KR100982023B1

KR100982023B1 - 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치

Info

Publication number: KR100982023B1
Application number: KR1020080024013A
Authority: KR
Inventors: 조덕래
Original assignee: 조덕래
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2010-09-13
Also published as: EP2270283A4; KR20090098554A; CN101970760A; EP2270283A2; CN101970760B; JP2011516756A; WO2009113817A2; JP5022500B2; WO2009113817A3; US20110016644A1

Abstract

본 발명은 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치에 관한 것으로, 상기 교각 기초 구조물을 감싸고 있으며 복수의 구멍이 형성되어 있는 밀폐판, 한 면이 상기 밀폐판의 일면과 연결되어 있고 상기 교각 기초 구조물과 소정 거리 떨어져 있으며, 복수의 제1 흐름공이 형성되어 있는 제1 흐름 유도판, 한 면이 상기 밀폐판의 일면과 연결되어 있고 상기 교각 기초 구조물과 소정 거리 떨어져 있으며 복수의 제2 흐름공이 형성되어 있는 제2 흐름 유도판, 그리고 상기 제1 흐름 유도판과 상기 제2 흐름 유도판을 연결하며 유체의 흐름을 막는 차단판을 포함하며, 상기 제1 흐름 유도판과 상기 제2 흐름 유도판은 상기 교각 기초 구조물을 기준으로 서로 대칭되어 있다.

교각, 세굴 방지, 와류

Description

교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치{Apparatus for preventing scour on bridge pier foundation}

본 발명은 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교각 기초 지면에 설치되어 세굴방지대를 설치하여 교각 기초 구조물의 하부의 하천 흐름이 유속이 정지된 상태로 이룰 수 있도록 하여 교각의 외주연과 하천흐름의 마찰을 방지함으로써, 교각 기초 구조물의 내력강도를 향상시킬 수 있도록 하는 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 교량(bridge; 또는 다리)이란 하천, 호수 등에 설치되어 차량이나 사람들이 건너 다닐 수 있게 만든 고가 구조물을 말한다. 교량은 크게 상, 하부로 나누어져 있다. 교량의 상부는 차량이나 사람의 하중을 직접 지지해 주는 부위로서, 상판 바닥틀과 주형으로 구성된다. 교량의 하부는 상부에서 가해지는 하중을 지반으로 전달해 주는 부위로서, 교대, 교각 및 기초부(말뚝 기초, 우물통 기초 등)로 구성된다.
이때, 교량은 흐르는 유체에 의해 기초부 또는 교각 부위에 세굴 현상이 발생된다. 세굴 현상이란 유체에 의하여 강바닥이나 강둑이 패이는 현상으로, 교량의 하부인 기초부 주위로 퇴적되는 토사의 퇴적량보다 토사의 제거량이 클 경우 발생된다. 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 교각의 기초 구조물에 마찰되는 하천의 흐름은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 도 1 내지 도 3은 교각 기초 구조물의 침식 및 세굴 현상이 발생되는 상태를 나타낸 전형적인 일 실시예이다.
하천의 흐름은 먼저, 기초부(20)에 직접 마찰되는 직접 흐름(a)과, 기초부(20)의 외부로 흐르는 간접 흐름(b)으로 나누어진다. 직접 흐름(a)은 기초부(20)의 외주면에 최초로 마찰되어 흐름이 둘로 나뉜 다음, 교각 기초 구조물의 외주면을 대칭적으로 타고 흘러 교각 기초 구조물의 후측 외주면에서 상호 흐름이 마찰, 혼합되면서 와류(c)가 발생하게 된다. 이때, 와류(c)에 의해 지면에 깔린 작은 돌 등이 부유되면서 기초부(20)를 타격하게 된다. 이렇게 발생하는 와류(c)에 의해 세굴 현상이 나타나고, 하천의 지면에는 침식 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상으로 인해 기초부(20)는 강도가 약해지며, 이는 교량의 붕괴 원인이 되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 교각 기초 지면에 설치되어 교각에 직접 마찰되는 하천의 직접흐름과 교각의 근접되어 흐름되는 간접흐름을 하나로 집수시켜 교각기초 구조물 하부에서 하천 흐름이 유속이 정지된 상태로 이룰 수 있도록 하여 교각의 외주연과 하천 흐름의 마찰을 방지하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 교각의 지면에 설치시킨 세굴 방지 장치에 의해 하천흐름을 유속이 정지된 상태로 전환시켜 교각 기초 구조물의 지반의 침식을 방지할 수 있도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 유속이 정지된 상태를 유지하는 세굴 방지 장치 내부에서 발생할 수 있는 과부하를 최소화시킬 수 있도록 하는 데 있다.

