KR101169023B1 - 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법 - Google Patents

조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법에 관한 것으로서, 특히 조력발전소의 날개벽에 설치되는 사면보호공 및 세굴방지공을 설치하는 공법에 있어서, 상기 날개벽의 해측 또는 호수측에 제체사석을 경사지게 덧쌓아 사면을 형성하는 제 1공정과; 상기 제체사석의 전면에 철근을 배근한 후 콘크리트를 피복하여 양생하는 제 2공정과; 상기 철근 콘크리트 피복의 하단과 연계하여 철근 콘크리트 중량물을 타설하여 양생하는 제 3공정과; 해측 또는 호수측 바닥을 터파기하는 제 4공정과; 상기 철근 콘크리트 중량물과 일끝단을 일체화시킨 토목 매트를 상기 사면의 저면에서 터파기된 해측 또는 호수측 바닥에 포설하는 제 5공정과; 상기 토목 매트의 상면에 세굴방지 사석을 덧쌓기하는 제 6공정; 및 상기 세굴방지 사석의 상면에 세굴방지 피복석을 덧쌓기하는 제 7공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 날개벽의 일측면에 제체사석으로 사면을 형성하고, 제체 사석의 상면에 철근 콘크리트 피복을 형성하여 제체사석과 철근 콘크리트 피복을 일체화시킴으로써 높은 수위에서도 사면을 안정적으로 보호할 수 있고, 철근 콘크리트 피복과 연계되어 바닥 저면에 콘크리트 중량 구조물을 설치하고, 콘크리트 중량 구조물과 연계되어 세굴 심도의 2배의 폭으로 토목 매트를 설치한 후 토목 매트의 상면에 사석과 피복석을 형성하여 유연성을 제공함으로써 4.0㎧ 이상의 유속에서 세굴에 의한 부등 침하시 유연하게 대처되며, 부등 침하의 종료후 세굴이 진행되는 것을 방지할 수 있다.

Description

조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법{METHOD FOR INSTALLING SOIL NAILING AND TUNNEL PREVENT HOLE FOR TIDAL PLANT}
본 발명은 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 옹벽의 측면에 제체사석으로 사면을 형성하고, 제체 사석의 상면에 철근 콘크리트 피복을 형성하여 제체사석과 철근 콘크리트 피복을 일체화시키고, 철근 콘크리트 피복과 연계되어 바닥 저면에 콘크리트 중량 구조물을 설치하고, 콘크리트 중량 구조물과 연계되어 세굴 심도의 2배의 폭으로 토목 매트를 설치한 후 토목 매트의 상면에 사석과 피복석을 형성하도록 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법에 관한 것이다.
일반적으로 석탄이나 석유 또는 원자력을 이용하여 전기를 생성하는 발전장치는 화력발전장치, 수력발전장치 및 원자력 발전장치 등이 대표적이다.
화력발전장치는 화석 연료를 사용하는 것으로 화석 연료 자원이 고갈될 뿐 아니라, 공해의 유발로 환경에 끼치는 피해가 심각하며, 수력발전장치는 넓은 지역을 수몰시켜야 하므로, 지역주민 이주에 따른 사회적 문제와 자연생태계의 파손을 야기시키는 문제점이 있다. 그리고 원자력 발전장치는 핵연료의 사용에 따른 안전성에 문제가 있으며, 발전과정에서 발생되는 원자력의 폐기물 및 오염물질 등에 의해 환경을 오염시키게 되어 생명을 위협하는 심각한 문제로 대두되고 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해 자연을 이용한 발전장치로는 태양열을 이용한 발전장치, 풍력을 이용한 풍력발전장치 및 바다의 조수간만의 차를 이용한 조력발전장치가 있다.
우리나라의 서해안은 조력발전에 유리한 조건을 갖추고 있어 1929년 조선총독부시절부터 인천해역에 대한 조력발전소 타당성을 검토하기 시작하였으며, 최근에는 시화호에 시화조력발전소가 건설 중에 있고, 도교의정서에 의한 친환경에너지개발의 일환으로 인천만, 가로림만 등 조력발전사업의 적극적인 추진으로 타당성 및 실시설계가 이루어지고 있다.
