KR100788950B1 - 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교각 등의 수중 구조물 기초의 주변에 대한 세굴방지에 사용되는 소위, 헥사포드에 관한 것으로, 가상의 8면체에 있어서 중심부로부터 각 꼭지점으로 이어지는 6개의 돌기들과, 상기 각 돌기들의 결합부분에 형성되어 있는 이격턱을 포함하여 이루어진 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드인 것을 기술적 요지로 한다. 본 발명은 기존의 테트라포드의 문제점을 보완하여 새로이 고안된 것으로, 와류현상 등에 의한 국부적인 세굴이나 침하현상에 대한 대처능력이 우수하고, 일분 개체가 유실되는 우려가 없도록 하여 안정적인 구조로 효율적인 세굴방지를 할 수 있는 효과가 있다

헥사포드, 테트라포드, 세굴, 교각,

Description

수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드{HEXAPOD FOR PREVENTION AGAINST WAVE ABRASION OF STRUCTURE IN WATER}

도1은 본 발명에 따른 헥사포드 1개체를 도시한 사시도.

도2는 본 발명에 따른 헥사포드 2개체의 연결상태를 도시한 상태도.

도3a는 본 발명에 따른 변형예를 도시한 상태도.

도3b는 본 발명에 따른 변형예를 도시한 상태도.

도4는 본 발명에 따른 사용상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

10, 10b: 돌기 15: 돌기의 단부

20, 20a, 20b: 이격턱

30a: 체결고리 30b: 와이어

본 발명은 교각 등의 수중 구조물 기초의 주변에 대한 세굴방지에 사용되는 소위, 헥사포드에 관한 것으로 특히 하천수의 유속 흐름이 빨라 물이 맴도는 교각 주변에 설치하여 세굴방지와 수중식물의 서식처, 산란처 등을 제공하기 위한 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드에 관한 것이다.

일반적으로 강이나 바다 등의 수중 구조물이 설치된 장소는 대개 물의 흐름이 빠르거나 와류가 발생되는바, 유량이 많으면 유속이 빨라져 수중 구조물의 주변부에 큰 와류를 발생시키며, 이와 같은 큰 와류는 수중구조물의 주변을 보호하는 퇴적층을 패이게 함과 동시에 수중으로 유입되는 흙과 자갈 등이 상기 수중구조물의 기반암을 마모 및 침식시키는 일종의 세굴(洗掘) 현상이 발생된다.

상기한 바와 같이 세굴현상은 홍수 때나 유속이 빠른 하상에서 장기간에 걸쳐 서서히 진행되면서 교각이나 방파제 등의 수중구조물이 침하되거나 전도되어 수중구조물이 붕괴되는 원인으로 작용하며, 이러한 현상은 방파제, 호안, 하천제방 등의 기초지반의 지질과는 관계없이 수중구조물에서 변위가 발생, 진행되므로 이러한 수중구조물의 변위는 상부 구조물에까지 구조적으로 영향을 미치게 된다.

특히, 교각 주위에서 발생하는 국부세굴은 교량 파괴의 주요 원인 중의 하나이다. 교량의 교각 주위에는 하천수의 흐름방향에 따라 항상 강력한 와류가 발생하는데 하천수의 흐름이 교각과 같은 장애물을 만나면 굴절하여 강한 와류 현상으로 토사나 하천수의 흐름의 반대방향으로 경사면을 갖는 암석 등은 쉽게 쓸려가게 된다.

종래에는 상기한 바와 같은 수중구조물에서 발생되는 세굴현상을 방지하기 위하여 수중구조물의 주변 바닥면에 일정한 두께의 사석을 포설하는 방법이 이용되었다. 그러나 이러한 방법은 암석을 채취한 후 이를 파쇄하여 사석을 제조하기 때문에 자연을 파괴시킬 뿐만 아니라 태풍이나 해일 발생시 사석이 유실되는 문제점이 있었다.

다음으로 사석을 포설하는 방법의 문제점을 고려하여, 근래에는 수중구조물 주변에 다수개의 테트라포드, 콘크리트 블럭 또는 세굴방지망(일명, 돌망태) 등을 이용하여 수중구조물의 세굴을 방지한다.

