KR101174102B1

KR101174102B1 - 화이바스톤 망지용 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치와 그에 의해 제조되는 화이바스톤 망지용 스트링, 및 상기 스트링을 이용하여 직조되는 화이바스톤 및 그 직조방법

Info

Publication number: KR101174102B1
Application number: KR1020120027027A
Authority: KR
Inventors: 전보술
Original assignee: 주식회사 시내 & 들
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-08-16

Abstract

본 발명은 소정의 내구성, 신축성 및 인장강도를 갖는 섬유 원사를 이용하여 망(網)을 형성한 다공형 구조체의 섬유 돌망태 보호공, 즉 화이바스톤로서, 그물망을 랏셀망, 결망 또는 무결망의 포대형으로 제작하고, 내부에 일정 크기의 자연석, 쇄석, 폐 콘크리트 등의 속채움 자재를 채워 호안 기초 수변부, 교각이나 석축 주변과 같은 육상 수중 시설물의 기초, 및 해상풍력단지 또는 해저케이블이나 바다목장, 연안침식 보호공과 같은 해상 수중 시설물의 기초에의 설치를 통해 원지반을 피복함으로써 기초 수변부를 보호하고 유속에 의한 토사유출이나 세굴을 방지하여 구조물의 붕괴나 유실을 막을 뿐 아니라 수해로 인한 유실지역을 빠른 시간에 복구할 수 있으며, 아울러 종자를 파종하거나 수변부에 갯버들, 갈대와 같은 정수식물을 식재하는 방법으로 쾌적한 녹색 자연과 편안한 휴식공간을 제공하도록 구성된다. 본 발명에 사용되는 그물망은 올당 Φ2.0～6.0mm 굵기와 망의 목 20～80mm의 인장강도 40kg/올당 이상의 랏셀 망지를 포대형태로 제작하여 그 속에 쇄석이나 폐 콘크리트 50～200mm를 채움하여 하나의 다공질 구조체를 형성하여 교각의 기초, 절개지 및 하천사면에 설치하여 유속에 의한 기초 수변부를 보호하고 그 위에는 갯버들 등의 정수식물을 식재할 수 있다.

Description

화이바스톤 망지용 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치와 그에 의해 제조되는 화이바스톤 망지용 스트링, 및 상기 스트링을 이용하여 직조되는 화이바스톤 및 그 직조방법{FIBER-STONE, AND APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 고안은 일종의 돌망태(netting twine)인 화이바스톤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공형 구조의 섬유 돌망태, 즉 고강도 섬유망을 포대 형태로 제작하여 일정 크기의 자갈 또는 쇄석 등을 담을 수 있도록 구성한 화이바스톤과 그 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

근래 들어, 이상 기후에 의한 폭우나 많은 강우로 하천이 범람하여 많은 수재민이 발생하고, 교각이 붕괴되어 산업 기반에 지장을 초래하는 일이 빈발하고 있다. 이는 대부분 빠른 유속에 의한 기반시설의 붕괴나 유실로 이어져 그 복원에 따른 경비가 천문학적으로 소요되는 문제점을 낳고 있다.

이에 종래에는 하상의 구조물 주변이나 수변부에 대해 세굴을 방지하기 위해 사석 채움이나 돌망태, 콘크리트 블록 설치 등의 공법이 시행되어 왔다. 일반적으로, 사석 보호공은 수백 년 전부터 사용되고 있는 공법으로 시공성과 경제성이 다른 공법에 비해 양호하여 광범위하게 이용되고 있다.

하지만, 이러한 사석 보호공은 단지 몇몇 연구결과에 기초하여 대략적인 설계식을 사용하고 있는 실정으로서, 사석 보호공의 경우 빠른 유속에 의해 사석이 쉽게 떠내려가 유실되는 문제점이 있다.

콘크리트블록 보호공은 저면에 토목 섬유를 설치하고 블록간에는 케이블로 연결하는 공법으로, 전통적인 사석 보호공의 대용으로 사용되고 있다.

이러한 콘크리트블록 보호공은 뛰어난 안정성으로 인해 현장에 많이 적용되고 있으나 시공비가 고가이고, 또한 시공시에 별도의 거치 장비를 필요로 하는 문제가 있다. 또한, 콘크리트블록 보호공은 블록들 사이 틈새로 내부의 토사가 유출될 수 있어 장기간 경과시 붕괴되거나 유실될 수 있는 문제점이 있다.

이와 같이 기존의 공법이나 자재는 강바닥과의 마찰력이 적거나 유연성이 떨어져 유속에 견디거나 유속을 감소시키는 역할을 충분히 할 수가 없었으며, 시공면에서도 많은 어려움과 불편함이 있었다.

한편, 지반 침식을 제어하고 흙의 안정화에 사용되는 것으로 돌망태 보호공이 많이 사용되고 있다. 돌망태 보호공은 철망 내에 돌을 채운 구조물로서, 일정 크기의 돌들을 집적시켜 하나의 큰 암석처럼 일체로 작용토록 하게 되는데, 유수에 대한 높은 저항성으로 인해 자체로서 자리 매김을 하여 안정성을 높일 수 있으며, 또한 철망 고유의 강성과 유연성에 따른 형상 변형이 자유롭고 굴요성도 높아 평탄하지 않은 지역이나 유수로 인해 세굴이 발생되는 지역에서도 편리하게 사용할 수 있다.

또한, 돌망태 보호공은 돌망태를 채우는 돌의 크기에 제한을 받지 않으며 시공성도 우수한 장점이 있기 때문에 고가인 사석을 대체할 수 있는 보호공으로 인식되고 있다.

특히, Richardson and Davis(995)와 Lauchlan and Melville(2001)의 방법에 의하면 돌망태 보호공은 사석 보호공에 비하여 높은 보호공의 효과를 나타내는 것으로 설명된다. 다시 말해, 사석 보호공보다 작은 돌망태 보호공으로도 비용효과를 포함한 동일한 보호공의 효과를 제공할 수 있으며, 사석 보호공과 동일한 체적을 가지는 돌망태 보호공의 경우, 사석 보호공에 비해 훨씬 양호한 보호공의 효과를 제공하는 것으로 설명할 수 있다.

