KR101836363B1 - 케이슨 구조물, 그 시공방법 및 방파제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개방실이 마련된 케이슨을 이용하여 케이슨 구조물을 사석 형태의 채움재로 인터로킹함에 있어서 인터로킹용 채움재에 발생하는 전단응력에 대한 마찰저항을 압축저항으로 전환할 수 있는 하중 지지부재를 설치하여 인터로킹의 파괴가 일어나는 것을 방지할 수 있는 케이슨 구조물에 관한 것이다.
본 발명은 케이슨의 연결실 내부 공간의 중앙 부근에 적어도 하나의 하중 지지부재가 배치된 상태에서 인터로킹용 채움재가 채워지되, 상기 인터로킹용 채움재가 서로 일체화되지 않은 상태를 유지하며, 하중 지지부재는 상기 연결실 내에서 적어도 상기 이웃하는 두 케이슨의 배열 방향과 나란한 면을 막도록 설치된다.

Description

케이슨 구조물, 그 시공방법 및 방파제{CAISSON STRUCTURE, INSTALLATION METHOD THERE OF AND BREAKWATER}

본 발명은 케이슨에 관한 것으로, 구체적으로는 개방실이 마련된 케이슨을 이용하여 케이슨 구조물을 사석을 개방실에 채워 인터로킹함에 있어서 사석에 발생하는 전단력에 대한 마찰저항을 압축저항으로 전환할 수 있는 하중 지지부재를 설치하여 인터로킹의 파괴가 일어나는 것을 방지할 수 있는 케이슨 구조물에 관한 것이다.

항만에서의 케이슨은 상자 형태로 제작되며 해저에 설치되는 대형 콘크리트 구조물이다. 이는 주로 방파제, 안벽 등의 본체용 구조물로 사용되며 토사나 사석으로 내부를 채우는 형태로 사용된다. 케이슨은 자체의 하중으로 외력에 저항하여 안정을 확보하도록 하는 항만구조물이다. 케이슨은 항만구조물을 구축하고자 하는 영역의 길이 방향을 따라 나란히 거치하는 방식으로 시공된다.

케이슨이 외력에 저항하는 것은 케이슨 자체의 하중에 의해서이다. 따라서 케이슨이 무거울수록 외력에 대한 저항력은 커지게 된다. 이에 케이슨 함에 격실을 마련하고, 케이슨을 마운드 상에 정거치한 후 케이슨 함에 마련된 격실에 채움재를 채움으로써 케이슨의 하중을 증가시키게 된다.

그런데 케이슨에 작용하는 외력은 그 폭 방향으로 에너지 분포가 균일한 것이 아니라, 특정 위치에 에너지가 집중하게 된다. 예를 들면 방파제의 경우 파도가 방파제의 법선방향에 직각이 아닌 경사입사를 하게 되므로 특정위치에 최대에너지가 집중하게 되고, 안벽의 경우 선박의 견인력이나 안벽배후에 작용하는 상재하중과 하역장비에 의한 하중 등은 특정 위치에 집중된다. 따라서 케이슨을 설계할 때에는 예측되는 외력의 평균 에너지를 기준으로 설계가 이루어지는 것이 아니라, 특정 위치에 에너지가 집중하였을 점을 상정하고, 항만구조물이 설치되는 전체 구간에 이에 저항할 수 있을 정도의 단면을 가지는 케이슨을 설계하게 된다. 하지만 이는 작용하는 외력이 작은 구간에 대한 고려를 하지 않는 설계방식이므로 실제 소요되는 것보다 케이슨 단면이 더 커지는 요인이 되고, 케이슨 단면이 커지게 되면 단위 길이당 시공비용이 증가하고, 그에 따라 전체 시공 비용도 증가하게 되어 최적화된 설계를 할 수 없게 된다.

이에 대한 문제를 해결하기 위해 양 옆으로 인접하여 설치되는 케이슨을 서로 인터로킹하여 케이슨을 장대화시켜 하중을 평활화하는 구조에 대해 활발한 연구가 진행되어오고 있으나, 이러한 인터로킹 구조는 이웃하는 두 케이슨이 서로 마주하는 영역을 반반씩 공유하도록 하고, 여기에 콘크리트 블록을 끼워 넣거나 콘크리트 등을 타설하여 이웃하는 두 케이슨이 마치 통째로 하나가 되도록 하는 방법, 인접 케이슨을 케이블로 결속시키는 방법, 케이슨 자체에 요철을 설치하여 서로 결속시키는 방법 등이 시도되어 왔다.

