KDS 설계기준 671025 농업용 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐 설계

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농업용 콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

농어촌용수 안정적 확보 위한 농업용 콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐 설계 기준 제시

1.2 적용 범위

댐 높이 15m 이상 농업용 콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐 설계 적용
15m 미만 댐 또는 100만m3 미만 소규모 댐은 환경부 소규모 댐규정(KDS 54 90 00) 적용 가능
최소한의 내용 규정, 개별 댐 지점 현장 여건 감안하여 탄력적으로 적용
미제시 사항은 국가건설기준 인용 가능
기후변화 고려 시 기후변화대응 기술개발 촉진법 기준 적용 가능

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

국토의 계획 및 이용에 관한 법률
기후변화 대응 기술개발 촉진법
기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법
건설기술진흥법
농어촌정비법
농업·농촌 및 식품산업 기본법
농지법
댐건설‧관리 및 주변지역지원 등에 관한 법률(댐건설관리법)
물관리기본법
수자원의 조사 계획 및 관리 등에 관한 법률
재난 및 안전관리 기본법
자연재해대책법
저수지·댐의 안전관리 및 재해예방에 관한 법률
하천법

1.3.2 관련 기준

KDS 14 00 00 구조설계기준
KDS 17 00 00 내진설계기준
KDS 51 00 00 하천설계기준
KDS 54 00 00 댐설계기준
KDS 67 80 00 농업수질 및 환경
KCS 14 00 00 구조재료공사
KCS 54 50 05 댐공사

1.4 용어의 정의

댐 높이 : 댐 기초지반과 댐마루의 표고차 (농업용 콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐에서는 프린스 바닥에서 댐마루 하류측 비탈머리까지의 표고차)
슬립폼 공법 : 거푸집 없이 기계적으로 콘크리트 포설, 다짐, 마무리 하는 공법
수직신축이음 : 차수벽 콘크리트 온도응력으로 인한 횡방향 변위 수용 이음
시공이음 : 차수벽 콘크리트 타설 시 편의를 위한 이음 (수직, 수평 시공이음으로 구분)
앵커바 : 콘크리트 구조물을 암반에 고정하는 강봉
주변이음 : 담수 후 차수벽 변형 수용을 위한 프린스와 차수벽 접합부 이음
차수벽 : 담수 후 저수지 물 흐름 차단 구조물 (주변이음, 수축이음, 시공이음 포함)
표면 차수벽형 석괴댐 : 제체 상류면에 인공 차수재료 설치하여 차수 기능 충족, 배후는 투수성 재료로 안정성 확보하는 댐 형식
파라페트 월 : 댐체 일부로 댐마루 상류 끝단에 설치, 월파 방지 옹벽 구조물
프린스 : 차수벽과 댐 기초 수밀 연결, 그라우트 캡 역할

1.5 기호 정의

: 앵커바 인장력 (MPa)
D15F, D50F : 필터존의 15%, 50% 입경크기 (mm)
D15B, D50B, D85B : 차수벽 지지존의 15%, 50%, 85% 입경크기 (mm)
: 대안거리 (m)
: 지진시 정역학적 안전율
: 정적 안정계수
: 여유고 (m)
: 지진에 의한 파랑고 (m)
: 여수로 형식에 의한 안전고 (m)
: 댐형식에 의한 안전고 (보통 1.0m)
: 파라페트월의 상단표고 (EL.m)
: 유의파고 = 0.00086U1.1× F0.45
K : 투수계수 (㎝/s), H : 수두 (m)
: 설계지진계수
: 수평지진계수
: 댐의 사면경사
: 항복지진계수
: 그라우트 압력에 저항하는 힘 (MPa)
: 물결이 처오름 높이를 포함한 파랑고 (m)
: 간극수압계수
: 축조재료의 포화밀도/수중밀도
: 프린스 자중 (MPa)
: 10분간 지속되는 최대풍속 (m/s)
: 축조재료의 내부마찰각
: 댐체의 사면경사

1.6 해석과 설계원칙

안전하고 경제적이며 친환경적인 설계
사용과 기능 목적에 적합한 설계
기후변화 고려한 지속가능성 고려

1.7 설계 고려사항

농업 생산성 및 안전성 향상
물리적, 사회적 지형여건 및 경제여건 부합
기후변화, 영농변화 등 지속가능성 고려
재해 취약 지역은 재해예방 고려
댐 규모 및 지형지질 조건 고려
공사용 재료 채취 가능 여부 및 자연환경적 조화 고려
공사 기간, 경제성, 유지관리성 종합 고려