더불어, 본 발명의 다른 목적은 세굴 방지 장치의 압력 과부하를 방지하기 위한 흐름공과 차단판의 상부면에서 빠져나온 하천 흐름이 교각 기초 구조물의 후방으로 신속하게 흐를 수 있도록 하는 데 있다.

삭제

본 발명의 한 실시예에 따른 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치는, 상기 교각 기초 구조물을 감싸고 있으며 복수의 구멍이 형성되어 있는 밀폐판, 한 면이 상기 밀폐판의 일면과 연결되어 있고 상기 교각 기초 구조물과 소정 거리 떨어져 있으며 복수의 제1 흐름공이 형성되어 있는 제1 흐름 유도판, 한 면이 상기 밀폐판의 일면과 연결되어 있고 상기 교각 기초 구조물과 소정 거리 떨어져 있으며 복수의 제2 흐름공이 형성되어 있는 제2 흐름 유도판, 그리고 상기 제1 흐름 유도판과 상기 제2 흐름 유도판을 연결하며 유체의 흐름을 막는 차단판을 포함하며, 상기 제1 흐름 유도판과 상기 제2 흐름 유도판은 상기 교각 기초 구조물을 기준으로 서로 대칭되어 있다.
상기 밀폐판은, 제1 판부재 및 제2 판부재를 포함할 수 있으며, 상기 제1 판부재와 상기 제2 판부재는 탈착 가능하게 형성될 수 있다.
상기 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치는, 상기 교각 기초 구조물을 감싸며, 일면은 지면에 안착되고 타면은 상기 흐름 유도판 및 상기 차단판과 연결되어 있는 바닥판을 더 포함할 수 있다.
상기 바닥판은, 제3 판부재 및 제4 판부재를 포함할 수 있으며, 상기 제3 판부재와 상기 제4 판부재는 탈착 가능하다.
상기 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치는, 일측이 상기 차단판과 접하며 일측의 두께가 타측의 두께보다 큰 잠수보를 더 포함할 수 있다.
상기 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치는, 상기 잠수보 타측과 소정 거리 떨어져 있는 복수의 분기 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 유체가 부딪히는 상기 차단판의 일면은 곡면일 수 있다.
상기 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치는, 상기 교각 기초 구조물의 외주면에 접하며, 상호 대칭된 라운드 형상의 분류면을 가져 상기 교각 기초 구조물에 유체의 직접적인 마찰을 막는 분류대를 더 포함할 수 있다.
상기 흐름 유도판의 표면에 고무층이 형성될 수 있다.

삭제

상술한 바와 같이, 본 발명의 교각 기초구조물의 세굴 방지 장치는 교각 기초 지면에 설치되어 교각에 직접 마찰되는 하천의 직접흐름과 교각의 근접되어 흐름되는 간접흐름을 하나로 집수시켜 교각기초 구조물 하부에서 하천 흐름이 유속이 정지된 상태로 이룰 수 있도록 하여 교각의 외주면과 하천흐름의 마찰을 방지함으로써, 교각 기초 구조물의 침식을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 교각 기초구조물의 세굴 방지 장치는 교각의 지면에 세굴 방지 장치를 설치하여 교각 기초 구조물의 지반의 침식을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 교각 기초구조물의 유속의 정지상태에 따른 세굴 방지 장치내부의 압력 과부하를 최소화시켜 세굴 방지 장치의 설치 강도를 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

