TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
(나) 성토 높이에 비하여 성토 폭이 큰 완경사의 균일형 필댐
이 경우는 간극수압은 근사적으로 연직방향으로만 소산된다. 성토가 일정속 도 h(t) = at로 시공될 경우의 간극수압 u는 Gibson에 의하여 구하고 ()는 배수조건에 대하여 다음 <그림 4.3-3>과 같이 된다.
<그림 4.3-310> 배수거리 일정, 하중이 일정 속도로 증가하는 경우의 간극수압과 시간과의 관계
(2) 상시 저수시의 간극수압
① 이 경우는 일정 수위를 장시간 유지하고 있기 때문에 이 상태에서 간극수압(수두로서 나타낸 것)은 포화 영역의 포텐셜에서 위치의 포텐셜을 뺀 것으로서 계산된다. 얇은 차수부 또는 투수계수가 5×10-5 cm/s 이상의 성토내의 만수시 간극수압은 중력수의 흐름에 대한 이론적 분포에 가깝고 침윤선의 윗면은 분명하게 식별된다.
<그림 4.3-411> 토층두께 하중과 함께 시간에 비례해서 증가하는 경우의 간극수압(기초는 투수성)
② 간극수압 내 공기는 침투수에 의하여 상하류측면으로 밀려난다. 따라서 침윤선을 구하고 등수두선에 의하여 간극수압을 구할 수 있다. 그러나 투수계수 1×10-7cm/s 이하의 두꺼운 불투수성부 내의 간극수압은 중력수의 흐름에 대한 이론적 분포와는 전혀 다르다. 따라서 이 경우의 간극수압을 지배하는 요소는 건조와 강우와 침투를 지배하는 모세관 현상이다. 그래서 간극 내의 공기는 장시간에 걸쳐서 다졌을 때와 같은 상태를 유지한다.
<그림 4.3-512> 토층두께, 하중과 함께 시간에 비례하여 증가하는 경우의 간극수압(기초는 불투수성)
(3) 수위가 급격히 저하할 때의 간극수압
① 제체 수위의 저하속도는 축제재료의 투수성, 간극율 및 저수위의 강하속도에 따라서 다르나 일반적으로 투수계수가 10-7 cm/s 이하의 불투수 재료에는 만수시의 정상 침투상태의 간극수압이 100 % 잔류하는 것으로 가정하고 여러 가지 경사의 비탈면에 안전율을 간편하게 구하는 방법이 Morgenstern에 의해서 주어졌다.
② <그림 4.3-6>은 투수계수가 k = 10-1~10-4 cm/s 정도의 재료로서 기울기가 30 %인 비탈면에서의 수면강하 속도와 비탈면 붕괴의 위험성과의 대략적인 관계를 나타낸 것이다. 그러나 수면상하 속도가 1일에 30 cm정도면 k = 10-2~10-3 cm/s 이하 재료에서는 비탈면 기울기가 30 %라도 활동할 가능성이 있으므로 이 경우는 비탈면을 암괴 또는 콘크리트 블록 등으로 보호해야 한다.
<그림 4.3-6> 수면강하속도와 비탈면의 안정성의 관계(다만, 비탈면 경사도 30 %인 경우)
(4) 록 필댐에서 상류측이 저수지의 수면강하와 거의 동시에 수위가 내려갈 수 있을 정도의 투수성 재료로 되어있는 경우, 급속 강하직후의 간극수압은 Bishop의 식에 의하여 구할 수 있다(<그림 4.3-7> 참고).
-------------- 식(4.3.9)
여기서 h1는 정상 침투시의 등수두선이 활동면과 교차하는 점에서의 불투수 존의 두께, h2는 등수두선과 활동면이 교차하는 점 위에 있는 투수성부의 두께, ns은 수면이 저하할 때 투수성부에서 유출하는 물의 단위체적중 차지하는 율(중력수가 차지하는 간극율), h'는 정상 침투상태일 때 침윤선의 만수면에서의 저하거리이다.
<그림 4.3-714> 급속 강하시의 간극수압의 계산
(5) 반투수성 존에 대해서는 수위가 저하할 때의 침윤면은 시간이 경과함에 따라 형상이 변하는 비정상류가 되기 때문에 간극수압을 정확히 파악하는 것은 곤란하나 미분방정식 또는 유한요소법으로 수치해석을 함으로써 이 과정을 추적할 수 있다. 수위가 강하할 때 간극수압의 실측치와 이론치를 비교한 예는 거의 없고 토질과의 관계도 거의 알려지지 않고 있으나 기존 자료를 종합하면 다음과 같이 말할 수 있다.
① 상류측 투수성 존에서는 간극수압은 발생하지 않고 수위변동에 따른다.
② 불투수성 존의 간극수압 분포는 수위 강하의 경계조건을 그대로 사용해서 제체는 비압축성이며 모세관현상이 없다는 가정에서의 유선망으로 구한 수압에 가깝다.
③ 불투수성 존의 간극수압은 수위저하가 완만할 때는 수위강하에 따르며 수위저하가 급격한 경우는 그 영향을 받는다.
④ 극히 세립의 점토질로 된 불투수성 존의 간극수압에 대해서는 아직도 믿을만한 측정결과는 없다. 원형 활동면 분할법(slice method)에 의하여 제체의 활동파괴를 검토하는 경우에 수위가 급격히 저하할 때의 반투수성존 중의 수위(간극압)는 <그림 4.3-8>을 사용해서 간단히 구하는 것이 좋다.
<그림 4.3-815> 수면 급강하시 쉘재의 침윤선과 차수부 전면과의 교점위치를 구하는 그림
4.4 안정성 검토
4.4.1 활동에 대한 안전성 검토
(1) 필댐의 제체 및 기초지반은 각종 토질시험의 결과에서 도출된 타당한 재료상수를 바탕으로, 제체 및 기초에 작용하는 각종 하중을 충분히 고려하여 여러 방법으로 안정계산을 하여 정해진 안전율을 만족하도록 설계한다.
4.4.1.1 활동에 대한 안전율
(1) 필댐은 제체재료의 성질과 기초지반 상태 등을 고려해서 제체내부, 제체와 기초지반과의 접합부 및 부근에서의 활동에 대해서 충분한 활동저항을 갖도록 설계한다. 제체의 활동에는 일반적으로 제체비탈면의 활동(비탈면붕괴)과 제체의 기초면에 연한 활동(비탈면성 붕괴)을 생각할 수 있으며, 기초지반의 강도가 약한 경우에는 기초지반 내를 통과하는 활동면(저부붕괴)에 대해서도 검토한다. 또한 안정계산에 사용하는 축제재료의 설계 강도정수는 적절한 토질시험에 의해서 얻어진 결과를 바탕으로 시공조건 등을 고려하여 결정해야 한다.
(2) 필댐 비탈면의 활동에 대한 안전율은 재료시험이나 안정계산의 정밀도가 불충분한 경우나
또는 연약한 지반상의 필댐과 같이 불확정한 요소가 포함되기 쉬운 경우에는 1.5를 표준으로 하고 정밀도가 충분한 경우라도 <표 4.4-1> 이상의 안전율을 취해야 한다.
(3) 활동파괴를 고려하는 경우는 <표 4.4.-2>에 의거하여 안정성 검토를 실시한다.
<표 4.4.-1> 필댐의 안전율

