KR101013024B1 - 연파 발생 방지 케이슨 방파제 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주 입사파향에 대해 직각 배치를 하지 않더라도 연파 발생을 방지할 수 있도록 개선함으로써, 입사파향에 대해 직각 배치시 상대적으로 깊은 수심에 위치하여 공사비가 증가하거나 항입구가 넓어져 침입파에 의해 항만가동율이 낮아지는 해역에 설계 시공할 수 있도록 함으로써 방파제의 경제적인 설계 시공이 가능하도록 한 것이다. 또한, 연파 방지를 통해 항 입구부의 항로에 횡파가 발생하지 않도록 함으로써 선박의 통항 안정성을 확보하도록 하며, 항내로 침입하는 연파를 근원적으로 차단하여 항만 가동율을 증가시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 상자형 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 케이슨 방파제에 있어서; 상기 단위 케이슨의 전면에 주입사 파향에 대해 가상법선 효과를 제공하여 연파 발생이 방지될 수 있도록 하는 경사부를 둔 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제 및 그 시공방법을 제공한다.

연파, 방지, 케이슨, 방파제

Description

연파 발생 방지 케이슨 방파제 및 그 시공방법{CAISSON BREAKEWATER FOR PREVNTING STEM WAVES 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 케이슨을 이용하여 시공되는 케이슨 방파제에 있어서의 연파 발생 방지 기술에 관한 것이다.

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

기존 케이슨 방파제는 상자형 구조물인 단위 케이슨들을 일렬로 거치하여 이루어짐을 알 수 있는데, 통상 육상에서 제작한 다음에 바다에 띄워서 인양한 다음, 원하는 위치에 가라앉히고 거치하여 방파제를 구성한다.

한편, 방파제에 있어서 파도가 밀려오면 입사파와 반사파가 발생하게 되는데, 입사파의 입사 각도에 따라 방파제의 길이 방향을 따르는 연파(Stem Waves)가 발생하기도 한다.

도 1을 참조하면, 방파제와 입사파 사이의 각도(α)가 45°이상에서는 연파 가 발생하지 않지만(도 1의 (가)(나) 참조), 방파제와 입사파 사이의 각도(α)가 45°보다 작을 때에는 반사파와 더불어 연파가 발생하게 되고(도 1의 (다) 참조), 특히 방파제와 입사파 사이의 각도(α)가 20°이하에서는 연파만 발생하게 된다(도 1의 (라)참조).

이러한 연파는 방파제를 따라 파가 계속 증폭이 되어서 파고가 점점 높아지게 되며, 증폭된 파도는 방파제 끝에 항로가 위치할 경우에는 항행중인 선박에 대해 운항을 어렵게 만들게 되고, 상기 증폭된 파도가 항구로 들어가게 되면 정박중인 선박(2)이나 항구에 존재하는 시설물에 대해 악영향을 미치게 된다.

따라서, 방파제의 설치 시공시에는 연파 제어가 될 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.

도 2 및 도 3은 기존의 방파제 실시 설계시 방파제 법선 선정 경위를 설명하는 설계 예의 평면도로서, 도 2를 참조하면, 방파제 실시 설계시에는 전술한 연파가 발생하지 않도록 주입사 파향에 대해 직각으로 방파제(도면상 점선 상자)를 배치하여 입출항 선박(2)에 대해 횡파 영향이 없도록 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

그러나, 방파제 시공 위치의 수심이 너무 깊거나, 정온을 위해서는 방파제의 길이가 길어지는 등으로 인해 주입사 파향에 직각으로 배치되게 시공하는 것이 공사비 등 경제적 관점에서 극히 불리할 때에는 도 3에 도시한 바와 같이 방파제를 주입사 파향에 대해 경사지게 설계 시공할 수밖에 없는 경우가 발생하게 된다.

이렇게 설계 시공할 경우, 경제적으로는 장점이 있으나, 전술한 바와 같이 연파 및 반사파의 발생으로 인해 입출항 선박(2)에 대해 횡파로서 영향을 미치게 되어 원래 항로에서 벗어나는 등 선박(2)의 안전 통항에 불리하게 작용하게 된다.

