KR100556302B1 - 지지수단이 구비된 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이슨의 외벽에 구비된 지지수단을 지지층에 설치하여 연약층에서 케이슨의 지지력 증가시키고, 케이슨 하부 외벽에 다수의 분사노즐과 파이프를 설치하여 물과 공기를 분사함으로써 마찰력을 감소시켜 케이슨 부상을 용이하게 하며, 케이슨 상단부에 이동식 작업대를 설치하여 말뚝시공작업 및 케이슨 상부에서의 이동작업을 편리하도록 하는 지지수단이 구비된 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물 시공방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 내부에 부력탱크를 갖는 복수개의 패널이 결합되며 최 하측에 위치되는 패널의 하단에 수밀수단이 구비된 공지의 케이슨에 있어서, 케이슨의 외벽에 위치하며 지지층에 지지되도록 하는 지지수단과, 수상의 펌프와 연결되는 파이프와 지지층 하부에 침설된 케이슨 외벽에 설치되는 다수의 분사노즐로 이루어진 분사수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 지지수단은, 케이슨의 외벽과 평행하게 결합되며 상단부에 인상잭이 설치되어 상승 또는 하강 가능한 수직부재와, 수직부재의 하단부에 힌지 결합되어 수평으로 설치되는 수평부재와, 수평부재 하부에 결합되어 지지층에 지지되는 지지패널과, 수직부재의 상부와 수평부재와 힌지 결합되어 경사로 설치되며 길이조정이 가능한 경사부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은 케이슨의 외벽에 구비된 지지수단을 이용하여 연약층에서 케이슨의 지지력 증가시켜 케이슨을 견고하게 고정시키며, 지지층의 지형에 무 관하게 케이슨의 고정 및 수평을 유지할 수 있고, 케이슨 하부 외벽에 다수의 분사노즐과 파이프를 설치하여 물과 공기를 분사함으로써 마찰력을 감소시켜 케이슨 부상을 용이하게 하여 작업의 안정성을 향상시키며, 케이슨 상단에 이동식 작업대를 설치하여 말뚝시공작업 및 케이슨 상부에서의 이동작업을 편리하도록 하는 효과가 있다.

케이슨, 지지수단, 분사수단, 이동식 작업대, 수중 구조물

Description

지지수단이 구비된 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물 시공방법{Caisson Installed Support Means and Construction Method of Underwater Structure Using It}

도 1은 종래에 사용된 수상에 시공된 교각기초를 나타낸 설명도.

도 2는 종래에 사용된 널말뚝 물막이 공법으로 수중에 시공된 교각기초를 나타낸 설명도.

도 3은 본 발명에 의한 지지수단이 구비된 케이슨을 도시한 구성도.

도 4는 본 발명에 의한 지지수단을 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 지지수단의 사용상태를 나타낸 단면도.

도 6a 내지 도 6i는 본 발명에 의한 지지수단이 구비된 케이슨을 이용한 수중구조물 시공 공정을 도시한 설명도.

도 7a와 도 7b는 본 발명에 의한 이동식 작업대를 나타낸 평면도와 정면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 지지층 2: 토사층

3: 지반 4: 말뚝

5: 레벨링콘크리트 6: 펌프

7: 교각기초 8: 교각

10: 케이슨 11: 부력탱크

12: 패널 13: 경사면

14: 수밀튜브 15: 요입부

16: 보호판 17: 장공

18: 볼트 19: 보강리브

20: 지지수단 21: 수직부재

22: 수평부재 23: 경사부재

24: 인상잭 25: 수직레일

26: 지지패널 30: 분사수단

31: 파이프 32: 분사노즐

40: 이동식 작업대 41: 레일

42: 이동패널

본 발명은 지지수단이 구비된 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물 시공방법에 관한 것으로, 특히 건식상태에서 수중구조물을 시공하기 위해 설치되는 케이슨을 지지수단을 이용하여 고정하도록 하는 지지수단이 구비된 케이슨과 이 케이슨을 이용한 수중 구조물 시공방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 하상에 시공되는 교량은 하상 지반에 시공된 기초말뚝 상에 교각기초를 시공하고, 이 교각기초 상에 교각이 시공되며, 상기 교각에 교량의 상부구조를 시공하게 된다. 이러한 기초말뚝은 지반에 따라 말뚝기초 또는 직접기초로 시공되며, 이 기초말뚝 상에 시공되는 교각기초는 수상 또는 수중에 설치하게 된다.

