KR101820335B1 - 수류 에너지 감쇄를 통한 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 수중 구조물(10) 인근의 수중 저면부(c)의 세굴을 방지하기 위한 세굴방지 장치에 있어서, 상기 수중 구조물(10)의 표면을 따라 하향 침전되는 하강류(a)를 차단하는 상부캡(100); 및 상기 수중 구조물(10)을 향한 수평류(b)의 유속을 저감시키기 위한 스크린 부재(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치가 제공된다.

Description

수류 에너지 감쇄를 통한 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법{Structure of Preventing Water Stream Tunnel of Underwater Fabric}

본 발명은 토목분야에 관한 것으로서, 수중 구조물과 수중 저면의 밀착부에서 발생되는 세굴 현상의 발생을 방지하기 위한 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법에 관한 것이다.

세굴(洗掘)현상이란 흐르는 물의 작용으로 인해 하상 또는 제방의 흙이 유실되는 침식작용을 말한다.

해상에 설치되는 잔교, 자켓, 선박접이안, 해상풍력 발전장치 등의 해상구조물의 하부는 수중 저면에 인입되어 있다. 또한 일반 하천의 교량 하부 역시 수중 저면에 인입되어 기초를 형성한다. 이러한 수중 저면 부근의 수중 구조물의 설치로 인하여 인근 하상에는 와류가 형성되게 되는데 이러한 와류 현상으로 인하여 세굴현상이 발생되게 된다.

본 발명은 수중 구조물의 주위에서 발생하는 세굴을 방지하는 구조물에 관한 발명으로서, 특히 수중 구조물과 일체로 구성되는 일체형 세굴방지용 구조물에 관한 것이다.

도 1은 도시한 바와 같이 세굴형성 원인의 개념도로서 이를 참조하면, 수중 구조물에서 국부세굴을 일으키는 근본적 원인은 하상(3)에서의 와류의 형성인 바, 수중 구조물주위에서 발생하는 와류 중에서 수중 구조물(6)의 전면에서 발생하여 하강류(downflow)(2)에 의해 발생되는 와류를 말굽형 와류 (horseshoe vortex)(7)라 하고 수중 구조물(6)의 직하류에서 발생되는 와류를 후류형 와류(wake vortex)(4)라 한다.

세굴은 기초부로 유입되는 퇴사량보다 제거량이 큰 경우 발생하게 되며 시간이 지남에 따라 점차 세굴공(scour hole)(5)과 수중 구조물 전면의 세굴심이 증가하게 되어 수중 구조물을 파손시킬 뿐만 아니라 하상토와 수중 구조물과의 마찰력이 떨어지면서 수중 구조물 붕괴의 원인이 되고 있다.

이 와류계의 구조는 세 가지 기본계인 말굽형 와류(horseshoe vortex)(7) 및 후류형 와류(wake vortek)(4) 그리고 트레일링 와류(trailing vortek) 현상으로 구분되며 이들 와류의 현상이 전부 혹은 한 두가지 현상으로 구성된다.

종래의 수중 구조물 또는 기초를 세굴로 부터 보호하는 방법에는 세굴에 대한 하상물질의 저항력을 증가시키는 방법과 하상물질을 세굴시키는 하강류와 말굽형 와류와 같은 세굴 유발요인의 능력을 감소시키는 방법이 있다.

첫 번째 방법은 수중 구조물주위 하상에 큰 입경의 재료나 사석, 데트라포드(tetrapod), 케이블블록 등과 같은 보호층을 부설하는 방법이며, 두 번째 방법은 수중 구조물상류에 수중 구조물보호 장치를 설치하는 것과 수중 구조물전면에 부착되는 방지판이나 기초의 상판을 상류로 연장하거나 원환을 바닥 또는 바닥부근에서 수중 구조물에 부착시키는 방법이다.

