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제출문
최종보고서 초록
요약문
SUMMARY
목차
제1장 연구 개요 23
1.1. 연구 개발의 필요성 23
1.1.1. 연구배경 33
1.2. 연구개발의 목표 및 내용 36
1.2.1. 연구개발의 목표 36
1.2.2. 연구개발의 내용 36
제2장 동적원심모형실험을 통한 증고 저수지의 정밀 안정성 평가 38
2.1. 원심모형실험의 개요 38
2.1.1. 원심모형실험의 원리 38
2.1.2. 원심모형실험 장비 40
2.1.3. 진동대 및 등가전단보(ESB) 박스 41
2.2. 원심모형실험 과정 48
2.2.1. 모형저수지 단면 및 계측위치 결정 48
2.2.2. 저수지 모형의 제작 51
2.2.3. 실험방법 51
2.3. 동적원심모형실험 결과 53
2.3.1. Case 1 53
2.3.2. Case 2 69
2.4. 결론 84
제3장 수지해석을 통한 증고 저수지의 동적 거동특성 평가 86
3.1. 서론 86
3.1.1. 연구방법 86
3.2. 동적해석을 위한 조건 87
3.2.1. 수치해석의 개요 87
3.2.2. 모래의 반복탄소성 구성식 87
3.2.3. 해석단면 및 물리량 측정위치 96
3.2.4. 해석을 위한 조건 98
3.3. 수치해석 결과 104
3.3.1. 침투거동 104
3.3.2. 동적거동 113
3.3.3. 동적원심모형실험과 수치해석의 비교 137
3.4. 결론 138
제4장 증고 저수지의 안정성 관리 방안 140
4.1. 서론 140
4.2. 국내외 자료조사 141
4.2.1. 관련 연구동향 141
4.2.2. 해외의 댐 및 저수지 진단방법 142
4.2.3. 국내 저수지 안전진단체계 146
4.3. 현행 정밀안전진단 평가체계의 문제점 및 개선방향 164
4.3.1. 정밀안전진단 평가기준의 문제점 164
4.3.2. 정밀안전진단 평가기준 개선방향 169
제5장 증고 저수지의 차수보강을 위한 그라우팅 설계기준 연구 202
5.1. 저수지의 차수보강 공법 조사분석 202
5.1.1. 차수보강 대책의 분류 202
5.1.2. 누수에 대한 대책 202
5.1.3. 사면활동에 대한 대책 203
5.1.4. 변위에 대한 대책 203
5.1.5. 기초의 지반의 불안정에 대한 대책 203
5.1.6. 제체의 균열에 대한 대책 203
5.1.7. 제체 증고에 대한 대책 204
5.2. 저수지의 차수보강을 위한 그라우팅공법 조사분석 205
5.2.1. 차수보강 그라우팅공법의 분류 및 선정 205
5.2.2. 차수보강을 위한 그라우팅 공법의 검토 206
5.3. 증고 저수지의 차수보강을 위한 그라우팅 설계기준 연구 211
5.3.1. 설계 개요 211
5.3.2. 시공위치 결정 212
5.3.3. 그라우팅 주입심도 결정 214
5.3.4. 주입열과 공간격 결정 215
5.3.5. 주입재료 설계 217
5.3.6. 그라우팅 량 설계 218
5.3.7. 설계도면 작성 219
5.4. 증고 저수지 적용을 위한 개선된 자동화 그라우팅 기술 223
5.4.1. 개선된 그라우팅기술 체계 223
5.4.2. 제1단계: 주입 전 시공조건 평가 224
5.4.3. 제2단계: P~q~t chart 검측 및 유형분석 232
5.4.4. 제3단계: 주입시공 자동관리 235
5.4.5. 제4단계: 결과평가 및 원격관리 249
5.4.6. 개선된 자동화 그라우팅 시스템 소프트웨어(AGS S/W) 250
5.5. 증고 저수지의 차수보강 그라우팅 시공 Flow 257
5.5.1. 한계주수시험 위치 결정 258
5.5.2. 주입심도별 시공관리 기준 결정 259