그러나, 이와 같은 돌망태 보호공도 다음과 같은 문제점을 안고 있다.

즉, 돌망태 보호공의 경우 철망의 유연성이 떨어지므로 내부의 돌들 간에 밀도를 높이기 쉽지 않고, 또한 지반 또는 시공 현장의 바닥 상태에 대한 적응력이 부족하여 지표면과 밀착되지 않고 하부에 공간이 발생될 수 있으므로 하부의 공간을 통한 토사 유출이 발생할 우려가 있다. 이것은 장기간 유지될 경우 지반 붕괴와 함께 돌망태 보호공의 붕괴로 이어질 수 있으며, 그에 따라 기반 시설물의 안정성을 크게 훼손할 수 있다.

또한, 돌망태 보호공은 하천 상류나 조류에 의해 밀려오는 오물들이 철망의 거칠고 뾰족한 부분들에 걸려 장기간 유지됨으로 인해 부식을 일으킬 수 있고, 결국 수질 오염을 발생시킬 수 있다.

이와 같은 문제점으로 인해 돌망태 보호공은 그 사용범위가 제방 보호공이나 세굴보호공에 한정될 정도로 매우 편협한 실정에 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 유속에 의한 토사유출 방지나 내부 수압을 견딜 수 있도록 기부를 보호하여 토목적인 안정성을 유지하고, 수해 등으로 인한 유실지역을 빠른 시간에 복구할 수 있는 다공형 구조의 섬유 돌망태 보호공, 즉 화이바스톤(Fiber-Stone)과 그 제조장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또다른 목적은 하천 또는 저수호안이나 교각 하부 등과 같은 육상 및 수중 시설물, 그리고 해상풍력단지나 조력발전단지 또는 해저케이블, 바다목장, 연안침식 보호공 등과 같은 해양 시설물의 기초 등에 설치하여 수변부 내지는 수중 구조물 보호대로서의 역할을 수행함과 더불어 수변부 식생과 관련된 역할도 동시에 수행할 수 있는 친환경적인 화이바스톤과 그 제조장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 섬유 돌망태 보호공, 즉 화이바스톤은 내구성과 인장강도가 뛰어난 고강력 특수섬유를 사용하여 망(網)을 형성한 다공형 구조체로서, 그물망을 포대형으로 제작하고 그 내부에 일정 크기의 자연석, 쇄석, 폐 콘크리트 등을 채워 호안 기초 수변부나 교각 주변 등에 원지반을 피복함으로써 기초 수변부를 보호하고 유속에 의한 세굴을 방지하여 구조물의 붕괴나 유실을 막는 수중 구조물 보호대이다.

특히, 화이바스톤은 사석 및 돌망태 보호공에 비해 굴요성과 접지성이 매우 우수한 세굴보호공으로서, 갯버들 등의 정수식물을 식재할 수 있고 주변의 식물과 생물을 통한 자정 능력을 갖게 하는 등 접촉산화방식의 수질정화 기능과 어소(魚巢)기능이 탁월하며, 친환경소재로 만들어져 유해물질을 포함하지 않는 특징이 있다.

또한, 화이바스톤은 토목적인 안정성과 원지반 식생이 가능한 다공질 구조체로서, 유연성과 내구성이 우수하고 용도와 유속에 따라 0.5～12ton 크기로 제작 및 시공이 용이하며 시공 기간도 짧아 경제성이 뛰어나고, 기존의 블록 제품과 사석 채움에 비해 토사 유출이나 유속에 의한 침하, 유실, 붕괴 또는 마모 등의 경년 변화가 적은 특징이 있다.

또한, 화이바스톤은 수리 안정성과 구조적 안정성, 그리고 허용 소류력의 측면에서 사석 보호공이나 기존 돌망태 보호공에 비해 훨씬 높은 보호공 효과를 가지는 것으로, 호환성, 환경성, 시공성 및 경제성의 측면에서도 기타 다른 보호공에 비하여 훨씬 우수한 것으로 판명된다.

이와 같은 화이바스톤의 사용은 그물망 포대에의 속채움을 위해 중공의 사각기둥 또는 원기둥 형태의 작업대를 설치하고, 상기 작업대의 내부에 그물망 포대를 삽입하여 포대의 입구 부위를 벌려주고, 굴삭기와 같은 중장비를 이용하여 자갈, 쇄석, 폐 콘크리트 등의 속채움 자재를 용량에 맞게 담은 후, 최상부의 인양로프를 6～8점으로 한 곳에 모아 2중 매듭으로 조여 묶고, 그 하단의 조임 로프를 2중 막매듭으로 단단하게 결속하여 사용하게 된다.

한편, 화이바스톤의 적용 분야로는 저수호안 세굴 방호, 자연 하천의 식생 호안, 하중도 및 낙차공, 구조물(교각,석축) 기초 보호, 밑다짐공 및 하상보호공, 기타 해양 수중 구조물 등에 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 화이바스톤은 내구성과 인장강도가 우수한 고강도 그물망(網)을 포대형으로 제작하여 쇄석, 폐 콘크리트 등을 채워 하나의 구조체로 사용하게 되는 것으로, 토목적인 안정성 유지와 하상 구조물의 보호, 및 재해 발생시 임시적인 수해복구공사 등에 신속하게 사용할 수 있는 경제적인 측면과 기계화 시공 등으로 경비를 절감할 수 있는 매우 우수한 효과가 있다.

