KR100766364B1 - 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홍수량 예측의 부정확함으로 인한 수위 상승에 따라 코퍼댐내에 물을 담수함으로써 코퍼댐 파손을 해결하고 안전성을 유지할 수 있도록 하며, 공사비를 절감할 수 있도록 한 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이는 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 형성된 코퍼댐과; 상기 코퍼댐의 내측 경사면에 사각형상으로 형성되며, 전면에 가수문이 설치되는 가수문구조체와; 상기 가수문구조체의 외측면에는 코퍼댐의 사면에 상하로 벨트 컨베이어가 설치되고, 상기 벨트 컨베이어를 따라 승하강되도록 리프트가 고정 설치되는 이물질제거장치와; 상기 코퍼댐의 가운데를 가로질러 가수문과 연결되게 고정 설치되는 파이프로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 시공방법은 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 코퍼댐을 형성하는 단계; 상기 코퍼댐의 내측에 경사면에 대해 수직으로 가수문이 형성된 가수문구조체를 형성하는 단계; 상기 가수문구조체의 외측면에는 코퍼댐의 사면에 상하로 벨트 컨베이어를 설치하고, 상기 벨트 컨베이어를 따라 승하강되도록 리프트를 고정 설치하여 이물질 제거장치를 설치하는 단계; 상기 코퍼댐의 가운데를 가로질러 가수문과 연결되게 파이프를 고정 설치하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

교량 기초, 수중 터파기, 코퍼댐, 가수문, 파이프

Description

파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법{coffer dam and it's method of construction was used pipe and temporary gate}

도 1은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이를 도시한 표준도,

도 2는 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이를 도시한 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 측면도,

도 6은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 평면도,

도 7은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 배수관을 도시한 예시도,

도 8은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 기초콘크리트 층을 도시한 예시도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10: 코퍼댐 20: 가수문구조체

21: 가수문 22: 프레임

23: 리벳 24: 앵글

30: 이물질제거장치 32: 벨트컨베이어

34: 리프트 40: 파이프

50: 굴착공 60: 스크린 필터층

64: 자갈층 68: 기초콘크리트층

70: 배수관

S: 파이프와 가수문을 이용한 가물막이

본 발명은 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 특히 임시물막이 공법 중 시공성과 경제성이 우수하나 홍수 때 월류로 인한 안전성의 문제로 적용을 기피하는 토사제체 코퍼댐에 가수문을 설치함으로써 월류를 사전에 방지하여 내외 수위차를 없애고, 제체의 안전을 꾀하며, 공사비를 획기 적으로 절감할 수 있도록 한 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 가물막이의 형식은 셀룰러 시트파일공법(cellular sheet pile), 더블시트파일공법(double sheet pile), 토사와 싱글 시트파일(single sheet pile)을 혼용한 공법, 토사제체만의 공법 등 여러 가지가 있으나 토사와 싱글 시트파일을 혼용하는 공법과 토사 코퍼댐 공법이 비교적 공사비 및 공기가 단축되는 등 장점이 있으나, 홍수량 예측 부정확에 따른 제체월류로 코퍼댐이 파손되는 경우가 많아 안전성에 가장 취약한 구조로서 사용성에서 열악한 것이 사실이었다.

여기서, 상기한 셀룰러 시트파일공법은 구조적으로 가장 안전하고 차수 효과가 매우 크나, 시공성에 있어서 폐합에 따른 고도의 정밀시공이 필요하며. 시공비가 비싸다는 경제적 부담이 큰 단점이 있고,

더블 시트파일공법은 셀룰러 시트파일공법 보다는 경제성이 좋으나 단계별 지반굴착에 따른 변위 발생으로 구조적 안전성에 문제가 있으며, 특히 시공성에 있어서는 타이 로드 설치 및 해체시 수중작업으로 위험성과 어려움이 있는 단점이 있다.

또한, 상기한 토사와 싱글 시트공법은 다른 공법보다 시공비가 저렴한 공법이나 월류시 제체가 세굴되어 파괴를 피할 수 없으며 또한 토사 제체 높이가 높아짐에 따라 준설량이 많아지며 유수 단면이 줄어들어 수위를 상승시키는 단점이 있다.