하강류를 차단하는 방법 중 수중 구조물의 상류부에 방지시설물을 설치하는 경우 수중 구조물 상류부의 방지시설물의 수가 많게 되면 하천의 단면을 수축시켜 단면축소세굴의 발달이 예측되어 세굴을 감소시키기 보다는 증가시키는 인자가 되며, 특히 국내의 경우 통상 홍수기에는 단기간에 많은 집중호우로 인해 수위가 급상승하고 수량이 증가하여 대부분의 방지 시설물이 유실됨을 거듭하고 있는 바 유실된 방지 시설물을 보충하기 위해서는 보수공사에 투입되는 비용에 따른 경제적 손실이 매우 큰 것이 문제점이다.

또한 홍수 시에 떠내려 오는 유송잡물이 방지 시설물에 포집되어 방지 시설물이 파괴되거나 제 기능을 수행하지 못하는 문제점이 있어 왔다.

본 발명은 상술된 종래의 수중 구조물의 세굴방지 장치에 있어 발생되는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수중 저면부에서 발생되는 세굴 현상의 발생을 방지하기 위한 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 설치 및 관리가 용이한 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 홍수 등의 이유로 수중 유속이 빨라지거나 유송잡물이 떠내려오는 경우 세굴방지 장치의 높이를 조절하여 세굴방지 장치의 파손이나 유실을 방지할 수 있도록 하는 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수중 구조물(10) 인근의 수중 저면부(c)의 세굴을 방지하기 위한 세굴방지 장치에 있어서, 상기 수중 구조물(10)의 표면을 따라 하향 침전되는 하강류(a)를 차단하는 상부캡(100); 및 상기 수중 구조물(10)을 향한 수평류(b)의 유속을 저감시키기 위한 스크린 부재(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치가 제공된다.

이 경우 상기 상부캡(100)이 상기 수중 구조물(10)에 결합되도록 지지하는 지지부(300);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 스크린 부재(200)는 상기 상부캡(100)에 결합되며, 상기 저면부(c)를 향하여 하향 연장된 복수의 선부재(200a)인 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 스크린 부재(200)의 하단에 결합되는 무게추(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 상부캡(100)과 상기 스크린 부재(200)는 힌지구동 가능하도록 결합된 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 상부캡(100)은 상기 수중 구조물(10)이 통과되는 관통홀(110)을 포함하며, 상기 지지부(300)는 상기 관통홀(110)을 중심으로 상기 상부캡(100)의 저면에서 상기 저면부(c)까지 하향 연장되어 형성된 지지다리(300a)인 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 상부캡(100)은 상기 수중 구조물(10)이 통과되는 관통홀(110)을 포함하며, 상기 지지부(300)는 상기 관통홀(110)의 하부에 형성된 걸림돌기(300b)인 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 상부캡(100)은 상기 수중 구조물(10)이 통과되는 관통홀(110)을 포함하며, 상기 지지부(300)는 상기 상부캡(100)와 연결된 상부연결선(300c)인 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 상부캡(100)의 상면은 지오그리드인 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 상부캡(100)은 2 이상의 부분으로 분리되는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

또한, 상기 선부재(200a)는 체인인 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치일 수 있다.

본 발명에 다른 일 측면에 따르면 세굴방지 장치를 시공하는 방법에 있어서, 상기 수중 구조물(10)의 수면 노출부(11)에 상기 상부캡(100)을 조립하는 제1 단계(S100); 및 상기 상부캡(100)을 하향 침전시켜 소정의 위치에 상기 지지부(300)에 의해 지지되도록 하는 제2 단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치를 시공하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면 수중 저면부에서 발생되는 세굴 현상의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면 세굴방지 장치의 설치 및 관리가 용이한 효과가 있다.

본 발명에 따르면 홍수 등의 이유로 수중 유속이 빨라지거나 유송잡물이 떠내려오는 경우 세굴방지 장치의 높이를 조절하여 세굴방지 장치의 파손이나 유실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 세굴 현상이 발생하는 원인을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세굴방지 장치의 전체적인 형태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세굴방지 장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리된 상태의 세굴방지 장치를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합된 상태의 세굴방지 장치를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예(실시예 1)에 따른 세굴방지 장치의 지지부를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예(실시예 2)에 따른 세굴방지 장치의 지지부를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예(실시예 3)에 따른 세굴방지 장치의 지지부를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예(실시예 4)에 따른 세굴방지 장치의 지지부를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예(실시예 5)에 따른 세굴방지 장치의 지지부를 나타내는 도면.