또한, 수변부에 설치시 인간에게 친숙한 녹색환경과, 안정적이면서도 주변환경과 친화가 되는 녹화와, 수변부에 다양한 식생이 가능하도록 하기 때문에 우수한 자연환경을 제공함과 동시에, 식물의 생육으로 인간에게 심리적인 안정 및 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 자연스런 수변부와 쾌적한 도시환경을 조성함으로써 주민들의 진정한 휴식공간을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 화이바스톤의 실시예들을 도시한 전개도,
도 2는 본 발명의 화이바스톤의 속채움 방법과 속채움 후 인양시의 형상을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 화이바스톤의 설치 예들을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 화이바스톤의 망지를 직조하는데 사용되는 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치의 일 실시예와 그에 의한 스트링 제조과정을 도시한 도면,
도 5는 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치의 다른 실시예와 그에 의한 스트링 제조과정을 도시한 도면,
도 6은 도 4의 원사 꼬임 장치의 한 변형례를 도시한 도면,
도 7은 도 5의 원사 꼬임 장치의 한 변형례를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 화이바스톤에 관한 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 화이바스톤을 이루는 그물망 망지(10′)의 소재는 흑,백색의 소재로 방염처리 외 UV 처리한 나일론이나 PP, PE, Polyester 등 원사를 사용하여도 무방하나, 본 실시예에서는 이러한 화학섬유들 중 인장강도, 유연성, 충격과 마찰, 신축성(40～70%), 복원성 및 자외선에 강한 나일론 및 폴리에스테르 원사(Nylon & Polyester Fiber)를 사용하고, 세부적으로 30% 이상 강도가 우수한 고강력사 또는 타이어코드사를 소재로 그물망(10)을 제작하여 사용한다.

또한, 그물망 망지(10′)는 나일론 및 폴리에스테르 원사를 일반적으로 랏셀망, 결망, 무결망으로 제작하여도 무방하지만, 망의 표면마찰과 연속으로 풀어지지 않는 랏셀망으로 제작하고, 그물망의 세부사양은 1,000～4,000de(Denier)×1～72합으로 구성하고, 그물코의 가닥 굵기를 Φ0.5～15mm, 인장강도는 40kg/합당 이상, 그물코(mesh)는 10～160mm로 직조하고, 그물코의 인장강도는 40㎏/코 이상, 신율 및 신축성은 20～60% 이하로 설정하여 제작함이 바람직하다.

도 1a를 참조하면, 그물망 망지(10′)의 형상을 포대형으로 제작하기 위하여 좌,우측의 그물코를 결속한다. 이러한 결속은 2가지 방법으로 이루어질 수 있는데, 그 중 하나인 재봉질은 그물코를 2～3코(15) 이상으로 겹쳐 상.하부에 나일론 및 폴리에스테르 소재의 고강력 천(11)을 덧대어 여러 번 재봉(12)함으로써 단단하게 결속하여 포대형으로 제작하는 방법이다. 다른 하나는 항치기(14)로서, 결속되는 그물코와 그물코를 2～3코(15) 겹쳐 인장강도 300kg/㎝ 이상의 2.0～6.0mm 나일론 로프로 항치기(어망 결속시 사용되는 홀치기 방법)하여 단단하게 결속하여 포대형(이하 “그물망 포대(10)”라 함)으로 제작하는 방법이다.

이때, 그물망 포대(10)는 사용 용도와 속채움 자재(32)의 무게에 따라 그물망을 단망이나 다중망(2～3중망)으로 형성할 수 있으며, 포대의 크기는 최저 1톤(2,300mm×1,500mm±2%)에서 최대 12톤(5,400mm×3,600mm±2%)까지 다양한 크기로 제작할 수 있다.

이와 같이 제작된 그물망 포대(10)는 상단의 2～3코를 인장강도 300kg/㎝이상의 2.0～6.0mm의 나일론 로프로 겹쳐 결속(항치기)(14)하여 속채움 후 운반 또는 설치시에 입구 부위가 손상이 가지 않도록 함이 바람직한데, 이를 위해 도 1b에 도시된 바와 같이 포대 상단의 3～4코 아래에 인장강도가 1,500～15,000kg/cm인 직경 9.0～30.0mm의 나일론 트위스트 3연 로프를 1코씩 끼워 상부에 6～8점으로 인양을 할 수 있도록 구성한 인양로프(21)를 설치하고, 이 인양로프(21)에서 4～5코 아래에는 인장강도가 400kg/cm 이상인 직경 4.0～6.0mm의 나일론 트위스트 3연 로프를 1코씩 끼워 그물망 포대(10)에 속채움 후 1차적으로 묶어주는 역할을 하는 조임로프(22)를 설치한다.

또한, 위와 같이 완성된 그물망 포대(10)는 전체면이 균일한 두께의 원사로 일정하게 직조된 그물망 망지(10′)로 이루어져 속채움 또는 속채움 후 운반시에 쳐짐이나 쏠림이 발생할 수 있고, 그로 인해 그물망 포대가 찢어지거나 손상되는 문제가 발생할 수 있으므로, 이를 해결하기 위하여 그물망 망지를 직조하는 단계에서 망지(10′)의 상단에서 하단까지 일렬로 그물코와 그물코가 가로방향 일정 간격으로 재봉되도록 직조하는 방법을 선택할 수 있다.

이 경우, 직조 방법은 도 1c와 같이 인접한 그물코를 2～3코 겹쳐 세로 방향으로 재봉(16;원사)되게 직조하거나, 도 1d와 같이 일정 직경의 복수의 나일론 로프(17)를 서로 꼬아진 상태로 망지(10′)의 그물코 2～3코에 겹쳐 재봉되도록 직조할 수 있다.

위와 같은 방법에서 재봉 라인(부호 16 및 17의 라인)의 세로방향 위치는 도 1a 및 1b에 도시된 인양로프(21)의 6～8점의 인양 포인트(23)와 동일 라인상에 동일한 간격으로 형성됨이 바람직하다.

특히, 도 1c와 같은 재봉에 사용되는 원사(16)는 그물망 망지(10′)의 색상과 명확히 대비되는, 예를 들어 검은색의 원사를 사용할 수 있으며, 이를 통해 인양로프(21)상에 상기와 같은 6～8점의 인양 포인트(23)를 별도로 표시하지 않아도 되므로 현장에서 작업 능률을 높일 수 있다.

또한, 도 1c의 원사(16)와 도 1d의 로프(17)는 망지 원사에 비해 적어도 2배 이상의 굵기를 가짐이 바람직한데, 이를 통해 그물망 전체의 인장강도를 보강할 수 있어 그물망 포대(10)의 인양가능 하중의 증대를 도모할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 화이바스톤의 속채움 및 속채움 후의 운반시 상태를 도시한 것으로서, 도 1에 의해 제작된 그물망 포대(10)의 속채움 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 화이바스톤의 속채움을 위해 중공의 사각기둥 또는 원기둥 형태의 작업대(31)를 설치하고, 이 작업대(31)의 내부에 그물망 포대(10)를 삽입하여 포대의 입구 부위를 벌려준다. 이 상태에서 굴삭기 등의 중장비를 이용하여 50～300mm의 자갈, 쇄석, 폐 콘크리트 등을 용량에 맞게 담은 후, 최상부의 인양로프(21)를 6～8점(23)으로 한 곳에 모아 2중 매듭으로 조여 묶고, 그 하단의 조임 로프(22)를 2중 막매듭으로 단단하게 결속한다.

