KR20010002387A - 지하구조물 양압력해소시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하구조물 양압력해소시스템에 관한 것으로, 구조물이 지하수위 하부까지 설치되는 토목 및 건축 구조물로써 설계 및 시공 예정이거나 또는 양압력에 의해 피해가 있거나 피해 요인을 내포하고 있는 기존 구조물 등의 적용대상에 맞게 지하수위를 건물 최하위 레벨까지 강하시키는 저압형태와, 지하수위를 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시키는 고압형태를 포함하여 기존 건물의 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시키는 인서트형태로 설치하여, 수두차에 의한 피압상태하의 지하수를 무동력으로 외부 유출시킬 수 있도록 함으로써 지하수위보다 낮은 구조물에 대한 양압력을 구조적으로 해소할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

지하구조물 양압력해소시스템{An underground pressure release well system}

본 발명은 지하수위보다 낮게 설치되는 구조물에 대한 양압력을 해소할 수 있는 지하구조물 양압력해소시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하수위보다 낮게 축조되는 토목 및 건축 구조물 바닥에 설치하여 수두차에 의한 피압상태하의 지하수를 무동력으로 외부 유출시킬 수 있도록 함으로써 지하수위보다 낮은 구조물에 대한 양압력을 구조적으로 해소할 수 있는 지하구조물 양압력해소시스템에 관한 것이다.

토목 및 지하 구조물의 최종 바닥이 지하수위 하부에 설치될 경우, 하강된 지하수위는 주변부 수위까지 원상회복되려는 에너지가 발생되며 이 에너지가 상부 구조물에 대한 양압력(부력)으로 작용하게 된다.

즉, 양압력은 구조물(건물)의 바닥부와 건물 주변부와의 수두차에 의해 발생되며, 정수압 개념에서의 양압력이란 피압 지하수가 수위면에 접하고 있는 구조물을 들어올리는 힘이라 정의할 수 있고, 그 크기는 일반적으로 도 13에서 보는 바와같이 지하수위 하10M 깊이마다 1㎏/㎠으로 나타낸다.

한편, 양압력이 지하 구조물에 미치는 영향을 살펴보면, 우선 양압력이 지하 구조물의 정하중(Dead Load,사하중)보다 클 경우(P > Wd){여기서 P=양압력(㎏/㎠), Wd=건물 정하중(㎏/㎠ 또는 ton/㎡)}, 지하수위 하부에 축조된 구조물은 한쪽으로 기울든지 아니면 구조물에 균열(Crack)이 발생되어 최종적으로 파괴에 도달되며, 그 과정에서 지하수가 균열을 통하여 구조물(건물) 내로 유입됨에 따라 정신적, 물질적으로 막대한 피해를 주게된다.

예컨대, 건물의 단위 사하중이 3.5ton/㎡이고 건물 지하층이 지하수위 하6M에 설치되었을 경우, 양압력(P)=0.6㎏/㎠ × 100㎝ × 100㎝ ÷ 1,000 = 6.0ton/㎡이고, 사하중(Wd)=3.5ton/㎡이므로, P(6.0ton/㎡) > Wd(3.5ton/㎡) 관계에서 양압력(P)이 건물 단위하중(Wd)보다는 2.5ton/㎡이 크므로 균열의 발생 또는 지하수 유입에 따른 피해가 발생된다.

또한, 양압력이 지하 구조물의 정하중보다 작을 경우, 구조물의 파괴에 이르는 피해는 없을 것이나 지하수위 하부에 있는 구조물의 콘트리트의 열화, 부실 시공부위 또는 시공접합부 등의 약선대를 통해서 지하수 유입에 따른 직,간접적인 피해가 유발된다.

따라서, 현재 토목 및 건축현장에서는 양압력을 해소하기 위한 방법으로 구조물의 층수 또는 기초두께를 조정하는 상재하중 부과공법을 사용하거나, 건물 기초부에 어스앵커(Earth Anchor)를 설치하는 어스앵커 설치공법 또는 건물 외곽부에 배수관정(Dewatering Well)을 설치하는 배수관정 설치공법 등이 사용되고 있다.

우선, 상재하중 부과공법의 경우에는 도 14에서 보는 바와같이, 양압력을 이겨내기 위한 수단으로 건물 층수를 높이거나 건물 기초의 두께를 정상적인 경우보다 두껍게 축조하여 추가된 하중이 양압력을 억제토록 하였다.

이러한 상재하중 부과공법은 시공이 매우 간편하고 2차적인 문제가 유발되지 않는 장점은 있으나, 시동비가 많이 들고 증층일 경우에 고도 제한에 따른 층간높이가 축소되며, 시공 후에 주변부 지하수위가 낮아지게 되면 방책 자체가 유명무실해 지는 것은 물론 지하수위가 예측치 보다 초과하여 상승할 경우에는 전혀 대책할 수 없고, 아울러 구조물 콘크리트의 완전 양생 전에 발생되는 지하수압에 의한 구조물 파괴가 쉽게 일어난다는 단점이 있었다.

그리고, 어스앵커 설치공법의 경우에는 도 15에서 보는 바와같이, 부족한 건물 하중만큼 기초부에 어스앵커를 설치하여 건물이 뜨지않게 지면과 일체화하였다.

