114. 필터(filter)

 흙구조물 및 기초지반 내부에 투수성이 현저하게 다른 2개의 재료가 인접하여 존재할 경우 예를 들면 필댐의 제체 내에 세립토 코어와 본체 록필(rock fill)이 인접되어 있는 경우는 침투류가 세립토에서 조립토로 통과할 때 제체 및 기초지반 내부의 침투유속이 바른 부분(유선이 좁은 부분)에 파이핑이 발생하여 제체등의 파괴원인이 되는 경우가 있다.

이와 같이 침투류에 의하여 흙속의 가는 흙입자가 유출되는 것을 방지하고 침투류를 쉽게 배출시키는 기능을 가지게 하려면 투수성이 현저하게 다른 2종의 토층 경계부분에 적당한 입도의 재료로 구성된 층을 설치해야만 하며, 이 층을 필터라 한다.

필터가 상기의 기능을 충분히 가지게 하기 위해서는 다음 2개의 조건을 만족시켜야 한다.

① 침투수를 쉽게 배출시킬 수 있게 필터는 보호되는 토층보다 10∼100배 정도의 높은 투수성을 가져야 한다.

② 보호되는 토층 중의 세립자가 유출되지 않도록 필터재료는 충분히 가는 입도를 가지고 있어야 한다.

이와 같이 필터가 서로 반대되는 요구조건을 만족시키기 위하여 입도조건에 대한 연구를 많이 하였는데 일반적으로 다음과 같은 설계기준이 채용되고 있다.

① 필터의 배수기능 확보조건

                                              (1)

② 세립토의 유출방지 조건

필터에 의하여 보호되는 토층의 세립분이 침투류에 의한 유출을 방지하기 위한 필터재료와 보호되는 토층의 입도관계는 다음과 같다.

                                                 (2)

③ 입도곡선 평행조건

필터재료의 입도곡선 형상은 보호되는 토층의 입도곡선 형상과 거의 평행되어야 하며, 이 조건을 만족시키기 위한 필터의 입도와 보호되는 토층의 입도 사이의 관계는 다음과 같다.

                                      (3)

                                     (4)

여기서 보호되는 토층 중에 자갈이 포함되어 있을 경우는 보호되는 흙의 25mm 체 통과부분과 필터재료의 입도사이에 식 (1)∼(4)의 조건이 필요하다. 또한 필터재료 중에 0.075mm 체를 통과하는 입자를 5%이상 함유해서는 안되며, 필터재료에는 점성이 있는 흙이 있으면 안된다.

상기의 기준을 적용하여 필터를 설계할 경우 필터에 의하여 보호되는 토층과 필터 외측의 투수성이 높은 토층(록필터 등)과 입도가 현저하게 다르면 2개 토층 사이에 1 층의 필터를 삽입하면 필터가 충분한 기능을 발휘할 수 없다.

이러한 경우는 필터를 복수 층으로 설치해야 하며, 이때 보호되는 층과 필터의 제1층, 필터의 제1층과 제2층, 제2층과 제3층 사이에는 각각 상기의 식 (1)∼(4)의 조건을 만족시켜야 한다.

또한 식 (1)∼(2)의 조건에서는 필터에 의하여 보호되는 토질재료의 점착성에 대한 영향은 무시되고 있다. 따라서 점토질 및 입도배합이 좋은 재료에 대해서는 상당히 안전한 기준이다.

이것은 점착성이 있는 세립토를 다지면 투수성이 매우 낮아지고 또한 흙입자가 서로 응집되므로 가는 흙입자도 침투류에 의하여 유출될 염려가 없기 때문이다. 이러한 경우 세립토에 인접한 필터는 반드시 상기의 조건을 만족치 않아도 안전을 유지할 수 있으며, 필터재료는 15% 입경이 0.1mm 정도이면 좋다고 생각된다.

필터층의 두께는 이론상 매우 얇아도 그 기능을 충분히 확보할 수 있다고 고려되나 실제의 설계에서는 시공의 확실성과 용이성, 지진시의 안전 등을 고려하여 수평필터의 경우 재료가 모래이면 두께 15cm 정도, 자갈이면 30cm 정도로, 연직 또는 경사필터는 두께 2∼4 m 로 선정하는 것이 일반적이다.