즉, 테트라포드는 다수개를 수중구조물의 바닥에 쌓아 시공하는 것이고, 콘크리트블럭은 다수개를 수중구조물의 바닥에 배열 설치하되, 서로 맞물림으로 결합되도록 하는 것이며, 세굴방지망은 일자형 독립망태로 되어 내부에 잡석을 채우고 이를 수중구조물의 바닥에 배열 설치하는 것이다.

그러나 이와 같은 테트라포드 또는 콘크리트블럭은 철근을 배설하고 콘크리트를 타설하여 제조하기 때문에 제조원가가 비싸고 제조기간이 오래 걸린다. 특히, 콘크리트블럭은 수중에서 배열 설치하는 공정이 까다롭고 시공기간이 오래 걸려 시공비가 증가된다는 문제점이 있다.

또한 세굴방지망은 독립형으로 되어 있어, 홍수시에는 유실되기가 쉽고 또한 망태의 형태가 변형됨으로써 그 효과가 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 보완하면서 수중구조물의 세굴을 방지하기 위한 구조 또는 장비가 소개되어 있는데, 그 중 몇 가지를 살펴보면 다음과 같다.

등록실용신안 제20-0406019호(고안의 명칭: 세굴방지를 위한 하천의 교각구조, 2005년 11월 2일 출원)가 소개된 바 있으며, 이는 『소정 넓이의 평판으로, 교각 하단의 하천상류 쪽 전방에서 면부분이 정면을 향하도록 위치되어 연결대를 매개로 교각과의 사이에 소정공간이 형성되도록 이격되게 설치되는 와류발생판과, 교각의 측면 하단에 돌출되어 교각의 측면을 따라 흐르는 하천수의 진로를 막되, 말단이 하천 상류쪽을 향하도록 경사지게 형성되어서 하천수의 운반토사가 경사면을 따라 교각 하단에 유입되도록 다수의 걸림돌기, 및 상기 걸림돌기의 상면에 입설되어 하천의 상층을 통해 이동하는 토사를 거르는 걸름망으로 이루어진 구성』인 것을 특징으로 하고 있다.

또한 공개특허 제10-2004-0077637호(발명의 명칭: 교각의 기초 주변 세굴방지 블럭, 2004년 8월 18일 출원)가 소개된 바 있으며, 이는 『사각의 판형상으로 상면과 하측면에는 복수개의 고정돌기가 각각 대응하게 형성되고, 중앙에는 사각형상으로 관통된 공간부와 전면에는 길이방향으로 상측에서 하측방향으로 경사면을 형성하되 상기 경사면 중앙에는 체결홈과 배면 타측에는 대응하게 체결돌기가 형성되며, 양측면 일측에는 체결돌기와 타측에는 체결홈이 형성된 구조』인 것을 특징으로 한다.

또한 수중구조물의 세굴방지용으로 사용되는 것은 아니지만 이하 설명할 본 발명의 모티브가 된 테트라포드 몇 가지를 종래기술로서 소개하고자 한다,

등록실용신안 제20-0398037호(고안의 명칭: 테트라 포드, 2005년 7월 8일 출원)는 『 제방이나 방파제에 부딪히는 파도의 파고와 파력을 약화시켜 제방과 방파제를 보호하기 위해 설치하는 테트라포드에 원뿔 형상으로 형성된 복수개의 지지붕의 외측 표면에 그 테트라포드에 가해지는 파도로 인한 유동 방지 및 발로 밟을 때 발생되는 미끄럼이 방지되는 한편, 바다에 서식하는 어폐류 및 해초가 안정적으로 서식할 수 있도록 요입홈 또는 돌출편이 형성된 구조』인 것을 특징으로 하고,

등록실용신안 제20-0324530호(고안의 명칭: 변형된 테트라포드, 2003년 4월 24일 출원)는 『통상의 테트라포드에 있어, 포드의 각 돌기 또는 본체, 또는 이들 모두에는 연결고리가 구비되어 있어 이 고리를 통하여 로프에 의해 포드가 상호 엮일 수 있도록 되어 있는 구조』인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은 교각 등의 수중구조물이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 세굴 방지용 헥사포드를 교각 등의 수중구조물 주변에 설치하여 수중구조물이 침하하는 것을 방지하고자 하는 것으로, 세굴 방지용 헥사포드끼리의 접촉면적을 최대로 하고, 별도의 연결수단을 사용하여 결속력을 강화하여 구조적인 안정성을 높이 고자 하는데 그 목적이 있다.

