KR100509080B1

KR100509080B1 - 수로형 암거 구조

Info

Publication number: KR100509080B1
Application number: KR1020040112966A
Authority: KR
Inventors: 최경득; 박영대
Original assignee: 최경득; 박영대
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2005-08-23

Abstract

본 발명은 강연선의 정착구를 하단부의 상단에 형성하고, 하단부의 단면을 결정함에 있어서 코너부의 단면은 최대 부 모멘트(-M_max)값으로 상단을 형성하고, 중앙부의 단면은 정 모멘트(+M)값에 의하여 하단을 형성한 것으로 상단이 하단보다 위에 위치하며, 그 두께도 더 두껍게 된 구성이다. 상단과 하단이 이루는 공간 부분은 갈수기의 유량이 흐르는 유수단면이다. 하단은 수평면일수도 있고, 통수의 효율을 높이기 위해 약간 원호상일 수 있다.

Description

수로형 암거 구조{Culvert system}

본 발명은 프리 캐스팅(Precasting)의 수로형 암거 구조에 관한 것으로 유량이 극히 작은 갈수기에 적합한 암거 바닥면 형상을 형성하고자함에 있고, 바닥면의 형상으로 인하여 유속이 증가되어 슬러지량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 슬러지를 집중화시킬 수 있어 준설작업이 용이하도록 함에 있으며, 동시에 최대 휨모멘트가 발생되는 암거 코너부를 보강함으로써 구조적인 안정을 주고자함에 그 목적이 있다.

종래의 수로형 암거는 하단면이 수평면을 이루고 있기 때문에 갈수기의 물의 흐름은 하단면 바닥 전체에 퍼져 정체에 가까울 정도로 아주 느리게 흐르는 것이 보통이다. 여기에 통상 오염된 유기물질이 함유되어 있기 마련인데 유기물질은 미생물의 먹이가 된다. 이렇게 에너지를 공급받은 미생물은 성장과 분열과정을 거치면서 기하급수적으로 빠르게 번식하면서 동시에 소멸되어간다. 이러한 과정을 반복하면서 암거 바닥면에 최종적으로 생성된 결과물이 바로 슬러지이다. 그 양은 시간과 더불어 많아지게 된다. 토사가 여기에 가세하게 되면 바닥면에 쌓이는 속도가 더 빨라져 준설장비로 준설을 해야 할 정도에 이르게 되고, 실제로 준설도 한다. 유속에 지장을 주지 않도록 장마에 대비해 두어야하기 때문이다.

한편, 암거는 일반적으로 50-100년에 걸쳐 강우량의 빈도 중 최고치를 가지고 설계한다. 그런데 우리나라는 장마철에 홍수시를 제외하고나면 그 이외에는 거의 갈수기나 다름없다. 그러다보니 일년 중 거의 대부분이 암거의 바닥면에 접해서 물이 흐르고 있을 정도이다. 이와 같이 종래의 암거는 홍수시에 적합하도록 된 바닥면의 형상이기 때문에 그 보다 훨씬 긴 갈수기에는 부적합하여 상기에서와 같은 문제점이 그대로 야기되고 있는 것이다.

또한 박스형 암거의 하단부 단면은 휨모멘트에 의해서 결정되고, 휨모멘트는

토압,(w_s), 사하중(w_d), 활하중(w_l), 기타 하중(w_x)에 의하여 발생된다. 특히 기타 하중(w_x)은 휨모멘트에 직접적인 영향을 주는 하중이긴 하지만 하단부 단면 형상의 특징을 설명하는데 앞에서 예시한 하중만으로도 충분하기 때문에 기타하중으로 처리한 것이다.

