KR20080046619A - Structure for preventing scouring of river - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 세굴발생 현상의 개념도1 is a conceptual diagram of scour occurrence phenomenon
도2는 세굴방지 구조물 전면 사시도Figure 2 is a front perspective view of the scour prevention structure
도3은 세굴방지 구조물 배면 사시도Figure 3 is a perspective view of the back of the scour prevention structure
도4는 세굴방지 구조물을 적용한 경우의 세굴방지 개념도Figure 4 is a conceptual diagram of scour prevention when applying the scour prevention structure
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
1:수류 2:하강류(downflow)1: water flow 2: downflow
3:하상 4:후류형 와류(wake vortex)3: bed 4: wake vortex
5:세굴공(scour hole) 6:교각5: scour hole 6: piers
7:말굽형 와류(horseshoe vortex) 10:세굴방지 구조물7: Horseshoe vortex 10: Scour resistant structure
11:유도수로 바닥판 12:유도수로 벽체11: guide channel bottom plate 12: guide channel wall
13:전단키 14:중간벽13: shear key 14: middle wall
15:확산부 16:바닥판15: Diffusion part 16: Bottom plate
본 발명은 교각(6)이 시공된 하상(3)의 주변에 발생하는 세굴을 방지하는 구조물에 관한 발명으로서, 유수의 흐름을 조절하여 하강류(downflow)(2)를 차단하거나 또는 감소시키는 세굴방지 구조물(10)에 관한 것이다.The present invention relates to a structure for preventing scour occurring around the
도1은 세굴형성 원인의 개념도로서, 교각(6)에서 국부세굴을 일으키는 근본적인 원인은 하상(3)에서 와류의 형성인 바, 교각(6)주위에서 발생하는 와류 중 교각(6) 전면부에서 발생한 하강류(downflow)(2)에 의해 발생되는 와류를 말굽형 와류(horseshoe vortex)(7)라 하고 교각 직하류에서 발생되는 와류를 후류형 와류(wake vortex)(4)라 한다. 세굴은 기초에 유입되는 토사의 퇴적량보다 제거량이 큰 경우 발생하게 되며 시간이 지남에 따라 점차 세굴공(scour hole)(5)과 교각 전면의 세굴심이 증가하게 되어 교각을 파손시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이로인해 하상토와 교각과의 마찰력이 떨어지면 다리붕괴의 원인이 될 수 있다. 이 와류계의 구조는 세가지 기본계인 말굽형 와류(horseshoe vortex)(7) 및 후류형 와류(wake vortex)(4) 그리고 트레일링 와류(trailing vortex) 현상으로 구분되며 이들 와류계의 현상이 전부 혹은 한 두가지 현상으로 구성된다.1 is a conceptual diagram of the cause of scour formation, the root cause of local scour in the pier (6) is the formation of vortices in the lower bed (3), the vortex occurring around the pier (6) in front of the pier (6) The vortex generated by the generated downflow 2 is called a horseshoe vortex 7 and the vortex generated immediately downstream of the piers is called a wake vortex 4. The scour occurs when the removal amount is larger than the amount of sediment inflow into the foundation, and as time passes, scour holes (5) and scour depths in front of the piers increase, which can damage the piers. As a result, the friction between the subsoil and the pier can cause bridge collapse. The structure of this vortex system is divided into three basic systems: horseshoe vortex (7), wake vortex (4), and trailing vortex phenomena. It consists of one or two phenomena.
교각이나 기초를 세굴로부터 보호하는 종래의 방법에는 세굴에 대한 하상물질의 저항력을 증가시키는 방법과 하상물질을 세굴시키는 하강류(downflow)(2)와 와류 같은 세굴유발 요인의 능력을 감소시키는 방법이 있다. 첫 번째 방법은 교각주위의 하상(3)에 큰 입경의 재료나 사석, 테트라포드(tetrapod), 케이블 블록 등과 같은 보호층을 부설하는 방법이며, 두 번째 방법은 교각 기둥이나 교각 기초에 교각보호 세굴방지 장치를 일체로 시공하거나, 교각 전면 상류부에 교각보호 세굴방지 장치를 설치하는 방법이다.Conventional methods of protecting pier or foundation from scour include increasing the resistance of the scour material to scour, and reducing the ability of scour-causing factors such as downflows and vortices to scour the scum. have. The first method is to lay a protective layer such as large-diameter materials, sandstones, tetrapods, cable blocks, etc. on the lower bed (3) around the piers, and the second method is to prevent piling protection on piers or foundations. It is a method of constructing the unit integrally, or installing a pier protection scour prevention device upstream of the bridge front.