또한 세굴방지용 헥사포드들이 자연스럽게 일정 간격을 유지하며 결합되도록 하여 그 간격에 의해 생기는 공간은 수중식물의 서식처, 산란처 등으로 이용할 수 있도록 하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가상의 8면체에 있어서 중심부로부터 각 꼭지점으로 이어지는 6개의 돌기들과, 상기 각 돌기들의 결합부분에 형성되어 있는 이격턱을 포함하여 이루어진 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드인 것을 기술적 요지로 한다.

또한 본 발명은 어느 한 헥사포드의 이격턱과 다른 헥사포드의 돌기의 접촉시 안정성을 높이기 위하여 상기 이격턱은 상기 돌기와의 접촉면적을 최대로 하는 형상을 갖는 것을 기술적 요지로 한다.

또한 본 발명은 돌기들, 또는 이격턱, 또는 이들 모두에는 별도의 와이어를 통하여 헥사포드의 상호 결속이 가능하도록 하는 체결고리가 구비되어 있는 것을 기술적 요지로 한다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 구성과 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

우선, 빠른 이해를 위하여 본 발명의 명칭에 대하여 간략히 설명을 하면, 제방이나 방파제에 부딪히는 파도의 파고와 파력을 약화시켜 제방과 방파제를 보호하기 위해 설치하는 것으로 4개의 돌기들로 이루어진 종래의 테트라포드에 비하여 본 발명은 6개의 돌기들로 이루어진 구조물이라는 점에 착안을 하여 이하 본 발명을 일명 헥사포드라고 명한다. 좀 더 구체적으로는 본 발명의 주된 목적이 교각 등의 수중구조물에 대한 세굴(洗掘) 현상을 방지하기 위하여 수중구조물 주위에 설치되는 것이기에 이를 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드라고 명하게 되었다.

본 발명은, 도1에 도시된 바와 같이, 가상의 8면체에 있어서 중심부로부터 각 꼭지점으로 이어지는 6개의 돌기(10)가 형성되어 있고, 각 돌기들(10)의 결합부분에는 직육면체 형상의 이격턱(20)이 형성되어 있다. 여기서 "8면체"는 "여덟 개의 평면으로 둘러싸인 입체"를 의미하는 것으로 8면체에는 6개의 꼭지점이 형성되어 있습니다. 또한 "중심부"라는 표현은 상기 돌기들이 상호 결합된 지점을 의미하며, 각 돌기들의 결합부분이 가상의 8면체 내부에 위치하는 점을 고려하여 지칭한 것이다.

또한 도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 하나의 헥사포드가 세굴을 방지하기 위해서 기능을 한다고 하기보다는 2 이상의 헥사포드가 서로 접촉되어 연결된 구성된 헥사포드의 집합체을 이루게 됨으로써 세굴방지라는 기능을 하기 되는 것이다.

상기에서 언급한 바와 같이, 종래의 테트라포드는 내부에 철근을 배설하고 콘크리트를 타설하여 제조하기 때문에 제조원가가 비싸고 제조기간이 오래 걸린다는 문제점이 있었기에 본 발명에서는 6개의 돌기로 형성된 헥사포드를 제조함에 있어 철근을 내장하지 않은 형태로 제작이 이루어지는 것이 바람직하다 할 것이다.

다만, 통상적이 종래의 테트라포드는 철근의 내장과 그 규모로 인하여 중량 이 5t 내지 60t 정도가 되고 이로 인하여 제방이나 방파제에 부딪히는 파도의 파고와 파력을 약화시켜 제방이나 방파제 등을 보호할 수 있는 것이었다. 따라서 본 발명의 경우, 돌기 내부에 철근이 내장되지 않음으로 인한 문제점, 즉 본 발명이 수면 바닥에 쉽게 고정되지 못하고 물의 흐름이나 와류 현상으로 인하여 수중 구조물이 설치된 곳의 바닥이 패이게되는 세굴현상의 방지에 효과적이지 못하다는 문제점을 해소하고자 각 돌기들(10)이 결합되는 부분에 직육면체 형상의 이격턱(20)을 형성하게 되는 것이다. 즉, 이격턱(20)이 있음으로 이격턱의 중량에 의하여 철근이 내장되지 않는다 하더라도 본 발명의 전체 중량이 어느 정도 보장이 될 수 있는 것이다.