한편, 방파제를 설치하게 되는 해역의 지리적 특성상 주입사 파향에 대해 직각으로 방파제를 설치하게 되면 항 입구가 넓어지고 수심이 깊어질 수 있는데, 항입구가 넓어지면 항만 가동률이 떨어지게 되고, 수심이 깊으면 공사비가 늘어날 우려가 있어, 이 경우에도 항 입구를 좁힐 수 있고 수심이 깊어 지지 않는 방향으로 방파제의 시공 방향이 정해지게 되는데, 이때의 방파제 시공 방향이 연파 발생 방향일 수 있다.

따라서, 항 입구를 좁혀 항만 가동률을 높임과 더불어 수심이 낮은 곳에 시공하여 공사비를 절감하는 등 경제적인 설계가 가능하면서도 연파가 발생하지 않도록 하는 방파제에 관한 기술 개발이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주 입사파향에 대해 직각 배치를 하지 않더라도 연파 발생을 방지할 수 있도록 개선함으로써, 입사파향에 대해 직각 배치시 상대적으로 깊은 수심에 위치하여 공사비가 증가하거나 항입구가 넓어져 침입파에 의해 항만가동율이 낮아지는 해역에 설계 시공할 수 있도록 함으로써 방파제의 경제적인 설계 시공이 가능하도록 함과 아울러, 연파 방지를 통해 항 입구부의 항로에 횡파가 발생하지 않도록 함으로써 선박의 통항 안정성을 확보하도록 하며, 항내로 침입하는 연파를 근원적으로 차단하여 항만 가동율을 증가시킬 수 있도록 한 연파 발생 방지 케이슨 방파제 및 그 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상자형 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 케이슨 방파제에 있어서; 상기 단위 케이슨의 전면에 주입사 파향에 대해 가상법선 효과를 제공하여 연파 발생이 방지될 수 있도록 하는 경사부를 둔 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제가 제공된다.

전술한 구성에 있어서, 상기 경사부의 경사각은 방파제 실제 시공 방향 및 주 입사 파향을 고려하여 연파가 발생하지 않는 범위 내에서 결정됨을 특징으로 한다.

그리고, 전술한 구성에 있어서, 상기 단위 케이슨의 경사부 후방측에는 인접 하는 단위 케이슨 측면부 간의 기하학적 형합에 의해 전체 단위 케이슨이 일체 거동하도록 상기 단위 케이슨(100)의 양측면을 따라 적어도 하나 이상의 절곡부(C)가 구비됨을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 연파 발생 방지 및 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 시공방법이 제공된다.

본 발명의 케이슨 방파제는 주 입사파향에 대해 직각 배치를 하지 않더라도 연파 발생을 방지할 수 있으므로, 수심이 낮은 곳에 시공하여 경제적 시공이 가능하며, 항 입구를 좁힐 수 있는 곳에 시공하여 항만 가동률을 높일 수도 있는 등 보다 자유로우면서도 경제적인 설계 시공이 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 연파 발생 방지 구조와 더불어 단위 케이슨 간의 기하학적 맞물림에 의한 인터록킹 작용에 의한 장대화 효과에 의한 파고 감소(평활화 효과)를 통해 설계 외력에 여유 안전율을 확보하게 되며, 이에 따라 설계 파고 이상의 파고를 갖는 이상 파랑 내습 시에도 슬라이딩에 의한 파괴가 방지되는 등 방파제의 안정성을 한층 더 확실하게 확보할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대해 첨부도면 도 4 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 연파방지 케이슨 방파제를 이용한 방파제 실시 설계시의 평면도이고, 도 5는 도 4의 "상세-A"부를 나타낸 확대상세도이며, 도 6은 본 발명의 연파방지 케이슨의 구조를 보여주는 사시도이다.

그리고, 도 7은 본 발명의 연파방지 케이슨 방파제의 작용을 설명하는 개념도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 연파방지 케이슨 방파제의 또 다른 효과인 장대화에 따른 파력의 평활화 효과를 기존 일반 케이슨 방파제와 비교하여 나타낸 참고도이며, 도 10은 본 발명의 케이슨 방파제 시공 과정을 나타낸 흐름도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 케이슨 방파제(1)는, 상자형 단위 케이슨 들을 일렬로 거치하여 구성되는 것에 있어서, 상기 단위 케이슨(100)의 전면에 주입사 파향에 대해 가상법선 효과를 제공하여 연파 발생이 방지될 수 있도록 하는 경사부를 두게 된다.

