A Study on the Effect of Applying Water Seepage Lowering Method Using Swelling Waterstop for Expansion Joint in the Concrete Dam

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1) Representative Director, World E&C Co. LTD, Dept. of Civil Engrg. Sangji Univ.

† Prof., Dept. of Civil Engrg. Sangji Univ. (Corresponding Author : [email protected]) 2) Senior Manager, K-water

콘크리트 댐에서 수축이음부의 수팽창성 차수재를 이용한 침투저감 공법 적용효과 연구

A Study on the Effect of Applying Water Seepage Lowering Method Using Swelling Waterstop for Expansion Joint in the Concrete Dam

한 기 승¹⁾･ 이 승 호^†･ 김 상 훈²⁾･ 김 세 진³⁾･ 배 성 진⁴⁾

Kiseung Han･ Seungho Lee ･ Sanghoon Kim ･ Sejin Kim ･ Sungjin Pai

Received: September 10

^th

, 2021; Revised: September 14

^th

, 2021; Accepted: September 28

^th

, 2021

ABSTRACT : Most concrete gravity-type dams in and out of the country were constructed by column method to control cracks caused by concrete hydration heat generated during construction, resulting in a certain level of leakage after impoundment through various causes, such as contraction joints and construction joints. However, due to the characteristics of concrete structures that shrink and expand according to temperature, concrete dams have vertical joints and drains to allow penetration. PVC waterproof shows excellent effects in completion of the dam, which however increases the possibility of interfacial failure due to different thermal expansion.

Keywords : Expansion joint, Waterstop, Water leakage amount, DSIM, Reduction effect

요 지 : 국내외 대부분의 콘크리트 중력식 댐은 시공 시 발생하는 콘크리트 수화열로 인한 균열을 제어하기 위해 분할타설을 시행 하고 있다. 이로 인해 댐 규모와 관계없이 수축이음부, 시공이음 부에서 담수 후 일정 수준의 침투가 발생하고 있다. 설계에서는 신죽 및 시공 이음부 누수를 고려하여 배수처리를 반영하고 있는 실정이다. 또한 온도에 따라 수축팽창하는 콘크리트 구조물의 특성상 동절기에는 수직이음부 확대가 불가피하다. 이에 대한 대비책으로 수직이음부 내에 2열 PVC 지수판과, 침투를 흘려보낼 수 있는 배수공을 일반적으로 설치하고 있다. PVC 지수판의 경우 댐 준공 초기에는 우수한 효과를 발휘한다. 그러나 콘크리트 댐체 와의 열팽창 계수가 다르기 때문에 해를 거듭할수록 수축팽창에 따른 계면 탈락 현상이 발생하고 있다. 이로 인해 차수효과가 떨어 져 댐체 하류면까지 흘러가는 침투가 발생할 가능성이 크다. 이 외 침투의 원인으로는 타설 시의 품질관리에 관한 문제, 콘크리트 수화열에 의한 균열발생, 방수 공법 및 재료의 문제점 등이 있을 수 있다. 따라서 콘크리트 댐에서의 침투를 방지하기 위해 수직이 음부에서 수팽창성 차수재를 이용한 보강공법(D.S.I.M.)을 개발하였다. 수팽창성 차수재를 이용한 침투저감 공법에 대한 적용효과를 확인하기 위해 경북 영천시에 있는 보현산댐에서 현장 적용성을 검토하였다. 현장조사결과 갤러리 내 배수량을 체크 및 수중 약액 조사를 실시한 결과 수직이음부에 연결된 배수공에서 침투가 많이 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 일부 지수판의 역할이 완벽히 이루어지고 있지 않음을 확인할 수 있었다. D.S.I.M.을 적용한 후 갤러리 내 배수량을 확인하였다. 침투가 많은 수직이음부 3개소에 먼저 시험시공을 한 결과 해당부위의 갤러리 내 배수량이 약 87% 저감된 것을 확인하였다. 나머지 13개소의 수직이음부에 적용한 결과 총 갤러리 내 총 배수량 기준으로 83%의 저감효과를 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 콘크리트 댐의 하류면에 서 보이는 물비침 및 침투수량을 저감하기 위해서는 상류면에서 수직이음부에서 침투를 방지하는 D.S.I.M.이 유효한 공법임을 확인 할 수 있었다. 국내외 타 콘크리트 댐의 경우에도 D.S.I.M.을 적용한다면 하류면에서 육안으로도 보이는 수직이음부를 통한 침투에 대한 보수효과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.

