KR100372098B1 - 방파제용 후위 유수지 케이슨 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이슨 내부로 유입된 해수를 임시로 저장한 뒤 배수로를 통해 항내로 배출하는 유수지를 케이슨 후위에 형성하는 방파제용 후위 유수지 케이슨에 관한 것으로서, 케이슨의 하부에 해수 유입을 위하여 형성된 입구(3a); 상기 입구(3a)에 연결되어 케이슨의 중간부까지 하부를 관통해 수평 연장된 다음, 케이슨의 상부로 수직 연장되는 해수유입수로(3); 상기 해수유입수로(3) 후면부에 전면벽(2), 후면벽(5), 바닥면(6), 덮개(7)및 격벽(9)으로 둘러싸여 형성되는 유수지(4); 상기 전면벽 중간에 형성되어, 상기 해수유입수로(3)와 유수지(4)를 소통시키는 해수유입구(2a); 및 상기 유수지(4)의 해수를 항내로 배출시키기 위한 배수로(8);를 포함하고, 상기 유수지(4)가 케이슨을 따라 나란히 다수 형성되는 것을 특징으로 하며, 케이슨을 안정화시킬 수 있고 해수유입량을 증대시킬 수 있다.

Description

방파제용 후위 유수지 케이슨{Caisson with rear reservoir for breakwater}

본 발명은 방파제용 후위 유수지 케이슨에 관한 것으로, 구체적으로는 케이슨 내부로 유입된 해수를 임시로 저장한 뒤 배수로를 통해 항내로 배출하는 유수지를 케이슨 후위에 형성하는 방파제용 후위 유수지 케이슨에 관한 것이다.

일반적으로 방파제는 외해로부터의 파도의 힘을 감쇠시켜 항내의 해역을 보호하도록 해저에 고정되어 구축되는 구조물이지만, 일단 방파제가 설치되면 항내외간의 해수교환이 원활하지 못하게 되고, 특히 조수간만의 차가 작은 해역에서는 항내의 오염된 해수가 방파제 밖으로 쉽게 배출되지 않기 때문에 항내가 오염될 뿐만 아니라 항내 해수에 산소가 부족하게 되어 악취가 발생하게 된다.

이와 같은 문제를 극복하기 위해 케이슨 전면에 해수를 유입하는 원호 형상의 유입수로와 이 유입수로에서 케이슨 후방으로 연결되는 배수로를 형성한 방파제 케이슨이 있지만, 이런 종래의 케이슨에서는 극히 일부의 해수만이 항내로 유입될 뿐만 아니라, 조수간만의 차에 의해 해수면 정지수위가 유입수로의 입구보다 낮은 경우에는 항내의 해수가 항외로 역류하는 경우도 있으며, 현장에서 콘크리트를 타설하여 제작하므로 콘크리트의 하중에 의해 배수로 단면적이 제한되는 문제가 있다.

이와 같은 종래의 케이슨의 단점을 해결한 개량형 케이슨을 본 발명자들 출원하였다(특허출원 98-21328). 도 1, 2는 본 발명자들의 종래의 특허출원의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 케이슨 내에 방파제 길이 방향으로 격벽으로 구분된 다수의 유수지를 유입수로(3)의 전면인 외해 측에 형성되고, 이들 유수지중 일부에 항내로 연결되는 파이프형 배수로(8)가 형성되어, 외해에 파도가 칠 때 화살표(A) 방향을 따라 외해의 해수가 유수지(4)로 들어갔다가 항내로 배출되는 구조로 되어 있다.

도 2는 본 발명자의 특허출원의 다른 실시예로서, 유수지(4)로 연결되는 유입수로 없이 유수지 내부의 해수가 배수로(8)를 통해 곧바로 항내로 배출되는 구조로 되어 있다.

