KR101013023B1 - 인터록킹에 의한 장대화 효과를 이용한 케이슨 방파제 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방파제를 구성하는 각각의 단위 케이슨이 기하학적 맞물림에 의한 인터록킹(interlocking)에 의해 일체 거동하도록 하여 케이슨의 장대화를 통한 파력의 평활화 효과에 의해 각 단위 케이슨에 작용하는 파력을 감소시킴으로써 경제적 설계가 가능하면서도 이상 파랑 등의 내습 시에 케이슨 방파제의 안정성을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 케이슨 방파제에 있어서, 단위 케이슨이 인터록킹되어 케이슨 방파제에 작용하는 단위 폭당 파력이 감소될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제 및 그 시공방법을 제공한다.

인터록킹, 장대화, 케이슨, 방파제

Description

인터록킹에 의한 장대화 효과를 이용한 케이슨 방파제 및 그 시공방법{CAISSON BREAKEWATER AND METHOD FOR CONSTRUCTING THE SAME}

본 발명은 케이슨 방파제 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토목 분야에서 수중(水中)의 건설 작업용이나 기초(基礎)로 이용되는 상자형 구조물인 케이슨의 인터록킹에 의한 장대화 효과를 이용한 케이슨 방파제에 관한 것이다.

일반적으로, 케이슨은 토목 분야에서 이용되는 상자형 구조물로서, 방파제 등으로 사용하게 된다.

도 1은 독립거동하는 기존 케이슨 방파제를 위에서 바라본 상태를 모식화한 도면으로서, 이하의 설명에서는 방파제를 이루는 케이슨 하나하나를 단위 케이슨이라 칭한다.

도 1을 참조하면, 기존 케이슨 방파제(1a)는 단위 케이슨(100a)들을 일렬로 거치하여 이루어짐을 알 수 있는데, 통상 육상에서 제작한 다음에 바다에 띄워서 인양한 다음, 원하는 위치에 가라앉히고 거치하여 방파제를 구성한다.

이러한 기존의 케이슨 방파제(1a)는 단위 케이슨(100a) 각각이 독립 거동을 하기 때문에 파력의 최대값이 각각의 단위 케이슨(100a)에 대해 모두 작용하게 된다.

따라서, 기존 케이슨 방파제(1a)에서는 단위 케이슨(100a) 각각이 인접한 케이슨과는 독립적으로 거동하기 때문에 각각의 단위 케이슨(100a)에 대해 최대파압에 견딜 수 있도록 설계하게 된다.

그러나, 상기한 기존의 케이슨 방파제(1a)는 설계 파고 이상의 이상 파랑 내습시에는 설계 저항력 초과로 사행(蛇行) 형태의 슬라이딩 파괴(Meandering Demage)가 발생하는 문제점이 있었다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 구성에 따른 기존 케이슨 방파제(1a)의 피해 사례를 보여주는 참고사진으로서, 일본 고베항 및 나가사키항의 케이슨 방파제(1a) 사진을 통해 각각의 단위 케이슨(100a)이 독립거동함에 따라 설계 파고 이상의 파고를 갖는 이상 파랑 내습시 케이슨 방파제(1a)가 파괴된 모습을 확인할 수 있다.

한편, 도 3a 및 도 3b는 기존 케이슨 방파제(1a)의 피해 사례를 설명하기 위한 것으로서, 일본 이바라키현 히타치항의 피해 사례를 도식화한 것이다.

도 3a의 (가) 및 (나)를 참조하면, 설계 파랑이 항외에서 항내로 내습시에는 설계 저항력 범위 이내이므로 방파제에 이상이 없지만, 도 3b의 (가) 및 (나)를 참조하면, 설계 파고(예: 7.6m) 이상의 파고(예: 9.94m)를 갖는 이상 파랑 내습시 항외측의 파력 증가와 더불어 항내측의 파곡 발생에 의해 단위 케이슨(100a)에 슬라이딩 파괴가 발생하는 것을 알 수 있다.

