된 바와 같이, 제체(10)의 상단부에서 제체(10)의 내부로 매입되며 수밀성을 향상시키면서도 차수층(20)의 단부를 보호할 수 있도록 하여 내구성을 향상시키도록 할 수 있다.

일반적으로 댐의 상류측 기초에는 저수지의 고 수압을 가진 물이 침투함으로써 댐의 기초 또는 기초 지반 내부에 간극 압이 작용하여 댐이 불안정하게 된다거나 또는 이 침투 수에 의해 기초의 내부에 점토, 실트(silt) 등의 미립자가 밀려 씻겨가 댐이 불안정하게 될 염려가 있다. 이 때문에 지수가 필요한 범위에 그라우팅하여 침투수의 양 또는 간극 압을 감소시키도록 하는데, 이와 같은 커튼 그라우팅은 깊이가 깊고 장막 모양의 수밀부가 형성되도록 하여 시공이 복잡하였으며, 갤러리 등을 형성하기 위한 별도의 공간이 필요하였다.

그러나, 본 발명에서는 제체(10)의 상류측 경사면(11)의 하부에는 육각형의 콘크리트로 형성되는 지수 콘크리트(40)가 형성되도록 하여 갤러리(41)가 형성되는 공간을 만들어 주면서도, 지수 콘크리트(40)의 하부가 일정 높이까지 상류측 수저면에 매입되도록 하여 별도의 커튼 그라우팅 등의 시공 없이도 제체(10)의 상류측 하부의 기초에서의 수밀성을 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 지수 콘크리트(40)의 형상을 육각형의 단면 형상으로 이루어지도록 하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 차수층(20)은 그 하단부가 지수 콘크리트(40)에 의하여 지지되도록 함으로써 경사 미끄럼이 발생하지 않을 뿐만 아니라 경사면의 안정화가 가능할 수 있도록 하며, 지수 콘크리트(40)의 하부는 지중에 매입되도록 하여 커트 그라우팅의 시공 없이도 수밀성을 향상시킬 뿐만 아니라 제체(10)가 안정적으로 지지되도록 하고 동시에 제체(10)의 기초부에서의 세굴이 방지되도록 하도록 하는 것이다.

또한, 차수시트(21)의 하단부는 지수 콘크리트(40)의 상부의 경사면에 지지되도록 형성될 수도 있지만, 수밀성 향상을 위하여, 도 3a에서와 같이 차수시트(21)와 콘크리트 매트(22)의 하단부는 지수 콘크리트(40)의 외주면을 감싸도록 연장되거나, 도 3b에서와 같이 차수시트(21)가 지수 콘크리트(40)의 하류측 외측면으로 연장되어 형성되도록 할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐은 지오멤브레인 실링시스템 댐(Geomembrane Sealing systems Dam, GSSD)과 콘크리트 표면 차수형 록필댐(Concrete Face Rockfill Dam, CFRD) 2가지 댐의 장점을 융합하여 필댐의 차수성과 시공성, 안정성을 확보하여 전생애주기(Life Cycle) 비용을 절감할 수 있으며, 기존댐의 경우 노후화된 댐의 성능개선시 시공성과 경제성, 안정성을 확보할 수 있어 경제성 및 시공성을 확보할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

1 : 표면 차수형 댐
10 : 제체
11, 12 : 경사면
20 : 차수층
21 : 차수시트
22 : 콘크리트 매트
221 : 시멘트 혼합물
222 : 부직포
40 : 지수 콘크리트
41 : 갤러리

Claims (5)

1. 상류측과 하류측으로 각각 일정 경사면(11)(12)이 형성된 일정 크기의 제체(10)를 갖는 필댐에 있어서,
   제체(10)의 상류측 경사면(11)에 포설되는 차수시트(21)와, 시멘트 혼합물(221)과, 시멘트 혼합물(221)의 상부와 하부에 각각 형성되는 부직포(222)로 구성되어 차수시트(21)의 상부에 포설된 이후 물이 분사되어 고화되는 콘크리트 매트(22)로 이루어지는 차수층(20)과;
   제체(10)의 상류측 경사면(11)의 하부에 육각형으로 형성되고 내부에 갤러리(41)가 형성된 지수 콘크리트(40)의 일정 높이까지의 하부가 상류측 지중에 매입되도록 형성되며,
   차수층(20)의 하단부는 지수 콘크리트(40)의 외주면을 감싸도록 구성되고, 차수층(20)의 상단부는 제체(10)의 내부로 매입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 차수시트와 콘크리트 매트를 이용한 표면 차수형 댐.
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