종래에 사용된 수상에 시공된 교각기초는, 도 1에 도시된 바와 같이, 교각기초(101)를 건식상태로 시공하기 위해 수면위에 올라온 파일(102)에 교각기초(101)를 시공하게 되며, 이 기초위에 교각(100)을 시공하게 된다. 이러한 경우에는 수중구조물이 수상에 노출됨으로써 미관을 훼손하게 되며, 이 교각기초(101)로 인해 물의 흐름에 지장을 초래하게 되는 문제점이 생기게 된다.

또한, 종래에 사용된 수중에 시공된 교각기초는 널말뚝 물막이 공법으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 씨트파일(103)을 박고 펌프(104)를 이용하여 물을 배수하고 건식상태로 교각기초(101)를 시공하고 이 기초위에 교각(100)을 시공하게 된다. 이러한 경우에는 시트파일(103) 박음시에 물이 유입되어 구조물 품질이 떨어져 부실공사가 우려된다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 출원인이 등록실용신안 제 0334754호(명칭: 교각시공용 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물의 시공방법)를 이중 출원한 바 있다. 이 공법은 케이슨을 퇴적층에 침설하고 물을 배제하여 건식된 상태에서 교각기초와 같은 수중구조물을 시공하기 위한 것으로, 퇴적층이 깊은 경우에 케이슨의 침설이 원활하도록 하부케이슨 단부가 쐐기형으로 계획깊이까지 도달하도록 되어 있다. 이러한 경우에는 퇴적층의 지질이 미세한 뻘 등의 연약층이거 나 불규칙한 지질일 경우에 케이슨을 침설하게 되면 침설한 케이슨이 공사중에 침하하거나 기울어짐이 발생하는 등 케이슨이 지지층에 자립으로 존재하기 어려움이 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 퇴적층이 깊은 경우에는 케이슨 철거시에 케이슨과 접하는 지지층과의 마찰력이 크게 되어 케이슨 부상의 어려움이 발생되는 문제점이 있었다. 또, 말뚝의 이동 및 말뚝작업이나 케이슨 상부에서의 기타 작업을 할 경우에 흔들림 등이 발생되어 안전하지 못하고 정확한 작업이 이루어지지 못하게 되는 문제점이 발생되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제를 감안하여 지지층이 연약하거나 불규칙한 지형인 경우에도 케이슨을 지지층에 지지력을 증가시켜 견고하게 고정시키며, 케이슨과 지지층과의 마찰력을 감소시켜 케이슨 부상을 용이하도록 하고, 말뚝작업 및 케이슨 상부에서의 작업이 편리하도록 하는 지지수단이 구비된 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물 시공방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 부력탱크를 갖는 복수개의 패널이 결합되며 최 하측에 위치되는 패널의 하단에 수밀수단이 구비된 공지의 케이슨에 있어서, 케이슨의 외벽에 위치하며 지지층에 지지되도록 하는 지지수단과, 수상의 펌프와 연결되는 파이프와 지지층 하부에 침설된 케이슨 외벽에 설치되는 다수의 분사노즐로 이루어진 분사수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지수단이 구비된 케이슨을 제안한다.