이러한 어스앵커 설치공법은 구조물이 기초 암반과 일체화되므로 부등 침화(Differential Settlement)를 방지할 수 있고 지진 발생시에 건물 전도를 방지할 수 있는 장점은 있으나, 어스앵커의 완벽한 시공이 보장될 수 없고 어스앵커용 철근 및 PC강재(Strand)가 부식되어 절단될 경우에 연차적인 끊김에 의해 와해될 수 있으며, 아울러 시공비가 많이 들고 높은 지하수압에 위해 유,무형의 피해가 지속적으로 발생되며, 특히 구조물 콘크리트의 수압에 의한 초기 파괴를 막지 못한다는 단점이 있었다.

또한, 배수관정 설치공법의 경우에는 도 16에서 보는 바와같이, 건물 외곽부의 지하수위를 건물 바닥부수위와 근접하여 강하(Drawdown)시키므로써 해소되기 ??문에 건물 외곽부에 4방향에서의 배수관정을 설치한 후에 강제 펌핑을 통해 수위를 강하시켰다.

이러한 배수관정 설치공법은 초기 투입비가 적게 들고 지하수압 저하로 수압 파괴에 의한 피해를 해소할 수 있다는 장점은 있으나, 지하수위를 효과적으로 제어하기 어렵고 지상 노출된 부대시설이 방해 요소가 될 수 있으며, 아울러 다수의 해당 펌프를 항구적으로 운영하는 관리상의 난제가 있고 강수량이 많아 수위 급상승시 펌프가 고장날 경우에 위급한 상황이 발생될 수 있다는 단점이 있었다.

즉, 종래의 양압력해소방법들은 과대한 공사비의 추가부담이 있으며 양압력을 필요에 따라 효과적으로 조절하기 어렵고 인근에서의 지하수위 하강요인이 발생될 경우에 기 설치된 방책이 쓸모없게 될 뿐만 아니라, 지하수압 변화에 따라 바닥 및 벽체에 균열이 발생하여 지하구가 침투 유입되거나 타설된 콘크리트가 완전히 양생되기 전의 수압에 의한 초기 파괴를 막을 수 없다는 등의 문제점이 있었다.

한편, 문화 문명의 급속한 발전에 부흥하여 지하구조물의 축조깊이가 점차 깊어지면서 지하수위보다 훨씬 깊은 곳에 구조물이 설치됨에 따라 양압력에 대한 완전무결한 정확한 대응책이 마련되어야 하나, 변화 무쌍한 자연현상인 지하수위 변화를 정량적으로 정확하게 예측한다는 것이 현실적으로 대단히 어려웠다.

즉, 지하구조물을 설계 또는 시공하는 기술자들의 일부는 양압력에 대한 이해 부족으로 대책수립이 자체가 결여되었으며, 일부는 부정확한 과잉 대응책에 의해 건설비 과중 요인이 되었을 뿐만 아니라 설게 및 시공 당시는 필요한 대책이었으나 시공 완료 후에 주변으로부터의 제반 원인에 의해 지하수위가 하강됨에 따라 기 설치된 현행 양압력 해소방책이 쓸모없는 경우가 허다하게 발생되었다.

또한, 양압력은 주변부의 지형과 토질 및 지질요인에 의해 시기적으로 크게 달라지며 정량적인 한계 설정이 어렵기 때문에 가장 효과적이며 경제적인 대응책 마련을 하지 못하였다,

이에 본 발명은 상기한 종래의 지하구조물에 대한 양압력해소공법들의 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 구조물이 지하수위 하부까지 설치되는 토목 및 건축 구조물로써 설계 및 시공 예정이거나 또는 양압력에 의해 피해가 있거나 피해 요인을 내포하고 있는 기존 구조물 등의 적용대상에 맞게 저압형태나 고압형태 또는 인서트형태로 설치하여, 수두차에 의한 피압상태하의 지하수를 무동력으로 외부 유출시킬 수 있도록 함으로써 지하수위보다 낮은 구조물에 대한 양압력을 구조적으로 해소할 수 있는 지하구조물 양압력해소시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 지하구조물 양압력해소시스템의 설치개념도.

도 2a는 본 발명의 지하구조물 양압력해소시스템의 설치평면도.

도 2b는 도 2a의 A-A'방향 부분단면도.

도 3은 본 발명의 제 1실시예인 저압형태의 양압력해소시스템의 설치개념도.

도 4는 본 발명에 의한 저압형태의 양압력해소시스템의 설치입면도.

도 5a는 도 4의 A-A'방향 부분단면도.

도 5b는 도 4의 B-B'방향 부분단면도.

도 5c는 도 4의 C-C'방향 부분단면도.

도 5d는 도 4의 D-D'방향 부분단면도.

도 5e는 도 4의 웰스크린(42a) 확대사시도.

도 6은 본 발명의 제 2실시예인 고압형태의 양압력해소시스템의 설치개념도.

도 7은 본 발명에 의한 고압형태의 양압력해소시스템의 설치입면도.

도 8a는 도 7의 A-A'방향 부분단면도.

