KR101694524B1 - 항만구조물의 케이슨 - Google Patents

Abstract

최소한의 격실을 형성함과 아울러 각 격실로 채워지는 속채움재의 측압에 대하여 높은 대응력을 가지면서 동일한 다면규격에 대비하여 중량을 최소화할 수 있도록 전,후 수직벽체 사이의 양측에 볼록한 부분이 서로 마주보도록 아치형태로 형성되는 각각 측벽; 상기 아치형태의 각 측벽 사이와 전,후 수직벽체 사이에 볼록한 부분이 전,후 수직벽체를 향하도록 아치형태로 형성되는 각각의 주격벽; 상기 각 측벽과 각 주격벽 사이에 서로 교차되게 형성되는 복수의 제1 보조 수직격벽에 의해 형성되는 복수의 주격실; 및 상기 각 주격벽과 전,후 수직벽체 사이에 연결되는 제2 보조 수직격벽에 의해 서로 다른 면적을 갖도록 형성되는 보조격실;을 포함하는 항만구조물의 케이슨을 제공한다.
그에 따라 동일 단면규격 대비 중량을 경량화함과 아울러 그로 인해 더욱더 긴 길이로 제작이 가능한 효과와 함께 각 격실의 속채움재의 측압에 대한 대응력을 높이고 케이슨 제작비와 거치비를 대폭 절감할 수 있는 효과를 가진다.

Description

항만구조물의 케이슨{Port of caisson structure}

본 발명은 항만구조물의 케이슨에 관한 것으로, 더 상세하게는 양 측벽과 내부 격벽의 일부를 아치형으로 형성함에 따라 각 격실에 채워지는 속채움재의 측압에 대한 저항력을 높이고, 이로 인해 동일한 단면규격에 대비하여 내부 격실 수를 줄여 전체 중량을 감소시킴에 따라 케이슨의 제작비와 거치비를 최소화할 수 있는 구조를 가지는 항만구조물의 케이슨에 관한 것이다.

케이슨 구조물이란, 외해 입사 파랑으로부터 항내 시설물과 해변 구조물을 보호하기 위한 방파제와 호안(湖岸)축조 또는 항내 선박 접안을 위한 안벽(岸壁)축조 등에 사용되는 구조물을 통칭해서 말한다.

일반적으로 방파제 및 호안, 안벽 등의 축조는 해저면의 상태, 파랑의 세기 및 조수간만의 차이 등을 감안하여 이루어지는 데, 이에 배치되는 구조물은 설치 형상에 따라 직립제(直立堤), 경사제(傾斜堤) 또는 혼성제(混成堤), 안벽은 콘크리트 블록식, 셀식, 케이슨식, 잔교식 등으로 크게 구분될 수 있다.

상기한 항만구조물의 여러 유형 중 본원에서는 콘크리트재질로 이루어진 장방 형상의 케이슨 구조물에 대하여 설명한다.

종래 케이슨과 관련된 선행기술에는 대한민국 공개특허 제10-2011-0021235호(이한 '선행기술문헌 1'이라 한다)에 게시된 바와 같이 허니콤 구조의 셀이 형성되어 투입되는 재료 량 대비 넓은 공간을 확보할 수 있어 우수한 구조적 안정성을 얻을 수 있고, 다방향 파랑에 대한 완충 효과를 얻을 수 있도록 하기 위한 소파구조물의 케이슨 및 이를 이용한 안벽, 방파제, 호안과 같은 기술이 제안된 바 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1290330호(이하 '선행기술문헌 2'라 한다)에 게시된 바와 같이 전,후방 원형 셀에 의해 설치를 위한 수상 견인 작업 중 파손의 우려가 없고, 파압 및 속채움재의 측압에 효과적으로 저항할 수 있어 재료량을 줄일 수 있으며, 다방향 파랑에 대한 완충효과를 얻을 수 있도록 하기 위한 소파구조물의 케이슨 및 이를 이용한 안벽, 방파제, 호안과 같은 기술도 제안된 바 있다.