이같이 속채움 후 입구 부위를 결속한 다음 중장비를 이용하여 작업대(31)를 들어올려 다음 작업장으로 이동시키면, 도 2b와 같이 결속된 그물망 포대(10)가 남게 되고, 그물망 포대(10)는 매듭 부분을 중장비의 후크(hook;30)에 걸어 이하의 도 3a 및 3b에 도시하는 바와 같이 하상 교각의 기초부(42)나 하천의 수변부(43), 저수호안, 식생호안, 그리고 해상 또는 해저에 설치되는 각종 수중 구조물에 시공하게 된다.

도 3은 화이바스톤의 다양한 설치예들을 도시한 것으로, 도 3a에서는 교각 주변에 화이바스톤 설치 전후 상태를 보여주고 있다.

그물망 포대(20)의 속채움 자재의 규격은, 먼저 하천의 수변부나 정수식물(44)을 심어야 하는 곳에서는 자재의 규격이 50～100mm 이하이고, 기초부(42)나 하상 바닥에 설치시에는 50～200mm 이하의 자재를 사용하는 바람직하다. 이는 그물망 포대(20)에 자재를 속채움하게 되면 하나의 다공형 구조체가 되므로 속채움 자재의 크기가 작으면 내부 공극에 흙채움 등을 하여 식생이 순조롭지만, 속채움의 자재가 크면 내부의 공극경이 커져 토사가 유출될 수 있어 식생에 어려움을 초래할 수 있기 때문이다.

도 3a에 도시된 바와 같은 다공형 수중 구조물 보호대, 즉 화이바스톤을 하천의 교각 하부에 설치하게 되면, 교각에 부딪히는 빠른 유속을 감소시키기 때문에 교각 하부의 쇄굴을 방지할 수 있다. 따라서, 긴급한 수방자재로서의 역할도 충분히 수행할 수 있게 된다.

도 3b는 하천이나 저수호안의 수변부와 해상풍력단지 또는 해저케이블 등 각종 수중 구조물의 기초부에 화이바스톤을 설치한 상태를 보여주는 것으로, 비탈면이나 하천, 저수호안의 수변부에 속채움된 그물망 포대(20)를 설치하여 수변부를 보호하는 한편, 그 상부에 밭흙이나 유기물함유량이 높은 토양을 5～20㎝ 규격으로 복토하고 물을 뿌려 그물망 포대(20) 내부의 공극을 흙으로 채우는 방법으로 이용할 수 있다.

또한, 그와 달리 식생 기반제나 양질의 흙을 슬러리 상태로 내부 공극을 충진하여 식생기반을 형성하고, 그 상부에 밭흙이나 유기물함유량이 높은 토양을 10～20㎝ 복토를 하여 종자를 파종하거나 수변부에는 갯버들, 갈대 등의 정수식물을 식재하는 방법으로 이용할 수 있다.

이와 같은 시공 방법들은 하천 주변의 식물과 생물을 통한 자정능력을 갖게 해줌으로써 수질오염을 스스로 정화시킬 수 있게 할 뿐 아니라, 하천의 생태계가 육상으로 연결되어 전체의 생태계가 복원되도록 만든다.

또한, 시공 후 초화류나 수생식물 등의 자연스러운 식생이 이루어져 환경친화적인 비탈면이나 하천을 만들 수 있으며 비용이 많이 들지 않아 경제성도 높다.

참고로, 종자 파종시 주요재료는 식생기반조성물, 녹화촉진제, 요양 및 보습제, 미생물활성제 및 토양개량제, 단립제와 단립보조재, 안정제와 접착제 등을 일정량을 혼합하여 슬러리 상태로 최상부에 약 0.5～2.0㎝ 두께의 크러스트(crust)층을 형성하여 식생이 안정적으로 정착할 수 있는 기반을 제공할 수 있다. 또한, 종자의 발아율과 발아촉진을 위해 종자를 이온치환 처리함으로써 식물의 성장속도를 보다 빠르게 할 수 있으며, 아울러 종자의 발아율도 높일 수 있다.

다음에서는 본 발명의 화이바스톤의 그물망 망지를 직조함에 있어서 그 전 단계인 여러 가닥의 원사를 꼬아 스트링(string)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

스트링(string)의 제작에는 나일론 및 폴리에스테르 원사 중 고강력사를 사용하며, 원사를 풀어서 다시 감는 과정에서 여러 가닥의 원사가 서로 꼬아지도록 한다. 원사의 공급은 다수의 실감개(미도시)로부터 풀려나온 원사들이 세로로 세워진 격자판(76) 표면의 다수의 통공들을 통과한 다음 여러 가닥으로 겹쳐져서 공급된다.

도 4는 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치의 일 실시예와 이를 통한 스트링 제조방법을 도시한 것으로, 본 실시예에서 원사 꼬임 장치(70)는 5회전 꼬임을 기본 단위로 하는 롤 형태로 제공된다.

도 4a에 따르면, 원사 꼬임 장치(70)는 다수의 롤들이 하나의 모듈로 결합된 형태로서, 중간부에 상하 대응된 적어도 3쌍의 상하 롤(72a,72b)(73a,73b)(74a,74b)과, 이들 중간부 상하 롤의 적어도 전,후방에 각각 위치되는 단일의 롤(71,75)로 구성될 수 있다.