도 8b는 도 7의 B-B'방향 부분단면도.

도 8c는 도 7의 C-C'방향 부분단면도.

도 8d는 도 7의 D-D'방향 부분단면도.

도 9는 본 발명의 제 3실시예인 인서트형태의 양압력해소시스템의 설치개념도.

도 10은 본 발명에 의한 인서트형태의 양압력해소시스템의 설치입면도.

도 11a는 도 10의 A-A'방향 부분단면도.

도 11b는 도 10의 B-B'방향 부분단면도.

도 11c는 도 10의 C-C'방향 부분단면도.

도 12는 본 발명에 의한 인서트형태의 양압력해소시스템에 임시설치되는 임시유도배수관의 설치입면도.

도 13은 지하구조물에 대한 양압력 발생관계도.

도 14는 종래의 양압력해소공법 일예인 상재하중 부과공법 설치개념도.

도 15는 종래의 양압력해소공법 다른예인 어스앵커 설치공법 설치개념도.

도 16은 종래의 양압력해소공법 또다른예인 배수관정 설치공법 설치개념도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10a,10b,10c : 지하층 바닥 20a,20b,20c : 배수암거

21a,22b : 배수암거 바닥 22a : 기초굴착면

24a,24b : 부직포 30a,30b : 집수관

31a,31b : 결속선 40a,40b,40c : 수직관(Riser Pipe)

42a,42b,42c : 웰스크린(Well Screen) 43a : 지지봉(Rod Base)

44a : 삼각와이어 50a,50b : 확장관(Extension Pipe)

50c : 천공홀 51a,52a : 니플

52c : 우레탄실링(Urethane Sealing) 54c : 고무패킹

55a,55b : 워터스토퍼(Water Stopper) 56a,56b : 지수판

56c : 시멘트플러그(Cement Plug) 57a,57b : 연결소켓

60a,60b,60c : 배수관 65b,65c : 유턴관(U-Turn Pipe)

70a : 웰캡(Well Cap) 70a,70b : 게이트밸브(Check Valve)

72a : 웰커플링(Well Coupling) 75c : 임시유도배수관

76c : 고정앵커 80a,80b,80c : 양수정(Pump Pit)

82a : 지상배출관

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로 본 발명은, 설계 및 시공 예정 구조물의 건물 하중이 3.0 - 10ton/㎡ 정도로 비교적 작아 주변 수리 및 지질 여건의 변화가 적은 경우에 적용시키는 저압형태(Low Pressure Type)로써 지하수위를 건물 최하위 레벨까지 강하시킬 수 있도록, 기초 굴착 및 배수암거 굴착을 통해 바닥부의 진흙 및 토사를 제거하고 배수암거 바닥에 자갈을 포설하며, 상기 배수암거 내에 집수관을 설치하고 집수부에 수직관을 설치하여 상기 집수관에 결속하며, 상기 집수관 위쪽의 상기 수직관 하부에 웰스크린을 설치하고 상기 집수관 위쪽의 배수암거 내에 기초굴착면 높이까지 자갈을 포설하여 상기 배수암거의 자갈 상부에 부직포를 피복하며, 연결소??과 워터스토퍼가 연결된 지수판을 매개로 상기 수직관 상단에 확장관을 결합하고 상기 확장관 상부의 니플에 배수관을 결속하며, 상기 확장관의 개방 상단에 웰캡을 조립밀폐하고 웰커플링을 부착고정하는 한편, 동수 레벨 콘크리트 타설 및 철근 배근과 함께 지하층 바닥을 콘크리트 타설하는 공정으로 배수관정이 구성되어, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 상기 지하층 바닥 내에 매설된 상기 배수관 레벨에 의해 상기 배수관 아래쪽의 양수정으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 설계 및 시공 예정 구조물의 건물 하중이 10ton/㎡ 이상으로 비교적 커서 주변 수리 및 지질 여건의 변화가 심한 경우에 적용시키는 고압형태(High Pressure Type)로써 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시킬 수 있도록, 기초 굴착 및 배수암거 굴착을 통해 바닥부의 진흙 및 토사를 제거하고 배수암거 바닥에 자갈을 포설하며, 상기 배수암거 내에 집수관을 설치하고 집수부에 수직관을 설치하여 상기 집수관에 결속하며, 상기 집수관 위쪽의 상기 수직관 하부에 웰스크린을 설치하고 상기 집수관 위쪽의 배수암거 내에 기초굴착면 높이까지 자갈을 포설하여 상기 배수암거의 자갈 상부에 부직포를 피복하며, 연결소??과 워터스토퍼가 연결된 지수판을 매개로 상기 수직관 상단에 확장관을 결합하고 상기 확장관 상단에 게이트밸브를 연결하는 한편, 동수 레벨 콘크리트 타설 및 철근 배근과 함께 지하층 바닥을 콘크리트 타설하고, 상기 확장관 상단의 게이트밸브에 유턴관을 연결설치하고 상기 유턴관에 배수관을 연결설치하는 공정으로 배수관정이 구성되어, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 지하층 바닥 위쪽에 연장설치된 상기 유턴관의 사이폰작용에 의해 상기 배수관 아래쪽의 양수정으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 기 시공 완료된 구조물로 양압력이 문제시되고 주변 시설 및 지질 여건의 변화가 심한 경우에 적용시키는 인서트형태형태(Insert Type)로써 기존 건물의 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시킬 수 있도록, 기존 건물의 지하층을 천공하여 배수암거까지 관통되는 천공홀을 형성하고 하단에 웰스크린이 부착된 수직관을 상기 천공홀에 매설하며, 상기 천공홀과 상기 수직관 사이에 순차적으로 고무패킹의 삽입밀폐와 함께 우레탄실링을 코킹하면서 시멘트플러그를 설치밀폐하며, 상기 수직관 상단에 게이트밸브를 설치하고 상기 게이트밸브 상단에 임시유도배수관을 설치하며, 유턴관에 배수관을 연결하여 지하층 바닥 위쪽에 설치하면서 상기 게이트밸브의 임시유도배수관을 제거하고 상기 게이트밸브에 상기 유턴관을 연결설치하는 공정으로 배수관정이 구성되어, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 기존 지하층 바닥 위쪽에 연장설치된 상기 유턴관의 사이폰작용에 의해 상기 배수관 아래쪽의 양수정으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 지하구조물 양압력해소시스템은 도 1에 도시한 설치개념도에서 보는 바와같이, 구조물 정하중과 양압력이 같아지는 양압력조절레벨(계획수위조절고)을 산정하여 배수관정의 사이폰작용(Siphonage)되는 유턴관을 계획된 높이까지 설치하게 되면, 주변부의 지하수위는 상기 유턴관의 상위레벨까지 강하하게 되어 양압력이 해소케 되며, 이때 유출되는 지하수는 피압현상에 의해 무동력의 지연상태로 배출되고 설치된 유턴관의 사이폰작용에 의해 건물 외벽부의 수위는 양압력해소 계획고보다 항상 낮게 위치하여 수위균형을 이루게 되며, 이때 유출된 지하수는 기 설치된 배수 양수정(Pump Pit)으로 집수되어 지상배출관을 통해 지상으로 압송될 수 있어, 결과적으로 수두차에 의한 피압상태하의 지하수를 무동력으로 외부 유출시킬 수 있도록 함으로써 지하수위보다 낮은 구조물에 대한 양압력을 구조적으로 해소할 수 있는 것이다.