아울러 상기 지지수단은 케이슨의 외벽과 평행하게 결합되며 상단부에 인상잭이 설치되어 상승 또는 하강 가능한 수직부재와, 상기 수직부재의 하단부에 힌지 결합되어 수평으로 설치되는 수평부재와, 상기 수평부재 하부에 결합되어 지지층에 지지되는 지지패널과, 상기 수직부재의 상부와 상기 수평부재와 결합되어 경사로 설치되며 길이조정이 가능한 경사부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이슨의 상단에 설치되며, 수직으로 설치되는 레일과 상기 레일에 결합되어 좌우로 이동되는 이동패널로 이루어진 이동식 작업대를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 지지수단이 구비된 케이슨을 이용한 수중 구조물의 시공방법은, 케이슨을 하상에 설치하고, 그 내부의 물을 배수한 후 건식상태에서 교각기초나 교각을 시공하는 공지의 방법에 있어서, 육상에서 조립된 케이슨을 교각기초 또는 교각을 시공하고자 하는 하상의 토사층에 침하시키는 공정과, 침하된 케이슨이 토사층에 이르도록 케이슨 내부의 토사층을 제거하는 공정과, 케이슨 외벽의 지지층에 지지수단을 이용하여 수평을 유지하면서 케이슨을 고정하는 공정과, 케이슨 내부로 복수개의 말뚝을 지반에 설치하는 공정과, 복수개의 말뚝이 시공된 지반에 레벨링 콘크리트를 타설 양생하는 공정과, 요입부에 수밀튜브를 설치하고 보호판을 하강시킨 후 수밀튜브에 물 또는 공기를 주입 팽창시켜 외수 유입을 차단시키는 공정과, 케이슨 내부의 물을 배수하는 공정과, 레벨링 콘크리트 상부에 교각기초와 교각을 시공하는 공정과, 지지수단을 해체하는 공정과, 케이슨 외벽에 구비된 분사수단을 이용하여 케이슨 외벽주변의 토사를 제거하는 공정과, 케이슨을 철거하 는 공정과, 케이슨의 내부 하측에 세굴방지공을 설치하는 공정과, 교각기초 주변에 토사층을 원상복구하는 공정으로 됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 지지수단이 구비된 케이슨을 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케이슨(10)은, 내부에 부력탱크(11)를 갖는 복수개의 패널(12)을 결합시켜 원통형태 또는 사각형태 등으로 조립한 것으로, 상기 복수개의 패널(12) 중 최 하측에 결합되는 패널(12)의 하단에 쐐기 또는 "V" 형태로 되는 경사면(13)을 형성하고, 상기 경사면(13)의 측부에 수밀튜브(14)가 설치되는 요입부(15)를 형성하며, 패널(12)의 내벽에 수밀튜브(14)를 보호하는 보호판(16)을 설치한다. 이때, 상기 보호판(16)은 장공(17)이 형성된 것으로, 볼트(18)가 상기 장공(17)에 삽입 관통되어 패널(12)의 내벽에 체결됨으로써 보호판(16)이 패널(112에 설치되도록 하며, 아울러 상기 경사면(13)의 내부에 보강리브(19)를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 케이슨(10)은 케이슨(10)의 외벽에 위치하며 지지층에 지지되도록 하는 지지수단(20)이 설치되며, 지지층(1) 하부에 설치되는 케이슨(10) 외벽에 분사수단(30)이 설치되어 있다.

상기 지지수단(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 케이슨의 외벽과 평행하게 설치되는 수직부재(21)와, 상기 수직부재(21)의 하단부에 힌지 결합되어 수평으로 설치되는 수평부재(22)와, 상기 수직부재(21)의 상부와 상기 수평부재(22)와 결합되어 경사로 설치되는 경사부재(23) 및 상기 수평부재(22) 하부에 결합되어 지지층(1)에 지지되는 지지패널(26)로 이루어진다.

상기 수직부재(21)는 케이슨(10)의 외벽과 평행하게 결합된다. 이 수직부재(21)는 상단부에 인상잭(24)이 설치되어 상승 또는 하강하도록 수직레일(25)이 설치되어 있어 이 수직레일(25)을 따라 상기 지지수단(20)을 이동시켜 지지층(1)에 위치될 수 있도록 한다.

상기 수평부재(22)는 상기 수직부재(21)의 하단부에 결합되어 수평으로 설치된다. 이 수평부재(22)는 힌지 결합되며 지지층(1)의 지형에 따라 회동되어 지지층(1)에 밀착되어 설치되도록 한다. 상기 수평부재(22)의 하부에는 지지패널(26)이 결합되어 이 지지패널(26)이 지지층(1)에 설치되어 지지층(1)과의 접촉면적을 넓게 하여 상기 케이슨(10)이 침하됨을 방지하게 된다.

상기 경사부재(23)는 상기 수직부재(21)의 상부와 상기 수평부재(22)와 힌지 결합되어 경사로 설치된다. 이 경사부재(23)는 길이조정이 가능하여 이 경사부재(23)와 결합된 수평부재(22)를 회동시켜, 도 5에서와 같이, 지지층(1)의 지형에 맞게 수평부재(22)가 지지층(1)에 밀착되어 설치되도록 한다.

