KR101301073B1 - 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

상면이 개방된 U형 수로관인 프리캐스트 개거수로 및 그 시공방법에 대한 것으로서 상기 개거수로는 외측면에 부벽이 형성된 경사진 부벽측벽부; 및 상기 부벽측벽부 하부에 일체로 형성된 수평판 형태의 저판부;를 포함하여 형성되는 것으로서, 저판부들의 내측 연결측면부(C)가 수평으로 연결되어 내부공간 하부가 상부보다 작은 횡방향 폭을 가지는 사다리꼴 단면으로 형성되는 분절된 양 개거수로 세그먼트; 및 상기 부벽의 하부와 서로 수평으로 연결된 저판부를 횡방향으로 관통하는 정착홀에 삽입되어 양 단부가 부벽 측면에 긴장 후 정착되어 분절된 양 개거수로 세그먼트가 서로 횡방향으로 압착되어 연결되도록 설치되는 긴장재;를 포함한다.

Description

긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 및 그 시공방법{PRECAST WATERWAY PIPE WITH BUTTRESS USING TENDON AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 상면이 개방된 U형 수로관인 프리캐스트 개거수로 및 그 시공방법에 대한 것이다.

개거수로는 윗면을 덮지 않고 그대로 개방시킨 수로를 말하며, 도로나 혹은 농로에 물의 원활한 이동을 위한 U형 수로관으로 설치하는 것이 일반적이다.

즉 종래 개거수로는 콘크리트 설비 공장에서 대량으로 만들어지는 프리캐스트 제품으로 만들어진 철조 콘크리트 수로관으로서 통상 자형 단면으로 제작되어 도 1a와 같이 복수개가 서로 연결되도록 시공되는 것이 일반적이다.

도 1b는 종래 다른 개거수로를 도시한 것으로서 현장타설 콘크리트 방식으로 설치되는 경우를 도시한 것이다. 즉, 지면의 길게 형성된 수로 바닥면에 콘크리트가 타설 및 양생되어 이루어지는 저면부(10)와, 상기 저면부(10)의 양측단부로부터 수로의 측면을 따라 지면까지 연장된 수직벽체 형태의 측벽부(20)로서 역시 자형 단면으로 형성되도록 함을 알 수 있으며 특히 미 도시된 거푸집을 이용하여 현장타설 콘크리트로 제작되게 된다.

도 1c는 특히 프리캐스트 방식으로 시공하되 저면부(10)와 특히 측벽부(20)가 조립식으로 시공될 수 있음을 보인 것이다. 즉, 저판부는 예컨대 프리캐스트 방식으로 먼저 설치하고, 양 측벽부는 저판부의 양 측단부에 끼워지도록 연결시키는 방식으로 경사지게 설치하는 것임을 알 수 있다.

이와 같이 종래 현장타설 또는 프리캐스트 방식으로 시공되는 개거수로들을 실제 시공함에 있어서 각각의 장단점은 있기 마련이다.

예컨대 현장타설 방식은 경제성을 확보할 수는 있으나 거푸집을 일일이 설치해야 하기 때문에 터파기 공간을 충분히 확보해야 하는 등의 문제에 의하여 시공성이 떨어질 수밖에 없다는 한계가 있고,

프리캐스트 방식은 공장에서 제작되어 현장에서 별도로 설치하기 때문에 품질관리에 유리하고 시공성이 좋기 하지만 여러 단면 형상으로 제작되어야 하는 특성상 경제성을 확보하기가 쉽지 않다는 문제점이 있었다. 즉 기성제품을 구입하여 설치하는 경우를 제외하고는 경제성을 확보하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 프리캐스트 방식으로 개거수로를 시공함에 있어 프리캐스트 방식의 장점을 그대로 살리면서도 경제적인 개거수로 시공이 가능한 부벽식 개거수로 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 저판부와 양 측벽부로 형성되는 U형 프리캐스트 개거수로를 제공함에 있어서 저판부와 양 측벽부의 단면을 최소화되도록 하면서도 토압에 효과적으로 저항할 수 있도록 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 개거수로에 도입시키게 된다.

