KR20180107682A - 말뚝 경유형 지하수 집수 시설 - Google Patents

말뚝 경유형 지하수 집수 시설 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하수를 취수하여 저류하는 집수 시설에 관한 것으로, 하부가 대수층(帶水層)에 위치한 다수의 중공말뚝(10) 상단에 중공말뚝(10)을 기초로 지지되는 저류조(20)가 구축되고, 중공말뚝(10) 내부에는 펌프(35)가 연결된 송수관(30)이 설치되어, 중공말뚝(10) 하부로 유입된 지하수가 송수관(30)으로 압송되어 저류조(20)에 저류되는 것이다.
본 발명을 통하여, 작업자의 지하 작업 또는 수중 작업 없이도 지하수 집수 시설을 구축할 수 있을 뿐 아니라, 종래기술 대비 지반 굴착량을 획기적으로 저감할 수 있으며, 저류조(20)의 안정적 지지가 가능한 효과를 얻을 수 있다.

Description

말뚝 경유형 지하수 집수 시설{PILE TYPE GROUNDWATER COLLECTOR}
본 발명은 지하수를 취수하여 저류하는 집수 시설에 관한 것으로, 하부가 대수층(帶水層)에 위치한 다수의 중공말뚝(10) 상단에 중공말뚝(10)을 기초로 지지되는 저류조(20)가 구축되고, 중공말뚝(10) 내부에는 펌프(35)가 연결된 송수관(30)이 설치되어, 중공말뚝(10) 하부로 유입된 지하수가 송수관(30)으로 압송되어 저류조(20)에 저류되는 것이다.
지하수 취수 시설은 대수층의 구조 등 지반 여건을 고려하여 다양한 방식으로 구축될 수 있는데, 대수층 상측에 불투수층이 형성된 피압대수층의 경우 관정(管井) 형식이 주로 적용되고, 상대적으로 취수 심도가 깊지 않은 자유수면 대수층의 경우 집수정(集水井) 형식이 주로 적용되며, 이러한 지하수 취수 시설 관련 종래기술로는 특허 제690396호를 들 수 있다.
특허 제690396호에서와 같이, 방사상(放射狀) 집수정으로 대표되는 종래의 자유수면 대수층 지하수 집수 시설은 광범위한 지역에 함양된 지하수를 효율적으로 취수할 수 있는 장점이 있으나, 시공 및 유지관리에 있어서 다양한 문제점을 가진다.
우선, 종래의 집수정은 대구경 수직 관체(管體)인 집수정 본체가 대수층 심부까지 침설되어야 하는 바, 대규모의 수직갱 굴착이 수반되며, 이 과정에서 막대한 공사비가 소요되는 문제점이 있다.
특히, 종래의 집수정은 수평 취수관의 추진을 위하여 실제 계획 저수량에 필요한 규모를 초과하는 본체 내부 공간의 확보가 필요하며, 이에 대구경 케이슨(caisson)의 침설이 선행되는 바, 이를 위한 대형 특수 장비의 동원 및 연관 설비 가설용 부지가 필요할 뿐 아니라, 시공 과정에서 막대한 사토량(捨土量)이 발생되므로 토공 비용 역시 증액될 수 밖에 없고, 공기 또한 연장될 수 밖에 없는 심각한 문제점을 가진다.
또한, 종래 집수정의 수평 취수관 추진 역시 집수정 본체 내부의 협소한 공간에서 진행될 수 밖에 없으므로, 고도로 숙련된 인력이 필요할 뿐 아니라, 장기간의 공기가 소요되고, 수중 작업에 따른 잠수부 투입이 불가피한 애로점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 지하수를 취수하여 저류하는 시설에 있어서, 하부가 대수층에 위치한 다수의 중공말뚝(10)이 기립상태로 지반에 관입되고, 중공말뚝(10)의 상단에는 중공말뚝(10)에 의하여 지지되는 저류조(20)가 설치되며, 펌프(35)가 연결된 송수관(30)이 중공말뚝(10) 내부에 설치되되, 송수관(30)의 하단은 중공말뚝(10)의 하부에 위치하고, 송수관(30) 상단의 배출구(37)는 저류조(20) 내부 상측에 위치하여, 중공말뚝(10) 하부로 유입된 지하수가 송수관(30)으로 압송되어 배출구(37)로 배출된 후 저류조(20)에 저류됨을 특징으로 하는 말뚝 경유형 지하수 집수 시설이다.
