KR100957673B1 - 건설 구조물, 감압정 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설 구조물, 감압정 및 그 시공방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 건설 구조물은 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체; 상기 구조체를 지지하는 구조체지지층; 및 지하수가 용출되도록 상기 구조체지지층에 소정 깊이로 천공되는 감압정(relief well)을 포함한다. 이에 의하여 지하수의 양압력에 의한 건설 구조물의 손상을 방지하여 건설 구조물의 내구성 향상, 안전율 증대, 유지 관리비 절감을 도모할 수 있다.

지하수, 양압력, 고속철도, 피에조미터, 감압정

Description

건설 구조물, 감압정 및 그 시공방법{CONSTRUCTION STRUCTURE, RELIEF WELL AND CONSTRUCTING METHOD THEREOF}

본 발명은 건설 구조물, 감압정 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하수의 압력 상승으로 인하여 발생하는 구조체지지층 상부의 건설 구조물의 손상을 방지할 수 있는 건설 구조물, 감압정 및 그 시공방법에 관한 것이다.

철도 구조물은 철도 차량이 주행하는 레일과, 레일이 안치되는 침목, 레일과 침목을 지지하며 레일과 침목을 통해 전달되는 철도 차량의 사하중과 활하중을 지반으로 전달하도록 복수의 층으로 이루어지는 레일지지층을 구비한다. 레일지지층은 노반, 노상 및 노체를 포함할 수 있다. 침목은 목재 또는 콘크리트로 형성될 수 있다. 레일지지층 중 노반은 쇄석 또는 콘크리트로 형성될 수 있다.

침목 및 레일지지층은 철도 차량의 하중 뿐만 아니라 강우, 온도, 바람 등의 환경의 변화에도 안전적으로 레일을 지지할 수 있어야 한다. 특히 고속철도와 같이 상대적으로 큰 하중이 가해지는 철도 구조물의 경우 안전성의 요구는 증대된다.

철도 구조물은 부동침하, 폭우에 의한 침식, 지하수의 활동, 기타 다양한 원인에 의해 손상될 수 있다. 철도 구조물이 손상되는 경우 철도 구조물의 안전성이 현저하게 저하되므로 철도 구조물의 손상 원인에 대하여 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 지하수의 활동에 의한 손상은 구조물에 광범위하고 중대한 영향을 미치면서도 설계 및 시공 단계 뿐만 아니라 유지 보수 단계에서도 그 원인 관계가 잘 드러나지 않는 특성을 가지므로 보다 상세한 연구가 필요하다.

도 1은 결빙에 의한 침목균열 발생을 나타낸 개념도이다.

도면의 좌측에 도시된 바와 같이, 콘크리트 침목(2)의 매립전(1) 내부에 수분(3)이 침투하여, 침투된 수분이 우측에 도시된 바와 같이 결빙(3')되면서 부피가 증가하고 그 압력으로 인하여 도면의 우측에 도시된 바와 같이 콘크리트 침목 구조물에 균열이 발생한다.

그런데, 콘크리트 침목(2)의 파손 원인이 침투한 수분의 동결시에 발생하는 결빙압에 의한 것이라면, 콘크리트 침목(2)의 균열 발생은 동절기에만 발생하게 될 것이며, 동절기간 이외에 발생된다면 균열 발생 원인은 동결이 아닌 다른 요인에 의한 것이라 할 것이다.

이와 같은 지하수의 활동에 의한 구조물의 손상은 철도 구조물 뿐만 아니라 도로 구조물, 터널, 절토 사면, 건축물 등과 같이 지하수가 활동하는 지반에 건설되는 건설 구조물 일반에 마찬가지로 발생한다.

본 발명의 목적은 건설 구조물의 구조체지지층에서의 집중호우에 의한 강우의 다량 침투, 지하수맥 발달, 배수불량과 같은 요인에 의해 지하수위(수두)가 상 승하여 설계조건 이상의 지하수위가 운영기간 내내 상승되지 않도록 감압 시스템을 설치함으로써 건설 구조물의 손상을 방지하여 건설 구조물의 내구성 향상, 안전율 증대, 유지 관리비 절감을 위한 건설 구조물, 감압정 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 건설 구조물에 있어서, 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체; 상기 구조체를 지지하는 구조체지지층; 및 지하수가 용출되도록 상기 구조체지지층에 소정 깊이로 천공되는 감압정(relief well)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 구조물에 의해 달성된다.