이와 같은 롤 모듈을 통한 스트링의 제작은 격자판(76) 표면의 다수의 통공들(미도시)을 빠져 나온 여러 가닥의 원사(1,1′)가 상하 방향에서 서로 엇갈리게 공급되고, 원사(1,1′)가 1번 전방 롤(71)을 향하는 동안 1회 꼬임이 발생한다. 다음, 1번 전방 롤(71)에서 2번 상하 롤(72a,72b)을 향하는 동안 2회 꼬임이 발생한다. 다음, 2번 상하 롤(72a,72b)에서 3번 상하 롤(73a,73b)을 향하는 동안 3회 꼬임이 발생한다. 다음, 3번 상하 롤(73a,73b)에서 4번 상하 롤(74a,74b)을 향하는 동안 4회 꼬임이 발생한다. 다음, 4번 상하 롤(74a,74b)에서 5번 후방 롤(75)을 향하는 동안 5회 꼬임이 발생한다. 이와 같이 최종 5번 후방 롤(75)을 통과한 후 5회 꼬임이 완성된 원사들은 한 가닥의 스트링으로서 대형 롤감개(77)에 감아져 보관되는데, 나중에 이를 사용하여 도 1에 도시된 화이바스톤의 망지, 즉 그물망 포대(10)를 직조할 수 있다.

도 4b는 도 4a에 도시된 원사 꼬임 장치의 다른 한 사용례로서, 원사 10회전 또는 15회전 이상의 꼬임을 갖는 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치의 배치와 이를 통한 스트링 제조 방법을 나타낸다.

여기서 각각의 원사 꼬임 장치(70-1, 70-2,…)들은 5회전 꼬임을 기본 단위로 하여 다수의 롤들이 하나의 모듈로 결합된 형태로서, 중간부에 상하 대응된 적어도 3쌍의 상하 롤(72a,72b)(73a,73b)(74a,74b)과, 이들 중간부 상하 롤의 적어도 전,후방에 위치되는 단일의 롤(71,75)로 이루어지며, 본 사용례에서는 이와 같은 5회전 꼬임의 롤 모듈이 적어도 2개 내지 3개 이상 순서대로 나열된 구성을 보인다.

이와 같은 배열에서 먼저 상기 도 4a에서 설명한 첫 번째 5회 꼬임이 완성되고, 제1 롤 모듈(70-1)의 최종 5번 후방 롤(75)을 통과한 원사들은 다시 제2 롤 모듈(70-2)의 최초 1번 전방 롤(71)을 향하는 동안 1회 꼬임이 발생하고, 계속 도 5a에 설명된 꼬임 작업을 진행하여 두 번째 5회 꼬임과, 그리고 순차적으로 제3 롤 모듈(70-3; 미도시)에 의한 세 번째 5회 꼬임과, 필요에 따라 제4 롤 모듈(70-4; 미도시)에 의한 네 번째 5회 꼬임, 및 제5 롤 모듈(70-5; 미도시)에 의한 다섯 번째 5회 꼬임을 갖는 스트링을 제조할 수 있게 된다.

도 5는 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치의 다른 실시예와 이를 통한 스트링 제조방법을 도시한 것으로, 적어도 3올의 원사(1,1′,1″)를 1합으로 하여 3합을 꼬아 스트링을 제조하는 방법을 나타낸다. 물론 여기서도 원사 꼬임 장치(80)는 5회전 꼬임을 기본 단위로 하는 롤 형태로 제공된다.

도 5a에 따르면, 원사 꼬임 장치(80)는 다수의 롤들이 하나의 모듈로 결합된 형태로서, 상하 대응된 5쌍의 상하 롤(81a,81b)(82a,82b)(83a,83b)(84a,84b)(85a,85b)이 나란히 배열된다.

이와 같은 롤 모듈을 통한 스트링의 제작은 격자판(86) 표면의 다수의 통공들(미도시)을 빠져 나온 각각의 원사(1,1′,1″)들을 적어도 3올씩 1합으로 하여 적어도 3개의 가닥을 만들고 이를 적어도 3방향으로 서로 엇갈리게 공급하여 꼬임이 발생하도록 한다. 예를 들어, 상부의 가닥(1; 앞실)은 1번 하부 롤(81b) 아래로, 하부의 가닥(1′; 뒷실)은 1번 상부 롤(81a) 위로, 그리고 중간의 가닥(1″; 중간실)은 1번 상부 롤(81a)과 하부 롤(81b) 사이로 향하며 서로 엇갈림 상태로 통과하는 동안 1회 꼬임이 발생된다. 다음, 1번 상부 롤(81a)에서의 상부 가닥(1′)은 2번 하부 롤(82b) 아래로, 1번 하부 롤(81b)에서의 하부 가닥(1)은 2번 상부 롤(82a) 위로, 그리고 중간의 가닥(1″)은 2번 상부 롤(82a)과 하부 롤(82b) 사이로 향하며 서로 엇갈림 상태로 통과하는 동안 2회 꼬임이 발생한다. 다음, 2번 상부 롤(82a)에서의 상부 가닥(1)은 3번 하부 롤(83b) 아래로, 2번 하부 롤(82b)에서의 하부 가닥(1′)은 3번 상부 롤(83a) 위로, 그리고 중간의 가닥(1″)은 3번 상부 롤(83a)과 하부 롤(83b) 사이로 향하며 서로 엇갈림 상태로 통과하는 동안 3회 꼬임이 발생한다. 다음, 3번 상부 롤(83a)에서의 상부 가닥(1′)은 4번 하부 롤(84b) 아래로, 3번 하부 롤(83b)에서의 하부 가닥(1)은 4번 상부 롤(84a) 위로, 그리고 중간의 가닥(1″)은 4번 상부 롤(84a)과 하부 롤(84b) 사이로 향하며 서로 엇갈림 상태로 통과하는 동안 4회 꼬임이 발생한다. 다음, 4번 상부 롤(84a)에서의 상부 가닥(1)은 5번 하부 롤(85b) 아래로, 4번 하부 롤(84b)에서의 하부 가닥(1′)은 5번 상부 롤(85a) 위로, 그리고 중간의 가닥(1″)은 5번 상부 롤(85a)과 하부 롤(85b) 사이로 향하며 서로 엇갈림 상태로 통과하는 동안 5회 꼬임이 발생한다.