또한, 상기 저류조(20)는 중공말뚝(10) 상단에 접합된 저판부(21)와 저판부(21) 상측에 구축되는 벽체(22) 및 벽체(22)에서 저류조(20) 중심측으로 돌출되는 데크(23)가 구성되며, 송수관(30)의 상단부는 데크(23)를 관통한 후 하측으로 만곡되어 배출구(37)가 데크(23) 하측에 위치함을 특징으로 하는 말뚝 경유형 지하수 집수 시설이다.
또한, 상기 말뚝 경유형 지하수 집수 시설의 시공방법에 있어서, 중공말뚝(10)의 상부에는 다수의 결속공(19)이 형성되고, 상부에 다수의 결합공(89)이 천공되고 중공말뚝(10) 외경 이상의 내경을 가지는 강제(鋼製) 회수관(80) 내측에 상기 중공말뚝(10)을 삽입하고, 회수관(80)의 결합공(89)과 중공말뚝(10)의 결속공(19)에 결합핀(85)을 체결하여 중공말뚝(10)과 회수관(80)을 상호 결속한 후, 회수관(80)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 굴착기(91)를 중공말뚝(10) 내부로 진입시켜 굴진하면서 회수관(80)과 중공말뚝(10)을 지반에 동반 관입시키는 동반관입단계(S10)와, 회수관(80) 및 중공말뚝(10)이 목표심도에 도달하면 결합핀(85)을 탈거하여 회수관(80)과 중공말뚝(10)을 분리하는 분리단계(S21)와, 중공말뚝(10)은 지반에 존치한 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(80)을 인발하는 회수단계(S22)와, 중공말뚝(10) 내부에 펌프(35)가 연결된 송수관(30)을 투입하고 중공말뚝(10) 상단에 저류조(20)를 구축하는 시설단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 말뚝 경유형 지하수 집수 시설의 시공방법이다.
또한, 상기 회수단계(S22)가 완료된 후, 중공말뚝(10) 내부로 입상체(粒狀體)(15)를 투입하여 중공말뚝(10) 내측 하단부에 입상체(15)를 충전하는 입상체투입단계(S30)가 수행되고, 입상체투입단계(S30) 이후 상기 시설단계(S40)가 수행됨을 특징으로 하는 말뚝 경유형 지하수 집수 시설의 시공방법이다.
본 발명을 통하여, 작업자의 지하 작업 또는 수중 작업 없이도 지하수 집수 시설을 구축할 수 있을 뿐 아니라, 종래기술 대비 지반 굴착량을 획기적으로 저감할 수 있으며, 저류조(20)의 안정적 지지가 가능한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 대구경 수직갱의 굴착 없이도 충분한 용량의 저류조(20)를 구축할 수 있으며, 지반에 관입된 중공말뚝(10)이 지하수의 송수 경로 및 저류조(20)의 기초 역할을 겸비함에 따라, 간소한 구성으로도 효율적인 지하수 취수가 가능함은 물론 전체 시설의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 대수층에 관입되는 구조물은 통상의 말뚝과 동일한 방식으로 시공되는 바, 일반적인 범용 파일드라이버(90)만으로 간편하고 신속한 시공이 가능하며, 이로써 공기를 단축하고 공사비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구조물 발췌 사시도
도 2는 본 발명이 대표 단면도
도 3은 본 발명의 저류조 발췌 부분절단 사시도
도 4는 본 발명의 중공말뚝 및 회수관 사시도
도 5는 본 발명 중공말뚝 및 회수관의 파일드라이버 장착상태 설명도
도 6은 본 발명의 시공과정 설명도
도 7은 본 발명의 입상체 충전형 실시예 설명도
본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 1은 본 발명 시설을 구성하는 구조물의 외관을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 벽체(22)와 저판부(21) 등으로 구성되는 저류조(20)와 저류조(20) 하단에 접합되는 다수의 중공말뚝(10)으로 구성된다.