둘째, 상기 개거수로에 도입된 프리스트레스는 개거수로에 작용하는 토압에 저항하기 위한 것이기도 하지만 개거수로를 중앙수직축을 기준으로 좌우대칭으로 분절된 개거수로 세그먼트를 제작하고, 상기 긴장재에 의한 프리스트레스로 분절된 개거수로 세그먼트를 서로 압착시켜 연결시키는데도 이용하게 된다.

셋째, 특히 측벽부의 경우 수직벽체 형태의 측벽부와 대비하여 경사지도록 형성시켜 작용하는 토압에 대한 저항성능이 증진되도록 함과 동시에 사다리꼴 형태의 내부공간의 하부는 횡방향 폭이 상부보다 좁아지도록 형성시켜 물의 통과유속이 빨라질 수 있어 효율적인 개거수로 기능 확보가 가능하도록 하게 된다.

넷째, 이때 양 측벽부의 단면 두께를 감소시키기 위하여 측벽부에 부벽이 형성되도록 하여 측벽부 단면이 최소화되도록 함으로서 보다 경제적인 프리캐스트 방식의 개거수로 제공이 가능하도록 하였다.

나아가 상기 부벽은 개거수로의 종방향 연결블럭의 역할도 하도록 하여 개거수로의 종방향 연결부위에 있어서의 누수 등이 효과적으로 방지되도록 하면서 부등침하에 유리하도록 하였다.

이를 위하여 본 발명은

외측면에 부벽이 형성된 경사진 부벽측벽부; 및 상기 부벽측벽부 하부에 일체로 형성된 수평판 형태의 저판부;를 포함하여 형성되는 것으로서, 저판부들의 내측 연결측면부(C)가 수평으로 연결되어 내부공간 하부가 상부보다 작은 횡방향 폭을 가지는 사다리꼴 단면으로 형성되는 분절된 양 개거수로 세그먼트; 및

상기 부벽의 하부와 서로 수평으로 연결된 저판부를 횡방향으로 관통하는 정착홀에 삽입되어 양 단부가 부벽 측면에 긴장 후 정착되어 분절된 양 개거수로 세그먼트가 서로 횡방향으로 압착되어 연결되도록 설치되는 긴장재;를 포함하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로를 제공한다.

또한 바람직하게는

지반을 터하기 하고,

외측면에 부벽이 형성된 경사진 부벽측벽부; 및 상기 부벽측벽부 하부에 일체로 형성된 수평판 형태의 저판부;를 포함하여 형성되는 분절된 개거수로 세그먼트 2개를 터파기된 지반에 횡방향으로 서로 연결시키되 상기 연결은 저판부들의 내측 연결측면부(C)가 수평으로 연결되도록 하여 서로 연결된 개거수로의 내부공간 하부가 상부보다 작은 횡방향 폭을 가지는 사다리꼴 단면으로 형성되도록 하고,

상기 부벽의 하부와 서로 수평으로 연결된 저판부를 횡방향으로 관통하는 정착홀에 삽입되어 양 단부가 부벽에 긴장 후 정착되어 분절된 양 개거수로 세그먼트가 서로 횡방향으로 압착되어 연결되도록 긴장재를 설치하는 단계를 포함하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 시공방법을 제공한다.

본 발명에 의한 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로는 프리캐스트 방식으로 제작하여 설치하기 때문에 품질관리가 용이하면서도 조립식으로 설치하기 때문에 시공성 및 설치 작업성이 뛰어나고, 저판부 및 측벽부 단면을 최소화 시킬 수 있어 보다 경제적인 개거수로 시공이 가능하게 된다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래 개거수로의 시공도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 개거수로 개념도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 개거수로 분해사시도 및 설치 사시도
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 개거수로 시공순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[긴장재를 이용한 부벽식 개거수로의 작용]

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로의 작용도를 도시한 것이다.

먼저, 도 2a와 같이 본 발명의 개거수로는 완성된 상태의 경우 U형 단면으로 형성된 프리캐스트 수로관으로서 저판부(110,210)와 양 부벽측벽부(120,220)로 형성되는데 제작 및 조립단계에서는 U형 단면의 중앙수직축(CL)을 기준으로 좌우대칭으로 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)를 제작하고, 긴장재(150)에 의한 프리스트레스를 이용하여 분절된 양 개거수로 세그먼트(100.200)를 서로 횡방향으로 압착 연결시켜 본 발명의 개거수로를 설치하게 된다.

