KR100590421B1 - 건설구조물의 부력방지 배수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설구조물이 지하수의 부력에 의해 균열이 발생하거나 붕괴되는 것을 방지하기 위한 건설구조물의 부력방지 배수시스템에 관한 것이다.

본 발명은 건설구조물의 부력방지 배수시스템에 있어서, 지하구조물의 유공관에 삽입설치되며, 최하단부에는 내부 걸림턱이 형성된 유입관과; 상기 유입관 내에 설치되어 유입수량을 조절하는 필터장치를 구비하되, 상기 필터장치는 상기 유입관의 하부에 고정 결합되는 지지대와; 상기 유입관의 유입부에 대응되는 형상으로 형성되어 지하수위 변화시 수압에 의해 상하로 유동되는 마개부와; 상기 지지대에 관통되어 상단이 고정되고 하단이 상기 마개부와 연결되되 상기 지지대와 마개부 사이에는 스프링을 개재시켜 지하수위 변화시 유입수량에 따라 상하로 탄성적으로 유동되는 스프링봉; 및 상기 마개부의 외부를 감싸며, 소정의 투수율로 제작되어 지하수와 함께 유입되는 토사를 걸러주는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 지하수위의 변화에 따라 유동적으로 필터장치를 조절할 수 있어 홍수 등에 따른 비상지하수위에는 지하수의 유입을 보다 원활하게 하여 건설구조물의 부력에 의한 위험을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 배수시스템은 건물 내부에 위치하도록 구성되어 관리 및 유지보수가 매우 편리한 장점을 가진다.

지하수, 부력, 임계지하수위, 필터, 배수

Description

건설구조물의 부력방지 배수시스템{water distribution system for preventing buoyancy in constructin stuctures}

도1는 종래 건축구조물에서의 배수시스템을 도시한 단면도이다.

도2는 도1에 도시된 필터관의 상세도이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 배수시스템을 도시한 사시도이다.

도4는 본 발명에 따른 배수시스템의 지하수위변동에 따른 동작상태를 도시한 단면도이다.

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 배수시스템을 구조물에 설치한 상태를 도시한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유공관 7 : 기초콘크리트

10 : 유입관 11 : 걸림턱

20 : 필터장치 21 : 지지대

22 : 마개부 23 : 스프링봉

24 : 필터 25 : 스프링

본 발명은 지하수의 부력에 의해 건설구조물에 균열이 발생하거나 붕괴되는 것을 방지하기 위한 부력방지 배수시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목표지하수위 이상으로 지하수위가 상승할 경우 원활하게 구조물 기초 하부에서 구조물의 내부로 지하수를 유입시켜 배수할 수 있도록 한 건설구조물의 부력방지 배수시스템에 관한 것이다. 여기서 목표지하수위는 임계지하수위에 안정계수를 반영한 이론적 수치이며, 상기 임계지하수위는 건축물의 자중과 건축물 바닥면에서의 지하수의 부력(양압력)에 의한 힘이 균형을 이루는 상태의 지하수 수위이다, 또한, 건설구조물은 주택이나 아파트 등과 같은 건축구조물과 지하차도나 박스암거 등과 같은 토목구조물들을 모두 포함한다.

일반적으로 건설구조물에는 건설구조물의 자중에 의한 축력과 지하수에 의한 부력이 동시에 작용한다. 이때, 건축물 바닥면에 작용하는 자중보다 지하수에 의한 부력(양압력)이 클 경우 건축물은 부상하게 되어 수압상승 및 감소에 따라 건설구조물은 큰 손상을 입게 된다.

구조물의 부력사고 방지를 위해 사용되는 공법에는 대표적으로 앵커공법과 배수공법이 있다. 상기 앵커공법은 축력보다 크게 작용되는 지하수에 의한 부력(양 압력)에 대하여 건물이 견딜 수 있도록 건물 자체를 지반에 고정시키는 공법이나, 이 공법은 시공비가 매우 많이 들고 앵커가 부식되는 등의 문제점이 있다.