이러한 본 발명은 대수층(帶水層)이 형성된 지반에 설치되어, 지하수를 취수하고 취수된 지하수를 저류하는 시설로서, 도 2에서와 같은 구조로 설치된다.
즉, 본 발명 시설은 도 2에서와 같이, 하부가 대수층에 위치한 다수의 중공말뚝(10)이 기립상태로 지반에 관입되고, 중공말뚝(10)의 상단에는 중공말뚝(10)에 의하여 지지되는 저류조(20)가 설치되며, 펌프(35)가 연결된 송수관(30)이 중공말뚝(10) 내부에 설치되되, 송수관(30)의 하단은 중공말뚝(10)의 하부에 위치하고, 송수관(30) 상단의 배출구(37)는 저류조(20) 내부 상측에 위치하여, 중공말뚝(10) 하부로 유입된 지하수가 송수관(30)으로 압송되어 배출구(37)로 배출된 후 저류조(20)에 저류되는 것이다.
첨부된 도면에 도시되지는 않았으나, 저류조(20)에는 저류된 지하수를 외부로 배출하는 출수구 등이 형성되고, 출수구와 수요처를 연결하는 도수관 등이 연결될 수도 있다.
본 발명의 중공(中空)말뚝(10)은 상단과 하단이 개방된 관체형(管體形) 말뚝으로서, 프리캐스트 콘크리트제 기성말뚝 또는 강관말뚝 등이 적용될 수 있으며, 하단부가 대수층 내부 즉, 도 2에 예시된 실시예와 같은 자유수면 대수층의 경우, 중공말뚝(10)의 하단부가 지하수위 이하에 위치되도록 관입시킴으로써, 동 도면의 타원내 확대부에서와 같이, 중공말뚝(10) 주변 지하수가 중공말뚝(10) 내부로 유입된 후, 송수관(30)으로 압송된다.
도 2에 도시된 실시예에서는 송수관(30)과 연결되는 펌프(35)로서 수중펌프(35)가 적용되어, 송수관(30)의 하단부에 펌프(35)가 연결되고, 중공말뚝(10)으로 유입된 지하수를 펌프(35)가 흡입하여 송수관(30)으로 압송하고 있으나, 대수층의 심도가 깊지 않은 경우, 저류조(20) 내부 등 지상에 펌프(35)를 설치할 수도 있다.
중공말뚝(10) 상부에 구축되는 저류조(20)는 송수관(30)을 통하여 압송된 지하수를 저류하는 시설로서, 도 2 및 도 3에서와 같이, 저판부(21) 및 벽체(22) 등으로 구성되며, 콘크리트는 물론 소규모로 구축되는 경우 합성수지 등으로 제작될 수도 있다.
이러한 본 발명의 저류조(20)는 지상에 직접 구축되거나 소폭의 터파기가 이루어진 상태에서 구축될 수 있으며, 취수된 지하수가 저류되는 구조물인 바, 상당한 자중이 작용할 수 있는데, 전술한 바와 같이, 저류조(20) 하부와 중공말뚝(10)이 접합되는 바, 중공말뚝(10)이 주면마찰력과 선단지지력을 발현하여 저류조(20)의 기초로 거동함으로써, 저류조(20)의 안정적인 지지가 가능하게 된다.
즉, 본 발명에 있어서 중공말뚝(10)은 지반내 대수층과 지상을 연결하는 경로로서의 역할과 저류조(20)의 기초로서의 역할을 겸비하는 구성으로서, 이로써 대규모 굴착을 수반하는 지하 저류 시설물의 구축을 회피하면서도 저류 시설물의 구조적 안정을 도모할 수 있는 것이다.