상기 감압정은 상기 구조체지지층에 천공된 굴착공에 서로 연결되도록 적층되는 다수의 투입모듈을 포함하며, 상기 투입모듈은 다수의 통공이 형성되고 외경이 상기 굴착공의 내경과 일치하는 외측관체, 상기 외측관체와 동심(同心)이고 다수의 통공이 형성된 내측관체, 및 상기 내측관체와 상기 외측관체 사이의 공간에 입자상 여재가 충전되도록 상기 외측관체의 하단과 상기 내측관체의 하단에 접합되는 저판을 포함할 수 있다.

상기 투입모듈은 상기 외측관체와 상기 내측관체의 사이에 마련되고, 상, 하단이 개방되며, 다수의 분출공이 형성된 주입관을 더 포함할 수 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체를 지지하는 구조체지지층에 천공된 굴착공에 서로 연결되도록 적층되는 다수의 투입모듈을 포함하는 감압정에 있어서, 상기 투입모듈은 다수의 통공이 형성되고 외경이 상 기 굴착공의 내경과 일치하는 외측관체, 상기 외측관체와 동심(同心)이고 다수의 통공이 형성된 내측관체, 및 상기 내측관체와 상기 외측관체 사이의 공간에 입자상 여재가 충전되도록 상기 외측관체의 하단과 상기 내측관체의 하단에 접합되는 저판을 포함하는 것을 특징으로 하는 감압정에 의해 달성된다.

상기 투입모듈은 상기 외측관체와 상기 내측관체의 사이에 마련되고, 상, 하단이 개방되며, 다수의 분출공이 형성된 주입관을 더 포함할 수 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체를 지지하는 구조체지지층을 포함하는 건설 구조물의 시공방법에 있어서, 상기 구조체지지층의 지하수압을 측정하는 단계; 및 상기 구조체지지층의 지하수압이 소정의 기준 지하수압을 초과하는 경우 상기 구조체지지층에 감압정을 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 구조물의 시공방법에 의해 달성된다.

본 발명은 건설 구조물 주변의 지하수위를 감시하여, 지하수의 양압력 발생이 검출되면 감압정을 시공하여 압력을 낮추어 줌으로써 건설 구조물의 손상을 방지할 수 있는 효과를 가져온다.

또한 신속한 감압정의 시공이 가능하며, 감압정을 기성의 모듈을 현장에서 조립하는 방식으로 시공함으로써 고도의 정밀도를 확보할 수 있으며, 감압정을 구성하는 여재의 세정이 가능하여 감압정의 가용 기간을 연장할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되 어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

지하수의 활동에 의한 건설 구조물의 균열 등의 손상은 주로 구조물 하부의 피압지하수의 양압력으로 인한 상승력에 의한 것으로 파악된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 건설 구조물은 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체(미도시); 상기 구조체(미도시)를 지지하는 구조체지지층(미도시); 및 지하수가 용출되도록 구조체지지층(미도시)에 소정 깊이로 천공되는 감압정(relief well,미도시))을 구비한다.

본 발명에 따른 건설 구조물은 철도, 도로, 터널, 절토사면, 성토사면, 건축물 기타 지하수가 활동하는 지반에 건설되는 구조물 일반을 포함한다. 구조체(미도시)는 건설 구조물의 종류에 따라 소정의 기능을 갖도록 마련되는 것으로서, 구조체 일반을 포함한다. 구조체(미도시)는 철도에서는 철도 레일을 포함할 수 있으며, 도로에서는 콘크리트 또는 아스콘 포장층을 포함할 수 있으며, 터널에서는 기초 또는 바닥 슬라브를 포함할 수 있으며, 절토/성토사면에서는 법면 처리구조체를 포함할 수 있으며, 건축물에서는 건물 등을 포함할 수 있다.