주요어 : 수축조인트, 지수판, 침투수량, D.S.I.M., 저감효과 Journal of the Korean Geo-Environmental Society 22(10): 21～29. (October 2021) http://www.kges.or.kr

ISSN 1598-0820 (Print)

ISSN 2714-1233 (Online)

DOI https://doi.org/10.14481/jkges.2021.22.10.21

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1. 서 론

콘크리트 댐은 수화열로 인한 균열을 제어하고 시공을 용이하게 하기 위해 적정한 위치에 가로수축이음부(이하 수축조인트)와 시공이음부(수평조인트)를 두게 된다. 수축 조인트는 일반적으로 댐의 특성, 수화열 검토, 타설방법 및 콘크리트 종류에 따라 간격을 결정하며, 일반적인 콘크리트 댐에서는 12~18m가 적당한 것으로 알려져 있다. 시공이음 부의 경우, 시공성을 위해 설치하게 되며 댐의 형식 및 크 기, 기후조건과 공사기간을 고려해야 한다. 일반적으로 중 력식 댐은 1.5~2.5m, 얇은 아치댐은 3m 또는 그 이상, RCC (Roller Compacted Concrete) 댐의 경우 0.25~0.4m(RCD 댐 은 0.75~1.0m)의 간격으로 한다(ICOLD, 1997). 과거에 시 공된 외국의 일부 콘크리트 댐인 Arlanzon 댐(스페인, 1933), Olivettes RCC 댐(프랑스, 1988) 등의 경우 수축조인트가 없이 시공이 된 사례가 있으나, 이후 발생된 균열로 인해 문제가 되어 보수한 사례가 있다(ICOLD, 2000).

콘크리트 댐의 경우 수축조인트를 통한 담수 후 수압에 의한 침투수를 배제하기 위해 수축조인트에 지수판과 배수 공을 설치하고 있으나 시간이 경과함에 따라 침투가 발생할 수 있다(USBR, 2016). 이는 온도에 따라 수축팽창을 하는 콘크리트 구조물의 특성상 동절기 중 수축조인트의 벌어짐, 타설 직후 건조수축에 따른 조인트 부분의 신･구콘크리트 접착 문제 등 다양한 원인이 있을 수 있다. 특히, PVC 지수 판의 경우 콘크리트 댐체와의 열팽창 계수가 다르기 때문에 해를 거듭할수록 수축팽창에 따른 계면 탈락 현상이 발생함 으로 인해 그 효과가 감소할 가능성이 크다. 여러 지하 건물 에 설치된 지수판에서 누수가 발생하는 경우를 살펴본 결과 잘못된 시공 뿐만 아니라 계면진동 및 표면오염과 같은 지 속적인 물리화학적 요인들이 원인으로 잘 알려져 있다. 이 러한 상용 PVC 지수판의 경우 10m의 수압에서도 역할을 충분히 소화하지 못하는 사례가 많다(Cho et al., 2019). 그러 나 이러한 지수판과 배수공의 한계에도 불구하고, 과거 지 수판과 배수공 없이 시공된 Seven Mile Dam(캐나다, 1979), Monceaux la Virole Dam(프랑스, 1946)의 경우 담수 이후 발생된 문제로 인해 그라우팅 또는 역청재(bituminous mastic) 와 실리콘으로 보수한 사례가 있어(ICOLD, 2000) 콘크리 트댐 설계에서는 필요한 요소라 할 수 있겠다.

