KR20110106638A - 폐타이어 말뚝을 이용한 사방구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산의 계곡 등으로부터 토석류가 발생하였을 때, 토석류의 흐름을 차단하기 위한 사방구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 사방구조물은 계곡의 바닥에 관입되는 복수의 지지말뚝이 토석류의 예상 진행경로 상에 일렬로 배치되며, 지지말뚝에는 충격을 완화하기 위한 완충부재인 폐타이어가 끼워진다. 또한 본 발명에서는 낱개로 독립되어 있는 지지말뚝들을 일체화하여 지지력이 향상되도록 띠장을 설치하며, 횡방향 압력에 대한 저항력을 증대시킬 수 있도록 경사보강말뚝을 설치할 수 있다.

Description

폐타이어 말뚝을 이용한 사방구조물{Erosion control structure using the piles with wasted tires}

본 발명은 자연 재해에 따른 피해를 방지하기 위한 구조물로서, 특히 산의 계곡 등의 경사면으로부터 발생된 토석류의 진행을 억지하기 위한 사방(砂防)구조물에 관한 것이다.

토석류는 우수와 함께 이동하는 퇴적물류로, 지표면의 고결되지 않은 흙과 암석이 순간적으로 포화되어 과도한 수분으로 인해 토석류(debris flow)로 전환되어 계곡을 따라 물과 함께 이동하는 현상이다.

토석류는 태풍이나 급작스러운 집중 호우에 의해 표층부가 포화된 이후 발생한 인장균열이 확장되면서 기반암 상부의 토양층이 미끄러지며 발생하는 것으로, 우리나라와 같이 급경사지가 대부분이고 표층의 두께가 비교적 얇은 경우 발생 가능성이 더욱더 커지며, 빠른 하강 속도로 주변을 침식시킨다. 토석류는 그 발생 규모가 수십m ~ 수Km에 이르기까지 매우 다양한 규모를 보이며, 발생 규모가 큰 경우 대규모의 피해를 야기한다.

토석류는 기반암 상부에 얇은 토층이 형성된 경우에 주로 발생하며, 구성성분은 주로 큰 암괴가 혼합된 붕적층이 주를 이루며, 암괴의 크기는 매우 다양하게 분포한다. 또한, 토석류가 발생하는 계곡부의 경사는 10 ~ 50°의 범위로 매우 다양하고, 경사가 급할수록 이동암괴의 크기 및 수량에 큰 차이를 보이며, 계곡부의 나무와 큰 규모의 암괴를 쓸고 내려오는 붕괴유형을 보이기도 한다.

이렇게 집중강우 등에 의하여 갑작스럽게 발생된 토석류는 도로와 주거지로 침입하여 도로유실 및 주거지 파손 등의 재해를 일으키는 바, 토석류의 피해를 억지하는 기술 및 구조물에 대한 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 토석류가 계곡을 따라 진행하는 것을 차단하여 토석류에 의한 피해를 방지할 수 있으며, 시공성이 우수하여 신속하게 설치가능한 사방구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 사방구조물은, 토석류의 예상가능한 진행경로 상에 배치되어 상기 토석류의 진행을 억제하도록 계곡의 바닥에 관입되는 것으로서, 상호 이격되게 설치되는 복수의 지지말뚝과, 상호 이격되어 있는 상기 복수의 지지말뚝을 일체화시키도록 상기 복수의 지지말뚝 전체에 결합되는 띠장 및 상기 토석류와 충돌시 상기 지지말뚝에 가해지는 충격을 완화하도록 상기 지지말뚝을 감싸며 결합되는 완충부재를 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 완충부재는 상기 지지말뚝에 끼워지는 복수의 폐타이어인 것이 바람직하며, 상기 지지말뚝과 완충부재 사이에는 콘크리트가 채워지는 것이 더욱 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 하부는 상기 계곡부 양측에 위치한 좌우안 경사면에 각각 관입되며 상부는 상기 지지말뚝에 결합되는 복수의 경사보강말뚝을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 복수의 지지말뚝이 일렬로 형성되거나, 복수의 열로 형성될 수도 있으며, 복수의 열로 형성되는 경우 뒷 열은 지지말뚝들은 앞 열의 지지말뚝들 사이사이에 배치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 복수의 지지말뚝들 사이의 간격은 억지말뚝을 설치할 때에 소일 아칭(soil-arching) 효과가 발생될 수 있는 간격으로 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 사방구조물은 완충부재를 설치하여 토석류와 지지말뚝이 충돌시 지지말뚝의 충격을 완화할 수 있으므로 내구성과 안정성이 증대되는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 띠장으로 일체화된 지지말뚝의 양측부에 경사보강말뚝을 설치하여, 횡방향 압력에 대한 지지말뚝의 저항력이 증대되었으며, 경사면이 보강되는 효과가 있다.