구조체지지층(미도시)은 구조체(미도시)를 지지하여 구조체(미도시)의 사하중, 활하중 등의 하중을 지반으로 전달한다. 구조체지지층(미도시)은 철도 및 도로 에서는 노반, 노상 및 노체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 터널, 건축물 등에서는 기초 지반을 포함할 수 있다.

구조체지지층(미도시)은 콘크리트, 공극율이 낮은 토질층 또는 다른 불투수성의 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라 구조체지지층(미도시) 저면을 흐르는 지하수 수위가 상승하는 경우 지하수는 구조체지지층(미도시)을 투과하지 못하게 되고, 구조체지지층(미도시)은 지하수압에 의해 상측으로 양압력을 받게 될 수 있다.

감압정(미도시)은 구조체지지층(미도시)에 소정 깊이로 천공되어 있다. 지하수위가 상승하는 경우 지하수는 감압정을 통해 지상으로 용출된다. 이에 따라 지하수압이 일정한 수준으로 유지될 수 있으며 건설 구조물이 지하수압에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.

감압정(미도시)은 지하수위를 모니터링하여 지하수위가 소정의 기준 수위를 초과하는 경우에 선택적으로 마련될 수 있다. 감압정(미도시)은 건설 구조물을 대상 부지에 최초로 시공하는 단계뿐만 아니라 완공 이후 유지 보수 단계에서 마련될 수도 있다.

감압정(미도시)은 지하수위를 저하시킬 수 있는 한 일반적인 천공 우물 기타 공지의 일반적인 구성을 가질 수 있다. 또한 필요한 경우 감압정(미도시)은 지하수를 강제적으로 지상으로 배출할 수 있는 배수펌프를 구비할 수도 있다.

이하에서는 철도 구조물을 일예로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

고속철도 등의 철도 구조물은 불투수층으로 형성되기 때문에, 구조물 하부의 피압지하수의 양압력으로 인한 상승력도 콘크리트 침목의 균열 발생의 주요 원인으로 파악된다.

여름철 3개월 동안 연간 강우량의 2/3가 집중되는 기후의 특성상 불투수층인 콘크리트 구조물 하부 지하수의 수두 관리는 매우 중요하다.

도 2는 피압지하수 침투 구간의 양압력의 작용을 개념적으로 나타낸 단면도이다.

지층이 불투수층으로 이루어진 사이에 불투수성 구조물이 설치되는 경우, 지하를 흐르는 지하수는 피압지하수로 작용하여 구조물을 밀어올리게 된다. 이러한 지하수의 양압력은 홍수시에 도로 및 철도를 파괴하기도 한다.

일반적으로 구조물은 위에서 누르는 힘에 대한 강도를 가지도록 설계되어 있으며, 지하수의 압력은 광범위한 면적에 작용하게 되는 것으로, 이러한 양압력이 발생할 경우에는 구조물은 예상외로 쉽게 파손된다.

도 3은 지하수위(수두)의 연간 계측 결과를 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 6월 중순부터 9월 중순 사이에 집중호우 등으로 인하여 지하수위가 급격하게 증가하는 빈도가 잦은 것을 알 수 있다. 이러한 지하수위의 급격한 증가시에 발생하는 양압력이 지상의 구조물에 작용하면 균열이나 변형이 발생할 수 있다.

또한, 최근의 기후의 변화에 의하여 여름철 국지적인 집중호우가 증가하고 있으며, 집중호우시의 시간당 강수량도 예전과 비교할 수 없이 높은 수준이다. 따라서 지하수의 양압력 발생으로 인한 구조물 손상을 방지할 수 있는 구조물이 절실 히 요청되고 있는 실정이다.

도 4는 강화 노반의 구조를 나타낸 단면도이다.

강화 노반은 하부에 약 15cm 내외의 배수층을 형성하고 그 위에 형성된다. 강우시를 기준으로 지하수위가 강화 노반 하단과 0.5m 이내일 경우에는 지하수의 양압력 발생을 방지하기 위하여 지하 배수관을 설치하고 있다.

그런데, 강화 노반 설치 이전에는 자유면지하수 조건이나, 강화 노반 설치후에는 피압지하수 상태가 되므로, 강화 노반 하부로 흐르는 지하수의 압력을 측정하기 위해서는 피에죠미터를 설치해서 지하수위를 측정해야 한다.