상기 이격턱(20)은 헥사포드끼리의 결속력을 보장하기 위하여 상기 돌기들(10)과의 접촉면적을 최대로 하는 형상을 갖는 것이 바람직하다 할 것이다. 즉, 접촉면적을 최대로 하는 형상을 필요로 하기에, 기존의 테트라포드의 돌기가 원뿔대 등의 회전체 형상이었다면 본 발명에서는 이격턱(20)을 다면체 형상으로 구성한다. 물론, 헥사포드끼리의 접촉을 효율적으로 하기 위해서는 각 돌기들(10)도 다면체 형상으로 구성하는 것이 바람직할 것이다.

접촉면적을 최대로 하는 형상과 관련해서는, 도1에 도시된 바와 같이, 다면체 중에서도 직육면체 형상이 바람직하다 할 것인데, 그 이유는 직육면체 형상이 접촉면적을 가장 효율적으로 제공할 수 있고 동시에 효율적으로 헥사포드끼리의 연결이 가능하기 때문이다.

즉, 두 개의 헥사포드가 연결될 때, 도2에 도시된 바와 같이 돌기(10)와 이격턱(20)이 직육면체 형상을 취함으로써, 어느 헥사포드 돌기(10b)의 일면이 다른 헥사포드의 이격턱(20a)의 일면에 손쉽게 접촉되게 되고 상기와 같은 방법으로 여러 개의 헥사포드가 결합이 되어 효율적으로 집합체를 이루게 되는 것이다.
결국 이러한 결합형태에 대한 좀 더 포괄적인 표현은, 어느 한 헥사포드의 상기 이격턱과 다른 헥사포드의 상기 돌기의 접촉시 안정성을 높이기 위하여 상기 이격턱의 형상이 상기 돌기의 외형에 따라 상응한 형상을 가져 접촉면적을 최대화 할 수 있는 '면접촉 한다'라고 할 수 있을 것이다.

또한 도2에 도시된 바와 같이, 상기 이격턱(20)은 여러 헥사포드가 연결될 때, 일정 간격을 유지시켜 줄 수 있는 간격유지수단의 기능도 동시에 하게 된다. 이와 같이 일정 간격이 유지되면서 여러 헥사포드가 연결되기에 헥사포드끼리의 조밀하지만 안정된 공간(S)이 생기게 마련이고, 이러한 공간(S)은 물고기집 등 수중생물의 서식처나 산란처 등으로 이용될 수 있어서 친환경적으로도 우수한 구조물을 제공할 수 있게 되는 것이다.

또한 도3b에 도시된 바와 같이, 상기 이격턱(20)이나 돌기(10)는 직육면체 형상에서 변형이 가능하다. 즉, 수중에서 물살이 자연스럽게 흘러가도록 하기 위해서는 평면보다는 곡면이 더 우수하다 할 것인데, 이를 위해서 돌기(10)를 원기둥 형상으로 형성하고 헥사포드끼리의 접촉면적을 최대화하고 안정성을 높일 수 있도록 돌기와 접촉되는 이격턱의 면들(20b)을 돌기의 곡면 형상에 맞추어 형성하는 것이다. 다만, 이 경우 도1에 도시된 헥사포드보다는 단순한 형태가 아니라 할 것이어서 제조원가가 비싸다는 문제점이 있다.