더불어, 본 발명의 교각 기초구조물의 세굴 방지 장치는 세굴방지대의 압력 과부하를 방지하기 위한 흐름공과 차단판의 상부면에서 빠져나온 하천 흐름이 교각 기초 구조물의 후방으로 신속하게 흐름될 수 있도록 하여 세굴 방지 장치에 의해 하천의 흐름에 역행하지 않도록 하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 교각 기초구조물의 세굴 방지 장치는 세굴방지대의 일측과 타측의 높낮이를 달리하도록 하천이 유입되는 내부공간 입구 부분은 높이를 낮게 하고 반대 방향은 경사져 높이를 높게 형성시켜 유속이 정지된 하천의 압력에 과부하가 발생하는 것을 방지하도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 4는 본 발명의 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 정면도이고, 도 6은 본 발명의 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 확대 정면도이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 정단면도이다.
먼저, 도 4 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 한 실시예의 세굴 방지 장치(100)는 교각 기초 구조물(10)을 감싸 교각 기초 구조물(10)을 보호하는 역할을 한다.
세굴 방지 장치(100)는 밀폐판(160), 제1 흐름 유도판(110), 제2 흐름 유도판(110’), 차단판(120), 바닥판(140), 잠수보(130) 및 분기 돌기(132)를 포함한다.
밀폐판(160)은 교각 기초 구조물(10)을 감싸고 있다. 이때, 밀폐판(160)은 탈착 가능한 제1 및 제2 판부재(160a, 160b)로 되어 있다. 이는 교각 기초 구조물(10)을 감싸는 작업을 할 때 수월하게 작업하기 위함이다. 또한, 밀폐판(160)에는 복수의 관통된 구멍(163)이 형성되어 있다.
제1 흐름 유도판(110)과 제2 흐름 유도판(110’)은 각각 한 면이 밀폐판(160)의 일면과 연결되어 있고, 교각 기초 구조물(10)을 기준으로 대칭되어 소정 거리 떨어져 있다. 이때, 제1 흐름 유도판(110)과 제2 흐름 유도판(110’)은 각각 제1 흐름공(111)과 제2 흐름공(111’)이 형성되어 있다.
또한, 제1 흐름 유도판(110)과 제2 흐름 유도판(110’)의 표면에는 고무층(112)이 코팅되어 있다. 고무층(112)은 유체에 의해 쓸려 내려오는 토사나 토석 등으로부터 한 실시예인 세굴 방지 장치(100)를 보호하기 위함이다.
차단판(120)은 제1 흐름 유도판(110)과 제2 흐름 유도판(110’)과 연결되어 있다. 이때, 차단판(120)의 일면은 곡면으로 되어 있다.
바닥판(140)은 교각 기초 구조물(10)을 감싸며, 그 일면은 지면에 안착되고, 타면은 제1 흐름 유도판(110), 제2 흐름 유도판(110’) 및 차단판(120)과 연결되어 있다. 바닥판(140)은 탈착 가능한 제1 및 제2 판부재(140a, 140b)로 되어 있다. 이 역시 교각 기초 구조물(10)을 감싸는 작업을 할 때 수월하게 작업하기 위함이다. 바닥판(140)은 생략될 수 있다.
이렇게 한 실시예의 세굴 방지 장치(100)는 교각 기초 구조물(10)의 지면에 바닥판(140)을 배치한 다음, 바닥판(140)의 양 측에 유체의 흐름 방향으로 제1 흐름 유도판(110)과 제2 흐름 유도판(110’)을 수직으로 배치시킨다. 바닥판(140)의 후방으로는 차단판(120)을 수직으로 세워 배치시킨다. 그리고, 제1 흐름 유도판(110), 제2 흐름 유도판(110’)과 차단판(120)의 상부면에 밀폐판(160)을 연결한다. 이렇게 각 구성 요소들이 연결된 한 실시예의 세굴 방지 장치(100)는 각 구성 요소들이 연결된 사이로 내부 공간(162)이 형성된다. 또한, 바닥판(140)의 전방 부위는 개방된 상태가 되며, 바닥판(140)의 전방 부위를 통해 내부 공간(162)으로 유체가 유입된다.