그리고, 지하수위가 강화 노반 0.5m 이내로 상승한 것을 확인한 시점에는 기 설치된 강화 노반 때문에 배수층을 추가로 설치할 수 없으며, 배수층을 설치하기 위해서는 강화 노반을 다시 시공해야 하는 문제점이 있다.

종래의 노반 배수 구조는 지하수의 양압력을 고려하지 않고, 표면수 배수를 위한 목적으로만 시공되어 있어서, 지하수 배수 기능을 전혀 수행하지 못하고 있다.

이와 같이 지하수압에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 철도 구조물은 철도 차량(미도시)이 주행하는 레일(미도시); 상기 레일(미도시)이 안치되는 침목(미도시); 상기 침목(미도시)을 지지하는 레일지지층(미도시); 및 지하수가 용출되도록 상기 레일지지층(미도시)에 소정 깊이로 천공되는 감압정(relief well, 미도시)을 구비한다.

철도 차량(미도시)은 일반적인 화석연료 기차, 전자기력에 의한 전차뿐만 아 니라 고속으로 주행할 수 있는 고속철도 차량을 포함한다.

침목(미도시)은 레일(미도시)을 지지한다. 침목(미도시)은 콘크리트로 형성될 수 있으며, 목재 기타 공지의 다른 재질로 형성될 수도 있다. 레일(미도시)을 침목(미도시)에 결합시키는 결합수단(미도시)이 더 구비될 수 있다.

레일지지층(미도시)은 침목(미도시)을 지지하여 레일(미도시) 및 침목(미도시)을 통하여 전달되는 철도 차량(미도시)의 사하중 및 활하중을 지반으로 전달한다. 레일지지층(미도시)은 노반, 노상 및 노체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

레일지지층(미도시)은 콘크리트 또는 다른 불투수성의 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라 레일지지층(미도시) 저면을 흐르는 지하수 수위가 상승하는 경우 지하수는 레일지지층(미도시)을 투과하지 못하게 되고, 레일지지층(미도시)은 지하수압에 의해 상측으로 양압력을 받게 될 수 있다.

레일지지층(미도시)은 쇄석 등의 투수성의 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우 미립자의 침투 등에 의해 레일지지층(미도시)의 투수율이 저하되고 지하수위가 상승하는 경우 분니현상이 발생할 수 있다. 이러한 경우에도 본 발명에 따른 감압정(미도시)이 레일지지층(미도시)에 설치되면 분니현상이 방지되고 이에 따라 철도 구조물의 안전성이 향상될 수 있다.

감압정(미도시)은 레일지지층(미도시)에 소정 깊이로 천공되어 있다. 지하수위가 상승하는 경우 지하수는 감압정을 통해 지상으로 용출된다. 이에 따라 지하수압이 일정한 수준으로 유지될 수 있으며 철도 구조물이 지하수압에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.

감압정(미도시)은 지하수위를 모니터링하여 지하수위가 소정의 기준 수위를 초과하는 경우에 선택적으로 마련될 수 있다. 감압정(미도시)은 철도 구조물을 대상 부지에 최초로 시공하는 단계뿐만 아니라 완공 이후 유지 보수 단계에서 마련될 수도 있다.

감압정(미도시)은 지하수위를 저하시킬 수 있는 한 일반적인 천공 우물 기타 공지의 일반적인 구성을 가질 수 있다. 또한 필요한 경우 감압정(미도시)은 지하수를 강제적으로 지상으로 배출할 수 있는 배수펌프를 구비할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 건설 구조물의 시공방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 건설 구조물의 시공방법은 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체를 지지하는 구조체지지층을 포함하는 건설 구조물의 시공방법에 있어서, 상기 구조체지지층의 지하수압을 측정하는 단계; 및 상기 구조체지지층의 지하수압이 소정의 기준 지하수압을 초과하는 경우 상기 구조체지지층에 감압정을 설치하는 단계를 포함한다.

상기 지하수압을 측정하는 단계에서는 피에조미터를 이용하여 지하수압을 측정하거나 기타 공지의 지하수압 측정 수단을 이용하여 지하수압을 측정할 수 있다.