이와 같이 최종 5번 상하 롤(85a)(85b)을 통과하며 5회 꼬임이 완성된 원사(1,1′,1″)들은 한 가닥의 스트링으로서 대형 롤감개(87)에 감아져 보관되는데, 나중에 이를 사용하여 도 1과 같은 화이바스톤의 망지, 즉 그물망 포대(10)를 직조할 수 있다.

도 5b는 도 5a에 도시된 원사 꼬임 장치의 다른 한 사용례로서, 원사 10회전 또는 15회전 이상의 꼬임을 갖는 스트링을 제조하기 위한 원사 꼬임 장치의 배치와 이를 통한 스트링 제조 방법을 나타낸다.

각각의 원사 꼬임 장치(80-1, 80-2,…)들은 나란한 5쌍의 상하 롤(81a,81b)(82a,82b)(83a,83b)(84a,84b)(85a,85b)이 하나의 모듈로 결합되어 5회전 꼬임을 기본 단위로 하는 구성으로서, 본 사용례에서는 이와 같은 5회전 꼬임의 롤 모듈이 적어도 2개 내지 3개 이상 순서대로 나열된 형태를 보인다.

이와 같은 배열에서 먼저 상기 도 5a에서 설명한 첫 번째 5회 꼬임이 완성되고, 제1 롤 모듈(80-1)의 최종 5번 상하 롤(85a,85b)을 통과한 원사(1,1′,1″)들은 다시 제2 롤 모듈(80-2)의 최초 1번 상하 롤(81a,81b)을 향하는 동안 1회 꼬임이 발생하고, 계속 도 5a에서 설명된 꼬임 작업을 진행하여 두 번째 5회 꼬임과, 그리고 순차적으로 제3 롤 모듈(80-3; 미도시)에 의한 세 번째 5회 꼬임과, 필요에 따라 제4 롤 모듈(80-4; 미도시)에 의한 네 번째 5회 꼬임, 및 제5 롤 모듈(80-5; 미도시)에 의한 다섯 번째 5회 꼬임을 갖는 스트링을 제조할 수 있게 된다.

도 6은 도 4의 원사 꼬임 장치의 한 변형례로서, 본 발명의 5회전 꼬임을 기본으로 하는 롤 모듈에서 각각의 롤들이 배치된 형태를 보여준다. 도 6a에 따르면, 각 쌍의 롤(72a,72b)(73a,73b)(74a,74b)들이 일정한 경사각을 이루며 일직선으로 배열되고, 그 양 끝측에 전,후방 롤(71)(75)이 각각 위치되는 구성이다. 이러한 배열 형태는 수평 배열에 비해 차지하는 공간이 작아 장치의 공간효율성을 높여준다. 도 6b에 따르면, 각 쌍의 롤(72a,72b)(73a,73b)(74a,74b)들이 ‘ㄱ’자 방향으로 배열되고, 그 양 끝측에 전,후방 롤(71)(75)이 각각 위치되는 구성이다. 이러한 배열 형태는 도 6a에 비해서도 공간효율성을 더 높일 수 있다.

도 7은 도 5의 원사 꼬임 장치의 한 변형례로서, 도 6과 마찬가지로 5회전 꼬임을 기본으로 하는 롤 모듈에서 각각의 롤들이 배치된 형태를 보여준다. 도 7a에 따르면, 각 쌍의 롤(81a,81b)(82a,82b)(83a,83b)(84a,84b)(85a,85b)들이 일정한 경사각을 이루며 일직선으로 배열되는 구성으로, 이러한 배열 형태는 도 5의 수평 배열에 비해 차지하는 공간이 작아 장치의 공간효율성을 높여준다. 또한, 도 7b는 각 쌍의 롤(81a,81b)(82a,82b)(83a,83b)(84a,84b)(85a,85b)들이 대체로‘ㄱ’자 방향으로 배열되는 구성으로, 이러한 배열 형태는 도 7a에 비해서도 공간효율성을 더 높일 수 있다.

다음에서는 원사 꼬임장치에 의해 제조된 스트링의 꼬임 횟수에 따른 인장강도와 신율의 변화를 측정한 결과에 대하여 설명한다.

직조된 화이바스톤 망지, 그물망 포대의 강도는 원사의 길이 100㎝당 꼬임, 즉 회전수에 의한 인장강도와 신율의 변화를 측정 검토하는 것을 통해 확인할 수 있으며, 이 경우 각 실험별 샘플 5회 측정후 평균값을 산출하여 평가한다.

각 시료별 데니어(Denier) 측정후 나눈 값으로 표시하되, 꼬임 후 시료가 재차 꼬이는 것을 방지하기 위해 최소 인장을 유지하도록 구성한다.

본 실험에서 사용된 시료 1은 인장강도 9.2(g/D), 신율 21.8%, 비중 1.14의 1,280d/200 나일론 원사를 사용하고, 시료 2는 인장강도 8.9(g/D), 신율 19.9%, 비중 1.38의 1,500d/250 나일론 원사를 사용하였다.

인장강도 시험기준은 “KS K 0412:2010. C.R.E”에 기초하고 인장속도는 200㎜/min에서 측정하였다.

[실험 1] 원사 100㎝에 5회전 꼬임 후 인장강도 및 신율 측정 결과

실험 1에서는 시료 1,2의 꼬임 전,후의 인장강도 및 신율의 변화가 거의 없었고, 시료 1,2의 꼬임이 엉클어지거나 수축 또는 확장되는 변화도 없어 사실상 시료의 꼬임없는 상태와 동일한 수치를 나타낸다.

[실험 2] 원사 100㎝에 10회전 꼬임 후 인장강도 및 신율 측정 결과

실험 2에서는 인장강도와 신율이 평균 4.0% 이상 유지되고, 시료 1보다 시료 2의 인장강도 및 신율이 높게 나타났다.

한편, 시료의 꼬임이 7회전 이상부터는 적정한 텐션을 주지 않으면 겹쳐 꼬이는 현상이 발생하므로, 여기서는 10회전 꼬임 후 일정한 텐션을 동시에 제공하는 것이 바람직하다.