도 1, 2의 케이슨 구조에 의하면, 전술한 종래 케이슨의 문제점은 해결된다. 그러나, 외해측(도면의 좌측)으로 부터 파도가 밀려올 때 방파제 케이슨 전면에 수평파력이 작용하고 케이슨 밑면에는 연직 상향력이 작용하므로 케이슨의 후면부 하부 모서리를 중심으로 회전력을 발생시키는 전도(顚倒) 모멘트가 발생하고, 케이슨은 자중에 의해서만 상기 전도모멘트를 극복해야 한다. 일반적으로 케이슨은 속이 빈 공간을 제외하고는 내부를 모래 등으로 채워 자중을 증가시키게 되므로, 도 1, 2와 같은 구조에서는 속이 빈 유수지가 상기 회전중심으로 부터 멀리 떨어져 있게 되어 케이슨의 자중에 의한 전도모멘트를 극복하기가 어렵게 된다. 따라서, 파도가 심할수록 케이슨에 작용하는 전도모멘트에 저항하기가 어려워 케이슨이 진동되고 파손될 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 구조에서는 임시 저수조와 유수지가 서로 나란히 형성되고, 저수조에만 유입수로가 형성되고 유수지에만 후방으로 배수로가 형성되므로, 외해측에 면하는 케이슨 전면부 전체에 유입수로를 형성할 수 없게 되므로, 해수의 유입 효율이 저하되는 문제가 있다.

그리고, 저수조를 구분하는 모든 격벽에 저수조를 서로 소통시키는 구멍을 형성해야 하므로 구조가 복잡해지는 문제도 있다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 극복하기 위해서 안출된 것으로서, 케이슨에 형성되는 유수지를 케이슨 후위에 형성하여 케이슨의 자중에 의한 무게중심을 케이슨 전방부에 발생하도록 함으로써, 파력에 의해 케이슨에 발생되는 전도모멘트를 극복하여 케이슨의 진동에 의한 파손을 효과적으로 방지하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명은 또한, 유수지와 저수조를 구분하지 않고 모든 유수지에 해수유입통로와 배수로를 동시에 형성할 수 있는 구조를 취함으로써, 케이슨 전면부 전체를 해수유입구로 형성할 수 있도록 하여 해수유입효율을 극대화시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 필요에 따라 유수지를 구분하는 격벽에 구멍을 형성하지 않아도 해수의 유입/유출이 원활하도록 함으로써 케이슨의 구조를 단순화하여 제작이 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 케이슨의 단면도;

도 2는 종래의 다른 케이슨의 단면도;

도 3은 본 발명에 따른 케이슨의 단면도;

도 4는 해수유입수로 내에서 진동하는 파고를 나타낸 그래프;

도 5는 종래의 케이슨과 본 발명의 케이슨의 해수유입량을 비교한 그래프;

도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 케이슨의 단면도;

도 7은 본 발명에 따른 제 3 실시예의 케이슨의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1.. 마운드 2.. 유수지 전면벽

3.. 해수유입수로 4.. 유수지

5.. 유수지 후면벽 6.. 유수지 바닥면

7.. 유수지 덮개 7a.. 공기배출구

8.. 배수로 9.. 격벽

상기 제 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방파제용 후위 유수지 케이슨은,

방파제 안쪽인 항내로 해수를 유입하기 위한 방파제용 케이슨에 있어서:

케이슨의 하부에 해수 유입을 위하여 형성된 입구(3a);

상기 입구(3a)에 연결되어 케이슨의 중간부까지 하부를 관통해 수평 연장된 다음, 케이슨의 상부로 수직 연장되는 해수유입수로(3);

상기 해수유입수로(3) 후면부에 전면벽(2), 후면벽(5), 바닥면(6), 덮개(7)및 격벽(9)으로 둘러싸여 형성되는 유수지(4);

상기 전면벽 중간에 형성되어, 상기 해수유입수로(3)와 유수지(4)를 소통시키는 해수유입구(2a); 및

상기 유수지(4)의 해수를 항내로 배출시키기 위한 배수로(8);를 포함하고,

상기 유수지(4)가 케이슨을 따라 나란히 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 케이슨에 있어서, 상기 유수지(4) 내부의 공기를 배출시키기 위한 공기배출구(7a)가 형성되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 케이슨에 있어서, 상기 유수지의 전면벽(2)에 형성된 상기 해수유입구(2a)가 해수 정지수위(10)보다 위에 형성되고, 상기 유수지를 분리하는 격벽(9)에는 하단부가 상기 정지수위(10)보다 밑에 위치하는 구멍(9a)이 형성되어 유수지 내부의 해수가 상기 구멍(9a)을 통해 서로 소통하는 것이 더 바람직하다.