조력발전이란 조석으로 인한 해수면의 승강현상을 이용한 발전방식으로서 부체(浮體)가 받는 부력을 이용하는 부체식, 조위의 승강에 따라 밀실에서 압축된 공기를 이용하는 압축공기식 및 방조제를 축조하여 인공적인 해수 저수지 즉, 조지(潮池)를 조성하여 발전하는 조지식으로 분류될 수 있다.
이들 중 상업적으로 실용화된 유일한 방식이라 할 수 있는 조지식 조력발전은 조석간만(潮汐干滿)의 차가 현저한 해안에 방조제 등을 축조하여 조지를 형성하고, 외해가 고조일 때 수문을 열어 해수를 조지에 유입시키거나, 외해가 저조일 때 조지에서 외해로 배수하는 과정에서 수차를 구동하여 발전하는 방식을 말한다.
이러한 조지식 조력발전에 있어서, 해수의 조지내 유입시 및 외해로의 배수시 모두 수차를 가동하는 방식을 복류식이라 하고, 유입 또는 배수 어느 하나에서만 수차를 가동하는 방식을 단류식이라 하며, 단류식 중 유입시에 수차를 가동하는 것을 창조식, 배수시에 가동하는 것을 낙조식이라 한다.
도 1은 수차구조물 및 수문구조물이 설치되는 전체 조력발전소 시스템의 설치 및 배치 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 조수간만의 차이가 적절한 조력발전소 건설지에서 호수측(L)와 해측(S)와의 사이에 조력발전소를 설치하면서, 주변의 공원부지와 육지와의 사이에 블록으로 이루어진 다수의 수차구조물(1)과 수문구조물(3) 및 그 사이에 연결구조물(5)을 설치하여 해양관광기능, 접근도로기능, 발전소기능 등이 함께 공존하는 자연 친화형 창조식 조력발전소용 수문구조물이다. 그리고, 최외측의 수차구조물(1) 및 최외측의 수문구조물(3)에는 각각 날개벽(7)을 설치한다.
이러한 종래의 조력발전소는 각각의 날개벽(7)의 양끝단에서 발전 및 배수시 빠른 유속(해측은 3.5~5.0㎧ , 호수측은 3~4㎧)이 발생되고, 수위가 높기 때문에 날개벽과 연계되는 사면 및 사면과 연계되는 바닥에서 세굴이 발생하는 데, 이를 막기 위하여 피복석(0.1㎥/EA급 이하)을 사면 및 바닥에 덧쌓는다.
그러나, 이러한 피복석은 유속 4.0㎧ 미만에서만 세굴을 방지하기 위하여 설계된 것으로 4.0㎧ 이상의 유속과 높은 수위에서는 피복석이 유실되어 사면 및 바닥의 세굴을 방지하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 날개벽의 일측면에 제체사석으로 사면을 형성하고, 제체 사석의 상면에 철근 콘크리트 피복을 형성하여 제체사석과 철근 콘크리트 피복을 일체화시킴으로써 높은 수위에서도 사면을 안정적으로 보호하도록 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 철근 콘크리트 피복과 연계되어 바닥 저면에 콘크리트 중량 구조물을 설치하고, 콘크리트 중량 구조물과 연계되어 세굴 심도의 2배의 폭으로 토목 매트를 설치한 후 토목 매트의 상면에 사석과 피복석을 형성하여 유연성을 제공함으로써 4.0㎧ 이상의 유속에서 세굴에 의한 부등 침하시 유연하게 대처되며, 부등 침하의 종료후 세굴이 진행되는 것을 방지하도록 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
조력발전소의 날개벽에 설치되는 사면보호공 및 세굴방지공을 설치하는 공법에 있어서, 상기 날개벽의 해측 또는 호수측에 제체사석을 경사지게 덧쌓아 사면을 형성하는 제 1공정과; 상기 제체사석의 전면에 철근을 배근한 후 콘크리트를 피복하여 양생하는 제 2공정과; 상기 철근 콘크리트 피복의 하단과 연계하여 철근 콘크리트 중량물을 타설하여 양생하는 제 3공정과; 해측 또는 호수측 바닥을 터파기하는 제 4공정과; 상기 철근 콘크리트 중량물과 일끝단을 일체화시킨 토목 매트를 상기 사면의 저면에서 터파기된 해측 또는 호수측 바닥에 포설하는 제 5공정과; 상기 토목 매트의 상면에 세굴방지 사석을 덧쌓기하는 제 6공정; 및 상기 세굴방지 사석의 상면에 세굴방지 피복석을 덧쌓기하는 제 7공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제 2공정은 상기 날개벽이 해측인 경우 상기 제체사석의 전면 상단에 서로 다른 규격의 사면보호 피복석을 2층 이상 덧쌓기한 후 상기 사면보호 피복석의 하단에 상기 철근 콘크리트 피복을 형성한다.
