KR20170121847A - 우수 침투체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수 침투체에 관한 것으로서, 우수를 지하로 침투시키기 위하여 일정한 저류공간을 갖도록 자갈 또는 쇄석층이 포설되는데 공극률의 한계가 있어 우수를 저류할수 있는 공간이 부족하게 되어 우수가 땅속으로 스며드는 체류시간이 부족하게 되므로, 공극률이 큰 침투체를 제공함으로써 우수 저류용량을 확보하여 많은 양이 지하로 침투를 유도하여 침투시설의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

우수 침투체{RAINWATER INFILTRATION FORM}

본 발명은 우수 침투체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강우 유출수가 지표면 아래 지하로 침투 되어 침투량을 증가시킬 수 있도록 공극률을 향상시켜 지하수 수위 하강 및 홍수를 방지할 수 있는 우수 침투체에 관한 것이다.

개발로 인한 토지이용의 변화로 자연적 물순환이 파괴 되고 도시 지역의 불투수면이 증가하고 이로 인하여 도시 침수 등의 문제가 심화되어 이에 대한 대책마련이 요구되고 있다. 이에 따라 개발로 인해 증가되는 불투수면에서 발생되는 강우유출량을 효과적으로 제어하고 관리할 수 있는 저영향개발(Low Impact Development)의 적용 필요성이 대두되고 있다.

위와 같은 도시지역에서의 물 순환의 악영향을 해소하기 위한 시설들은 식생 체류지, 옥상녹화, 나무여과상자, 식물재배화분, 식생수로, 식생여과대, 침투도랑, 침투통, 투수성포장, 모래여과장치, 빗물통 등이 다양하게 제안되고 있다.

우수가 지하로 침투하기 위해서는 침투속도에 따라서 일정 시간 지층에 체류하게 된다. 종래의 기술에서는 자갈층 및 쇄석층에서는 약 30%의 공극률에 우수가 체류 하여 침투하도록 되고 있으나 공극률이 한계가 있어 우수가 저류할 수 있는 용량이 크게 부족하며 콘크리트등의 구조물로 우수 저장공간을 확보하여 침투시키는 시설은 시공비용 및 장소의 제한을 많이 받게되는 것이 종래의 기술의 한계이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 침투시설에서의 자갈층 또는 쇄석층을 대신하여 공극률이 보다 큰 침투체를 제공함으로써 보다 많은 양의 우수를 지층에 저류할 수 있는 우수 침투체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 우수가 여과되어 지반으로 침투되는 침투저류조에 충진되는 우수 침투체로서, 우수와 접촉하는 제1 입자부; 상기 제1 입자부의 외곽에 접합되는 하나 이상의 제2 입자부; 및 상기 제1 입자부 또는 상기 제2 입자부의 외곽 일부에 도포되어, 상기 제1 입자부와 상기 제2 입자부를 서로 접합시키는 접합부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 입자부 및 상기 제2 입자부는, 자갈, 쇄석, 슬래그 및 합성수지 중 어느 하나로 형성된 구체로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 입자부와 상기 제2 입자부의 입경 사이즈 비율은, 1:0.3 내지 1:3.3의 입경 사이즈의 비율로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 접합부는, 불포화 수지 또는 아크릴 수지의 접합부로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, LID(Low Impact Development)기법 중 침투시설의 지하층에 자갈층 또는 쇄석층사이를 본 발명에 의한 침투체를 대체 하게되면 기존의 침투공법은 그대로 유지하면서 지하층의 공극률을 향상시켜 보다 많은 우수가 저장하여 지하 우수 침투량을 증가시켜 LID 침투 기법의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 입자부를 자갈, 쇄석, 슬래그 및 합성수지를 사용함으로써 시공 여건과 재료의 수급여건에 따라서 다양하게 시공할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 접합부는 불포화 수지 또는 아크릴 수지의 접합재를 사용하여 침투체 제조공정을 다양하게 운영함은 물론이고, LID 시설의 특성에 적합한 침투체를 제작 할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 입경 사이즈 비율을 1:0.3 내지 1:3.3 입경 사이즈 비율로 한정함으로써 경제적인 침투체 공극률을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 우수 침투체를 구비한 침투시설의 유공포장의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 "A"부의 확대도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 우수 침투체의 제1 입자부와 제2 입자부가 접합부에 의해 결합된 상태를 나타내는 결합상태도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 우수 침투체를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