도 1은 토석류가 발생가능한 계곡부에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물의 개략적 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물의 시공방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물의 개략적 구조도이다.
도 4는 도 3의 개략적 평면도이다.
도 5는 지지말뚝의 억지력과 말뚝의 간격 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사방구조물의 개략적 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사방구조물에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 토석류가 발생하는 계곡부에 설치된 본 발명에 따른 사방구조물의 개략적 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물의 시공방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물의 개략적 구조도이며, 도 4는 도 3의 개략적 평면도이다.

산악지형에서는 계곡의 양측에 각각 경사면(s)이 형성되며, 경사면(s) 사이에는 계곡의 바닥(f)이 형성된다. 계곡은 전체적으로 산 정상에서 하류쪽으로 하향경사지게 형성된다.

이러한 산악지형에서 집중강우 등에 의하여 경사면(s)이 붕괴되어 토석류가 발생되면, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이, 토석류는 경사면(s)을 따라 계곡의 바닥(f)으로 유입된 후, 계곡의 바닥(f)을 따라 하류로 진행하게 된다. 토석류는 수십m ~ 수Km에 걸쳐 다양한 규모로 발생되는데, 규모가 큰 경우 토석류는 계곡의 바닥을 따라 계곡하류 쪽으로 진행되는 바, 토석류의 진행을 억지하기 위해서는 본 발명과 같은 사방구조물이 요구된다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사방구조물(100)은 예컨대 계곡의 하류측 바닥(f)과 같이 토석류의 예상 진행경로 상에 설치되며, 지지말뚝(10), 띠장(20), 완충부재(30) 및 경사보강말뚝(40)을 구비한다.

지지말뚝(10)은 토석류의 진행을 차단하기 위한 것으로서, 계곡 바닥(f)에 관입된다. 지지말뚝(10)으로는 강재로 이루어진 H말뚝, I말뚝 또는 PC말뚝, PHC말뚝 등 다양한 구성의 기성말뚝 등이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 H말뚝이 사용된다. 지지말뚝을 계곡 바닥에 관입하는 것은 공지의 여러 방법이 사용될 수 있다. 예컨대, 스크류 로 천공 후에 말뚝을 관입할 수도 있으며, 항타 방식 등으로 관입할 수도 있다.

복수의 지지말뚝(10)들은 토석류의 진행방향과 교차되는 방향, 본 실시예에서는 토석류의 진행방향에 대하여 수직한 방향을 따라 줄말뚝의 형태로 일렬로 나란하게 배치된다.

이렇게 지지말뚝(10)을 줄말뚝 형태로 일렬로 나란하게 배치할 경우 가장 중요한 요소는 지지말뚝(10)의 간격을 산정하는 것이다. 즉, 지지말뚝(10)의 간격이 너무 넓을 경우 사방구조물로서의 역할을 수행할 수 없으며, 지지말뚝(10)의 간격이 너무 좁을 경우 설치비용이 과다해져 경제성이 떨어지기 때문이다. 이에 지지력을 최대한 발휘하면서도 경제적으로 시공할 수 있는 말뚝의 간격 산정이 중요한데, 이는 토석류에 대한 억지율과 관련되어 있다.

