KR102417713B1 - 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로는, 제1방향을 따라 통로가 형성되는 본체, 상기 본체의 입구의 일 측면과 타 측면에 각각 마주보고 배치되는 제1벽체와 제2벽체를 포함하는 제1확폭부 및 상기 제1벽체와 상기 제2벽체의 측면에 각각 마주보고 배치되는 제1날개벽과 제2날개벽을 포함하고, 상기 제1방향의 수직인 제2방향에 대한, 상기 제1벽체와 상기 제2벽체 사이의 거리인 제1수평 거리는, 상기 제1방향으로 향할수록 선형적으로 증가하며, 상기 제2방향에 대한 상기 제1날개벽과 상기 제2날개벽 사이의 거리인 제2수평 거리는, 상기 제1방향으로 향할수록 비선형적으로 증가하고, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체가 상기 제1방향으로의 가상의 직선과 이루는 각도는, 상기 본체의 입구의 폭의 길이에 기초하여 결정되며, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체의 상기 제1방향으로의 수직 거리인 제1수직 거리는, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체의 상단 위에 쌓이는 토사의 높이에 기초하여 각각 결정되며, 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 피복은 상기 본체에 배근되는 철근의 피복보다 두껍고, 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 직경은 상기 본체 배근되는 철근의 직경 보다 작은 철근이 사용될 수 있다.

Description

구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로{Cross-Way Culvert with improved durability considering the influence of the external environment for each section}

본 발명은 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 횡단 통로의 입구를 차량의 회전 반경에 맞춰 시공함으로써 차량의 통행 효율을 증가시키면서, 동시에 횡단 통로에서 외부 환경에 영향을 많이 받는 영역에 대해서는 외부 환경에 효율적으로 저항할 수 있도록 철근의 종류와 배치를 종래 기술과 다르게 시공함으로써, 보다 내구성을 향상시킨 횡단 통로에 관한 발명이다.

횡단 통로는 언덕이나 산과 같은 자연 지형 또는 특정 건물을 관통하여 통로를 형성하는 구조물로서 암거로 지칭되어 부르기도 한다. 횡단 통로는 설치 목적에 따라 박스형 암거, 아치형 암거, 문형 암거 및 관형 암거 등으로 나누어 질 수 있으며, 크기 또한 설치되는 환경에 따라 달라진다.

일반적으로, 횡단 통로는 공사의 시방서나 정부의 규칙/기준에 부합하는 설계 기준에 따라 시공이 진행되는데, 현재까지 마련되어 있는 각종 설계 및 시공 규정들은 대부분의 강도를 확보할 수 있는 하중 조건에 관한 규정에 한정되어 있을 뿐, 횡단 통로를 통과하는 차량의 통행 효율을 향상시키기 위한 규정은 거의 없는 실정이다.

따라서, 현재까지 시공되는 횡단 통로는 횡단 통로를 통과하는 차량의 효율성 및 통행의 안정성을 고려하지 않은 채 시공되기 때문에, 횡단 통로에 진입하기 위해 횡단 통로 입구에서 회전을 하는 경우 급격한 회전으로 인해 사고가 발생하거나, 다른 방향에서 횡단 통로로 진입하는 차량과 섞여 교통 체증을 일으키는 문제점이 존재하였다.

또한, 외부에 건설되는 횡단 통로의 특성상, 횡단 통로가 외부 환경에 영향을 주는 환경영향평가 등을 실시하게 되는데, 현재까지 대부분의 환경영향평가는 횡단 통로의 축조가 주변 환경에 얼마나 영향을 미치는지에 대해서만 평가를 할 뿐, 외부 환경이 미치는 영향을 고려하여 횡단 통로의 설계를 수행하지 않는다. 이러한 이유로, 현재 시공되어 있는 대부분의 횡단 통로는 주변 환경의 영향을 고려하지 않은 채 설계를 하고, 이러한 설계는 환경의 영향에 따른 노후화를 가속시키게 되어, 실제 횡단 통로의 수명이 예상 수명보다 짧아지는 문제점이 발생하고 있다.

또한, 한쪽 방향으로 긴 형태를 가지는 횡단 통로의 특성상, 외부 환경에 직접적으로 노출되어 외부 환경 영향을 많이 받는 구간과 토사에 둘러 쌓여 외부 환경에 영향을 상대적으로 적게 받는 구간이 동시에 존재하는 특징을 가지고 있는데, 현재까지 횡단 통로에 대한 설계는 한 구간의 대표 단면만을 검토한 후, 검토 결과를 전구간에 동일하게 적용하여 설계를 하는 것이 일반적이다. 따라서, 종래 기술에 따라 횡단 통로를 설계하고 시공함에 있어서 구간별로 세분화된 환경 영향 검토를 수행하고 그에 부합하는 구간별 내구성 설계 내용을 반영하지 못해, 노후화가 빨리 진행되는 문제점이 존재한다.

대한민국 등록특허공보10-1440028 B1 - 강성보강노반과 이중아치 구조체를 이용한 대단면의 철도 지하횡단 및 그 시공방법

따라서, 일 실시예에 따른 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로는 앞서 설명한 문제점을 개선하기 위해 고안된 발명으로서, 차량의 통행 효율을 증가시키면서, 종래 기술에 따른 횡단 통로 보다 외부 환경에 강인한 횡단 통로를 제공하는데 그 목적이 있다.

보다 구체적으로는, 횡단 통로 전체 영역에서 외부 환경에 영향을 많이 받는 영역과 그렇지 않은 영역을 동결 심도를 기초로 구분한 후, 외부 환경에 영향에 많이 받는 영역에 대해서는 외부 환경에 강인하도록 철근의 종류와 배치를 다르게 시공함으로써 보다 내구성을 향상시킨 횡단 통로를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 이렇게 구분된 영역에 기초하여 횡단 통로 입구와 출구의 모형을 차량의 회전 반경 및 주변 환경에 맞춰 시공함으로써 차량의 통행 효율을 증가시킬 수 있는 횡단 통로를 제공하는데 그 목적이 있다.

일 실시예에 따른 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로는, 제1방향을 따라 통로가 형성되는 본체, 상기 본체의 입구의 일 측면과 타 측면에 각각 마주보고 배치되는 제1벽체와 제2벽체를 포함하는 제1확폭부 및 상기 제1벽체와 상기 제2벽체의 측면에 각각 마주보고 배치되는 제1날개벽과 제2날개벽을 포함하고, 상기 제1방향의 수직인 제2방향에 대한, 상기 제1벽체와 상기 제2벽체 사이의 거리인 제1수평 거리는, 상기 제1방향으로 향할수록 선형적으로 증가하며, 상기 제2방향에 대한 상기 제1날개벽과 상기 제2날개벽 사이의 거리인 제2수평 거리는, 상기 제1방향으로 향할수록 비선형적으로 증가하고, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체가 상기 제1방향으로의 가상의 직선과 이루는 각도는, 상기 본체의 입구의 폭의 길이에 기초하여 결정되며, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체의 상기 제1방향으로의 수직 거리인 제1수직 거리는, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체의 상단 위에 쌓이는 토사의 높이에 기초하여 각각 결정되며, 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 피복은 상기 본체에 배근되는 철근의 피복보다 두껍고, 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 직경은 상기 본체 배근되는 철근의 직경 보다 작은 철근이 사용될 수 있다.

