KR102527984B1 - 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법 - Google Patents

투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보조기층을 관통하여 노반으로 연결되는 배수구멍에 자갈과 모래를 채워서 투수성이 확보되도록 하되 건식공법으로 제작된 투수성 팽이기초를 모래와 함께 매립함으로써, 상기 배수구멍에 집중되는 하중이 상기 팽이기초에서 지지되기 때문에 부등침하를 막고 상기 배수구멍의 원형을 유지할 수 있는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 보조기층에 노반으로 통하는 다수의 배수구멍이 종횡으로 구비되고; 각 상기 배수구멍에는 모래와 함께 매립되는 투수성 팽이기초가 구비되며; 각 상기 팽이기초는 시멘트와 골재가 건식으로 교반되어 형틀에 투입되고, 진동다짐 과정에서 투수성이 부여되며; 각 상기 팽이기초는 원뿔형으로 구성되어서 빗물이 보조기층에서 노반으로 흘러가게 유도하면서 집중하중에 대한 지지력을 갖는 특징이 있다.

Description

투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법{Road permeation method using permeable top foundation}
본 발명은 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조기층을 관통하여 노반으로 연결되는 배수구멍에 건식공법으로 제작된 다수의 투수성 팽이기초를 모래와 함께 수직으로 다단 매립함으로써, 상기 배수구멍에 집중되는 수직하중에 대하여 각 상기 팽이기초에서 지지력이 발생되어 분산되기 때문에 부등침하를 막을 수 있는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법에 관한 것이다.
현재의 도로에서 불투수성 포장은 빗물이 지하로 스며들지 못하고 우수관으로 유입되기 때문에 지하수가 부족해지는 문제가 있으며, 특히 폭우가 내리면 빗물이 하천으로 빠르게 유입되어 하천범람 등의 자연재해가 발생되는 문제가 있었다. 이를 감안하여 개발된 투수성 보차도블록은 빗물이 노반으로 스며들기 때문에 지하수의 고갈을 막을 수 있다. 그러나 보차도블록의 투수성이 너무 뛰어나더라도 노반 위의 보조기층에서 빗물이 정체되기 때문에 부등침하 등의 원인이 된다.
상기 보조기층은 노반에서 100mm ∼ 300mm 높이로 흙과 자갈 들을 혼합하여 다짐 시공한 것으로서, 도로나 보도를 지탱하는 역할을 한다. 이러한 보조기층은 공극이 확보되지 못하고 불투수로 시공되기 때문에 폭우로 인하여 빗물이 빠르게 유입되면 보조기층에서 빗물이 정체되기 때문에 모래층 및 보조기층의 부등침하 원인이 된다.
이를 감안하여 국내특허 제466889호는 도로의 보도에 설치되는 보차도블록을 배수처리 할수 있는 구조로 형성하여 우기시 보조기층에 빗물이 모이지 않도록 하였으며, 보차도블록간의 상호 체결로 인해 외부하중 및 노반의 변형에 의한 보차도블록의 침하현상을 방지하여 보행자의 통행에 불편을 주지 않도록 한 도로용 보차도블록을 제안한 바 있다.
그러나 각 보차도블록들의 측면이 길이방향을 따라 연결부재로 결합되다 보니 시공성이 어렵고, 또한 각 보차도블록들에 구멍을 천공해야 되므로 구멍들이 외부로 노출되어 이물질이 배수관으로 유입되는 등의 문제점이 있었다.
본원의 발명자는 공개특허 제10-2016-0130596호로 보차도블록 배수 시스템을 제안한 바 있다. 이는 보차도블록(보도 및 차도용 블록)의 투수홀을 따라 모래층 및 골재층으로 유입되는 빗물이 보조기층에 머물지 않고 노반으로 유입되도록 상기 골재층과 노반을 연결하는 배수관을 보차도에 종횡으로 다수개 설치함으로써, 빗물이 상기 보조기층에 정체되지 않으므로 보차도블록으로 역류되지 않으며, 부등침하에 따른 보차도블록의 들뜸이나 꺼짐이 발생되지 않는 것이다.
그러나 상기 특허는 보조기층에 박히는 배수관으로 인하여 보조기층이 약화되는 문제점이 있으며, 또한 배수관이 막히지 않도록 배수관 상단에 커버를 설치하고 빗물을 유도하는 심재를 설치해야 되므로 시공성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 보조기층을 관통하여 노반으로 연결되는 배수구멍에 모래를 채워서 투수성이 확보되도록 하되 수직하중에 대한 부등침하를 막기 위하여 투수성 팽이기초를 원뿔형으로 제작한 뒤 다단으로 상기 배수구멍에 모래와 함께 적층함으로써, 각 상기 팽이기초에 작용하는 수직하중이 모래를 통하여 배수구멍이 천공된 보조기층 내부로 분산되기 때문에 부등침하를 막을 수 있는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법을 제공함에 있다.