즉, 억지율(Preventive ratio, η)이란 단독말뚝일 경우 토석류 억지효과를 1이라고 할 때 줄말뚝 가운데 말뚝 1본에서의 토석류 억지효과를 나타낸 것으로 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.

η = 줄말뚝 1본의 억지력/단독말뚝의 억지력

도 5는 말뚝 간격비와 토석류에 대한 억지율과의 관계를 나타낸 것이다. 여기서, 지지말뚝의 간극비는 D₂/D₁이라고 정의하며, D₁은 지지말뚝의 중심간 거리이고, D₂는 지지말뚝 사이의 순간격이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 지지말뚝의 간격비가 0.5일 경우 토석류에 대한 억지율이 가장 크게 발휘되는 것으로 나타났다. 그리고, 간격비가 1인 단독말뚝일 경우보다 줄말뚝일 경우 억지율이 더 크게 발휘된다. 이는 말뚝과 말뚝사이에서 발생되는 지반의 아칭효과로 인하여 토석류에 대한 억지율이 더 크게 발휘되기 때문이다.

그러나 말뚝과 말뚝사이의 간격이 너무 작을 경우 말뚝에 작용하는 측방토압은 상대적으로 크게 되어 말뚝의 사면활동에 대한 억지율이 감소하게 된다. 그리고 말뚝간의 간격이 너무 클 경우 말뚝에 작용하는 측방토압은 상대적으로 작게 되어 말뚝의 억지율도 감소하게 된다.

본 발명자에 의하여 실시된 억지말뚝으로 보강된 사면의 모형실험결과에 의하면, 도 5에 나타난 바와 같이, 말뚝의 사면활동에 대한 억지율이 가장 우수한 말뚝간격비는 0.5인 것으로 나타났다. 그러나, 말뚝의 소요억지율을 1.2로 가정할 경우 말뚝간격비는 0.65이하로 선정하여야 하며, 소요억지율을 1.1로 가정할 경우는 말뚝간격비를 0.8이하로 선정하여야 한다. 이를 토대로 본 발명의 일 실시예에서는 저항력이 증대되도록 지지말뚝(10)의 간격비(D₂/D₁)는 0.5 ~ 0.7로 설정한다.

복수의 지지말뚝(10)을 관입한 후에는 각 지지말뚝(10)을 완충부재(30)로 감싼다. 완충부재(30)는 지지말뚝(10)이 토석류와 충돌시 지지말뚝(10)의 충격을 완화시키기 위환 것으로서, 다양한 형태의 부재들이 사용될 수 있다.

본 실시예에서는 자원재활용의 측면 및 시공성을 고려하여 완충부재(30)로서 폐타이어를 사용한다. 폐타이어는 고무 소재로서 토석류와 지지말뚝(10)이 충돌시 충격을 완화할 수 있는데, 환형으로 형성되어 지지말뚝(10)에 끼워서 설치하면 되므로 설치가 용이할 뿐만 아니라, 경제적으로 입수할 수 있다는 장점이 있다.

또한 복수의 폐타이어(30)를 지지말뚝(10)에 끼워서 적층시키는데, 상하로 적층된 폐타이어(30)들은 단순히 얹어서 설치하기 보다는 폐타이어들을 상호 결합시키는 것이 좋다. 즉, 상하로 적층된 폐타이어(30)들이 결합되면 중공형의 원기둥을 형성하게 되는데, 이 원기둥은 지지말뚝(10)과 콘크리트(50)로 이루어진 합성말뚝을 형성하는데 있어서 형틀 역할을 수행할 수 있다.