미 개척국(USBR)에서 관리 중인 댐에서도 수축조인트를 통한 침투가 발생하고 있어 이를 저감하기 위한 여러 시도 가 이루어지고 있다. Pueblo 댐에서는 톱밥을 이용하여 침 투량을 저감시키려 하였으나 시간이 경과함에 따라 톱밥이 분해되어 실패하였고, Grand Coulee 댐에서는 멤브레인을 이용하였으나 마찬가지로 성공하지 못하여, 수팽창 칩과 케

미컬 그라우팅을 통해 당초 548L/min에서 10L/min까지 저 감하였으나 결국에는 원래 수준까지는 아니지만 다시 증가 한 것으로 보고되고 있다(USBR, 2016).

또한, 미국 코네티컷 주에 위치한 Easton Dam의 경우, 계 절적인 침투량 변동 패턴이 있었으며, 이를 통해 지수판이 시공되지 않았거나, 수축팽창을 반복하면서 상태가 악화된 것으로 파악되어 수직이음부에 우레탄폼 주입과 이탈방지 를 위한 실런트 처리를 시행하였으며, Washington 주에 위 치한 Chief Joseph Dam은 여수로 증가 후 6,183L/min에서 13,626L/min으로 침투량이 증가하였으며, 콘크리트 온도가 최저이고, 수축이 최대인 2월과 3월에 침투량이 최대인 것 으로 보고되었다. 따라서, 침투량을 저감시키기 위해 압축 목재 조각을 상류면 수직이음부에 투입하여 침투량 저감 및 조인트 입구가 목재조각으로 폐색된 것을 확인(‘89.3월)하 였으나 1년 후 재조사 결과 목재조각을 확인할 수 없었으 며, 하절기에 조인트가 닫히면서 유속이 저감되어 조인트 입구부에 흡착력이 사라져 목재조각들이 유실된 것으로 판 단하였다. 이후 폴리우레탄과 실런트 처리를 시행하여 조인 트 입구를 막는데 효과적인 것으로 조사되었다(US Army, 1999).

중국 진린 성에 위치한 Fengman 댐(H92m × L1,080m)의 경우, 담수 후 갤러리 침투수량이 최대 16,380L/min이고 하 류면 물비침 면적이 24,947m²에 달했으나, 역청재 라이닝, 그라우팅 등 다수의 보수공사 결과 39L/min, 440m²로 감소 하였다(Jia et al., 2008). 이뿐만 아니라, 해외유수의 국가에 위치한 중력식 또는 아치댐의 경우, 수축이음부에 대해 그 라우팅 등을 통해 수밀성을 확보하려는 다양한 사례를 찾아 볼 수 있다.

경북 영천시에 소재한 보현산댐의 경우, 갤러리 내 배수 량 확인 및 수중조사를 실시한 결과, 수축조인트에 연결된 배수공에서 침투가 주로 발생하는 것으로 확인되었다. 침투 로 인한 하류면의 물비침 등을 보수하기 위해 적절한 보수 공법을 통해 하류면에서 여러 차례 침투보수를 통해 시행하 였지만 보수효과가 길어야 1년에 불과한 것을 확인할 수 있 었다. 또한, 주된 보수공법으로 수평 그라우팅을 통해 급결 시멘트나 고분자 위주의 약액을 주입하는 공법을 매년 시행 하다보니 Fig. 1과 같이 빈번한 하자보수 천공으로 인해 하 류면 표면의 열화가 심해지고 있는 것을 육안으로도 확인할 수 있다. 이러한 하류면에서의 열화 등의 단점을 보완한 D.S.I.M.(Dam Sealing Innovation Method)라는 공법을 개발 하였다.

실제로 침투의 원인은 상류면에서 발생하며, 보현산댐의 경우 현재 운영 중인 댐으로 상류면에 40~50m의 압력수두 가 걸리고 있고, 12~15m 간격으로 설치된 수직이음부가 동

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Fig. 1. Section deteriorated by grouting downstream of Bohyunsan Dam

하절기 수축팽창 등으로 침투에 있어서는 가장 취약한 부분 이다. PVC 지수판과 콘크리트의 접합점이 수축팽창을 거듭 할수록 두 재료의 이질성으로 인해 탈락되어 수직이음부를 통해 유입된 물이 하류면으로 흘러들어 갈 수 있는 유로를 만들고 있다(Cho et al., 2019). D.S.I.M.은 담수되어 있는 상류면 중에서도 수직이음부를 통해 발생하는 침투를 차수 하는 공법으로 댐마루에서 지수판으로부터 상류면 쪽 부위 에 수직이음부를 수직으로 천공해 수팽창을 할 수 있는 차 수재를 투하하는 방식으로 이루어져 있다(Kim et al., 2017).