하지만 이렇게 케이슨을 인터로킹하는 방법에 있어서는, 특정 케이슨의 거동에 의해 인터로킹이 작용할 때 강체(rigid body)끼리 충돌하여 케이슨의 함 부위가 파손되는 문제가 발생한다. 이러한 현상은 특히 케이슨의 수평 거동과 부등 침하 등에 케이슨의 인터로킹 부위가 유연하게 대응하지 못하는 경우 빈번히 일어난다.

이러한 문제점을 인지하여 최근 인터로킹의 실시 방법으로써 사석을 채워 사석 간의 마찰저항력으로 케이슨의 인터로킹이 가능하고, 사석이 부등 침하 등에 유연하게 대응할 수 있도록 하여 인터로킹 부위에 파손이 일어나지 않도록 하는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.

이러한 인터로킹 부위에 채워지는 사석은 사석 상호간의 내부마찰각에 의한 마찰력에 의해 인터로킹 효과를 발휘하게 된다. 그런데 사석과 같은 채움재는 약 40% 정도까지 공극률을 가지게 되어 압축성을 갖게 된다. 따라서 개별 케이슨에 채움재 사석의 마찰저항력보다 큰 하중이 작용하게 되면 케이슨이 거동하여 수평변위가 발생하게 된다. 사석의 전단력에 대해서는 많은 연구가 이루어져 왔는데, 일례로 『대형직접전단시험과 대형삼축시험을 통한 석산골재의 전단거동 특성 비교』(저자 이대수, 김경일, 오기대)라는 연구 논문에 의하면 사석의 전단변형이 힘 작용방향으로 8% 이상이 되어야 사석의 전단응력이 최대치에 달하는 실험결과를 제시하고 있다. 따라서 케이슨의 단면폭이 10m라고 가정하면 전단변형에 의한 80cm 정도의 수평변위가 발생하게 됨을 의미한다. 일반적으로 케이슨을 거치할 때 인접한 케이슨 사이의 시공 간격은 10 내지 20 cm 정도인데, 상술한 수평변위가 발생하게 되면 이러한 간격이 더 벌어져버리는 결과 내부의 사석이 바깥쪽으로 유출되고, 이에 따라 사석에 의한 케이슨의 인터로킹 효과가 사라지고, 구조물도 최종적으로 파괴에 이르게 된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 인터로킹 공간에 채워지는 채움재의 중간에 1개 또는 복수개의 하중 지지부재를 연접한 케이슨과 소정(채움재의 평균직경보다 작은 정도)의 간격을 유지하며 수직하게 설치하여, 해당 케이슨이 거동하려 할 때 케이슨과 하중 지지부재 사이의 채움재에 압축 하중이 작용되고 이에 따라 하중 지지부재에 분포하중으로 작용하게 되어 채움재의 활동저항력을 마찰저항이 아닌 압축저항으로 바꾸어 줌으로써 연접한 케이슨이 서로 어긋나게 변위하는 것을 방지할 수 있고, 하중 지지부재에 의해 확실하게 분포하중으로 분산된 하중을 케이슨에 전달함으로써 케이슨의 파손을 방지할 수 있어, 활동저항력을 증대시키고 항만구조물의 안정성을 제고할 수 있는 케이슨 구조물과 그 시공 방법, 그리고 이를 이용한 항만구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결 수단으로서 본 발명은, 양측 단부에 측면으로 개방된 개방실을 구비하는 케이슨으로 시공되는 케이슨 구조물로서, 이웃하는 두 케이슨의 개방실을 서로 대면하여 거치함으로써 이웃하는 두 케이슨 사이에 사석 형태의 인터로킹용 채움재가 채워질 수 있는 연결실이 마련되고, 상기 연결실의 내부 공간에 인터로킹용 채움재가 채워지되, 상기 연결실 내부 공간의 중앙 부근에 적어도 하나의 하중 지지부재가 배치된 상태에서 인터로킹용 채움재가 채워지며, 상기 인터로킹용 채움재가 서로 일체화되지 않은 상태에서 상치 콘크리트가 설치되고, 상기 하중 지지부재는 상기 연결실 내에서 적어도 상기 이웃하는 두 케이슨의 배열 방향과 나란한 면을 막는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물을 제공한다.