즉, 폐타이어(30)들과 지지말뚝(10) 사이에 콘크리트(50)를 채워서 양생시키면, 강재인 H말뚝을 콘크리트(50)로 감싼 합성말뚝을 형성하여 말뚝으로서의 지지력을 향상시킬 수 있으므로 토석류의 양이 많거나 속도가 클 때에도 토석류를 견고하게 차단할 수 있다.

정리하면 폐타이어(30)를 완충부재로 사용하는 경우, 토석류와의 충돌시 충격을 완화함으로써 지지말뚝(10)의 내구성과 안정성을 증대시킬 수 있다는 기본적인 효과 이외에도, 지지말뚝(10)에 단순히 끼워서 설치하면 되므로 설치가 용이하다는 장점이 있으며, 폐타이어(30)에 의해 형성된 중공형 원기둥은 콘크리트 합성말뚝을 형성하는 데 있어 몰딩 역할을 수행하므로 시공성이 향상되는 효과도 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 지지말뚝(10)에 폐타이어(30)를 끼운 후 콘크리트(50)를 채운 후에는 띠장(20)을 설치한다. 띠장(20)은 서로 독립적으로 설치되어 있는 복수의 지지말뚝(10)을 일체화시키기 위한 것이다. 띠장(20)은 지지말뚝(10)과 마찬가지로 강재로 이루어진 H형 말뚝 등이 사용되는데, 수평하게 배치되어 지지말뚝(10) 전체에 걸쳐 결합된다. 띠장(20)과 지지말뚝(10)은 본 실시예와 같이 고장력 볼트(b)와 너트(n)에 의하여 결합될 수 있다.

띠장(20)이 지지말뚝(10)들 전체를 일체화시키면 복수의 지지말뚝(10)이 일체로 거동하므로 낱개의 지지말뚝(10)들이 지지할 수 있는 힘의 합계보다 훨씬 큰 힘을 지지할 수 있다. 이에 토석류가 큰 규모로 발생하는 경우에도 안정적으로 토석류의 진행을 차단할 수 있다.

본 실시예에서는 띠장(20)이 지지말뚝(10)의 상단부에 하나만 설치된 것으로 설명 및 도시하고 있으나, 지지력을 강화하기 위해서는 지지말뚝(10)의 하단부 등에도 띠장을 설치할 수 있다. 띠장이 하단부에도 설치되는 경우에는 폐타이어(30)와 콘크리트(50)는 띠장(20)의 위쪽으로 설치된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물(100)은 한 쌍의 경사보강말뚝(40)을 구비한다. 경사보강말뚝(40)은 계곡 바닥(f) 양측에 형성된 경사면(s)을 보강하고, 지지말뚝(10)들의 측방향 저항력을 증대시키기 위한 것이다.

지지말뚝(10)과 마찬가지로 경사보강말뚝(40)도 다양한 형태가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 경사보강말뚝(40)으로 지지말뚝(10)과 동일한 H형 말뚝이 사용된다. 경사보강말뚝(40)의 하부는 경사면(s)에 대하여 거의 수직한 방향을 따라 경사면(s)에 관입되며, 상부는 지지말뚝(10)의 상단부 또는 띠장(20)에 결합된다. 본 실시예에서 지지말뚝(10)과 경사보가말뚝(40) 사이의 결합은 볼트(b)와 너트(n)에 의하여 이루어진다.

경사보강말뚝(40)은 사면보강 앵커 등의 구조물과 같이 계곡의 경사면(s)에 관입되어 사면을 보강하는 작용과, 지지말뚝(10)들의 측방향 저항력을 증대시키는 작용을 한다. 예컨대, 지지말뚝(10)이 설치된 영역의 측부 경사면(s)이 붕괴되는 경우 지지말뚝(10)들의 횡방향으로 압력이 가해지는 바, 한 쌍의 경사보가말뚝(40)은 횡방향 압력에 대하여 지지말뚝(10)의 저항력을 증대시킨다.

