KR101287618B1 - 지하 빗물저류조 및 그의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하에 설치되는 빗물저류조에 관한 것으로, 좁은 부지에 대용량으로 설치할 수 있고, 침전되는 토사를 용이하게 제거할 수 있는 지하 빗물저류조를 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지하 빗물저류조는 원뿔형의 바닥(10)과, 조립식 블록으로 이루어지는 원통형의 벽면(20)과, 조립식 블록으로 이루어지는 돔형의 덮개(30)를 포함하며, 원뿔형 바닥의 오목한 중심부에 침강하여 모이는 토사를 물과 함께 퍼올려 침전조에서 분리해 낸 후, 상징수를 유입시키는 것을 특징으로 한다.
설치공사는 지하 빗물저류조가 설치될 장소에 원통형 벽면을 구성할 조립식 블록을 원형으로 조립하고, 조립식 블록이 이루는 원형 내부의 흙을 파낸 후, 한편으로는 원형 내부의 흙과 조립식 블록 하단의 흙을 파내면서 한편으로는 조립식 블록을 한단씩 조립하여 자중에 의해 조립식 블록을 하강시켜가며 원하는 깊이까지 원통형 벽면을 시공하는 단계; 원뿔형의 바닥을 시공하는 단계; 및 조립식 블록으로 돔형의 덮개를 시공하고 돔의 상부를 흙으로 덮는 단계의 순으로 이루어지며,
설치공사 시 넓은 부지가 필요하지 않고, 반출토사를 정확히 지하 빗물저류조의 용적만큼으로 줄일 수 있으며, 공사용 부지가 많이 필요치 않으므로 좁은 공간에도 설치할 수 있다.

Description

지하 빗물저류조 및 그의 시공방법{underground rainwater storage tank and construction method of the same}

본 발명은 지하에 설치되는 빗물저류조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집중호우시 빗물을 저장하였다가 하수관으로 방류하거나 정원용수나 공업용수로 사용할 수 있도록 하는 돔형 지하 빗물저류조에 관한 것이다.

또한 본 발명은 지하에 상기 돔형 빗물저류조를 시공하는 방법에 관한 것이다.

우리나라는 여름 장마철이나 초가을 태풍이 올 때 비가 집중되는 경향이 있어 그때마다 저지대는 침수피해가 반복된다.

이는 본질적으로 주위보다 지대가 낮기 때문이지만 지표면이 콘크리트나 아스팔트로 포장되어 있어 빗물이 지표면으로 스며들지 않기도 하고, 하수관로의 통수단면적이 순간적인 집중호우를 감당하지 못할 뿐더러 심지어 맨홀을 통해 빗물이 역류하기 때문이다.

이에 대한 대책으로 양수 펌프장을 설치하여 빗물을 퍼내기도 하지만 저지대나 하천변에 지하 빗물저류조를 설치하여 집중호우시 일시적으로 빗물을 저장하였다가 방류하기도 한다.

그런데 통상의 지하 빗물저류조는 육면체이므로 설치되는 장소도 저지대에 많은 진흙층이거나 모래층이어서 주위의 토압을 버티기 위해서는 건물의 지하층과 같이 내력벽으로 시공해야 하고, 시공 시에는 흙이 안으로 무너지지 않도록 별도의 흙막이시설을 설치해야 하는 등 시공이 어렵고, 시간과 돈이 많이 든다.

또, 바닥이 평면이어서 짧은 시간에 빗물이 토사와 함께 유입될 수밖에 없는 상황에서 침전되는 토사가 바닥에 넓게 분포하여 토사를 제거하기 어려우며, 천정 또한 평면이어서 큼 힘을 지탱하기 어려워 공원부지로 활용하는 외에 다른 용도로 사용하기 어렵다.

한국등록특허 10-0989415호에는 여과수단이 결합되어 맨홀에 모인 빗물이 저류시설로 이동하는 과정에서 비점오염원의 여과가 효과적으로 이루어질 뿐만 아니라 저류시설 내에도 여과장치가 설치된 우수 저류시설이 개시되어 있는데, 관리가 용이하다고 하나 지하저류시설에 설치되는 것으로는 여과장치가 복잡하다.