5.5.3. P~Q~T chart 유형분석 260
5.5.4. 시공 후 주입량 검토 261
5.5.5. 시공 전·후 현장투수계수 검토 262
5.5.6. 시공 전·후 전기비저항 탐사 검토 263
제6장 자동화 그라우팅 시스템을 적용한 현장시험시공 266
6.1. 현장시험시공을 위한 현장선정 및 지반조사 266
6.1.1. 현장현황 266
6.1.2. 지반조사 267
6.2. 현장 시험시공 및 시험결과 268
6.2.1. 시험시공 계획 268
6.2.2. 시험시공 보강계획 269
6.2.3. 시험시공 배합비 계획 269
6.2.4. 현장시험시공 사진 271
6.2.5. 한계주수시험 위치결정 및 시험결과 272
6.2.6. 주입심도별 시공관리 기준 결정 274
6.2.7. 시험시공 그라우팅 분석결과 275
6.3. 결론 287
참고문헌 289
부록 1. 증고 저수지의 차수보강 매뉴얼 293
목차 294
제1장 기본 編 298
제2장 설계 編 305
제3장 시공계획 編 316
제4장 시공관리 編 324
첨부 332
1. 증고 저수지의 차수보강 그라우팅 공법 분류 333
2. 증고 저수지 차수보강 표준설계도면 337
3. 한계주수시험법 341
4. 루전시험법 344
5. 시공장비 349
6. 시공순서 350
7. 주입공의 배치 352
8. 주입시공 자동관리 353
9. 주입효과 확인 361
10. 결과보고서 제출 366
11. 저수지 그라우팅 주입공사 check list 367
부록 2. 중고 저수지의 그라우팅 시방서 369
목차 370
제1장 일반사항 373
제2장 재료 374
제3장 장비 375
제4장 시공 378
제5장 주입효과 확인 390
제6장 증고 저수지 그라우팅 주입공사 check list 397
부록 3. 증고 저수지의 그라우팅 표준품셈 399
필댐 그라우팅 공사용 품셈적용 설계내역서 403
연구개발성과 활용계획서 481
기술 요약서 486
표 1.1. 저수지 둑 높이기(증고) 지구 현황 24
표 1.2. 태풍 통과시 일최다강우량 현황 29
표 1.3. 중규모 저수지의 설계강수량 현황 30
표 1.4. 국내 댐 및 저수지 사고 사례 31
표 1.5. 시·도별 저수지 붕괴시 하류 피해 예측 32
표 2.1. 원심모형실험의 상사 법칙 40
표 2.2. 원심모형장비의 제원 41
표 2.3. 진동대의 주요 제원 44
표 2.4. 저수지 모형 실험 재료의 물리적 특성 49
표 2.5. 순차적 상승에 따른 지진파별 입력가속도 53
표 3.1. 설계정수 99
표 4.1. 미국의 댐 진단표 144
표 4.2. 일본의 댐 진단표 145
표 4.3. 제정부 158
표 4.4. 상류사면 160
표 4.5. 하류사면 162
표 4.6. 평가기준 고정수치 항목 166
표 4.7. 현행 저수지 정밀안전평가기준의 문제점 168
표 4.8. 정밀안전진단보고서 169
표 4.9. 집중도 분석 결과(제정부) 173
표 4.10. 집중도 분석 결과(상류사면) 174
표 4.11. 집중도 분석 결과(하류사면) 174
표 4.12. 제정부 종·횡방향 균열 180
표 4.13. 제정부 침하 181
표 4.14. 제정부 수평변위 182
표 4.15. 제정부 제체유실 183
표 4.16. 제정부 사면불안정 184
표 4.17. 상류사면 누수 185
표 4.18. 상류사면 침하 및 변형 186
표 4.19. 상류사면 차수벽 노후화 187
표 4.20. 상류사면 사면불안정 및 사면보호 188
표 4.21. 상류사면 사면침식 189
표 4.22. 상류사면 식생 190
표 4.23. 하류사면 누수 191
표 4.24. 하류사면 사면불안정 193