고분자 재료를 이용한 누수보수는 오랜기간 많은 연구가 이루어져 왔고 앞으로의 추세도 누수보강에 있어서 가장 많 은 비중을 차지할 것으로 예측되고 있다. Morgado et al.

(2012)은 용수로의 라이닝에 고분자 분리막을 사용했고, Gancartz et al.(2017)은 터널구조에서 고분자 에멀젼 그라 우팅 방법을 적용했으며, 중국의 Yang et al.(2017)의 연구 에서는 수영장 내에서의 방수를 위해 고분자 시멘트 방수 코팅을 적용했다. 최근에는 Liang et al.(2020)의 연구에서 석영, 벤토나이트 및 고분자 바인더를 결합해 만든 시드레 이션 입자를 누수보수용 재료로 활용한 결과 침투량을 극소 화시켰고, 자가치유에 대한 효과를 동시에 가질 수 있었다.

국내에서는 그라우팅 재료의 누수보수 능력의 평가방법에 대한 연구가 많이 이루어졌는데 그 중에서도 Jiang et al.

(2019)의 연구에서 열 응력, 화학적 부식 등의 6가지 환경적 요소에 의한 고분자 그라우팅 재료의 성능저하의 평가방법에 대한 연구를 통해 그라우팅 재료의 발전가능성을 모색했다.

하지만 팽윤성을 바탕으로 하는 고분자 재료를 응용해 댐과 같은 수압이 강한 환경에서의 누수저감 효과에 대한 연구사례는 아직 없다. 본 연구는 콘크리트댐의 수직이음부 에 대한 새로운 침투보수 공법인 D.S.I.M.을 소개하고, 실제 보현산댐에 적용한 사례를 바탕으로 D.S.I.M.의 장단점 분 석 및 추가 개선사항에 관해 서술하고자 한다.

2. D.S.I.M. 공법 및 연구방법

2.1 D.S.I.M.

D.S.I.M.은 Dam Sealing Innovation Method의 약자로써 콘크리트 댐의 댐 마루에서 수직이음부를 따라 수직천공 후 고체형 고분자 차수재인 DSI를 삽입함으로써 수직이음부 로 유입되는 물을 상류면으로부터 원천적으로 막는 공법이 다(Kim et al., 2017). 공법의 정의에서 알 수 있듯이 두가지 가 핵심 포인트이다. 첫 번째로, DSI 물질이다. DSI는 콘크 리트 구조물의 수직이음부 또는 이음부 침투를 막고자 2015 년부터 개발해 온 고체형 고분자 차수재이다. 정식명칭은 DSI-200으로 해당 특허에서 기술한 DSI-100 물질을 댐처 럼 수압이 강한 현장에 적용시키고자 인장강도를 크게 개선 시킨 물질이다. DSI는 아크릴계 고분자 하이드로젤의 일종 으로 물이 있는 상황에서 수축팽창을 지속적으로 할 수 있 는 차세대 수팽창 차수재이다. Fig. 2는 고분자 차수재의 차 수원리를 설명하는 개념도이다. 차수원리는 차수재를 구성 하고 있는 고분자가 물이 없는 상황에서는 수분을 배출함으 로써 수축하고, 댐처럼 수중에 잠겨있는 상태에서는 수분을 내부로 유입함으로써 부피를 팽창시키는 원리이다(Khan et al., 2016).