상기 케이슨 구조물에 있어서, 상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 두 케이슨의 측면과 각각 대면하는 대면부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이슨 구조물에 있어서, 상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 두 케이슨의 각 측면을 적어도 서로 이격된 2개소에서 지지하는 지지라인부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이슨 구조물에 있어서, 상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 두 케이슨의 각 측면에 형성된 돌기부에 걸려 지지되는 것을 특징으로 한다.

상기 케이슨 구조물에 있어서, 상기 하중 지지부재는 중공부를 구비하고, 상기 중공부에 채움재가 채워진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 양측 단부에 측면으로 개방된 개방실을 구비하는 케이슨을 준비하는 단계, 해저면에 사석 마운드를 설치하는 단계, 준비된 상기 케이슨을 이송하여 상기 사석 마운드에 거치하되 이웃하는 두 케이슨의 개방실을 서로 대면하여 거치함으로써 이웃하는 두 케이슨 사이에 사석 형태의 인터로킹용 채움재가 채워질 수 있는 연결실을 마련하는 단계, 상기 연결실 내부 공간의 중앙 부근에, 상기 이웃하는 두 케이슨의 배열 방향과 나란한 면을 막는 적어도 하나의 하중 지지부재를 배치하는 단계, 상기 하중 지지부재가 배치된 상태에서 연결실에 인터로킹용 채움재를 채우고, 케이슨 함의 격실에는 채움재를 채우는 단계, 그리고 상기 연결실에 채워진 인터로킹용 채움재가 서로 일체화되지 않은 상태에서 상기 케이슨 상에 상치 콘크리트를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물의 시공 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 케이슨 구조물을 포함하는 항만구조물, 상기 케이슨 구조물의 시공 방법에 의해 시공된 항만구조물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 하중 지지부재에 의해 마찰저항이 압축저항으로 변환되므로 사석 채움재에 의해 인터로킹되는 케이슨의 활동 저항력을 더 크게 증대시킬 수 있다.

그리고, 마찰저항이 압축저항으로 변환됨으로 인해 인터로킹되는 케이슨의 벽 부분에 하중이 분산 작용되므로 케이슨의 안정성을 더욱 제고할 수 있다.

또한 본 발명의 효과로 여기에서 직접적으로 기재하지 아니하였더라도 본 발명의 구성에 의해 예측되는 효과 역시 본 발명의 효과로 인정되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 케이슨과 하중 지지부재를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 케이슨 구조물에 하중 지지부재가 설치된 상태를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 케이슨 구조물에 하중 부재를 설치하기 전과 설치한 후 채움재에 작용하는 저항의 변화를 나타낸 평면도,
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 하중 지지부재의 다양한 실시 형태를 나타낸 도면, 그리고
도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 케이슨 구조물의 시공 방법을 나타낸 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해 도면을 참조로 하여 이하 자세히 서술한다.

다만 본 발명은 본 발명의 명세서에 개시하는 사항에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있음을 주지하여야 하며, 이하 서술하는 실시예는 단지 본 발명의 기술적 사상을 완전히 개시하기 위한 것임을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 케이슨과 하중 지지부재를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 케이슨 구조물에 하중 지지부재가 설치된 상태를 나타낸 사시도, 그리고 도 3은 본 발명에 따른 케이슨 구조물에 하중 부재를 설치하기 전과 설치한 후 채움재에 작용하는 저항의 변화를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 케이슨 구조물에 사용되는 케이슨(10)은, 함(17) 부분과 개방실(12) 부분으로 구분된다. 함(17) 부분은 종래에 널리 사용되던 형태와 마찬가지로 격실(19)이 전후 좌우 복수 개 구비된 형태이며, 그 내부에는 케이슨의 하중이 될 채움재가 채워진다. 격실(19)의 바닥은 막혀 있기 때문에 격실(19)에 채워지는 채움재는 케이슨의 하중이 되고, 케이슨의 저면은 후술할 마운드 상에 접하며 놓여진다. 따라서 케이슨의 하중이 커질수록 케이슨의 저면과 마운드 사이의 마찰력도 커지게 되고, 이러한 케이슨의 하중이 기본적으로 외력에 저항하는 근원이 된다.