표 4.25. 하류사면 사면보호상태 194
표 4.26. 하류사면 침하 및 변형 195
표 4.27. 하류사면 사면침식 196
표 4.28. 하류사면 식생 197
표 4.29. 하류사면 동물의 굴 198
표 4.30. 증고제체 제정부 균열 199
표 4.31. 증고제체 제정부 침하 200
표 4.32. 증고제체 사면보호 201
표 5.1. 저수지의 주요 손상원인별 차수보강 대책 분류 202
표 5.2. 차수보강을 위한 그라우팅의 분류 206
표 5.3. 저수지의 차수보강을 위한 그라우팅의 공법 검토 207
표 5.4. 저수지의 그라우팅 시공방법 및 세부공법 검토 208
표 5.5. 주입공법의 특수공법 검토 209
표 5.6. 치환 및 교반혼합공법의 특수그라우팅 공법 검토 210
표 5.7. 지반특성별 주입재료 적용형태 분류 217
표 5.8. 주입재료별 대상지반 분류 217
표 5.9. 침투주입가능(Groutability) 기준 217
표 5.10. 주입재의 충전율 및 주입율표 218
표 5.11. 수압시험 모식도 및 투수계수 산정식 226
표 5.12. P-Q 곡선에 의한 암반의 투수성 평가 (Houlsby) 227
표 5.13. Lugeon test 유형별 발생빈도 228
표 5.14. 토립자 공극의 등가반경 230
표 5.15. 설계인자(p, q, R) 적합성 검증 사례 230
표 5.16. 토사층의 주입유형 판정 및 조치방안 233
표 5.17. 암반층의 주입유형 판정 및 조치방안 234
표 5.18. Case-1. 이상적인 주입형태 : 정량~정압 주입형 244
표 5.19. Case-2. 예측되지 않은 대공극 출현 시 : 저압~과량 주입형 245
표 5.20. Case-3. 설계와 상이한 지반 출현 시 : 과압~과소 주입형 246
표 5.21. 한계주수시험 절차 250
표 5.22. Lugeon시험 절차 251
표 5.23. p~q~t chart 검출시험 절차 252
표 5.24. 그라우팅 설계 절차 253
표 5.25. 주입관리 개별 모니터링 절차 254
표 5.26. 주입관리 전체 모니터링 절차 255
표 5.27. 자동 레포트 작성 절차 256
표 5.28. 한계주수시험을 통한 현장 시공관리 기준표(사례) 259
표 5.29. 전기비저항 탐사 분석결과의 판단 방법 264
표 6.1. 지층현황 및 측정 투수계수 267
표 6.2. 시험시공물량 269
표 6.3. 시험시공의 표준배합비 270
표 6.4. 17번 공 3m구간 한계주수시험 결과 273
표 6.5. 17번 공 7m구간 한계주수시험 결과 273
표 6.6. 한계주수시험을 통한 현장 시공관리 기준 274
표 6.7. p~q~t chart 유형별 시공 분포 275
표 6.8. m-ROG+SC 알고리즘 그라우팅 분석표 (32번홀) 276
표 6.9. m-ROG+SC 알고리즘 그라우팅 분석표 (32번홀) 277
표 6.10. 정량~정압 유형 관리 278
표 6.11. 정량주입 유형 관리 279
표 6.12. 과압~과소 유형 관리 280
표 6.13. 저압~유실 유형 관리 281
표 6.14. 대상지반 주입량 검토결과 282
표 6.15. 현장 투수시험 결과값 282
표 6.16. 조사 개요 285
표 6.17. 물리탐사시험 결과 286
표 1.1. 저수지의 주요 손상원인별 차수보강 대책 분류 299
표 1.2. 차수보강을 위한 그라우팅의 분류 302
표 2.1. 지반특성별 주입재료 적용형태 분류 313
표 2.2. 주입재료별 대상지반 분류 313
표 2.3. 침투주입가능(Groutability) 기준 314
표 2.4. 주입재의 충전율 및 주입율표 315