한국등록특허 10-1176937호에는 지하에 매립되는 지하저류시설이 개시되어 있는데 상기 저류조의 측벽부와 상부 슬래브 및 상기 상부 슬래브를 지지하는 기둥을 현장에서 조립 설치할 수 있도록 다수개로 분할 형성된 프리캐스트(precast) 콘크리트 블록들로 이루어져 시공이 용이하다고 하나 이를 설치하기 위해서는 땅을 미리 파내야 하고, 조립하기 위해서는 흙막이 시설에 버팀재를 사용할 수 없으며, 사각형 구조와 강도를 고려하면 규모가 커지면 경제적이지 않다. 또한, 빗물은 짧은 시간에 유입되므로 토사가 유입되는 것은 필연적인데 이를 제거하기 위해서는 미니로더 등의 장비를 투입해야 하고 이에 따라 장비투입구 등의 시설이 추가로 필요할 뿐만 아니라 유지관리 비용도 많이 들어간다.

한국등록특허 10-1198719에는 측벽이 평면으로 마주보고 설치되고, 상부는 아치형 상판으로 이루어지는 지하저류시설이 개시되어 있는데 이는 기본적으로 터널 형태를 취하므로 넓은 부지가 필요하다.

본 발명 목적은 좁은 부지에 대용량으로 설치할 수 있고, 침전되는 토사를 용이하게 제거할 수 있는 지하 빗물저류조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 흙막이 공사가 필요하지 않고, 조립식으로 시공하는 경우 공사기간이 더욱 단축되며, 넓은 공사용 부지가 필요치 않은 지하 빗물저류조의 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 구성을 절개사시도 도 1을 사용하여 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지하 빗물저류조는 원뿔형의 바닥(10)과, 조립식 블록으로 이루어지는 원통형의 벽면(20)과, 조립식 블록으로 이루어지는 돔형의 덮개(30)를 포함하며, 원뿔형 바닥의 오목한 중심부에 침강하여 모이는 토사를 물과 함께 퍼올려 침전조에서 분리해 낸 후, 상징수를 유입시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징있는 차이를 구성하는 원통형 벽면과 돔형 덮개는 역학적으로 가장 안정된 구조로, 종래의 육면체 구조와는 달리 깊이에 제한이 없어 용량을 크게 할 수 있다.

또, 본 발명의 지하 빗물저류조는 조립식 블록(40)을 다른 장소에서 제작하여 현장에서 조립하는 방식으로 시공하므로 짧은 시일 내에 공사를 끝낼 수 있다. 여기에서, 원뿔형의 바닥은 아래쪽으로 볼록하며, 역시 조립식 블록으로 시공하는 것을 제외하는 것은 아니다.

돔형의 덮개를 이루는 조립식 블록이 가로 방향으로 그 내부를 관통하는 관통구(41)를 두어 그 구멍에 강철선(42)을 삽입하여 이웃하는 조립식 블록들끼리 고정하면 돔의 높이를 낮출 수 있어 실효 용적이 늘어난다. 여기에서, 강철선으로 고정하는 이유는 돔의 높이를 낮게 하면 상부에서 내리누르는 토압에 의하여 덮개를 이루는 조립식 블록의 하단 및 원통형 벽면의 상단에 바깥쪽으로 벌어지려는 힘이 작용하기 때문이다.

다른 방법으로는 돔형의 덮개를 이루는 조립식 블록에 홈 또는 돌기를 두어 고정쇠로 이웃하는 조립식 블록들끼리 고정해도 된다.

또, 원통형 벽면은 하단의 지름을 상단보다 크게 하면 시공이 용이해지는데 그 이유는 후술한다.

본 발명의 지하 빗물저류조는 장마나 태풍 등 집중호우에 대비한 시설로, 철망 같은 것으로 1차 여과를 하더라도 나뭇잎 등의 부유물을 걸러낼 수 있을 뿐 토사가 유입되는 것은 피할 수 없다.

따라서 지하 빗물저류조의 상부에 침전조(50)를 두어 토사를 제거할 수 있는데 원뿔형 바닥의 중심부에서 물과 토사를 흡입관(51)을 통하여 흡입하여 토사를 침전시켜 제거한 후, 상징수를 바닥의 중심에서 떨어진 곳에서 토출관(52)을 통하여 접선방향으로 분사하여 지하 빗물저류조에 다시 유입시킨다.