이를 위하여 본 발명은 보조기층에 노반으로 통하는 다수의 배수구멍이 종횡으로 구비되고; 각 상기 배수구멍에는 투수성 팽이기초가 내장되는데, 상기 팽이기초는 윗면이 밑면보다 넓고 상기 윗면은 수평상태에서 상기 배수구멍의 내주면과 근접되는 원뿔형으로 구성되며, 상기 팽이기초와 배수구멍의 빈 공간에 채워지는 모래는 상기 팽이기초 자세를 고정시키고; 각 상기 팽이기초는 빗물이 보조기층에서 노반으로 흘러가게 유도하고, 또한 각 상기 배수구멍에 수직으로 작용하는 집중하중이 상기 모래를 통하여 상기 배수구멍이 천공된 보조기층 내부로 분산되게 해주는 특징이 있다.
본 발명에 따르면 보조기층과 노반 일부를 천공한 뒤 노반에 자갈을 깔고 그 위로는 부직포를 사이에 두고 모래를 채워서 투수성이 확보되도록 한다. 이때 모래에 묻히는 투수성 팽이기초를 모래와 함께 다단으로 배수구멍에 매립시킨다. 상기 투수성 팽이기초는 10mm 이하의 작은 골재와 시멘트를 건식으로 혼합하여 형틀에서 진동다짐한 것으로서, 다공성으로 형성되어 투수성을 가지면서 원뿔형으로 구성되어 부등침하에 대한 지지력을 갖는다.
각 상기 팽이기초는 다단으로 적층되는데, 상부쪽의 팽이기초에 수직의 집중하중이 발생되면 모래를 배수구멍이 천공된 보조기층 내부로 밀면서 지지력이 발생되고, 중간에 놓인 팽이기초는 상부쪽 팽이기초에서 전달되는 집중하중에 대하여 모래를 보조기층 내부로 밀면서 지지력이 발생된다. 그리고 하부쪽 팽이기초는 중간쪽 팽이기초에서 전달되는 집중하중에 대하여 모래를 배수구멍이 천공된 보조기층 내부로 밀면서 지지력이 발생되는데, 각 단계별 팽이기초에서 작용하는 지지력으로 인하여 배수구멍에 가해지는 수직의 집중하중이 보조기층 내부로 분산되어 배수구멍에 채워진 모래 및 팽이기초의 부등침하가 방지되고 배수구멍 주변의 보조기층 역시 부등침하에 영향을 받지 않게 된다.
그리고 상기 보조기층 위에 모래층을 형성하고 투수블록을 시공하거나 또는 보조기층에 투수아스팔트를 직접 포장하면 시공이 완료되는데, 상기 배수구멍은 도로에서 종횡으로 일정간격마다 반복 형성되기 때문에 빗물이 투수블록이나 투수아스팔트를 통하여 보조기층 표면으로 유입되면 정체되지 않고 각 상기 배수구멍의 모래와 투수성 팽이기초를 통하여 노반으로 흘러 들어간다.
또한 상기 팽이기초가 이물질로 인하여 공극이 막히더라도 상기 배수구멍에 채워진 모래를 통하여 빗물이 배수되기 때문에 배수성능이 저하되지 않으며, 폭우로 인하여 보조기층에서 빗물이 정체되더라도 각 상기 투수성 팽이기초는 응력을 옆으로 분산시켜 지지력을 발생시키기 때문에 부등침하가 방지되는 등의 이점이 있다.