이와같이 피하 지하수의 양압력을 해소할 수 있는 본 발명의 지하구조물 양압력해소시스템은, 설계 및 시공 예정 구조물의 건물 하중이 3.0 - 10ton/㎡ 정도로 비교적 작아 주변 수리 및 지질 여건의 변화가 적은 경우에 적용시키는 저압형태(Low Pressure Type)와, 설계 및 시공 예정 구조물의 건물 하중이 10ton/㎡ 이상으로 비교적 커서 주변 수리 및 지질 여건의 변화가 심한 경우에 적용시키는 고압형태(High Pressure Type)와, 기 시공 완료된 구조물로 양압력이 문제시되고 주변 시설 및 지질 여건의 변화가 심한 경우에 적용시키는 인서트형태형태(Insert Type)로써 해당 적용조건에 맞게 편리하고 분류하여 실시할 수 있다.

그리고, 도 1에서 보는 바와 같이 평상시 지하수위는 양압력이 정화중에 비해 조금 큰 경우이고, 우기시 지하수위는 양압력이 정하중보다 많이 큰 경우이며, 조절된 지하수위는 양압력이 정하중과 같은 레벨인 경우이다.

아울러, 본 발명의 양압력해소시스템을 구성하는 배수관정은 도 2a 및 도 2b에서 보는 바와같이, 4면의 벽체에 근접하여 최하위 지하층 바닥에 설치하며, 특히 사이폰작용의 유턴관은 양압력이 사하중과 일치되는 높이의 지하층 4면의 벽체에 근접되게 설치한다.

또한, 지하수를 집수시키는 집수관은 배수암거 내에 설치하며, 상기 배수암거는 기초 굴착시의 가설공사되어 자갈로 채워지면서 그 상부는 부직포로 피복된다.

이를 적용조건에 따라 상세하게 설명하면, 본 발명의 제 1실시예인 저압형태의 양압력해소시스템은 도 3의 설치개념도 및 도 4의 설치입면도에서 보는 바와같이, 터파기 및 배수암거 굴착 직후에 시공 예정인 구조물의 지하실 가장자리에 지하수위를 건물 최하위 레벨까지 강하시킬 수 있도록 배수관정이 설치된다.

우선, 기초 굴착 및 배수암거(20a) 굴착을 통해 바닥부의 진흙 및 토사를 제거하며, 즉 0.5M의 폭과 0.4M의 깊이로써 동수 레벨을 유지하여 바닥부의 진흙 및 토사를 제거한다.

그리고, 배수암거 바닥(21a)에 자갈을 포설하며, 즉 자갈은 가능한 10 - 30㎜ 입경의 강자갈을 사용하고 10㎝의 두께로 포설한다.