상기 배수공법은 구조물의 기초 하부에 지하수위에 의한 양압력이 형성되지 않도록, 지하수를 구조물 기초의 측면 또는 하부에 매설된 유공관을 통해 지하수를 집수정으로 유입한 후 외부로 펌핑하는 공법이다. 이 공법은 상기 앵커공법에 비하여 공사비가 적게 드는 장점이 있으나, 지하 수위가 건물자중이 받을 수 있는 수위보다 낮은 경우에도 계속 펌프를 작동해야하기 때문에 전기료 등의 유지비가 많이 드는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점으로 인해, 대한민국 등록특허공보 제10-0443640호에서는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 평상시의 지하수위보다 지하수위가 상승할 경우 자연적으로 지하수를 건물 내부로 유입시켜 배수할 수 있도록 한 건축구조물에서의 배수시스템을 개시한 바 있다.

상기 제10-0443640호에 개시된 배수시스템은 기초 슬라브 바닥(7)에 천공된 배수공 내측에 수직으로 설치되는 유공관(1)과, 상기 유공관(1) 하단에 연결되어 지반(8) 내에 수직으로 설치되는 필터관(2)과, 상기 유입관(1) 상단에 연결되는 주배관(3), 및 평상시의 지하수위 높이에 맞추어 상기 배관(3)에 연결설치되는 배수관(4)으로 구성되며, 상기 필터관(2, 도2 참조)은 관체의 외주면에 다수의 구멍(2')이 천공되어 있고, 상기 구멍(2')이 천공된 외통체 외주면은 필터 역할을 할 수 있는 부직포(5,6)가 2중으로 감싸도록 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래 배관시스템에서는 상기 필터관(2) 주변에 지반 (12)내의 토사 및 이물질들을 걸러내기 위해 특정 투수율을 갖는 부직포를 필터로 부착하여 사용하는 바, 장마나 집중강우 등으로 지하수위가 급격히 상승하는 경우 고정된 투수율의 부직포로 인해 늘어난 지하수압 만큼 원활히 유공관 내부로 지하수가 유입되지 못하게 되므로, 결국 임계지하수위 이상으로 지하수위가 상승되어 구조물에 부력을 발생시키는 문제점이 있었다.

한편, 상기 종래 기술에서는 지반(8)에 유공관(1)이 드러나도록 기초 콘크리트(8)를 타설한 후 상기 유공관(1)의 하단부에 필터관(2)을 삽입하여 시공하게 된다. 이는 홍수철과 같이 지하수량이 증대될 경우를 대비하여 지하수와 맞닿는 필터관(2)의 면적을 넓히기 위한 것이다. 그러나, 상기와 같은 구조는 상기 필터관(2)이 유입토사 등에 의해 폐색될 경우 상기 유공관(1)이 삽입된 기초 콘크리트(8) 주변을 모두 파쇄한 후 재설치해야하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명은 지하수위에 따라 유입관의 필터정도를 자동으로 조절할 수 있도록 하여 목표지하수위 이상으로 지하수위가 상승되는 경우 특히 임계지하수위시에 지하수위가 원활하게 유입될 수 있도록 하여 건설구조물에 작용하는 부력을 최소화할 수 있는 건설구조물의 부력방지 배수시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 건설구조물의 부력방지 배수시스템에 있어서, 지하구조물의 유공관에 삽입설치되며, 최하단부에는 내부 걸림턱이 형성된 유입관과; 상기 유입관 내에 설치되어 유입수량을 조절하는 필터장치를 구비하되, 상기 필터장치는 상기 유입관의 하부에 고정 결합되는 지지대와; 상기 유입관의 유입부에 대응되는 형상으로 형성되어 지하수위 변화시 수압에 의해 상하로 유동되는 마개부와; 상기 지지대에 관통되어 상단이 고정되고 하단이 상기 마개부와 연결되되 상기 지지대와 마개부 사이에는 스프링을 개재시켜 지하수위 변화시 유입수량에 따라 상하로 탄성적으로 유동되는 스프링봉; 및 상기 마개부의 외부를 감싸며, 소정의 투수율로 제작되어 지하수와 함께 유입되는 토사를 걸러주는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 배수시스템을 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 배수시스템의 지하수위변동에 따른 동작상태를 도시한 단면도이며, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 배수시스템을 구조물에 설치한 상태를 도시한 단면도이다. 상기에서 언급된 종래 기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하도록 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배수시스템은 최하단부에 내부 걸림턱(11)이 형성된 원통형상으로 지하구조물의 유공관(1)에 삽입설치되는 유입관(10)과, 상기 유입관(10) 내에 설치되어 유입수량을 조절하는 필터장치(20)로 구성된다.