상기 본체 및 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 피복과 두께는, 상기 본체 및 상기 제1확폭부에 미치는 모멘트의 크기에 기초하여 각각 결정될 수 있다.

상기 본체에 미치는 모멘트의 크기는, 상기 본체에 영향을 미치는 고정 하중(a1)의 크기, 토사의 연직 토압의 크기 (a2) 및 토사의 수평 토압(b1, b2)의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 제1확폭부에 미치는 모멘트의 크기는, 상기 제1확폭부에 영향을 미치는 고정 하중(a1)의 크기, 토사의 연직 토압(b1, b2)의 크기 및 상기 제1날개벽과 상기 제2날개벽에 의해 전달되는 수평 하중(c1,c2)의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 제1확폭부의 모서리 영역에는, 복수 개의 U자형 철근이 교차하여 배치될 수 있다.

상기 제1확폭부의 측면 벽체에 배치되는 U자형 철근은, 상기 제1확폭부의 측면 벽체의 외면으로부터는 60mm 내지 80mm, 내면으로부터는 100mm 내지 120mm 이격된 거리로 배치되고, 상기 제1확폭부의 상부 슬래브에 배치되는 U자형 철근은, 상기 상부 슬래브의 상면 및 하면으로부터 90mm 내지 110mm 이격된 거리로 배치될 수 있다.

상기 본체의 모서리 영역에는, ㄱ자형 철근이 배치되고, 상기 본체의 측면 벽체에는, 직선형 철근인 제9철근이 상기 본체의 측면 벽체와 평행하게 배치되고, 상기 본체의 슬래브에는, 직선형 철근인 제10철근이 상기 본체의 슬래브와 평행하게 배치될 수 있다.

상기 ㄱ자형 철근은, 상기 본체의 측면 벽체의 외면으로부터는 60mm 내지 80mm 이격된 거리로 배치되고, 상기 제9철근은, 상기 본체의 측면 벽체의 내면으로부터는 70mm 내지 100mm 이격된 거리로 배치될 수 있다.

상기 ㄱ자형 철근은, 상기 본체의 슬래브의 상면으로부터는 60mm 내지 80mm 이격된 거리로 배치되고, 상기 제10철근은, 상기 본체의 슬래브의 하면으로부터는 70mm 내지 90mm 이격된 거리로 배치될 수 있다.

일 실시예에 따른 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로는 입구와 출구의 형상이 차량의 동선 및 회전 반경이 고려된, 점진적으로 확대되는 형상을 취하고 있어, 차량이 보다 안정성 있게 횡단 통로에 진입하고 통과할 수 있는 장점이 존재한다.

또한, 일 실시예에 따른 구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로는, 우리나라의 동결심도와 지중온도 분포에 기초하여 외부 환경에 영향을 받는 영역과 그렇지 않은 영역을 나눈 후, 외부 환경에 영향을 많이 받는 영역에서는 보다 외부 환경에 강인하도록 철근의 종류와 간격을 배치함으로써, 종래 기술에 따른 횡단 통로 보다 내구성이 강한 장점이 존재한다.

도 1은 일 실시예에 따른 횡단 통로를 정면에서 바라본 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 횡단 통로를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 횡단 통로를 측면에서 바라본 측면도이다.
도 4는 교차로 또는 도로를 시공함에 있어서 차량의 종류에 따라 필요한 최소 회전 반경거리를 도시한 표이다.
도 5는 일 실시예에 따라 제1수직 거리와 본체의 폭이 동일한 경우의 횡단 통로를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 제1수직 거리가 본체의 폭의 1/2길이로 설계되는 경우의 횡단 통로를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따라 제1수직 거리가 본체의 폭의 1.2배로 설계되는 경우의 횡단 통로를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 횡단 통로에 있어서, 제1수직 거리의 변화에 따른 제1각도, 제1확폭부에서 도로까지의 이격 거리 및 제1수평 거리의 최대 거리 값을 표시한 그래프이다.
도 9의 (A)는, 횡단 통로에 영향을 미치는 지배인자를 도시한 도면이고, 도 9의 (B)와 (C)는 횡단 통로에 있어서, 구간별로 외부 환경 및 외부 하중의 영향을 받는 정도를 도시한 그래프이다.
도 10은 대한민국의 지역별 동결심도의 깊이를 기재한 표이다.
도 11은 지중의 깊이에 따라 1년 동안 변하는 평균적인 온도의 범위를 도시한 도면이다.
도 12는 환경 구간과 하중 구간을 존재하는 경우의 횡단 통로의 측면 사시도이다.
도 13은 환경 구간과 하중 구간이 동시에 존재하는 경우의 횡단 통로의 측면 사시도와 상면도를 도시한 도면이다.
도 14는 환경 구간 또는 하중 구간만이 존재하는 경우의 횡단 통로의 측면 사시도를 도시한 도면이다.
도 15의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물 및 하중 구간의 구조물에 미치는 하중의 종류를 각각 도시한 도면이다.
도 16의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물 및 하중 구간의 구조물의 일 단면에 미치는 모멘트를 각각 도시한 도면이다.
도 17의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물 및 하중 구간의 구조물에 모멘트 분포를 종합적으로 각각 도시한 도면이다.
도 18의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물 및 본체의 구조물에 삽입되는 철근의 배치를 각각 도시한 도면이다.
도 19의 (A)와 (B)는 환경 구간의 모서리 영역 및 하중 구간의 모서리 영역에 삽입되는 철근의 피복을 각각 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시 예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함하며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

도 1은 일 실시예에 따른 횡단 통로를 정면에서 바라본 사시도이고, 도 2는 횡단 통로를 상부에서 바라본 평면도이고, 도 3은 횡단 통로를 측면에서 바라본 측면도이다. 도 4는 교차로 또는 도로를 시공함에 있어서 차량의 종류에 따라 필요한 최소 회전 반경거리를 도시한 표이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 횡단 통로(100)는 본체(10), 본체(10)의 일 측면에 결합되는 제1확폭부(20) 및 제1확폭부(20)의 측면에 결합되는 제2확폭부(30)를 포함할 수 있으며, 제1확폭부(20)는 제1벽체(21)와 제2벽체(22)를 포함하고, 제2확폭부(30)는 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른, 제1벽체(21), 제2벽체(22), 제1날개벽(31) 및 제2날개벽(32)은 옹벽의 역할을 하는 벽을 의미할 수 있다. 구체적으로, 제1벽체(21)와 제2벽체(22)는 상부에서 바라보았을 때 직선의 형상을 가지고, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)은 상부에서 바라보았을 때, 직선 또는 곡선의 형상을 가지는 날개벽을 의미할 수 있다. 이하 도면에서는 설명의 편의를 위해 벽체끼리는 동일한 형상 및 동일한 길이를 가지고, 날개벽끼리는 동일한 형상 및 동일한 길이를 가지는 것으로 도시하였지만, 본 발명의 실시예가 이러한 예로 한정되는 것은 아니고, 벽체 사이에서도 형상 및 길이가 서로 다를 수 있으며, 날개벽들 사이에서도 형상 및 길이가 서로 다를 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3에서는 횡단 통로(100)는 본체(10), 제1확폭부(20) 및 제2확폭부(30)를 모두 포함하고 있는 것으로 도시하였지만, 도 5에서 후술하겠지만 경우에 따라서 본 발명에 따른 횡단 통로(100)는 제2확폭부(30) 없이 본체(10) 및 제1확폭부(20)만 포함할 수 있다.