그리고, 배수암거(20a) 내에 집수관(30a)을 설치하고 집수부에 수직관(40a)을 설치하여 상기 집수관(30a)에 결속하며, 즉 집수관은 KSM-3408 수도관용 폴리에틸렌(PE)재질로써 76㎜의 구경과 4.0 - 6.0㎜의 두께의 유공관으로, 2.0㎜의 유공직경과 종단 0.5M 및 횡단 5.9㎝의 유공간격이고 피치(Pitch)당 유공수가 4개이며, 아울러 자갈층에 밀착되어 배수암거(20a) 중심선상에 위치되게 설치한다.

그리고, 집수관(30a) 위쪽의 수직관(40a) 하부에 웰스크린(42a)을 설치하고 상기 집수관(30a) 위쪽의 배수암거(20a) 내에 기초굴착면(22a) 높이까지 자갈을 포설하여 상기 배수암거(20a)의 자갈 상부에 부직포(24a)를 피복하며, 즉 도 5e에서 보는 바와같이 STS 304,316재질로써 200 - 300㎜의 다수 지지봉(43a)을 매개로 삼각와이어(44a) 사이의 개공(Slot)이 0.5 - 2.0㎜ 범위에서 기초부 토질에 따라 선택되는 상기 웰스크린(42a)을 상기 수직관(40a)의 연결부에 KSD 3576(SUS 304)로 용접하고, 아울러 상기 수직관(40a)은 스테인레스재질로써 JIS,KSD 3576 규격이고 외경이 114.3㎜이고 두께가 5.0 - 7.0㎜이며 700 - 500㎜의 길이로 기초 및 바닥 콘크리트 두께에 따라 선택하며, 또한 상기 부직포(24a)는 두께가 3 -5㎜이고 넓이는 800 - 1,000㎜이며 길이는 암거 및 집수관 길이 + 1,000㎜로써 500㎜씩 겹쳐 연결되며, 아울러 10 - 30㎜ 입경의 자갈을 배수암거(20a)의 깊이에 따라 조절하여 상기 집수관(30a) 상단부에 포설한다.

그리고, 도 5c에서 보는 바와같이 연결소??(57a)과 워터스토퍼(55a)가 연결된 지수판(56a)을 매개로 상기 수직관(40a) 상단에 확장관(50a)을 결합하고, 도 5b에서 보는 바와같이 상기 확장관(50a) 상부의 니플(52a)에 배수관(60a)을 결속하며, 즉 스테인레스재질로써 안쪽나사가 형성되고 내경이 110㎜이고 길이가 100㎜인 상기 연결소켓(57a)이 스테인레스재질로써 내경이 125㎜이고 외경이 224㎜이며 두께가 5.0 - 7.0㎜인 워터스토퍼(55a)와 SUS용접되며, 아울러 특수 팽창고무재질로써 두께가 20㎜이고 내경이 120㎜이며 외경이 220 - 224㎜인 상기 지수판(56a)이 상기 워터스토퍼(55a) 상단에 본딩결합되는 한편, 스테인레스재질로써 JIS,KSD 35765 규격이고 외경이 114㎜이며 두께가 5.0 - 7.0㎜이고 길이가 400 - 500㎜이며 하단부에 바깥나사가 형성되고 상단부에 안쪽나사가 형성된 상기 확장관(50a)을 상기 연결소??(57a)으로 상기 수직관(40a) 상단과 결합되며, 아울러 도 5d에서 보는 바와같이 상기 집수관(30a)을 상기 수직관의 니플(51a)에 끼워넣어 결속선(31a)으로 밴딩결합한다.

그리고, 도 5a에서 보는 바와같이 확장관(50a)의 개방 상단에 웰캡(70a)을 조립밀폐하고 웰커플링(72a)을 부착고정하며, 이때 상기 웰캡(70a)은 탄소강 또는 청동재질로써 T자형으로 바깥나사가 형성되고 두께가 30 - 40㎜이며, 상기 웰커플링(72a)은 내경이 154㎜이고 두께가 5.0 - 7.0㎜이며 길이가 100㎜로 형성되어 지하층 바닥(10a)의 배수관정 상단에 기 부착된다.

그리고, 본 구조물 시공으로 동수 레벨 콘크리트 타설 및 철근 배근과 함께 지하층 바닥(10a)을 콘크리트 타설하며, 즉 바닥 배근된 철근상에 배수관(60a)을 설치하여 상기 배수관(60a)의 중심선 레벨을 양압력조절계획고에 맞추고, 상기 배수관(60a)의 방향은 아래쪽의 기 형성된 양수정(80a)으로 배치하여 배근된 철근에 고정하고, 확장관(50a)에 부착된 니플(52a)과 상기 배수관(60a)을 연결하며, 이때 상기 배수관(60a)은 폴리에틸렌재질로써 내경이 76㎜이고 두께가 4.0 - 6.0㎜로 형성된다.

특히, 상기 집수관(30a)은 건물 바닥부인 지하층 바닥(10a)에 고이는 지하수를 배수관정에 집수시킬 수 있도록 배수관정의 최하부인 수직관(40a) 하부에 연결되어 2 -4방향으로 배치되며 원거리에 있는 지하수를 유도한다.