그리고, 상기 배수로(8)는 상기 유수지(4)의 바닥면에서 수직 하방으로 내려가다가 항 내측으로 수평으로 연장하는 파이프 형상 또는 상기 후면벽(5)상에 상기 정지수위(10)보다 하부에 형성된 구멍 형태인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방파제용 후위 유수지 케이슨은, 상기 해수유입수로(3) 상단의 해수유출부(3b)가 외해를 향해 기울어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이슨의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 해저면에 마운드(mound; 1)가 수평으로 설치되고, 상기 마운드(1) 위에 본 발명에 따른 케이슨이 설치된다.

도면에서 보아 좌측 방향의 상기 케이슨 전면벽에는 해수면이 형성하는 정지수위(10) 밑으로 해수가 들어가는 해수유입수로(3)의 해수유입구(3a)가 형성되어 있다. 상기 해수유입수로(3)는 해수유입구(3a)로 부터 케이슨 내부 중간 부위까지 수평으로 연장한 뒤, 상부로 연장하여 케이슨의 상단부까지 이어진다. 상기 해수유입수로(3) 후방에는 해수를 일시 저장하는 기능을 하는 박스형 유수지(4)가 형성된다. 상기 박스형 유수지(4)는 해수유입수로(3)와의 격벽을 형성하는 전면벽(2), 케이슨의 뒷면을 구성하는 후면벽((5), 유수지의 바닥을 형성하는 바닥면(6), 및 유수지의 상단을 덮는 덮개(7)로 상하전후가 둘러싸이고, 도면에 도시되지 않은 격벽(9)에 의해 이웃한 유수지와 분리되어 있다. 즉, 도면 지면에 직각 방향인 방파제 길이방향으로 동일한 형상의 유수지가 나란히 다수개 형성되는 것이다.

또한, 유수지 사이를 분리하는 격벽(9)에는 구멍(9a)이 형성되어 있어 유수지 내부에 수용되는 해수가 상기 구멍(9a)을 통해 서로 흐를 수 있도록 되어 있다. 상기 유수지(4)의 전면벽(2)에는 해수유입수로(3)로 들어온 해수가 유수지 내부로 들어가도록 하기 위한 해수유입구(2a)가 형성된다. 상기 해수유입구(2a)는 하단부가 상기 정지수위(10) 보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.

일반적으로, 외해에서 파도가 밀려오면 파도의 압력에 의해 해수유입수로(3)내에는 정지수위를 중심으로 상하로 해수면이 승강하는 진동을 일으킨다. 후술하는 바와 같이, 케이슨의 전면에서 발생하는 해수면의 진폭보다 해수유입수로(3) 내에서 발생하는 해수면의 진폭이 훨씬 크게 된다. 따라서, 외해의 파도에 의해 해수유입수로(3)로 들어와 진동을 일으키는 해수는 화살표(A) 방향을 따라 상기 해수유입구(2a)를 통해 유수지(4)로 들어가게 된다. 반면에, 상기 유입구(2a)가 정지수위(10) 보다 높게 형성되어 있어 유수지 내부의 해수가 다시 외해로 역류하는 현상은 방지된다.

또한, 상기 유수지(4)의 상부에는 공기배출구(7a)가 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 유입구(2a)를 통해 해수가 밀려들어올 때, 밀려들어오는 해수압에 의해 유수지 내부의 공기를 외부로 배출시킬 수 있고, 이때문에 더 많은 양의 해수를 유수지 내부로 유입시킬 수 있게 된다. 그리고, 유수지(4) 사이의 격벽에는 정지수위(10)를 중심으로 그 위와 아래에 걸쳐 구멍(9a)이 뚫려 있어, 유수지(4) 내부로 들어온 해수가 나란히 인접한 다른 유수지로 흘러 들어갈 수 있게 됨으로써, 여러개의 병치 설치된 유수지(4) 내부의 해수량을 가능한 한 동일하게 유지하게 한다. 이렇게 격벽에 구멍을 형성하면, 유수지마다 배수로(8)를 형성할 필요 없이 특정의 하나의 유수지 또는 몇개의 유수지에만 배수로를 형성해도 항내로 해수를 유입하는데 문제가 없으므로, 케이슨의 구조를 더욱 단순화할 수 있다.

유수지(4) 바닥에는 배수로(8)가 형성된다. 상기 배수로(8)는 유수지 바닥으로부터 케이슨 뒷면까지 이어져 있어, 유수지 내부의 해수를 항내로 배수하는 기능을 한다. 배수효율을 좋게 하기 위해, 상기 배수로(8)는 유수지(4) 바닥면(6)에서 밑으로 연장하다가 케이슨 뒷면을 향해 수평으로 연장하는 형상이 바람직하다. 이와 같이 케이슨을 구성할 경우 외해측의 해수는 화살표(A) 방향을 따라 항내로 유입되게 된다.

