KR200377406Y1

KR200377406Y1 - 케이슨 구조

Info

Publication number: KR200377406Y1
Application number: KR20-2004-0028664U
Authority: KR
Inventors: 이오진
Original assignee: (유) 이도건설
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2005-03-11

Abstract

조수간만의 차이와 파랑의 높이 수심 등을 고려하여 전면벽의 일부분을 제거하여 형성한 케이슨의 소파실(160)에 소파기둥(110a)의 양 날개기둥(112)과 소파기둥(110b)의 양 날개기둥(112)이 가로방향으로 일정한 거리를 두고 소파기둥(110a)과 소파기둥(110b)이 연속적으로 횡 배열되어 전방에서 내습하는 파랑 에너지를 흡수하기에 용이하게 하며, 세로방향으로 소파기둥(110b)의 일측 날개기둥(112) 끝 부분에 대접되는 소파기둥(110a)의 일측 날개기둥(112) 끝 부분이 약간의 중첩을 이루게 소파기둥(110a)과 소파기둥(110b)을 연속적으로 횡 배열하여 소파실(160)로 입사한 파랑에너지의 반사파를 차단하는 것을 특징으로 하는 Y형 소파기둥을 설치하여 외해에서 내습하는 파랑에너지를 소파실로 입사시키는 과정에서 파압을 감소시키고, 소파실(160)의 소파벽(161)에 의해 반사된 반사파를 소파기둥(110a, b)의 반사파 차단벽(113)으로 차단시키면 소파실(160)로 입사한 파랑에너지가 해수 교환에너지로 변환되어 해수 유도공(164)과 연결된 해수 유출구(165)를 통해서 해수가 교환되는 방파제와 안벽용 케이슨의 소파구조와 해수 교환 구조에 관한 것이다.

Description

케이슨 구조{A caisson structure}

항만은 선박의 출입, 사람의 승. 하선, 화물의 하역. 보관 및 처리 등을 위한 시설이 구비된 것을 말하며, 이 같은 기능을 원활히 수행하기 위해서는 외해로부터 내습하는 파랑에너지를 차단하여 항내의 정온한 수역을 확보해야 한다. 이를 위해서 방파제 시설과 화물의 하역과 사람의 승. 하선을 위한 선박 접안용 안벽시설이 필요한 것이다.

방파제는 해저면에 사석을 축조하고 그 사석 경사면을 피복석이나 기타 소파블럭으로 피복한 형태의 경사식 방파제와 해저면에 사석 마운드를 형성하고 그 상면에 직립식 케이슨을 설치하는 직립식 그리고 경사식과 직립식을 혼성한 혼성 방파제 등이 있다.

선박의 접안시설로 이용되는 안벽은 직립제로 계획되어야 하기 때문에 블록을 적층하여 형성한 블럭식 안벽과 케이슨을 사용하여 형성한 케이슨식 안벽이 대표적이라 할 수 있다.

기존의 이러한 항만 시설 등은 획일적으로 물류 및 사람의 운송에 따르는 기본적이며 경제적인 시설들이 그 주류를 이루고 있다.

그러나 산업의 발달에 따른 물류 및 사람의 운송체계가 급격하게 대형화 집중화 가속화되기 때문에 항만 시설 역시 여기에 따라서 비약적인 변화가 수반되고 현대의 산업체계에 맞는 항만 개발 역시 필수적인 요소이며, 이러한 요구에 따라서 항만은 항내의 정온을 유지하면서 청정한 외해의 해수가 내해의 해수와 교환되어 항내의 오염을 발생시키지 않고, 외해에서 내습하는 파랑 에너지의 반사파를 감소시켜 소형선박이 안전한 항해를 할 수 있으며, 방파제의 상부를 넘어 항내로 진입하는 월파량을 현저히 감소시키기 위한 방파제와 안벽용 케이슨의 개발이 필요하게 되었다.