상기 분사수단(30)은 고압 펌프(6)와 연결되는 파이프(31)와 지지층(1) 하부에 침설되는 케이슨(10) 외벽에 설치되는 다수의 분사노즐(31)로 이루어진다. 상기 분사수단을 이용하여 케이슨(10) 철거시에 케이슨(10) 외벽주변의 토사를 제거하게 된다.

이와 같이 구성된 케이슨(10)은 하단의 경사면(13)에 의하여 케이슨(10)의 자중 침하가 가능하게 되는 것으로, 이러한 케이슨(10)을 설치하고 수중 구조물을 시공하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 6a 내지 도 6i는 본 발명에 의한 지지수단이 구비된 케이슨 및 이를 이용한 수중 구조물 시공 공정을 도시한 설명도이다.

본 발명에 의한 방법은 먼저, 육상에서 조립된 케이슨(10)을 수상에서 상기 토사층(2) 위에 이르도록 침하시킨 다음(도 6a), 상기 케이슨(10) 내부의 토사층(2)을 제거하여 케이슨(10)을 토사층(2)으로 침하시킨다(도 6b). 이때, 상기 케이슨(10)의 하단에 경사면(13)이 형성되었으므로, 케이슨(10) 내부의 토사층(2)만을 제거하더라도 상기 케이슨(10)이 자중에 의하여 침하하게 되는 것이며, 상기 케이슨(10)의 하중이 증가되도록 부력탱크(12) 내부에 물을 주입하여 침하를 촉진시킨다.

아울러, 케이슨(10) 외벽에 지지수단(20)을 이용하여 케이슨(10)이 수평유지되도록 지지층(1)에 고정시킨다(도 6c).

이어서, 케이슨(10)의 내부로 복수개의 말뚝(4)을 지반(3)으로 시공한다 (도 6d). 이때, 케이슨(10) 상단에 도 7에 도시된 이동식 작업대(40)를 설치하여 말뚝 시공하는 것이 바람직하다.

아울러, 레벨링콘크리트(5)를 타설 양생하여 말뚝(4)과 레벨링콘크리트(5)가 견고하게 부착되도록 하고(도 6e), 이어서 요입부(15)에 수밀튜브(14)를 설치한 후 보호판(16)을 하강시킨 다음, 수밀튜브(14)에 물 또는 공기를 주입 팽창시켜 레벨링콘크리트(5)에 압착시킴으로써 케이슨(10) 내부로 외수가 유입되는 것을 차단시킨다. 이때, 상기 보호판(16)은 패널(12)의 내벽에 체결된 볼트(18)를 풀고 보호판(16)을 하강시킨 후 다시 볼트(18)를 조여 고정시키는 것이며, 상기 보호판(16)은 장공(17)의 길이만큼 승, 하강되는 것이다.

이와 같이 한 후 펌프(6)를 이용하여 케이슨(10) 내부의 물을 배수하여 건식상태가 되도록 한 다음(도 6f), 건식상태에서 케이슨(10) 내부의 지반(3)을 굴착하되, 중앙부분을 가장자리 보다 더욱 깊게 굴착하고, 이어서 굴착된 지반(3)에 교각기초(7)와 교각(8)을 시공한다(도 6g).

아울러, 지지수단(20)을 해체하고, 수상의 고압펌프(6)로 케이슨 외벽에 설치된 분사수단(30)으로 물 또는 공기가 분사되도록 하여 케이슨(10) 외벽주변의 토사를 제거하고 부력탱크(11)를 이용 수상에서 케이슨(10)을 들어올려 철거한다(도 6h). 이와 같이 케이슨(10) 외벽주변의 토사를 제거하게 되면, 케이슨(10)과 지지층(1)과의 마찰력이 감소되어 케이슨(10)의 부상이 더욱 촉진되는 것이다.

이어서, 교각기초(7)와 교각(8)의 시공이 완료되면 하상세굴의 방지를 위하여 케이슨(10)의 내부 하측에 연결식 세굴방지공(50)을 설치하고, 동시에 교각기초(7) 주변에 토사층(2)을 복구하여 공사를 완료한다(도 6i).