먼저, 상기 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)는 부벽측벽부(120,220) 하부에 일체로 수평판 형태의 저판부(110,210)가 형성된다. 이때 저판부(110,210)는 전체 길이(연결된 상태)의 절반정도의 길이를 가지도록 형성된다.

나아가 상기 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200) 각각의 저판부들은 서로 내측 연결측면부(C)가 서로 수평으로 연결되도록 설치하게 된다.

이에 본 발명의 개거수로는 상기 2개의 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)의 저판부(110,210)를 서로 연결시켜 1개의 개거수로로 형성시키는 방식으로 설치됨을 알 수 있으며 이러한 개거수로는 도 3b와 같이 종방향으로 복수개가 연결되도록 설치하게 된다.

이때 상기 부벽측벽부(120,220)는 수직벽 형태가 아닌 경사지도록 형성되어 즉, 부벽측벽부를 경사지도록 형성시켜 작용하는 토압에 대한 저항성능이 증진되도록 하게 된다.

말하자면 도 2a와 같이 동일한 크기의 수평토압을 수직벽 형태의 부벽측벽부에 작용시키게 되면 수평토압(P)이 그대로 부벽측벽부(120,220)에 전달되지만 부벽측벽부를 경사지게 설치하게 되면 당초 수평토압 보다 작은 크기의 분력(P1)이 부벽측벽부(120,220)에 작용하게 되므로 토압 저항에 매우 유리하게 된다.

나아가 본 발명은 단순히 부벽측벽부를 경사지게 형성시키는 것이 아니라 도 2b와 같이 양 부벽측벽부의 상하높이 중간지점을 중심으로 하부는 저판부 중앙쪽으로 모이도록 하고 상부는 수평으로 멀어지도록 벌려지도록 하여 개거수로 횡단면은 사다리꼴 형태(제형 단면)로 형성되도록 하게 된다.

이에 서로 연결된 개거수로의 내부공간 하부가 상부보다 작은 횡방향 폭을 가지는 사다리꼴 단면으로 형성됨을 알 수 있다.

이때 부벽측벽부가 수직벽체 형태의 개거수로 내측 단면적(A1)과 부벽측벽부가 경사진 벽체 형태의 개거수로의 내측단면적(A2)은 동일하게 형성된다고 했을 때,

개거수로를 통과하는 물은 수직벽 형태의 부벽측벽부를 가진 개거수로와 비교하여 개거수로 하부 공간이 좁아지기 때문에 유량이 동일함을 전제로 물의 통과유속이 커져 수로관의 기능을 증진시킬 수 있게 된다.

즉 수직벽체 형태의 개거수로의 내부 유속(V1) 보다 본 발명에 의한 개거수로의 유속(V2)이 더 빨라지게 된다.

또한 도 2a 및 도 2b와 같이 상기 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)는 부벽측벽부 하부 측면에 형성된 부벽에 형성된 정착구들 사이에 저판부 내부를 따라 횡방향으로 연장되도록 배치된 긴장재(150)에 의하여 프리스트레스가 도입되어 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)가 서로 압착되어 서로 확실하게 연결될 수 있도록 하게 된다.

이때 상기 프리스트레스는 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)를 서로 압착시켜 연결되도록 하는 역할도 함과 더불어 개거수로가 지중에 시공되었을 때 작용하는 토압에 대한 저항성능을 증진시키기 위해서 사용된다.

즉, 양 부벽측벽부(120,220)에는 도 2a와 같이 복토에 의한 토압이 작용하게 되고 저판부(110,210)는 상향력을 받게 되는데 이러한 토압은 저판부 중앙을 기준으로 부벽측벽부가 서로 모아지도록 휨 모멘트가 작용(저판부 연결 부위 기준)하게 되는데 프리스트레스 도입에 의하여 이러한 상향력에 의한 휨 모멘트에 저항할 수 있게 된다.