DSI는 수팽창 차수재의 기본구조인 하이드로젤의 팽윤 현상에 대한 물리화학적 기초 데이터를 바탕으로 고팽윤 하 이드로젤의 원리에 입각해 각종 첨가제에 대한 평가를 종합 한 결과, 댐에서와 같이 강한 수압을 견딜 수 있어야 하는 구조물에 최적화된 물질이다. 이같은 최적화는 하이드로젤 의 열역학적 이론을 통한 연구(Lee & Bae., 2020; Yang &

Bae., 2017), 가교제의 역학 등의 구조적인 측면에서의 연구 (Lee & Bae, 2015; Lee & Bae 2014), 염분 및 용액 내에서 의 팽윤성(Lee & Bae, 2015; Lee & Bae 2014) 및 분자동력

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(a) Shrinkage by drying (b) Expansion by swellng Fig. 2. Working principle of hydrogel waterstop

Table 1. Quality inspection certificate of DSI-200 (Issued by South Korea SDS)

No. Category Unit Method Result

1 Compression strength (5°C) MPa

Client’s method

0.55 2 Compression strength (25°C) MPa 0.50

3 Compression strength (50°C) MPa 0.52

4 Extension strength (25°C) MPa Client’s method

① 0.16

② 0.17

③ 0.16

④ 0.15

5 Swelling (168hr, DIW, 5) %

KS M 6793 : 20 15 (Appl.)

105 6 Swelling (168hr, DIW, 25) % 96

7 Swelling (168hr, DIW, 50) % 94

8 Time to stop (1 bar) hr

Client’s method

94 9 Time to stop (3 bar) hr 27

10Time to stop (5 bar) hr 7

11 Appearance status after repeated low

temperature and high temperature tests - Client’s method contraction 12 Toxicity for gold fish

Initial -

KS I 3217 : 20 0 8 (Appl.)

No fatalities or addictive symptoms

24 hr - No fatalities or addictive symptoms

48 hr - No fatalities or addictive symptoms

96 hr - No fatalities or addictive symptoms

학 방법론을 통한 공중합체의 팽윤성(Jung & Bae, 2009) 등 의 실험실내에서의 연구 데이터에 바탕을 둔채 최적화 시스 템에 의거한 합성 방법론을 통해 실현할 수 있었다.

이렇게 최적화된 DSI 물질이 유입되는 물을 만나 부피가 팽창되어 물이 지나가는 공간을 메워줌으로써 더 이상 유수 가 진행되지 않도록 만듦으로써 효과적으로 차수효과를 낸 다. 핵심적으로 요구되는 성능은 두가지로 팽윤성과 인장강 도이다. 팽윤성은 천공된 부위의 공간보다 10% 정도 더 팽 윤되는 것을 최소한의 요구조건으로 할 수 있다. 고분자 재 료의 강도는 여러 가지로 측정할 수 있는데, 그 중 50m 수 심에서의 수압이 5 bar 정도로 누른다고 알려져 있기 때문 에 최소 5 bar의 수압을 견뎌내는 테스트를 통과해야 한다.

인장강도는 하이드로젤의 경우 일반적인 고분자나 건축재 료에 비해 상당히 작은 값을 가지고 있기에 0.1MPa 이상이 되면 작업하거나 운반하기에 큰 무리가 없는 것으로 알려져 있다. 추가로 담수에 사용되는 고분자 제품이기에 혹여 해 로운 성분이 용출되면 안되기 때문에 어독성에 대한 테스트 도 통과해야만 한다. DSI-200의 제품성능에 대한 검증은 Table 1에서 볼 수 있듯이 댐의 차수에 필요한 성능을 만족 시킨다.

D.S.I.M.은 옥외에서 시행되는 공법이므로 단순히 제품 의 성능이 우수한 것에 그치는 것이 아니라, 외부 환경의 영향에 의한 지속적인 성능의 발휘가 이루어져야 한다. 강 원도 화천에 있는 작은 보에서 Fig. 3과 같이 mock-up 테스

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Fig. 3. Mock-up test (size 120mm x ∅120mm)

(a) Contraction Joint 4 (b) Deteriorated Section Block 9 Fig. 4. Underwater inspection pictures

Table 2. Drainage amount in the gallery of Bohyunsan Dam (2020.3)

J4 J5 B6-2 B7-1 B8-1 B9-2 J9 B11-1 B11-2 J11 B12-1 B12-2 Total

Drain

(L/min) 90 3 3 3 36 60 54 36 9 18 5 11 336

Fig. 5. D.S.I.M. process scheme for upstream side

트를 1년여에 걸쳐 수행한 결과 사계절의 영향에도 불구하

고 제품의 성능이 저하되지 않는 것을 확인하였다.