1.8 구조설계도서

안전하고 사용과 기능 목적에 적합하도록 작성
미제시 사항은 1.2(3) 준용

2. 조사 및 계획

KDS 67 10 15 및 KDS 67 10 10 기준 적용

3. 재료

3.1 재료 일반

구조적 안전성, 경제성, 내구성 등을 고려하여 결정
결함 발생 원인 분석하여 적절히 결정

3.2 재료 특성

댐 요구성능 만족하도록 결정

3.3 품질 및 성능시험

한국 산업표준(KS) 기준 적용
KS 미명시 재료는 국내외 검증된 시험법 적용

4. 설계

4.1 기초의 설계

4.1.1 일반사항

프린스 기초, 트랜지션존 기초, 암석존 기초로 구분
프린스 위치 결정 시 시추조사 통해 기초상태 확인
기초 설계 목적 : 제체 부등침하 방지
댐 기초 암반부 굴곡은 가급적 완만하게 처리
댐 저폭은 댐 높이의 2.6배 이상
기초처리 기준 : 파이핑 및 침식 가능성 제거
차수벽 변형 영향을 미칠 수 있는 위치는 압축성 중요
제체 기초 허용성 평가 요소 : 강도, 압축성, 침식성, 투수성

4.1.2 기초지반의 평가요소

4.1.2.1 강도

충적층이나 풍화암 존재 시 안정성 검토 필요
안정성 확보 위한 기초보강 방안 수립 또는 사면경사 완화

4.1.2.2 압축성

댐 하중 지지 가능하고 침식 및 풍화에 강한 지반 선택
차수벽 균열 유발 가능한 부등침하 방지
프린스 하류 0.3H 또는 0.5H (H: 프린스 단면 댐 높이) 구간은 압축성이 적고 균등해야 함
기초지반 압축성이 축조 암석존 압축성보다 크거나 같다면 수치해석 분석 필요

4.1.2.3 침식성

프린스 기초 동수경사가 클 경우 침식 방지 대책 강구
침식성 재료 제거 불가능 시 동수경사를 줄여 침식 방지

4.1.2.4 투수성

프린스 기초는 투수성이 작아야 하며, 그라우팅 등을 실시하여 투수성 낮춤

4.1.3 프린스 및 트랜지션존의 기초

프린스 하상부 횡단면 형상은 크게 중요하지 않음
프린스 기초는 견고하고 침식되지 않은 자연 암반이어야 함
풍화된 암반은 트렌치 굴착 후 보강 방안 강구
프린스 하류측 끝단에서 최소 10m 수평거리는 프린스 지지층 수준 암반 요구
프린스 기초부와 댐축 사이 구간은 돌출부 없이 고르게 처리
프린스 기초와 제체 기초 표고 차이 발생 시 차수벽 지지력 변화 완화

4.1.4 암석존의 기초

암석존 기초는 제체 하중의 대부분을 부담
돌출암 제거
퇴적층 등은 제거 또는 안정 대책 강구

4.1.5 댐의 기초처리

4.1.5.1 일반사항

침하, 세굴, 파이핑 현상 방지
풍화암, 단층대 등이 있는 경우 세부적인 지질조사 실시
침투수 발생 우려 시 트렌치 굴착 후 콘크리트 채움
기초 처리 방법 : 침투장 연장, 콘크리트 채움, 그라우팅

4.1.5.2 그라우팅

커튼 그라우팅 및 압밀 그라우팅은 프린스 하부에 실시
압밀, 블랭킷, 커튼 그라우팅 방법 적용

4.2 프린스의 설계

4.2.1 일반사항

강도, 안정성, 경제성 등 고려
차수벽과 댐 기초 수밀 연결 및 그라우트 캡 역할
양안부 기울기, 기초지질 특성, 동수경사 등 고려
프린스는 일련의 직선으로 배치
프린스는 수평으로 작용하는 수압에 저항하는 구조물로 설계
프린스 두께가 클 경우 (1.0m 이상) 활동 안정성 해석 실시
프린스 단면 안정 해석 시 적용 수두는 계획홍수위
시공 및 유지관리 편의성 고려하여 계단 형식 계획 가능

4.2.2 프린스의 폭

경험적 방법과 동수경사 산정을 통해 결정
암반 상태에 따른 허용 동수경사 적용
프린스 폭과 동수경사 관계 : 동수경사 = 수두(m) / 프린스의 폭(m)
경험적 방법에 의한 프린스 폭 범위 : 3m (댐 높이 25m 이하 시 2m 가능)