도 1을 참고하면, 본체(10)는 차량이 통행할 수 있는 차로 또는 사람이 통행할 수 있는 인도가 형성되는 부분으로서, 도시된 바와 같이 언덕이나 산과 같은 자연물을 사람 또는 차량이 일 측면에서 타 측면에서 통행할 수 있도록 자연물을 관통하는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 본체(10)의 상부에는 흙과 같은 토사가 쌓여있을 수 있고, 토사 위에는 도로가 건설되어, 도로 위로 차량이 통행할 수 있다.

이하 설명의 편의를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10)에서 제1확폭부(20)로 향하는 직선 방향을 제1방향으로 정의하고, 제1방향에 수직인 방향을 제2방향으로 정의하여 설명한다.

제1확폭부(20)는 본체(10)의 일 측면에 결합될 수 있다. 구체적으로, 제1확폭부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10) 입구의 양 측면에서 서로 마주보는 모습으로 본체(10)와 결합되는 제1벽체(21)와 제2벽체(22)를 포함할 수 있다. 제1확폭부(20)는 통로와 같은 구조를 하고 있기 때문에 제1확폭부의 상부는 폐쇄된 형태로 확폭부 슬래브(23, 도 15참조)를 가지고 있다. 즉, 제1확폭부(20)의 양 측면은 제1벽체(21)와 제2벽체(22)로 구성되고, 상부는 제1벽체(21)와 제2벽체(22)를 이어주면서 제1확폭부(20)의 상부를 폐쇄하는 확폭부 슬래브로 구성된다. 도 2에서, 음영으로 표시된 부분(c)은 통로처럼 상부가 폐쇄되어 있는 부분을 의미하고, 그 외 부분은 양 측면이 날개벽으로 이루어져 있어서 상부가 개방되어 있는 부분을 의미한다.

제1벽체(21)와 제2벽체(22) 사이의 거리 즉, 제2방향에 대한 거리는 제1수평 거리(D1)로 정의될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 제1벽체(21)와 제2벽체(22) 사이의 제1수평 거리(D1)는 제1방향으로 향할수록 길어지도록 형성될 수 있다. 즉, 제1수평 거리(D1)는 본체(10)로 향할수록 짧아지며, 본체(10)에 멀어질수록 길어질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 일관성을 위해 제1수평 거리(D1)는 제1방향으로 향할수록 길어지는 것으로 설명하지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 제1수평 거리(D1)는 제1방향으로 향할수록 증가하지 않고 동일한 거리를 가지도록 구현될 수 있다. 이러한 경우 제1확폭부(20)의 제1방향에 대한 직선 거리는 본체(10)의 입구의 폭 길이(W)에 0 배 내지 1.5 배의 길이를 가질 수 있다.

제1벽체(21) 제2벽체(22)는 상부에서 바라보았을 때, 도면에 도시된 바와 같이 직선 형상을 취하고 있기 때문에 제1방향으로 향할수록 제1수평 거리(D1)는 선형적으로 증가할 수 있다.

제1확폭부(20)의 제1방향에 대한 수직 거리는 제1수직 거리(L1)로 정의될 수 있다. 제1수직 거리(L1)는 제1벽체(21)와 제2벽체(22)의 형상이 동일하면서 대칭적으로 배치되는 경우 제1벽체(21)의 제1수직 거리(L1)와 제2벽체(22)의 제1수직 거리(L1)는 동일한 길이를 가질 수 있다. 그러나, 제1벽체(21)와 제2벽체(22)의 형상이 다르거나, 비대칭적으로 배치되는 경우 제1벽체(21)와 제1수직 거리와 제2벽체(22)의 제1수직 거리는 서로 다른 길이를 가질 수 있다.

제1수직 거리(L1)는 본체(10)의 입구의 폭 길이(W)에 기초하여 가변 될 수 있다. 일 예로 제1수직 거리(L1)는 본체의 폭 길이(W)의 0배 ~ 1.5배 사이의 길이를 가질 수 있다.

또한, 제1수직 거리(L1)는 횡단 통로(100)의 상부에 쌓이는 토사의 높이에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로 횡단 통로(100)의 상부로부터 지표면까지의 높이가 미리 설정된 범위에 포함되는 구간을 계산한 후, 상기 구간의 제1방향으로의 길이가 제1수직 거리(L1)로 결정될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 12 및 도 13을 통해 후술하도록 한다.

본체(10)의 일 측면에서 제1방향으로 향하는 가상의 직선(y1)과 제1벽체(21)가 이루는 각도는 제1각도(r1)로, 본체(10)의 타 측면에서 제1방향으로 향하는 가상의 직선(y2)과 제2벽체(22)가 이루는 각도는 제2각도(r2)로 정의될 수 있다.

제1각도(r1)는 제1벽체(21)와 제2벽체(22)가 대칭적으로 배치되는 경우 제2각도(r2)와 서로 동일한 각도를 가질 수 있으나, 제1벽체(21)와 제2벽체(22)의 형상이 상이하거나, 형상이 동일 하여도 비대칭적으로 배치되는 경우에는 제1각도(r1)와 제2각도(r2)는 서로 다른 각도 값을 가질 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 제1각도(r1)와 제2각도(r2)는 동일한 각도임을 전제로 하며, 중복 설명의 생략을 위해 제1각도(r1)를 기준으로 설명하도록 한다. 따라서, 제1각도(r1)에 적용될 수 있는 본 발명의 특징은 제2각도(r2)에도 적용될 수 있다.

제1각도(r1)는 본체의 일 측면에서 연장되는 가상의 직선(y1)과 제1벽체(21)가 이루는 각도로 정의 되므로, 제1벽체(21)가 배치되는 형태에 따라 가변적인 값을 가질 수 있다. 즉, 제1벽체(21)가 제1방향에 평행할수록 제1각도(r1)는 작아지며, 제1벽체(21)가 제2방향에 평행할수록 제1각도(r1)는 커지기 된다. 일 실시예로, 제1각도(r1)는 45도 이하의 범위를 가질 수 있다.

또한, 제1각도(r1)는 제1수직 거리(L1)에 기초하여 가변 되는 값을 가질 수 있는데, 일 예로 제1수직 거리(L1)가 증가하는 경우, 제1각도(r1) 또한 증가할 수 있다.

일반적으로, 차량이 회전을 하면서 횡단 통로(100)의 본체(10)에 진입을 할 때, 차량이 안정적으로 회전을 하기 위해서는 최소 회전 반경을 만족해야 하며, 최소 회전 반경은 차량의 길이에 따라 다른 값을 가진다. 구체적으로, 교차로/도로를 설계하는 지침에 따르면 도 4의 표에 기재되어 있다시피 차량의 길이가 상대적으로 긴 버스, 트레일러 등의 대형차의 경우 최소 회전 반경은 평균적으로 약 12m 이상의 회전 반경이 필요하며, 차량의 길이가 상대적으로 작은 승용차 등의 소형 차의 경우 최소 회전 반경은 약 6m 이상의 회전 반경이 필요하다. 따라서, 횡단 통로를 설계함에 있어서, 이러한 회전 반경을 고려하여 제1확폭부(20)와 제2확폭부(30)를 시공하는 경우, 차량이 진입할 때는 공간이 넓은 공간에서 좁은 공간으로 좁혀지기 때문에 차량이 안정적으로 횡단 통로(100)에 진입할 수 있고, 반대로 횡단 통로(100)를 통과하는 경우 좁은 공간에서 넓은 공간으로 자연스럽게 이어지므로 차량이 다른 공간으로 회전을 하면서 안정적으로 이동할 수 있다. 이하 도면을 통해 실시예별로 이러한 특징이 어떻게 적용되는지 알아본다.