아울러, 웰스크린(42a)은 집수관(30a) 연결부 직상단에 설치되어 배수관정 인접의 지하수가 직접 엘스크린(42a)으로 유입 유도되도록 하며, 부직포(24a)는 바닥 콘크리트 타설시에 배수암거(20a) 내로의 시멘트 모르타르 유입을 방지한다.

아울러, 수직관(40a)은 집수관(30a) 및 웰스크린(42a)으로 유입되는 지하수를 위쪽의 확장관(50a) 방향으로 이송하며, 워터스토퍼(55a)는 타설 콘크리트와 수직관(40a) 접촉면을 따라 스며 올라오는 지하수를 중도에서 차단하는 1차 안전장치의 기능을 갖는다.

아울러, 지수판(56a)은 1차 워터스토퍼(55a)를 통한 차수상태가 완전치 못할 경우를 대비하여 2차 차수 안전장치의 기능을 가지며, 확장관(50a)은 상부로 이송된 지하수를 배수관(60a)으로 유출시키는 장치로써 배수관정의 높이를 조정하게 된다.

아울러, 웰캡(70a)은 피압 지하수의 유출방지용 마개이고, 웰커플링(72a)은 배수관정 청소시의 지하수의 유출방지용 부속품을 연결할 수 있도록 한다.

이와같이 배수관정으로 구성되어 설치되는 저압형태의 양압력해소시스템은, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 상기 지하층 바닥(10a) 내에 매설된 상기 배수관(60a) 레벨에 의해 상기 배수관(60a) 아래쪽의 양수정 (80a)으로 집수되고 지상배출관(82a)을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2실시예인 고압형태의 양압력해소시스템은 도 6의 설치개념도 및 도 7의 설치입면도에서 보는 바와같이, 즉 상술한 저압형태인 제 1실시예와 같이 고압터파기 및 배수암거 굴착 직후에 시공 예정인 구조물의 지하실 가장자리에 지하수위를 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시킬 수 있도록 배수관정이 설치된다.

우선, 도 8c 및 도 8d에서 보는 바와같이 기초 굴착 및 배수암거(20b) 굴착을 통해 바닥부의 진흙 및 토사를 제거하고 배수암거 바닥(21b)에 자갈을 포설하며, 상기 배수암거(20b) 내에 집수관(30b)을 설치하고 집수부에 수직관(40b)을 설치하여 결속선(31b)으로 상기 집수관(30b)에 결속한다.

그리고, 집수관(30b) 위쪽의 수직관(40b) 하부에 웰스크린(42b)을 설치하고 상기 집수관(30b) 위쪽의 배수암거(20b) 내에 기초굴착면 높이까지 자갈을 포설하여 상기 배수암거(22b)의 자갈 상부에 부직포(24b)를 피복한다.

그리고, 도 5b에서 보는 바와같이 연결소켓(57b)과 워터스토퍼(55b)가 연결된 지수판(56b)을 매개로 상기 수직관(40b) 상단에 확장관(50b)을 결합하고 상기 확장관(50b) 상단에 게이트밸브(70b)를 연결하는 한편, 동수 레벨 콘크리트 타설 및 철근 배근과 함께 지하층 바닥(10b)을 콘크리트 타설한다.

그리고, 확장관(50b) 상단의 게이트밸브(70b)에 도 8a의 유턴관(65b)을 연결설치하고 상기 유턴관(65b)에 배수관(60c)을 연결설치함으로써, 피압 지하수를 상기 배수관(60b)을 통해 양수정(80b)으로 배수할 수 있는 배수관정을 구성한다.

한편, 상기한 고압형태의 양압력해소시스템의 세부 공정 및 설치 규격은 전술한 제 1실시예에 준하나, 고압형태 배수관정의 요부 구성중 게이트밸브(70b)는 위쪽의 유턴관(65b) 및 배수관(60b) 설치 완료시까지 배출수를 억제할 수 있도록 체크밸브가 사용되며, 이때의 상기 게이트밸브(70b)는 주철재질로써 KSB 2350, 100㎜ 규격으로 확장관(50b) 상단에 연결되고, 아울러 사이폰작용의 상기 유턴관(65b)은 PVC 또는 아연강재질로써 내경이 60 - 100㎜이고 두께가 4.0㎜이며 지하층 벽체에 부착위치되는 한편, 배수관(60b)도 PVC 또는 아연강재질로써 내경이 60 - 100㎜이고 두께가 4.0㎜이며 상기 유턴관(65b)과 연결되어 지하층 바닥(10b)의 콘크리트 철근 또는 콘크리트 상단에 배설위치된다.

이와같이 배수관정으로 구성되어 설치되는 고압형태의 양압력해소시스템은, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 지하층 바닥(10b) 위쪽에 연장설치된 유턴관(65b)의 사이폰작용에 의해 배수관(60b) 아래쪽의 양수정(80b)으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 3실시예인 인서트형태의 양압력해소시스템은 도 9의 설치개념도 및 도 10의 설치입면도에서 보는 바와같이, 기존 건물의 피해 발생 전후에 최하위 지하층 바닥의 가장자리에 기존 건물의 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시킬 수 있도록 배수관정이 설치된다.