[실험 3] 원사 100㎝에 15회전 꼬임 후 인장강도 및 신율 측정 결과

실험 3에서는 원사의 회전 및 꼬임 횟수에 따른 인장강도와 신율의 완만한 상승을 나타낸다. 인장강도 및 신율의 증가보다 원사의 꼬임에 따른 불안전한 상태가 발생한다. 한편, 꼬임 횟수가 늘어나 원사의 필라멘트(Filaments)의 엉클어짐이 다소 커지므로 적정한 텐션을 제공함이 바람직하다.

[실험 4] 원사 100㎝에 20회전 꼬임 후 인장강도 및 신율 측정 결과

실험 4에서는 인장강도의 상승률에 비해 신율 상승이 상대적으로 낮게 나타났다. 시료의 꼬임이 보다 높아져 일정 강도의 텐션을 제공하더라도 원사의 필라멘트(Filaments)의 엉클어짐이 심해 측정에 어려움이 발생된다.

[실험 5] 원사 100㎝에 25회전 꼬임 후 인장강도 및 신율 측정 결과

실험 5에서는 인장강도의 상승률에 비해 신율 상승이 현저하게 낮게 나타났다. 인장강도의 상승은 평균 5.0이상인 반면 신율은 0.5% 정도 상승되었다. 25회전 이상 꼬임에서는 시료의 말림이 매우 심하여 측정이 어렵거나 곤란하다.

[실험 6] 원사 100㎝에 30회전 꼬임 후 인장강도 및 신율 측정 결과

원사 30회전 이상에서는 시료의 말림 또는 꼬임이 심해 실험 5와 같이 불안전한 상태가 계속되므로 실험이 사실상 불가능하다.

다음에서는 나일론 원사 꼬임장치에 의해 제조된 스트링의 꼬임 횟수에 따른 메쉬 절단강도를 측정한 결과에 대하여 설명한다.

인장강도 시험기준은 “메쉬 절단강도 KS K ISO 1806:2007 C.R.E”에 기초하며, 메쉬 절단강도의 단위는 DaN으로 표시한다. 인장실험에서 인장속도는 200㎜/min이며, 원사 9합의 스트링으로 직조된 화이바스톤 망지에 대하여 측정하였다.

[실험 전] 자연 상태의 나일론 원사 9합의 메쉬 절단강도 기준

위 표는 꼬임을 주지 않은 자연 상태의 원사 3올을 각각 1합으로 하여 이를 3합, 즉 원사 9합으로 구성하고 메쉬 절단강도를 측정한 결과이다.

위 표에 따르면, 시료 1(1,260d×9합)의 평균 메쉬 절단 강도는 249.6 daN이고, 시료 2(1,500d×9합)의 평균 메쉬 절단 강도는 258.3 daN이다.

아래의 표들은 도 5a에 도시된 원사 3올을 1합으로 하여 구성한 상부 가닥(이하‘앞실’), 원사 3올을 1합으로 하여 구성한 중간 가닥(이하 ‘중간실’), 및 원사 3올을 1합으로 하여 구성한 하부 가닥(이하 ‘뒷실’)의 3합, 즉 원사 9합을 Z방향으로 각기 다른 회전수로 꼬임을 주어 형성한 스트링을 이용하여 직조한 화이바스톤 망지의 메쉬 절단 강도의 측정 결과이다.

[실험 7] 원사 100㎝에 5회전 꼬임을 준 시료를 사용한 제품

위 표에 따르면, 앞실과 중간실 및 뒷실을 서로 엇갈리게 하여 5회전 꼬임을 준 경우, 시료 1의 메쉬 절단 강도는 실험 전 평균값이 249.6 daN이었던 것이 실험 후에는 평균값이 259.0 daN로서 3.8% 증가한 것으로 나타났다. 시료 2의 메쉬 절단 강도는 실험 전 평균값이 258.3 daN이었던 것이 실험 후에는 평균값이 269.9 daN로서 4.5% 증가한 것으로 나타났다.

[실험 8] 원사 100㎝에 10회전 꼬임을 준 시료를 사용한 제품

위 표에 따르면, 앞실과 중간실 및 뒷실을 서로 엇갈리게 하여 10회전 꼬임을 준 경우, 시료 1의 메쉬 절단 강도는 실험 전 평균값이 249.6 daN이었던 것이 실험 후에는 평균값이 267.2 daN로서 7.1% 증가한 것으로 나타났다. 시료 2의 메쉬 절단 강도는 실험 전 평균값이 258.3 daN이었던 것이 실험 후에는 평균값이 280.0 daN로서 8.4% 증가한 것으로 나타났다.

[실험 9] 원사 100㎝에 15회전 꼬임을 준 시료를 사용한 제품

위 표에 따르면, 앞실과 중간실 및 뒷실을 서로 엇갈리게 하여 15회전 꼬임을 준 경우, 시료 1의 메쉬 절단 강도는 실험 전 평균값이 249.6 daN이었던 것이 실험 후에는 평균값이 280.6 daN로서 12.4% 증가한 것으로 나타났다. 시료 2의 메쉬 절단 강도는 실험 전 평균값이 258.3 daN이었던 것이 실험 후에는 평균값이 295.0 daN로서 14.2% 증가한 것으로 나타났다.

위의 실험결과들을 살펴보면, 15회전 꼬임을 준 시료들에서 원사 필라멘트(Filaments)의 약간의 엉클어짐 또는 불안정한 상태가 발생하지만 이는 원사에 적정한 텐션을 제공하여 해결할 수 있고, 또한 메쉬 절단 강도가 15회전 꼬임을 준 시료들에서 최대로 증가하는 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명의 화이바스톤 망지를 구성함에 있어서는 15회전 꼬임을 준 스트링을 이용하여 제작함이 바람직하다 하겠다.