2.2 보현산댐에의 적용

이 공법을 적용하기에 앞서 실제 침투가 수직이음부를 통해 유입되는 것이 맞는지에 대한 여부를 확인하는 것이 우선이다. 손쉽게 접근할 수 있는 데이터로 주기적으로 측 정하고 있는 갤러리 내에서의 각 배수공을 통한 배수량 값 을 확인해 보았다. Table 2를 보면 수직이음부 4번 배수공 의 배수량이 분당 90L로 가장 많았고 그 다음으로 9번, 11 번 수직이음부의 배수공들이 각각 54L/분, 18L/분의 유입량 을 보이고 있음을 알 수 있다.

하지만 수평조인트나 벽체를 통한 침투를 대변하는 내부 배수공들의 양도 최대 60L/분의 유입량을 나타내는 것으로 보아 수직이음부가 침투의 가장 큰 원인이 맞는지에 대한 의견이 분분했다. 이에 잠수부를 이용한 수중조사를 통해

침투의 원인을 직접적으로 조사해보았다. Fig. 4를 보면 보 현산댐의 상류면에 대한 수중조사 시 수직이음부 및 단면 침투부위로 조사약액이 빨려들어가는 것을 알 수 있다. 2차 에 걸친 수중조사결과는 약 70% 이상이 수직이음부를 통해 침투가 발생한 것으로 나타났다. 이를 통해 수직이음부가 침투의 가장 큰 원인으로 밝혀졌고, D.S.I.M. 시공을 통해 침투저감효과를 기대할 것으로 예상되었다.

보현산댐의 수직이음부는 시공 시 진동압입식 조인트 설 치 장비를 이용 줄눈강판(t = 0.27mm)을 삽입하는 방식을 적용하였기에 댐마루로부터 수직이음부를 따라 장비로 천 공하기에는 어려운 조건이다. 따라서 댐마루 수직천공을 대신해 Fig. 5와 같이 상류면 수직이음부 앞부분을 SUS커 버로 덮고 그 안에 DSI 물질을 삽입하는 방식으로 변경하 였다.

D.S.I.M.의 시공절차는 다음과 같다. DSI 물질 및 SUS

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(a) Installing front cover (b) DSI insertion (c) Repetition upwardly Fig. 6. D.S.I.M. process flow chart

커버를 생산해야 하며, SUS는 담수가 되어도 녹이 슬지 않 아야 하기에 SUS-316으로 선정하였다. 그 후 수상운반을 통해 시공이 이루어지는 부위에 정박한 바지선으로 자재를 운반한 후 잠수부들이 잠수를 시작한다. 잠수공사는 여러 가지 안전수칙에 의거해 모든 절차를 거치며 진행되었으며, 잠수부는 투입된 후 시공할 부위의 단면을 먼저 브러시 등 으로 면처리한 후 SUS를 대고 앵커 구멍에 맞춰 수중드릴 로 천공을 한다. DSI 물질 및 SUS의 한개의 길이는 1m로 앵커구멍은 약 200~250mm 간격으로 좌우 4개씩 총 8개이 다. 앵커의 길이와 크기는 정해진 것은 아니지만 해당 SUS 를 잘 지지할 수 있는 규격으로 길이 100mm에 ∅12mm 정 도면 적당하다. 이번 공사에서는 앵커도 녹이슬지 않도록 SUS-316으로 시공했다. 천공 후 SUS 커버를 설치하고 그 안으로 물질을 삽입한다. 바닥부터 시작해 1m 간격으로 위 로 올라가며 시공을 반복한다. Fig. 6은 D.S.I.M.의 시공절 차 및 보현산댐에서의 실제 시공사진을 보여주고 있다. 모 든 시공을 다 진행하기 전 본 공법의 효과를 실제로 검증하 기위해 시험시공을 우선 실시하기로 했다. 갤러리에서 배 수량이 가장 많은 수직이음부 4번과 9번을 먼저 진행해 갤 러리 내 배수량을 체크한 후 나머지를 추가로 진행하기로 했다.