상징수는 바닥 부근에서 토출구(53)를 통하여 접선방향으로 분사하면 지하 빗물저류조 내부에 소용돌이가 형성되면서 토사가 원뿔형 중심부로 모이게 하는 효과가 있다. 지하 빗물저류조의 수위가 높아지면 낙차가 크지 않아 소용돌이가 충분히 형성되지 않을 수 있는데 이때는 별도의 펌프(미도시)를 사용하면 분출압력을 높일 수 있다.

침전조를 장시간 가동하지 않으면 토사가 바닥에 완고하게 침착하게 되는데 원뿔형의 바닥에 회전하는 블레이드(blade)(미도시)나 솔을 설치하여 이를 회전시키면 토사를 떼어낼 수 있다.

침전조는 지상에 설치하는데 도 3처럼 직선형으로 하여 별도의 부지에 설치해도 좋지만 도 4처럼 원뿔형으로 하여 지하 빗물저류조의 상부에 설치할 수도 있다. 도 3과 도 4에서 도면부호 54는 거름망이고, 도면부호 55는 위어(weir)이고, 56은 토사 배출관이다.

본 발명의 지하 빗물저류조는 필요로 하는 용적에 맞추어 단 1기만 설치하거나 여러 기를 독립적으로 설치해도 좋으나 복수개의 지하 빗물저류조를 붙여서 설치하여 용적을 맞출 수도 있는데 이 때 다수의 지하 빗물저류조를 벌집모양으로 배치하면 원통형 벽면의 일부 또는 전부를 이웃한 지하 빗물저류조와 공유하게 할 수 있다. 도 5는 5기를 붙여서 설치한 경우의 단면도로, 도면부호 46은 이웃과 공유하는 벽면이다.

이렇게 하면 지하 빗물저류조의 용적에 따라 원통형의 벽면을 이루는 조립식 블록과 돔형의 덮개를 이루는 조립식 블록의 크기를 달리하지 않고, 규격화할 수 있어 생산 및 품질 관리가 용이하다.

본 발명의 지하 빗물저류조는 육면체 구조를 가지는 종래기술과 대비할 때, 다음 방법에 의해 시공할 수 있는 것이 가장 큰 특징이며 장점이다.

우선, 제1 단계로 지하 빗물저류조가 설치될 장소에 원통형 벽면을 구성할 조립식 블록을 원형으로 조립하고, 조립식 블록이 이루는 원형 내부의 흙을 파낸 후, 한편으로는 원형 내부의 흙과 조립식 블록 하단의 흙을 파내면서 한편으로는 조립식 블록을 한단씩 조립하여 자중에 의해 조립식 블록을 하강시켜가며 원하는 깊이까지 원통형 벽면을 시공하고, 제2 단계로 원뿔형의 바닥을 시공하고, 제3 단계로 조립식 블록으로 돔형의 덮개를 시공한 후, 마지막으로 돔의 상부를 흙으로 덮어 완성한다.

본 발명의 지하 빗물저류조를 시공함에 있어 어려운 점은 원통형 벽면의 외면 외부 토사 사이의 마찰력 때문에 자중만으로는 원통형 벽면이 잘 하강하지 않는다는 것인데 이는 원통형 벽면의 외면과 토사 사이에 물을 주입하여 마찰력을 작게 하거나 원통형 벽면 하단의 지름을 상단보다 크게 하여(청구항 4) 형태적으로 해결할 수 있다.

본 발명에 의하면, 폭우 시 저지대 침수를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 토사가 제거된 물은 농업용수나 공업용수, 적어도 갈수기에 화단 가꾸는 물이나 하천보충수로 사용할 수 있다. (폭우 시 내리는 비는 토사만 제거하면 의외로 깨끗하다.)