따라서, 경제적 설계가 가능하면서도 세계적 규모의 기후 변화 또는 지역적 기후 변화에 대응하여 이상 파랑 발생시에도 설계 외력에 여유 안전율을 확보하여 케이슨 방파제의 안정성을 높일 수 있는 경제적 설계 방안이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 독립거동 방식 케이슨 방파제와는 달리 본 발명의 케이슨 방파제는 방파제를 구성하는 각각의 단위 케이슨이 기하학적 맞물림에 의한 인터록킹(interlocking)에 의해 일체 거동하도록 하여 케이슨의 장대화를 통한 파력의 평활화 효과에 의해 각 단위 케이슨에 작용하는 파력을 감소시킴으로써 경제적 설계가 가능하면서도 이상 파랑 등의 내습 시에 케이슨 방파제의 안정성을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 케이슨 방파제에 있어서, 단위 케이슨이 인터록킹되어 케이슨 방파제에 작용하는 단위 폭당 파력이 감소될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제를 제공한다.

이때, 상기 케이슨 방파제는 단위 케이슨들의 측면부 형합(形合)에 의해 전체 단위 케이슨이 일체 거동하는 인터록킹 효과를 거두게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 케이슨 방파제는 위에서 바라볼 때 단위 케이슨의 양측면을 따라 적어도 하나 이상의 절곡부가 구비됨을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 인터록킹이 가능한 구조의 단위 케이슨을 육상에서 제작하는 단계와; 제작 완료된 단위 케이슨을 진수하는 단계와; 케이슨 방파제 시공 위치로 인양하는 단계와; 단위 케이슨을 순차적으로 시공 위치에 거치하되, 인접하는 단위 케이슨 간에 기하학적으로 서로 맞물려 인터록킹이 이루어지도록 하는 단계와; 방파제를 구성하는 좌우 양단부의 단위 케이슨에 대한 고정작업을 수행하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인터록킹에 의한 장대화 케이슨 방파제 시공방법이 제공된다.

본 발명은 방파제를 구성하는 각각의 단위 케이슨이 인터록킹(interlocking)에 의해 일체 거동하도록 하여 케이슨의 장대화를 통한 파력의 평활화 효과에 의해 각 단위 케이슨에 작용하는 파력을 감소시킴으로써 이상 파랑 등의 내습 시에도 케이슨 방파제의 안정성을 높일 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 장대화 케이슨 방파제의 구성 개념도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 케이슨 방파제의 장대화에 따른 파력의 평활화 효과를 기존 케이슨 방파제와 비교하여 나타낸 참고도이며, 도 7은 본 발명의 케이슨 방파제 시공 과정을 나타낸 흐름도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명은 상자형 구조물인 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 케이슨 방파제(1)에 있어서, 단위 케이슨(100)이 인터록킹되어 케이슨 방파제(1)에 작용하는 단위 폭(W)당 파력이 감소될 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 케이슨 방파제(1)는 단위 케이슨(100) 측면부의 기하학적 형합에 의해 전체 단위 케이슨이 일체 거동하는 인터록킹 효과를 거두도록 구성된다.

상기 케이슨 방파제(1)는 위에서 바라볼 때 단위 케이슨(100)의 양측면을 따라 적어도 하나 이상의 절곡부가 구비된다.

즉, 본 발명의 케이슨 방파제(1)는 단위 케이슨(100)을 인터록킹하는 별도의 인터록킹 장치나 시설을 두지않고 오직 단위 케이슨(100)을 평면에서 볼 때의 기하학적 프로파일(profile)의 변화만으로 단위 케이슨(100) 상호간의 인터록킹이 이루어지도록 하는데 기술적 특징이 있다.

예컨대, 도 4에 개시한 실시예에 있어서는 기존의 상자형 단위 케이슨에 있어서, 그 전방 부분을 좌측 혹은 우측으로 경사지게 한 형태만으로 인터록킹이 이루어지도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 케이슨 방파제(1)의 시공 과정은 다음과 같다.

먼저, 인터록킹이 가능한 구조의 단위 케이슨(100)을 육상에서 제작한다.

다음, 제작 완료된 단위 케이슨(100)을 진수하여 물에 띄우게 된다. 그리고 진수된 단위 케이슨(100)을 방파제 시공 위치로 인양하게 된다.