상기 지하수압을 측정하는 단계 및/또는 상기 감압정을 설치하는 단계는 건설 구조물을 대상 부지에 최초로 건설하는 단계에 적용될 수 있으며, 건설 구조물을 건설 후 유지 보수 단계에서 적용될 수 있으며, 양 단계에 모두 적용될 수 있다.

이하에서는 철도 구조물의 시공방법을 일예로 하여 본 발명에 따른 건설 구조물의 시공방법을 보다 세분화한 바람직한 실시예를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 건설 구조물의 시공방법의 공정 순서를 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 시공방법은 다음과 같은 5단계로 이루어진다.

본 발명에 따른 건설 구조물의 시공방법은, 먼저 관리대상 구조물의 주변에 복수개의 피에조미터를 설치하는 단계(S-51)와, 다음으로 설치된 피에조미터의 수두를 측정하는 단계(S-52)와, 다음으로 측정된 수두를 구조물 설계시의 수두와 비교하여 양압력 발생지역을 검출하는 단계(S-53)와, 다음으로 양압력 발생지역에 감압정을 설치하여 지하수의 수두를 설계시의 수두값 이하로 조절하는 단계(S-54)와, 다음으로 지속적으로 피에조미터의 수두를 측정하여 경시적인 수두의 증가가 발생한 지역의 감압정을 교체, 청소 또는 추가하는 단계(S-55)를 포함한다.

이하 시공예를 참조하면서 각각의 단계에 관하여 상세하게 살펴본다.

도 6은 관리대상 구조물의 주변에 복수개의 피에조미터가 설치된 상태를 나타낸 단면구조도이다.

피에조미터 설치 단계(S-51)에서는 관리대상 구조물의 주변에 복수개의 피에조미터(61,62,63,64)를 설치한다. 이 때 설치간격은 5~10m 범위로 설정한다. 간격이 좁을수록 지하수위의 정밀 검침이 가능할 것이나, 너무 많은 수량의 피에조미터가 소요되면 경제성에 문제가 있다. 또한 피에조미터의 설치간격이 너무 넓을 경우 국부적인 양압발생을 감지하지 못할 우려가 있다.

복수개의 피에조미터의 배치는 일직선으로 할 수도 있으나, 지그재그로 설치하는 것이 바람직하다. 지그재그로 설치할 경우에는 길이 방향의 지하수위의 경향과 폭방향의 지하수의의 변화경향을 모두 검출할 수 있기 때문이다.

피에조미터의 내부에는 지하수의 수압을 검출할 수 있는 압력센서(65)가 구비되며, 압력센서(65)는 지하수의 수면 아래에 설치된다.

피에조미터의 설치가 완료되면, 각각의 피에조미터를 이용하여 일정시간 간격으로 지하수위를 실시간으로 측정한다. 측정된 결과는 유,무선통신 등을 이용하여 원격지의 관제소로 전달되는 것이 바람직하다. 측정된 압력은 수두값으로 환산되어 설계시의 수두값과 비교된다.

철도 구간에 설치하게 되는 경우 설치지역이 넓기 때문에 유선통신을 이용하는 것보다는 무선 통신을 이용하는 것이 바람직할 것이다. 무선 통신의 방식으로는 블루투스(bluetooth), 지그비(ZigBee) 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도시된 바와 같이, 예를 들어 피에조미터의 설치 깊이가 5m이고, 노반 0.5m 이하의 수두로 관리하는 경우를 설명한다.

제1피에조미터(61)의 수두값이 1m, 제2피에조미터(62)의 수두값이 1.2m, 제3피에조미터(63)의 수두값이 5.3m, 제4피에조미터(64)의 수두값이 0.8m 라면, 제3피에조미터 설치지역에서는 0.3m의 양압력이 발생한 것이다.(관리기준인 0.5m와 비교하면 0.8m를 초과)

이러한 피에조미터의 측정결과로부터 양압력이 발생하는 감압정의 설치가 필 요한 지역을 검출할 수 있다. 양압력 발생 지역이 검출되면(S-53), 그 지역에 감압정을 설치한다. 앞서 설명한 예의 경우 제3피에조미터(63) 근방에 감압정을 설치하여 제3피에조미터(63)의 지하수 수두값이 관리기준 이하(상기의 예의 경우 4.5m 이하)가 되는지 확인한다. 하나의 감압정으로 원하는 양의 수두감소가 발생하지 않는다면 감압정을 추가하거나 감압정의 크기에 변화를 주어 원하는 수두가 되도록 조절한다.