또, 설치에 넓은 부지가 필요하지 않으며 상부는 조경을 하여 공원 등으로 가꿀 수 있고, 특히 본 발명의 시공방법은 반출토사를 정확히 지하 빗물저류조의 용적만큼으로 줄일 수 있으며, 공사용 부지가 많이 필요치 않으므로 좁은 공간에도 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명 지하 빗물저류조의 절개사시도이다.
도 2는 조립식 블록의 일례로, 도 2a는 원통형 벽면을 이루는 조립식 블록의 일례이고, 도 2b는 강철선으로 고정되는 돔형 덮개용 조립식 블록의 일례이다.
도 3은 직선형 침전조의 일례이고, 도 4는 원형 침전조의 일례이다.
도 5는 지하 빗물저류조 5기를 이웃하여 설치한 평면도이다.
도 6은 하수관로에 연결된 본 발명 지하 빗물저류조의 예이다.
도 7a에서 도 7c는 시공방법을 도시한 도면으로, 도 7a는 지하 빗물저류조가 설치될 장소에 원통형 벽면 제1단을 조립한 상태의 사시도이고, 도 7b는 조립식 블록이 이루는 원형 내부의 흙을 파내는 도중의 단면도이며, 도 7c는 원하는 깊이까지 원통형 벽면을 시공한 상태의 단면도이다.

본 발명은 후술하는 설명에 의하여 그 내용이 더욱 명확해질 것이나 이에 의하여 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 지하 빗물저류조의 작동원리를 물의 흐름을 따라가며 설명한다.

본 발명의 지하 빗물저류조는 그 설치 목적 상 침수피해가 일어나는 저지대에 설치하는데 (용수가 주목적이라면 상류에 설치할 수도 있다.) 이를테면, 빗물은 직접 집수하는 외에, 도 6에 도시된 바와 같이, 하수구(61)에 빗물 유입관(62)을 직접 연결하여 집수할 수 있다.

집수는 폭우가 내릴 때 빠른 속도로 이루어지므로 유입되는 물은 침전조를 거친다고 해도 토사를 효과적으로 분리해낼 수 없다. 따라서 침전조를 거치지 않고 부유물 제거조(63)에서 나뭇가지 등의 부유물 정도만 걸러내고 바로 유입시킨다.

지하 빗물저류조에 빗물이 채워지면 시간이 지나면서 토사가 침강하여 원뿔형 바닥의 오목한 중심부에 모이게 되는데 이를 펌프(미도시)로 물과 함께 퍼올려 침전조(50)에서 분리해낸 후, 상징수를 유입시키는 작업을 반복하면 지하 빗물저류조의 물이 점점 맑아지게 된다.

이 때, 침전조의 상징수를 바닥의 외각에서 토출구(53)를 통하여 접선방향으로 분사하면 토사가 바닥에 침착되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 토사가 중심부에 효과적으로 모이도록 할 수 있다. (청구항 5)

이렇게 하여 맑아진 물은 청소용 물이나 농업용수 또는 공업용수 등으로 사용할 수 있으며 갈수기에 하천 보충수로도 사용할 수도 있다.

이어서, 후술하는 실시예에 의해 시공방법을 설명한다.

<실시예>

1) 제1 단계: 원통형 벽면의 시공

지하 빗물저류조가 설치될 장소의 지면에 원통형 벽면을 구성할 조립식 블록을 원형으로 조립하고(도 7a), 조립식 블록이 이루는 원형 내부의 흙을 파낸다. 이어서 한편으로는 조립식 블록이 이루는 원형 내부의 흙과 조립식 블록 하단의 흙을 파내면서, 한편으로는 조립식 블록을 한단씩 위에서 조립하여 자중에 의해 조립식 블록을 하강시키는 작업을 반복하여(도 7b) 원하는 깊이까지 원통형 벽면을 시공한다(도 7c).

원통형 벽면을 한단씩 조립해가며 하강시킬 때, 원통형 벽면의 외면과 흙 사이의 마찰로 원통형 벽면의 하강이 잘 이루어지지 않는데 이때는 원통형 벽면과 외부의 흙 사이에 물을 주입하여 마찰을 감소시키거나 형태적으로 원통형 벽면을 하단 지름을 상단보다 크게 하면 여유 공간이 생겨 마찰이 일어나지 않게 되므로 하강이 원만하게 이루어진다. (청구항 4)

2) 제2 단계: 원뿔형 바닥의 시공

원뿔형의 바닥은 통상의 건축물의 바닥처럼 일체형으로 시공해도 되고, 조립식 블록을 사용하여 시공해도 된다. 다만, 블레이드를 회전시켜 토사를 제거할 수 있도록 요철이 없는 것이 바람직하다. (청구항 6)

3) 제3 단계: 돔형 덮개의 시공

마지막으로, 조립식 블록으로 돔형의 덮개를 시공하고, 돔의 상부를 흙으로 덮는다.