또, 대한민국 등록특허 제10-1386626호(이하 '선행기술문헌 3'이라 한다)에 게시된 바와 같이 전,후방으로 볼록한 기둥 형상으로 인해 작은 크기로도 내파 및 소파기능이 우수하여 재료를 절감할 수 있고, 미관상으로도 우수하면서도, 수중 동식물의 식생공간을 제공함으로써 친환경적인 소파구조물의 케이슨 및 이를 이용한 안벽, 방파제 및 호안과 같은 기술도 제안된 바 있다.

또, 대한민국 등록특허 제10-1613886호(이하 '선행기술문헌 4'라 한다)에 게시된 바와 같이 케이슨의 양측 단부의 벽체를 생략하여 벽체 개수를 줄이고 벽체를 더 얇게 구성할 수 있어 전체적인 시공비용을 절감하면서도 시공성이 좋고, 이웃하는 두 케이슨의 마주하는 부위에 형성된 오픈 셀이 서로 마주하며 형성되는 인터 셀에 사석 형태의 속채움재를 채워 이웃하는 케이슨을 플렉시블하게 인터록킹 함에 따라 파랑이나 지반의 부등침하에도 불구하고 인터록킹 부위의 파손을 방지함과 아울러 시공 후에 뿐만 아니라 시공 과정에서도 이웃하는 케이슨을 서로 인터록킹 함으로써, 시공 과정에서도 항만구조물의 안정성을 확보할 수 있는 오픈셀 케이슨, 그 구조물 및 시공 방법과 같은 기술도 제안된 바 있다.

대한민국 공개특허 제10-2011-0021235호 대한민국 등록특허 제10-1290330호 대한민국 등록특허 제10-1386626호 대한민국 등록특허 제10-1613886호

그러나 선행기술문헌 1은 많은 격실로 인해 제조비용이 과다하게 소요되는 단점과 함께 특히, 많은 수직 격벽으로 인해 케이슨의 중량 또한 상당히 무거운 단점을 가진다.

선행기술문헌 2 및 3은 전,후 원형 셀 사이에 형성되는 중앙 셀 부분의 양 측면이 속채움재에 의해 가해지는 측압에 취약한 단점을 가진다.

선행기술문헌 4는 오픈 셀 사이의 격실 또한 많은 갯 수로 형성됨에 따라 제작이 번거롭고 제작비용이 고가일 뿐만 아니라 오픈 셀 사이에도 속채움재를 채워 보강할 경우 오셀 부분의 양측 끝단부 수직벽체에 속채움재에 의한 측압이 대폭 증가되어 외측 격벽이 취약한 단점을 가진다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 해결과제는 양 측벽과 내부의 전,후 주 격벽을 아치형으로 형성함에 따라 각 격실에 채워지는 속채움재의 측압에 대해 높은 대응력을 가지면서 동일한 케이슨 단면규격에 대비하여 내부 격실 수를 최대한 줄여 전체 중량을 감소시킬 수 있도록 한 항만구조물의 케이슨을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 해결과제는 외래 입사 파랑에 의해 전면 수직벽체에 작용하는 파력 및 속채움재에 따른 측압에 대한 대응력을 극대화함은 물론 케이슨 제작비와 거치비를 대폭 절감할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 해결과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 항만구조물의 케이슨으로서, 상기 케이슨은 전,후 수직벽체 사이의 양측에 볼록한 부분이 서로 마주보도록 아치형태로 형성되는 각각의 측벽; 상기 아치형태의 각 측벽 사이와 전,후 수직벽체 사이에 볼록한 부분이 전,후 수직벽체를 향하도록 아치형태로 형성되는 각각의 주격벽; 상기 각 측벽과 각 주격벽 사이에 서로 교차되게 형성되는 복수의 제1 보조 수직격벽에 의해 형성되는 복수의 주격실; 및 상기 각 주격벽과 전,후 수직벽체 사이에 연결되는 제2 보조 수직격벽에 의해 서로 다른 면적을 갖도록 형성되는 보조격실;을 포함한다.

