KR101362918B1 - 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물 - Google Patents

육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물에 관한 것으로, 육상측의 토압(뒷채움부를 통하는 직간접적인 토압)을 분산 및 지반과의 마찰력 증대를 통해 토압에 대항하는 저항 모멘트를 증대함으로써 케이슨 및 항만 시설물의 안전성을 확보함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨은, 마찰력 증대를 위하여 상하로 관통하는 홀이 구비된 바닥부와; 상기 바닥부의 해양측 상부에 일정 높이이면서 다수의 격벽을 통해 내부에 다수의 채움실이 구비되고 다수의 통공이 형성되는 벽체와; 상기 바닥부의 상부이면서 상기 벽체의 육상측을 향하는 면에 형성되며 육상측의 토압을 분산하는 토압 분산부를 포함하여 구성된다. 상기 토압 분산부는, 상기 벽체에 대해 직각을 벗어나도록 법선 방향으로 경사지는 토압분산면(13a)이 형성되는 한편 내부에 하나 이상의 격벽을 통해 채움재가 채워지는 다수의 채움실(13b)이 구비된 토압 분산 강화형 벽체(130)이며, 이에 의하여 상기 법선 방향의 토압분산면에 의해 수평방향의 토압을 자중방향으로 합성하여 분산하는 한편 이웃하는 케이슨과의 인터로킹을 발생하도록 구성된다. 또는 상기 토압 분산부는 상기 벽체의 중앙에 상기 육상측을 향해 돌출 형성되며 내부에 하나 이상의 격벽을 통해 채움재가 채워지는 다수의 채움실이 구비되는 부벽 강화형 벽체(130)일 수 있다. 또는 상기 토압 분산부는 상부는 상기 벽체에 연결되는 한편 하부는 상기 바닥부에 연결되어 상기 벽체에 대해 하부로 가면서 단면적이 넓어지되 상호 간에 공간(233)을 사이에 두고 형성되는 다수개의 토압 분산벽(231)으로 이루어진다.

Description

육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물{CAISSON WITH SOIL PRESSURE DISPERSEDAND FRICTION INCREASED, AND HARBOR FACILITIES}
본 발명은 케이슨에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 육상측의 토압(뒷채움부를 통하는 직간접적인 토압)을 분산 및 지반과의 마찰력 증대를 통해 토압에 대항하는 저항 모멘트를 증대함으로써 케이슨 및 항만 시설물(안벽, 선박의 접안시설 등)의 안전성을 확보할 수 있는 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물에 관한 것이다.
케이슨이란 상자 형태로 제작된 콘크리트 구조물로서, 일반적으로 중력식 안벽, 접안시설 등의 항만의 중요 시설을 제작하는데 주로 사용된다.
접안시설과 중력식 안벽 등 항만 시설물은 최근 선박의 대형화에 대응하여 점차 대형화될 것을 요구하고 있으나, 이 역시 경제적 비용에 한계가 있어, 선박의 대형화에 따른 항만 물류 조건 변화에 적절히 부합하고 있지 못하는 것이 현실이다.
이와 같이, 중력식 안벽 등의 항만의 중요 시설의 대형화가 필요한 현시점에서, 이들을 제작하는데 주로 사용되는 케이슨의 자중을 줄이면서도 향상된 구조적 안정성을 확보하는 방안에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
참고로 도 12에서 보이는 것처럼, 중력식 안벽의 경우 설계외력은 토압, 잔류수압, 상재하중 등으로 구분되고, 토압이 주하중으로 작용한다. 또한 저항력은 자중과 저면마찰저항이며 전도는 자중의 저항모멘트이다.
종래 기술에 의한 케이슨은 대개 내부에 채움재가 채워지는 박스형 콘크리트구조물로서 파랑에너지를 감쇄하는 기술들이 대부분이다.
그러나, 케이슨은 육상측이 뒷채움되면서 항만 시설물을 구축하는 데, 육상측으로부터 가해지는 토압에 의해 전도 모멘트가 크게 작용하기 때문에 케이슨 및 케이슨을 이용한 항만 시설물의 전도와 밀림이 발생되는 문제점이 있다.
등록특허 제10-1043685호 등록특허 제10-0622804호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 육상측의 토압(뒷채움부를 통하는 직간접적인 토압)을 분산 및 지반과의 마찰력 증대를 통해 토압에 대항하는 저항 모멘트를 증대함으로써 케이슨 및 항만 시설물의 안전성을 확보할 수 있는 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨은, 바닥부와; 상기 바닥부의 해양측 상부에 일정 높이이면서 다수의 격벽을 통해 내부에 다수의 채움실이 구비되고 다수의 통공이 형성되는 벽체와; 상기 바닥부의 상부이면서 상기 벽체의 육상측을 향하는 면에 형성되며 육상측의 토압을 분산하는 토압 분산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 토압 분산부는 상기 벽체에 대해 직각을 벗어나도록 법선 방향으로 경사지는 토압분산면이 형성되고, 이에 의하여 상기 법선 방향의 토압분산면에 의해 수평방향의 토압을 자중방향으로 합성하여 분산하는 한편 이웃하는 케이슨과의 인터로킹을 발생하도록 구성된다.