그리고 상기한 토사 제체 공법은 차수 효과가 낮아 누수문제를 시트 파일공 법으로 보완하면 시공도 간편하고 안전하나 홍수에 의한 제체 월류시 내제부터 세굴이 나타나 결국 제체의 붕괴로 이어지는 것이 큰 문제이다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 홍수량 예측의 부정확함으로 인한 수위 상승에 따라 코퍼댐내에 물을 담수함으로써 코퍼댐 파손을 해결하고 안전성을 유지할 수 있도록 하며, 공사비를 절감할 수 있도록 한 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이는 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 형성된 코퍼댐과; 상기 코퍼댐의 내측 경사면에 사각형상으로 형성되며, 전면에 가수문이 설치되는 가수문구조체와; 상기 가수문구조체의 외측면에는 코퍼댐의 사면에 상하로 벨트 컨베이어가 설치되고, 상기 벨트 컨베이어를 따라 승하강되도록 리프트가 고정 설치되는 이물질제거장치와; 상기 코퍼댐의 가운데를 가로질러 가수문과 연결되게 고정 설치되는 파이프로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 시공방법은 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 코퍼댐을 형성하는 단계; 상기 코퍼댐의 내측에 경사면에 대해 수직으로 가수문이 형성된 가수문구조체를 형성하는 단계; 상기 가수문구조체의 외측면에는 코퍼댐의 사면에 상하로 벨 트 컨베이어를 설치하고, 상기 벨트 컨베이어를 따라 승하강되도록 리프트를 고정 설치하여 이물질 제거장치를 설치하는 단계; 상기 코퍼댐의 가운데를 가로질러 가수문과 연결되게 파이프를 고정 설치하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이를 도시한 표준도이며, 도 2는 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 측면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 가수문구조체를 도시한 평면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 배수관을 도시한 예시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 기초콘크리트층을 도시한 예시도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이(S)은 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 형성된 코퍼댐(10)과; 상기 코퍼댐(10)의 내측 경사면에 사각형상으로 형성되며, 전면에 가수문(21)이 설치되는 가수문구조체(20)와; 상기 가수문구조체(20)의 외측면에는 코퍼댐(10)의 사면에 상하로 벨트 컨베이어(32)가 설치되고, 상기 벨트 컨베이어(32)를 따라 승하강되도록 리프트(34)가 고정 설치되는 이물질제거장치(30)와; 상기 코퍼댐(10)의 가운데 를 가로질러 가수문(21)과 연결되게 고정 설치되는 파이프(40)로 구성된다.

여기서, 상기 가수문구조체(20)는 전체적으로 박스형 콘크리트 구조체로 이루어지되, 구조체의 전면부 가운데에 가수문(21)이 상하로 승강되도록 고정 설치되고, 상기 구조체의 하단부에는 프레임(22)이 설치되며, 상기 프레임(22)의 양단부로부터 수직으로 구조체에 리벳(23)을 매개로 앵글(24)이 고정 설치된 구조이다.

또한, 상기 파이프(40)의 하단부에 코퍼댐(10)의 사면을 일정부분 굴착시켜 굴착공(50)이 형성되고, 상기 굴착공(50)에 스크린 필터층(60) 또는 자갈층(64), 기초콘크리트층(68)이 설치된 구조이다.

그리고, 상기 파이프(40)의 하단부에 일정부분 소정의 각도로 꺾여서 확개되는 배수관(70)이 부착 설치된 구조이다.

한편, 상기 스크린 필터층(60)의 유효망 폭은 파이프(40) 구경의 1/10로 이루어진 구조이다.

즉, 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이(S)은 가물막이 공법 중 시공성과 경제성이 우수하나 홍수때 월류로 인한 안전성의 문제로 적용을 기피하는 코퍼댐(10)에 가수문(21)을 설치함으로써, 월류를 사전에 방지하여 내외수위차를 없애고, 코퍼댐(10)의 안전을 꾀하며, 공사비를 획기적으로 절감하도록 한 것을 본 발명의 기술적 사상의 특징으로 한다.

여기서 본 발명의 기본적 원리는 코퍼댐(10)의 파괴원인은 월류에 의한 충격으로 코퍼댐(10)이 세굴되어 파손에 이르게 된다.

월류에 의한 충격(力積: Impulse)은

FㆍΔt = Δ(mV)

즉, 운동량의 변화와 같다.

한편, 에너지 보존의 법칙에 의해

mgh = (mV₂ ²-mV₁ ²)/2

여기서, g: 중력가속도, h: 낙차고 V₁: 낙차시작시 연직방향속도(=0), V₂: 낙차지점에서의 접근속도

낙차지점에서는 위치에너지가 전부 운동에너지로 전환된 상태이므로

V₂ = √2gh

결국, 충격(力積: Impulse)은

FㆍΔt = mV₂-mV₁

V₁ = 0 이므로 FㆍΔt = mV₂ = m√2gh이다.