상기와 같은 요구로 방파제용 케이슨은 도 1a처럼 특수한 형태의 하나인 유공 케이슨 방파제로 일반적인 직립식 방파제와는 달리 전면부가 개방되어 있고, 내부를 사석 등 중량물로 채우지 않아 빈 공간으로 형성하여 해수가 드나들 수 있도록 되어 있는 구조의 케이슨이 있다. 이러한 유공 케이슨의 장점은 직립식 형태의 단면이면서 유공부에 의한 반사율 저감효과로 방파제 전면의 파고가 무공 직립식의 경우에 비해 작다는 것이다. 그러므로 방파제의 천단고가 무공 직립방파제의 경우에 비해 낮아도 항 내부의 정온을 유지할 수 있다. 이것은 파랑에너지가 유공 방파제의 유공부를 통과하면서 손실이 발생하고, 유수실 내에서도 추가로 에너지가 감소되어 반사율이 저감되기 때문이다. 후면벽을 개방 했을 때 반사율을 더욱 저감할 수 있으며, 유공 방파제는 파력의 작용시간을 지연시키고, 이에 따른 최대파력의 감소효과를 볼 수 있다. 기존 연구결과 유공 방파제가 받는 파력은 무공 방파제의 절반 이하인 것으로 알려져 있으며, 방파제 저면에 작용하는 케이슨을 위로 들어 올리려는 양압력도 감소되는 것으로 알려져 있다.

그러나 도 1a의 유공 케이슨 방파제의 경우 후면벽을 개방했을 경우 해수의 교환율의 증대는 기대할 수 있으나, 상대적으로 전달파고가 증가하여 항내 정온효과는 떨어지며, 유공 케이슨의 내부에 중량물을 채울 수 없기 때문에 대 수심과 파랑에너지의 세기가 큰 수역에는 설치하기가 어렵다는 제약이 뒤 따른다.

도 1b의 유공 케이슨의 경우에는 전면벽은 유공벽으로 설치하고 후면벽에는 무공으로 설치하여 공간부에 중량물을 채우면, 케이슨 체제의 중량은 증가되어 대 수심과 파랑의 세기가 큰 수역에도 설치할 수 있고 항내의 정온을 유지하는 효과는 기대할 수 있으나, 유공 케이슨에 비해서 유수실과 유공벽이 적기 때문에 반사파의 저감 효과가 적고, 외해와 내해의 해수의 교환율이 적어 항내 오염도를 증가시킬 수 있는 단점이 있다.

상기와 같은 단점을 개선하기 위해서 고안된 케이슨 구조를 도면에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같다.

단위케이슨(100)은 해저면(10)의 상면에 사석(20)을 투하하여 사석 기초단(30)을 형성한 후 그 상면을 평평하게 수평으로 고르기 한 후 기초 사석단(30)의 중앙 상면에 본 단위 케이슨(100)을 설치함으로써 그 목적을 이룰 수 있다.

본 고안에 의한 단위 케이슨(100)은 그 몸체가 상부가 개방된 직육면체의 형상을 하고 있다. 그리고 그 구조는 전면벽(120)이 하부판(170)으로부터 일정지점의 상부에서부터는 설치되지 않는 것이 하나의 특징이다.

통상은 해수면의 평균 간조 수면에서 평균 만조 수면까지 조수간만의 차이와 전면 해상에서 내습하는 파랑의 높이와 수심 등을 고려하여 전면벽(120)을 제거하게 된다.

그 전면벽(120)의 상부에 소파기둥 받침턱(121)을 설치하고 전면벽(120)의 내해 측 후방에 전면벽(120)과 동일한 높이의 소파기둥 받침턱(121)을 갖는 해수 유도벽(162)을 설치하며 해수 유도벽(162)의 내해 측 후방에 일정한 거리를 두고 소파벽(161)이 양 측면벽(130)과 후면벽(140) 그리고 격벽(150)과 동일한 높이로 입설된다.

전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 사이에 공간부(171)가 형성되고, 해수 유도벽(162)과 소파벽(161) 사이에도 해수 유도공(164)이, 해수 유도격벽(163)과 함께 형성된다.