도 5 는 제1수직 거리와 본체의 폭이 동일한 경우의 본 발명에 따른 횡단 통로의 상면도이고, 도 6은 제1수직 거리가 본체의 폭의 1/2길이로 설계되는 경우의 횡단 통로의 상면도이고, 도 7은 제1수직 거리와 본체의 폭이 1.2배 길이인 경우 횡단 통로의 상면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 횡단 통로에 있어서, 제1수직 거리(L1) 길이의 변화에 따른 제1각도, 제1확폭부에서 도로까지의 이격 거리 및 제1수평 거리의 최대 거리 값을 표시한 그래프이다.

일 예로 본체의 폭(W)과 제1수직 거리(L1)가 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 길이로 설계되는 경우, 소형차가 본체(10), 제2벽체(22) 및 제2날개벽(32)에 충돌하지 않으면서 동시에 최소 회전 반경(약 6M)를 만족하면서 본체(10)로 진입하도록 설계 하는 경우, 호 R1(반지름 6M)과 같은 형태로 진입을 해야 하며, 대형차 또한 충돌을 하지 않기 위해서는 호 R2(반지름 12M)와 같은 형태로 본체(10) 내부로 진입해야 한다. 따라서, 이러한 특징을 고려하여 제2각도(r2)를 구해보면, 도5에서와 같이 본체의 폭(W)과 제1수직 거리(L1)가 동일하게 설계되는 경우 이 때 제2각도(r2)는 약 28도의 값을 가지게 된다.

반면, 도 6에서와 같이 제1수직 거리(L1)가 본체의 폭의 1/2배 길이로 설계되는 경우, 소형차가 본체(10), 제2벽체(22) 및 제2날개벽(32) 충돌하지 않으면서 동시에 최소 회전 반경(약 6M)를 만족하면서 본체(10)로 진입하도록 설계 하는 경우 호 R1(반지름 6M)과 같은 형태로 진입을 해야 하며, 대형차 또한 충돌을 하지 않기 위해서는 호 R2(반지름 12M)와 같은 형태로 본체(10) 내부로 진입해야 한다. 따라서, 이러한 특징을 고려하여 제2각도(r2)를 구해보면, 도6에서와 같이 제1수직 거리(L1)가 본체의 폭(W)의 1/2 길이로 설계되는 경우, 제2각도(r2)는 약 12도의 값을 가지게 된다.

이와 반대로, 제1수직 거리(L1)가 본체의 폭의 1.2배 길이로 설계되는 경우, 소형차는 소형차의 최소 회전 반경(약 6M)를 만족하면서 도 7에 도시된 바와 같이 곡선 R1과 같은 형태를 본체(10) 내부로 진입하게 되며, 대형차는 대형차의 최소 회전 반경(약 12M)을 만족하면서 곡선 R2와 같은 형태로 본체(10) 내부로 진입하게 된다. 따라서, 이러한 경우 제2각도(r2)는 소형차의 최소 회전 반경이 제1벽체(21) 및 제1날개벽(31)과 겹치지 않기 위해서는 도7에 도시된 바와 같은 모습으로 설계가 되어야 하며, 이 때 제2각도(r2)는 약 45도의 값을 가지게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 제1각도(r1)와 제2각도(r2)는 앞서 설명한 상황들을 만족하면서 설계되며, 이러한 조건에 따라 각도(r)를 본체의 폭(W)을 기준으로 표현하면 아래 수학식 (1)과 같은 식으로 표현될 수 있다.

수학식 (1)에서 R(R1, R2)은 소형차의 최소회전반경을 의미하며, 소형차를 기준으로 할 경우 6m, 대형차를 기준으로 할 경우 12m가 적용될 수 있다. L1은 제1수직 거리를 의미하며, 역탄젠트함수에 들어가는 변수의 단위는 길이 단위인 m이므로, 수학식 (1)의 r의 단위는 rad을 의미한다. 일 예로 수학식 (1)에 기초하여 본체(10)의 입구의 폭이 5m이고, 제1수직 거리의 길이가 2.5m이고, R1이 6m인 경우 각도 r을 구해보면 약 12.3도가 된다.

한편, 제1수평 거리(D1)는 앞서 설명한 대로 제1방향으로 갈수록 증가할 수 있으므로, 제1수평 거리(D1)의 최대 거리(제1확폭부(20)와 제2확폭부(30)가 만나는 지점에서의 제1수평거리)는 제1수직 거리(L1)와 제1각도(r1)가 정해진 경우 피타고라스의 정리에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 이를 수학식으로 표현하면 아래 수학식 (2)와 같이 표현될 수 있다.

수학식 (2) - 2*L1*tan(r) + W

수학식 (2)에서 r는 수학식 (1)에 따라 산출된 각도를 의미하며, L1은 제1수직 거리(L1)를 의미하고, W는 본체의 폭을 의미한다.

다시 도 1 내지 도 3으로 돌아와 제2확폭부(30)에 대해 설명하면, 제2확폭부(30)는 제1확폭부(20)의 일 측면에 결합되어 배치될 수 있다.

구체적으로, 제2확폭부(30)는 제1벽체(21)의 측면에 배치되는 제1날개벽(31)과 제2벽체(22)의 측면에 배치되는 제2날개벽(32)을 포함할 수 있으며, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)은 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있다. 여기서, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)은 제1방향으로 향할수록 지상과의 높이는 점점 더 낮아지는 형상으로 구현될 수 있다.

도 1 내지 도 3에서는 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)의 형상이 서로 동일한 형상으로 대칭적인 형태로 배치되는 것으로 도시하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 제1날개벽(31)의 형상과 제2날개벽(32)의 형상은 서로 다르거나, 동일하더라도 비대칭적인 형태로 배치될 수 있으며, 도면에서는 위쪽에서 바라보았을 때의 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)의 형상을 곡선인 형상으로 표시하였지만, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)의 형상은 위쪽에서 바라보았을 때, 직선인 형상을 취할 수 있다.

제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)의 제1방향에 수직인 제2방향에 대한 거리는 제2수평 거리(D2)로 정의될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 제2수평 거리(D2)는 제1방향으로 향할수록 길어질 수 있다. 즉, 제2수평 거리(D2)는 제1확폭부(20)로 향할수록 짧아지며, 제1확폭부(20)에서 멀어질수록 길어질 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 제1날개벽(31) 및 제2날개벽(32)은 곡선 형상을 취하고 있기 때문에 제1방향으로 향할수록 제2수평 거리(D2)는 비선형적으로 증가할 수 있으며, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)은 각각 제1벽체(21)와 제2벽체(22)의 측면에서 연장되는 형태로 결합되므로, 제2수평 거리(D2)의 최소 길이는 제1수평 거리(D1)의 최대 길이보다 크거나 동일한 길이가 될 수 있다.