따라서 충격(力積: Impulse)은 낙차고와 함수관계가 성립되므로 낙차고를 줄이려는 노력이 코퍼댐(10)의 파손을 막는 방법이라 할 수 있다.

여기서, 본 발명은 여름에 강우가 집중되어 강수위의 변동이 심한 하천에서 코퍼댐(10)을 보호할 수 있도록 하여 지하철공사, 교량기초, 하상 아래에 설치되는 지중구조물 축조에 널리 적용될 수 있다.

일반적으로 코퍼댐(10)의 높이를 최대 홍수위 보다 높게 축조하면 이상적이나 축조 높이가 높아지면 토공량이 기하급수적으로 많이 필요하며 시공후에도 준설 을 해야하므로 준설에 따른 공사비가 과다하게 소요되므로 코퍼댐(10)의 높이를 1년에 1∼2회 침수될 정도의 최소한의 높이로 축조함으로써 공사비를 절감하며, 단지 침수에 대비한 가수문(21) 설치비와 양수비는 추가 소요되나 코퍼댐(10) 축조비에 비해 극히 저렴하므로 가장 경제적인 축조방법이라 할 수 있다.

특히 한강 구간에서는 팔당댐의 방류량에 따라 수위가 결정됨으로 방류시점으로부터 현장 도달시간까지의 시간이 방류량에 따라 다르지만 3∼4시간의 준비할 수 있는 시간이 있으므로 이 시간내에 가수문(21)을 통해 담수를 할 수 있도록 시공계획을 세우면 가장 안전하고 경제적으로 지중구조물을 시공할 수 있다.

여기서, 상기 코퍼댐(10)에 파이프(40) 매설위치는 유입이 용이한 상류측 가체절 부위에 설치하되 반드시 평수위 이하로 매설하는 것이 바람직하다.

평수위보다 상층부에 매설하면 하천수위가 유입 파이프(40)와 가수문(21)의 매설위치보다 초과되었을 경우에만 자연 유입이 이루어지기 때문이다.

즉, 하천수의 유입이 직접 가능한 위치에서 상류측 가체결 코퍼댐(10)의 외측부위에 설치함을 원칙으로 한다.

또한, 상기 코퍼댐(10)에는 가수문(21)의 앞쪽에 이물질 제거장치를 설치하여 리프트의 상하 작동으로 인하여 코퍼댐(10)의 내측에 있는 이물질을 제거한다.

그리고, 상기 코퍼댐(10)의 파이프(40)에는 그 외측에 스크린 필터층(60)이 설치되는데 이러한 스크린 필터층(60)은 일반적으로 양배수장시설의 물탱크 입구에 설치하여 쓰레기나 기타 부유물질의 유입에 의한 펌프 개폐시설의 손상을 방지하도록 목적을 두고 있다.

상기 스크린 필터층(60)에 걸리는 쓰레기나 부유물질은 인력 또는 기타시설에 의거 제거하며, 스크린 필터층(60)의 유효망의 폭은 쓰레기 기타 부유물질의 질과 양에 의거 결정할 필요가 있다.

일반적으로 펌프 구경의 1/10∼1/30으로 유효망의 폭을 결정한다.

본 발명에서는 매설되는 유입 파이프(40) 구경의 1/10 정도 스크린 필터층(60)의 유효망의 폭을 결정한다.

즉 쓰레기(부유물질/기타)의 수량계산은 아래의 경험공식을 사용하여 추정한다.

V=KㆍQ

여기서 V: 부유물량 ㎥/h, K: 계수(0.2∼0.25), Q: 배수량 ㎥/s

한편 상기한 스크린 필터층(60) 결정은 고정식 형태로 하되 범위는 5∼6m 넓이로 하여 유입부 가수문(21)으로부터 약 3m 거리를 유지하며 약간의 경사를 제공하되 입구 방향으로 경사가 형성되도록 설치한다.

스크린 필터층(60)의 저변표고는 파이프(40) 단면상단 위치표고와 동일하게 유지하고 예상 수면표고까지의 표고 부위에 해당하는 범위로서 스크린 필터층(60)을 설치한다.