침투시설은 우수가 지하로 침투되도록 유도하는 시설로써 우수를 지표 혹은 지표면 보다 얕은 곳에서 불포화지층을 통해 분산 침투시키는 시설물로 침투도랑, 침투저류지,침투조등이 있으며, 빗물이 상부 포장면에 투수되어 지하로 침투될 수 있는 유공포장도 이에 포함하며 본 발명의 설명은 유공포장에 대하여 침투체의 기능을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 우수 침투체를 구비한 침투시설의 유공포장의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 "A"부의 확대도이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 우수 침투체의 제1 입자부와 제2 입자부가 접합부에 의해 결합된 상태를 나타내는 결합상태도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 우수 침투체가 설치된 침투저류조의 구성은, 유공포장 재료부(10), 유공포장 지지층부(20), 침투저류부(30) 및 토양층(40)로 이루어져, 우수의 일시적인 저류 및 여과후 지하로 침투를 유도하여 수자원을 확보하고 홍수 피해를 감소시키게 된다.

유공포장의 설계용량은 수질처리용량을 일시 저류 및 침투시키기 위해 필요한 용량을 산정하며, 하부토양의 침투속도, 유공포장과 침투저류부(30)의 공극 및 두께 등을 고려하여 수질처리용량을 처리 할 수 있는 투수성 포장 면적을 산정하고, 배수시간이 적절한지를 확인하여 산정한다.

수질처리용량의 산정은 하기 수학식 1의 계산식으로 표현할 수 있다.

여기서 WQv는 수질처리용량(㎥)이고, P는 설계강우량(mm)이며, A는 유역면적(㎡), Rv는 체적유출계수(0.05+0.009 x I, I=불투수율(%))이다.

유공포장의 면적(Ap)의 산정은, 하기 수학식 2의 식으로 표현된다.

여기에서 WQv는 수질처리용량(㎥), ρ_p는 포장층의 공극율, δ_p는 포장층의 두께(m), ρ_g 는 충진물의 공극율(자갈의 경우 0.32 적용), δ_g는 충진물의 두께(m), K는 하부토양의 종기침투속도(mm/h), t는 충진시간(hr,일반적으로 2시간으로 가정)이다.

배수시간의 확인은 T_drain=δ_g + δ_p / (10^-3K) < 48시간으로 확인하며 T_drain 은 배수시간(hr), K는 하부 토양의 종기 침투속도(mm/hr) d_p 는 포장층의 두께(m),δ_g 는 충진물의 두께(m)이다.

상기 식 에서 보는 바와 같이 우수를 침투 시키기 위한 용량은 충진물의 공극율과 두께 및 토양의 종기 침투속도에 의하여 침투시설의 용량을 증대 시킬수 있음을 확인 할수 있다.

토양의 종기 침투속도는 여러 지형의 특성상 일정한 값을 가지는 것이 아니기 때문에 침투시설의 용량을 일괄적으로 증대 시킬수가 없으며, 일괄적인 침투시설의 용량을 증대 시키기 위해서는 충진물의 공극률과 두께에 의하여 침투시설의 용량이 커지게 되므로 충진물의 공극률을 향상 시키는 것이 침투시설의 용량을 일괄적으로 증대 시킬수가 있다.

본 발명에 의한 우수 침투체는 충진물을 대신하여 충진을 하게 되면 공극률이 향상되어 침투시설의 용량을 증대 시킬수가 있다.

유공포장 재료부(10)는, 강우 유출수 내 오염물질을 직접 포장체를 통해 하부 지층으로 침투시켜 제거하며, 유공성 아스팔트, 유공성 콘트리트와 같이 상부 포장재의 충분한 공극을 확보하는 유공포장과 더불어 잔디블록, 투수성 포장재를 활용할 수 있다.