구분

제 체

조 건

저수위

지진

안전율

비 고

상류

하류

1

완성직후

(간극수압최대)

바닥상태

있음

1.3

1.3

1) 상류측 비탈면의 하부존이 암석등으로 되어 있어

간극수압이 발생하지 않을 경우에 한함

2) 수위는 일반적으로 필댐 높이의 45~50 %를 적용하여 계산함

2

완성직후

일부저수1)

없음

1.3

-

3

평상시

설계홍수위

없음

1.2

1.2

4

평상시

만수

있음

1.2

1.2

5

평상시

일부저수2)

있음

1.15

-

6

평상시

급강하

있음

1.2

-
<표 4.4.-2> 활동파괴를 검토하는 경우

경우

저수지의

수위

저수지의 수위

(정수압)

침투류(간극압)

의 상태

설계

진도

원형 활동면

분할법의 적용

응력표시

계산비탈면

1

설계홍수위

설계홍수위

설계홍수위에서 침투류가 정상상태

0%

유효응력

상하류측

2

서차지수위

서차지

수위

서차아지수위에서 침투류가 정상상태

50 %

유효응력

상하류측

3

상시만수위

상시만수위

상시만수위에서 침투류가 정상상태

100 %

유효응력

상하류측

4

중간수위

중간수위

중간수위에서 침투류가 정상상태

100 %

유효응력

상하류측

5

빈경우

(완성직후)