상기의 세굴에 대한 하상물질의 저항력을 증가시키는 방법 중 상기 사석을 채우는 방법은 적정규모의 사석을 확보하는 것이 어렵고, 석산 개발에 따른 환경파괴가 유발되며, 홍수 시 설치된 사석이 유실되기도 하는 등 많은 문제점을 안고 있다. 또한 콘크리트 블록을 설치하는 경우에도 콘크리트 블록 자체의 형상으로 인하여 교량기초 주변 하상의 굴곡부를 완전하게 보호하지 못하며 시공시 많은 장비와 인력 및 기간이 소요되는 문제점이 있다.Among the methods of increasing the resistance of the bed material to the scour, the method of filling the sandstone is difficult to secure the proper size of the sandstone, causing the destruction of the environment due to the development of quarries, and the loss of the installed sandstone during flooding. I have a problem. In addition, even when installing the concrete block, due to the shape of the concrete block itself does not completely protect the bent portion around the base of the bridge, there is a problem that takes a lot of equipment, manpower and period during construction.
또 상기의 하강류(downflow)(2)를 감소시켜 세굴을 방지하는 방법 중 교각(6)과 일체로 시공되거나 교각(6) 전면에 세굴방지 시설을 부착하는 경우 교각 기둥에 부착된 세굴방지 시설로 인해 교각 기둥의 단면이 국부적으로 확대되어 강성의 불연속이 발생됨에 따라 교각기둥의 거동에 해로운 영향이 발생할 수 있으며, 기둥의 투영면적 증가 및 자중의 증가효과로 인해 수평하중 및 수직하중이 증가되어 교각의 기둥 및 기초단면 설계시 비경제성을 발생시킬 수 있다. 그리고 하상위로 돌출된 확대된 단면과 하상 접합부에 또다른 세굴을 유발시킬 수 있으며, 교각 기둥 위치에서 통수단면을 축소시켜 수축세굴의 발달이 예측된다.In addition, the method to prevent scouring by reducing the downflow (2) of the scrubbing prevention facilities attached to the piers pillars when integrally constructed with the pier (6) or attaching a scour prevention facility in front of the pier (6) As a result, the cross section of the piers can be enlarged locally, resulting in stiff discontinuities, which can have a detrimental effect on the behavior of the piers, and the horizontal and vertical loads are increased due to the increase in the projected area of the piers and the increase of its own weight. Inconsistencies in designing columns and foundations of bridge piers can occur. In addition, it is possible to cause another scour in the enlarged cross-section and the bottom joint protruding to the upper and lower sides, and the development of shrinkage scour is predicted by reducing the communication surface at the position of the piers.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 고안한 것으로써, 상향경사를 갖는 유도수로 바닥판(11)과 유도수로 벽체(12)를 이용하여 유수의 흐름을 상향으로 집중시켜 흐르게 함으로써 하강류(downflow)(2)를 차단하거나 감소시켜 세굴을 방지하거나 감소시키고, 유도수로 바닥판(11) 및 확산부(15) 하부의 빈 공간에 토사를 채워 구조체 자중 증가와 전단키(13)를 이용한 하상(3)에 대한 전단마찰력 증가를 통해 세굴방지 구조물(10)의 유실을 방지하며, 확산부(15)로 인해 하상면을 흐르는 유수의 흐름이 교각 측면의 토사를 이동시키지 못하도록 고안된 세굴방지 구조물(10)을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, by using the induction channel bottom plate 11 and the
상기의 목적을 달성하고자 하는 본 발명은 교각(6)의 전면 상류부에 유수방향과 대응되도록 세굴방지 구조물(10)을 설치하는 바, 상향경사의 유도수로 바닥판(11)과 유도수로 벽체(12)가 전면에 형성되고, 그 측면으로는 원뿔모양처럼 방사형으로 퍼지는 확산부(15)가 설치되고, 유도수로 바닥판(11) 및 유도수로 벽체(12)를 지지하는 중간벽(14)이 내부에 구비되며, 바닥판(16) 하면에는 전단키(13)가 설치되어 교각(6)의 세굴을 효과적으로 방지하면서도 유실의 위험이 없는 세굴방지 구조물을 제공한다.The present invention to achieve the above object is to install the
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 유수의 흐름이 세굴방지 구조물(10)을 통과하면서 유수의 흐름이 상향으로 변화하도록 하여 하강류(downflow)(2)를 차단하거나 감소시켜 세굴에 효과적으로 대응할 수 있게 하고, 구조물 내부에 토사채움이 가능하므로 구조체 자중이 증가하고 전단키(13)에 의하여 하상 전단마찰력이 커져서 세굴방지 구조물(10)이 유수에 의해 유실 및 위치이탈 될 우려가 적어지며, 확산부(15)에 의해 교각 측면을 흐르는 유수의 흐름이 약화되어 교각 측면부 토사이동이 감소되는 바 이와같은 구성에 의하여 상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성할 수 있게 되는 것이다.According to the present invention having the above configuration, the flow of flowing water flows upward while passing through the
이하 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 본 발명의 기술적 개념이 바람직하게 구현된 일 실시예와 함께 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만 이는 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 더욱 명확하게 이해하고 용이하게 실시할 수 있게 하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 전술한 사항들 이외에 본 발명이 가지는 또 다른 기술적 특징들 및 장점들은 후술하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 당업자에게 더욱 확실하게 이해될 수 있을 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, with an embodiment in which the technical concept of the present invention is preferably implemented. However, this is intended to enable those skilled in the art to more clearly understand and easily implement the present invention, and are not intended to limit the protection scope of the present invention thereto. Still other technical features and advantages will be more clearly understood by those skilled in the art through the following description of the preferred embodiment according to the present invention.