이때, 상기 단위 케이슨(100)의 전면에 형성되는 경사부는 본 발명 케이슨 방파제(1)의 설계 법선 방향(방파제 길이 방향)에 대해 임의의 각도로 경사지게 설치되며, 상기 경사부의 경사각(β)은 방파제 시공 방향 및 주 입사 파향을 고려하여 결정하게 된다.

그리고, 상기 단위 케이슨(100)의 경사부 후방측에는 인접하는 단위 케이슨(100) 측면부 간의 기하학적 형합에 의해 전체 단위 케이슨이 일체 거동하도록 상기 단위 케이슨(100)의 양측면을 따라 적어도 하나 이상의 절곡부(C)가 구비된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 연파 발생 방지 케이슨 방파제(1)의 시공 과정 및 작용은 다음과 같다.

먼저, 시공과정을 살펴보면, 인터록킹 및 연파 발생 방지 구조를 갖는 단위 케이슨(100)을 육상에서 제작한다. 이때, 상기 단위 케이스 전면 경사부의 경사각은 방파제 실제 시공 방향 및 주 입사 파향을 고려하여 연파가 발생하지 않는 범위 내에서 결정된다.

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 케이슨(100)에 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 발명 구조의 케이슨 방파제(1)는 실시 설계시에 전술한 연파가 발생하지 않도록 주입사 파향에 대해 직각으로 방파제를 배치하지 않으면서도 입출항 선박(2)에 대해 횡파 영향이 없도록 할 수 있다.

즉, 기존의 방파제 실시 설계시에는 주입사 파향에 대해 직각으로 방파제를 세우고자 할 때 그 위치의 수심이 너무 깊거나, 정온을 위해서 방파제의 길이를 연장시켜야 하는 등 경제적·기술적으로 어려움이 있을 때, 방파제를 주입사 파향에 대해 경사지게 설계 시공할 수밖에 없고, 이로 인해 연파의 발생 현상이 발생할 수 있으나, 본 발명에서는 방파제를 주입사 파향에 대해 경사지게 설계 시공하면서도 연파 발생을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

예컨대, 도 4를 참조하면, 본 발명의 케이슨 방파제(1)는 단위 케이슨(100) 전면에 경사부가 형성되어 있어, 대안 설계 방파제 법선에 대해 경사지게 입사되는 입사파에 대해 대안설계 가상법선 위치에 방파제를 설치한 것처럼 작용하게 됨으로써 연파 발생을 방지하게 된다.

특히, 도 7에 도시한 바와 같이, 기존의 경우라면 방파제와 입사파의 사이각(α)이 20°〈 α〈45°범위 내의 조건으로 파랑이 경사 입사할 경우에 반사파 및 연파가 발생하게 되지만, 동일한 파랑의 입사 조건이라면 본 발명의 케이슨 방파제(1)에서는 단위 케이슨(100) 전면에 방파제 대안설계 법선에 대해 20°의 기울기를 갖는 경사부가 형성되면 입사파의 각도가 45°〈 α〈 70°가 되는 셈이므로 연파가 발생하지 않게 된다.

즉, 본 발명의 단위 케이슨(1) 전면의 경사부는 방파제 전면 법선을 입사 파랑 방향으로 꺾어서 파의 입사각을 키워주는 효과를 가져다주게 되는 것으로서, 이로 인해 연파 발생이 방지되면 입출항 선박(2)에 대한 횡파 영향이 방지되어 선박의 안전 통항이 보장된다.

또한, 항만 가동률 및 수심에 따른 공사비를 감안하여 항 입구를 좁힐 수 있고 수심이 얕은 곳에 설치하는 대신 연파 발생의 우려가 있는 경우에도 본 발명의 케이슨 방파제(1)는 파의 입사각을 키워 연파 발생을 방지하게 되므로 경제적인 설계가 가능해지게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 항만 가동률을 높임과 더불어 공사비를 절감할 수 있도록 수심이 낮은 곳에 방파제의 실제 설계 시공이 이루어지도록 하면서도, 주입사파에 대해 직각으로 방파제를 설계 시공했을 때와 마찬가지로 연파 발생이 방지되는 효과를 제공함으로써, 방파제의 경제적인 설계 및 시공이 가능토록 작용하게 된다.