유공포장 지지층부(20)는, 1층 이상의 다져진 입상재료 또는 안정 처리 재료층으로 구성되며, 노상 반력 계수 증대와 동력작용에 의한 손상도 극소화 되어야 한다. 기층 재료는 막 부순돌(크러셔런), 입도조정쇄석, 재생 콘크리트 등 다양하게 사용할수 있다. 우수을 신속히 지중으로 유도하기 위한 충분한 크기의 투수계수 (10^-3 cm/sec 이상)를 가져야 한다.

침투저류부(30)는, 골재층을 두어 빗물을 저장하는 공간을 확보한다. 빗물이 침투할수 있는 체류시간을 갖도록 하는 역활을 하게 된다. 침투저류조의 깊이는 설계 강우량을 이용해 산정할수 있으며 통상 30~90cm의 저류층을 두는 것이 일반적이다.

공극률은 일정한 용기안에 입자의 부피를 제외한 나머지공간의 부피를 입자와 공극을 포함해서 일정한 용량의 용기 전체의 부피로 나눈 값을 백분율로 표시 하는 것으로서, 동일한 비율의 입경을 가지는 자갈, 쇄석, 슬래그 및 합성수지 재질의 입자는 비교적 공극률(60%)까지 나타나고 있지만 그 이상의 공극률을 기대하기는 어려운 점이 있다.

동일한 입경을 가진 입자를 구분하기 위해서는 적어도 3단계의 체거름을 통하여 구분할수 있으며 많은 시간과 인력이 필요하게 되며 공극률 향상의 한계를 갖게 된다.

동일한 비율의 입경을 가진 입자를 접합부를 통하여 상호 결합하여 보다 큰 구체로 구성하게 되면 구체 사이의 공간이 생기게 되고 구체의 형상과 구체 내부의 공극에 따라서 공극률이 60%에서 95%까지의 공극률을 향상시킬 수 있게 된다.

구체의 형상이 원형 구형에 가까울수록 입자부 사이의 공간이 많게 되어 공극률이 커지게 되고, 뽀족하고 길죽한 형태의 입자부 일수록 입자부 사이의 공간을 많이 차지 하게 됨으로 공극률이 낮아 지게 된다.

본 발명을 구성하기 위하여 구체적으로 열거하게 되면,

우수가 저류되고 여과되어 지반으로 침투되는 침투저류부(30)에 충진되는 우수 침투체로 입경이 균일한 제1 입자부(31)의 외곽에 입경이 균일한 제2 입자부(32)가 복수개로 제1 입자부(31)와 제2 입자부(32)를 접합부(33)로 서로 연결하여 하나의 침투체로 구성하는 것이 바람직하고, 제조하는 방법에 있어서 입자부를 건조하여 제1 입자부에 접합제를 투입하여 교반을 하고 접합제가 교반되지 않은 제2 입자부에 개별적인 제1 입자부 주변으로 교반을 하여 굳힌후 결합되어진 침투체를 체를 통하여 균일한 침투체를 선별한다.

또 다른 방법으로는 제1 입자부와 제2 입자부를 콘베이어 밸트상에 입자부의 크기의 2배의 두께로 콘에이어 밸트 폭으로 입자부를 나열 하고 제1 입자부 크기의 2배 사이의 간격으로 접합제를 선형태로 도포하여 입자부가 서로 결합하도록 한 다음, 컨베이어 밸트에서 결합되어 떨어진 입자부가 서로 엉키어 굳도록 접합부의 종류에 따른 양생시간을 가진후 체를 통하여 균일한 입자를 선별하여 침투제를 제작하는 방법이 있다.

또한, 제1 입자부(31)와 제2 입자부(32)는, 자갈, 쇄석, 슬래그 및 합성수지 재질로 입경을 구성하며 일정한 강도와 형체를 가지며, 상호간 서로 다른 재질의 입자를 조합하여 침투저류부(30)에 침투체로 구성될 수 있음은 물론이다.