도 7a와 도 7b는 상기 말뚝시공시에 케이슨 상단에 설치되는 이동식 작업대를 나타낸 평면도와 정면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 이동식 작업대(40)는 상기 케이슨(10)의 상단에 설치되며, 수평으로 설치되는 레일(41)과 상기 레일(41)에 결합되어 좌우로 이동되며 복공판으로 된 이동패널(42)로 이루어져 있다. 상기 이동식 작업대(40)를 이동시켜 말뚝작업을 용이하게 할 수 있으며, 또한, 케이슨(10) 상부에서의 이동작업이 편리 하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 케이슨의 외벽에 구비된 지지수단을 이용하여 연약층에서 케이슨의 지지력 증가시켜 케이슨을 견고하게 고정시키며, 지지층의 지형에 무관하게 케이슨의 고정 및 수평을 유지할 수 있고, 케이슨 하부 외벽에 다수의 분사노즐과 파이프를 설치하여 물과 공기를 분사함으로써 마찰력을 감소시켜 케이슨 부상을 용이하게 하여 작업의 안정성을 향상시키며, 케이슨 상단에 이동식 작업대를 설치하여 말뚝시공작업 및 케이슨 상부에서의 이동작업을 편리하도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내부에 부력탱크(11)를 갖는 복수개의 패널이 결합되며 최 하측에 위치되는 패널(12)의 하단에 수밀수단이 구비된 공지의 케이슨(10)에 있어서,

   케이슨(10)의 외벽에 위치하며 지지층(1)에 지지되도록 하는 지지수단(20)과,

   수상의 펌프(6)와 연결되는 파이프(31)와 지지층(1) 하부에 침설된 케이슨(10) 외벽에 설치되는 다수의 분사노즐(32)로 이루어진 분사수단(30)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지수단이 구비된 케이슨.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지수단(20)은, 케이슨(10)의 외벽과 평행하게 결합되며 상단부에 인상잭(24)이 설치되어 상승 또는 하강 가능한 수직부재(21)와,

   상기 수직부재(21)의 하단부에 힌지 결합되어 수평으로 설치되는 수평부재(22)와,

   상기 수평부재(22) 하부에 결합되어 지지층(1)에 지지되는 지지패널(26)과,

   상기 수직부재(21)의 상부와 상기 수평부재(22)와 힌지 결합되어 경사로 설치되며 길이조정이 가능한 경사부재(23)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지수단이 구비된 케이슨.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이슨(10)의 상단에 설치되며, 수평으로 설치되는 레일(41)과 상기 레일(41)에 결합되어 좌우로 이동되는 이동패널(42)로 이루어진 이동식 작업대(40)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지수단이 구비된 케이슨.
4. 케이슨(10)을 하상에 설치하고, 그 내부의 물을 배수한 후 건식상태에서 교각기초(7)나 교각(8)을 시공하는 공지의 방법에 있어서,

   육상에서 조립된 케이슨(10)을 교각기초(7) 또는 교각(8)을 시공하고자 하는 하상의 토사층(2)에 침하시키는 공정과,

   침하된 케이슨(10)이 토사층(2)에 이르도록 케이슨(10) 내부의 토사층(2)을 제거하는 공정과,

   케이슨(10) 외벽의 지지층(1)에 지지수단(20)을 이용하여 수평을 유지하면서 케이슨(10)을 고정하는 공정과,

   케이슨(10) 내부로 복수개의 말뚝(4)을 지반(3)에 설치하는 공정과,

   복수개의 말뚝(4)이 시공된 지반에 레벨링 콘크리트(5)를 타설 양생하는 공정과,

   요입부(15)에 수밀튜브(14)를 설치하고 보호판(16)을 하강시킨 후 수밀튜브(14)에 물 또는 공기를 주입 팽창시켜 외수 유입을 차단시키는 공정과,

   케이슨(10) 내부의 물을 배수하는 공정과,

   레벨링 콘크리트(5) 상부에 교각기초(7)와 교각(8)을 시공하는 공정과,

   지지수단(20)을 해체하는 공정과,

   케이슨(10) 외벽에 설치된 분사수단(30)을 이용하여 케이슨(10) 외벽주변의 토사를 제거하는 공정과,

   케이슨(10)을 철거하는 공정과,

   케이슨(10)의 내부 하측에 세굴방지공(50)을 설치하는 공정과,

   교각기초(7) 주변에 토사층(2)을 원상복구하는 공정으로 됨을 특징으로 하는 지지수단이 구비된 케이슨을 이용한 수중 구조물의 시공방법.

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