제1날개벽(31) 및 제2날개벽(32)의 곡선 형상은 도면에 도시된 바와 같이 원의 일부인 호 형상일 수 있으나, 본 발명에 따른 제1날개벽(31) 및 제2날개벽(32)의 곡선 형상이 호 형상으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1날개벽(31) 및 제2날개벽(32)의 곡선 형상은 포물선 형태 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

제2확폭부(30)의 제1방향에 대한 수직 거리는 제2수직 거리(L2)로 정의될 수 있다. 제2수직 거리(L2)는 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)이 서로 대칭적인 형태로 배치되는 경우 제1날개벽(31)의 제2수직 거리(L2)와 제2날개벽(32)의 제2수직 거리(L2)는 동일한 길이를 가질 수 있으나, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)의 형상이 다르거나, 형상이 동일 하여도 비대칭적으로 형태로 배치되는 경우 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)의 제2수직 거리(L2)는 서로 다른 길이를 가질 수 있다.

제2확폭부(30)는 제1확폭부(20)의 측면에 결합되는 형태로 배치된다는 점에서, 제2확폭부(30)의 제2수직 거리(L2)는 제1수직 거리(L1)에 기초하여 가변 될 수 있다. 즉, 도 5 및 도6에 도시된 제2수직 거리(L2)는 차량의 최소 회전 반경(R)에서 제1수직 거리(L1)를 차감하여, 아래 수학식 (3)과 같이 표현될 수 있다.

수학식 (3) - L2 = R -L1

수학식 (3)의 단위는 m이며, 최소 회전 반경의 경우 앞서 설명한 바와 소형차의 경우 최소 회전 반경이 6m가 되고, 대형차의 경우 최소 회전 반경이 12m가 될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 횡단 통로(100)가 시공됨에 있어서, 도로의 설계 환경에 따라 R은 6m 내지 12m의 범위 내에서 가변적일 수 있으며, 이에 따라 제2수직 거리(L2) 또한 가변적일 수 있다.

지금까지 앞서 설명한 수학식 (1) 내지 수학식 (3)을 정리하여 그래프를 도시하면 도 8에 도시된 그래프와 같이 표현될 수 있다. 도 8은 제1수직 거리(L1)의 변화에 따른 제1각도(점선 A), 제1확폭부에서 도로까지의 이격거리(점선 B) 및 제1수평 거리(D1)의 최대 길이(점선 C)의 변화를 도시한 도면이다. 도 8의 그래프에서 왼쪽Y축은 각도를 의미하고, 오른쪽 Y축은 최대지간 거리(단위 m)를 의미하며, 그래프의 결과 값들은 w=5m를 적용하였을 때의 결과 값들을 도시한 값이다. 도 8을 참조하면, 횡단 통로를 통과하는 차량의 회전 반경 및 설계 안정성 및 경제적 요건 등을 고려하였을 때, 제1수직 거리가 0.25w~0.75w일 때 그래프에 표시된 값들로 제1각도, 제2수직 거리, 제1수평 거리 등으로 설계하는 것이 가장 최적의 설계라 할 수 있다.

한편, 앞선 도면들을 통해서 본 발명의 특징을 설명함에 있어서, 본체(10)의 일 측면에 배치되는 제1확폭부(20)와 제2확폭부(30)에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10)의 타 측면에는 제3벽체(41)와 제4벽체(42)를 포함하는 제3확폭부(40)와 제3날개벽(51)과 제4날개벽(52)을 포함하는 제4확폭부(50)가 배치될 수 있으며, 제3확폭부(40)와 제4확폭부(50)에도 앞서 설명한 제1확폭부(20)와 제2확폭부(30)의 특징이 각각 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.

지금까지 도면을 통해 본 발명에 따른 횡단 통로(100)의 구조적 특징에 대해 알아보았다 이하 도면을 통해 본 발명의 또 다른 특징에 해당하는 횡단 통로(100)의 제1수직 거리 산정 방법 및 이에 따른 횡단 통로(100)의 설계 방법에 대해 알아본다.

도 9의 (A)는, 횡단 통로에 영향을 미치는 환경을 도시한 도면이고, 도 9의 (B)와 (C)는 횡단 통로의 구간별로 외부 환경 및 외부 하중의 영향을 받는 정도를 도시한 그래프이다.

도 9의 (A)를 참조하면, 일반적인 횡단 통로 (1)은 그 특성상 언덕과 같은 자연 지물을 지상에서 관통하는 구조로 시공되기 때문에, 도면에 표시된 바와 같이 횡단 통로의 중심 영역(A)에서의 횡단 통로의 상단에는 상대적으로 토사와 같은 하중물이 많이 쌓여있고, 토사 위로 차량 등이 통행하기 때문에 중심 영역(A)은 하중의 영향을 상대적으로 많이 받는 영역에 해당한다.

이와 반대로, 횡단 통로의 외곽 영역(B1, B2)은 도면에 도시된 바와 같이 토사가 적게 쌓이기 때문에 자연 지물의 하중의 영향을 중심 영역(A)보다 상대적으로 적게 받는다. 그러나, 외곽 영역(B1, B2)은 중심 영역(B)과 달리 외부 환경(온도, 비, 바람, 눈 등)과 직접 접촉하는 영역에 해당하므로 중심 영역(A)보다 상대적으로 외부 환경의 영향에 많이 받게 된다. 특히, 외곽 영역(B1, B2) 상단에 쌓이는 토사의 높이는 상대적으로 중심 영역(A)의 토사보다 낮게 쌓이기 때문에, 겨울철에 온도가 많이 내려가는 경우 외곽 영역(B1, B2)의 슬래브는 중심 영역(B)의 슬래브 보다 외부 환경에 영향을 많이 받게 되며, 이러한 영향이 지속적이 미치는 경우, 외곽 영역(B1, B2)의 슬래브 내부에 존재하는 콘크리트가 동결융해되어 횡단 통로의 안정성 및 내구성에 좋지 않은 영향을 줄 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 횡단 통로(100)는 횡단 통로(100)를 시공함에 있어서, 외부 환경에 영향을 많이 받는 환경 구간과 외부 환경에 영향을 받지 않는 하중 구간을 설계 환경에 따라 다르게 계산한 후, 환경 구간에서의 시공 방법과 하중 구간에서의 시공 방법을 다르게 적용함으로써, 보다 외부 환경에 강인한 횡단 통로를 제공하는데 그 목적이 있다.

구체적으로, 외부 환경에 영향을 많이 받는 구간은 확폭부로 설계를 하고, 상대적으로 하중의 영향을 많이 받는 구간을 본체로 설계 한 후, 확폭부와 본체의 슬래브에 삽입하는 철근의 종류 및 철근의 간격을 다르게 조절함으로써, 비, 바람, 눈 등 외부 환경에 영향을 상대적으로 많이 받는 확폭부의 구조물들이 외부 환경에 영향을 적게 받도록 하는데 그 목적이 있다. 이하 도면을 통해 동결심도에 대해 알아보고 이에 기초하여 확폭부의 수직 길이를 계산하는 방법에 대해 알아본다.

도 10은 대한민국의 지역별 동결심도의 깊이를 기재한 표이고, 도 11은 지중의 깊이에 따라 1년 동안 변하는 평균적인 온도 범위를 도시한 도면이다.

동결심도는 겨울철 대기 온도로 인하여 토사의 온도가 같이 내려가 동상 피해가 예상되는 토층의 깊이를 의미하며, 2월 하순을 기준으로 제설된 도로나 지표면에서 구멍을 파고 구멍벽면에서 식별할 수 있는 얼음 덩어리의 최저선을 측정한 깊이에 의해 정해진다.