상기 아치형태의 주격벽 곡률반경은 아치형태의 측벽 곡률반경보다 크게 형성된다.

상기 주격벽의 폭은 제1,2 보조 수직격벽의 폭 보다 더 넓은 폭으로 형성된다.

상기 제2 보조 수직격벽은 전,후 방향으로 나란하게 형성되는 복수의 평행 수직격벽, 및 상기 전,후 수직벽체와 주격벽 사이에 사선방향으로 형성되는 각각의 사선 수직격벽으로 형성된다.

상기 아치형태의 각 측벽 양단과 전,후 수직격벽의 양 끝단 사이에는 각 케이슨의 양 측단 전후가 서로 맞닿아 접촉되도록 형성되는 각각의 수직 접촉면을 포함한다.

본 발명은 양 측벽과 내부의 전후 주격벽을 아치형으로 형성함에 따라 최소한의 격실을 형성함과 아울러 각 격실로 채워지는 속채움재의 측압에 대하여 높은 대응력을 가지면서 동일한 단면규격에 대비 중량을 최소화하여 경량화함으로써, 케이슨의 제작길이를 더 길게 연장할 수 있는 효과를 가질 수 있어, 케이슨 제작비 및 거치비용을 대폭 줄일 수 있는 효과를 가진다.

또한, 파랑에 대하여 내부 각 격벽이 더욱더 높은 대응력을 가짐은 물론 속채움재에 의한 측압에 대한 대응력을 증대시킴으로써, 케이슨 구조물의 내구성, 안정성, 경제성을 극대화할 수 있는 효과도 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 사시도,
도 2는 도 1에 따른 평면도,
도 3은 본 발명이 설치된 상태의 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 사시도이며, 도 2는 도 1에 따른 평면도이고, 도 3은 본 발명이 설치된 상태의 평면도이다.

도시된 바와 같이 항만구조물의 케이슨(1)은 해저면에 공지된 방식에 의해 시공된 기초층의 상부에 설치되어 파랑의 에너지를 차단시켜 항내 또는 해변 구조물을 보호하기 위하여 설치된다.

본 발명은 양 측벽과 내부의 전,후 주격벽을 아치형으로 형성함에 따라 최소한의 격실을 형성함과 아울러 각 격실로 채워지는 속채움재의 측압에 대하여 높은 대응력을 가지면서 동일한 규격에 대비하여 중량을 줄여 케이슨 제작비 및 거치비를 최소화할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명에 따른 상기 케이슨(1)은 전,후 수직벽체(12)(12A) 사이의 양측에 볼록한 부분이 서로 마주보도록 아치형태로 형성되는 각각 측벽(10)과; 상기 아치형태의 각 측벽(10) 사이와 전,후 수직벽체(12)(12A) 사이에 볼록한 부분이 전,후 수직벽체(12)(12A)를 향하도록 아치형태로 형성되는 각각의 주격벽(20)과; 상기 각 측벽(10)과 각 주격벽(20) 사이에 서로 교차되게 형성되는 복수의 제1 보조 수직격벽(32)에 의해 형성되는 복수의 주격실(30); 및 상기 각 주격벽(20)과 전,후 수직벽체(12)(12A) 사이에 연결되는 제2 보조 수직격벽(42)에 의해 서로 다른 면적을 갖도록 형성되는 보조격실(40);을 포함한다.

아치형태의 주격벽(20) 곡률반경은 아치형태의 측벽(10) 곡률반경보다 크게 형성된다. 즉, 케이슨의 전체적인 단면 형상은 대부분 폭에 비해 길이 방향의 길이가 긴 직육면체 형태로 제작됨에 따라 주격벽 곡률반경이 큰 것이 바람직하다. 또한, 주격벽 곡률반경을 크게 함에 따라 제2 보조격실의 전체적인 단면적을 줄일 수 있는 조건을 갖는 것으로, 즉 전,후 수직벽체와 가깝게 형성됨에 따라 보조격실의 단면적을 줄일 수 있어, 속채움재에 의한 측압을 최소화할 수 있다.