공사는 잠수부들의 시공속도를 고려해 공사는 두 구간에

걸친 스케쥴로 진행되었다. 애초에 시험시공 부위인 수직이 음부 4번과 9번, 9번블록 EL223을 먼저 실시하고, 그 이후 피드백을 받아서 나머지 구간들을 2020년 12월까지 완공하 는 계획으로 세웠다. 하지만 공사를 시작한 이후 2개월 동안 장마 및 태풍의 영향으로 시공이 지연되었고, 또한 강우량 이 많아 수심이 시공 초보다 10m 이상 증가한 EL235m까지 상승하는 바람에 겨울이 되어 수온의 급격한 저하로 수중공 사가 불가능하게 되어 11월까지 공사를 진행한 후 나머지 잔여분은 해를 넘겨 2021년 4월부터 6월까지 진행하게 되 었다. 공사 중 7번블럭 EL216m 구간 및 11번블록 EL202m 구간 2개소의 단면복구 구간이 추가로 발견되어 이 부분도 추가공사를 진행했다. 수중공사는 홍수기를 제외한 4월~6 월 사이, 또는 9월~11월 사이가 좋으나, 수심을 고려했을 때에는 수심이 가장 낮아지는 4~6월 사이가 가장 좋다.

2.3 시공결과 정리 및 분석

모니터링은 총 3가지 방식으로 했다. 첫 번째는 시공 직 후 시공부위에 대한 침투조사를 직접하는 것이다. Fig. 7과 같이 수중조사와 동일한 방식으로 잠수부가 시공이 끝난 부 위에 약액을 뿌려가며 침투부위가 있는지 확인하는 것이다.

시공 직후 약액조사 시 침투부위는 발견되지 않았다.

두 번째는 갤러리 내에서의 배수량을 체크하는 것이다.

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Fig. 7. DSI waterstop insertion and liquid-penetration inspection

Table 3. Comparison of the water drainage amount in the gallery of Bohyunsan Dam

Location Gallery drainage amount

Before D.S.I.M (L/min) After D.S.I.M. (L/min) Reduction (%)

Contraction joint drainage 4 100 6 94

Internal drainage 7-1 12030 75

Internal drainage 9-2 1500 10 0

Contraction joint drainage 9 5017 66

Internal drainage 11-1 41 4 90

Contraction joint drainage 11 24 010 0

Internal drainage 12-1 19 6 68

Total 484 84 83

갤러리 내에서 배수가 되는 물은 배수공으로 흘러나가도록 설계가 되었지만, 배수량이 일정량 이상 많아지게 되면 배 수공으로 흘러가는 것보다 수직이음부를 따라 갤러리를 우 회해 하류면쪽으로 흘러가는 양도 점점 증가하게 된다. 이 는 갤러리 내에서 수직이음부 부근에 대한 침투가 항상 존 재하는 것을 보면 알 수 있다. 이에 대한 보수도 주기적으로 시행하고 있다. 갤러리 배수량은 월별로 주기적으로 실시해 오고 있던 터라 D.S.I.M. 시공의 효과에 대한 가장 직접적 인 점검방식이다. Table 3은 D.S.I.M. 전체 시공 전후로 갤 러리 내에서의 배수량을 비교한 표이고 Fig. 8은 수위에 따 른 배수공별 배수량의 월별 추세 그래프이다. 장마 및 태풍 으로 시공 도중 수심이 10m 이상 증가했음에도 불구하고 갤 러리 내 총 배수량 기준으로 83% 저감효과를 확인할 수 있 다. 수중조사 시 수직이음부에 누수부위가 가장 많았던 수

직이음부 4번은 고점인 2020년 4월 기준 100L/분 대비 공 사 끝난 후인 2021년 8월 기준 6L/분으로 94%의 감소량을 보였다. 수직이음부 9번이나 11번의 배수량도 각각 66%, 100%의 저감률을 보였다. 최소한 수직이음부의 침투에 대 한 D.S.I.M.은 성공적이라고 할 수 있다. 이외에도 같이 보 수했던 9번블록에 대한 내부배수공의 저감률은 고점 150분/L 에서 0분/L로 측정이 불가한 수준까지 저감됨을 보여준다.