동결심도 내에 콘크리트 구조물이 존재하는 경우, 콘크리트는 동결융해의 영향을 받게 된다. 구체적으로, 콘크리트의 온도가 0

이하로 되는 경우 콘크리트 내부에 존재하는 수분은 얼면서 팽창하게 되는데, 이러한 현상이 장기간에 걸쳐 발생하여 콘크리트 내부에서 수분의 동결과 융해가 반복적으로 이루어지는 경우 콘크리트가 열화되는 문제가 발생하는데, 이러한 열화 현상을 동결융해라 부른다.

동결융해를 받은 콘크리트에서는 콘크리트 표면에 스케일링, 미세균열 및 팝 아웃(pop-out) 등의 다양한 형태의 열화 현상이 발생하기 때문에, 콘크리트의 내구성이 급속도로 저하되는 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 콘크리트로 구현되는 횡단 통로를 시공함에 있어서, 이러한 점을 고려해야 횡단 통로의 내구성 및 안정성을 높일 수 있다.

도 10의 표를 참조하면, 대한민국의 위도의 특성을 고려하였을 때, 대한민국의 동결심도 범위는 250~1914mm 범위 내에 존재하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11을 참고하여도, 지표면에서 아래로 0m ~ 2m 구간까지의 일년 동안의 온도 변화는 10도를 넘는 등 상대적으로 큰 반면, 지표면에서 아래로 2m 이상의 구간에서는 일년 동안의 온도 변화가 10도 미만으로 상대적으로 작음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 대한민국에서는 지표면에서 2M 정도의 까지의 깊이를 동결심도의 영향을 받는 동결심도 깊이라 판단하고, 횡단 통로를 설계하고 시공함에 있어서, 동결심도 깊이에 포함되는 구간에서는 철근의 크기 또는 지름과 배근을 그렇지 않은 구간과 다르게 하여 동결심도에 강인한 횡단 통로를 제공하는데 그 목적이 있다.

보다 구체적으로는, 횡단 통로 상단에 쌓여있는 토사의 지표면으로부터 깊이가 미리 설정된 깊이(상기 동결심도 깊이)에 포함되는 경우 그 구간을 환경 구간으로 정의하고, 미리 설정된 길이에 포함되지 않는 구간을 하중 구간으로 정의한 후, 환경 구간과 하중 구간에서 횡단 통로에 삽입되는 철근의 크기, 지름 및 배근을 다르게 하여 횡단 통로의 안정성 및 내구성을 향상시키는데 그 목적이 있다. 이하 명세서에서는 상기 미리 설정된 깊이에 대한 수치는 2m로 하여 설명하지만, 이는 설명의 편의를 위해 한정한 것이고, 시공 환경에 따라 1m에서 3m까지의 범위를 포함할 수 있다.

이하 도면을 통해, 실시예별로 환경 구간과 하중 구간을 구분하는 방법에 대해 알아본다.

도 12는 환경 구간과 하중 구간을 존재하는 경우의 횡단 통로의 측면 사시도이고, 도 13은 환경 구간과 하중 구간이 동시에 존재하는 경우의 횡단 통로의 측면 사시도와 상면도를 도시한 도면이다. 도 14는 환경 구간 또는 하중 구간만이 존재하는 경우의 횡단 통로의 측면 사시도를 도시한 도면이다.

도 12와 도 13 (a)를 참조하면, 횡단 통로(100)의 상부에 쌓여있는 토사의 지표면으로부터 깊이(y)는 위치에 따라 가변되는데, 앞서 설명한 바와 같이 미리 설정된 깊이(약 2m)를 초과하는 경우는 하중 구간(A)으로 구분되고, 그렇지 않은 경우 환경 구간(B)로 구분될 수 있다. 따라서, 도면에 표시된 바와 같이 횡단 통로(100)의 정중앙 영역은 하중 구간(A)으로 구분되고, 정중앙 영역의 양쪽 영역은 모두 환경 구간(B1, B2)으로 구분될 수 있다.

그러나, 도 12 및 도 13과 다르게 도 14의 (A)에서처럼 횡단 통로(100) 전 구간에 걸쳐서 토사가 미리 설정된 깊이보다 높게 쌓여 있는 경우, 지표면에서 횡단 통로(100)의 상부까지의 깊이가 미리 설정된 깊이(2m)를 초과하게 되므로, 횡단 통로(100)의 전 구간을 하중 구간으로만 정의할 수 있다. 이러한 경우 환경 구간은 존재하지 않으므로, 횡단 통로(100)의 구성 요소는 본체(10)만이 존재하게 되고, 확폭부(20, 40)는 존재하지 않게 된다.

이와 반대로 도 14의 (B)에서와 같이 횡단 통로(100)의 상단에 토사가 횡단 통로의 전 구간에 걸쳐 미리 설정된 깊이인 2m보다 낮게 쌓이는 경우, 횡단 통로(100)의 전 구간을 환경 구간(B)으로만 정의될 수 있다. 이러한 경우 하중 구간은 존재하지 않으므로, 사실상 횡단 통로(100)의 본체(10)는 확폭부(20, 40)로 구현되게 된다.

다시 도 13으로 돌아와 도 13의 (A)와 같은 환경에서 횡단 통로(100)가 시공되는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 하중 구간(A)은 본체(10)로 구현되고, 환경 구간(B1)의 구조는 제1확폭부(20)로 구현되며, 환경 구간(B1)을 벗어난 구간은 제2확폭부(30)로 구현될 수 있으며, 본체(10)의 구조물과 제1확폭부(20)의 구조물에 삽입되는 철근의 종류 및 배근은 서로 상이하게 적용될 수 있다.

도 15의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물과 하중 구간의 구조물에 미치는 하중의 종류를 각각 도시한 도면이고, 도 16의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물 및 하중 구간의 구조물의 일 단면에 미치는 모멘트를 각각 도시한 도면이며, 도 17의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물 및 하중 구간의 구조물에 모멘트 분포를 종합적으로 각각 도시한 도면이다.

이하 설명의 편의를 위해 환경 구간을 제1확폭부(20)로 지칭하여 설명하고, 하중 구간은 본체(10)로 지칭하여 설명하며, 후술할 제1확폭부(20)에 대한 특징은 제1확폭부(20)와 동일한 특징을 공유하고 있는 제3확폭부(40)에도 적용될 수 있는 것은 당연하다.

도 15의 (A)를 참조하면, 제1확폭부(20)는 총 3가지 종류의 하중을 받는데, 구체적으로 도면에 도시된 바와 같이 제1확폭부(20)의 천장을 구성하는 확폭부 슬래브(23)는 토사의 고정 하중(a1)을 받고, 제1벽체(21)와 제2벽체(22)에는 각각의 벽체의 측면에 존재하는 토사의 수평 토압(b1, b2)을 받는다. 또한, 제1날개벽(31)과 제2날개벽(32)이 제1벽체(21) 및 제2벽체(22)에 각각 수직으로 결합되는 경우 제1벽체(21)와 제2벽체(22)에는 각각 날개벽의 수평 하중(c1, c2)을 받는다.

따라서, 이를 기초로 제1확폭부(20)의 일면에 미치는 모멘트를 도시하면, 도 16 (A)에 도시된 바와 같이 제1벽체(21) 및 제2벽체(22)가 확폭부 슬래브(23)와 만나는 모서리 영역에는 벽체 안쪽으로의 정모멘트(+)가 발생한다. 그리고 이를 기초로 제1확폭부(20)에 미치는 모멘트 전부를 도시해보면 도 17의 (A)에 도시된 바와 같이 표시 될 수 있다.