-

축제중의 간극압이 잔류

50 %

전응력 유효응력

상하류측

6(a)*

수위급강하

강하후의

최저수위

상시만수위에서 최저수위까지 강하했을 때이며 간극압이 잔류

100 %

유효응력

상류측

6(b)*

수위급강하

50 %

유효응력
* 6(a) : 일상적으로 수위급강하가 일어나는 필댐,
6(b) : 그 외 필댐
4.4.1.2 활동에 대한 안전성 해석법
(1) 활동에 대한 안전성 해석법은 ‘건설공사 비탈면 설계기준, 4.7 안정해석 (국토교통부, 2016)’을 참고한다.
4.4.2 변형에 대한 검토
(1) 필댐은 필요에 따라 기존 필댐의 관측치나 실내 및 현장시험 등을 통하여 얻은 물성자료를
바탕으로 제체 및 기초에 대하여 변형해석을 실시하여 변형에 대한 안정성을 검토한다.
(2) 대규모 필댐에 있어서는 제체 및 기초에 대하여 변형 해석을 실시해야 한다. 변형해석은
기존 필댐의 관측기록과 실내 및 현장시험 등을 통하여 얻은 물성치를 기초로 하여 수치해석을 한다.
(3) 필댐의 변위는 연직방향의 변위(침하), 필댐의 상하류방향의 변위 및 필댐의 축방향변위의
3가지 변위로 나눌 수 있다. 필댐에 있어서는 이들 세방향 변위는 막을 수 없고 그 양도 콘크리트 댐에 비해서 매우 크다. 변위의 크기 및 시간적인 변화는 부등침하와 사일로(silo) 현상의 방지, 필댐의 더쌓기 결정 및 균열발생방지 등의 점에서 중요한 요소가 된다.
(4) 변형에 대한 검토가 필요한 경우는 다음과 같다.
① 필댐이 높을 경우
② 필댐 양안부의 경사가 급하거나 크게 변화하는 경우
⑥ 내진설계를 하는 경우 등
4.4.3 저수지 주변의 안정성에 관한 검토
(1) 저수지는 소요의 수밀성이 가지고 활동 파괴 또는 투수파괴가 일어나지 않아야 하며, 저수지 및 저수지 주변 산턱 부근의 누수, 산사태, 토사붕괴 등에 대해서도 안전하여야 하며, 피해가 예상되는 경우에는 적절한 대책을 강구해야 한다.
4.4.3.1 누수의 검토
(1) 저수지 주변의 조사는 필댐조사의 초기단계부터 시행하여 투수성 지반의 분포구조의
개요를 파악하고 저수면이 투수성 지반에 걸리지 않도록 저수지의 규모를 결정하는 등 필댐 기초의 선정에 대해서는 충분히 검토한다.
(2) 다음에 열거하는 종류의 것은 투수성 지반으로 취급하여 누수를 검토한다.
① 미고결 조립 퇴적물 : 화산회, 제4기층의 사력, 부분적인 제3기층의 사암, 역암
② 입상으로 느슨한 풍화암 : 마사토, 화산암
③ 절리, 불규칙한 틈새기 : 화산암의 수축절리(판상, 주상) 셰일의 망목상의 절리, 단층파쇄대, 광맥
④ 용해성 공극 : 다공질 석회암, 석회암 동굴, 용암 터널
(3) 지형도, 항공사진, 지질광산도, 수리지질도, 토질분류도 등으로부터 구성 지질과 표층지질을 판독하고 투수성지반 풍화대, 단층파쇄대, 저부(saddle) 및 단층곡 지형 등의 분포와 구조를 해석하여 저수에 따른 주변 산턱으로부터의 누수의 유무에 대해서 관찰하여 누수기구를 파악하고 누수량을 예측한다.
(4) 저수지 지반으로부터 누수량 및 동수경사를 예측한 결과, 허용한계를 넘었다고 인정되는 경우에는 누수에 대한 조치를 강구해야 한다. 누수의 허용한계를 결정하는 근거로는 저수의 경제적 측면(저수효율)과 안전성 확보(파이핑) 등의 두 측면에 두고 있는데, 저수효과를 올리기 위해 지반의 파이핑을 방지하는 방법으로서는 지하연속벽 공법, 그라우팅 공법, 불투수 블랭킷 공법, 전면포장 공법 등이 사용된다.
4.4.3.2 원지반의 보전
(1) 저수지 주변의 비탈면 형상과 보전
① 저수지 주변은 저수지 완성후 비탈면에서의 산사태나 토지붕괴 등이 예상되는 불안정한 개소를 조사 검토하여, 해석한 결과치가 장기적인 안정을 확보할 수 없다고 예측되고 노선의 변경이 곤란하다고 인정되는 블록에 대해서는 보전공을 실시한다.
(2) 저수지가 비탈면의 안정에 미치는 영향
① 비탈면의 안전도를 환경항목으로 설정하여 필댐 공사에 의해서 발생하는 영향인자를 도출, 분석하여 예측과 평가를 한다.
② 필댐 후보지의 모든 것을 대상으로 해서 지형도, 항공사진, 지질광산도, 산사태분포도, 토지분류도, 대해복구 관계자료 등을 모집해서 저수지 주변 원지반의 지형지질의 개요를 파악하고, 필댐공사 중 및 저수지 완성 후에 산턱이 받는 영향은 <표 4.4.-3>과 같이 정리한다.
<표 4.4.-3> 비탈면의 안정에 미치는 영향