표 3.1. 저수지 그라우팅 공사의 그라우트 주입방식 321
표 4.1. 저수지 그라우팅 공사에서의 관리 항목 326
표 4.2. 주입위치에서 관리항목 327
표 2.1. 대상지반에 따른 주입재의 종류 374
표 2.2. 주입재의 종류, 분말도, 평균입경 374
표 4.1. 활성실리카계 1.0shot 표준 배합비 379
표 4.2. 주입재의 충전율 및 주입율의 참고 값 382
표 4.3. 토사층의 주입유형 판정 및 조치방안 387
표 4.4. 암반층의 주입유형 판정 및 조치방안 389
표 5.1. 주입효과 방법 및 판정방법 395
표 6.1. 증고 저수지 그라우팅 주입공사의 check list 398
그림 1.1. 저수지 증고 방안 모식도 28
그림 1.2. 제체덧쌓기 형식의 개선 방안 제안 29
그림 1.3. 수직형 제체덧쌓기 형식의 증고 저수지 모식도 35
그림 2.1. 원심모형실험장비 41
그림 2.2. KOCED 지오센트리퓨지 실험센터의 동적 원심모형시험 시설 43
그림 2.3. ESB 박스 모식도 43
그림 2.4. KAIST 보유 모델 박스 45
그림 2.5. ESB 박스의 경계 조건 모사 개념 45
그림 2.6. 진동대의 동적 균형 46
그림 2.7. 진동대 모식도 47
그림 2.8. 수직형 제체덧쌓기 방식 증고저수지 48
그림 2.9. 조건별 단면도 및 계측기 설치위치 50
그림 2.10. 모형저수지의 제작 (Case 1) 51
그림 2.11. 입력지진파형 52
그림 2.12. Ofunato (Bedrock PGA : 0.032g, 가진번호 5) 57
그림 2.13. Ofunato (Bedrock PGA : 0.101g, 가진번호 7) 58
그림 2.14. Ofunato (Bedrock PGA : 0.246g, 가진번호 10) 59
그림 2.15. Hachinohe (Bedrock PGA :0.031g, 가진번호 16) 60
그림 2.16. Hachinohe (Bedrock PGA :0.120g, 가진번호 20) 61
그림 2.17. Hachinohe (Bedrock PGA :0.266g, 가진번호 23) 62
그림 2.18. 기반암 가속도 대비 위치별 최대 응답가속도 (Case 1) 65
그림 2.19. 기반암 가속도 대비 위치별 최대 수평변위 (Case 1) 66
그림 2.20. 기반암 가속도 대비 위치별 침하량 (Case 1) 67
그림 2.21. 기반암 가속도 대비 위치별 간극수압 (Case 1) 68
그림 2.22. Ofunato (Bedrock PGA :0.028g, 가진번호 5) 72
그림 2.23. Ofunato (Bedrock PGA :0.115g, 가진번호 8) 73
그림 2.24. Ofunato (Bedrock PGA :0.246g, 가진번호 12) 74
그림 2.25. Hachinohe (Bedrock PGA :0.031g, 가진번호 16) 75
그림 2.26. Hachinohe (Bedrock PGA :0.124g, 가진번호 20) 76
그림 2.27. Hachinohe (Bedrock PGA :0.250g, 가진번호 23) 77
그림 2.28. 기반암 가속도 대비 위치별 최대 응답가속도 (Case 2) 80
그림 2.29. 기반암 가속도 대비 위치별 최대 수평변위 (Case 2) 81
그림 2.30. 기반암 가속도 대비 위치별 침하량 (Case 2) 82
그림 2.31. 기반암 가속도 대비 위치별 간극수압 (Case 2) 83
그림 3.1. 과압밀경계곡면 92
그림 3.2. 석션 해방에 따른 σmb' 변화 모식도(이미지참조) 93