케이슨(10)의 양 측면에는 상술한 격실(19)과 달리, 그 자체로는 채움재가 채워질 수 없는 구조이지만, 이웃하는 두 케이슨의 측면이 서로 마주할 경우 격실과 같은 역할을 할 수 있는 개방실(12)이 마련되어 있다. 즉 개방실(12)은 격실(19)을 반 잘라 놓은 형태라 할 수 있다. 다만 개방실은 역학적으로 격실과는 다른 양상으로 하중이 작용하므로, 이에 대응하여 적절히 그 형상을 변형할 수 있다.

이러한 변형의 일 예로서, 케이슨의 전면과 후면에 마련되는 돌출부재(격실의 반 정도 길이를 가지지만 그 길이가 이에 한정되지는 아니함)에는 케이슨의 측면과의 사이에서 보다 큰 헌치를 형성하여 하중을 견디도록 하였다. 또한 케이슨의 측면의 중앙 영역에는 돌기부(16)를 형성하였는데, 이는 서로 마주하는 두 개방실(12)에 의해 형성되는 연결실(14)에 채워지는 채움재에 대한 전단키의 기능을 한다. 또한 후술하겠지만 이러한 돌기부(16)는 하중 지지부재(20)을 지지하는 기능도 수행할 수 있다.

케이슨을 나란히 거치할 때 이웃하는 두 케이슨 사이의 간격은 10cm 내지 20 cm 정도의 허용 오차를 가진다. 따라서 두 케이슨의 개방실(12)을 마주하여 형성되는 연결실(14)은 전후방으로 10 cm 내지 20 cm 의 트여 있는 공간이 발생할 수도 있다. 이러한 점을 고려하여 이웃하는 두 케이슨 사이의 간격보다 큰 직경을 가지는 사석으로 연결실(14)을 채움으로써, 채움재가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이 외에도 두 케이슨 사이의 간극을 메울 수 있는 다양한 형태의 다른 조치를 취할 수도 있다.

한편 도시된 실시 예에서 개방실은 바닥부가 없는 형태이다. 개방실에 바닥부가 없는 구조에 의하면, 개방실이 마주하여 형성되는 연결실에 채워지는 채움재는 해저면에 설치된 마운드에 직접 접하게 된다. 따라서 케이슨에 의해 형성되는 연결실에 마운드의 사석과 동일하거나 유사한 규격을 가지는 사석을 채워 넣게 되면 연결실의 사석이 케이슨 사이의 유격이나 마운드를 통해 유출될 염려가 없으며, 마운드의 사석과 연결실의 사석 사이에 상당한 수준(가령 0.8 정도)의 마찰계수가 발생하게 된다. 이처럼 개방실에 바닥부가 없는 상태라 하더라도 개방실에 채워진 사석이 외력에 대한 케이슨의 저항능력을 증가시키는 방향으로 기여하게 된다.

이처럼 양측으로 개방실을 가지는 케이슨은, 같은 길이를 갖는 일반 케이슨에 대비하여 재료가 적게 들어 경제적이다. 즉 개방실을 마주하여 하나의 연결실을 구성함으로써, 종래의 케이슨에 비해 케이슨 하나 당 연결실이 1개 열 더 구성될 수 있다. 물론 케이슨의 양측면을 구성하는 벽체 역시 종래의 케이슨에 비해 더 얇게 구성할 수 있다. 이는 케이슨의 측면에 형성된 벽체를 기준으로, 함(17) 쪽에 채워지는 채움재와 개방실 쪽에 채워지는 채움재가 서로 벽체에 작용하면서 상쇄되기 때문에 가능한 것이다.

마주하는 두 개의 개방실(12)에 의해 형성되는 연결실(14)에 사석을 채우면 인접하는 두 케이슨 사이에 인터로킹이 이루어진다. 따라서 종래와 같이 개별적으로 케이슨을 구성하는 경우보다 안정성을 대폭 상승시킬 수 있다.