여기에서 전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 상면 그리고 이와 동일한 위치의 소파벽(161)의 상부 공간이 소파실(160)이 되고, 해수 유도벽(162)의 상면과 동일한 위치의 소파벽(161)에서 하부판(170)의 상면까지, 해수 유도벽(162)과 소파벽(161) 사이의 공간이 해수 유도공(164)이 되는 것이다.

해수 유출구(165)는 후면벽(140)을 관통하여 해수 유도공(164)과 연결되어 하부판(170)의 상면에 다수개 설치되며, 안벽용 케이슨의 경우 해수 유출구(165)가 외해 측 전면벽(120) 하부를 관통하여 해수 유도공(164)과 연결되어 설치되게 된다.

전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 상부에 설치된 소파기둥 받침턱(121)의 상면에 Y형의 소파기둥(110)이 설치되며, 이 소파기둥(110a, b)은 본 고안의 또 하나의 특징을 이루는 것으로, 전면기둥(111)이 판 형식으로 상, 하 수직으로 형성되고 전면기둥(111)의 내해 측 후면에 양 날개기둥(112)이 내해 측 방향으로 날개를 펼친 형상으로 역시 상, 하 수직으로 형성된다.

Y형 모양의 소파기둥(110a, b)은 양 날개기둥(112)의 전, 후 위치가 각각 엇갈리고, 좌, 우 위치는 일부분 중첩되게 배열하여 덮개판(114)으로 전면기둥(111)과 양 날개기둥(112)의 하부를 연결하여 제작한다. 여기에서 전면기둥(111)은 그 전면을 횡 방향으로 동일한 위치에 정렬시켜 질서정연한 형상으로 배열 미관을 고려하여 도시하였으나, 전면기둥(111)의 전, 후 길이를 용도에 맞게 조절할 수 있음을 언급하고. 도 2에서는 소파기둥(110a, b)이 3개가 1조를 이루어 덮개판(114)으로 연결되어 소파기둥 받침턱(121)에 거치할 수 있게 도시 되어 있으나, 이에 국한하지 않고 다양한 개수를 조합하여 1조의 거치 단위를 만들 수 있고, 양 날개기둥(112) 역시 1개 이상으로 제작할 수 있다.

상기와 같이 구성된 단위 케이슨(100)의 공간부(171)에 중량물(172)을 채우고 소파기둥 받침턱(121)의 상면에 소파기둥(110a, b)을 거치한 후 소파기둥(110a, b)을 고정할 수 있게 단위 케이슨(100)의 상부에 상치 콘크리트(180)를 타설 함으로써 본 고안에 의한 단위 케이슨에 의한 방파제가 구축된다.

본 고안에 의한 단위 케이슨(100)의 소파 구조와 해수 교환 구조를 설명하면 다음과 같다.

상기에서 언급한 것처럼 도 3의 단위 케이슨(100) 평면도에서 보듯이 소파기둥(110a)과 소파기둥(110b)의 전면기둥(111)은 그 전면이 횡 방향으로 동일한 위치에 전면기둥(111)의 전, 후 길이를 조절하여 전면기둥(111) 전면을 정렬시켜 양 날개기둥(112)이 각각 위치를 달리하여 배열되었다.

즉 소파기둥(110a)의 양 날개기둥(112)과 소파기둥(110b)의 양 날개기둥(112)이 가로방향으로 일정한 거리를 두고 배열되어 전방에서 내습하는 파랑 에너지를 흡수하기 용이하게 하며, 세로방향으로 소파기둥(110b)의 일측 날개기둥(112) 끝 부분에 대접되는 소파기둥(110a) 일측 날개기둥(112)의 끝 부분이 약간의 중첩을 이루게 연속적으로 횡 배열하여 소파실(160)로 입사한 파랑에너지의 반사파를 완벽하게 차단하는 것이다.

위와 같이 배열된 소파기둥(110a, b)의 전면에서 내습하는 파랑 에너지는 도 4와 같이 단위 케이슨(100)의 소파실(160)로 입사한다.