도 7은 감압정 설치에 따른 압력 프로파일 변화를 나타낸 개념도이고, 도 8은 양압력이 검출된 피에조미터 근방에 감압정을 설치한 상태를 나타낸 단면 구조도이다.

도 7은 밀폐된 배관에서의 압력과, 배관에 일정간격으로 감압정을 설치한 경우의 압력프로파일을 나타낸 것이다.

감압정이 설치된 부분을 원문자(①②③④⑤⑥)로 나타내었다. 감압정 설치지점의 압력은 배관의 배출압력과 동일하게 감소하고 감압정에서 멀어질수록 다시 압력이 증가하는 것을 알수 있으며, 감압정 설치로 인하여 설치된 부분의 피크 압력이 감소한다는 것을 알 수 있다.

피압지하수 내에서의 지하수의 거동은 밀폐된 관 내부의 유체의 거동과 동일하므로, 높은 수두값을 나타내는 지역에 감압정을 설치하여 수두값을 감소시킬 수 있는 것이다.

도 8은 도 6의 제3피에조미터(63) 주변에 2개의 감압정(81,82)을 설치한 상태를 나타낸 단면구성도이다.

도시된 바와 같이, 높은 수두값이 나타난 지역에 감압정을 설치하면 그 부분의 수두값이 감소하게 되므로, 관리 대상 구조물에 양압력이 작용하지 않게 된다.

도시된 실시예에서는 2개의 감압정이 설치되어 있으나, 감압정의 설치 개수 및 감압정의 직경은 검출되는 수두값에 따라 변경될 수 있다. 즉 수두값이 관리기준이하가 되도록 감압정의 설치 개수와 직경을 결정하면 되는 것이다.

지하수의 수두값은 강우량에 따라 혹은 다른 이유들에 의해 상시로 변화하게 되는 것으로, 이후에도 지속적으로 피에조미터의 측정값들을 모니터링 하면서 양압력이 관리대상 구조물에 미치지 않도록 관리한다.

그런데, 감압정은 내부에 퇴적물이 쌓이게 되면 감압정이 제대로 동작하지 않게 된다. 이렇게 감압정에 퇴적물이 쌓이는 현상은 피에조미터의 측정값의 경시적인 변화에 의하여 검출할 수 있다. 즉 감압정이 설치된 부분의 피에조미터에서 측정되는 지하수 수두값이 시간의 변화에 따라 서서히 증가하게 된다면 이는 감압정에 쌓이는 퇴적물에 의한 것이다.

이러한 경우 감압정 내부의 퇴적물을 제거하거나, 감압정을 교체하거나, 신규의 감압정을 추가로 설치할 수 있다(S-55).

감압정의 청소는 브러쉬를 이용하여 스크린에 퇴적된 물질을 제거하는 방법, 약품을 처리하여 스크린에 퇴적된 물질을 제거하는 방법 또는 물과 공기를 흡입(suction)하여 스크린에 퇴적된 물질을 제거하는 방법으로 이루어질 수 있다.

만일, 감압정 설치 초기에 감압정 부근에서 압력의 증가가 관찰된다면, 이는 감압정의 스크린의 망크기가 적절하지 않아서 발생하는 것이다. 즉, 스크린이 토사 의 유입을 방지하지 못하여 토사가 감압정 내부로 침투하여 감압정이 기능을 제대로 수행하지 못하는 것이므로, 이러한 경우 스크린의 사이즈를 조절하여 토사의 유입을 막아 감압정이 적절하게 작동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 지하수위를 실시간으로 모니터링하여 지하수의 양압력이 철도 구조물을 손상시킬 염려가 있는 경우, 감압정을 설치하여 압력을 감소시킴으로써 구조물의 파손, 변형 등을 사전에 방지할 수 있게 해준다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 감압정에 대하여 도 9 내지 13을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선 도 9는 본 발명을 통하여 시공된 감압정의 종단면을 예시한 것으로, 동 도면에서와 같이 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체를 지지하는 구조체지지층에 형성된 굴착공에 다수의 투입모듈(50)이 적층됨으로써 본 발명의 감압정이 구성된다.