우선, 기존 건물의 지하층을 천공하기에 앞서 천공시 유출수 유도장치 및 유도배수관을 임시 설치한 상태에서 전기 또는 유압식 코아커터(미도시 함)를 사용하여 배수암거까지 관통되는 천공홀(50c)을 형성하고 하단에 웰스크린(42c)이 부착된 수직관(40c)을 상기 천공홀(50c)에 매설한다.

그리고, 천공홀(50c)과 수직관(40c) 사이에 순차적으로 고무패킹(54c)의 삽입밀폐와 함께 우레탄실링(52c)을 코킹하면서 시멘트플러그(56c)를 설치밀폐한다.

그리고, 수직관(40c) 상단에 게이트밸브(70c)를 설치하고, 도 12에서 보는 바와같이 상기 게이트밸브(70c) 상단에 임시유도배수관(75c)을 설치한다. 미설명한 고정앵커(76c)는 지하층 바닥(10c)에 코어커터 및 유출수 용기(미도시 함)를 고정한다.

그리고, 유턴관(65c)에 배수관(60c)을 연결하여 지하층 바닥(10c) 위쪽에 설치하면서 상기 게이트밸브(70c)에서 임시유도배수관(75c)을 제거하고, 상기 게이트밸브(70c)에 상기 유턴관(65c)을 연결설치함으로써, 피압 지하수가 상기 배수관(60c)을 통해 양수정으로 배수할 수 있는 배수관정을 구성한다.

한편, 상기한 인서트형태의 양압력해소시스템의 세부 공정 및 설치 규격은 전술한 제 2실시예에 준하나, 인서트형태 배수관정의 요부 구성중 고무패킹(54c)은 고탄성 고무재질로써 내경이 90㎜이고 외경이 160㎜로 두께가 40㎜이며 설치매수가 2장으로 천공홀(50c)과 수직관(40c) 사이에 끼워 내경 110㎜의 관으로 밀어내려 밀폐시키는 한편, 우레탄실링(52c)은 A,B액의 우레탄폴리로써 우레탄을 면니트(Knit)에 적셔서 코킹처리하며, 아울러 시멘트플러그(56c)는 퀵시멘트(Quick Cement)재료로써 팽창제가 첨가되고 시멘트 모르타르상태로 다져진다.

특히, 게이트밸브(70c)는 위쪽의 유턴관(65c) 및 배수관(60c)의 설치 완료시까지 지하수의 배출을 억제하게 되며, 상기 유턴관(65c)은 양압력을 인위적으로 조절하면서 지하수를 배출시키는 배수관 기능을 한다.

아울러, 고무패킹(54c)은 인서트형태에서만 적용되며 천공홀(50c)과 수직관 (40c)의 1단계 물막이로써 고무링을 사용하며, 우레탄실링(52c)도 인서트형태에서만 적용되며 상기 천공홀(50c)과 수직관(40c) 사이의 2단계 물막이로 우레탄폴리머를 사용한다.

이와같이 배수관정으로 구성되어 설치되는 인서트형태의 양압력해소시스템은, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 기존 지하층 바닥 (10c) 위쪽에 연장설치된 유턴관(65c)의 사이폰작용에 의해 배수관(60c) 아래쪽의 양수정(80c)으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있다.

한편, 상기의 실시예들은 본원발명에 의한 지하구조물의 양압력해소시스템의 공법원리를 설명하기 위한 바람직한 제1,2,3실시예로써 본 발명의 공법원리에서 벗어남이 없이 여러가지로 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것으로, 본 발명의 원리에서 벗어남이 없이 실시가능한 모든 실시예와 실시예의 수정은 본 발명의 권리범위에 포함됨은 이해되어야 한다

이상 설명한 본 발명에 따른 지하구조물 양압력해소시스템은, 종래 여타의 양압력해소공법에 비해 10% 이내의 적은 비용으로도 계절적 및 주변부의 수리균형 파괴원인에 의해 발생되는 양압력 변화에 자동적으로 대처하여 건물의 전도 및 파괴를 예방할 수 있는 경제성이 있으며, 시공기간이 매우 짧고 구조물 콘크리트의 양생 및 강도 확보기간 동안의 초기 파괴를 방지할 수 있다.

아울러, 종래의 타 공법과는 달리 주변부의 수위변화 원인에 의한 쓸모없는 경우가 발생하지 않으며, 설치된 시스템의 하자가 발생되지 않는 직접적인 효과가 있다.

또한, 유출된 지하수를 이용하여 건물 내외부에서 청소 및 조경 용수할 수 있고, 대중 목욕 및 수영시설 운영용수 또는 소방용이나 보일러 및 냉각수로도 활용할 수 있어서 필요한 관정을 대신할 수 있다.

아울러, 지하수압이 낮아지기 때문에 수압에 의한 벽체의 균열 발생이 줄어들고, 균열 또는 시공 불량구간으로부터의 지하수 유출 염려가 없어진다는 간접적인 효과도 제공된다.