시공 위치로 인양한 다음에는 단위 케이슨(100)을 순차적으로 시공 위치에 가라앉혀 거치한다. 이때, 인접하는 단위 케이슨(100) 간에 기하학적으로 서로 맞물려 인터록킹이 이루어지도록 거치한다.

단위 케이슨(100) 들의 거치 완료 후에는 좌우 양단부의 단위 케이슨에 대한 고정작업을 수행하여 본 발명의 케이슨 방파제(1) 시공을 완료하게 된다.

한편, 상기와 같이 시공되는 본 발명의 케이슨 방파제(1)의 작용은 다음과 같다.

본 발명의 케이슨 방파제(1)는 단위 케이슨의 제작은 각각 이루어지나, 방파제로서 시공이 완료된 다음에는 단위 케이슨(100)의 기하학적 맞물림에 의해 각 단위 케이슨들이 일체 거동하게 됨으로써, 결국 장대 케이슨을 시공한 것과 동일한 효과를 거두게 된다.

그리고, 본 발명은 이러한 케이슨 장대화 효과를 통해 단위 폭당 작용하는 파력이 감소하는 평활화 효과를 거둠으로써, 설계 파랑 내습시 여유 안전율을 확보할 수 있게 되며, 이는 곧 미리 확보한 여유 안전율로 인해 기후 변화등으로 인한 이상 파랑 내습시에도 케이슨 방파제(1)의 안정성 확보가 가능하게 됨을 의미하게 된다.

즉, 본 발명은 단위 케이슨(100)의 제작 및 시공에 의한 경제적 설계가 가능하면서도 기하학적인 맞물림에 의한 일체 거동을 통한 장대화 효과를 통해 케이슨 방파제(1)의 안정성을 한층 높일 수 있게 되는 것이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 케이슨 방파제의 장대화에 따른 파력의 평활화 효과를 기존 케이슨 방파제와 비교하여 나타낸 것으로서, 도 5 및 도 6을 통해 설계 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력과 이상 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력을 비교 본 발명 케이슨 방파제의 작용 효과를 확인할 수 있다.

기존 케이슨 방파제의 경우, 설계 파랑 내습시에는 설계 파고(예: 8.0m)에서 저항할 수 있으나, 설계 파고 이상의 높은 파고(예: 12.5m)를 갖는 이상 파랑 내습 시에는 이상 파랑에 의해 설계 저항력을 초과하여 받는 추가하중에 의해 슬라이딩 파괴가 발생하게 된다.

하지만, 본 발명의 케이슨 방파제(1)의 경우, 케이슨 장대화 효과에 의한 파력의 평활화 작용에 의해 실제 작용 파고가 설계 파고에 비해 감소하게 됨으로써 설계 외력에 여유 안전율이 확보되며, 이에 따라 설계 파고 이상의 높은 파고(예: 12.5m)를 갖는 이상 파랑 내습 시에도 슬라이딩 및 파곡 등에 의한 파괴가 방지되어 방파제의 안정성이 확보된다.

즉, 기존의 케이슨 방파제(1a)와 동일한 설계 파고(예: 8.0m)에서 저항할 수 있도록 설계할 경우, 설계 파랑 내습시 실제 본 발명의 케이슨 방파제에 작용하는 실제 파고는 설계 파고에 비해 낮은 파고(예: 5.1m)로서 작용하게 되므로, 여유 안전율 확보에 따른 방파제의 안정성이 보장된다.

참고로, 본 발명의 케이슨 방파제(1)의 장대화 효과를 감안하면, 기존의 케이슨 방파제를 구성하는 단위 케이슨(100)을 하나의 장대한 케이슨으로 만들어 시공하면 쉽게 기존의 독립거동에 의한 방파제 파괴의 문제점이 쉽게 해결될 것 같지만, 이는 현재 기술로서는 구조적으로나 시공성에 있어서 한계로 인해 매우 어렵다.

즉, 단위 케이슨이 너무 길 경우에는 구조적으로 휨 강성에 있어서 불리하여 보강이 필요하게 되고, 진수 및 인양 등 이동에 어려움이 따르게 되며, 중량의 한계로 인해 크레인 작업이 불가능하게 되는 등 구조적으로나 시공적인 측면에서 길이가 긴 장대 케이슨을 적용하는 데에는 현재로서는 기술적 한계가 있다.