원통형의 투입모듈(50)은 그 외경이 굴착공의 내경과 일치하도록 형성되는데, 굴착시 굴착공의 공벽이 비교적 양호하게 유지되는 암질 지반의 경우 굴착공이 완성된 후 투입모듈(50)을 순차적으로 투입할 수 있으며, 공벽 유지가 어려운 토사 지반의 경우 케이싱(미도시)으로 공벽을 유지하며 케이싱(미도시)을 인발함과 동시에 투입모듈(50)을 투입하게 된다.

투입모듈(50)은 도 10 및 도 11에서와 같이 한쌍의 동심(同心) 관체인 외측관체(51) 및 내측관체(52)와 이들 외측관체(51)와 내측관체(52)간 공간의 하부를 폐쇄하는 저판(54) 등으로 구성되어, 외측관체(51)와 내측관체(52)간 공간에 자갈 및 모래 등의 입자상 여재가 충전되는데, 외측관체(51)와 내측관체(52)의 상단에는 지지빔(53)이 방사상으로 형성되어 내측관체(52)의 외측관체(51)내 위치를 견고하게 고정한다.

즉, 도 11에서와 같이, 각각 다수의 통공(58)이 형성되고 동심인 외측관체(51)와 내측관체(52)의 하단에 저판(54)이 접합되어 일종의 원통형 다공성 용기를 형성하는 것으로, 이들 외측관체(51), 내측관체(52) 및 저판(54)은 금속 또는 합성수지 등으로 구성되어, 다공성 여재의 충전 및 굴착공내 투입시 일정한 형태를 유지하게 되며, 도 9에서와 같이 다수의 투입모듈(50)이 적층됨에 따라 감압정 중심부에 내측관체(52)가 연결된 원주형 공동(空洞)이 형성되고 이 원주형 공동을 포위하는 견고한 환형(環形) 여재층이 형성되어, 외측관체(51)의 외주면을 통하여 유입된 지하수가 입자상 여재에 의하여 여과된 후 내측관체(52) 내부로 유입, 집수되는 구조를 가진다.

본 발명이 취수용 관정에 적용될 경우, 도 9에서와 같이 하단에 수중펌프가 설치된 양수관(32)을 내측관체(52) 내부에 투입함으로써 효과적인 취수가 가능하며, 피압층에 설치되는 감압정 또는 구조물에 작용하는 부압(浮壓) 제거용 감압정 등 자분정(自噴井) 형태로 운용되는 경우, 별도의 양수관(32)을 설치하지 않아도 적층된 투입모듈(50) 자체가 감압정 구조체로서 완벽하게 거동할 수 있다.

한편, 도 12는 본 발명의 투입모듈(50)에 주입관(55)을 설치한 실시예로서, 주입관(55)은 내측관체(52)와 외측관체(51) 사이에 상, 하단이 개방된 형태로 즉, 주입관(55)의 하단이 저판(54)을 관통하도록 설치되며 주입관(55)에는 다수의 분출 공(56)이 형성된다.

주입관(55)은 도 13에서와 같이, 다수의 투입모듈(50)을 적층할 시 상, 하 투입모듈(50)의 주입관(55)이 서로 연결되며, 이로써 감압정의 종단을 따라 여재를 관통하는 다공관이 형성되는 것이다.

감압정의 장기간 사용시 투입모듈(50)에 충전된 입자상 여재간 공극과 외측관체(51) 및 내측관체(52)의 통공(58)이 토립자에 의하여 폐색되고, 그에 따라 지하수의 유입이 차단되어 감압정으로서의 기능을 상실할 수 있는데, 주입관(55)을 통하여 세정수 또는 압축공기를 고압으로 분사함으로써 침착된 토립자를 제거할 수 있다.