종목

영향 종류

비탈면이 받는 영향의 양상

구분

상 태

지반형상변화

비탈면붕괴

세굴, 침식

파이핑

저수

관리

1.저수위

상승

· 절리면의 풍화 촉진

· 붕적토의 점착력 저하

· 수면부근붕괴

2.저수위

급강하

· 과잉간극수압 발생

· 연직유효감소

· 산사태

· 붕괴

· 지하수 흡출에

의한 파이핑

3.호우

· 과잉간극수압 발생

· 연직유효감소

· 붕괴

· 낙석

· 도량모양의 침식

· 용수에 의한

관공 작용

이설

도로

건설

4.쌓기공

· 비탈면상부의 전단력 증가

· 산사태, 붕괴 유발

· 성토자체의 미끄

러짐

· 도량모양의 침식

· 시트상 침식

· 성토저면의

용수에 따른

파이핑

5.깎기공

· 지반이완

· 비탈면하부를 절토하는

경우 전단증가

· 산사태

· 비탈머리붕괴

· 낙석

· 우수의 침투 증가

· 깎기비탈면의 도량 형태의 침식

6.터널공

· 지반이완

· 풍화촉진

· 지하수의배제

· 비탈면안정도가

증가하는 경우도

있음

공사중

7.발파

8.중기작업

· 진동에의한 지반이완

· 동적수평응력 증가

· 붕괴

· 낙석

· 설붕

· 포화모래층의

분출
(3) 비탈면 보호공의 설계
① 산턱의 보호에는 <그림 4.4.-1>의 공법이 고려될 수 있다. 이들 가운데 주된 보전공의 적용은 다음과 같다. 자연 상태 하에서 지하수위를 낮추며 저수시 또는 강우시에 지하수위의 상승을 방지하기 위하여 지하수 배제공이 널리 설계되고 있다.
(예)(예) 배토공
(예)(예) 계류공
(예)(예) 지표수 배제공 (예)(예)(예) 승수로공, 배수로공
(예) (예)(예) 침투(누수)방지공
(예)(예)(예)(예) 비탈면붕괴방지공 (예)(예)(예) 지하수 배제공 (예)(예)(예) 암거공
(예) (예) (예)(예) 배수보링공
(예) (예) (예)(예) 배수터널공
(예) (예) (예)(예) 집수정공
(예) (예) (예)(예) 지하수차단공
비탈면보호공 (예)(예)(예) (예)(예) 옹벽공
(예) (예)(예) 말뚝공
(예) (예)(예) 누름블록공
(예)(예)(예)(예) 표층보호공 (예)(예)(예)(예)(예)(예)(예) 모르타르뿜어붙임공
(예)(예) 뿜어콘크리트공
(예)(예) 낙석방지망, 방책공
(예)(예) 방설공
<그림 4.4-1> 비탈면 보호공의 분류
4.4.4 필댐의 내진설계
(1) 적용 시설
① 필댐 및 부속시설의 내진성능을 확보하기 위하여 필요한 기준을 규정하는 것으로서,
「지진·화산재해대책법 시행령」 제10조 제1항 제5호에 따른 총저수량 30만 ㎥ 이상인 저수지 및 그 부속시설의 내진설계에 적용한다.
4.4.4.1 내진설계 일반
(1) 내진설계 기법
① 진도법을 내진설계의 기본으로 한다. 다만, 진도법으로 설계된 댐체 단면에 대하여 액상화 검토를 비롯한 상세한 검토가 요구되는 경우에는 동역학적 해석방법에 의한 검토를 수행해야 한다.
② 동역학적 안정해석 방법으로 댐의 내진설계를 수행하는 경우에는 설계 지진파형의 설정, 댐 축조재료의 동적인 응력 왜곡 특성, 해석방법으로서의 3차원적 응답이나 지하 소산 규정, 파괴규준 및 파괴현상의 모의 등을 고려하여야 한다.
(2) 설계지반운동
가. 설계지반운동의 정의와 고려 사항은 KDS 17 10 00(4.2.1.3) 에 따른다.
나. 댐체의 내진설계를 수행하는 경우 댐 상류의 저수지 수위 및 수위의 변화상태에 따라 댐체 안전에 가장 불리한 조건으로 안정해석을 수행한다.
② 설계지진가속도의 크기
가. 지진구역 및 지진위험도
(가) 지진구역, 지진구역계수, 평균재현주기별 위험도계수는 KDS 17 10 00에 따른다.
나. 설계지진가속도의 크기 결정
(가) 유효수평지반가속도는 KDS 17 10 00에 따른다. 경제적인 설계가 필요한 경우, 소성해석법이나 동적유효응력해석을 이용한 동적검토를 수행하는 경우, 기존 시설의 내진보강 설계를 위한 성능평가를 적용하고자 하는 경우에는 국가지진위험지도를 이용한 방법으로 유효수평지반가속도를 산정할 수 있다. 다만, 국가지진위험지도를 이용하여 결정한 유효수평지반가속도는 상기의 행정구역에 의한 방법으로 결정된 유효수평지반가속도 값의 80 % 보다 작지 않아야 한다.
(나) 기초지반의 영향을 고려하기 위한 지반증폭계수는 KDS 17 10 00(4.2.1.4(3)②) 에 따라 산정한 단주기 증폭계수를 적용한다.
(다) 필댐이 균일형 흙댐인 경우 댐 형식별 할증계수 1.2를 적용한다.
(라) 댐이 위치할 지점의 설계지진가속도의 크기는 유효수평지반가속도, 지반증폭계수, 댐 형식별 할증계수를 모두 곱한 값으로 한다.
(마) 산정된 설계지진가속도의 크기가 0.2g 이상으로 강진국가의 설계지진가속도의 크기보다 과다하다고 판단되는 경우 적용 설계지진가속도의 크기를 0.2g 이하로 조정할 수 있다.
③ 기초지반의 분류
기초지반의 분류는 KDS 17 10 00에 따른다.
④ 설계지반운동의 특성 표현
설계지반운동의 특성표현은 KDS 17 10 00에 따른다.
(3) 내진등급별 설계지진 수준
댐의 내진등급은 댐의 중요도에 따라 내진 II등급 및 내진 I등급의 두 가지 등급으로 분류하며 <표 4.4.-4>와 같이 내진 등급별로 규정된 평균재현주기를 갖는 설계지진 수준을 적용하여 내진설계를 수행한다.
<표 4.4.-4> 댐의 내진 등급과 설계지진