또는 상기 토압 분산부는 상기 벽체의 중앙에 상기 육상측을 향해 돌출 형성되며 내부에 하나 이상의 격벽을 통해 채움재가 채워지는 다수의 채움실이 구비되는 부벽형 토압 분산부로 구성될 수 있다.
또는 상기 토압 분산부는 상부는 상기 벽체에 연결되는 한편 하부는 상기 바닥부에 연결되어 상기 벽체에 대해 하부로 가면서 단면적이 넓어지되 상호 간에 공간을 사이에 두고 형성되는 다수개의 토압 분산벽에 의해 이루어진다.
본 발명에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물에 의하면, 실시예 1의 경우 법선방향의 토압분산면을 통해 토압을 분산 및 케이슨들의 인터로킹을 유도하여 케이슨에 의한 항만 시설물의 저항 모멘트가 커지게 되므로 항만 시설물의 안정성을 확보할 수 있다.
그리고, 실시예 2의 경우 부벽형 토압 분산부를 통해 케이슨 및 항만 시설물의 전도와 좌굴 등을 방지할 수 있으므로 항만 시설물의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 실시예 3의 경우 케이슨과 뒷채움부 및 지반을 일체로 합성하면서 마찰력을 증대하여 구조적으로 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 전방 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 시공 상태도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨을 이용한 항만 시설물의 시공 상태 측면도.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 전방 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 후방 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨을 이용한 항만 시설물의 시공 상태 측면도.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 전방 사시도.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 후방 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨을 이용한 항만 시설물의 시공 상태 측면도.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨과 종래 장방형 케이슨의 토압 및 활동방향을 비교하기 위한 도면.
도 12는 중력식 안벽의 개념을 보인 도면.
<실시예 1>
도 1 내지 도 4에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 따른 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨(10)은, 바닥부(11)와; 바닥부(11) 상부에 해양측을 향하도록 형성되는 벽체(12), 바닥부(11) 상부에 육상측을 향하도록 형성되는 토압 분산 강화형 벽체(13)로 구성되며, 바닥부(11)와 벽체(12) 및 토압 분산 강화형 벽체(13)는 일체형으로 콘크리트 타설되어 이루어지고, 물론 하나 이상이 단품으로 제작되어 다른 것과 결합되는 구성도 가능하다.
바닥부(11)는 해저 노면(또는 케이슨의 시공을 위하여 조성된 기초면)에 중력식으로 안착되어 자중에 의해 정착된다.
바닥부(11)는 마찰력을 증대하여 케이슨(10) 및 항만 시설물이 붕괴되지 않도록 홀이 구비될 수 있다. 즉 저항력은 자중과 마찰력에 의한 값이므로 홀을 통해 마찰계수를 증대함으로써 저항모멘트를 크게 할 수 있다.
벽체(12)는 바닥부(11)의 상부에 형성되는데, 바닥부(11)의 모든 부분을 점유하지 않고 일부분만 점유하며 왜냐하면 바닥부(11) 위에 벽체(12)와 토압 분산 강화형 벽체(13)가 함께 구성되기 때문이다.
벽체(12)는 바닥부(11)의 해양측 상부에 일정 높이로 형성되며 내부에 채움재(채움재는 모래 등 케이슨의 채움재로 사용 가능한 모든 것이 사용 가능하다)가 채워지는 다수의 채움실(12a)이 구비된다.
벽체(12)는 전면부에 수압 분산 등을 위한 다수의 통공(12b)이 형성된다.
벽체(12)의 구조는 바닥부(11) 위에 전후로 일정 간격을 두고 세워지는 전면벽(12c)과 후면벽(12d), 전면벽(12c)과 후면벽(12d)의 좌우 양측을 연결하는 측벽(12e), 전면벽(12c)과 후면벽(12d) 및 2개의 측벽(12e)에 의해 이루어진 박스 안에 일정 간격을 두고 형성되어 채움실(12a)을 형성하는 격벽(12f)으로 구성된다.
도면에 도시되지는 않았지만, 벽체(12)의 측벽(12e)에는 수압 분산을 위한 퉁공이 구비될 수 있다.
전면벽(12c)의 전면(해양측 면)에는 선박의 접안시 선박의 충돌로 인한 파손방지를 위하여 돌출형의 펜더 설치부(12g)가 구비될 수 있다. 펜더 설치부(12g)[둘레부가 통공(12b)을 향해 하향 경사]는 통공(12b)과 연계하도록 통공(12b)에 근접되도록 형성되어 해수를 통공(12b)으로 유도하는 기능을 겸할 수도 있다.