여기에서 또한, 상기 철근 콘크리트 피복은 일정 단위의 블록 단위로 형성된다.
여기에서 또, 상기 제 4공정은 상기 터파기가 세굴심도의 2배의 폭으로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 제 7공정은 상기 날개벽이 해측인 경우 상기 세굴방지 사석의 상면에 서로 다른 규격의 세굴방지 피복석을 2층 이상 덧쌓기한다.
여기에서 또, 상기 세굴방지 사석 및 상기 세굴방지 피복석은 상기 터파기 높이까지 덧쌓는다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법에 따르면, 날개벽의 일측면에 제체사석으로 사면을 형성하고, 제체 사석의 상면에 철근 콘크리트 피복을 형성하여 제체사석과 철근 콘크리트 피복을 일체화시킴으로써 높은 수위에서도 사면을 안정적으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 철근 콘크리트 피복과 연계되어 바닥 저면에 콘크리트 중량 구조물을 설치하고, 콘크리트 중량 구조물과 연계되어 세굴 심도의 2배의 폭으로 토목 매트를 설치한 후 토목 매트의 상면에 사석과 피복석을 형성하여 유연성을 제공함으로써 4.0㎧ 이상의 유속에서 세굴에 의한 부등 침하시 유연하게 대처되며, 부등 침하의 종료후 세굴이 진행되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 수차구조물 및 수문구조물이 설치되는 전체 조력발전소 시스템의 설치 및 배치 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법에 따른 사면보호공 및 세굴방지공의 설치 위치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 도 3에서 부등 침하시 세굴방지공의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 B-B 단면도이다.
도 6은 도 5에서 부등 침하시 세굴방지공의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
이하, 본 발명에 따른 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법에 따른 사면보호공 및 세굴방지공의 설치 위치를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A 단면도이고, 도 4는 도 3에서 부등 침하시 세굴방지공의 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 2의 B-B 단면도이고, 도 6은 도 5에서 부등 침하시 세굴방지공의 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법은 조력발전소의 날개벽(7)의 해측 또는 호수측에 제체사석(11)을 경사지게 덧쌓아 사면을 형성하는 제 1공정(S100)과, 상기 제체사석(11)의 전면에 철근을 배근한 후 콘크리트를 피복하여 양생하는 제 2공정(S110)과; 상기 철근 콘크리트 피복(13)의 하단과 연계하여 철근 콘크리트 중량물(15)을 타설하여 양생하는 제 3공정(S120)과; 해측 또는 호수측 바닥을 터파기하는 제 4공정(S130)과; 상기 철근 콘크리트 중량물(15)과 일끝단을 일체화시킨 토목 매트(21)를 상기 사면의 저면에서 터파기된 해측 또는 호수측 바닥에 포설하는 제 5공정(S140)과; 상기 토목 매트(21)의 상면에 세굴방지 사석(23)을 덧쌓기하는 제 6공정(S150); 및 상기 세굴방지 사석(23)의 상면에 세굴방지 피복석(25)을 덧쌓기하는 제 7공정(S160)으로 이루어진다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
《제 1공정-S100》
먼저, 조력발전소의 날개벽(7)의 해측 또는 호수측에 제체사석(11)을 경사지게 덧쌓아 사면을 형성한다. 이때, 제체사석(11)의 규격은 0.03㎥/EA 이하이다.