내부 공간(162)으로 유체가 유입되면, 유입된 유체는 차단판(120)에 의해 유속이 정지된 상태로 내부 공간(162)에 머물게 된다. 이때, 내부 공간(162)에 유입된 유체의 유속이 멈춤에 따라 하천의 직접 흐름(a) 및 간접 흐름(b)이 내부 공간(162)에서는 발생되지 않는다. 이에 교각의 기초 구조물(10)의 외주면 후방에 반복적으로 발생하는 유체의 마찰로 인한 세굴 현상을 방지할 수 있다.
또한, 내부 공간(162)으로 계속적으로 유입되는 유체에 의해 내부 공간(162)의 수압이 높아지지 않도록 제1 흐름 유도판(110), 제2 흐름 유도판(110’)에 각각 제1 흐름공(111)과 제2 흐름공(111’)이, 밀폐판(160)에는 복수의 구멍(163)이 형성되어 있다. 제1 흐름공(111)과 제2 흐름공(111’) 및 구멍(163)을 통해 내부 공간(162) 내의 유체가 외부로 유출됨으로써, 내부 공간(162)에 대한 수압이 높아지지 않도록 한다.
또한, 유체가 부딪치는 차단판(120)의 일면은 곡면으로 형성됨으로써, 내부 공간(162)에 유입되는 유체가 곡면을 따라 회전된다. 이로 인해, 내부 공간(162) 내의 유체는 와류(c) 현상이 발생되어 내부 공간(162) 내의 수압을 낮출 수 있다.
또한, 한 실시예에서는 차단판(120)의 후방으로 연접되게 경사면(131)을 갖는 잠수보(130)를 더 포함한다. 경사면(131)의 경우에는 차단판(120)의 일측과 접하는 일측의 두께가 타측의 두께보다 크게 형성되어 있다.
잠수보(130)는 제1 흐름공(111)과 제2 흐름공(111’), 그리고 구멍(163)을 통해 부분 유출되는 유체와, 밀폐판(160)의 상부면을 타고 흐르는 유체가 잠수보(130)의 경사면(131)을 타고, 교각 기초 구조물(10)의 후방으로 신속하게 흘러가게 한다. 이는 세굴 방지 장치(100)에 의해 유체의 흐름 방향이 역행되거나 유속을 느려져 자칫 세굴 방지 장치(100)에 집중될 수 있는 수압의 과부하를 방지하도록 한다.
또한, 한 실시예에서는 잠수보(130)의 타측과 소정 거리 떨어져 있는 복수 개의 분기 돌기(132)를 더 포함한다. 복수 돌기(132)는 다열로 순차되게 돌출된다. 분기 돌기(132)는 잠수보(130)의 경사면(131)을 타고 월류되는 유체의 흐름을 분산시키는 역할을 한다. 분기 돌기(132)가 유체의 흐름을 분산시킴으로써, 잠수보(130) 후방의 지면의 침식을 방지한다.
이와 같이, 하천의 지면에 설치되는 교각 기초 구조물(10)에 세굴 방지 장치(100)를 설치함으로써, 교각 기초 구조물(10)의 외주면 붕괴를 방지하고 주변 지면의 침식을 방지할 수 있다. 이는 하천의 범람에도 오랜 기간 교각 기초 구조물(10)의 강도 및 내력 구조를 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 세굴 방지 장치(100)에서 유체가 공급되는 내부 공간(162)의 입구 부분의 높이를 낮게 하고 반대 방향은 경사지게 하여 높이를 높게 형성시킴으로써, 유속이 정지된 유체의 압력에 과부하가 발생하는 것을 방지하도록 한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치 및 분류대를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치 및 분류대를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 평단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예의 구성 요소들은 도 4 내지 도 8를 참조하여 기 설명된 실시예들에 대한 구성 요소들의 설명과 유사하므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9와 도 10에서 도시한 바와 같이, 하천의 상류 측 흐름을 받는 교각 기초 구조물(10) 외주면에는 하천 흐름을 분류하도록 상호 대칭된 라운드 형상의 분류면(151)을 갖는 분류대(150)를 입설시킴으로써, 하천의 상류 측 흐름이 직접적으로 교각 기초 구조물에 마찰되는 것을 방지한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