특히, 단위 케이슨이 너무 길면 구조적으로 휨 강성에 있어서 불리하므로 이를 보강하는 과정에서는 경제적으로 많은 비용이 추가될 수밖에 없고, 중량 면에서도 중량의 증가로 인해 이동 및 설치 시공에 더욱 불리하게 작용할 수밖에 없어 현재의 기술 수준으로는 경제적 설계가 불가능하다.

따라서, 본 발명의 케이슨 방파제(1)는 구조적인 측면이나 시공적인 측면에서 경제적 설계가 가능하면서도 이상 파랑 내습시에 방파제의 안정성을 높일 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로 변경 및 수정 가능함은 물론이다.

예컨대, 상기한 본 발명의 실시 내용에 개시된 단위 케이슨 구조는 인터록킹에 의해 일체 거동할 수 있는 가장 단순한 기하학적 형태로서 다른 형태로 변형하는 것이 가능함은 물론이며, 이러한 단위 케이슨(100)의 다른 변형 예에 대해서는 도 8에 개시되어 있다. 또한, 단위 케이슨 들의 폭은 서로 다르게 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 방파제를 구성하는 각각의 단위 케이슨이 인터록킹(interlocking) 효과에 의해 일체 거동하도록 하여 케이슨의 장대화 효과를 통한 파력의 평활화 작용에 의해 실제 각 단위 케이슨에 작용하는 파력을 감소시킴으로써 이상 파랑 등의 내습 시에도 케이슨 방파제의 안정성을 높일 수 있도록 함으로써, 항구·계류장(繫留場)·계류갑문 등 파도로 인해 피해를 입을 수 있는 곳에 효과적으로 적용할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

도 1은 독립거동하는 기존 케이슨 방파제의 구성 개념도

도 2a 및 도 2b는 도 1의 구성에 따른 기존 케이슨 방파제의 피해 사례를 보여주는 참고사진

도 3a 및 도 3b는 기존 케이슨 방파제의 피해 사례를 설명하기 위한 것으로서,

도 3a의 (가)는 설계 파랑 내습시의 평면도

도 3a의 (나)는 도 3a의 (가)의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 설계 파랑 내습시의 단면도

도 3b의 (가)는 이상 파랑 내습시의 평면도

도 3b의 (나)는 도 3b의 (가)의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 설계 파랑 내습시의 단면도

도 4는 본 발명에 따른 장대화 케이슨 방파제의 구성 개념도

도 5 및 도 6은 본 발명의 케이슨 방파제의 장대화에 따른 파력의 평활화 효과를 기존 케이슨 방파제와 비교하여 나타낸 참고도로서,

도 5는 설계 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력 비교도

도 6은 이상 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력 비교도

도 7은 본 발명의 케이슨 방파제 시공 과정을 나타낸 흐름도

도 8은 본 발명의 케이슨 방파제의 다른 실시예를 예시한 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 케이슨 방파제 100: 단위 케이슨

Claims (4)

1. 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 케이슨 방파제에 있어서;

   상기 단위 케이슨이 인터록킹되어 케이슨 방파제에 작용하는 단위 폭당 파력이 감소될 수 있도록 하되,

   상기 케이슨 방파제는, 단위 케이슨들 측면부의 기하학적 맞물림에 의해 일체 거동하도록 인터록킹되는 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이슨 방파제는, 방파제를 위에서 바라볼 때 단위 케이슨의 양측면을 따라 적어도 하나 이상의 절곡부가 구비되는 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 케이슨 방파제를 이용한 방파제 시공방법에 있어서,

   인터록킹이 가능한 구조의 단위 케이슨을 육상에서 제작하는 단계와;

   제작 완료된 단위 케이슨을 진수하는 단계와;

   케이슨 방파제 시공 위치로 인양하는 단계와;

   단위 케이슨을 순차적으로 시공 위치에 거치하되, 인접하는 단위 케이슨 간에 기하학적으로 서로 맞물려 인터록킹이 이루어지도록 하는 단계와;

   방파제를 구성하는 좌우 양단부의 단위 케이슨에 대한 고정작업을 수행하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 케이슨 방파제 시공방법.

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