내진 등급

댐

설계지진의 평균재현주기

기능

수행

붕괴

방지

내진Ⅰ등급 댐

· 사회, 안보, 경제적인 측면에서 특별한 댐으로 발주처가 지정하는 댐

· 총저수량 2천만 ㎥ 이상인 댐

100 년

1,000 년

내진 II등급 댐

· 총저수량 30만 ㎥ 이상인 댐

50 년

500 년
(4) 지진하중
① 내진설계 시 지진 하중은 댐 안정에 불리한 방향으로 작용하는 것으로 고려한다. 즉, 댐체는 상·하류 방향의 수평지진하중만을 고려하여 설계하며, 부속시설은 구조물의 특성에 따라 상·하류 방향 또는 댐축 방향의 지진하중을 선별적으로 고려하여 설계한다.
② 지진 시에는 유체의 동수압을 고려하여야 하며, 파랑고의 영향이 크다고 판단되면 이를 고려하여야 한다.
(5) 내진성능 수준 및 목표
① 내진성능수준
가. 댐의 내진성능수준은 ‘기능수행수준’과 ‘붕괴방지수준’으로 구분한다.
나. ‘기능수행수준’이란 지진하중 작용 시 댐에 발생한 손상이 경미하여 지진 후 댐의 기능이 발휘되는 성능수준이다.
다. ‘붕괴방지수준’이란 지진하중 작용 시 댐에 상당한 변형과 부분적 손상이 발생하는 것은 허용할 수 있으나 댐의 저수기능은 유지되어야 하며 통제 불가능한 저수량의 유출상태가 발생하면 안 되는 성능수준이다.
② 내진성능목표
가. 내진성능목표는 내진등급별로 설계지반운동에 대한 내진성능수준으로 정의되며 <표 4.4.-5>에 따른다.
<표 4.4.-5> 필댐의 내진성능목표