도 2 및 3에서와 같이, 중공말뚝(10) 상단에 접합된 저판부(21)와 저판부(21) 상측에 구축되는 벽체(22)로 구성되는 본 발명 저류조(20)의 벽체(22)에는 벽체(22) 내부면에서 저류조(20) 중심측으로 돌출된 데크(23)가 구성되고, 송수관(30)의 상단부는 데크(23)를 관통한 후 하측으로 만곡되어, 배출구(37)가 데크(23) 하측에 위치함으로써, 펌프(35)의 가동이 중단된 상태에서 송수관(30) 내부로의 이물질 유입을 차단하고, 저류조(20)에 저류된 지하수가 송수관(30)으로 역류하는 현상을 억제하였다.
도 3에서와 같이, 본 발명 저류조(20)에 형성되는 데크(23)는 평면상 환상(環狀)의 판체로서, 데크(23) 상측에 형성된 송수관(30)의 만곡부에 밸브 등을 설치할 수도 있고, 도시되지는 않았으나, 펌프(35)를 제어하는 제어반 등도 데크(23)에 설치할 수 있으며, 이렇듯 데크(23) 상부에 밸브 또는 제어반이 설치됨으로써, 저류조(20)에 지하수가 저류된 상태에서도 밸브 및 제어반을 용이하게 조작할 수 있다.
한편, 도 4에서와 같이, 중공말뚝(10)의 하단부에 다수의 통수공(11)을 천공함으로써, 일층 원활한 지하수 유입을 도모할 수 있으며, 콘크리트제 중공말뚝(10)의 경우 지반 관입 과정에서 균열 또는 취성파괴 가능성이 있으므로, 동 도면에서와 같이, 지반내 굴진과정에서 중공말뚝(10)을 피복하여 보호하는 회수관(80)을 결합할 수도 있다.
즉, 중공말뚝(10)을 단독으로 파일드라이버(90)에 장착하여 지반에 관입시키는 것이 아니라, 도 5에서와 같이 강제(鋼製) 회수관(80) 내부에 중공말뚝(10)을 삽입하고, 회수관(80)과 중공말뚝(10)을 상호 결속한 후, 회수관(80)을 파일드라이버(90)에 장착하여 지반에 관입시키는 시공방법이 적용되는 것으로, 이러한 본 발명 시공방법은 도 6에서와 같이, 상부에 다수의 결합공(89)이 천공되고 중공말뚝(10) 외경 이상의 내경을 가지는 강제(鋼製) 회수관(80) 내측에 상기 중공말뚝(10)을 삽입하고, 회수관(80)의 결합공(89)과 중공말뚝(10)의 결속공(19)에 결합핀(85)을 체결하여 중공말뚝(10)과 회수관(80)을 상호 결속한 후, 회수관(80)의 상단을 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 장착하고, 굴착기(91)를 중공말뚝(10) 내부로 진입시켜 굴진하면서 회수관(80)과 중공말뚝(10)을 지반에 동반 관입시키는 동반관입단계(S10)로 개시된된다.
도 4에서와 같이, 중공말뚝(10)의 상부에는 다수의 결속공(19)이 형성되고, 회수관(80)의 상부에는 다수의 결합공(89)이 천공되어, 도 5의 타원내 확대부에서와 같이, 회수관(80) 내부에 중공말뚝(10)이 삽입된 상태에서, 회수관(80)의 결합공(89)과 중공말뚝(10)의 결속공(19)에 결합핀(85)을 체결함으로써, 회수관(80)과 중공말뚝(10)을 상호 결속하게 되는데, 이로써 중공말뚝(10)의 외주면이 회수관(80)으로 피복되어 보호된다.