토압 분산 강화형 벽체(13)는 벽체(12)에 대해 직각을 벗어나도록 법선 방향으로 경사지는 토압분산면(13a)이 구비된다.
토압 분산 강화형 벽체(13)는 토압분산면(13a)을 갖는 모든 구조가 가능하며, 예를 들어 도면에 도시된 것처럼, 다수의 채움실(13b)이 구비될 수 있다.
토압 분산 강화형 벽체(13)는 일측으로만 경사진 토압분산면(13a)을 갖기 때문에 벽체(12)의 측벽(12e)에서 전면벽(12c)에 대해 직각으로 연장되는 직각부(13c)가 형성되며, 즉, 평면에서 볼 때 직각 삼각형의 형태로 형성된다.
토압 분산 강화형 벽체(13)의 채움실(13b)은 사각형과 삼각형의 조합으로 구성될 수 있다.
도 11을 참고하여 토압 분산 강화형 벽체(13)의 작용을 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 11은 종래 장방형 케이슨(1)과 본 실시예의 케이슨(10)을 비교한 도면으로서, 종래 장방형 케이슨(1)에 작용하는 토압의 합력은 (P×L)이며, 본 실시예에 작용하는 토압(P×L1 + P×L2)로 수평방향은 동일하지만, {P×L2)의 합력이 법선방향으로 작용하여 분산할 수 있다. 즉 법선직각방향과 법선방향의 분력생성으로 활동방향은 합력방향이 되고 분력이 법선방향으로 발생하며, 이와 같이 케이슨(10)에 작용하는 외력의 합력이 법선방향으로 작용함에 따라 인근 케이슨간 인터로킹이 발생되어 외적 안정성을 증대할 수 있다.
본 실시예에 의한 토압 분산 강화형 벽체(13)에 따르면 자재의 양이 감소되어 경제적이며 수평방향의 토압을 토압분산면(13a)에 의해 법선방향으로 작용토록 함으로써 이웃하는 케이슨(10)과 인터로킹을 발생하여 케이슨(10)들의 결속력을 증대하는 효과를 도출한다.
도 4에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨을 이용한 항만 시설물은, 다수개가 해상과 육상을 구획하는 방향으로 1열 이상으로 배열되면서 인터로킹되는 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨(10), 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨(10)의 상부에 결합되는 덮개블록(20)으로 이루어지는 전면부와; 상기 전면부의 육상측에 채움되는 뒷채움부(30)로 이루어지고, 뒷채움부(30)의 노면에는 포장층이 형성될 수 있다. 덮개블록(20)은 케이슨(10)의 상부를 덮는 판형의 덮음부(21) 및 덮음부(21)의 해상측 단부에 덮음부(21)보다 높게 돌출되는 헤드부(22)로 구성될 수 있으며, 헤드부(22)의 후방도 뒷채움된다. 덮음부(21)는 토압 분산 강화형 벽체(13)의 단면과 동일하여 토압 분산 강화형 벽체(13)의 상부를 개방할 수도 있고, 토압 분산 강화형 벽체(13)의 상부를 막는 사각 단면으로 형성될 수도 있다.
뒷채움부(30)는 케이슨(10)의 육상측에서부터 예를 들어 사다리꼴 단면의 뒷채움석층 - 필터사석층 - 필터매트층 - 뒷채움토사층 등으로 이루어지며, 물론 뒷채움부(30)는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 실시 가능하다.
<실시예 2>
도 5 내지 도 7에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨(100)은, 실시예 1과 동일한 바닥부(110)와 벽체(120)로 구성되고 부벽 강화형 벽체(130)에 차이점이 있다.
부벽 강화형 벽체(130)는 벽체(120)의 중앙에 육상측[뒷채움부(140) 측]을 향해 돌출 형성된다.
본 실시예는 부벽 강화형 벽체(130)를 중심으로 하는 좌우 양측을 통해 저면 마찰력이 증대되는 효과(토압 분산도 가능)를 도출하며, 아울러 부벽 강화형 벽체(130) 및 좌우 양측에 채움되는 뒷채움재를 통해 좌굴도 막을 수 있다.
부벽 강화형 벽체(130)는 내부에 채움재가 채워지는 하나 이상의 채움실(131)이 구비된 구조로 구성되어 보다 우수한 안전성을 확보할 수 있다.
부벽 강화형 벽체(130)는 벽체(120)와 직각으로 형성되는 것으로 한정되지 않고, 부벽 강화형 벽체(130)의 자유단부쪽에서 벽체(120)쪽으로 가면서 벌어지는 방향으로 경사질 수도 있다.