즉, 도 13에서와 같이, 다수의 투입모듈(50)을 적층하면 투입모듈(50)에 형성된 주입관(55) 또한 서로 연결되어 감압정을 종방향으로 관통하는 관체가 형성되는데, 이 주입관(55)에는 다수의 분출공(56)이 형성되어, 최 상층 투입모듈(50)의 주입관(55)에 고압의 세정수 또는 압축공기를 인가하면, 이들 세정수 및 압축공기가 분출공(56)을 통하여 분출되면서 침착된 토립자를 세척하는 것이다.

이상에서와 같은 투입모듈(50)의 적층방식 및 투입모듈(50)에 형성된 주입관(55)을 통한 고압 세척을 통하여 감압정의 시공상 편의 및 정밀도를 확보함과 동시에, 효율적인 유지관리가 가능하여 감압정의 가용 기간 또한 연장할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 결빙에 의한 침목균열 발생을 나타낸 개념도,

도 2는 피압지하수 침투 구간의 양압력의 작용을 개념적으로 나타낸 단면도,

도 3은 지하수위(수두)의 연간 계측 결과를 나타낸 그래프,

도 4는 강화 노반의 구조를 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 건설 구조물의 시공방법의 공정 순서를 나타낸 흐름도,

도 6은 관리대상 구조물의 주변에 복수개의 피에조미터가 설치된 상태를 나타낸 단면 구조도,

도 7은 감압정 설치에 따른 압력 프로파일 변화를 나타낸 개념도,

도 8은 양압력이 검출된 피에조미터 근방에 감압정을 설치한 상태를 나타낸 단면 구조도,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 감압정의 대표단면도,

도 10은 도 9의 투입모듈 발췌 사시도,

도 11은 도 9의 부분절단 사시도,

도 12는 주입관이 설치된 도 9의 투입모듈 일 실시예 부분절단 사시도,

도 13은 도 12의 투입모듈 적층상태 부분절단 사시도임.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 투입낭

11 : 충전체

21 : 대수층

32 : 양수관

33 : 트레미

41 : 필터재

42 : 벤토나이트

50 : 투입모듈

51 : 외측관체

52 : 내측관체

53 : 지지빔

54 : 저판

55 : 주입관

56 : 분출공

58 : 통공

Claims (6)

1. 건설 구조물에 있어서,

   소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체;

   상기 구조체를 지지하는 구조체지지층; 및

   지하수가 용출되도록 상기 구조체지지층에 소정 깊이로 천공되는 감압정(relief well)을 포함하며,

   상기 감압정은 상기 구조체지지층에 천공된 굴착공에 서로 연결되도록 적층되는 다수의 투입모듈을 포함하며,

   상기 투입모듈은

   다수의 통공이 형성되고 외경이 상기 굴착공의 내경과 일치하는 외측관체,

   상기 외측관체와 동심(同心)이고 다수의 통공이 형성된 내측관체, 및

   상기 내측관체와 상기 외측관체 사이의 공간에 입자상 여재가 충전되도록 상기 외측관체의 하단과 상기 내측관체의 하단에 접합되는 저판을 포함하며,

   상기 투입모듈은 상기 외측관체와 상기 내측관체의 사이에 마련되고, 상, 하단이 개방되며, 다수의 분출공이 형성된 주입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 구조물.
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4. 소정의 기능을 갖도록 마련되는 구조체를 지지하는 구조체지지층에 천공된 굴착공에 서로 연결되도록 적층되는 다수의 투입모듈을 포함하는 감압정에 있어서,

   상기 투입모듈은

   다수의 통공이 형성되고 외경이 상기 굴착공의 내경과 일치하는 외측관체,

   상기 외측관체와 동심(同心)이고 다수의 통공이 형성된 내측관체, 및

   상기 내측관체와 상기 외측관체 사이의 공간에 입자상 여재가 충전되도록 상기 외측관체의 하단과 상기 내측관체의 하단에 접합되는 저판을 포함하며,

   상기 투입모듈은 상기 외측관체와 상기 내측관체의 사이에 마련되고, 상, 하단이 개방되며, 다수의 분출공이 형성된 주입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감압정.
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