설계지진

평균재현주기

내진성능수준

기능수행

붕괴방지

50년

내진 II등급

100년

내진 I등급

500년

내진 II등급

1000년

내진 I등급
4.4.4.2 내진설계
(1) 내진설계상의 주의점
① 연약한 기초의 침하나 느슨한 모래 기초에 의한 액상화가 발생되지 않도록 충분한 기초처리를 한다.
② 콘크리트관, 철관 등의 피해는 암반 위보다 토질기초 위에서 더욱 크므로 물넘이 취수관 등의 중요한 구조물은 암반 위에 설치되도록 설계한다.
③ 지진에 의한 진동 및 지진 시의 단층이동에 의한 댐마루의 침하에 대비하여 충분한 여유고를 둔다.
④ 균열이 쉽게 발생하지 않는 재료를 이용하여 폭 넓은 트렌지션 존을 설치한다.
⑤ 댐체의 중심부 부근에 수직 및 수평 배수층(drain)을 설치한다.
⑥ 배수층에는 충분한 단면을 주어 비록 지진 시에 균열이 발생하여 댐체 침투량이 증가해도 안전하게 하류측으로 배출시킬 수 있도록 한다.
⑦ 점토차수 존은 균열이 발생하기 어려운 소성이 있는 재료로 만들고 그 폭은 충분히 크게 한다.
⑧ 점토차수 존의 상류부에도 입도분포가 좋은 재료로 된 필터 존을 설치한다. 이것은 점토차수 존의 균열 스토퍼(crack stopper)로서의 역할을 하기 때문이다.
⑨ 지진에 의하여 저수지에 발생한 파랑이 댐체를 월류해도 댐체가 쉽게 침식당하지 않도록 댐마루를 보호한다.
⑩ 점토차수 존의 양안부(abutment) 암착부에 있어서 폭을 넓게 해둔다.
⑪ 댐체의 침투수에 의한 포화부분이 될 수 있는 한 적게 되는 위치에 점토차수 존을 설치한다.
⑫ 주변 산의 비탈면이 지진 시에 저수지 내로 붕락하지 않도록 비탈면의 안정 대책공을 해 둔다.
⑬ 댐 붕괴 시 하류 마을까지의 홍수도달시간이나 재해의 규모를 추정하는 동시에 피해를 최소화하기 위한 구체적 대책 등을 고려해 둔다.
(2) 설계거동한계
① 기능수행수준의 설계 거동 한계
가. 댐체에 특별한 손상이 없어야 한다.
나. 댐체에 균열이 발생하지 않아 댐의 저수기능이 저하되지 않아야 한다.
다. 부속시설물의 구조재료는 탄성 거동하여야 한다. 이들 구조물에 대한 설계는 KDS 54 17 00에 따른다.
② 붕괴방지수준의 설계 거동 한계
가. 재료의 항복과 영구변형은 허용될 수 있으나, 댐의 강도에는 영향이 없어야 하며, 댐체 및 기초에 액상화가 발생하지 않아야 한다.
나. 댐체의 비탈면활동이나 기초의 활동 및 댐체에 과도한 침하가 발생하지 않아야 하고, 균열은 댐의 저수능력의 저하를 초래해서는 안 된다.
다. 지진으로 발생하는 수면파가 댐체를 월류하거나 수리구조물, 부속구조물 및 양안의 붕괴나 누수에 의해 댐의 기능이 손상되어서는 안 된다.
라. 부속시설물의 구조재료는 설계강도 내에 있어야 하며, 수 시간 내에 정상작동 회복이 가능해야 한다. 부속시설물은 여수로 및 부대시설물을 의미한다. 부대시설물은 취수탑, 발전소, 댐 관리동, 수로터널 등을 말하며 이들 시설에 설치된 수문, 권양기, 현장조작반, 관리교, 전기 및 계측제어설비 등을 포함한다. 이들 시설물에 대한 설계는 KDS 54 17 00(4.11)에 따른다.
(3) 정역학적 설계기준
가. 설계에 적용하는 지진력은 작용 정하중에 대한 지진 관성력만 고려하고 동수압은 영향이 미미하므로 제외한다.
나. 지진에 의한 파랑고는 필요한 경우에만 따로 고려한다.
② 지진력
가. 진도법에 의한 정역학적 설계에서 필댐에 작용하는 지진력은 활동면 상의 댐체 무게에 설계지진가속도의 크기를 곱한 지진 관성력이며, 이 힘의 작용점은 활동면의 중심이고 작용 방향은 수평방향으로 하되 안정에 불리한 쪽으로 정한다.
나. 활동면에 연직으로 작용하는 동수압은 아주 작으므로 무시하며, 수직 관성력은 수평 지진관성력만을 적용하는 경우가 가장 불리하므로 적용하지 않는다.
③ 활동면법에 의한 지진시 비탈면안정 검토
가. 필댐의 내진설계에 있어 가장 중요한 부분은 비탈면안정 검토이다.
나. 활동면 위의 댐체가 활동하도록 하는 힘은 정수압, 해당 댐체의 자중, 활동면을 따라 작용하는 간극수압 및 수평 지진관성력이고, 이러한 외력에 저항하는 힘은 활동면에 연직으로 작용하는 반력과 활동면의 접선방향으로 작용하는 점착력과 마찰력이다.
다. 활동원의 중심에 대하여 외력의 모멘트에 설계 안전율을 곱한 값이 저항 모멘트를 초과하지 않으면 댐은 활동에 대하여 안전하다고 판단한다.
라. 비탈면안정 검토에 적용하는 지진관성력은 저수지의 수위 상태와 그 수위의 발생빈도 등을 고려하여 차등 적용한다.
마. 지진시 간극수압은 변화하지만 현재는 그 변화의 증감폭을 정량적으로 평가하기 어려워 설계자가 적절하게 판단한다.
바. 일반적으로 설계지진가속도의 크기는 댐 저면에서 상부까지 같다고 가정한다.
④ 부속시설
부속시설은 각 시설물별 내진설계 기준에 따른다.
(4) 동역학적 검토
① 동역학적 설계법의 적용
가. 경험적인 방법인 진도법은 보수적인 관점에서 설계방법으로 채택되어 왔으나 적정 지진 규모와 기술적 조건이 충분히 고려되지 못했기 때문에 보다 과학적이고 이론적인 동적 해석기법의 적용이 필요하다.
나. 특수한 구조의 댐을 신규로 내진 설계하거나, 기존 댐에 대한 내진성능을 평가하여 내진보강 설계를 하고자 하는 경우에는 진도법보다는 동적해석법을 적용한다.
② 지진해석 방법과 절차
가. 설계지반운동과 지진하중으로 적용되는 시간이력하중은 본 기준에 제시된 설계 지반운동 및 인공합성 지반운동 시간이력 작성방법에 따라 생성하고, 상시만수위를 검토 수위로 하며 필요시 기타 낮은 수위 조건에서도 검토한다.