즉, 안정적으로 하천수의 유입이 가능하고 쓰레기 부유물질이 제거될 수 있도록 설치한다.

한편, 상기한 스크린 필터층(60) 외에 파이프(40)의 선단부 굴착공(50)에 자갈층을 형성하거나, 또는 기초콘크리트층을 형성하여 부유물질을 제거할 수도 있음 을 밝혀두는 바이다.

또한, 상기한 코퍼댐(10)에 설치되는 파이프(40)와 가수문(21)의 규격 및 갯수는 우선 홍수에 의거하여 코퍼댐(10)의 월류때까지의 시간을 예측하고 담수량을 계산하여 가체절 코퍼댐(10)을 월류하기 전에 필수적으로 담수 가능토록 파이프(40)의 크기와 갯수를 결정한다.

채택공식은 오리피스 공식을 사용하며 다음과 같다.

Q = Ca√2gh

여기서, Q: 유입량 ㎥/s, C: 유량계수(0.60), a: 파이프 단면적(㎡), h: 수위차(0.3m), g: 중력가속도(9.8m/s)

소요 담수시간 산정 사례

안전대처를 위하여 1∼2시간 이내에 담수 가능한 파이프(40)의 직경과 갯수로 조정 설치함이 유리하다.

(1) 1m 파이프의 시간당 담수량 계산 예제는 아래와 같다.

Q = 0.6 × 0.785 ×√2 X 9.8 × 0.3 = 1.14㎥/s

(시간으로 환산하면: 1.14㎥/s × 60 × 60 = 4,100㎥/h

(2) 소요 담수시간은: (<요구되는 담수체적> / <시간당 담수가능량>)

(3) 가정한 담수체적 4,387㎥을 1m 파이프의 담수가능량 4,100㎥/h으로 계산할 때 소요 담수시간은 1시간 47분이 요구된다.

따라서 상기한 바와 같은 담수량 및 담수시간을 고려하여 가수문(21) 및 파이프(40)를 절정하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이의 시공에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 시공방법은 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 코퍼댐(10)을 형성하는 단계;

상기 코퍼댐(10)의 내측에 경사면에 대해 수직으로 가수문(21)이 형성된 가수문구조체(20)를 형성하는 단계;

상기 가수문구조체(20)의 외측면에는 코퍼댐(10)의 사면에 상하로 벨트 컨베이어(32)를 설치하고, 상기 벨트 컨베이어(32)를 따라 승하강되도록 리프트(34)를 고정 설치하여 이물질 제거장치(30)를 설치하는 단계;

상기 코퍼댐(10)의 가운데를 가로질러 가수문(21)과 연결되게 파이프(40)를 고정 설치하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 및 이의 시공방법은 홍수량 예측의 부정확함으로 인한 수위 상승에 따라 코퍼댐내에 물을 담수함으로써 코퍼댐 파손을 해결하고 안전성을 유지할 수 있도록 하며, 공사비를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (10)

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6. 소정의 경사를 갖도록 토사를 축조하여 코퍼댐(10)을 형성하는 단계;

   상기 코퍼댐(10)의 내측에 경사면에 대해 수직으로 가수문(21)이 형성된 전체적으로 박스형 콘크리트 구조체로 이루어지되, 구조체의 전면부 가운데에 가수문(21)이 상하로 승강되도록 고정설치하고, 상기 구조체의 하단부에는 프레임(22)을 설치하며, 상기 프레임(22)의 양단부로부터 수직으로 구조체에 리벳(23)을 매개로 앵글(24)을 고정설치한 가수문구조체(20)를 형성하는 단계;

   상기 가수문구조체(20)의 외측면에는 코퍼댐(10)의 사면에 상하로 벨트컨베이어(32)를 설치하고, 상기 벨트컨베이어(32)를 다라 승하강되도록 리프트(34)를 고정설치하여 이물질 제거장치(30)를 설치하는 단계;

   상기 코퍼댐(10)의 가운데를 가로질러 가수문(21)과 연결되게 파이프(40)를 고정설치하고, 상기 고정설치된 파이프의 하단부에는 코퍼댐(10)의 사면을 일정부분 굴착시켜 굴착공(50)을 형성하고, 상기 굴착공(50)에 상기 파이프(40) 구경의 1/10에 해당하는 유효망폭의 스크린필터층(60) 또는 자갈층(64), 기초콘크리트층(68)을 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 파이프와 가수문을 이용한 가물막이 시공방법.
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