외력의 총합을 w_t 라 한다면, w_t= w_s + w_d + w_l +w_x 가 된다. 총 하중 w_t 에 의해 발생되는 휨 모멘트도는 도 1과 같다. w_t 에 의한 최대 부 모멘트(-M_max)는 하단부의 코너부에서 발생되고, 그 중앙부에서는 정 모멘트(+M)가 발생된다. 최대 부 모멘트(-M_max)가 중앙부의 정 모멘트(+M)보다 그 절대값이 크다. 총 하중 w_t 에 의해 발생되는 휨 모멘트로 하단부 단면을 결정한다고 설명은 했지만, 암거는 4개의 단면으로 이루어진 것이므로 4개의 단면에 대한 영향, 즉 구조적인 안전성과 제작의 용이성 및 경제성 등을 고려해서 암거 단면이 결정되는 것은 말할 것도 없다. 이와 같이 총 하중 w_t 에 의해 하단부 단면이 결정되었다하더라도 이러한 고려사항에 의하여 하단부 단면의 수치가 수정되는 것 역시 말할 것도 없다. 따라서 w_t 에 의해 설계된 단면수치가 바로 본 발명의 단면수치가 되는 것은 아니다. 다만 w_t 에 의해 구해진 단면의 치수가 앞에서 설명한 고려사항에 의하여 수정된다하더라도 그 형상의 기본은 변하지 않기 때문에 하단부 단면형상의 특징을 설명하고자함에 그 의도가 있는 것이다.

그런데 암거 하단부의 단면은 일반적으로 최대 부 모멘트(-M_max)에 의하여 일률적으로 결정된다. 코너부의 모멘트 값과 중앙부의 모멘트 값이 다른데도 말이다. 중앙부의 단면을 코너부의 단면과 동일한 크기로 한다는 것은 제작의 편의라는 점을 고려하지 않는다면 비경제적인 단면인 것은 확실하다.

본 발명은 이와 같이 종래기술의 문제점을 해소한 것으로 홍수시의 통수단면에 전혀 지장을 주지 않으면서 갈수기의 유량에 적합한 유수단면을 갖게 한 것이고, 그 유수단면으로 인하여 유량이 한데 집중되어 유속이 좀더 빠르게 되어 슬러지량이 억제되고 이에 대한 준설 작업도 용이하도록 한 것이며, 또 단면의 형상은 정 모멘트(+M)값에 의하여 중앙부의 단면을 설계하여 하단을 형성하고, 최대 부 모멘트(-M_max)값에 의하여 코너부의 단면을 설계하여 상단을 형성하되 상단(31)과 하단(32)이 이루는 공간부(4)가 갈수기의 유수단면이 되게 한 것으로 암거 구조가 안정적이면서 경제적인 단면을 갖도록 한 것이다.

본 발명의 구성을 도면과 함께 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명 수로형 암거(1)는 박스형상으로 코너에 헌치(2)가 형성되어있고, 인접되어있는 암거의 접합부를 수밀 하도록 하기위하여 강선 삽입공(9)에 강선(6)을 삽입하여 통상 프리스트레스트 정도의 크기는 아니지만 접합부를 밀접하게 할 정도로 긴장하는 것과, 그리고 이를 정착홈(5)에서 쐐기(51)와 암콘(52)으로 정착하는 것은 종래의 암거와 동일하다. 다만 차이가 있다면, 하단부(3)의 단면을 결정함에 있어 코너부의 단면은 최대 부 모멘트(-M_max)값에 의하여 상단(31)을 형성하고, 중앙부의 단면은 정 모멘트(+M)값에 의하여 하단(32)을 형성하는 구성과, 긴장된 강선(6)을 정착시키는 위치가 달라져있다는데 그 차이가 있다고 말할 수 있다.

다시 말하면, 강선(6)의 정착홈(5)를 하단부의 상단(31)에 형성하고, 하단부의 단면을 결정함에 있어서 코너부의 단면은 최대 부 모멘트(-M_max)값으로 상단(31)을 형성하고, 중앙부의 단면은 정 모멘트(+M)값에 의하여 하단(32)을 형성한 것으로 상단(31)이 하단(32)보다 위에 위치하며, 그 두께도 더 두껍게 된 구성이다. 상단(31)과 하단(32)이 이루는 공간부(4)는 갈수기의 유량이 흐르는 유수단면이다. 하단(32)은 수평면일수도 있고, 통수의 효율을 높이기 위해 약간 원호상일 수 있다. 이때 하단부(3)의 폭(l)과 하단(32)의 폭(d)의 비가 d/l=1/2-3/5 이고, 이 범위 내에서 1/2가 바람직하다. d/l가 3/5을 넘게 되면 갈수기의 유수단면으로 적합하지 않고, 또 1/2보다 작게 되면 하단부(3)가 비경제적인 단면이 되고 동시에 갈수기의 유수단면으로도 크게 적합하지도 않게 된다.