상기 유입관(10)은 기초콘크리트(7) 타설시 기 매입된 유공관(1) 내에 삽입설치되는 것으로, 그 결합하는 방법으로는 나사결합, 끼워맞춤결합, 용접 등 기타의 방법을 적용할 수 있다. 이때, 보다 바람직하게는 상기 유공관(1)과 상기 유입관(10)의 상호 대응되는 위치에 각기 돌부(12)와 홈부(13)를 형성하거나 나사산과 나사골을 형성하여 끼워맞춤결합 또는 나사결합으로 결합함으로써, 추후 상기 유입관(10)이 토사 등에 의해 폐색될 경우 상기 유입관(10)을 쉽게 교체할 수 있도록 한다.

또한, 상기 유입관(10)의 최하단에는 굵은 매쉬 형상의 그물망(26)을 더 포함하여 유입수량 증가로 인해 상기 필터(24)가 열린 경우에도 굵은 자갈 및 큰 이물질 등은 상기 그물망(26)에 의해 1차적으로 걸러지도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 그물망(26)은 상기 유입관(10)의 유입부 최하단 즉, 걸림턱(11)의 최하단에 삽입설치되며, 그 결합하는 방법으로는 통상의 끼움결합, 나사결합, 끼워맞춤결합, 접착재에 의한 접합 등이 적용될 수 있다. 아울러, 상기 유공관(10)의 하면에는 기초 콘크리트(7) 타설전에 미리 둥근 자갈을 배치하여 지하수의 침투를 용이하게 하는 것이 바람직하다.

상기 필터장치(20)는 상기 유입관(10)의 하부에 고정 결합되는 지지대(21)와, 상기 유입관의 유입부에 대응되는 형상으로 형성되어 지하수위 변화시 수압에 의해 상하로 유동되는 마개부(22)와; 상기 마개부(22)를 상하로 유동시키는 스프링봉(23); 및 상기 마개부(22)의 외부를 감싸며, 소정의 투수율로 제작되어 지하수와 함께 유입되는 토사를 걸러주는 필터(24)로 구성된다.

상기 마개부(22)는 상기 유입관(10)의 걸림턱(11)에 대응되는 마개형상의 프레임 구조로, 그 외표면은 필터 역할을 할 수 있는 부직포 등의 필터(24)가 감싸여진 구조로 형성된다. 이에 따라, 평상시의 지하수위일 때에는 상기 유입관(10)의 유입부가 상기 마개부(22) 및 상기 필터(24)에 의해 막힌 상태를 유지하게 됨으로써, 지하수는 상기 필터(24)를 통해 필터링되어 상기 유입관(10) 내로 유입된다.

상기 스프링봉(23)은 상기 지지대(21)에 관통되어 상단이 고정되고 하단이 상기 마개부(22)와 연결되되 상기 지지대(21)와 마개부(22) 사이에는 스프링(25)이 개재된 것으로, 지하수위가 낮아져 하부에서의 수압이 약해지면 상기 마개부(22)가 상기 스프링(25)의 탄성력으로 인해 자동으로 하강하여 상기 유입관(10)을 막게 된다. 이때, 상기 스프링(25)의 탄성력은 목표지하수위와 관련하여 설정한다. 즉, 상기 스프링(25)의 탄성력은 건물 자중이 받을 수 있는 지하수위인 임계지하수위에 안정계수를 반영한 목표지하수위 이상의 수압이 작용할 경우 압축되도록 설계된다.

도4는 본 발명에 따른 배수시스템의 지하수위변동에 따른 동작상태를 도시한 것으로, 이하에서는 도4를 참고하여 주변 지하수위 변동에 따라 상기 필터장치(20)가 동작하는 원리를 상세히 설명하도록 한다.

도4a는 평소의 지하수위(상수위)일 때 필터장치의 상태를 도시한 것으로, 이 때의 필터장치(20)는 상기 마개부(22)가 상기 유입관(10)의 지하수 유입부인 걸림턱(11)에 삽입된 상태를 유지하여 지하수는 상기 필터(24)를 통해서만 유입된다.