반대로, 본체(10)에 미치는 하중의 종류 및 모멘트에 대해 알아보면, 도 15의 (B)에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 천장부를 구성하는 본체(10)의 슬래브에는 토사의 고정 하중(a1) 및 토사의 연직 토압(a2)을 받고, 본체(10)의 양 측면을 구성하는 제1본체 벽체(11) 및 제2본체 벽체(12)는 토사의 수평 토압(b1, b2)을 받는다.

따라서, 이를 기초로 본체(10)의 일면에 미치는 모멘트를 도시하면, 도 16 (B)에 도시된 바와 같이 본체(10)의 중앙영역은 벽체 내측영역으로의 강한 부 모멘트(-)가 발생한다. 그리고 이를 기초로 제1확폭부(20)에 미치는 모멘트를 전부 도시하면 도 17의 (B)에 도시된 바와 같이 도시 될 수 있다.

즉, 도 17의 (A)와 (B)를 비교하여 살펴보면, 제1확폭부(20)에서 제1벽체(21) 및 제2벽체(22)가 확폭부 슬래브(23)와 만나는 모서리 영역(X)에는 정모멘트가 발생하는 것을 알 수 있지만, 본체(10)의 제1본체 벽체(11) 및 제2본체 벽체(12)가 본체 슬래브(11)와 만나는 모서리 영역(Y)에는 정모멘트가 발생하지 않음을 알 수 있다. 따라서, 이러한 모멘트는 모서리 영역의 구조물의 안정성에 영향을 미치므로 본 발명에 따른 횡단 통로는 이러한 모멘트를 고려하여 제1확폭부(20)와 본체(10)의 구조물에 배치되는 철근의 종류, 굵기 및 배근을 다르게 하여 횡단 통로의 안정성 및 내구성을 향상시켰다. 이하 도면을 통해 알아본다.

도 18의 (A)와 (B)는 환경 구간의 구조물과 본체의 구조물에 삽입되는 철근의 배치를 각각 도시한 도면이고, 도 19의 (A)와 (B)는 환경 구간의 모서리 영역의 구조물과 하중 구간의 모서리 영역의 구조물에 삽입되는 철근의 피복을 각각 도시한 도면이다. 이하 앞선 도면에서와 마찬가지로 설명의 편의를 위해 환경 구간을 제1확폭부(20)로 지칭하여 설명하고, 하중 구간은 본체(10)로 지칭하여 설명한다.

도 18에서 설명하였듯이, 제1확폭부(20)의 경우 제1벽체(21) 및 제2벽체(22)가 확폭부 슬래브(23)와 만나는 영역(X)에는 본체(10)의 경우와 다르게 제1확폭부(20)의 내부로 정모멘트가 발생하기 때문에, 이를 지지해줄 철근이 필요하다. 따라서, 일 실시예에 따른 제1확폭부(20)에는 도 18의 (A)에 도시한 바와 같이 X 1영역에는 제1철근(61)과 제2철근(62)이 배치되고, X2 영역에는 제2철근(62)과 제3철근(63)이 배치되고, X 3영역에는 제3철근(63)과 제4철근(64)이 배치되고, X4 영역에는 제4철근(64)과 제1철근(61)이 배치되어 모서리 영역에 발생하는 모멘트를 효과적으로 지지해줄 수 있다.

또한, 제1확폭부(20)의 모서리 영역에 배치되는 철근의 경우 도면에 도시된 바와 같이 양 끝단이 U자형으로 제작된 철근을 배치할 수 있는데, U자형 철근을 배치하는 경우 모서리 영역에 내측으로 발생되는 모멘트를 직선형으로 철근을 배치하는 경우보다, 효과적으로 지지할 수 있는 장점이 존재한다.

한편, 본체(10)의 경우 제1확폭부(20)와는 다른 형태의 모멘트가 발생하므로, 배치하는 철근의 모형 또한 제1확폭부(20)에 배치되는 철근과 다르게 배치될 수 있다. 본체(10)의 경우 모서리 영역(Y1~Y4)에는 내측으로 모멘트가 발생되지 않으므로, ㄱ자 형태의 철근들을 배치하는 방법으로 본체(10)에 발생하는 모멘트를 효과적으로 지지할 수 있다. 구체적으로, 도 18의 (B)에 도시된 바와 같이 Y 1영역에는 ㄱ자 형태의 제5철근(65)이 배치되고, Y2 영역에는 ㄱ자 형태의 제6철근(66)이 배치되고, Y3영역에는 ㄱ자 형태의 제7철근(67)이 배치되고, Y4 영역에는 ㄱ자 형태의 제8철근(68)이 배치되어, 모서리 영역에 발생하는 모멘트를 효과적으로 지지해줄 수 있다. 모서리 영역을 제외한 각 면의 중앙영역에는 도면에 도시된 바와 같이 직선 형태의 철근인 제9철근(69), 제10철근(70), 제11철근(71) 및 제12철근(72)이 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 횡단 통로(100)는 본체(10) 및 제1확폭부(20)에 철근을 삽입함에 있어서, 외부 환경에 영향을 받는 정도를 고려하여 철근의 종류, 두께 및 피복을 다르게 하여 배치할 수 있는데, 구체적으로 외부 환경에 대한 영향을 상대적으로 많이 받는 제1확폭부(20)에 배치되는 철근의 피복 및 두께를 본체(10)에 배치되는 철근의 피복 및 두께와 다르게 함으로써, 보다 외부 환경에 강인한 횡단 통로(100)를 구현할 수 있다. 이하 앞선 도면에서와 마찬가지로 설명의 편의를 위해 환경 구간을 제1확폭부(20)로 지칭하여 설명하고, 하중 구간은 본체(10)로 지칭하여 설명한다.

구체적으로, 도 19의 (A)에 도시된 바와 같이 확폭부 슬래브(23)에 삽입되는 제2철근(62)은 확폭부 슬래브(23)의 상면으로부터는 미리 설정된 제1거리(X1)만큼 이격되고, 확폭부 슬래브(23)의 하면으로부터는 미리 설정된 제2거리(X2)만큼 이격된 상태로 배치될 수 있다. 일 예로 제1거리(X1)는 약 100mm, 제2거리(X2)는 약 100mm로 설계될 수 있다.

제2벽체(22)에 삽입되는 제1철근(61)은 제2벽체(22)의 외측으로부터는 미리 설정된 제3거리(X3)만큼 이격되고, 제2벽체(22)의 내측으로부터는 미리 설정된 제4거리(X4)만큼 이격된 상태로 배치될 수 있다. 일 예로 제3거리(X3)는 약 70mm, 제4거리(X4)는 약 105mm로 설계될 수 있다.

이와 반대로, 본체 슬래브(13) 및 제2본체 벽체(12)에 삽입되는 제5철근(65)의 경우, 도 19의 (B)에 도시된 바와 같이 본체 슬래브(13)의 상면으로부터는 미리 설정된 제5거리(X5)만큼 이격되고, 제2본체 벽체(12)의 외측으로부터는 미리 설정된 제6거리(X6)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로 제5거리(X5)는 약 70mm, 제6거리(X6)는 약 70mm로 설계될 수 있다.