파랑에너지는 전면기둥(111)에 의해서 각각 분리되어 소파기둥(110b)의 양 날개기둥(112)의 벽면이 파랑에너지를 거의 반사시키지 않고 파력을 1차 감소시키고, 소파기둥(110a)의 양 날개기둥(112) 역시 파랑 에너지를 거의 반사시키지 않고 2차 감소시킨다.

도 3처럼 소파기둥(110a)의 전면기둥(111)과 소파기둥(110b)의 전면기둥(111)의 사이 전면부의 폭, W보다 소파기둥(110b)의 일측 날개기둥의 끝과 대접되는 소파기둥(110a)의 전면기둥(111)의 일 측면 사이의 폭, W'가 좁고 역시 W1의 폭에 비해서 W1'의 폭이 좁기 때문에 W'와 W1'의 두 지점에서 제트(jet)효과를 유발시켜 파랑에너지의 감소효과를 유발하는 것이다.

그리고 W'와 W1'의 두 지점은 항상 파랑에너지의 파력이 증대되는 지점이기도 하다.

이처럼 W'와 W1'의 두 지점을 통과한 파랑에너지는 소파벽(161)에 의해서 도 4와 같이 양 측면으로 분리되어 분리된 파랑에너지의 대부분은 다시 소파기둥(110a)의 반사파 차단벽(113)에서 소파되어지고 일부분은 소파기둥(110b)의 반사파 차단벽(113)에 의해서 소파되어진다. 파랑은 그 에너지가 거의 직진하는 형태로 진행하기 때문에 중첩된 양 날개 기둥(112)과 전방에서 내습하는 파랑에너지의 파압에 의해 W'와 W1'의 두 지점에서 압력이 높게 작용하기 때문에 소파실(160)로 입사된 파랑에너지는 다시 단위 케이슨(100)의 외부로 유출되지 않는다.

도 5의 단면도에서 살펴보면 소파실(160)로 입사된 파랑 에너지가 소파벽(161)에 의해 외해 방향으로 반사되지만 반사파 차단벽(113)에 의해서 파랑 유도공(164)의 내부로 흡수되어지고, 흡수된 파랑에너지는 해수 유출구(165)를 통해서 내해로 흘러들게 되는 것이다.

입사된 파랑 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 것은 소파실(160)로 입사한 파랑에너지를 단위 케이슨(100)에 형성된 해수 유도공(164)과 해수 유출구(165)를 통하여 외해의 해수와 내해의 해수를 교환하는 교환 에너지로 변화시키기 때문이다. 만약 해수 유도공(164)과 해수 유출구(165)가 단위 케이슨(100)의 내부에 형성되지 않았다면, 단위 케이슨(100)의 소파실(160)로 입사한 파랑에너지를 효율적으로 소파하지 못하게 된다.

그렇기 때문에 해수 유도공(164)과 해수 유출구(165) 역시 본 고안에 의한 단위 케이슨(100)의 특징이며 필수적인 구성요소라고 할 수 있다.

또한 이러한 방파제의 경우 해수 유도공(164)과 해수 유출구(165)의 단면 크기에 따라서 양압력이 다르게 작용하기 때문에 상치콘크리트(180)에 개방구(190)를 추가로 형성하면 도 6처럼 양압력을 경감 시킬 수 있다.

그리고 본 고안에 의한 단위 케이슨(100)은 상기에서 설명한 방파제의 용도로도 사용이 가능할 뿐만 아니라, 도 7과 같이 해수 유출구(165)를 외해 방향인 전면벽(120)에 형성하고 후면벽(140)에 뒷 채움사석을 채우고 방충재(181)와 계선주(182)를 설치하면, 안벽으로 입사하는 파랑에너지의 반사파를 완벽하게 차단시킬 수 있어,안벽용 케이슨으로 사용할 수 있다.

상기에서 살펴보았듯이 본 고안에 의한 단위케이슨(100)은 방파제는 물론 안벽에도 사용이 가능하다. 본 고안에 의한 단위 케이슨(100)을 사용하여 방파제를 형성하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유공 케이슨은 전면벽의 유공율에 의해서 외해의 파랑 에너지를 전면벽에서 완전하게 흡수하지 못하고 반사 하지만, 본 고안에 의한 단위 케이슨(100)은 전면벽의 일부를 완전히 제거하고. 소파기둥(110a, b)을 설치하기 때문에 파랑 에너지를 완벽하게 입사하여 반사파가 발생하지 않는다.