4.2.3 프린스의 두께

굴착 여굴, 현장 지질조건, 시공기술 수준 고려하여 결정
최소 두께는 0.3~0.4m
그라우트 압력에 저항할 수 있도록 두께 산정 (식 4.1.-1)
프린스 하류면 경사방향 높이는 댐 높이 40m 이상 시 500㎜ 이상 확보

4.2.4 프린스 철근

온도철근 기능 유지 및 균열 억제 목적
철근은 1열 상부 철근으로 사용
철근비는 폭과 길이 방향 슬래브 두께의 0.3% 정도
철근 위치는 상부 표면으로부터 100~150mm 밑
앵커바는 콘크리트를 암반에 고정하고 그라우팅 상향력에 대비
앵커바 길이, 간격, 지름은 암반 조건, 시공 사례, 하중 분할 고려
앵커바는 일반적으로 지름 25~35㎜, 1.0~1.5m 간격, 3~5m 길이
수직 시공이음 간격은 15m 정도
수직 신축이음은 차수벽 신축이음과 겹치지 않는 위치에 배치

4.3 표면차수벽 댐의 표준단면 설계

4.3.1 일반사항

표준 단면은 기초암반 여건에 따라 변화 가능
견고한 암반 기초 위 건설 시 [그림 4.3.-1]과 같음
석괴댐과 사력댐으로 구분

4.3.2 댐체 단면의 구분

차수벽 지지존, 트랜지션존, 암석존, 파라페트 월, 불투수존, 차수벽으로 세분
존1 : 불투수존 (1A, 1B)
존2 : 차수벽 지지존 (face slab bedding zone)
존3A : 선택존 (selected rockfill zone, transition or filter zone)
존3B : 주 암석재료 축조존 (main rock zone)
존3C : 보조 암석재료 축조존 (sub rock zone)

4.3.3 댐 마루 표고와 여유고

댐 마루 높이는 설계홍수위에 여유고를 더하여 결정
댐 마루 표고 결정 방법 : 수위 기준, 파라페트월 기준
수위 기준 : 설계홍수위 (FWL) + 여유고, 최고수위 (MWL) + 여유고
파라페트월 기준 : 설계홍수위 (FWL) + 여유고, 최고수위 (MWL) + 여유고
파라페트월 기준 적용 시 댐 단면 줄이고 파라페트월로 대체 가능

4.3.4 댐 마루 폭의 결정

시공 편의, 안전, 유지관리 기능 고려
KDS 54 40 00 참조 가능

4.3.5 덧쌓기

댐체는 풍화암층 위에 축조, 침하량 예측하여 덧쌓기 필요
장기침하량은 댐 높이의 0.1~0.35% 정도로 추정
덧쌓기 방법 : 댐마루 덧쌓기, 파라페트월 높이 조정
댐 중앙부에 댐 높이에 따른 장기침하량 고려하여 설정

4.3.6 댐체 사면경사의 결정

암축조 특성상 사면 안전도 해석에 의해 결정
표준 경사 및 사면도 규모는 기존 설계 사례 참고
댐 상하류 사면경사는 1:1.3~1:1.6 범위
높은 댐 또는 연암 축조 시 경사 완화 가능
하류사면은 친환경적 측면 고려하여 조정 가능

4.3.7 축조재료

댐 주변 재료 분포에 따라 상이
기존 시공 사례 및 현장 암재료원 분포 고려
입도 분포 및 최대 치수 탄력적으로 선정

4.3.7.1 차수벽 지지존 (존2 : bedding zone, fine fill zone)

차수벽 직접 지지, 차수벽 균열이나 지수판 누수 방지
담수 시 제체 변위 최소화를 위한 양호한 입도 분포 요구
안정성, 압축성, 투수성 확보
입도 범위 : 최대 치수 75~38㎜, 4.76㎜ 이하 재료 함유율 35~55%, No. 200번체 통과율 5~15%
기초부는 저강도 콘크리트 또는 흙시멘트로 보강 권장
암석존과 접하는 부위는 세립분 함량 조절
폭원 : 댐마루에서 3~5m 정도, 댐 높이에 따라 증폭 가능
상류사면 보호 : 아스팔트 용액 또는 숏크리트 사용 (숏크리트 강도 18MPa)

4.3.7.2 선택층 (존3A : transition zone or filter zone)