《제 2공정-S110》
그리고, 제체사석(11)의 전면에 철근을 배근한 후 콘크리트를 피복하여 철근 콘크리트 피복(13)을 양생한다. 제체사석(11)의 전면에 철근을 배근한 후 콘크리트를 피복하면 콘크리트의 타설시 제체사석(11) 내부로 일부가 침투되어 제체사석(11)과 콘크리트가 일체화되고, 콘크리트가 피복되어 있기 때문에 파랑에 의한 세굴이 발생하는 것을 막을 수 있다.
이때, 날개벽(7)이 해측(S)인 경우 제체사석(11)의 전면 상단에 0.1㎥/EA의 규격인 사면보호 피복석(13a)을 1층으로 덧쌓기한 후 다시 0.6㎥/EA의 규격인 사면보호 피복석(13b)을 2층으로 덧쌓기한 다음, 사면보호 피복석(13a, 13b)의 하단에 철근 콘크리트 피복(13)을 형성한다.
그리고, 철근 콘크리트 피복(13)은 규모가 넓기 때문에 일정 단위의 블록 단위로 형성하는 것이 바람직하고, 철근 콘크리트 피복(13)의 두께는 30㎝ 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
《제 3공정-S120》
철근 콘크리트 피복(13)의 하단과 연계, 즉 일체화되도록 철근 콘크리트 중량물(15)을 타설하여 양생하여 사면보호공(10)을 완성한다. 이때, 철근 콘크리트 중량물(15)의 두께는 1m 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
《제 4공정-S130》
그런 다음, 해측(S) 또는 호수측(L) 바닥을 터파기한다. 이때, 터파기는 제체사석(11)을 쌓기 전에 할 수도 있다.
한편, 터파기는 해측 2.5m, 호수측 1.3m의 깊이로 이루어지고, 중앙부에 수평면을 형성하고, 양단에 경사면을 형성하는 데, 수평면의 폭(W)은 CEM(COSTAL ENGINEERING MANUAL)에서 규정하고 있는 세굴심도의 2배의 폭으로 수행하는 것이 바람직하다.
《제 5공정-S140》
이러한 상태에서, 철근 콘크리트 중량물(15)과 일끝단을 일체화시킨 토목 매트(21)를 사면의 저면에서 터파기된 해측(S) 또는 호수측(L) 바닥에 포설한다. 이때, 토목 매트(21)의 일끝단을 철근 콘크리트 중량물(15)의 타설이 포설하여 일체화시키거나 또는 별도의 앵커(미도시) 등을 이용하여 철근 콘크리트 중량물(15)과 일체화시킬 수 있다.
여기에서, 토목 매트(21)는 10t/m 이상의 강도를 가지며, 통상의 PP 매트, PET 매트, 섬유 매트 등이 적용되며, 그 포설 방법도 통상의 포설 방법에 따른다.
《제 6공정-S150》
토목 매트(21)의 포설이 완료되면 토목 매트(21)의 상면에 세굴방지 사석(23)을 덧쌓기한다. 이때, 세굴방지 사석(23)은 0.03㎥/EA의 규격이고, 해측 1m, 호수측 50㎝의 높이를 갖는 것이 바람직하다.
《제 7공정-S160》
세굴방지 사석(23)의 덧쌓기가 끝나면, 세굴방지 사석(23)의 상면에 세굴방지 피복석(25)을 덧쌓기하여 세굴방지공(20)을 완성한다.