한편, 본 발명은 연파 발생 방지 케이슨 방파제(1)에 있어서, 단위 케이슨(100) 측면부의 기하학적 맞물림에 의한 장대화 효과를 통해 파과 감소(즉, 평활화 효과)에 의해 설계 외력에 여유 안전율을 확보하게 되며, 이에 따라 이상 파랑 내습 시에도 슬라이딩 파괴를 방지하는 등 방파제의 안정성을 높일 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 연파 발생 방지와 더불어 단위 케이슨(100)의 기하학적인 맞물림에 의한 일체 거동을 통한 장대화 효과를 통해 케이슨 방파제(1)의 안정성을 한층 높일 수 있게 되는 것이다.

도 8 및 도 9은 본 발명의 케이슨 방파제(1)의 장대화에 따른 파력의 평활화 효과를 기존 케이슨 방파제(1a)와 비교하여 나타낸 것으로서, 도 8 및 도 9을 통해 설계 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력과 이상 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력을 비교 본 발명 케이슨 방파제(1)의 작용 효과를 확인할 수 있다.

기존 케이슨 방파제(1a)의 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 내습시에는 이상 파랑에 의해 설계 저항력을 초과하여 받는 추가하중에 의해 단위 케이슨(100a)의 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 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 방파제(1)에 작용하는 실제 파고는 설계 파고에 비해 낮은 파고(예: 5.1m)로서 작용하게 되므로, 여유 안전율 확보에 따른 방파제의 안정성이 한층 더 보장된다.

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(100) 구조는 인터록킹에 의해 일체 거동할 수 있는 가장 단순한 기하학적 형태로서 다른 형태로 변형하는 것이 가능함은 물론이며, 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 주 입사파향에 대해 직각 배치를 하지 않더라도 연파 발생을 방지할 수 있으므로, 수심이 낮은 곳에 시공하여 경제적 시공이 가능하며, 항 입구를 좁힐 수 있는 곳에 시공하여 항만 가동률을 높일 수도 있으며, 방파제를 구성하는 단위 케이슨 간의 기하학적 맞물림에 의한 케이슨 장대화 효과를 통해 설계 외력에 여유 안전율을 확보하여 방파제의 안정성을 높일 수 있는 등, 경제적이면서도 설계 시공이 보다 자유로운 케이슨 방파제를 제공할 수 있으므로, 산업상 이용 가능성이 매우 높은 발명이다.

도 1은 방파제를 따라 발생하는 연파의 발생 원인을 설명하기 개념도

도 2 및 도 3은 기존의 방파제 실시 설계시 방파제 법선 선정 경위를 설명하는 설계 평면도로서,

도 2는 방파제 법선을 주입사 파향에 직각 배치하는 경우의 도면

도 3은 방파제 법선을 주입사 파향에 경사 배치하는 경우의 도면

도 4는 본 발명에 따른 연파방지 케이슨 방파제를 이용한 방파제 실시 설계시의 평면도

도 5는 도 4의 "상세-A"부의 확대 상세도

도 6은 본 발명의 연파방지 케이슨의 구조를 보여주는 사시도

도 7은 본 발명의 연파방지 케이슨 방파제의 작용을 설명하는 개념도

도 8 및 도 9는 본 발명의 연파방지 케이슨 방파제의 또 다른 효과인 장대화에 따른 파력의 평활화 효과를 기존 일반 케이슨 방파제와 비교하여 나타낸 참고도로서,

도 8의 (가) 및 (나)는 설계 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력 비교도

도 9의 (가) 및 (나)는 이상 파랑 내습시의 케이슨에 대한 작용외력 비교도

도 10은 본 발명의 케이슨 방파제 시공 과정을 나타낸 흐름도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 케이슨 방파제 100: 단위 케이슨

Claims (4)

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

   상기 단위 케이슨의 전면에 주입사 파향에 대해 가상법선 효과를 제공하여 연파 발생이 방지될 수 있도록 하는 경사부를 둔 것을 특징으로 하는 케이슨 방파제.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 경사부의 경사각은 방파제 실제 시공 방향 및 주 입사 파향을 고려하여 연파가 발생하지 않는 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 케이슨 방파제.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위 케이슨에는 인접하는 단위 케이슨 측면부 간의 기하학적 형합에 의해 전체 단위 케이슨이 일체 거동하도록 상기 단위 케이슨의 양측면을 따라 적어도 하나 이상의 절곡부가 구비됨을 특징으로 하는 케이슨 방파제.
4. 연파 발생 방지 및 인터록킹이 가능한 구조의 단위 케이슨을 육상에서 제작하는 단계와;

   제작 완료된 단위 케이슨을 진수(進水)하는 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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