그림 3.3. 석션 해방에 따른 과압밀 경계면 수축의 모식도 93
그림 3.4. 초기 수압의 모식도 96
그림 3.5. 제체의 형상 및 물리량의 측정위치(Case 1) 97
그림 3.6. 제체의 형상 및 물리량의 측정위치(Case 2) 97
그림 3.7. 비투수계수와 수분특성곡선 100
그림 3.8. 동적수치해석을 위한 입력파형 101
그림 3.9. 경계조건 및 해석모델링 103
그림 3.10. 침투과정 중에서의 간극수압의 변화(Case 1) 106
그림 3.11. 침투과정 중의 연직변위의 변화(Case 1) 108
그림 3.12. 침투과정 중의 간극수압의 변화(Case 2) 111
그림 3.13. 침투과정 중의 연직변위의 변화(Case 2) 112
그림 3.14. 동적재하 시 간극수압의 분포 114
그림 3.15. 동적재하 시 간극수압의 경시변화 115
그림 3.16. 동적재하 시 침하의 경시변화 116
그림 3.17. 가속도 측정위치 117
그림 3.18. 각 측정점에서의 최대가속도의 증폭비 118
그림 3.19. 제체 내 위치별 가속도 응답(Hachinohe 지진파) 119
그림 3.20. 제체 내 위치별 가속도 응답(Ofunato 지진파) 122
그림 3.21. 동적재하 시 간극수압의 분포 126
그림 3.22. 동적재하 시 간극수압의 경시변화 127
그림 3.23. 동적재하 시 침하의 경시변화 128
그림 3.24. 가속도 측정위치 129
그림 3.25. 측정점에서의 최대가속도의 증폭비 130
그림 3.26. 제체 내 위치별 가속도 응답(Hachinohe 지진파) 131
그림 3.27. 제체 내 위치별 가속도 응답(Ofunato 지진파) 134
그림 4.1. 균열의 발생 형태 148
그림 4.2. 지반함몰 및 누수의 발생 형태 150
그림 4.3. 침하 발생 형태 152
그림 4.4. 침식 발생 형태 153
그림 4.5. 활동 발생 형태 154
그림 4.6. 식생의 발생 형태 156
그림 4.7. 사면보호공 및 사면끝단부 상태 157
그림 4.8. 미국(EPRI)의 댐 진단과 성능평가 목록 167
그림 5.1. 저수지 증고방식분류에 따른 그라우팅 설계 흐름도 211
그림 5.2. 각 증고방법의 표준단면도 212
그림 5.3. 제체 덧쌓기 방식의 그라우팅 적용방안 213
그림 5.4. 후면 덧쌓기 방식의 그라우팅 적용방안 213
그림 5.5. 이설 쌓기 방식의 그라우팅 적용방안 213
그림 5.6. 그라우팅 주입심도결정을 위한 지층현황도 214
그림 5.7. 그라우팅 주입심도결정을 위한 투수단면도 214
그림 5.8. 종합적으로 검토한 주입심도 기반 차수보강 계획도 215
그림 5.9. 침투량에 따른 주입공 배치 및 조사공 간격 설계 216
그림 5.10. 증고 저수지의 차수보강 그라우팅 표준설계도면 219
그림 5.11. 제체 덧쌓기 방식 차수보강 그라우팅 표준단면도 220
그림 5.12. 후면 덧쌓기 방식 차수보강 그라우팅 표준단면도 221
그림 5.13. 이설 쌓기 방식 차수보강 그라우팅 표준단면도 222
그림 5.14. 개선된 그라우팅 기술체계 223
그림 5.15. 한계주수시험 모식도 225
그림 5.16. 주입설계 조정 flow 231
그림 5.17. P~Q~T chart 검측 232
그림 5.18. 변화 없는 주입형태 235
그림 5.19. 급격한 변화 주입형태 235
그림 5.20. 주입압 관리 단계도 236
그림 5.21. HK 자동관리 기법 238
그림 5.22. m-ROG 관리기법을 위한 구면침투모델 239
그림 5.23. 그라우트재의 시간에 따른 점도변화 240
그림 5.24. 00저수지 제방 시공사례 241