본 발명의 섬유 돌망태 보호공, 즉 화이바스톤은 내구성과 인장강도가 뛰어난 고강력 특수섬유를 사용하여 망(網)을 형성한 다공형 구조체의 수중 구조물 보호대로서, 그물망을 포대형으로 제작하여 그 내부에 일정 크기의 자연석, 쇄석, 폐 콘크리트 등을 채워 넣고 호안 기초 수변부나 교각 주변 등에 원지반을 피복함으로써 기초 수변부를 보호하고 유속에 의한 세굴을 방지하여 구조물의 붕괴나 유실을 막게 된다. 특히, 화이바스톤은 사석 및 돌망태 보호공에 비해 굴요성과 접지성이 매우 우수한 세굴보호공으로서, 갯버들 등의 정수식물을 식재할 수 있고 주변의 식물과 생물을 통한 자정 능력을 갖게 하는 등 어소(魚巢)기능과 수질정화 기능이 탁월하며, 적용 분야로는 저수호안 세굴 방호, 자연 하천의 식생 호안, 하중도 및 낙차공, 구조물(교각,석축) 기초 보호, 밑다짐공 및 하상보호공, 기타 해양 수중 구조물 등에 사용할 수 있다. 또한, 수변부에 다양한 식생이 가능하도록 설치하여 우수한 녹색 자연환경을 제공함은 물론 식물의 생육으로 인간에게 심리적인 안정 및 쾌적한 도시환경을 조성하여 편안한 휴식공간을 제공할 수 있다.

10,20 : 그물망 포대
32 : 속채움 자재
21 : 인양로프
22 : 조임로프
31 : 작업대
30 : 후크
42 : 기초부
43 : 수변부
44 : 정수식물
70 : 원사 꼬임 장치
70-1, 70-2,… : 롤 모듈
71,72a,72b,73a,73b,74a,74b,75 : 롤
76,86 : 격자판
77,87 : 롤감개
80 : 원사 꼬임 장치
80-1, 80-2,… : 롤 모듈
81a,81b,82a,82b,83a,83b,84a,84b,85a,85b: 롤
1,1′,1″: 원사

Claims

소정의 내구성, 신축성 및 인장강도를 갖는 섬유 원사를 이용하여 망(網)을 형성한 다공형 구조체의 섬유 돌망태 보호공, 즉 화이바스톤의 망지를 직조하기 위한 스트링을 제조하는 원사 꼬임 장치로서,
5회전 꼬임을 기본 단위로 다수의 롤들이 하나의 모듈로 결합된 형태를 가지며, 중간부에 상하 대응된 적어도 3쌍의 상하 롤이 전후 방향으로 순서대로 배열되고, 상기 중간부의 적어도 전,후방에 단일의 롤이 각각 위치되며, 다수의 실감개로부터 풀려나온 원사들이 상기 모듈의 입구측에 구비되는 격자판 표면의 다수의 통공들을 통과한 다음 여러 가닥으로 겹쳐져서 상기 순서대로 배열된 롤들의 상하 표면을 따라 서로 엇갈리게 공급되고, 상기 풀려나온 원사들을 롤감개에 다시 감는 과정에서 여러 가닥의 원사가 서로 5회전 꼬아지도록 한 것을 특징으로 하는 원사 꼬임 장치.
소정의 내구성, 신축성 및 인장강도를 갖는 섬유 원사를 이용하여 망(網)을 형성한 다공형 구조체의 섬유 돌망태 보호공, 즉 화이바스톤의 망지를 직조하기 위한 스트링을 제조하는 원사 꼬임 장치로서,
5회전 꼬임을 기본 단위로 5쌍의 상하 롤들이 전후 방향으로 순서대로 배열되어 하나의 모듈로 결합된 형태를 가지며, 다수의 실감개로부터 풀려나온 원사들이 상기 모듈의 입구측에 구비되는 격자판 표면의 다수의 통공들을 통과한 다음 적어도 3올씩 1합으로 하여 적어도 3개의 가닥을 만들고 이 가닥들을 상기 순서대로 배열된 상하 롤들의 상,중,하 표면을 따라 적어도 3방향으로 서로 엇갈리게 공급함으로써, 상기 풀려나온 원사들을 롤감개에 다시 감는 과정에서 여러 가닥의 원사가 서로 겹쳐져서 5회전 꼬아지도록 한 것을 특징으로 하는 원사 꼬임 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 각 쌍의 롤들은 소정 경사각을 이루며 일직선으로 배열되거나‘ㄱ’자 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 원사 꼬임 장치.
제1항 또는 제2항의 원사 꼬임 장치에 의해 5회전 꼬아져 제조되는 화이바스톤 망지용 스트링.
제4항의 화이바스톤 망지용 스트링을 이용하여 직조되는 화이바스톤으로서,
그물망을 1,000～4,000de(Denier)×1～72합으로 구성하고, 그물코의 가닥 굵기는 Φ0.5～15mm이고 인장강도는 40kg/합당 이상으로 하되, 그물코는 10～160mm로 직조되고, 그물코의 인장강도는 40㎏/코 이상이 되며, 신율 및 신축성은 20～60%인 것을 특징으로 하는 화이바스톤.
제4항의 화이바스톤 망지용 스트링을 이용하여 직조되는 화이바스톤으로서,
그물망을 단망 또는 겹망으로 좌우측의 그물코에 천을 덧대어 재봉질을 하거나 1코 간격으로 항치기하여 포대형으로 구성하고,
포대의 운반 및 설치시 입구부의 손상을 방지하도록 상기 입구부의 상측 2~3코를 뭉쳐 항치기하며, 조임로프와 인양로프를 각각 조합하여 구성하되,
상기 인양로프는 인장강도가 1,500～15,000kg/cm인 직경 9.0～30.0mm의 나일론 트위스트 3연로프로서 상기 포대의 상부에 6~8점 구조로 인양이 가능하게 구비되고,
상기 조임로프는 인장강도가 400kg/cm 이상인 직경 4.0～6.0mm의 나일론 트위스트 3연로프로서 상기 포대의 속채움 후 1차적으로 묶을 수 있도록 상기 인양로프의 4～5코 아래에 그물망을 1코씩 끼워 구비되는 것을 특징으로 하는 화이바스톤.
제4항의 화이바스톤 망지용 스트링을 이용한 화이바스톤의 직조방법으로서,
그물망을 망지 상단에서 하단까지 일렬로 그물코와 그물코가 가로방향 일정 간격으로 재봉되도록 직조하되, 인접한 그물코를 2～3코 겹쳐 세로 방향으로 재봉되도록 하거나, 일정 직경의 복수의 나일론 로프를 서로 꼬아진 상태로 망지의 그물코 2～3코에 겹쳐 재봉되도록 하는 것을 특징으로 하는 화이바스톤의 직조방법.