이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사방구조물(100)은 일렬로 배치된 복수의 지지말뚝(10)와 콘크리트(50)으로 된 합성말뚝을 형성한 후 띠장을 설치하여 말뚝들을 일체화시킴으로써 토석류에 대한 지지력과 저항력을 증대시켰다. 또한 횡방향으로 경사보강말뚝을 설치하여 측부 경사면의 붕괴 등으로 횡방향 압력이 발생하는 경우에도 안정적으로 지지말뚝이 지지될 수 있다.

무엇보다도 지지말뚝(10)에 폐타이어(30)를 끼움으로써 토석류의 충돌로부터 지지말뚝(10)이 받는 충격을 완화하여 지지말뚝(10)의 내구성을 강화하였으며, 폐타이어(30)들이 몰딩 역할을 수행함으로써 콘크리트(50)를 이용한 합성말뚝의 시공성이 향상된다.

한편, 지금까지 지지말뚝(10)들이 일렬로 배치되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 대규모의 토석류가 발생할 가능성이 있는 경우 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예(200)와 같이 지지말뚝(10')을 복수의 열로 형성할 수 있다.

이렇게 복수의 열로 지지말뚝(10')을 배치할 때에는 뒷 열의 지지말뚝(10')은 앞 열의 지지말뚝(10')들 사이사이에 배치되는 것이 토석류에 대한 저항력을 증대시킬 수 있어 바람직하다.

또한 복수의 열로 지지말뚝(10')을 배치할 때는 전열과 후열의 지지말뚝(10')들을 일체화시켜 저항력을 증대시키도록, 전열에 배치된 띠장과 후열에 배치된 띠장을 상호 연결하는 연결부재(80')가 마련된다. 연결부재(80')는 H말뚝 등이 사용되며 띠장과 띠장 사이에 수직하게 배치되어 전후에 배치된 띠장을 상호 결합시킨다.

도 6에 도시된 실시예의 모든 구성요소는 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예와 동일하므로 설명은 앞의 실시예에서의 설명으로 대체하기로 하며, 단지 도면부호만 동일 번호에 프라임(')을 붙여 구별하였다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100,200 ... 사방구조물 10,10' ... 지지말뚝
20,20' ... 띠장 30,30' ... 폐타이어
40,40' ... 경사보강말뚝 50,50' ... 콘크리트
b,b' ... 볼트 n,n' ... 너트

Claims (8)

1. 토석류의 예상가능한 진행경로 상에 배치되어 상기 토석류의 진행을 억제하도록 계곡의 바닥에 관입되는 것으로서, 상호 이격되게 설치되는 복수의 지지말뚝;
   상호 이격되어 있는 상기 복수의 지지말뚝을 일체화시키도록 상기 복수의 지지말뚝 전체에 결합되는 띠장; 및
   상기 토석류와 충돌시 상기 지지말뚝에 가해지는 충격을 완화하도록 상기 지지말뚝을 감싸며 결합되는 완충부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 사방구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 완충부재는 상기 지지말뚝에 끼워지는 복수의 폐타이어인 것을 특징으로 하는 사방구조물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지말뚝과 폐타이어 사이의 공간에는 콘크리트가 채워지는 것을 특징으로 하는 사방구조물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지말뚝은 강재로 이루어진 H형 말뚝인 것을 특징으로 하는 사방구조물.
5. 제1항에 있어서,
   하부는 상기 계곡부 양측에 위치한 좌우안 경사면에 각각 관입되며,
   상부는 상기 지지말뚝에 결합되는 복수의 경사보강말뚝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 사방구조물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 지지말뚝은 복수의 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 사방구조물.
7. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 열 중 뒷 열에 설치되는 상기 지지말뚝은 앞 열에 설치된 상기 지지말뚝들의 사이사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 사방구조물.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 지지말뚝은 소일아칭(soil-arching) 효과가 발생될 수 있는 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 사방구조물.

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