채움실(131)은 하나 이상이 가능하며, 격실(132)을 통해 2개 이상으로 구성될 수도 있다.
본 실시예는 부벽 강화형 벽체(130)의 좌우 양측에 각각 부벽 강화형 벽체(130)보다 낮은 높이로 세워지며 내부에 채움재가 채워지는 상부 개방형 박스 형태의 보강 격실(133)이 추가로 구성될 수 있다.
보강 격실(133)에는 채움재가 채워지게 되고, 따라서 보강 격실(133) 부분에서도 토압에 대항하는 저항 모멘트가 발생되어 보다 안전성을 확보할 수 있다.
본 실시예에서 바닥부(110)는 보강 격실(133)과 대응하는 부분에만 홀이 형성되어 마찰력을 증대할 수 있고, 벽체(120) 및 부벽 강화형 벽체(130)와 대응하는 부분은 홀이 없는 폐쇄 구조일 수 있다.
도면 중 미설명 부호 150은 덮개블록이며, 뒷채움부(140)와 덮개블록(150)은 전술한 실시예 1과 동일하므로 구체적인 설명을 생략하고, 본 실시예의 케이슨(100)을 이용하는 항만 시설물도 실시예 1과 동일하게 적용되는 것이므로 구체적인 설명을 생략한다.
<실시예 3>
도 8 내지 도 10에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨(200)은 은, 실시예 1,2의 바닥부 및 벽체와 동일한 구성의 바닥부(210) 및 벽체(220)가 구성되며, 본 실시예에 의한 사석채움부(230)를 포함한다. 사석채움부(230)는 상부가 벽체(220)에 연결되는 한편 하부는 바닥부(210)에 연결되어 벽체(220)에 대해 하부로 가면서 단면적이 넓어지는 다수(도면에는 4개로 도시됨)의 벽체 강화벽(231)으로 이루어진 제형 케이슨이다.
벽체 강화벽(231)은 저부로 가면서 단면적이 커짐에 따라 심도가 깊어질수록 커지는 토압에 대응하는 저항모멘트를 발생하는 특징이 있다.
벽체 강화벽(231)은 상호 간에 일정 간격을 두고 이격되어 이들 사이에 뒷채움재가 채워지는 공간(233)을 조성하며, 또한, 벽체 강화벽(231)은 각각 통공(232)이 구비되어 벽체 강화벽(231)들 사이의 공간(233)을 일체로 합성함으로써 토압에 대항하는 저항 모멘트를 증대할 수 있다.
바닥부(210)는 토압 분산벽 벽체 강화벽(231)들 사이의 공간(233)과 통하는 홀이 형성되어 역시 마찰력을 증대할 수 있다.
도면 중 미설명 부호 240은 뒷채움부, 250은 덮개블록이며, 이는 전술한 실시예 1,2를 통해 확인될 수 있는 것이므로 구체적인 설명을 생략한다.
10,100,200 : 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨
11,110,210 : 바닥부, 12,120,220 : 벽체
13 : 토압 분산 강화형 벽체
130 : 부벽 강화형 벽체, 230 : 사석채움부
231 : 벽체 강화벽,
20,150,250 : 덮개블록, 30,140,240 : 뒷채움부

Claims (6)

  1. 마찰력 증대를 위하여 상하로 관통하는 홀이 구비된 바닥부와;
    상기 바닥부의 해양측 상부에 일정 높이이면서 다수의 격벽을 통해 내부에 다수의 채움실이 구비되고 다수의 통공이 형성되는 벽체와;
    상기 바닥부의 상부이면서 상기 벽체의 육상측을 향하는 면에 형성되며 육상측의 토압을 분산하는 토압 분산부를 포함하고,
    상기 토압 분산부는, 상기 벽체에 대해 직각을 벗어나도록 법선 방향으로 경사지는 토압분산면(13a)이 형성되는 한편 내부에 하나 이상의 격벽을 통해 채움재가 채워지는 다수의 채움실(13b)이 구비된 토압 분산 강화형 벽체(13)이며, 이에 의하여 상기 법선 방향의 토압분산면에 의해 수평방향의 토압을 자중방향으로 합성하여 분산하는 한편 이웃하는 케이슨과의 인터로킹을 발생하는 것을 특징으로 하는 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 다수개가 해상과 육상을 구획하는 방향으로 1열 이상으로 배열되면서 인터로킹되는 청구항 1에 의한 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨, 상기 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨의 상부에 결합되는 덮개블록으로 이루어지는 전면부와;
    상기 전면부의 육상측에 채움되는 뒷채움부와;
    상기 뒷채움부의 상면에 포장되는 노면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨을 이용한 항만 시설물.
KR1020130092165A 2013-08-02 2013-08-02 육상측 토압 분산 및 저면마찰 증대형 케이슨 및 이를 이용한 항만 시설물 KR101362918B1 (ko)

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