또한 상기 상향력은 저판부가 융기하도록 하는 작용도 하게 되는데 저판부에 도입된 압축 프리스트레스에 의하여 저판부가 일체로 연결되어 있어 융기를 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

나아가 그 명칭과 같이 부벽측벽부(120,220)로 형성시키게 된다. 즉 동일한 두께로 종방향으로 연속되도록 하는 것이 아니라 측벽부의 두께는 감소시킨 두께로 형성시키고 감소된 두께 만큼 부벽(130,230)을 종방향으로 다수 이격되도록 형성시켜 측벽부에 작용하는 토압에 대하여 효과적으로 저항할 수 있도록 하게 된다.

이러한 부벽은 양 부벽측벽부의 휨 강성을 증대시키고 전도를 방지하는 기능을 가지게 된다.

도 2a 및 도 2b에 의하면 상기 부벽은 부벽측벽부의 외측면에 좌측면이 접하고 저판부에 저면이 접하고 우측면이 수직면을 형성된 다각형 수직블록의 형태로 형성될 수 있음을 알 수 있으며 형성 높이는 측벽부의 일부 또는 전부에 걸쳐 형성되도록 할 수 있을 것이며 도 2b에는 측벽부의 개략 절반정도에 해당하는 형성높이로 형성되어 있음을 알 수 있다.

또한 이러한 부벽은 도 3b와 같이 종방향으로 일정한 연장길이를 가지는 개거수로에 있어서 종방향 연결부위에서 서로 접하도록 하고 연결볼트 또는 긴장재와 같은 결속구(160)를 이용하여 종방향 연결부위를 압착시키는 정착단 역할을 함으로서 개거수로의 종방향 일체성을 확보하여 부등침하에 유리하도록 하는 역할도 하게 된다.

[긴장재를 이용한 부벽식 개거수로]

도 3a 및 도 3b는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로의 분해사시도 및 연결사시도를 도시한 것이다.

먼저, 도 3a와 같이 본 발명의 개거수로는 저판부(110,210)와 부벽측벽부(120,220)를 포함하는 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)의 저판부(110,210)가 서로 연결되어 설치되는 프리캐스트 제품으로 제작됨을 알 수 있다.

상기 저판부(110,210)는 서로 수평으로 연결되어 형성되도록 소정의 횡방향 폭을 가지게 되며 저판부의 외측면에 측방으로 경사진 형태의 부벽측벽부(120,220)가 형성됨을 알 수 있다.

또한 상기 부벽측벽부 하부 측면과 저판 중앙을 관통하는 정착홀(140,240)이 형성되어 있으며 이러한 정착홀에 긴장재(150)가 삽입될 수 있도록 함을 알 수 있다.

이러한 정착홀들은 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)가 서로 연결될 때 서로 연통되도록 배치된다.

이에 도 3b와 같이 서로 연결된 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)는 긴장재(150)에 의하여 서로 횡방향으로 압착되어 연결되고 있음을 알 수 있으며, 종방향으로도 복수개의 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)가 부벽에 형성된 연결홀에 삽입된 연결볼트 또는 긴장재와 같은 결속구(160)에 의하여 종방향으로 일체성을 확보하도록 연결 되고 있음을 알 수 있다.

이때 특히 도 3b에 의하면 양 부벽측벽부는 측벽부의 형성높이가 동일한 것으로서 서로 대칭형으로 형성되도록 형성될 수도 있지만 양 측벽부의 형성높이에 차이가 있는 비대칭형으로 부벽측벽부 형성 높이에 차이를 두고 형성될 수 있음을 알 수 있으며 특히 분절된 개거수로 세그먼트의 저판부 연결은 도 3a와 같이 종방향 전단키 형태로 서로 접하도록 하여 긴장재를 통해 압착되도록 하는 방식 또는 저판부를 서로 이격시켜 이격된 공간을 현장타설 모르타르로 마감하는 방식을 이용할 수 있음을 알 수 있다.

[긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 시공방법]

도 4a, 도 4b 및 도 4b는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 시공방법을 순서대로 도시한 것이다.

먼저 도 4a와 같이 개거수로가 설치되어야 지반을 터파기를 하여 개거수로가 설치된 공간을 확보하게 되는데 프리캐스트 방식으로 개거수로를 설치하기 때문에 터파기량을 최소화시킬 수 있게 된다.

이와는 별도로 공장에서는 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)를 제작하여 개거수로 현장에 반입시켜 놓게 된다.