본 발명은 이러한 특징에 더하여, 연결실(14)의 중앙 부분에, 케이슨의 배열 방향과 동일한 방향으로 연장된 형태의 하중 지지부재(20)를 더 설치하는 것을 하나의 기술적 사상으로 한다. 도 3을 참조하면, 좌측의 연결실(14)은 하중 지지부재(20)가 없는 상태에서 인터로킹용 채움재로서 사석이 채워진 것을 도시하였고, 우측의 연결실(14)은 하중 지지부재(20)를 설치한 상태에서 사석이 채워진 것을 도시하였다.

사석이 채워지는 연결실의 중앙부에 도시된 방향으로 하중 지지부재를 설치하지 아니한 상태에서는, 이웃하는 케이슨 중 어느 한쪽 케이슨(도 3의 도면 상 가운데 케이슨)에 더 많은 외력이 가해졌을 때, 도시된 바와 같이 연결실(14) 안에 채워진 사석에 전단응력이 발생하게 된다. 이러한 전단응력은 도 3의 좌측 연결실(14)에 도시한 것처럼 케이슨의 전후방향으로 연속적으로 생성될 수 있다. 만약 연결실에 채워진 사석이 예기치 못한 형태로 배열되어 이렇게 전후방향으로 발생하는 전단응력을 이길 수 있을 정도의 마찰저항을 가지지 못한다면 더 많은 외력이 가해진 케이슨이 밀려날 우려가 있다.

이러한 점을 감안하여 본 발명은, 도 3의 우측 연결실(14)에 도시된 것처럼 중앙에 하중 지지부재(20)를 둠으로써 이러한 우려를 불식시킬 수 있게 되었다. 즉 중앙에 하중 지지부재(20)가 존재하기 때문에, 케이슨에 외력이 작용하여 케이슨의 연결실 전방이나 후방의 벽체에 의해 연결실 내의 채움재에 작용하는 전단력은 중앙에 설치된 하중 지지부재(20)에 의해 분포 압축력으로 변환된다. 다만 하중 지지부재(20) 자체는 서로 축이 어긋나게 작용하는 두 전단력에 의해 모멘트를 받게 되지만, 연결실 내부에 사석이 가득 채워져 있기 때문에 이러한 모멘트에 충분히 저항할 수 있다. 또한 하중 지지부재(20)에 작용하게 되는 힘 역시 분포 하중의 형태로 하중 지지부재(20)에 가해지므로, 하중 지지부재(20)가 파손될 가능성은 거의 없다. 따라서 지지 하중부재(20)를 케이슨의 인터로킹 구간인 연결실(14) 내에 설치하는 경우, 인터로킹 효과를 더욱 확실히 기대할 수 있다. 다만, 이러한 하중 지지부재(20)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 단순한 평판 형태에 한정되는 것은 아니며, 역학적으로 안정적인 다양한 구조를 적용할 수 있다. 또한 그 재질로서는 모멘트와 압축력에 충분히 대응할 수 있도록 철근콘크리트 구조뿐만 아니라 강판, 합성 콘크리트 블록 등이 사용될 수 있다. 또한 재질이나 구조에 따라 강도를 확보하기 위해 적절한 단면 두께를 확보할 수 있다.

도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 하중 지지부재의 다양한 실시 형태를 나타낸 도면이다.

도 4에는 함(17) 부분에 3×4의 격실(19)이 마련되고 양단에 개방실(12)이 마련된 2개의 케이슨(10)이 나란히 거치된 상태가 도시되어 있다. 하중 지지부재(20)는 평판 형태이며, 이는 케이슨의 양측면에 마련된 돌기부(16) 사이에 끼워지는 형태로 설치된다. 하중 지지부재(20)는 실선으로 표시된 부분처럼 2개소에 설치될 수도 있으며, 가운데 점선으로 표시된 부분처럼 1개소에 설치될 수도 있다. 즉 케이슨의 전후방향 폭 등을 고려하여, 하중 지지부재(20)는 2개소 이상도 설치 가능하다.