본체 슬래브(13)의 하측에 배치되는 제10철근(70)은 본체 슬래브(13)의 하면으로부터는 미리 설정된 제7거리(X7)리만큼 이격된 상태로 배치될 수 있으며, 제2본체 벽체(12)의 내측에 배치되는 제9철근(69)은 제2벽체(22)의 내측으로부터는 미리 설정된 제8거리(X8)만큼 이격된 상태로 배치될 수 있다. 일 예로, 제7거리(X7)는 약 80mm, 제8거리(X8)는 약 85mm로 설계될 수 있다.

즉, 종래 기술에 의할 경우, 횡단 통로의 구간별 특성을 고려하지 않고 전 영역에 걸쳐 동일한 종류의 철근의 동일한 피복으로 시공을 하다 보니, 횡단 통로의 입구와 출구 영역의 부재들이 외부 환경에 영향을 많이 받아서 노후화가 빨리 진행되는 문제점이 존재하였다.

그러나, 본 발명에 따른 횡단 통로(100)는 비교적 환경에 영향을 많이 받는 제1확폭부(20)에 삽입되는 철근의 피복은 본체(10)에 삽입되는 철근의 피복보다 크게 함으로써, 제1확폭부(20)에 삽입되는 철근은 상대적으로 외부 환경에 영향을 적게 받을 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명에 따른 횡단 통로(100)는 제1확폭부(20)에 삽입되는 철근은 외부 환경의 강인한 철근, 즉, 동결심도에 의한 영향에 강인한 철근이 사용될 수 있는데, 구체적으로 제1확폭부(20)에 배치되는 철근은 본체(10)에 배치되는 철근의 직경보다 크거나 작은 직경을 가지고 있는 철근이 사용될 수 있다. 일 예로, 제1확폭부(20)에 삽입되는 철근은 고강도 19mm철근이, 본체(10)에 삽입되는 철근은 16mm 철근이 사용될 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 횡단 통로(100)의 구성 요소 및 특징에 대해 도면을 통해 자세히 알아보았다.

일 실시예에 따른 내구성 및 차량의 통행 효율을 향상시킨 횡단 통로는 입구와 출구의 형상이 차량의 동선 및 회전 반경이 고려된, 점진적으로 확대되는 형상을 취하고 있어, 차량이 보다 안정성 있게 횡단 통로에 진입하고 통과할 수 있는 장점이 존재한다.

또한, 일 실시예에 따른 내구성 및 차량의 통행 효율을 향상시킨 횡단 통로는, 우리나라의 동결심도 분포에 기초하여 외부 환경에 영향을 받는 영역과 그렇지 않은 영역을 나눈 후, 외부 환경에 영향을 많이 받는 영역에서는 보다 외부 환경에 강인하도록 철근의 피복 두께와 직경을 조정함으로써, 종래 기술에 따른 횡단 통로 보다 내구성이 강한 장점이 존재한다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적인 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 본체 20: 제1확폭부
21: 제1벽체 22: 제2벽체
30: 제2확폭부 31: 제1날개벽
32: 제2날개벽 40: 제3확폭부
41: 제3벽체 42: 제4벽체
50: 제4확폭부 51: 제3날개벽
52: 제4날개벽 100: 횡단 통로
L1: 제1수직 거리 L2: 제2수직 거리
D1: 제1수평 거리 D2: 제2수평 거리

Claims (9)

1. 제1방향을 따라 통로가 형성되는 본체;
   상기 본체의 입구의 일 측면과 타 측면에 각각 마주보고 배치되는 제1벽체와 제2벽체를 포함하는 제1확폭부; 및
   상기 제1벽체와 상기 제2벽체의 측면에 각각 마주보고 배치되는 제1날개벽과 제2날개벽;을 포함하고,
   상기 제1방향의 수직인 제2방향에 대한, 상기 제1벽체와 상기 제2벽체 사이의 거리인 제1수평 거리(D1)는, 상기 제1방향으로 향할수록 선형적으로 증가하며,
   상기 제2방향에 대한 상기 제1날개벽과 상기 제2날개벽 사이의 거리인 제2수평 거리(D2)는, 상기 제1방향으로 향할수록 비선형적으로 증가하고,
   상기 제1벽체 및 상기 제2벽체가 상기 제1방향으로의 가상의 직선과 이루는 각도는, 상기 본체의 입구의 폭의 길이에 기초하여 결정되고,
   상기 제1벽체 및 상기 제2벽체의 상기 제1방향으로의 수직 거리인 제1수직 거리(L1)는, 상기 제1벽체 및 상기 제2벽체의 상단 위에 쌓이는 토사의 높이에 기초하여 각각 결정되며,
   상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 피복은 상기 본체에 배근되는 철근의 피복보다 두껍고, 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 직경은 상기 본체 배근되는 철근의 직경 보다 작은 철근이 사용되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체 및 상기 제1확폭부에 배근되는 철근의 피복과 두께는, 상기 본체 및 상기 제1확폭부에 미치는 모멘트의 크기에 기초하여 각각 결정되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
3. 제2항에 있어서,
   상기 본체에 미치는 모멘트의 크기는,
   상기 본체에 영향을 미치는 고정 하중(a1)의 크기, 토사의 연직 토압의 크기 (a2) 및 토사의 수평 토압(b1, b2)의 크기에 기초하여 결정되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1확폭부에 미치는 모멘트의 크기는,
   상기 제1확폭부에 영향을 미치는 고정 하중(a1)의 크기, 토사의 연직 토압(b1, b2)의 크기 및 상기 제1날개벽과 상기 제2날개벽에 의해 전달되는 수평 하중(c1,c2)의 크기에 기초하여 결정되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1확폭부의 모서리 영역에는, 복수 개의 U자형 철근이 교차하여 배치되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1확폭부의 측면 벽체에 배치되는 U자형 철근은, 상기 제1확폭부의 측면 벽체의 외면으로부터는 60mm 내지 80mm, 내면으로부터는 100mm 내지 120mm 이격된 거리로 배치되고,
   상기 제1확폭부의 상부 슬래브에 배치되는 U자형 철근은, 상기 상부 슬래브의 상면 및 하면으로부터 90mm 내지 110mm 이격된 거리로 배치되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
7. 제2항에 있어서,
   상기 본체의 모서리 영역에는, ㄱ자형 철근이 배치되고,
   상기 본체의 측면 벽체에는, 직선형 철근인 제9철근이 상기 본체의 측면 벽체와 평행하게 배치되고,
   상기 본체의 슬래브에는, 직선형 철근인 제10철근이 상기 본체의 슬래브와 평행하게 배치되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
8. 제7항에 있어서,
   상기 ㄱ자형 철근은, 상기 본체의 측면 벽체의 외면으로부터는 60mm 내지 80mm 이격된 거리로 배치되고,
   상기 제9철근은, 상기 본체의 측면 벽체의 내면으로부터는 70mm 내지 100mm 이격된 거리로 배치되는,
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
9. 제7항에 있어서,
   상기 ㄱ자형 철근은, 상기 본체의 슬래브의 상면으로부터는 60mm 내지 80mm 이격된 거리로 배치되고,
   상기 제10철근은, 상기 본체의 슬래브의 하면으로부터는 70mm 내지 90mm 이격된 거리로 배치되는
   구간별 외부 환경의 영향을 고려하여 내구성을 향상시킨 횡단 통로.
   

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