여기서, 회수관(80) 및 중공말뚝(10)의 파일드라이버(90) 장착은 중공말뚝(10)이 내장된 회수관(80)의 상단부를 파일드라이버(90)의 케이싱구동부(93)에 결속함으로써 이루어지며, 이 상태에서 회수관(80) 하단을 계획 시공 지점에 위치시킨 후, 케이싱구동부(93) 및 굴착기구동부(92)를 하강시킴에 따라, 중공말뚝(10) 내부로 진입한 굴착기(91)가 지반을 굴착하고 회수관(80) 및 중공말뚝(10)이 동반 관입된다.
이후, 회수관(80) 및 중공말뚝(10)이 목표심도에 도달하여, 중공말뚝(10)의 하부가 대수층에 위치하면, 결합핀(85)을 탈거하여 회수관(80)과 중공말뚝(10)을 분리하는 분리단계(S21)가 수행되고, 이어서, 중공말뚝(10)은 지반에 존치한 상태에서 케이싱구동부(93)를 상승시켜 회수관(80)을 인발하는 회수단계(S22)가 수행됨으로써, 대수층이 형성된 지반에는 중공말뚝(10)만이 관입된 상태로 남게 된다
회수단계(S22)가 완료되면, 중공말뚝(10) 내부에 펌프(35)가 연결된 송수관(30)을 투입하고 중공말뚝(10) 상단에 저류조(20)를 구축하는 시설단계(S40)가 수행됨으로써, 본 발명 적용 지하수 집수 시설이 완성된다.
한편, 도 7은 중공말뚝(10)의 내측 하단부에 입자상 여재(濾材)인 입상체(15)를 충전함으로써, 토립자 유입으로 인한 펌프(35) 및 송수관(30)의 폐색 등을 억제한 것으로, 전술한 회수단계(S22)가 완료된 후, 중공말뚝(10) 내부로 입상체(粒狀體)(15)를 투입하여 중공말뚝(10) 내측 하단부에 입상체(15)를 충전하는 입상체투입단계(S30)가 수행되고, 입상체투입단계(S30) 이후 상기 시설단계(S40)가 수행됨으로써, 본 발명의 입상체(15) 충전형 실시예가 완성된다.
10 : 중공말뚝
11 : 통수공
15 : 입상체
19 : 결속공
20 : 저류조
21 : 저판부
22 : 벽체
23 : 데크
30 : 송수관
35 : 펌프
37 : 배출구
80 : 회수관
85 : 결합핀
89 : 결합공
90 : 파일드라이버
91 : 굴착기
92 : 굴착기구동부
93 : 케이싱구동부
S10 : 동반관입단계
S21 : 분리단계
S22 : 회수단계
S30 : 입상체투입단계
S40 : 시설단계

Claims (2)

  1. 지하수를 취수하여 저류하는 시설에 있어서,
    하부가 대수층에 위치한 다수의 중공말뚝(10)이 기립상태로 지반에 관입되고;
    중공말뚝(10)의 상단에는 중공말뚝(10)에 의하여 지지되는 저류조(20)가 설치되며;
    펌프(35)가 연결된 송수관(30)이 중공말뚝(10) 내부에 설치되되, 송수관(30)의 하단은 중공말뚝(10)의 하부에 위치하고, 송수관(30) 상단의 배출구(37)는 저류조(20) 내부 상측에 위치하여, 중공말뚝(10) 하부로 유입된 지하수가 송수관(30)으로 압송되어 배출구(37)로 배출된 후 저류조(20)에 저류됨을 특징으로 하는 말뚝 경유형 지하수 집수 시설.
  2. 청구항 1에 있어서, 저류조(20)는 중공말뚝(10) 상단에 접합된 저판부(21)와 저판부(21) 상측에 구축되는 벽체(22) 및 벽체(22)에서 저류조(20) 중심측으로 돌출되는 데크(23)가 구성되며;
    송수관(30)의 상단부는 데크(23)를 관통한 후 하측으로 만곡되어 배출구(37)가 데크(23) 하측에 위치함을 특징으로 하는 말뚝 경유형 지하수 집수 시설.
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