삭제
도 1은 본 발명 한 실시예의 팽이기초가 설치된 보조기층의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 팽이기초를 성형하기 위한 형틀의 개념도
도 3은 본 발명 한 실시예의 팽이기초를 성형하기 위한 다른 형틀의 개념도
도 4는 본 발명 한 실시예의 팽이기초의 시공 단면도
도 5는 본 발명 한 실시예의 팽이기초의 다른 시공 단면도
도 6은 본 발명 다른 실시예의 팽이기초의 시공 단면도
도 7은 본 발명 다른 실시예의 팽이기초의 사시도
도 8은 본 발명 한 실시예의 팽이기초의 시공 흐름도
도 1 내지 도 5에서 본 발명 한 실시예의 투수성 팽이기초는 시멘트와 골재가 건식공법을 통하여 혼합된 것으로서, 골재는 3 ∼ 8mm 범위에서 단일입도를 사용하여 충분한 강도와 공극을 부여하며, 시멘트 100중량부에 대하여 물 20 ∼ 25중량부(물/시멘트비 0.2 ∼ 0.25)의 건식공법으로 교반한다. 이처럼 건식으로 혼합된 시멘트와 골재는 형틀(40)에 투입되는데, 도 2에서와 같이 상기 형틀(40)은 위쪽이 좁고 아래쪽은 넓은 원뿔형으로 구성된다. 개방된 형틀(40)의 하부를 밑판(41)으로 막고 형틀(40) 위로 교반된 시멘트와 골재를 투입한 뒤 진동 및 다짐을 통하여 팽이기초(10)를 만든다. 진동발생기를 통하여 상기 형틀(40)에 진동이 가해지고 또한 개방된 위쪽에서 누름대(42)가 하강되어 형틀(40) 내부의 골재와 시멘트를 다짐시킨다.
진동 다짐 이후에 형틀(40)에서 밑판(41)을 분리시켜 팽이기초(10)를 분리한 뒤 이를 건조장으로 이송하여 일정시간 열풍건조 후 옥외에서 자연건조를 마치면 원뿔형태의 투수성 팽이기초(10)가 완성된다.
또한 도 3 에서와 같이 상기 형틀(40)을 뒤집어서 위쪽이 넓고 아래쪽이 좁은 형태가 되도록 성형장치를 구성하면 위쪽이 넓기 때문에 골재를 투입하고 누름대(42)로 진동 다짐하기 편리하다. 이때 밑판(41)은 형틀(40) 아래쪽을 받쳐서 골재가 빠져나가지 못하도록 해준다. 진동다짐 후 상기 형틀(40)을 180도 뒤집어서 완성된 팽이기초(10)가 밑판(41)에 놓이도록 하고, 이를 건조장으로 이송하여 일정시간 열풍건조 후 옥외에서 자연건조를 마치면 원뿔형태의 투수성 팽이기초(10)가 완성된다.
또한 상기 팽이기초(10)는 합성수지를 원뿔형태로 사출 성형하는 과정에서 다공성을 갖도록 함으로써, 원하는 투수성과 집중하중에 대한 지지력을 갖도록 제작할 수 도 있다. 즉 사출과정에서 중앙에 관통구멍이 천공되도록 하거나 또는 외주면에 다수의 요철홈이 반복 형성되도록 하면 이들 관통구멍 및 요철홈을 따라 빗물이 유도되어 노반으로 향하게 할 수 있는 것으로서, 이러한 사출성형 방식은 일반적인 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 팽이기초(10)는 공극이 확보되어 투수성을 갖는 것으로서, 윗면은 넓고 밑면은 좁은 원뿔형으로 제작되며, 불투수성의 보조기층(3)에 천공된 배수구멍(3a)에 적어도 2개 이상 다단으로 적층된다. 그리고 각 상기 팽이기초(10) 상단 외주면은 배수구멍(3a)의 내주면과 약 10mm 정도 간격으로 근접되어서 배수구멍(3a)과 팽이기초(10) 사이로 모래(2a)를 채울 수 있는 공간을 확보한다.
상기 배수구멍(3a)은 보조기층(3)을 관통하여 노반(4)이 노출되도록 해주는데, 바람직하게는 노반(4) 내부로 하단이 연장될 수 있다. 상기 노반(4)에 자갈(2b)이 깔리고 부직포(5)를 사이에 두고 모래(2a)가 상기 배수구멍(3a)에 채워진다. 이때 각 상기 팽이기초(10)가 함께 끼워져서 모래(2a)에 묻힌 상태로 자리잡는다. 그리고 모래(2a)는 배수구멍(3a) 위쪽까지 채워져서 보조기층(3) 표면과 일치되며, 이후 부직포(5)를 깔고 모래층(2)을 형성한 뒤 투수성 보차도블록(1)을 시공하거나 또는 보조기층(3)에 투수성 아스팔트를 바로 시공한다.