도 4,5는 파도의 주기와 해수유입량의 상관관계를 나타낸 실험결과 그래프이다. 본 실험에서는 현장 규모를 1/25로 축소한 모형 케이슨을 사용하였다. 이하의 수치는 실제 장치를 축소한 모형에서의 수치이므로, 실제 길이, 파고 등은 25배로 확대한 것임에 유의해야 할 것이다.

도 4는 외해에 규칙파가 밀려올 때에 도 3의 해수유입수로(3)내에서 진동하는 해수의 수면상승고를 표시한 실험결과의 그래프이다.

Y축은 외해에 규칙파가 밀려올 때에 상기 수로(3)내에서 발생하는 정지수면(10)으로 부터의 최대 상승치 |η|를 도 3에 표시한 해수유입구(2a)의 높이(d)로 나누어 무차원화한 값이고, X축은 파도의 주기를 나타낸다.는 d=2.8㎝, □는 d=4㎝, +는 d=6㎝, △는 d=8㎝일 경우이다. 즉, d의 높이를 2,8㎝, 4㎝, 6㎝, 8㎝로 달리하고, 또한 파고의 주기를 달리하면서 수로를 통하여 흐르는 유량을 측정하였다. 그래프에서 수평 점선은 입사파가 케이슨 직립벽으로 입사할 때 벽면에서 발생하는 이론적인 최대의 수면 상승고로서 1.0을 나타낸다.

도 4의 그래프의 결과에서 알 수 있듯이, 해수유입수로(3) 내에서는 주기가 극히 짧은 파의 경우를 제외하고는 항상 케이슨 외벽에서 발생하는 수위 상승보다큼을 알 수 있다. 따라서, 전술한 해수유입수로 형식의 진동수로를 채용한 케이슨 구조에서는 항내측(케이슨 후면)의 수위와 진동수로(해수유입수로) 내에서의 수위의 차를 증폭시키기 때문에, 케이슨 전면과 후면을 직접 파이프로 연결하여 소통시키는 어떠한 구조보다도 해수유입량이 많아짐을 알 수 있다. 이것은 진동수로 내에서는 외해측에서 파가 밀려와 진동수로 유입구에 주기적으로 수압을 변화시킬 때 진동수로의 길이중 정지수위 아래부분의 길이가 주 인자가 되어 주기가 결정되는 공진현상이 발생하여 진동수로 내에 수위변화의 진폭이 증폭되기 때문이다.

도 5는 도 1, 2, 3의 구조에 대해 자연에서와 같이 불규칙파(유의파고 4㎝)를 대상으로 수리모형실험을 통해 해수유입량을 비교한 그래프이다.

여기서, 케이슨의 방파제 길이방향의 크기는 49㎝, 수로는 원형 파이프 1개를 사용하였으며 내경은 6㎝, 유수지의 케이슨 전후방향의 최대 폭은 11.5㎝, 그리고 물이 넘어 들어오는 해수유입구의 턱높이 d는 2㎝로 동일하게 하였다. 도 1과 도 3에서 진동수로로 부터 유수지로 해수가 들어가는 해수유입구(2a)의 상하 길이는 4㎝로 동일하게 하였다.는 도 1, □는 도 2, +는 본 발명에 따른 도 3의 케이슨 구조의 데이터이다.

도 5에서 알 수 있듯이, 진동수로가 없는 도 2의 종래의 케이슨에서 해수유입량이 가장 작고, 유수지가 진동수로의 후면에 형성되는 본 발명에 따른 케이슨(도 3)이 유수지가 진동수로의 전면에 형성되는 종래의 케이슨(도 1)보다 해수유입량이 더 많음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 후위 유수지 형식을 채택한 케이슨은 해수유입효율이 종래의 어떤 형식의 케이슨보다도 크다는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 케이슨의 다른 실시예의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 다른 구조는 도 3의 실시예와 비슷하지만, 진동수로인 해수유입수로(3)의 상단부를 구성하는 해수유출부(3b)가 케이슨 전면 방향인 외해를 향해 기울어져 있다. 이렇게 구성할 경우, 해수유입수로(3)를 통해 들어온 해수중 화살표(B) 방향을 따라 해수유출부로 배출되는 해수를 외해측으로 보내어 항내 수면의 교란을 방지할 수 있다. 물론, 유출수가 항내로 유입되어도 항내 수면 교란에 별 지장이 없는 경우에는 해수유입량을 증가시키기 위해 유출부(3b)의 각도를 도 3과 같이 항내측으로 향하게 할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 또다른 실시예의 케이슨의 단면도이다.

