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배수 관련검토

2010. 04. 27

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지하수 유입량 산정

1. 지하외벽 선단부를 통해 유입되는 개략적인 지하수 유입량의 판단은 일반적으로 Darcy법칙 적용

→ 지하수의 유입량은 계절적 변동, 지형, 토질 및 지층의 경사 등에 따라 크게 달라짐

2. 배수층의 투수계수는 현장투수시험을 실시

→ 부지 내 암반의 투수계수 결정, 암반절리 조인트의 조사 등

3. 정확한 지하수 유입량 산정을 위해서는, 컴퓨터 수리 모델링 프로그램(SEEP/W) 활용

→ 현장 여건에 맞는 입력 데이터를 작성, 해석 필요

개요

흙 속의 물

흙 속의 물

지중수

흡착수

모관수

지하수 자유수면을 갖는 지하수

피압 지하수

1. 이중 흡착수는 전기화학적인 힘에 의해 흙 입자 표면에

견고하게 부착되어 고열로 가열하지 않으면 분리되지 않음

2. 모관수는 흙 중의 공극의 모관력 뿐만 아니라 중력의

작용을 받는 흙 중에서 이동하는 물이다.

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1. 강우 또는 융설에 의해 생긴 지표수가 지중에 침투하므로 지하수위 상승

2. 흙 중에 침투된 물은 일반적으로 중력 방향으로 이동하고 지반내의 불투수층에 도달

→ 도달한 물은 불투수층 상부에 고이게 되며, 이로 인하여 지하수를 형성하여 지하수면이 됨

3. 지하수의 유무나 지하수면의 높이는 지반을 구성하는 지층에 따라 상이, 지반조건에 따라

→ 지하수면을 갖는 지하수 외에 피압 지하수, 용수로서 지표에 용출

신축부지 내 지하수 유입경로

지하수의 흐름 지하수의 이동

지하수 유입량 산정

1. 기초바닥 아래로 외,내부 수위차에 의한 지하수 유입

2. 부지 내 대수층 지반의 포화지하수 및 피압수 존재에 의한 지반 내 자체 생성

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양압력 발생

1. 기초바닥 및 외벽에 작용하는 수압은 장기적인 관측이 되지 않는 한 정량화는 사실상 어려움

2. 대심도의 굴착은 기초바닥에 작용하는 과대한 수압처리에 따른 문제

→ 기초단면 증대, 부력 앵카수의 증가, 시공성, 경제성 및 안정성 등

3. 깊은 굴착에 따른 지하구조물의 시공은 필연적으로 지하수압에 의한 문제가 발생

→ 지하수의 흐름에 의한 지반의 융기(Heaving), 파이핑(Piping) 현상 등

대심도 굴착에 따른 문제점

굴착에 따른 지하수의 이동

등수두선

불투수층, 암반내 피압수 상승

지하수위

지하수 이동

침투선

흙막이 벽체

지하수 유입

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1. 지층구성

→ 매립, 충적, 풍화토, 풍화암, 연암, 경암 순으로 구성

건축기초 계획면은 EL(-)5.0~6.0m로 풍화암, 연암, 경암층에 해당

2. 지하수위/예상양압력

→ 지표하 1.0~7.5m에 형성. EL(+)9.3~15.8로 구간별로 약 6m 정도의 기복을 보임

굴착계획심도는 EL(-)5.0~6.0이므로 15~20ton/m2 가량의 양압력 예상됨

3. 배수량

→ 흙막이벽체는 차수벽체인 S.C.W 적용으로 지하수 유입 차단 및 지연효과

수치해석 모델링을 통한 유입수량 산정 후 공법 선정

지반조사 결과/ 건축계획

지하수위 분포도

현장여건

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굴착 현장의 유입량 검토

유입량 검토

1. 시공 중 유입되는 우수 유입에 의한 양수(Dewatering) 작업량 추정에 사용되는 일시적 유입량(Temporary Seepage Condition)

2. 굴착 및 완공 후 건물의 부력설계에 관련되는 양수량 예측

검토 대상 평면

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굴착단계별 지하수 유입량 검토

임시 배수계획 검토

굴착 단계별 지하수 유입량

0 50 100 150 200 250Ground Water Flow(m3)

0

5

10

15

20

25

Exca

vatio

n D

epth

(m)

225.0 25

206.3 24

189.0 23

173.1 22

158.3 21

144.6 20

131.9 19

120.0 18

108.9 17

98.4 16

88.6 15

79.4 14

70.7 13

62.5 12

54.7 11

47.4 10

40.4 9

33.8 8

27.4 7

21.4 6

15.7 5

10.2 4

5.0 3

0.0 2

0.0 1

굴착심도 유입량 (M3/일)

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강수에 의한 유입량 검토

임시 배수계획 검토

1. 현장내 우수량 산정식 : 1) 굴착 면적 : 54,000m2

2) 일일 최대 우수량 (2008년 7월 24일: 212.0 mm)

유출계수 0.8 적용 9,200 ton/일, 380 ton/hr

3) 강우발생시 평균 우수량 (2008년 6/1일~ 9/31일 까지: 56.09 mm)

유출계수 0.8 적용 2,400 ton/일, 100 ton/hr

2. 시간당 양수기 펌프 용량 : 4인치(20마력) : 92 ton

3. 양수기 투입량 산정식 : 92 ton x 5대 = 460 ton/hr

4. 우수량 및 펌프량 대비 : 우수량 < 펌프량

5. 배수시설 (양수기투입 대수) : 4" 양수기 - 6대 (예비용 1대 포함)