돔형 덮개는 완벽한 돔형이 자체적으로 가장 안정된 구조를 형성하지만 이를 납작하게 시공하면 지하 빗물저류조의 미활용 공간(dead volume)을 줄일 수 있다. 그런데 이때는 상부의 토사와 조립식 블록이 원통형 벽면에 수직으로 힘을 가하는 외에 바깥쪽으로 힘을 가하기 때문에 원통형 벽면이 벌어지지 않도록 하려면 덮개를 이루는 조립식 블록끼리 보다 단단히 고정하여 벌어지지 않도록 할 필요가 있다.

이렇게 하기 위해서는 이를테면, 돔형의 덮개를 이루는 조립식 블록에 가로 방향으로 그 내부를 관통하는 관통구(41)을 형성하여 그 구멍에 강철선(42)을 삽입, 고정할 수도 있다(청구항 2).

한편, 원통형 벽면을 이루는 조립식 블록과 돔형 덮개를 이루는 조립식 블록(40)은 볼트 구멍(43)을 두어 이웃하는 조립식 블록과 볼트(44)로 고정한다(청구항 3). 도면부호 45는 조립식 블록을 이웃하는 조립식 블록과 정렬하기 위한 홈이다.

10: 원뿔형의 바닥 20: 원통형의 벽면
30: 돔형의 덮개 40: 조립식 블록
41: 관통구 42: 강철선
43: 볼트구멍 44: 볼트
50: 침전조 51: 흡입관
52: 토출관 53: 토출구
54: 거름망 55: 위어
56: 토사 배출관 61: 하수구
62: 빗물 유입관 63: 부유물 제거조

Claims (9)

1. 원뿔형의 바닥과, 조립식 블록으로 이루어지는 원통형의 벽면과, 조립식 블록으로 이루어지는 돔형의 덮개를 포함하는 것으로, 원뿔형 바닥의 오목한 중심부에 침강하여 모이는 토사를 물과 함께 퍼올려 침전조에서 분리해 낸 후, 상징수를 유입시키는 것을 특징으로 하는 지하 빗물저류조.
2. 제1항에 있어서, 돔형의 덮개를 이루는 조립식 블록이 가로 방향으로 그 내부를 관통하는 구멍이 있어 그 구멍에 삽입되는 강철선에 의하여 이웃하는 조립식 블록들끼리 고정되는 것을 특징으로 하는 지하 빗물저류조.
3. 제1항에 있어서, 이웃하는 돔형의 덮개를 이루는 조립식 블록끼리 볼트로 고정되는 것을 특징으로 하는 지하 빗물저류조.
4. 제1항에 있어서, 조립식 블록으로 이루어지는 원통형 벽면이 하단의 지름이 상단보다 큰 것을 특징으로 하는 지하 빗물저류조.
5. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 상부에 원뿔형 바닥의 중심부에서 물과 토사를 흡입하여 토사를 침전시켜 제거한 후, 상징수를 바닥의 중심에서 떨어진 곳에서 접선방향으로 분사하는 침전조가 구비된 지하 빗물저류조.
6. 제3항에 있어서, 원뿔형의 바닥에 회전하는 블레이드(blade)나 솔이 설치된 것을 특징으로 하는 지하 빗물저류조.
7. 삭제
8. 제1항의 복수개의 지하 빗물저류조가 벌집모양으로 배치되어 원통형 벽면의 일부 또는 전부를 이웃한 지하 빗물저류조와 공유하는 것을 특징으로 하는 지하 빗물저류조.
9. 지하 빗물저류조가 설치될 장소에 원통형 벽면을 구성할 조립식 블록을 원형으로 조립하고, 조립식 블록이 이루는 원형 내부의 흙을 파낸 후, 한편으로는 원형 내부의 흙과 조립식 블록 하단의 흙을 파내면서 한편으로는 조립식 블록을 한단씩 조립하여 자중에 의해 조립식 블록을 하강시켜가며 원하는 깊이까지 원통형 벽면을 시공하는 단계;
   원뿔형의 바닥을 시공하는 단계; 및
   조립식 블록으로 돔형의 덮개를 시공하고 돔의 상부를 흙으로 덮는 단계를 포함하는 제1항의 지하 빗물저류조 시공방법.
   

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