도 5에는 함(17) 부분에 3×3의 격실(19)이 마련되고 양단에 개방실(12)이 마련된 2개의 케이슨(10)이 나란히 거치된 상태가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 하중 지지부재(20)는 내부에 중공부(26)가 형성된 사각 기둥 형태이다. 하중 지지부재(20)의 중공부(26)에는 채움재를 채워서 연결실(14) 내에 채워지는 사석 형태의 인터로킹용 채움재에 의해 전달되는 외력에 저항하도록 할 수 있다. 이러한 형태의 하중 지지부재의 양 측면은 각각 양 측에 있는 케이슨의 측면에 각각 대면하는 대면부(22)가 된다. 대면부와 케이슨의 측면이 반드시 밀착하고 있을 필요는 없으며, 대면부(22)와 케이슨의 측면 사이의 간격은 연결실(14) 내부에 채워지는 사석보다 좁도록 하여 사석이 그 사이에 끼어들지 않도록 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 케이슨의 두 측면에 의해 구속되지 않고 적어도 전후방향으로 그 움직임이 제한되지 않는다. 하중 지지부재(20)의 전면과 후면은 연결실(14) 내부에 채워진 사석에 의해 전달되는 전단력을 받아주어 압축력으로 확실히 전환해 준다. 케이슨의 전후방향 폭 등을 고려하여, 도 5의 하중 지지부재(20) 역시 2개소 이상도 설치 가능하다.

도 6에는 함(17) 부분에 3×2의 격실(19)이 마련되고 양단에 개방실(12)이 마련된 2개의 케이슨(10)이 나란히 거치된 상태가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 하중 지지부재(20)는 케이슨 구조물의 길이 방향과 나란한 방향의 평판부 부분 및 평판부 부분과 수직을 이루도록 양측에 형성된 대면부(22)를 구비한다. 대면부(22)는 양 측에 있는 케이슨의 측면에 각각 대면한다. 대면부와 케이슨의 측면이 반드시 밀착하고 있을 필요는 없으며, 대면부(22)와 케이슨의 측면 사이의 간격은 연결실(14) 내부에 채워지는 사석보다 좁도록 하여 사석이 그 사이에 끼어들지 않도록 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 케이슨의 두 측면에 의해 구속되지 않고 적어도 전후방향으로 그 움직임이 제한되지 않는다. 이러한 형태의 하중 지지부재는 대략 H 형강 형태와 유사하다.

도 7의 하중 지지부재(20)는 평판 형태이지만 전후 방향으로 돌출부가 형성된 점에서 도 4의 하중 지지부재와는 차이가 있다. 돌출부는 전단키의 기능을 하여 연결실(14) 내부에 채워지는 인터로킹 사석과 하중 지지부재(20)가 잘 엮여 있도록 해 준다. 도 7에는 2개소에 하중 지지부재(20)가 설치된 상태가 도시되어 있다. 도 7의 하중 지지부재도, 도시된 바와 같이, 서로 마주하는 상기 케이슨의 두 측면에 의해 구속되지 않고 적어도 전후방향으로 그 움직임이 제한되지 않는다.

도 8의 하중 지지부재(20)는 케이슨 구조물의 설치 방향과 나란한 방향으로 연장되는 2개의 평판부가 하나의 연결부재로 연결되어 H 자 형상으로 되어 있다. 평판부의 단부는 케이슨의 측면과 마주하는 지지라인부(24)를 구성하며, 하나의 케이슨 측면에 대해서 하중 지지부재(20)는 서로 이격된 2개의 위치에 지지라인부(24)를 구비한다. 하중 지지부재(20)와 케이슨의 측면에 의해 둘러싸이는 공간에도 인터로킹용 채움재가 채워져 있어서, 연결실(14) 내에 채워지는 인터로킹용 채움재에 의해 전달되는 외력에 하중 지지부재(20)는 충분히 저항할 수 있다. 물론 도 8의 하중 지지부재도, 도시된 바와 같이, 서로 마주하는 상기 케이슨의 두 측면에 의해 구속되지 않고 적어도 전후방향으로 그 움직임이 제한되지 않는다.

