KR20110009852A - 지하수를 제어할 수 있는 파일장치 - Google Patents

Abstract

우리나라는 UN에서 물부족국가로 지정되어 있다.

이러한 것은 계절에 따른 강수량의 집중화와 발전된 하수도의 설비설치로 인하여 비가 내리면 예전보다 훨씬 빠르게 바다로 물을 흘러 보내는데 있다.

최근 들어 선진국에서는 이러한 문제점들을 해소하고자 지하댐이라는 특수한 지하구조물을 설치하고 있다.

지하댐이란 지하수의 흐름을 막아 지하에 지하수를 저장하여 가뭄이 들 때나 일반 용도로도 지하수를 이용하고자 하는 댐이다.

이러한 지하댐의 강점을 크게 두가지 이야기 하자면

첫째, 지상댐처럼 지표면이 매몰되는 곳이 없고 지표면을 그대로 사용할 수 있기에 매몰보상비가 적게 들어 지하댐 구축하는데 있어서 비용이 적게 들어가고

둘째, 지하에 있기 때문에 지하 미생물에 의해서 지하수가 쉽게 변질되지 않으며 지하수가 증발되지 않아 오래 보관할 수 있는 장점이 있습니다.

상기 이러한 장점에도 지하댐이 널리 사용되지 않는 이유는 실시간으로 지하수의 저장량, 함유량 등을 파악하여 지하수 관리 및 지하댐을 관리하여야 하는데 눈으로 보이지 않아 이러한 관리가 힘들기 때문에 지하댐의 설치가 미루어지고 있습니다.

본 발명은 이러한 지하댐의 단점을 해소할 수 있는 개량형 강재파일로 구축한 타입공법을 제시하여 실시간으로 지하댐 지하수의 저장량, 품질등을 확인하여 지하수의 흐름을 제어할 수 있는 지하댐 설치공법을 제시합니다.

상기의 개량형 강재파일은 센서가 부착되어 있으며 이러한 센서를 통해 실시간으로 지하수의 저장량과 품질 등을 확인하여 지하수의 저장용량을 조절할 수 있는 기능이 있어 집중호우나 폭우가 예상될 때에는 지하수를 흘러보내 저장량을 감축하여 폭우나 집중호우시 지표면의 물을 지하에서 흡수 할 수 있도록 하여 지표면의 피해를 감소시킬 수 있는 장점 등이 있다.

지하댐

Description

지하수를 제어할 수 있는 파일장치 {Underground water control pile-device}

본 발명은 지하에서 지하수가 흐르고 있는 대수층에 인공적인 수직차수벽을 설치하여 지하수를 대수층 내에 흐름을 늦추거나 또는 지하내에 지하수를 저장시킨 다음에 우물 혹은 채수시설등을 이용하여 저장된 지하수를 취수하는 지하 저류지에 관련된 지하댐 건설에 대한 설립공법에 관한 것이다.

상기 지하댐의 설립공법방식에는 크게 4가지로 구분되어질 수 있다.

여기서 간단히 설명을 하면

첫번째, 치환공법은 지하댐을 설치하고자 하는 예정지의 지반을 굴착하고 차수재를 채워 넣는 공법을 말하며,

두번째, 주입공법은 지하댐을 설치하고자 하는 예정지의 지반에 구멍을 천공하여 그 구멍을 통해 시멘트 현탁액이나 기타 차수재료를 주입하여 지하수가 흐르는 지반의 공극을 채워 지하수를 더 이상 흘려가지 못하게 하거나 저속으로 흐르게끔 하여 지하수를 저장, 이용하는 공법을 말한다.

셋번째, 교반혼합처리공법은 지하댐을 설치하고자 하는 예정지의 지반에 시멘트 혼합액이나 기타 차수재료를 고압으로 분사함으로서 짧은 시간 내에 지반을 절삭하여 그 절삭부분의 토사와 혼합하는 형식으로 지하수의 흐름을 차단하는 공법을 말한다.

네번째, 타입공법은 강성이 큰 강재, 목재 등의 파일을 지반 깊숙이 타입하여 지하수의 흐름을 차단하는 공법을 말한다.