다음으로는 도 4b와 같이 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)를 터파기된 공간에 1개씩 인양하여 2개를 서로 긴장재를 이용하여 횡방향으로 연결시켜 1개의 개거수로를 설치하되, 종방향으로 복수개의 개거수로가 서로 연결되도록 시공하게 된다.

다음으로는 도 4c와 같이 횡방향 및 종방향으로 서로 연결된 분절된 개거수로 세그먼트(100,200)에 의한 개거수로가 완성되면 복토 등을 통해 최종 개거수로(A) 시공을 마감시키게 된다.

이로서 양 부벽측벽부의 단면은 부벽의 형성 및 긴장재에 의한 프리스트레스가 작용하는 토압에 효과적으로 저항하여 단면크기를 최소화 할 수 있게 되며 종방향으로도 압착 연결될 수 있어 부등침하 및 수밀성 확보에 유리할 뿐만 아니라,

물의 통과 유속이 사다리꼴 내부 하부에서 빨라지는 형태로 설치되어 수로관 기능이 매우 강화됨을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100,200: 분절된 개거수로 세그먼트
110,210: 저판부 120,220: 부벽측벽부
130,230: 부벽 140,240: 정착홀

Claims (6)

1. 외측면에 부벽(130,230)이 형성된 경사진 부벽측벽부(120,220); 및 상기 부벽측벽부(120,220) 하부에 일체로 형성된 수평판 형태의 저판부(110,210);를 포함하여 형성되는 것으로서, 저판부들의 내측 연결측면부(C)가 수평으로 연결되어 내부공간 하부가 상부보다 작은 횡방향 폭을 가지는 사다리꼴 단면으로 형성되는 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200); 및
   상기 부벽(130,230)의 하부와 서로 수평으로 연결된 저판부(110,210)를 횡방향으로 관통하는 정착홀(140,240)에 삽입되어 양 단부가 부벽 측면에 긴장 후 정착되어 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)가 서로 횡방향으로 압착되어 연결되도록 설치되는 긴장재(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)는 종방향으로 복수개가 서로 연결되도록 하되 상기 연결은 종방향 연결부의 부벽(130,230)이 서로 접하도록 한 상태에서 상기 종방향으로 접하는 부벽을 결속구(160)를 통해 서로 연결되도록 하여 종방향으로 분절된 개거수로 세그먼트들이 서로 일체화되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 저판부(110,210)들의 내측 연결측면부(C)는 종방향 전단키에 의하여 서로 접하도록 하여 긴장재의 프리스트레스에 의하여 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 저판부들(110,210)의 내측 연결측면부(C)는 서로 이격되어 이격된 공간에 현장타설 모르타르를 타설하여 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로.
5. 지반을 터하기 하고,
   외측면에 부벽(130,230)이 형성된 경사진 부벽측벽부(120,220); 및 상기 부벽측벽부 하부에 일체로 형성된 수평판 형태의 저판부(110,210);를 포함하여 형성되는 분절된 개거수로 세그먼트 2개를 터파기된 지반에 횡방향으로 서로 연결시키되 상기 연결은 저판부(110,210)들의 내측 연결측면부(C)가 수평으로 연결되도록 하여 서로 연결된 개거수로의 내부공간 하부가 상부보다 작은 횡방향 폭을 가지는 사다리꼴 단면으로 형성되도록 하고,
   상기 부벽(130,230)의 하부와 서로 수평으로 연결된 저판부를 횡방향으로 관통하는 정착홀(140,240)에 삽입되어 양 단부가 부벽에 긴장 후 정착되어 분절된 양 개거수로 세그먼트가 서로 횡방향으로 압착되어 연결되도록 긴장재(150)를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 시공방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 분절된 양 개거수로 세그먼트(100,200)는 종방향으로 복수개가 서로 연결되도록 하되 상기 연결은 종방향 연결부의 부벽(130,230)이 서로 접하도록 한 상태에서 상기 종방향으로 접하는 부벽을 결속구(160)를 통해 서로 연결되도록 하여 종방향으로 분절된 개거수로 세그먼트들이 서로 일체화되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 이용한 부벽식 개거수로 시공방법.

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