갤러리 내에서의 배수량 측정은 이번 D.S.I.M. 시공을 통해 상류면에서 댐체를 통해 하류면으로 흘러가는 물의 유입이 상당히 줄었음을 알 수 있다.

마지막으로, 이번 공사의 직접적인 원인이 되는 하류면 에서의 물비침 발생여부에 대한 육안조사이다. 시공 전 물 비침이 다수 발생했던 부위에 대한 육안조사 시 시공 후 대 부분의 위치에서는 발생하지 않았음을 확인했다. ‘21년 6월

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Fig. 8. Change of drainage amount in the gallery of Bohyunsan Dam before and after D.S.I.M.

말에 시공을 완료함에 따라 수축조인트의 거동에 따른 내구 성 및 효과검증은 동절기를 포함하여 최소 1년간 모니터링 이 필요한 것으로 판단되지만, 현재까지 저감된 수준은 상 당한 것으로, 만약 내년까지 침투수량 저감효과가 지속된다 면 우레탄, 아크릴 등 종래 공법의 한계를 뛰어넘는 혁신적 인 방수공법으로 댐 뿐만 아니라 다양한 구조물에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

3. 결 론

D.S.I.M.은 콘크리트 댐에서 기존의 하류면에서의 그라 우팅을 통한 상류면으로부터 유입된 누수를 말단에서 막는 방법으로부터 탈피해 상류면에서 수직이음부를 통해 유입 되는 물을 원천적으로 차단시키는 효과적인 공법이다. 보현 산댐 현장에서 처음 시도해 본 결과 현장 적용성은 계절적 영향으로 인한 잠수공사의 지연이 수반된 것을 제외하고는 나머지 부분에 대해서는 특이사항 없이 용이했다. 시공 중 잦은 장마와 태풍으로 수심이 10m 이상 깊어져 수압이 증 가해 각 조인트별로 갤러리 내 배수량이 급격히 증가했음에 도 불구하고 D.S.I.M. 시공이 진행될수록 배수량 저감효과 가 눈에 띄게 나타나는 것을 보았고, 최종 시공 후 총 배수 량 기준으로 83% 이상의 저감효과를 확인할 수 있었다. 장 마로 인한 수위상승이 오히려 D.S.I.M.의 효과를 더 두드러 지게 나타내는 결과가 되었다. 추후 계속 모니터링 할 예정 으로 그 저감효과가 언제까지 지속될지 모르겠지만 공사를

시작한지 1년 가까이 지난 후 배수량을 체크했을 때 효과가 계속 유지되는 것으로 보인다. DSI 물질이 30년 정도의 수 명을 가진다고 하니 최소한 10년 이상 보수효과를 유지할 것으로 예상된다. 또한 잠수부들의 안전문제도 매일 세심히 체크해야 할 사항이다. 이런 D.S.I.M.의 공법적인 문제점을 극복하기 위해서 생각할 수 있는 것이 장비적인 부분으로의 해결책으로 수중 공사 로봇의 도입이다. 현재 200m 이상 수 심이 깊은 바닷속 건설용도로 수중로봇이 많이 개발되어 현 장에 투입되고 있는 실정이다. 댐은 수심이 30~60m 정도로 해당 로봇들을 사용하기에는 부대장비의 규모와 비용을 감 당하기에 어려움이 있기에, 비교적 얕은 수심에서 사용할 수 있는 수중 건설 로봇을 개발한다면 D.S.I.M.과 같은 수 중에서의 침투보수 공법은 더욱 효과적으로 시행될 수 있을 것으로 보인다.

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