본 발명에 따른 수중 구조물의 세굴방지 장치 및 세굴방지 장치의 시공방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 발명은 바다나 하천 등에 설치되는 수중 구조물(10) 인근의 수중 저면부(c)에서 발생되는 세굴 현상을 방지하기 위한 것으로서, 기본적으로 수중 구조물(10)의 표면을 따라 하향 침전되는 하강류(a)를 차단하는 상부캡(100) 및 수중 구조물(10)을 향한 수평류(b)의 유속을 저감시키기 위한 스크린 부재(200)를 포함한다(도 2).

이러한 구성을 취함으로써 하강류(a)가 수중 저면부(c) 또는 평행류와 충돌함으로써 발생될 수 있는 와류의 형성을 미연에 차단하는 것이 가능하다.

와류의 형성을 방지함으로써 궁극적으로 수중 저면부(c)의 세굴을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

상부캡(100)은 디스크 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 상향 만곡진 형상을 취하는 것도 가능하다.

또한, 상부캡(100)의 심부에는 수중 구조물(10)이 통과되는 관통홀(110)이 형성될 수 있다(도 5).

상부캡(100)의 상면은 지오그리드와 같은 토목섬유로 형성되는 것이 재질의 경량성 및 내구성의 측면에서 바람직하다.

상부캡(100)은 상면을 형성하는 섬유 재질의 지지를 위한 지지구조를 포함함이 바람직하며, 지지구조는 강성의 금속으로 형성될 수 있다.

상부캡(100)은 2 이상의 부분으로 분리될 수 있으며, 이러한 구조를 취하는 경우 선 제작된 상부캡(100)을 용이하게 수중 구조물에 결합시킬 수 있다는 장점을 갖는다.

즉, 공장에서 선 제작된 상부캡(100) 또는 상부캡(100) 및 스크린 부재(200) 결합체를 수중 구조물(10)의 수면 노출부(11)에 조립하여 체결한 후, 상부캡(100) 또는 상부캡(100) 및 스크린 부재(200) 결합체를 하향 침전시켜 소정의 위치에 후술되는 지지부(300)에 의해 지지되도록 하는 것만으로 세굴방지 장치의 시공을 완료할 수 있다.

스크린 부재(200)는 상부캡(100)에 결합되며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스크린 부재(200)는 저면부(c)를 향하여 하향 연장된 복수의 선부재(200a)일 수 있다(도 1).

이 경우 스크린 부재(200)의 하단에 무게추(400)를 결합하여 복수의 선부재(200a)가 하향 늘어진 상태로 유지되도록 함이 바람직하다.

이러한 구성을 취하는 경우 수평류(b)가 복수의 선부재(200a)와 충돌됨으로서 직진 에너지를 소모하게 되고, 세굴방지 장치가 설치된 근방에서는 수평류(b)의 유속이 저감될 수 있는 효과를 갖을 수 있다(도 3).

또한, 복수의 선부재(200a)의 하단에 결합된 무게추(400)의 중량으로 인하여 수평류(b)가 소모하게 되는 에너지가 증대됨으로 인하여 수평류(b)의 유속 저감 효과를 더할 수 있다.

이러한 효과를 갖으면서도 상부캡(100)에 전달되는 진동 에너지를 최소화하여 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 상부캡(100)과 스크린 부재(200)는 힌지구동 가능하도록 결합된 것이 바람직하다.