차수벽과 암석부 제체 강성 차이로 인한 응력 전달 방지
차수벽 지지존 재료 암석재료 공극 속으로 씻겨 들어가는 것 방지
최대 치수 150㎜, 입도 분포는 시공 사례 참고
입도 조건 : ,
폭원 : 댐 정상부에서 5m 정도, 댐 높이에 따라 증폭 가능

4.3.7.3 주 암석재료 축조존 (존3B : graded rockfill zone or main rockfill zone)

차수벽 균등하게 지지
암석재료 특성과 댐 높이에 따라 변형 발생
압축성 적고 압축 강도가 높은 신선한 경암 사용
연암도 댐 사면 경사 완화하여 활용 가능
큰 입경의 암석은 진동 다짐 시 살수 필요
연암 사용 시 대형 삼축압축시험 실시
입도 분포는 시공 사례 및 다짐 장비 효율성 고려

4.3.7.4 보조 암석재료 축조존 (존3C : sub rockfill zone)

존3B 인접 지역 위치, 조립의 석괴재로 구성
큰 투수성을 가짐
침하나 변형이 발생해도 댐 전체 안정성에 크게 영향 미치지 않음
입도 분포는 시공 사례 및 다짐 장비 효율성 고려

4.3.7.5 불투수존 (존1 : upstream blanket zone)

주변이음 변형 및 차수벽 균열로 인한 누수 차단 효과 증대
지하수위 상승 시 차수벽 들어 올리는 힘 상쇄
담수 후에는 침윤선을 연장하여 안전 확보
높이는 최저수위 (LWL) 이하 구간에 설치
높이는 경험적으로 설정, 차수벽 하류부 투수성 암석 부스러기 퇴적 방지
높이는 주변이음 설계 및 시공 수준, 콘크리트 시공 수준 등 고려
사면은 1:2.2 이상으로 완만하게 처리

4.3.7.6 댐 하류 환경친화존

주변 환경과 조화, 암석존 하류 사면에 설치
사면은 완만한 경사, 토양은 조경식재 가능한 토양
1:1.8~1:2.5 사면 경사
암석층과 접하는 부위는 필터 매트 부설 고려
토양은 다소 투수성이 높은 모래질 점토가 적합
수목 생장 조건 : 최대 입경 150㎜ 미만, 보수력과 통기성이 좋고 양분 흡수력과 점착력을 갖춘 토양, 부식이 많은 단립구조, 중성 토양

4.3.7.7 파라페트 월

월류 방지 및 댐 단면 감소, 축조량 및 차수벽 면적 감소
필댐과 달리 제체 단면과 관련하여 높이 결정
침하량 고려하여 여유고 줄이거나 높이 변화
높이는 축조량, 기초 굴착량, 차수벽 면적 등 고려
파라페트 월과 차수벽 이음은 수밀재료 사용
파라페트 월 이음은 신축이음 및 시공이음 고려

4.4 표면 차수벽의 설계

4.4.1 일반사항

차수벽 두께는 충분한 강도와 지수성을 가질 수 있도록 설계
댐 높이, 응력 분포, 내구성, 시공 사례, 유지관리 등 고려하여 두께 및 철근량 결정

4.4.2 콘크리트

내구성, 수밀성, 낮은 건조수축, 적절한 워커빌리티 확보
슬립폼 시공 고려하여 콘크리트 배합 설계
요건 : 최소 단위 시멘트량 275㎏/㎥, 공기 연행량 5%, 굵은 골재 최대 치수 40㎜, 혼화제 사용 가능, 물-시멘트비 45%, 슬럼프 60±15mm, 압축강도 21~24MPa, 보강섬유 사용 가능

4.4.3 블록의 설정

스타트베이 : 슬립폼 시작선 결정 슬라브
차수벽 콘크리트 치기 시 분할 폭은 15m 기준, 시공성 및 내구성 고려하여 간격 설정

4.4.4 차수벽의 두께

댐 높이가 낮은 경우 제외하고는 차수벽 정상부 0.3m, 하부로 내려오면서 0.3m+0.003H 적용

4.4.5 철근

차수벽 소요 철근량은 0.40~0.50% 정도
콘크리트 건조수축 및 지지층 불균등으로 인한 균열 억제
철근 간격은 차수벽 두께보다 적어야 함 (200~300mm)
슬래브 철근비는 각 방향 0.40% 적용
주변이음 근처 및 스타트베이 부근은 0.45% 적용
댐 높이가 높은 경우 단부 보강철근 배치
수직 신축이음부는 지수판 연결부 단부철근 보호