본 특허는 지하댐의 4가지 설치공법 중에 타입공법의 개량형에 대해서 언급하고자 한다.

상기에서 언급한 지하댐의 4가지 공법 중에서 치환공법, 주입공법, 교반혼합처리공법은 몇 가지 문제점을 안고 있다.

그 문제점 중 위 3가지 공법의 공통점은 시멘트나 그와 유사한 차수재료를 땅속에 묻어 지하수를 차단한다 는 것이 기본 공법의 방침으로 서로 상당히 유사하다.

현행 폐기물 처리법에서도 오래된 건축물에서 나온 시멘트등의 건축폐기물은 함부로 땅속으로 매설하지 못하게 하는 것이 지금 현실상황인데 반해 상기에 언급한 3가지 공법들은 지하댐 건설을 위해 지하에 시멘트등의 자재로 공사 시설후 시민들이 먹게 될지도 모르는 저장된 지하수의 품질이나 차후 시간이 지난뒤 지하댐의 철거방법등의 문제를 고려하지 않은 것을 알 수 있다.

특히, 우리나라의 경우 일년내내 규칙적으로 비가 내리는 지역이 아니라 일년 중 어느 한 계절에 집중적으로 비가 내리는 지역이다.

비가 집중적으로 내릴 때에는 지하에서 어느 정도 물을 흡수하여 홍수를 방지하거나 집중호우로 인한 지표면의 피해를 저감시킨다. 하지만 지하댐으로 인해 지하에 물이 가득차 있으면 집중호우때 지하에서 물을 흡수하지 못해 지표면의 피해가 증대될 수 있다는 점도 고려하지 않았다.

상기 해결하고자 하는 문제점을 정리하여 나열하면

첫번째, 지하수의 흐름을 막아 지하수를 이용한다라는 취지는 좋지만 물은 무작정 막아놓아 흐르지 못하게 하면 상한다. 물론 지하의 미생물에 의해서 물이 보존되는 기간이 길어지긴 하겠지만 십년, 백년가도록 지하에 고여진 물이 상하지 않는 것은 아니다. 그러므로 고여진 지하수를 시민이 사용할 때에는 상기 지하댐의 건설시 반드시 지하수의 흐름과 품질등급을 실시간으로 확인하여 조절해야 한다.

지난 과거에 낙동강 페놀유출사건과 마찬가지로 상기 지하수가 저장되는 부근에서 유독한 물질이 지하로 방출되지 않는다라는 보장이 없을 뿐 아니라 지상댐처럼 눈으로 확인할 수 없기 때문에 이러한 지하 저수지 근방의 유독물질 방출이나 지하수의 오염을 실시간으로 확인할 수 있어야 하며 이러한 사실이 확인될 때에는 재빠른 조치를 취할 수 있어야 한다.

두번째, 우리나라는 어느 한 계절에 비가 집중적으로 내린다.

이러한 때가 오기 전에 저장하고 있는 지하댐의 지하수가 가득차 있다면 방류를 해야한다. 지하댐의 물을 교환하여 지하수의 품질을 유지하는 측면도 있지만 상기의 집중호우기간에 지하에서 물을 흡수할 수 있도록 하여 물로 인한 재해를 방지하는데 더 큰 목적이 있다고 할 수 있다.

그러하므로 상기 지하댐의 지하수 저장량을 측정할 수 있어야 한다.

셋번째, 상기 지하댐 설치된 다음 이용기간이 지난 후 지하댐의 처리문제에 관한 것이다.

사람이 만든 구축물은 언제가는 노후되고 설치 후 사용중이거나 사용완료 후 자연 및 인간에게 무해하도록 처리를 해주어야 한다.

즉, 구축물은 차후 처리방법과 비용까지 생각하여 설치하여야 한다는 점이다. 주입공법이나 교반혼합처리공법은 땅속으로 시멘트현탁액등의 치수재료를 지반속에 넣 어 설치하는 공법이기에 지하 환경에는 어떠한 영향을 미치는 지 등이 아직 상세히 연구된 것이 아니다.