본 발명을 한마디로 요약한다면, 토압을 비롯한 여러 하중에 의해서 발생되는 휨모멘트로서 하단부(3)의 코너 및 중앙 단면을 상ㆍ하단(31)(32)을 결정하여 상단(31)과 하단(32)으로 이루어진 공간부(4)를 갈수기의 유수단면이 되게 한 구성이고, 강선(6)의 정착홈(5)를 상단(31)에 형성한 구성이다. 프리 캐스팅(Precasting)의 수로형 암거 구조(1)는 전후에 돌출부(7)와 요입부(8)가 형성되어있다.

본 발명의 수로형 암거 구조(1)를 시공하는 과정을 설명하기로 한다.

설치하고자하는 현장에 암거 구조(1)를 거치시키고 요입부(8)와 돌출부(7)를 잘 맞춘 다음 정착홈(5)에 강선(6)을 삽입하여 접합부가 밀접될 정도로 긴장하고 정착홈(5)에서 쐐기(51)와 암콘(52)을 정착시킨 후 정착홈(5)을 몰탈로 채우게 되면 시공이 완료되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

하단부(3)의 코너에 형성된 상단(31)은 최대 부 모멘트(-M_max)에 대응되는 단면이고, 하단(32)은 정 모멘트(+M)에 대응되는 단면이므로 종래 최대 부 모멘트(-M_max)로 하나로 코너 및 중앙 단면을 결정한 것에 비하여 경제적인 단면이다. 뿐만 아니라 그 하단(32)은 갈수기의 적은 유량이 좀더 빠른 유속으로 흐르게 하는 유수단면이 되기 때문에 슬러지와 토사가 쌓이는 것을 억제할 수 있어 준설작업의 번거로움을 줄일 수 있고 또 유지관리에 드는 비용을 줄일 수 있게 되는 효과가 있는 것이다.

또한 상단(31)이 형성되어 있지 않은 종래의 암거는 정착홈(5)을 헌치(2)에 설치할 수밖에 없기 때문에 헌치(2)에 배근된 보강철근을 절단하여야 정착홈(5)을 형성할 수 있게 되는 구조로 되어있다. 헌치(2)의 보강철근은 최대 부 모멘트(-M_max)를 대응하도록 배근된 것이므로 이러한 철근을 절단한다는 것은 암거의 구조적 안전성을 크게 해치는 위험한 일이다. 이에 비해 본 발명의 암거 구조(1)는 상단(31)을 형성한 것이므로 철근을 절단하지 않아도 정착홈(5)의 설치가 가능하여 구조역학적인 안전성이 확보되는 것이다.

여기에다 정착홈이 경사진 헌치에 형성되어있는 종래의 암거는 정착홈을 메우기 위한 몰탈 채움 작업 시 몰탈 유실이 많았던 것과는 달리 본 발명의 정착홈(5)은 평평한 상단(31)에 형성된 것이므로 몰탈 유실이 없으면서 밀실하게 채울 수 있고, 철근이 부식될 염려가 없다. 상단(31)의 형성은 준설장비가 탈 수 있는 통로로 사용할 수 있는 또 다른 효과를 지닌 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 수로형 암거 구조를 나타낸 사시도

도 2는 본 발명의 수로형 암거 구조의 정면도

도 3은 본 발명의 수로형 암거 구조의 단면도

도 4도는 본 발명의 수로형 암거 구조의 하단부가 받는 휨모멘트도

도 5는 본 발명의 수로형 암거구조에서 강선을 정착시킨 정착홈을 나타낸 상태도.

도 6은 본 발명의 수로형 암거 구조를 시공해 나타낸 상태도

Claims

헌치(2)와 정착홈(5)이 형성된 박스형 수로 암거에 있어서 하단부(3)의 단면을 결정함에 있어 코너부의 단면은 최대 부 모멘트(-M_max)값에 의하여 상단(31)을 형성하고, 중앙부의 단면은 정 모멘트(+M)값에 의하여 하단(32)을 형성하는 구성과, 상단(31)과 하단(32)이 이루는 공간부(4)를 갈수기의 유수단면이 되게 함을 특징으로 하는 수로형 암거 구조.
삭제
제 1항에 있어서 하단부(3)의 폭(l)과 하단(32)의 폭(d)의 비가 d/l=1/2-3/5 의 범위가 됨을 특징으로 하는 수로형 암거 구조.
제 1항에 있어서 하단(32)은 약간 원호상으로 형성함을 특징으로 하는 수로형 암거 구조.