도2 및 도3은 본 발명의 세굴방지 구조물 전면 및 배면의 구성을 나타낸 사시도이며, 도4는 세굴방지 구조물(10)을 적용한 경우의 세굴방지 개념도이다.2 and 3 are perspective views showing the front and rear structure of the scour prevention structure of the present invention, Figure 4 is a conceptual view of the scour prevention when the
도2 및 도3에 도시된 바와같이 본 발명의 세굴방지 구조물(10)은 유도수로 바닥판(11) 및 유도수로 벽체(12)가 전면에서 배면으로 상향경사를 이루며 세굴방지 구조물(10) 전면부를 구성하게 되는데, 유도수로 벽체(12)는 유도수로 바닥판(11) 시점부에서 설치간격을 넓게하고 상향경사 종점부에서 설치간격을 시점부보다 좁게 사다리꼴 형태로 형성되게 된다. 그 양 측면으로는 확산부(15)가 원뿔모양과 같이 방사형으로 퍼져나가는 형태로 구성되고, 확산부(15)와 유도수로 바닥판(11)을 지지하는 중간벽(14)과 바닥판(16)이 하부에 구비된다. 그리고 바닥판(16) 하부에는 직육면체 형태의 전단키(13)가 설치된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the
상기에 전술된 바와 같이 세굴방지 구조물(10)에서 유도수로 바닥판(11)은 도4에서와 같이 유수의 흐름을 상향으로 변화시켜주며, 유도수로 벽체(12) 시점부에서는 유도수로 벽체(12) 배치간격이 넓게 되어 있으나 유수가 유도수로 바닥판(11)을 따라서 상향으로 이동할수록 유도수로 벽체(12)의 설치간격이 좁아지고, 이에따라 유도수로의 단면이 축소되어 유도수로 벽체(12) 시점부보다 종점부에서의 유속이 증대되어 경사방향을 따라 빠르게 흐르는 유수에 의해 하강류(downflow)(2)를 효과적으로 감소시킬 수 있도록 하였다.As described above, the guide plate 11 in the
유도수로 바닥판(11)의 형태는 도2와 같은 평평한 형태 뿐만 아니라 오목한 곡면이나 계곡과 같이 중앙부가 종방향으로 움푹꺼진 형태로 다양하게 제작할 수 있다. 또한 확산부(15)도 원뿔모양 형태 뿐만 아니라 유수의 흐름을 방사형으로 퍼지게 할 수 있는 각뿔과 같은 형태를 적용하면 무방하다.The induction channel bottom plate 11 may be manufactured in various forms such as a flat shape as shown in FIG. 2 as well as a concave curved surface or a valley with a central portion recessed in the longitudinal direction. In addition, the
본 발명의 세굴방지 구조물(10)은 유수흐름이 상향이 되도록 유도수로 바닥판(11) 및 유도수로 벽체(12)가 구비되어 와류를 형성하는 하강류(downflow)(2)를 차단하거나 감소시킬 수 있어서 세굴현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 그 측면으로 확산부(15)가 설치되어 하상에서 유수의 흐름을 방사형으로 퍼지게 하여 교각 측면의 토사이동을 감소시킬 수 있고, 구조물 내부에 토사를 채울 경우 세굴방지 구조물(10)의 유실이나 위치이탈이 발생하지 않도록 하므로 추가적인 보수없이 지속적인 세굴방지 효과를 볼 수 있다.The
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