필터재료 기준

왜 배우는가: 필댐의 안전성은 코어(차수벽)에서 세립토가 빠져나가는 내부침식을 막는 필터에 달려 있다. 필터재 기준은 댐 설계와 시공 품질 관리의 기본이며, 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술에서 정의, 요구조건, 입도 기준을 묻는 형태로 반복 출제된다.

출제 이력: 제135회 1교시 8번, 제133회 1교시 1번, 제126회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

필터(Filter)는 세립토의 이동을 막으면서 물은 통과시키도록 입도를 조정한 조립 재료로, 필댐의 코어와 존 사이에 설치한다.

• 필터(Filter): 보호 대상 토질의 세립토가 유출되지 않도록 입도를 맞춘 조립 재료다.
• 내부침식(Internal Erosion): 침투수에 의해 제체 내부의 세립토가 씻겨 나가는 현상이다.
• 파이핑(Piping): 내부침식이 진행되어 제체 내부에 물길이 뚫리는 현상이다.
• 보유(Retention): 필터가 보호 토질의 입자 이동을 제한하는 성질이다.
• 투수성(Permeability): 필터가 침투수를 빠르게 배출하는 성질이다.
• 자기안정성(Self-filtration): 필터 자체의 입자가 내부에서 분리되지 않는 성질이다.
• 필댐(Fill Dam): 흙이나 암석을 쌓아 만든 댐으로 흙댐과 록필댐을 포함한다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 필터는 댐 속의 물을 빼 주되 흙 알갱이는 붙잡아 두는 체 역할을 하는 층이다. 댐 내부의 차수 재료인 점성토 코어는 물을 막는 역할을 하지만, 물이 새면 그 흐름에 의해 세립토가 빠져나갈 수 있다. 필터는 이 경계에 입도가 고른 조립 재료를 깔아 세립토의 이동을 차단한다.

필댐에서 필터재는 입도조정된 조립 재료로서, 세립토가 제체 밖으로 유출되는 것을 막고 침투수를 신속히 배수하는 층이다. 필터는 보호하려는 토질의 입도에 맞추어 설계하며, 입도가 너무 조립하면 세립토가 빠져나가고 너무 세립하면 배수 능력이 떨어진다. 그러므로 필터재의 기준은 보유성과 투수성을 동시에 만족하는 입도 범위로 정해진다.

필터가 요구되는 조건은 기준에 따라 다섯 가지로 정리된다. 첫째는 보유성(Retention)으로 세립토의 이동을 제한하는 것이다. 둘째는 자기안정성(Self-filtration)으로 필터 자체가 내부에서 안정해야 한다. 셋째는 무점착성(No Cohesion)으로 균열을 유지하거나 시멘트처럼 굳는 성질이 없어야 한다. 넷째는 배수성(Drainage)으로 간극수압을 빠르게 해소할 만큼 투수성이 커야 한다. 다섯째는 강도(Strength)로 댐 내부 응력을 전달하면서도 파쇄되지 않아야 한다.

수험에서 가장 많이 쓰는 기준은 Terzaghi의 입도 필터 규칙이다. 필터의 D15가 보호 토질의 D85의 일정 배 이하이면 보유성을 확보한다. 또한 필터의 D15가 보호 토질의 d15의 일정 배 이상이면 투수성을 확보한다. 이 두 조건을 함께 만족하는 입도를 선택하는 것이 필터 설계의 핵심이다.

D15(필터)/D85(보호토) 가 일정 배 이하

D15(필터)/d15(보호토) 가 일정 배 이상

추가로 필터의 균등계수 Cu는 가능한 한 작게 하고, 0.075mm 체 통과량은 5% 이하로 제한하여 세립분에 의한 막힘과 균열 발생을 줄인다. 이 값들은 설계 초기의 개략 기준이며 실제 적용은 시험과 설계 조건에 따라 조정한다.