Claims (3)

1. 설계 및 시공 예정 구조물의 건물 하중이 3.0 - 10ton/㎡ 정도로 비교적 작아 주변 수리 및 지질 여건의 변화가 적은 경우에 적용시키는 저압형태(Low Pressure Type)로써 지하수위를 건물 최하위 레벨까지 강하시킬 수 있도록, 기초 굴착 및 배수암거(20a) 굴착을 통해 바닥부의 진흙 및 토사를 제거하고 배수암거 바닥(21a)에 자갈을 포설하며, 상기 배수암거(20a) 내에 집수관(30a)을 설치하고 집수부에 수직관(40a)을 설치하여 상기 집수관(30a)에 결속하며, 상기 집수관(30a) 위쪽의 상기 수직관(40a) 하부에 웰스크린(42a)을 설치하고 상기 집수관(30a) 위쪽의 배수암거(20a) 내에 기초굴착면(22a) 높이까지 자갈을 포설하여 상기 배수암거(20a)의 자갈 상부에 부직포(24a)를 피복하며, 연결소켓(57a)과 워터스토퍼(55a)가 연결된 지수판(56a)을 매개로 상기 수직관(40a) 상단에 확장관(50a)을 결합하고 상기 확장관(50a) 상부의 니플(52a)에 배수관(60a)을 결속하며, 상기 확장관(50a)의 개방 상단에 웰캡(70a)을 조립밀폐하고 웰커플링(72a)을 부착고정하는 한편, 동수 레벨 콘크리트 타설 및 철근 배근과 함께 지하층 바닥(10a)을 콘크리트 타설하는 공정으로 배수관정이 구성되어, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 상기 지하층 바닥(10a) 내에 매설된 상기 배수관(60a) 레벨에 의해 상기 배수관(60a) 아래쪽의 양수정(80a)으로 집수되고 지상배출관(82a)을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하구조물 양압력해소시스템.
2. 설계 및 시공 예정 구조물의 건물 하중이 10ton/㎡ 이상으로 비교적 커서 주변 수리 및 지질 여건의 변화가 심한 경우에 적용시키는 고압형태(High Pressure Type)로써 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시킬 수 있도록, 기초 굴착 및 배수암거(20b) 굴착을 통해 바닥부의 진흙 및 토사를 제거하고 배수암거 바닥(21b)에 자갈을 포설하며, 상기 배수암거(20b) 내에 집수관(30b)을 설치하고 집수부에 수직관(40b)을 설치하여 상기 집수관(30b)에 결속하며, 상기 집수관(30b) 위쪽의 상기 수직관(40b) 하부에 웰스크린(42b)을 설치하고 상기 집수관(30b) 위쪽의 배수암거(20b) 내에 기초굴착면 높이까지 자갈을 포설하여 상기 배수암거(22b)의 자갈 상부에 부직포(24b)를 피복하며, 연결소켓(57b)과 워터스토퍼(55b)가 연결된 지수판(56b)을 매개로 상기 수직관(40b) 상단에 확장관(50b)을 결합하고 상기 확장관(50b) 상단에 게이트밸브(70b)를 연결하는 한편, 동수 레벨 콘크리트 타설 및 철근 배근과 함께 지하층 바닥(10b)을 콘크리트 타설하고, 상기 확장관(50b) 상단의 게이트밸브(70b)에 유턴관(65b)을 연결설치하고 상기 유턴관(65b)에 배수관(60c)을 연결설치하는 공정으로 배수관정이 구성되어, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 지하층 바닥(10b) 위쪽에 연장설치된 상기 유턴관(65b)의 사이폰작용에 의해 상기 배수관(60b) 아래쪽의 양수정(80b)으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하구조물 양압력해소시스템.
3. 기 시공 완료된 구조물로 양압력이 문제시되고 주변 시설 및 지질 여건의 변화가 심한 경우에 적용시키는 인서트형태형태(Insert Type)로써 기존 건물의 지하층 바닥 위쪽의 유턴관 상위레벨까지 강하시킬 수 있도록, 기존 건물의 지하층을 천공하여 배수암거까지 관통되는 천공홀(50c)을 형성하고 하단에 웰스크린(42c)이 부착된 수직관(40c)을 상기 천공홀(50c)에 매설하며, 상기 천공홀(50c)과 상기 수직관(40c) 사이에 순차적으로 고무패킹(54c)의 삽입밀폐와 함께 우레탄실링(52c)을 코킹하면서 시멘트플러그(56c)를 설치밀폐하며, 상기 수직관(40c) 상단에 게이트밸브(70c)를 설치하고 상기 게이트밸브(70c) 상단에 임시유도배수관(75c)을 설치하며, 유턴관(65c)에 배수관(60c)을 연결하여 지하층 바닥(10c) 위쪽에 설치하면서 상기 게이트밸브의 임시유도배수관(75c)을 제거하고 상기 게이트밸브(70c)에 상기 유턴관(65c)을 연결설치하는 공정으로 배수관정이 구성되어, 피압현상에 의해 무동력의 자연상태로 배출되는 지하수가 기존 지하층 바닥(10c) 위쪽에 연장설치된 상기 유턴관(65c)의 사이폰작용에 의해 상기 배수관(60c) 아래쪽의 양수정(80c)으로 집수되고 지상배출관을 통해 지상으로 압송되면서 피압 지하수의 양압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 지하구조물 양압력해소시스템.