스크린 부재(200)를 형성하는 복수의 선부재(200a)를 체인으로 형성시키는 경우, 스크린 부재(200)의 외주면을 따라 복수의 고리를 형성시키고, 고리에 선부재(200a)를 결합하여 힌지 구동 가능한 구조를 확보함과 아울러 선부재(200a)를 구성하는 각 체인 단위체간의 힌지 구동을 가능토록 함으로써, 수평류(b)의 유속 저감효과를 최대화하고 스크린 부재(200)에 전달되는 진동 하중을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

스크린 부재(200)를 복수의 선부재(200a)로 형성시킴으로서, 수중 환경에 따라 최적화된 위치에 세굴방지 장치를 위치시키는 것이 가능하고, 홍수 등의 이유로 수위가 변화하거나, 수중 유속이 빨라지는 경우 세굴방지 장치의 위치를 조정하는 것이 가능하다.

이에 따라, 본 발명에 따르면 세굴방지 장치의 위치를 조정하여 효율적인 유속저감 뿐만 아니라 세굴방지 장치가 파손되거나 유실되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상부캡(100)이 수중 구조물(10)에 결합되도록 지지하는 지지부(300)를 더 포함할 수 있다.

지지부(300)는 다양한 실시예를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 지지부(300)는 관통홀(110)을 중심으로 상부캡(100)의 저면에서 저면부(c)까지 하향 연장되어 형성된 지지다리(300a)일 수 있다(도 6).

본 발명의 다른 일 실시예(실시예 2)에 따르면 지지부(300)는 관통홀(110)의 하부에 형성된 걸림돌기(300b)일 수 있다(도 7).

본 발명의 또 다른 일 실시예(실시예 3)에 따르면 지지부(300)는 상부캡(100)와 연결된 상부연결선(300c)일 수 있다(도 8).

본 발명의 또 다른 일 실시예(실시예 4)에 따르면 지지부(300)는 수중 구조물(10)의 표면에서 소정의 각도를 가지고 연장된 지지부재일 수 있다(도 9).

또한, 각기 다른 실시예를 조합하여 지지부(300)를 구성하는 것도 가능하다(도 10).

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 세굴방지 장치를 시공하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세굴방지 장치는 수중 구조물(10)의 수면 노출부(11)에 상부캡(100)을 조립하는 제1 단계(S100) 및 상부캡(100)을 하향 침전시켜 소정의 위치에 지지부(300)에 의해 지지되도록 하는 제2 단계(S200)를 포함할 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

100 : 상부캡
200 : 스크린 부재
300 : 지지부

Claims (10)

1. 수중 구조물(10) 인근의 수중 저면부(c)의 세굴을 방지하기 위한 세굴방지 장치를 시공하는 방법에 있어서,
   상기 세굴방지 장치는,
   상기 수중 구조물(10)의 표면을 따라 하향 침전되는 하강류(a)를 차단하는 상부캡(100); 및
   상기 수중 구조물(10)을 향한 수평류(b)의 유속을 저감시키기 위한 스크린 부재(200);를 포함하며,
   상기 상부캡(100)이 상기 수중 구조물(10)에 결합되도록 지지하는 지지부(300);를 더 포함하고,
   상기 스크린 부재(200)는 상기 상부캡(100)에 결합되며, 상기 저면부(c)를 향하여 하향 연장된 복수의 선부재(200a)이며,
   상기 선부재(200a)의 하단에 결합되는 무게추(400);를 더 포함하고,
   상기 무게추(400)는 상기 저면부(c)로부터 소정의 간격만큼 이격되며,
   상기 상부캡(100)과 상기 선부재(200a)는 힌지구동 가능하도록 결합되며,
   상기 상부캡(100)은 상기 수중 구조물(10)이 통과되는 관통홀(110)을 포함하며,
   상기 지지부(300)는 상기 관통홀(110)의 하부에 형성된 걸림돌기(300b)이며,
   상기 상부캡(100)은 2 이상의 부분으로 분리되며,
   상기 수중 구조물(10)의 수면 노출부(11)에 상기 상부캡(100)을 조립하는 제1 단계(S100); 및
   상기 상부캡(100)을 하향 침전시켜 소정의 위치에 상기 지지부(300)에 의해 지지되도록 하는 제2 단계(S200);를
   포함하는 것을 특징으로 하는 세굴방지 장치를 시공하는 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images