강수 및 지하수 유출에 의한 유입량 종합검토

1. 강수에 의한 최대 유입량: 380 ton/hr2. 지하수 유출에 의한 최대 유입량: 10 ton/hr→ 굴착공사중 지하수 유출에 의한 유입량은 강우에 의한 유입량에 비해 상대적으로 적어

우수에 의한 유입량을 기준으로 배수로 계획 및 펌핑계획 수립 가능

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현장내 배수계획

임시 배수계획 검토

침사조

침사조

집수정/양수기

배수로 (2.0X2.0)

유도수로(1.0X1.0

)배수로 (2.0X2.0)

최대강우시390m3/hr홍수시

평상시10m3/hr

강우시110m3/hr평시

비고유출량구분

펌핑량 요약표집수정 50m3 확보(4.0X4.0X3.0)

집수정 50m3 확보(4.0X4.0X3.0)

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영구 배수계획 검토

검토 대상 대표단면/ 해석결과

굴착 완료후 유입량 검토

굴착 완료후 현장내 지하수 유입량

합 계 225.0

79.0 128.0 0.618 D

106.0 200.0 0.531 C

6.0 33.0 0.176 B3

1.0 33.0 0.009 B2

9.0 33.0 0.259 B1

11.0 49.0 0.226 A2

13.0 49.0 0.270 A1

지하수 침투유량(m3/day)

Perimeter(m)

단위 m당 유출량

(m3/day/m) SECTION-(FLUX No.)

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1. 사하중에 의한 방법

→ 건물의 순수하중과 건물외벽에 작용하는 마찰력이 양압력 보다 크게 설계

지하수위가 낮고 얕은 지하를 굴착하는 경우 적용

2. 영구앵커에 의한 방법

→ 부족한 저항력을 기초바닥 아래 암반층에 Anchor 또는 Rock Bolt를 설치하여 저항

공사비가 고가이며, 장기적인 유지관리에 대한 Risk가 있음

3. 영구배수에 의한 방법

→ 건물저면에 발생하는 양압력을 배수에 의하여 감소시키는 방법

유로 형성시 Piping, 과다 배수시 지반침하 발생

양압력 처리방법

영구앵커사하중 영구배수

양압력처리

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영구배수공법 비교

• 양압력 조절장치, 높이 8.7cm• 양압력 효과적으로 분산처리

• 원형 PDD관 이용, 직경 6cm• 일면 배수재 사용, 모든 지층적용

• 사각다발관 이용, 높이 3.8cm• 일면 배수재 사용, 모든 지층적용

공법특징

설계단면

• Dual Chamber System에 의한 양압력 조절로 안정성 확보

• 판형배수재로 유입된 지하수는 반드시 Chamber를 경유, 유도관을 통해집수정으로 유도 이동경로 김

• 압력조절 Cap 시공시 기초 슬래브와 간섭으로 인한 문제 있음

Dual Chamber System

• 사각형 배수재 높이가 3.8cm로 버림콘크리트 두께 이하이므로 추가굴착 없이 시공가능.• Drain Mat System이 타 공법에 비하여 공사비가 저렴하고 시공경험이 풍부함.

• 공사비는 4,000~6,000원/m2 수준으로 공법별 차이는 미미하나, Dual Chamber System 적용시 추가 토공량이발생하여 공사비 상승요인 있음

종합의견

• 시스템 배수로 + Drain Board(단면배수)에 의한 양압력 처리• 다수의 배수재 설치 및 간격 조정으로 원하는 통수단면적 확보가능

• 수작업으로 시스템 배수로 현장 조립으로 품질확인 가능

Drain Mat System

• 드레인 보드를 일정 간격으로 설치하여 지하수를 유도

• 일체로 연결되는 PDD관을 통해 지하수 배수

• 통수능력의 부족시 이중배수관 설치필요

Permanent Double Drain

적용성

항목

1. S.C.W 차수벽을 시공하였고 지층구성상 투수계수가 작아 현장으로 유입되는 실유입량은 상대적을 적을것으로 예상됨

2. 장시간 경과후 S.C.W의 차수효과 저감과 지하수위 회복에 따라 20ton/m2 내외의 양압력이 발생함

3. 고층부 구간은 구조물의 자중으로 양압력을 지지 가능하며, 저층부는 영구배수공법을 적용할 것을 추천함

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EL.(-)4.56mFINAL EXC.

EL.(-)5.01mFINAL EXC.

EL.(-)5.01mFINAL EXC.

EL.(-)5.01mFINAL EXC.

EL.(-)5.01mFINAL EXC.

EL.(-)5.01mFINAL EXC.

영구배수계획 설계

영구배수 계획

1. 실유입수량 225m3/일에 안전율 2를 감안하여 일 450m3의 지하수를 배수할 수 있는 규모2. 배수로의 간격 조정으로 바닥기초의 양압력 2ton/m2 이하로 유도3. 지하수 저장 집수정 계획/ 지하수 양수를 위한 펌핑 계획 수립

영구배수 계획 평면

집수정 계획

집수정 용량: 2.5m3/개소

지하유입수의 원활한 배수를위해 현장내 11곳 설치

펌핑계획

펌핑용량: 12m3/hr이상 사용홍수시 일가동시간: 5시간사고 대비 예비 펌프 운영

배수로 계획

배수로 간격: 6~12m 범위에서 설치총연장 1km 이상 확보