둘째, 외해에서 내습하는 파랑에너지는 본 단위 케이슨(100)을 상부로 들어 올리려는 양압력이 발생하는데, 이러한 양압력이 발생하는 시점을 단위 케이슨(100)의 전면벽과 소파벽(161)으로 2차로 나누어 발생시키기 때문에 시간의 차이에 의해 유공 케이슨이나 해수 유통 케이슨에 비해서 체제 중량을 소규모로 제작하여도, 구조적으로 안전하고 경제적이다.

셋째, 단위케이슨(100)의 소파실(160)로 입사한 파랑 에너지를 반사파 차단벽(113)에 의해 단위 케이슨(100)의 외부로 반사되지 않고, 해수 유도공(164)에 흡수되어 해수 유출구(165)를 통하여 내해로 흘러들기 때문에 내해의 정온을 유지 할 수 있다.

넷째, 단위케이슨(100)의 소파실(160)로 입사한 파랑 에너지를 반사파 차단벽(113)과 해수 유도공(164)을 이용하여 해수 교환 에너지로 변환시키기 때문에 외해의 해수와 내해의 해수의 교환율을 높일 수 있다.

다섯째, 외해에서 내습하는 파랑에너지를 소파실(160)로 완벽하게 입사시키기 때문에 방파제의 상치 콘크리트(180)를 넘는 월파량을 획기적으로 줄일 수 있다.

도 1a, b는 종래 케이슨의 소파와 해수 유통 구조를 나타내는 횡 단면도.

도 2는 본 고안에 의한 케이슨을 일부분 절개한 부분 분해 사시도.

도 3은 본 고안에 의한 케이슨의 평면도.

도 4는 본 고안에 의한 케이슨에 입사한 파랑의 흐름과 소파과정을 나타내는 평면도

도 5는 본 고안에 의한 케이슨에 입사한 파랑의 소파와 해수 교환 구조를 나타내는 횡 단면도.

도 6은 본 고안에 의한 방파제용 케이슨의 또 다른 실시 예를 나타내는 횡 단면도

도 7은 본 고안에 의한 케이슨의 또 다른 파랑의 유통 구조를 나타내는 횡 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >

10. 해저면 20. 사석

30. 사석 기초단 100. 단위 케이슨

110(a, b). 소파기둥 111. 전면기둥

112. 양 날개 기둥 113. 반사파 차단벽

114. 덮개판 120. 전면벽

121. 소파기둥 받침턱 130. 양 측면벽

140. 후면벽 150. 격벽

160. 소파실 161. 소파벽

162. 해수 유도벽 163. 해수 유도격벽

164. 해수 유도공 165. 해수 유출구

170. 하부판 171. 공간부

172. 중량물 180. 상치 콘크리트

181. 방충재 182. 계선주

190. 개방구 200. 유공벽

300. 유수실

Claims

단위케이슨(100)은 해저면(10)의 상면에 사석(20)을 투하하여 사석 기초단(30)을 형성한 후 그 상면을 평평하게 수평으로 고르기 한 후 기초 사석단(30)의 중앙 상면에 단위 케이슨(100)을 설치하되, 단위 케이슨(100)의 전면벽(120)을 일부분 제거하여, 그 상부에 소파기둥 받침턱(121)을 구비하여 하부판(170)의 상면에 전면벽(120)을 설치하고, 전면벽(120)의 내해 측 후방에 전면벽(120)과 동일한 높이의 소파기둥 받침턱(121)을 갖는 해수 유도벽(162)을, 해수 유도벽(162)의 내해 측 후방에 일정한 거리를 두고 소파벽(161)을, 양 측면벽(130)과 후면벽(140) 그리고 격벽(150)과 함께 동일한 높이로 입설하면, 전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 사이에 공간부(171)가, 전면벽(120) 상부부터 전면벽(120)의 상부와 동일한 위치의 소파벽(161)까지 공간에 소파실(160)이 각각 형성되고, 해수 유도벽(162)과 소파벽(161) 사이 공간에 해수 유도공(164)을 해수 유도격벽(163)과 함께 구축하고, 하부판(170)의 상면에 후면벽(140)을 관통하여 해수 유출구(165)를 해수 유도공(164)과 연결되게 다수개 설치하며, 전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 상부에 설치된 소파기둥 받침턱(121)의 상면에 Y형의 소파기둥(110)을 설치하여, 각각의 공간부(171)에 중량물(172)을 채우고, 소파기둥(110)과 상치 콘크리트(180)가 일체화될 수 있도록 단위 케이슨(100)의 상부에 상치 콘크리트(180)를 타설 함으로써 구축되는 케이슨 구조
제 1항에 있어서