다음으로, 도3a에서 도시된 바와 같이, 돌기들, 또는 상기 이격턱, 또는 이 들 모두에는 체결고리(30a)를 구비하는 것이 바람직하다. 도3a에서는 돌기(10)부분에만 체결고리(30a)를 구비하였으나 사용에 따라서는 이격턱에도 구비할 수 있음을 물론이다. 그리고 도4에 도시된 바와 같이, 와이어(30b)를 체결고리(30a)에 관통시켜 각각의 헥사포드를 연결시킨다. 각 헥사포드가 독립된 상태로 분리 적층되는 경우, 강한 와류 현상 등 예측 이상의 거센 물살로 인하여 헥사포드가 개별적으로 유동(流動) 및 전동(轉動)하게 되면서 최초 설치된 장소에서 점차 이동하여 한 곳으로 몰리거나 유실되어 효과적인 세굴방지가 어렵다는 문제점이 생길 수 있다. 따라서 각 헥사포드끼리의 결속을 강화시키기 위하여 각각의 헥사포드에 구비된 체결고리(30a)를 통하여 와이어(30b)로 묶게 되는 것이다.

상기와 같이 와이어(30b)로 연결된 헥사포드들은 도4에 도시된 바와 같이, 교각(C) 주변 둘레에 설치되어 세굴현상을 막을 수 있도록 사용되는 것이 일반적이다. 다만, 본 발명은 사용형태에 따라서 교각만이 아니라 다양한 용도로도 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 상기에서도 언급한 바와 같이 기존 방파제나 제방의 보호를 위하여 설치되는 테트라포드의 대체용으로 사용이 가능하다. 물론 본 발명은 경제성을 위하여 철근을 내장하지 않고 콘크리트만으로 구성되는 것이나 방파제나 제방의 보호를 위하여 테트라포드의 대체용으로 사용되는 경우에는 파도의 파력에 대항할 수 있는 정도의 중량감 즉, 강도가 보장되어야 하기에 철근을 내장할 수도 있을 것이다. 철근을 배설하고 콘크리트를 타설하여 제조한다는 점에서 기존의 테트라포드와 다른 점이 없는 듯하나, 본 발명에서는 중심부에서 각 돌기(10)로 이어지 는 부분에 접촉면적을 최대로 확보할 수 있는 형상으로 이격턱(20)을 구비한다는 점, 그리고 이러한 이격턱(20)으로 인하여 각 헥사포드끼리의 간격을 자연스럽게 유지할 수 있다는 점에서 월등한 기능이 있는 것이다.

또한, 해안선을 보호하고, 토사가 유출되는 것을 방지하기 위하여 해안선이나 법면 주위에도 본 발명을 설치할 수도 있을 것이다. 특히, 법면의 경우 장마철에 그 붕괴 위험수위가 높아서 시공시만이 아니라 수차례 보강공사가 필요로 하곤 한다. 이러한 법면의 하측에 본 발명을 설치하면 장마나 바람 등에 의하여 쉽게 바닥면이 패이지 않고 토사의 유출을 막을 수 있다 할 것이어서 유용하게 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존의 테트라포드의 문제점을 보완하여 새로이 고안된 것으로, 와류현상 등에 의한 국부적인 세굴이나 침하현상에 대한 대처능력이 우수하고, 일분 개체가 유실되는 우려가 없도록 하여 안정적인 구조로 효율적인 세굴방지를 할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 이격턱으로 인하여 자연스럽게 수중 생물들이 서식할 수 있는 공간이 마련될 수 있어서 자연친화적인 구조물을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 가상의 8면체에 있어서 중심부로부터 각 꼭지점으로 이어지는 6개의 돌기들; 및

   상기 각 돌기들의 결합부분에 형성되어 있는 이격턱;

   을 포함하여 이루어진 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드.
2. 제1항에 있어서,

   어느 한 헥사포드의 상기 이격턱과 다른 헥사포드의 상기 돌기의 접촉시 안정성을 높이기 위하여 상기 이격턱의 형상은 상기 돌기의 외형에 따라 상응한 형상을 가져 접촉면적을 최대화 할 수 있는 면접촉 하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 각 돌기의 단부는 끝으로 갈 수록 단면적이 차츰 좁아져 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 돌기들, 또는 상기 이격턱, 또는 이들 모두에는 별도의 와이어를 통하여 헥사포드의 상호 결속이 가능하도록 하는 체결고리가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 세굴(洗掘) 방지용 헥사포드.
5. 삭제

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