나. 댐체나 기초지반에 액상화 발생 가능성이 없고, 과잉간극수압의 발생으로 인한 과도한 강도감소가 없는 경우에는 Newmark 방식에 의한 댐 비탈면의 소성활동량을 계산하여 내진 안전성을 검토한다. 계산된 소성활동량이 0.3 m 이내이면 댐 안전에 문제가 없고, 0.6 m는 상당한 손상을 동반하는 허용 가능한 소성변형량으로 판단한다.
다. 댐체나 기초지반에 액상화 발생 가능성이 있고, Newmark 방식에 의한 댐 비탈면의 소성활동량이 0.6 m를 초과하는 경우에는 흙의 소성적 성질과 동적간극수압을 고려한 동적 유효응력해석법을 설계에 적용한다.
③ 부속시설
부속시설의 동적해석은 각 시설물별 기준에 따른다.
(5) 액상화의 검토
① 필댐이 느슨한 사질지반에 축조된 경우나 지진 등의 외력에 의하여 과잉간극수압이 상승하고 전단강도가 저하될 것으로 예상되는 기초지반이나 댐체에 대하여는 액상화에 대한 안정성을 검토한다.
② 액상화를 검토하는 방법은 KDS 17 10 00(4.7) 에 따르되, 댐 규모, 안전도, 재료물성의 정확성, 붕괴 시 피해 등을 고려하여 적절한 방법을 선정한다.
③ 액상화의 가능성이 있다고 판단되는 경우에는 다음의 절차와 방법에 따라 흙의 액상화 저항력과 정적, 동적응력 조건을 고려한 검토를 수행한다.
가. 댐체 또는 기초지반 내의 상시 유효응력 또는 유효구속압 상태를 추정한다. 추정방법으로는 댐마루를 반무한의 지표면으로 가정하여 침윤선의 위치와 흙의 단위중량으로 구하는 방법과 댐의 축조과정 및 담수 과정을 단계 모사한 수치해석을 통하여 구하는 방법이 있다.
나. 댐체 또는 기초지반의 지진 시 작용응력, 즉 진동전단응력을 산정한다. 이 방법에는 지진응답해석법이 적용된다. 2차원 등가정적 지진응답해석을 적용하는 것이 타당하나, 기초조사나 개략적 분석을 위해 보정방법이 적용된 1차원 지진응답해석도 적용될 수 있다. 정밀한 결과 도출을 위해서는 비선형 2차원 동적해석법이 고려될 수 있다.
다. 흙의 진동저항전단응력(액상화 저항응력)을 가.에서 산정한 유효구속압으로 나눈 진동저항전단응력비를 KDS 17 10 00(4.7) 에 따라 산정한다.
라. 가.항에서 산정한 유효구속압으로 나.항으로 구한 진동전단응력을 나누어 지진 시 진동전단응력비를 구하고, 여기에 다.항으로 구한 지진 시 진동저항전단응력비와 비교해서 액상화의 가능성을 판정한다.
마. 가.~라.의 절차 없이, 비선형 유효응력해석을 수행하여, 산정된 간극수압비로부터 댐체와 기초지반의 액상화를 직접적으로 판정하는 방법이 적용될 수도 있으나, 시간적 경제적 비용과 적용 모델의 적합성에 대한 신중한 검토가 필요하다.
4.4.5 매설계측 안전관리
(1) 필댐 축조 시 여러 종류의 계기를 매설하여 축조과정에서의 안전관리와 품질관리를 하고 필댐이 완성되어 담수호에는 필댐 내부에서의 응력변화와 이에 따른 필댐체의 거동을 관측하여 안전관리에 활용한다.
(2) 계기 설치 수량은 기존 필댐의 설치실례와 운영실적을 참고하여 정하되 운영기간 중의 고장 등을 고려하여 20 % 정도의 여유물량을 추가하도록 한다. 연약지반 위에 필댐이나 높이가 큰 필댐에서는 기본적으로 다음과 같은 계기를 설치해야 한다.
4.4.5.1 간극수압계
(1) 주로 차수부에 설치하여 축조공사중 간극수압을 측정하여 축조속도를 관리하고 담수 후에는 간극수압의 소산상황 측정, 침윤선의 추적 및 지진시 필댐체 내의 간극수압 거동을 측정할 목적으로 적절한 위치에 설치한다. 일반적으로 필댐체 단면 중 큰 단면을 갖는 필댐중앙 단면을 포함한 2~3개 단면에 표고 15~20 m마다 필댐축 직각방향의 평면상 하류측 필터 및 상류측에 설치한다.
4.4.5.2 토압계
(1) 필댐 각 존간에 수평으로 일정표고에 설치하여 중량에 의한 토압과 수압에 의한 응력변화를 측정, 유효응력을 파악한다. 일반적으로 간극수압계와 같은 곳에 매설하되 45。-3성분의 유효토압을 측정해서 내부응력의 크기와 방향을 측정하여 응력-변형을 해석하고 성토단면의 전단변형에 의한 필댐의 안정성을 확인하다. 이때 같은 평면상에 3~4개 토압계를 설치해야 한다.
4.4.5.3 층별침하계
(1) 차수부에 수직으로 일정간격 마다 설치하여 층별 침하량을 측정한다.
4.4.5.4 수평변위계
(1) 필댐의 변형과 수위변화에 따른 수평방향의 변형을 측정하기 위하여 각 존간의 수평면상에 일정 간격으로 여러 개의 변위계를 설치한다.
4.4.5.5 누수측정장치
(1) 필댐하류에 누수집수벽을 설치하고 일정구간별 누수량 집수정 및 측정장치를 설치하여 구간별 누수량을 측정한다.
4.4.5.6 지진계
(1) 필댐에서의 지진계의 설치와 지진응답계측은 KDS 17 10 00에 따른다.
4.4.5.7 암반변위 측정계
(1) 기초암반 부위에 설치하여 암반의 변형특성 및 하중의 내력(내하성)을 측정한다.
4.4.5.8 전단변위 측정계
(1) 재료가 상이한 성토면의 상대변위 측정이나 급한 비탈경사를 갖는 양안부에 설치하여 기초지반과 성토부의 전단변위를 측정한다.
4.5 기계, 전기설비
4.5.1 적용범위
(1) 이 기준은 필댐에 설치되는 모든 게이트(gate), 밸브(valve) 및 스크린(screen)에 적용한다.
4.5.1.1 설비의 종류
(1) 필댐에 설치되는 설비는 게이트 등의 기계설비와 수․배전설비 등의 전기설비, 원방감시제어 설비 등의 통신․제어설비, 기상이나 수문관측을 위한 관측설비를 말한다. 각 설비의 종류를 설치 목적별로 분류하면 <표 4.5.-1> 설비의 종류와 분류와 같다.
<표 4.5.-1> 설비의 종류와 분류