아치형태로 볼록한 부분이 서로 마주보게 형성되는 측벽(10)에 의해 주격실(30)로 채워지는 속채움재에 의해 발생하는 양측 측방향의 측압에 대해 높은 대응력을 가짐에 따라 제1 보조 수직벽체(32)가 손상됨을 최소화한다. 즉, 아치형태의 측벽의 볼록한 부분이 주격실 측으로 서로 마주보게 형성됨에 따라 주격실 내에 채워진 속채움재의 측방향으로 발생하는 측압을 고르게 분산시켜 측벽의 손상을 최소화할 수 있는 것이다.

또, 상기 아치형태의 측벽(10)이 서로 맞닿도록 케이슨(1)을 연결할 경우에는 그 측벽(10)과 측벽(10) 사이에는 공간(S)이 형성되는 데, 이때 이 공간(S)으로 속채움재를 채울 수 있을 뿐만 아니라 속채움재에 의한 측압이 대폭 증가되더라도 아치구조의 특성상 측벽 양 끝단부 외측벽의 대응력이 커져 벽체의 취약한 단점을 해소할 수 있음은 물론 굳이 속채움재를 채우지 않고 해수를 채워도 무관하며, 상기 공간에 속채움재를 채울 경우에는 케이슨이 더 큰 안정성을 확보할 수 있다.

아울러, 주격벽(20) 또한 전,후 수직벽체(12)(12A)의 전,후 방향을 향하여 아치형태로 형성됨에 따라 주격실(30) 내로 채워진 속채움재에서 발생하는 측압을 방사상으로 고르게 분산시켜 전,후 방향으로 발생하는 측압에 대한 대응력이 대폭 커질 수 있는 것이다.

또, 제2 보조 수직격벽의 폭을 좁게 형성함에 따라 케이슨 전,후 수직벽체에 작용하는 측압을 최대한 줄일 수 있는 조건도 가진다.

또한, 상기 제2 보조 수직격벽(42)은 전,후 방향으로 나란하게 형성되는 복수의 평행 수직격벽(42A)과, 상기 전,후 수직벽체(12)(12A)와 주격벽(20) 사이에 사선방향으로 형성되는 각각의 사선 수직격벽(42B)으로 형성되어 주격벽(20)에서 고르게 분산되는 측압에 대해 더욱더 높은 대응력을 가질 수 있는 것이다. 그로 인해 주격벽 및 제2 보조 수직격벽이 속채움재에 의한 측압에 의해 전,후 수직벽체가 손상되는 것을 극소화할 수 있는 것이다.

그리고 상기 제2 보조 수직격벽(42)은 주격실(30)과의 평행 수직격벽(42A)과 사선 수직격벽(42B)으로 형성됨에 따라 각 보조격실(40)의 면적이 서로 다르게, 즉 규격이 서로 다르게 형성된다.

즉, 아치형태의 주격벽(20)의 볼록한 부분과 전,후 수직벽체(12)(12A) 사이의 팽생 수직격벽(42A) 사이의 보조격실(40)의 길이는 길고 폭은 좁고, 사선 수직격벽(42B)이 위치한 주격벽(20)과 전,후 수직벽체(12)(12A) 사이의 보조격실(40)의 길이는 짧고 폭은 넓게 형성되어 있으나 각 보조격실 간의 각각의 단면적은 비슷하게 배치된다. 이는 제2 보조격실 각각의 단면적에 의한 측압을 최적화할 수 있는 조건을 구비하는 것이다. 즉, 속채움재의 측압은 단면적이 크면 커지므로 단면적을 비슷하게 형성함으로써, 전,후 수직벽체(12)(12A)에 작용하는 측압을 균등하게 분포시켜 벽체의 손상을 최소화할 수 있다.

특히, 본 발명은 양 측벽을 아치형태로, 내부의 주격벽 또한 아치형태로 형성함으로 인해, 케이슨 내부의 격실 수를 최소화할 수 있는 조건을 가지며, 이는 최소한의 격벽 형성으로 인해 케이슨의 전체적인 중량을 대폭 감소시켜 케이슨 제작비를 줄일 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 동일한 단면 규격에 대비하여 중량이 감소됨에 따라 길이 방향으로의 길이를 더욱더 늘릴 수 있는 부수적인 조건을 가져, 구조물 시공에 따라 설치되는 케이슨의 전체적인 거치함수도 줄일 수 있는 조건 또한 가질 수 있다.