도 9의 하중 지지부재(20)는 도 8과 대비하였을 때 케이슨 구조물의 설치 방향과 나란한 방향으로 연장되는 2개의 평판부가 2개의 연결부재로 연결되어 'ㅍ' 자 형상으로 되어 있는 점에 차이가 있다. 2개의 평판부와 2개의 연결부재에 의해 형성되는 중공부(26)에는 채움재가 채워질 수 있다. 하중 지지부재(20)와 케이슨의 측면에 의해 둘러싸이는 공간에도 인터로킹용 채움재가 채워짐은 물론이다. 도 9의 하중 지지부재(20) 역시 평판부의 단부는 케이슨의 측면과 마주하는 지지라인부(24)를 구성하며, 하나의 케이슨 측면에 대해서 하중 지지부재(20)는 서로 이격된 2개의 위치에 지지라인부(24)를 구비한다. 도 9의 하중 지지부재도, 마찬가지로, 도시된 바와 같이, 서로 마주하는 상기 케이슨의 두 측면에 의해 구속되지 않고 적어도 전후방향으로 그 움직임이 제한되지 않는다.

이와 같이 채움재에 의해 전달되는 전단력에 충분히 대항하고, 모멘트에 충분히 저항할 수 있는 다양한 형태의 하중 지지부재(20)가 적용 가능하다. 또한 하중 지지부재가 적어도 전후방향으로 그 움직임이 제한되지 않도록 하면, 연결실(14) 내부에 채워진 사석에 의해 전달되는 전단력을 받아주어 압축력으로 더욱 확실히 전환해줌이 자명하다.

한편 이러한 하중 지지부재(20)는 비용을 고려하여 통상적으로 상용화된 기성 파일로 대체할 수도 있다. 또한 하중 지지부재(20)를 연결실 내에 설치함에 있어서, 이를 마운드 상에 올려 놓는 방식으로 설치할 수 있음은 물론, 하중 지지부재(20)의 하단부가 마운드에 박히는 형태로 연결실(14) 내에 설치할 수도 있다.

도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 케이슨 구조물의 시공 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 케이슨 구조물의 시공 방법은 다음과 같다.

먼저 도 10에 도시된 바와 같이 케이슨(10)과 하중 지지부재(20)를 준비한다. 케이슨(10)은 양측 단부에 측면으로 개방된 개방실(12)을 구비하는 형태의 것이고, 지지부재는 그 폭이 케이슨의 개방실(12)의 전후면을 규정하는 돌출 부재의 폭의 2배 내외이다. 케이슨(10)은 육상에서 만들어 해상으로 이동하여 가거치하게 된다.

다음으로 도 11에 도시된 바와 같이 방파제가 설치된 구간의 해저면에 사석으로 마운드(50)를 설치한다. 마운드에 설치되는 사석의 규격은 대한민국 정부에서 규정한 표준 시방서 등에서 고시하고 있으므로, 구체적인 규격에 대한 설명은 생략한다.

그리고 도 12에 도시된 바와 같이 사석 마운드가 설치된 후에는 가거치하였던 케이슨을 인양하여 마운드 상에 설치한다. 이때 케이슨의 측면에 마련된 개방실(12)이 서로 마주보도록 하여 거치를 함으로써 연결실(14)이 형성되도록 한다.

다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이 연결실(14)의 중앙 부분에 하중 지지부재(20)를 설치하고, 인터로킹용 채움재(70)을 채운다. 또한 격실(19)에도 격실 채움재(90)를 채운다.

마지막으로 도 14에 도시된 바와 같이 케이슨의 후면부에 채움재(90)로 뒷채움을 하고 상치 콘크리트(30)를 설치한다.

이와 같은 시공 방법에 의해 케이슨 구조물을 시공하여 완성된 항만구조물은 이웃하는 케이슨 사이에 인터로킹용 채움재에 의해 인터로킹 되는데, 사석이 채워진 연결실 내에 별도의 콘크리트나 몰탈 등을 타설하지 않아 사석이 서로 일체화되지 않은 상태이기 때문에, 어느 하나의 케이슨이 움직일 수 있을 정도로 큰 하중이 가해질 때 그 하중은 연결실 내의 채움재에 의해 분포 하중으로 적절히 분산되므로 예기치 못한 케이슨의 취약부에 하중이 집중되어 파손되는 현상을 방지할 수 있고, 그뿐 아니라 인터로킹용 채움재에 작용하는 전단력이 하중 지지부재에 의해 확실하게 압축력으로 변환되므로 서로 맞물려 있던 채움재가 전단력에 의해 밀려 인터로킹 상태가 깨지는 현상을 확실히 방지할 수 있다.