이처럼 만들어지는 본 발명 한 실시예의 팽이기초(10)는 보조기층(3)에 종횡으로 다수개 매립되는데, 시공의 편의성을 위해 팽이기초(10)를 매립하기 위한 원형 또는 사각형 구멍을 드릴이나 포크레인으로 천공하여 배수구멍(3a)이 허물어지지 않도록 해준다. 또한 배수구멍(3a)의 원형을 유지하기 위하여 별도의 보강파이프를 배수구멍에 억지끼움하고, 보강파이프 내부로 팽이기초와 모래를 적층할 수 도 있다. 이때 상기 보강파이프 내주면은 나사산이나 요철로 형성되어서 모래(2a)가 내주면을 따라 미끄러지지 않고 팽이기초(10)에 지지력을 제공해야 된다.
이러한 본 발명 한 실시예의 팽이기초 시공과정은 다음과 같다. 다수의 배수구멍(3a)이 종횡으로 일정간격 마다 형성되게 드릴 또는 포크레인을 이용하여 보조기층(3)을 노반(4) 표면까지 천공한다. 이때 노반(4)의 내부로 일정 깊이 추가로 천공할 수 도 있으며, 추가로 천공된 노반(4) 내부에 자갈(2b)을 채우고 부직포(5)로 덮은 뒤 배수구멍(3a)에 모래(2a)를 채워준다. 이때 각 상기 팽이기초(10)는 모래(2a)와 함께 빈 공간이 없게 매립되도록 한 뒤 모래(2a)가 보조기층(3) 표면까지 채워지도록 한다. 따라서 각 상기 팽이기초(10)는 위쪽과 아래쪽이 모래(2a)에 묻히며, 각 상기 팽이기초(10)는 일정간격 떨어지거나 또는 윗면과 아랫면이 연이어지게 연속으로 적층할 수 있다. 이후 보조기층(3) 표면에 부직포(5)를 깔고 모래층(2)을 형성한 뒤 보차도블록(1)을 시공하거나 또는 보조기층(3)에 투수성 아스팔트를 바로 포장한다. 도 5에서와 같이 필요에 따라 상기 노반(4)에 배수관(20)을 미리 박아서 팽이기초(10)와 일직선에 놓이도록 시공하면 배수성을 높일 수 있다.
이처럼 시공되는 본 발명 한 실시예는 3개의 각 상기 팽이기초(10)가 보조기층(3)을 관통하여 모래층(2)과 노반(4)을 연결하기 때문에 모래층(2)으로 스며든 빗물이 보조기층(3)에서 정체되지 않고 노반(4)으로 빠르게 흘러가므로 보조기층(3)이 연약해지지 않는다. 또한 배수구멍(3a) 위쪽에서 집중적인 하중이 작용하더라도 각 상기 팽이기초(10)에서 옆으로 분산되어 보조기층(3) 내부에서 지탱되기 때문에 부등침하가 발생되지 않으면서 투수성은 확보되는 등의 이점이 있다.
각 상기 팽이기초(10)는 윗면이 배수구멍(3a)의 내주면과 근접되기 때문에 배수구멍(3a)으로 작용하는 집중하중이 상부쪽 팽이기초(10)의 윗면에 대부분 작용하게 된다. 즉 집중하중이 상부쪽 팽이기초(10)를 피해서 배수구멍(3a) 아래쪽으로 작용하는 것이 최소화된다. 따라서 상부쪽 팽이기초(10)에 집중하중이 가해지면 아래쪽으로 밀리면서 모래(2a)를 파고들게 되는데, 그 부피만큼 모래(2a)가 옆으로 퍼지면 배수구멍(3a)의 내주면을 이루는 보조기층(3) 내부에 막혀 지탱되기 때문에 상기 상부쪽 팽이기초(10)가 정지되면서 지지력이 발생된다.
또한 중간쪽 팽이기초(10)는 상부쪽 팽이기초(10)에서 전달되는 일부 집중하중에 대하여 모래(2a)를 배수구멍(3a) 측면의 보조기층(3) 내부로 밀면서 지탱되고, 하부쪽 팽이기초(10) 역시 중간쪽 팽이기초(10)에서 전달되는 일부 집중하중에 대하여 모래(2a)를 배수구멍(3a) 측면의 보조기층(3) 내부로 밀면서 지지력이 발생된다. 따라서 상부, 중간 및 하부쪽 팽이기초(10)들에서 지지력이 단계적으로 분산 발생되기 때문에 배수구멍(3a)에 채워진 모래(2a) 및 각 상기 팽이기초(10)들이 아래쪽으로 밀리지 않으므로 배수구멍(3a) 및 그 주위의 부등침하가 방지된다.