본 실시예의 구조는 도 3의 실시예와 동일하지만, 각각의 유수지(4)마다 배수로(8)가 형성되고, 격벽에 구멍을 형성할 필요가 없다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예의 배수로(8)는 해수를 원활하게 배출하기 위해 정지수위(10) 밑에 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 할 경우, 도 3과 같은 파이프형 배수로보다 구조가 간단하여 제작이 용이하며, 또한 격벽에 구멍을 형성할 필요가 없으므로 구조가 간단해진다. 그리고, 각각의 유수지에서 해수가 배출되므로 배출효율이 향상된다.

본 발명은 이상과 같은 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위의 기재 범위내에서 자유롭게 변형 실시 가능하다. 케이슨 후위에 유수지가 형성되는 형식은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 보아야 할 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 방파제용 후위 유수지 케이슨에 의하면, 외해측에서 밀려오는 파도에 의해 케이슨의 항내측 하부모서리를 중심으로 발생하는 전도모멘트에 대해 효과적으로 대응할 수 있다. 즉, 케이슨 후위에 속이 빈 유수지가 형성되므로, 케이슨 자체의 무게중심이 케이슨 전방에 형성된다. 따라서, 케이슨 후방 하단부를 중심으로 발생하는 전도모멘트에 효과적으로 대응하여 케이슨의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 어떤 형식의 케이슨보다도 항내측으로의 해수유입량을 증가시킬 수 있으므로 항내의 수질개선 및 보전을 크게 향상시킬 수 있다.

또, 필요에 따라 유수지 격벽에 구멍을 형성하지 않으므로 구조가 간단해져 제작이 용이하다.

또, 케이슨 전면부 전체 길이에 걸쳐 해수유입구를 형성할 수 있으므로 해수유입량을 증가시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 방파제 안쪽인 항내로 해수를 유입하기 위한 방파제용 케이슨에 있어서:

   케이슨의 하부에 해수 유입을 위하여 형성된 입구(3a);

   상기 입구(3a)에 연결되어 케이슨의 중간부까지 하부를 관통해 수평 연장된 다음, 케이슨의 상부로 수직 연장되는 해수유입수로(3);

   상기 해수유입수로(3) 후면부에 전면벽(2), 후면벽(5), 바닥면(6), 덮개(7)및 격벽(9)으로 둘러싸여 형성되는 유수지(4);

   상기 전면벽(2)에 형성되어, 상기 해수유입수로(3)와 유수지(4)를 소통시키는 해수유입구(2a); 및

   상기 유수지(4)의 해수를 항내로 배출시키기 위한 배수로(8);를 포함하고,

   상기 유수지(4)가 케이슨을 따라 나란히 다수 형성되며,

   상기 유수지의 전면벽(2)에 형성된 상기 해수유입구(2a)가 해수 정지수위(10)보다 위에 형성되고,

   상기 해수유입수로(3) 상단의 해수유출부(3b)가 외해를 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 방파제용 후위 유수지 케이슨.
2. 제 1항에 있어서, 상기 유수지(4) 내부의 공기를 배출시키기 위한 공기배출구(7a)가 형성되는 것을 특징으로 하는 방파제용 후위 유수지 케이슨.
3. 제 1항에 있어서, 상기 유수지를 분리하는 격벽(9)에는 하단부가 상기 정지수위(10)보다 밑에 위치하는 구멍(9a)이 형성되어 유수지 내부의 해수가 상기 구멍(9a)을 통해 서로 소통하는 것을 특징으로 하는 방파제용 후위 유수지 케이슨.
4. 제 1항에 있어서, 상기 배수로(8)는 상기 유수지(4)의 바닥면에서 수직 하방으로 내려가다가 항내측으로 수평으로 연장하는 파이프 형상 또는 상기 후면벽(5)상에 상기 정지수위(10)보다 하부에 형성된 구멍 형태인 것을 특징으로 하는 방파제용 후위 유수지 케이슨.
5. 삭제