4.4.6 균열제어

단부보강 구간 허용균열폭은 (식 4.4.-1)로 산정
기 시공 댐 차수벽 콘크리트 균열은 0.1~0.2㎜ 범위, 0.2㎜ 이상 균열은 보수 필요
고강도 콘크리트는 수축균열 발생 가능성 높음
혼화재 사용 가능
보강섬유 및 팽창재 사용은 신중하게 검토
균열 발생 시 누수량 평가 (표 4.4.-1)
균열 보수 : 페인트 계통, 하이파론 띠, 에폭시 그라우팅 등
온도 및 건조수축 균열 방지 : 막양생 및 살수양생 실시

4.4.7 지수판 및 이음

4.4.7.1 일반사항

주변이음, 신축이음, 시공이음 존재
시공에 지장 없으면 신축이음 개소 줄일 수 있음
이음부 구조 개선 및 차수벽 시공 후 균열 발생 고려하여 설정

4.4.7.2 주변이음

누수 주된 원인, 댐체 거동 감당 가능하도록 설계
정수압 하중에 의한 이음 이동량 고려
이중 지수판과 마스틱 필러 사용
이중 지수판 : 동 또는 스테인레스 지수판, PVC 또는 하이파론 지수판
아스팔트 필러, 압축성 목재 필러 등을 추가 설치
동지수판은 모래 기초판에 의해 지지
침하 방지를 위해 흙시멘트 설치 가능

4.4.7.3 시공이음

수직 시공이음 : 슬립폼 타설 장비 시공성 고려
수평 시공이음 : 스타트베이부, 차수벽 길이, 장비 능력 등 고려
지수판 없이 철근 관통 형태로 처리

4.4.7.4 수직신축이음

온도변화, 건조수축, 제체 변위, 주변이음 벌어짐 최소화
양안부 부근은 이중 지수판 설치
중앙부는 단일 지수판 설치

4.4.8 표면차수벽의 시공순서

블록별 시공 순서 : Starter Bay 시공 → 치기면 정리 → 수직시공이음부 모르타르 기초 설치 → 모르타르 칠하기 및 루핑 깔기 → 지수판 설치 → Side Form 설치 및 철근 조립 → 콘크리트 운반 및 타설

4.4.9 슬립폼

평균 진행 속도 1.5~5m/h
속도는 콘크리트 슬럼프, 스크리드 폭, 슬립폼 전중량, 콘크리트 운반 방법 등에 따라 다름
표준 피니셔 길이는 1.5m, 타설 속도는 1.5m/h
타설 속도 및 피니셔 길이 증가 시 균열 발생 여부 검토
타설 속도와 피니셔 길이 동일하게 유지
자주식 이동 슬립폼은 작업 효율과 공사 기간 단축에 효과적

4.5 매설 계측기

4.5.1 일반사항

댐체 거동 파악, 설계 신뢰성 확인, 시공 안정성 확인, 유지관리 단계 이상 거동 원인 분석
농업용 콘크리트 표면 차수벽형 석괴댐 구조적 특성 고려하여 결정
계측은 댐체 거동, 차수벽 거동, 누수량 측정, 지진 등으로 구분
계측 목적 : 시공 관리, 안전 관리, 안전성 검토, 설계 및 시공 자료 제공
계측 항목 : 표면 차수벽 콘크리트 변형 측정, 댐체 변위 측정, 댐체 내 응력 및 간극수압 측정, 댐체 누수량 측정

4.5.2 계측 항목 및 계측기 형식

목적별 항목 구분 : [그림 4.5.-1]
매설 계측기 선정 및 수량 기준 : [표 4.5.-1]

4.6 안정계산

4.6.1 안정검토 사항

댐 거동 분석 기법 : 경시변화 분석, 해석적 방법, 수치해석
안정 해석 대상 : 축조 직후 안정성, 저수위 안정성, 수위 급강하시 안정성, 지진 시 안정성
검토 사항 : 댐체 사면 안정성, 차수벽 응력 및 변위, 주변이음 이동, 댐체 탄성침하 및 변형, 댐체 내부 응력 전이 상태, 침투수 안정성

4.6.2 정역학적 안정해석

축조재료 내부마찰각과 사면경사 관계에서 결정
안전 조건 : 상류면 차수벽 지지존은 사면활동 없어야 함, 지진 발생 시 사면 활동 없어야 함

4.6.3 동역학적 안정해석

KDS 67 10 20 농업용 필댐 설계 내진설계기준 적용

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