제1 입자부(31) 및 제2 입자부(32)를 확보하기 위해서는 체를 통하여 입경 사이즈 비율을 0.3에서 1까지로 선별하여 일정비율의 입경 사이즈 비율이 되도록 하고, 제1 입자부(31)와 제2 입자부의(32)의 입경 사이즈의 비율은, 1:0.3 내지 1:3.3의 비율로 구성하도록 하여 침투체 사이의 공극을 최대한 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

제1 입자부와 제2 입자부의 입경 사이즈의 비율이 범위를 벗어날 경우 공극사이에 작은 입자가 공극사이를 매꾸는 역활을 하게 되어 공극률이 커지는 효과가 미비하게 되고, 입자부 사이의 접합 능력이 떨어지게 되므로 제1 입자부(31)와 제2 입자부(32)의 입경 사이즈 비율을 1:0.3 내지 1:3.3 비율로 제작하는 것이 바람직하다.

접합부(33)로 사용되는 것은 불포화 수지,또는 아크릴 수지를 사용하여 접합부(33)로 연결된 제1 입자부(31)와 제2 입자부(32)의 구체인 우수 침투체가 강한 강도로 접합 연결되어 다짐 강도를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

토양층(40)은 침투시설의 하층에 위치하며 토양의 침투율은 시간당 13밀리미터 이상이어야 하며, 동절기에 동결로 기능이 저하되지 아니하는 지역에 설치한다.

침투시설에 적합한 토성은 양토, 사질양토, 양질사토이고 침투속도는 13~210mm/h 정도이며, 이 범위 이하 또는 이상의 토양은 침투목적의 지반으로서는 부적합하다. 침투시설 조성공사시 토양압밀이 발생하지 않거나 최소화 할 수 있도록 하는 것이 좋다.

토양압밀은 침투시설의 투수능에 악영향을 줄 수 있기 때문이다. 또 시설바닥 하부에 진흙층, 암반층 또는 기타 불투수층이 일부 존재하게 되면 침투속도가 크게 떨어지므로 굴착하여 제거하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은, 자갈층 또는 쇄석층을 대신하여 공극률이 큰 침투체를 제작하기 위해서는 다수개의 입자부를 접합부로 불규칙하게 접합하여 보다 큰 구체를 형성하여 구체 사이의 공극률을 향상시킬 수 있다.

바람직하게는 제1 입자부와 제2 입자부 사이에 접합부가 도포되고 제2 입자부와 제2 입자부 사이에도 접합재가 일부 도포되게 함으로써 하나의 형태의 침투체가 형성되도록 하며, 입경 사이즈 비율이 1:0.3 내지 1:3.3의 범위를 벗어날 경우에는 침투체의 공극률을 크게 향상 시킬수 가 없으므로, 제1 입자부와 제2 입자부의 입경 사이즈 비율은 1:0.3~1:3.3의 비율로 하여 공극률을 향상시킬 수 있도록 한다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

10 : 유공포장 재료부 20 : 포장 지지층부
30 : 침투저류부 31 : 제1 입자부
32: 제2 입자부 33 : 접합부
40 : 토양층

Claims (4)

1. 우수가 여과되어 지반으로 침투되는 침투저류조에 충진되는 우수 침투체로서,
   우수와 접촉하는 제1 입자부;
   상기 제1 입자부의 외곽에 접합되는 하나 이상의 제2 입자부; 및
   상기 제1 입자부 또는 상기 제2 입자부의 외곽 일부에 도포되어, 상기 제1 입자부와 상기 제2 입자부를 서로 접합시키는 접합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 우수 침투체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 입자부 및 상기 제2 입자부는, 자갈, 쇄석, 슬래그 및 합성수지 중 어느 하나로 형성된 구체로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 우수 침투체.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 접합부는 불포화 수지 또는 아크릴 수지의 접합재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 우수 침투체.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 입자부와 상기 제2 입자부의 입경 사이즈 비율은, 1:0.3 내지 1:3.3의 입경 사이즈의 비율로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 우수 침투체.

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