그러하기 때문에 문제발생시나 시설노후시에 신속하게 처리되어야 한다는 점을 고려하여야 한다.

상기 문제점들을 해결하는데 있어서 지하댐의 기본적인 구조설계방법은 타입공법이 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다.

타입공법은 강철등의 물질로 만들어진 파일형태를 땅속으로 박아 지하수의 흐름을 저해하거나 막는 공법이다. 그래서 타입공법으로 지하댐을 구축 후 시설낙후나 문제발생시 박아 넣은 강재파일을 지표면의 큰 손상이나 별다른 피해없이 빠르게 철거 및 보완을 할 수 있다는 점 때문이다.

본 발명에 따라서 개발된 강재파일은 기존 타입공법과 틀리게 강재파일의 중앙하단부에 구멍이 있다는 점이다.

그림으로 설명하면 <도면 1>에 보는 것과 같이 중앙 하단부에 구멍이 있어서 강재파일을 설치 할 때는 중앙봉을 삽입하여 원하는 지하깊이까지 박아서 설치하고 강재파일이 설치 완료된 후에는 중앙봉을 빼내고 빼낸 중앙봉자리에 압력센서등을 삽입한 제어봉을 대신 삽입한다.

지상에서의 기후나 지하수의 상황에 따라서 제어봉의 방향을 조절하여 지하수를 흐르게 하거나 흐르지 못하게 하고 또한 제어봉의 지하수 접촉부분에 압력감지센서 와 BOD감지센서등을 설치하여 실시간으로 지하수의 품질등급을 측정할 뿐만 아니라 지하수의 수압을 측정하여 지하수의 저장량을 예측할 수 있게끔 하여 제어봉의 방향을 조절함으로서 지하수의 용량을 조절할 수 있게 한다.

본 발명에 의한 타입공법의 강재파일로 지하댐을 설치하였을 때의 효과는

첫째, 지상의 폭우나 집중호우 전에 지하수의 저장량을 측정하여 저장량이 많았을 경우 미리 구멍을 열어 지하수를 흘려내려보내고 폭우 시 발생하는 지표면의 상당량의 물을 지하로 흡수할 수 있게끔하여 지표면의 재해를 줄이거나 예방할 수 있도록 할 수 있다.

둘째, 상기의 제어봉에 부착된 센서로 인하여 지하수의 품질등급을 언제든지 확인할 수 있도록 하고 보다 자세한 지하수의 품질을 확인하고자 할 때에는 제어봉을 빼내어 구멍을 통해 흐르는 지하수를 직접 채취 할 수 있게도 하며 만약 지하댐이 설치된 인근에서 유독물질이 방류되어 지하수가 오염이 되었다고 예측되었을 시에는 제어봉을 빼내고 구멍을 통해 흘러가는 오염된 지하수를 펌프를 이용하여 지상으로 퍼내어 오염된 지하수 정화도 할 수 있다.

셋째, 본 발명에 의해서 설계된 강재파일로 지하댐을 구축할 때에는 기존의 타입공법과 설치방법이 같아 설치공법상의 큰 문제점이 없고 설치시 들어가는 비용 또한 타일공법과 큰 차이점이 없다. 오히려 그림 <도면 1> 과 같이 강재파일을 변경하여 설치하였을때는 저렴한 비용으로 24시간 지하수의 품질과 상태를 점검할 수 있을 뿐만 아니라 문제발생시나 집중폭우 예상시 지하수의 저장량을 조절할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 보다 쉽게 이해할 수 있기 위하여 도면과 함께 설명을 하겠습니다.

도면 1에서 보는 바와 같이 그냥 밋밋한 강재파일이 아닌 하단부 측면에 구멍이 나 있는 강재파일입니다. 이때의 구멍 크기나 숫자는 도면 1에서 보는 것과 같이 하나뿐이 아니고 여러 개가 있을 수 있습니다. 도면 1에서는 보통 이해를 쉽게 하기 위해서 한 개로만 그린 것 입니다.