이때, 날개벽(7)이 해측(S)인 경우 세굴방지 사석(23)의 전면 상단에 0.1㎥/EA의 규격인 세굴방지 피복석(25a)을 50㎝의 높이로 덧쌓기한 후 다시 1.0㎥/EA의 규격인 세굴방지 피복석(25b)을 1m의 높이로 덧쌓기하는 것이 바람직하고, 날개벽(7)이 호수측(L)인 경우 세굴방지 사석(23)의 전면 상단에 0.5㎥/EA의 규격인 세굴방지 피복석(25)을 80㎝의 높이로 덧쌓기하는 것이 바람직하다.
한편, 제체사석(11)과 철근 콘크리트 피복(13) 및 철근 콘크리트 중량물(15)을 일체화시킴으로써 파랑 및 높은 수위에 의해 사면에 세굴이 발생하는 것을 막을 수 있다.
또한, 토목 매트(21)와 세굴방지 사석(23) 및 세굴방지 피복석(25)을 통해 세굴방지공(20)을 형성하면 토목 매트(21)의 저면에서 유속에 따른 세굴이 발생하고, 이로 인해 어느 정도의 부등 침하가 발생하게 되는 데, 이때 토목 매트(21)와 세굴방지 사석(23) 및 세굴방지 피복석(25)이 상호 분리되어 있기 때문에 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 부등 침하가 발생된 면을 따라 이들이 밀착된 상태로 같이 침하되기 때문에 토목 매트(21)와 바닥의 공간부가 발생하는 것을 차단하여 공동 발생에 따른 세굴이 급격히 발생하는 것을 차단한다.
또, 세굴이 일정 이상 깊이로 진행되면 토목 매트(21)와 세굴방지 사석(23) 및 세굴방지 피복석(25)에 의해 더 이상 세굴이 진행되지 않고 안정화되기 때문에 발전 및 배수시 4.0㎧ 이상의 유속에서도 세굴 발생을 차단할 수 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 사면보호공 11 : 제체사석
13 : 철근 콘크리트 피복 15 : 철근 콘크리트 중량물
20 : 세굴방지공 21 : 토목 매트
23 : 세굴방지 사석 25 : 세굴방지 피복석

Claims (6)

  1. 조력발전소의 날개벽에 설치되는 사면보호공 및 세굴방지공을 설치하는 공법에 있어서,
    상기 날개벽의 해측 또는 호수측에 제체사석을 경사지게 덧쌓아 사면을 형성하는 제 1공정과;
    상기 제체사석의 전면에 철근을 배근한 후 콘크리트를 피복하여 양생하는 제 2공정과;
    상기 철근 콘크리트 피복의 하단과 연계하여 철근 콘크리트 중량물을 타설하여 양생하는 제 3공정과;
    해측 또는 호수측 바닥을 터파기하는 제 4공정과;
    상기 철근 콘크리트 중량물과 일끝단을 일체화시킨 토목 매트를 상기 사면의 저면에서 터파기된 해측 또는 호수측 바닥에 포설하는 제 5공정과;
    상기 토목 매트의 상면에 세굴방지 사석을 덧쌓기하는 제 6공정; 및
    상기 세굴방지 사석의 상면에 세굴방지 피복석을 덧쌓기하는 제 7공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2공정은,
    상기 날개벽이 해측인 경우 상기 제체사석의 전면 상단에 서로 다른 규격의 사면보호 피복석을 2층 이상 덧쌓기한 후 상기 사면보호 피복석의 하단에 상기 철근 콘크리트 피복을 형성하는 것을 특징으로 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 피복은,
    일정 단위의 블록 단위로 형성되는 것을 특징으로 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4공정은,
    상기 터파기가 세굴심도의 2배의 폭으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 7공정은,
    상기 날개벽이 해측인 경우 상기 세굴방지 사석의 상면에 서로 다른 규격의 세굴방지 피복석을 2층 이상 덧쌓기하는 것을 특징으로 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세굴방지 사석 및 상기 세굴방지 피복석은,
    상기 터파기 높이까지 덧쌓는 것을 특징으로 하는 조력 발전소용 사면보호공 및 세굴방지공 설치 공법.
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