삭제

도 1은 종래 기술의 교각 기초 구조물의 침식 및 세굴 현상이 발생하는 상태를 나타낸 사시도.
도 2는 종래 기술의 교각 기초 구조물의 세굴 현상이 발생하는 상태를 나타낸 평면도.
도 3은 종래 기술의 교각 기초 구조물의 세굴 현상이 발생하는 상태를 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 확대 정면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 정단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치 및 분류대를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 사시도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세굴 방지 장치 및 분류대를 교각 기초 구조물에 설치한 상태를 나타낸 평단면도.

삭제

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 교각 기초 구조물 100 : 세굴 방지 장치

110 : 흐름유도판 111 : 흐름공

112 : 고무층 120 : 차단판

121 : 와류형성돌기 130 : 잠수보

131 : 경사면 132 : 분기돌기

140 : 바닥판 150 : 분류대

151 : 분류면 160 : 밀폐판

161 : 흐름공 162 : 내부공간

a : 직접흐름 b : 간접흐름

c : 와류

Claims

교량의 하중을 지지하는 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치에서,

상기 교각 기초 구조물을 감싸고 있으며, 복수의 구멍이 형성되어 있는 밀폐판,

한 면이 상기 밀폐판의 일면과 연결되어 있고, 상기 교각 기초 구조물과 소정 거리 떨어져 있으며, 복수의 제1 흐름공이 형성되어 있는 제1 흐름 유도판,

한 면이 상기 밀폐판의 일면과 연결되어 있고, 상기 교각 기초 구조물과 소정 거리 떨어져 있으며, 복수의 제2 흐름공이 형성되어 있는 제2 흐름 유도판, 그리고

상기 제1 흐름 유도판과 상기 제2 흐름 유도판을 연결하며, 유체의 흐름을 막는 차단판

을 포함하며,

상기 제1 흐름 유도판과 상기 제2 흐름 유도판은 상기 교각 기초 구조물을 기준으로 서로 대칭되어 있는

교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제1항에서,

상기 밀폐판은, 제1 판부재 및 제2 판부재를 포함하며, 상기 제1 판부재와 상기 제2 판부재는 탈착 가능한 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제1항에서,

상기 교각 기초 구조물을 감싸며, 일면은 지면에 안착되고 타면은 상기 흐름 유도판 및 상기 차단판과 연결되어 있는 바닥판을 더 포함하는 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제3항에서,

상기 바닥판은, 제3 판부재 및 제4 판부재를 포함하며, 상기 제3 판부재와 상기 제4 판부재는 탈착 가능한 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제1항에서,

일측이 상기 차단판과 접하며, 일측의 두께가 타측의 두께보다 큰 잠수보를 더 포함하는 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제5항에서,

상기 잠수보 타측과 소정 거리 떨어져 있는 복수의 분기 돌기를 더 포함하는 교각 기초 구조물 세굴 방지 장치.
제1항에서,

유체가 부딪히는 상기 차단판의 일면은, 곡면인 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제1항에서,

상기 교각 기초 구조물의 외주면에 접하며, 상호 대칭된 라운드 형상의 분류면을 가져 상기 교각 기초 구조물에 유체의 직접적인 마찰을 막는 분류대를 더 포함하는 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.
제1항에서,

상기 흐름 유도판의 표면에 고무층이 형성된 교각 기초 구조물의 세굴 방지 장치.