기존 타일공법의 강재파일은 보통 상단부에 압력이나 기타의 타격을 가해 지하에 박아 넣습니다. 물론 다른 방법 즉, 고압을 이용하여 설치하고자 하는 곳을 뚫어서 설치하는 방법 등 여러가지 방식이 있지만 보통 상단부 타격 설치 방식에 따라 설명을 하겠습니다.

본 발명에 따른 강재파일은 하단부 측면에 구멍이 있고 상단부에서 볼 때 하단부 측면의 구멍이 있는 부분까지 지나서 중앙에 빈 곳이 있습니다. 이러한 형태를 가진 강재파일을 처음 지하에 박아 지하댐을 구축하고자 할 때에는 상단부에 압력이나 기타의 타격에 힘을 하단부까지 그대로 전달할 수 있게끔 하기위해 중앙 빈 구멍에 딱맞는 일체형의 강재파일(차후 중앙봉으로 표기)을 삽입하여 원하는 위치까지 타격이나 압력을 가해 강재파일을 지하에 설치를 합니다.

차후 원하는 위치까지 설치가 완료된 후에는 중앙봉을 빼내고 센서가 부착되어 지하수의 용량과 품질등을 측정할 수 있으며 지하수의 흐름을 제어할 수 있는 제어봉을 삽입을 합니다. 이때의 총 길이는 중앙봉의 길이보다 약간 짧은 길이의 제어봉이 삽입되며 측면의 구멍을 커버하면서 하단의 약간의 공간을 부여할 수 있게 합니다.

이러한 하단에 빈 공간을 부여하는 이유는 차후 흙이나 기타의 부산물이 측면부의 구멍을 통해 들어왔을 때 제어봉의 위치 등에 영향을 주지 못하게 하기 위함입니다.

물론 측면의 구멍에는 흙이나 부산물이 쉽게 들어오지 못하도록 철망이나 기타의 것을 설치할 수도 있고 부산물이 너무 많이 들어왔을 때에는 제어봉을 빼내고 흡입기를 삽입하여 빈 공간에 쌓인 흙 또는 부산물을 제거할 수 있도록 합니다.

상기 본 발명에 따른 제어봉은 수압센서와 기타 검사를 하고자 하는 분야의 센서를 부착하여 강재파일 구멍에 맞추어 설치한다.

그리하여 수압센서를 통해 들어온 압력이 높아 지하수의 용량이 많다는 것이 예측되고 있는데 지상의 날씨가 집중호우나 폭우가 예상될 때에는 자동식 혹은 수동식으로 제어봉을 옆으로 돌려서 지하수가 흐를 수 있게끔 하여 폭우로 인한 지표면의 물을 지하에서 흡수할 수 있게끔하여 피해를 저감시킬 수 있도록 한다.

또는 기타 센서를 통해 지하수가 오염되었다는 것을 알았을 경우에도 상기와 같은 방식을 통하거나 아니면 제어봉을 빼내고 빈 공간까지 흡입기를 삽입하여 오염된 지하수를 빨리 제거할 수 있도록 한다.

위에서 설명한 제어봉의 운동방식이나 방향조절절차는 수동식도 가능하고 마이크로센서를 삽입하여 자동으로 조절되게끔 할 수도 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지하댐 타일공법의 개량형 강재파일의 외형도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 개량형 강재파일의 중앙봉과 제어봉의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

Claims (2)

1. 지하댐 구축을 위한 여러 설치 공법 중 타입공법에 있어서 측면에 구멍이 있는 강재파일을 설치하여 그 구멍을 통해 지하수의 오염도 측정, 지하수의 저장량 파악, 지하수의 흐름 제어를 할 수 있는 개량형 강재파일을 이용한 타입공법
2. 개량형 강재파일로 지하댐을 구축하고자 할 때 강재파일 중앙의 빈 곳에 빈 공간과 일치하는 중앙봉을 삽입하여 지하댐을 구축하고 지하댐 구축 후에는 중앙봉을 빼내고 센서가 부착되어있고 지하수의 흐름을 제어할 수 있는 제어봉을 삽입하는 개량형 강재파일

Images