설치목적

설 비 종 류

분류

취 수

취수 설비

취수게이트(밸브)

기계설비

선택취수게이트

제진 설비

스크린

홍수조절

물넘이 설비

물넘이 게이트

방 류

방류설비

방류게이트(밸브)

전원(전력․조작․조명용 등)

수․배전설비, 예비발전설비

전기․통신

제어설비

운전․조작

통신․제어설비

원방감시제어설비 등

기상․수문관측

관측설비

기상관측장치

수위계, 유량계
4.5.1.2 설비의 설계
(1) 수문설계에 관한 사항은 “KDS 54 20 15, 4.6. 여수로수문”을 참조한다.
(2) 저수지의 저류수를 안전하게 배제시킬 수 있는 구조물로서 상시 및 비상방류설비를 설치할 수 있으며 “댐 부속 수리구조물 KDS 54 80 10 : 2022 설계기준 4.3 상시 및 비상방류설비”를 참조하여 설계할 수 있다.
(3) 필댐의 안전에 영향을 미칠 수 있는 비상상황이 발생한 경우를 대비하여 사전방류 시설을 설치할 수 있으며 이를 통하여 사전방류 할 수 있다. (2) 방류시설로 농업용저수지의 취설(취수탑, 사통)을 이용하거나, 비상수문, 사이폰 등 긴급방류 시설을 추가로 설치한다.
4.6 이설 및 진입도로
(1) 이설도로 및 진입도로 건설은 합리적인 계획과 설계가 이루어지도록 하여야 하며, 저수지 수변과 인접 지역으로의 동물이동 단절방지 및 서식지 훼손의 최소화 방안을 노선 선정시 충분히 검토한다.
(2) 이설도로는 필댐 건설에 따른 수몰 등으로 인하여 사용하지 못하는 기존도로의 대체도로를 말하며, 진입도로는 필댐 공사를 위하여 필댐 건설지 또는 기타 부대시설 등에 접근하기 위한 도로를 말한다.
4.6.2 설계시 고려사항
(1) 필댐 건설로 수몰되는 도로의 이설계획을 제시한다.
(2) 이설도로는 도로의 기능확보, 인근 주민의 편의 제공, 장래 지역발전 및 경제성을 고려하여 합리적인 계획이 되도록 한다.
(3) 필댐 건설을 위해 필요한 이설 및 진입도로 등을 위한 측량은 기능과 목적에 부합되도록 시행되어야 한다.
(4) 이설도로 공사를 실시하기에 앞서 공사의 목적, 내용 및 규모에 따라 적당한 세부측량이 선행되어야 한다. 일반적으로 필댐 지점의 상․하류부에 걸쳐서 좌․우안의 가용면적을 정확히 파악하고 상호 연관성이 깊은 가설비는 한 곳으로 모아서 배치함으로써 유기적인 기능이 발휘될 수 있도록 한다.
(5) 이설도로는 저수지 주변에 개설되므로 도로의 구조시설 기준 및 농도의 구조시설 기준에 따라 설치하며 주변경관과 조화되도록 노선과 도로단면 계획에 유의한다.
(6) 진입도로 노선은 공사비, 필댐 및 부대시설 배치계획, 공사재료원, 시공계획, 지역여건 등을 고려하여 공사에 편리하도록 계획한다. 만일 기설도로가 있으면 운반자재의 양, 크기, 중량 등을 고려하여 개량 정비한다.
(7) 진입도로는 공공도로와는 달리 사용기간이 짧고 사용목적이 제한되는 점을 특히 고려한다. 따라서 진입도로의 규모는 도로 건설비와 필댐 축조비의 경제성 검토에서 결정된다.
4.6.3 도로계획 및 설계 절차
(1) 도로의 계획 및 설계는 도로 현황 및 교통, 노선, 경제, 환경, 토질, 그리고 용지 및 보상, 물가, 기상, 장애물 등에 대한 조사가 이루어져야 한다.
(2) 이설 및 진입도로의 설계는 관련계획 검토, 조사예정지 검토, 예정지 노선답사, 현장조사, 노선측량, 설계기준사항 검토, 도로구조 계획, 도로설계 등의 순서로 실시한다.
(3) 이설도로 및 진입도로는 KDS 67 35 00 농도의 설계기준에 따른다.