소파기둥(110a, b)은 그 전면기둥(111)이 판 형식으로 상하로 수직으로 형성되고 전면기둥(111)의 후면에 양 날개기둥(112)이 소파벽(161) 방향으로 날개를 펼친 형상으로 역시 상하 수직으로 형성되어 소파기둥(110a, b)의 하부가 덮개판(114)과 연결되는 것을 특징으로 하는 Y형의 조립식 소파기둥(110)을 가지는 케이슨 구조.
제 1항에 있어서

소파기둥(110a)의 양 날개기둥(112)과 소파기둥(110b)의 양 날개기둥(112)이 가로방향으로 일정한 거리를 두고 소파기둥(110a)과 소파기둥(110b)이 연속적으로 횡 배열되고, 세로방향으로 소파기둥(110b)의 일측 날개기둥(112) 끝 부분에 대접되는 소파기둥(110a)의 일측 날개기둥(112) 끝 부분이 중첩을 이루게 소파기둥(110a)과 소파기둥(110b)이 연속적으로 소파실(160)에 횡 배열하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조
제 1항에 있어서

상기 상치 콘크리트(180)에 개방구(190)를 추가적으로 더 형성하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조
단위케이슨(100)은 해저면(10)의 상면에 사석(20)을 투하하여 사석 기초단(30)을 형성한 후 그 상면을 평평하게 수평으로 고르기 한 후 기초 사석단(30)의 중앙 상면에 단위 케이슨(100)을 설치하되, 단위 케이슨(100)의 전면벽(120)을 일부분 제거하여, 그 상부에 소파기둥 받침턱(121)을 구비하여 하부판(170)의 상면에 전면벽(120)을 설치하고, 전면벽(120)의 내해 측 후방에 전면벽(120)과 동일한 높이의 소파기둥 받침턱(121)을 갖는 해수 유도벽(162)을, 해수 유도벽(162)의 내해 측 후방에 일정한 거리를 두고 소파벽(161)을, 양 측면벽(130)과 후면벽(140) 그리고 격벽(150)과 함께 동일한 높이로 입설하면, 전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 사이에 공간부(171)가, 전면벽(120) 상부부터 전면벽(120)의 상부와 동일한 위치의 소파벽(161)까지 공간에 소파실(160)이 각각 형성되고, 해수 유도벽(162)과 소파벽(161) 사이 공간에 해수 유도공(164)을 해수 유도격벽(163)과 함께 구축하고, 하부판(170)의 상면에 외해 방향인 전면벽(120)을 관통하여 해수 유출구(165)를 해수 유도공(164)과 연결되게 다수개 설치하며, 전면벽(120)과 해수 유도벽(162)의 상부에 설치된 소파기둥 받침턱(121)의 상면에 Y형의 소파기둥(110)을 설치하여, 각각의 공간부(171)에 중량물(172)을 채우고, 후면벽에 뒷채움 사석을 충진하여, 소파기둥(110)과 상치 콘크리트(180)가 일체화될 수 있도록 단위 케이슨(100)의 상부에 방충재(181)과 계선주(182)를 구비한 상치 콘크리트(180)를 타설 함으로써 구축되는 케이슨 구조