즉 본 발명의 케이슨 구조물은 일체화되지 않은 상태의 인터로킹용 채움재에 대해 채움재가 일체화되지 않은 상태를 지속적으로 유지하면서도 그 안정성을 더욱 높일 수 있다는 점에서 그 효과가 현저하다.

앞서 설명한 실시 형태는 본 발명의 기술적 사상이 잘 드러날 수 있도록 하기 위해 구체적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상과 그로 인한 권리의 범위는 본 발명의 실시 형태에 국한되지 않고, 청구항에 기재된 발명의 기술적 사상 및 그와 균등의 범위에까지 미쳐야 함은 당연하다.

10: 케이슨 12: 개방실
14: 연결실 16: 돌기부
17: 함 19: 격실
20: 하중 지지부재 22: 대면부
24: 지지라인부 26: 중공부
30: 상치 콘크리트 50: 마운드
70: 인터로킹용 채움재 90: 격실채움재

Claims (8)

1. 양측 단부에 측면으로 개방된 개방실을 구비하는 케이슨으로 시공되는 케이슨 구조물로서,
   이웃하는 두 케이슨의 개방실을 서로 대면하여 거치함으로써 이웃하는 두 케이슨 사이에 사석 형태의 인터로킹용 채움재가 채워질 수 있는 연결실이 마련되고, 상기 연결실의 내부 공간에 인터로킹용 채움재가 채워지되, 상기 연결실 내부 공간의 중앙 부근에 적어도 하나의 하중 지지부재가 배치된 상태에서 인터로킹용 채움재가 채워지며,
   상기 인터로킹용 채움재가 서로 일체화되지 않은 상태에서 상치 콘크리트가 설치되고,
   상기 하중 지지부재는 상기 연결실 내에서 적어도 상기 이웃하는 두 케이슨의 배열 방향과 나란한 면을 막으며,
   상기 인터로킹용 채움재는 일체화되지 않은 상태를 지속적으로 유지하고,
   상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 두 케이슨의 측면에 대해 적어도 전후방향으로 그 움직임이 구속되지 않는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 두 케이슨의 측면과 각각 대면하는 대면부를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하중 지지부재는 서로 마주하는 상기 두 케이슨의 각 측면을 적어도 서로 이격된 2개소에서 지지하는 지지라인부를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 하중 지지부재는 중공부를 구비하고,
   상기 중공부에 채움재가 채워진 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
   
6. 양측 단부에 측면으로 개방된 개방실을 구비하는 케이슨을 준비하는 단계,
   해저면에 사석 마운드를 설치하는 단계,
   준비된 상기 케이슨을 이송하여 상기 사석 마운드에 거치하되 이웃하는 두 케이슨의 개방실을 서로 대면하여 거치함으로써 이웃하는 두 케이슨 사이에 사석 형태의 인터로킹용 채움재가 채워질 수 있는 연결실을 마련하는 단계,
   상기 연결실 내부 공간의 중앙 부근에, 상기 이웃하는 두 케이슨의 배열 방향과 나란한 면을 막되, 이웃하는 두 케이슨의 서로 마주하는 측면에 대해 적어도 전후방향으로 그 움직임이 구속되는 않는 형태로, 적어도 하나의 하중 지지부재를 배치하는 단계,
   상기 하중 지지부재가 배치된 상태에서 연결실에 인터로킹용 채움재를 채우고, 케이슨 함의 격실에는 채움재를 채우는 단계, 그리고
   상기 연결실에 채워진 인터로킹용 채움재가 서로 일체화되지 않은 상태에서 상기 케이슨 상에 상치 콘크리트를 설치하고, 상기 인터로킹용 채움재가 일체화되지 않은 상태를 지속적으로 유지하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물의 시공 방법.
   
7. 제1항 내지 제3항, 및 제5항 중 어느 한 항의 케이슨 구조물을 포함하는 항만구조물.
   
8. 청구항 6의 케이슨 구조물 시공 방법에 의해 시공된 항만구조물.
   
   

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