따라서 투수성 보차도블록(1) 또는 투수성 아스팔트에 차량이 빈번히 통행하거나 또는 강한 집중하중이 각 상기 배수구멍(3a) 쪽에 가해지더라도 각 상기 팽이기초(10) 및 모래(2a)로 인하여 보조기층(3) 및 노반(4)이 안정되며, 특히 빗물이 투수성 보차도블록(1)과 모래층(2)을 뚤고 보조기층(3) 표면으로 유입되면 각 상기 팽이기초(10)와 모래(2a) 및 자갈(2b)을 통하여 노반(4)으로 스며들기 때문에 보조기층(3) 위쪽의 모래층(2)은 유동화 현상이 방지되어 투수성 보차도블록(1)의 부등침하가 방지되는 등의 이점이 있다. 또한 상기 팽이기초(10)가 이물질로 인하여 공극이 막히더라도 상기 배수구멍(3a)에 채워진 모래(2a)를 통하여 빗물이 배수되기 때문에 배수성능이 저하되지 않는다.
도 6은 본 발명 다른 실시예의 시공 단면도로써, 팽이기초(10)가 배수구멍(3a) 내부에 대부분 채워지는 크기의 단일체로 제작된 것을 제외하곤 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 상기 단일체의 팽이기초(10)는 3개로 분리 구성하고 시공하는 본 발명 한 실시예에 비하여 제작 및 시공에서 편리한 이점이 있다.
상기 단일체의 팽이기초(10)를 제작하는 형틀(40)은 위쪽이 좁고 아래쪽은 넓은 원뿔형태로 구성되어서 완성된 팽이기초(10)가 형틀(40) 아래쪽으로 쉽게 빠져나올 수 있는 구조로 되는데, 팽이기초(10)가 높아서 단일체로 제작하기 어려울 경우 도 7에서와 같이 2단 또는 3단으로 팽이기초(10)를 분리 제작한 다음 이들 분리된 팽이기초를 시공과정에서 단일체로 적층할 수 도 있다.
1 : 보차도블록 2 : 모래층
2a : 모래 3 : 보조기층
3a : 배수구멍 4 : 노반
5 : 부직포 10 : 팽이기초

Claims (7)

  1. 도로의 보조기층에 노반으로 통하는 다수의 배수구멍이 종횡으로 구비되고; 각 상기 배수구멍에는 투수성 팽이기초가 내장되는데, 상기 투수성 팽이기초는 윗면이 밑면보다 넓은 원뿔형으로 구성되고, 상기 보조기층 표면에 부직포를 깔고 모래층을 형성한 뒤 보차도블록을 시공하거나 또는 보조기층에 투수성 아스팔트를 바로 포장하여 빗물이 상기 배수구멍으로 흘러가게 한 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법에 있어서,
    상기 투수성 팽이기초는 적어도 2개가 서로 떨어지거나 또는 밀착되게 다단으로 적층되고;
    각 상기 투수성 팽이기초는 윗면이 수평상태에서 상기 배수구멍의 내주면과 떨어지게 놓이며, 각 상기 투수성 팽이기초와 배수구멍 사이의 빈 공간에 모래가 채워져서 각 상기 투수성 팽이기초에 작용하는 집중하중이 상기 모래를 통하여 상기 보조기층 내부로 분산되고, 각 상기 투수성 팽이기초와 모래를 통하여 빗물이 배수되도록 한 것을 특징으로 하는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투수성 팽이기초는 시멘트와 골재가 건식으로 교반되어 형틀에 투입되고, 진동다짐 과정에서 공극이 확보되며;
    상기 골재는 3 ∼ 8mm 범위에서 단일입도로 사용되고, 상기 시멘트 100중량부에 대하여 물 20 ∼ 25중량부(물/시멘트비 0.2 ∼ 0.25)의 건식공법으로 제작됨을 특징으로 하는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투수성 팽이기초는 윗면이 좁고 밑면은 넓은 원뿔형 형틀에 시멘트와 골재가 투입되어 진동다짐 후 상기 형틀에서 분리되거나, 또는 윗면이 넓고 밑면은 좁은 원뿔형 형틀에 시멘트와 골재가 투입되어 진동다짐 후 상기 형틀을 뒤집어서 분리되도록 하는 방식중 어느 하나로 제작됨을 특징으로 하는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각 상기 배수구멍은 상기 노반 일부까지 천공되고, 천공된 노반에 자갈을 깔고 부직포를 덮어서 상기 모래가 침투되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각 상기 배수구멍 하단의 노반에 배수관을 박아서 상기 투수성 팽이기초와 일직선상에 놓이도록 한 것을 특징으로 하는 투수성 팽이기초를 이용한 도로 투수공법.
  7. 삭제
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