도4b는 목표지하수위 이상일 때 필터장치의 상태를 도시한 것으로, 이 때의 필터장치(20)는 하부에 작용하는 목표지하수위 이상의 수압에 의해 상기 유입관(10)의 유입부를 막고 있던 상기 마개부(22)가 상승하게 된다. 이에 따라 상기 상태에서 유입되는 지하수는 미세한 상기 필터(24)를 거치지 않아도 되어 신속하게 건물 내부로 유입될 수 있다. 또한 상기 상태에서 유입되는 지하수는 상기 필터 (24)가 열려있더라도 큰 이물질들은 상기 그물망(26)에 의해 1차적으로 걸러진 상태로 유입되며 비상시 풀가동되는 배수펌프에 의해 강한 압력으로 펌핑되기 때문에 상기 상태에서 유입관(10)이 폐색될 우려는 없다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 배수시스템의 시공방법을 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명한다.

먼저, 지하 구조물의 지반에 천공부를 형성하고, 모래를 채운다. 이때, 상기 천공부의 최하단부에는 지하수의 침투가 용이하도록 둥근 자갈을 배치한다. 이후, 상기 천공부의 모래에 유공관(1)을 삽입하고 물다짐을 한 후, 상기 유공관(1)의 내부를 피하여 기초 콘크리트(7)를 타설한다.

기초 콘크리트(7)의 양생이 완료되면, 상기 유입관(10)의 유입부 최하단에 굵은 매쉬 형상의 그물망(26)을 미리 삽입하여 접착재 등으로 고정시키고, 상기 유입관(10)의 돌부(12)를 상기 유공관(1)의 홈부(13)에 끼워맞춤식으로 결합하여 설치한다. 이때, 상기 유공관(1)과 유입관(10)의 결합은 상기 돌부(12)와 홈부(13) 대신 나사산과 나사골을 형성하고 나사결합으로 체결할 수 있다.

상기 유입관(10)이 토사 등에 의해 폐색된 경우에는 상기 유입관(10)을 상기 유공관(1)으로부터 해체하여 새것으로 교체하는 것만으로 용이하게 유지보수할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명은 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다 는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 지하수위의 변화에 따라 유동적으로 필터장치를 조절할 수 있어 홍수 등에 따른 임계지하수위에서는 지하수의 유입을 보다 원활하게 하여 건설구조물의 부력에 의한 위험을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 배수시스템은 건물 내부에 위치하도록 구성되어 관리 및 유지보수가 매우 편리한 장점을 가진다.

Claims (4)

1. 건설구조물의 부력방지 배수시스템에 있어서,

   지하구조물의 유공관에 삽입설치되며, 최하단부에는 내부 걸림턱이 형성된 유입관과;

   상기 유입관 내에 설치되어 유입수량을 조절하는 필터장치를 구비하되, 상기 필터장치는

   상기 유입관의 하부에 고정 결합되는 지지대와;

   상기 유입관의 유입부에 대응되는 형상으로 형성되어 지하수위 변화시 수압에 의해 상하로 유동되는 마개부와;

   상기 지지대에 관통되어 상단이 고정되고 하단이 상기 마개부와 연결되되 상기 지지대와 마개부 사이에는 스프링을 개재시켜 지하수위 변화시 유입수량에 따라 상하로 탄성적으로 유동되는 스프링봉; 및

   상기 마개부의 외부를 감싸며, 소정의 투수율로 제작되어 지하수와 함께 유입되는 토사를 걸러주는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설구조물의 부력방지 배수시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유공관과 상기 유입관의 결합부는 끼워맞춤결합 또는 나사결합으로 결 합할 수 있도록, 상호 대응되는 위치에 돌부와 홈부가 형성되거나, 나사산과 나사골이 형성된 것을 특징으로 하는 건설구조물의 부력방지 배수시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 필터장치는 굵은 매쉬 형상으로 형성되어 상기 유입관의 유입부 최하단에 삽입 설치되는 그물망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설구조물의 부력방지 배수시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스프링의 탄성력은 목표지하수위 이상의 수압이 작용할 경우 압축되도록 설계된 것을 특징으로 하는 건설구조물의 부력방지 배수시스템.

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