한편, 상기 아치형태의 각 측벽(10) 양단과 전,후 수직격벽(12)(12A)의 양 끝단 사이에는 각 케이슨(1)의 양 측단 전후가 서로 맞닿아 접촉되도록 형성되는 각각의 수직 접촉면(50)을 포함한다.

그로 인해 케이슨과 케이슨이 더욱더 긴밀하게 밀착되게 시공할 수 있는 조건을 가진다. 또, 상기 각 측벽 사이에 형성되는 공간에는 필요에 따라 속채움재를 채움에 따라 케이슨 구조물에 대한 안정성을 더욱더 높일 수 있다.

그리고 상기 케이스의 양 측단 전후가 맞닿는 부분에는 도시하지 않았지만 공지된 방식에 의해 서로 연결 고정될 수 있는 통상의 브래킷이나 돌기와 홈 등과 같은 연결수단을 통해 연결 고정하는 것이 바람직하다.

이로써, 본 발명의 케이슨은 서로 마주보는 아치형태의 측벽과 내부의 전,후 방향으로 위치하는 아치형태의 주격벽에 의하여 각 격실로 채원지는 속채움재에 의한 측압에 대하여 높은 대응력을 가져 각 격벽이 측압으로 인한 손상됨을 최소화할 수 있다.

또한, 최소한의 격실 구조 인해 케이슨의 전체적인 중량을 경감함으로써, 제작비를 절감하고 동일규격에 비하여 더 길게 제작이 이루어질 수 있어, 케이슨 거치 갯 수를 줄일 수 있어 이에 따란 운반이나 거치 비용을 최소화할 수 있는 조건도 가진다.

1 : 케이슨
10 : 측벽 12 : 전 수직벽체
12A : 후 수직벽체 20 : 주격벽
30 : 주격실 32 : 제1 보조 수직격벽
40 : 보조격실 42 : 제2 보조 수직격벽
42A : 평행 수직격벽 42B : 사선 수직격벽
50 : 수직 접촉면

Claims (5)

1. 항만구조물의 케이슨으로서,
   상기 케이슨은 전,후 수직벽체 사이의 양측에 볼록한 부분이 서로 마주보도록 아치형태로 형성되는 각각의 측벽;
   상기 아치형태의 각 측벽 사이와 전,후 수직벽체 사이에 볼록한 부분이 전,후 수직벽체를 향하도록 아치형태로 형성되는 각각의 주격벽;
   상기 각 측벽과 각 주격벽 사이에 서로 교차되게 형성되는 복수의 제1 보조 수직격벽에 의해 형성되는 복수의 주격실; 및
   상기 각 주격벽과 전,후 수직벽체 사이에 연결되는 제2 보조 수직격벽에 의해 서로 다른 면적을 갖도록 형성되는 보조격실;을 포함하는 것을 특징으로 하는 항만구조물의 케이슨.
2. 제1항에 있어서,
   상기 아치형태의 주격벽 곡률반경은 아치형태의 측벽 곡률반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 항만구조물의 케이슨.
3. 제1항에 있어서,
   상기 주격벽의 폭은 제1,2 보조 수직격벽의 폭 보다 더 넓은 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 항만구조물의 케이슨.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 보조 수직격벽은 전,후 방향으로 나란하게 형성되는 복수의 평행 수직격벽, 및 상기 전,후 수직벽체와 주격벽 사이에 사선방향으로 형성되는 각각의 사선 수직격벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 항만구조물의 케이슨.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 아치형태의 각 측벽 양단과 전,후 수직격벽의 양 끝단 사이에는 각 케이슨의 양 측단 전후가 서로 맞닿아 접촉되도록 형성되는 각각의 수직 접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 항만구조물의 케이슨.
   

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