그림 5.25. 예측주입량과 실측주입량의 동조화에 의한 주입관리 242
그림 5.26. Qmax와 Qmin을 이용한 주입관리 242
그림 5.27. 관리한계를 임의 설정한 후 주입관리 243
그림 5.28. m-ROG를 이용한 폐색징후 예측 및 조치 247
그림 5.29. m-ROG를 이용한 재료유실 징후 예측 및 조치 247
그림 5.30. 침투길이 주입완료 기준 248
그림 5.31. 개선된 실시간 관리한계 설정 248
그림 5.32. 결과평가 및 보고서 작성 249
그림 5.33. 원격관리 체계 구축 249
그림 5.34. 증고 저수지의 그라우팅 시공 flow 257
그림 5.35. 한계주수시험 위치 결정 258
그림 5.36. 한계주수시험 결과 258
그림 5.37. 주입심도별 시공관리 기준 259
그림 5.38. P-Q-T chart 유형분석 260
그림 5.39. 주입 유형 통계분석 261
그림 5.40. 시공 후 주입량 검토 261
그림 5.41. 수위변화에 의한 현장투수시험 262
그림 5.42. 시공 전·후 현장투수계수 평가 263
그림 5.43. 전기비저항 탐사 모식도 265
그림 5.44. 시공 전·후 전기비저항 탐사 결과 265
그림 6.1. 시험시공현장 사진(충청북도 위치) 266
그림 6.2. 지층 단면도 267
그림 6.3. 투수계수 분포도 268
그림 6.4. 시험시공 보수보강 구간계획 268
그림 6.5. 시험시공 배치도 269
그림 6.6. 현장시험시공 사진 271
그림 6.7. 한계주수시험 272
그림 6.8. 한계주수시험 위치 결정 272
그림 6.9. 주입심도별 시공관리 기준 결정 274
그림 6.10. 전열/후열 주입현황도 283
그림 6.11. 현장투수시험 시험결과 284
그림 6.12. 물리탐사시험 위치도 285
그림 6.13. 물리탐사시험 사진 285
그림 1.1. 증고방안에 따른 모식도(내용없음) 296
그림 2.1. 저수지 그라우팅 설계 순서 305
그림 2.2. 각 증고방법의 표준단면도 306
그림 2.3. 제체 덧쌓기 방식의 그라우팅 적용방안 307
그림 2.4. 후면 덧쌓기 방식의 그라우팅 적용방안 307
그림 2.5. 이설 쌓기 방식의 그라우팅 적용방안 308
그림 2.6. 그라우팅 주입심도결정을 위한 지층현황도 309
그림 2.7. 그라우팅 주입심도결정을 위한 투수단면도 309
그림 2.8. 종합적으로 검토한 주입심도 기반 차수보강 계획도 310
그림 2.9. 침투량에 따른 주입공 배치 및 조사공 간격 설계 312
그림 3.1. 저수지 그라우팅 공사의 주입 시공 계획서 작성 흐름 317
그림 3.1. 개선된 그라우팅 장비 377
그림 4.1. 1.0shot 주입방식 개요도 378
그림 4.2. 단열주입 380
그림 4.3. 복열주입(정방향 배치) 380
그림 4.4. 복열주입(정삼각형 배치) 380
그림 4.5. 변화가 없는 상태 383
그림 4.6. 급격한 변화 주입형태 383
그림 4.7. 주입압 관리 3단계도 384
그림 4.8. HK-method 385
그림 4.9. m-ROG method 386
그림 5.1. 주입 시험공사의 주입공 배치 391
그림 5.2. 수위변화에 의한 현장투수시험 392
그림 5.3. 시공 전·후 현장투수계수 평가 393
그림 5.4. 전기비저항 탐사시험 393
그림 5.5. 시공전후 전기비저항 탐사 결과 394
그림 5.6. p~q~t chart 검출시험 결과 394
그림 5.7. 주입일보 보고양식 396
그림 5.8. p~q~t chart 보고양식 396
그림 5.9. 지반주입현황도 보고양식 397