KR20200085432A

KR20200085432A - 마찰 증대 오픈 셀 케이슨

Info

Publication number: KR20200085432A
Application number: KR1020190001496A
Authority: KR
Inventors: 박우선; 원덕희; 이병욱; 서지혜; 변현진; 장세철; 이오진
Original assignee: 한국해양과학기술원; (주) 코이도
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-07-15
Also published as: KR20210087009A

Abstract

본 발명의 케이슨은: 상방으로 개방되고 측면은 벽체(11)에 의해 규정되는 폐쇄형 셀(12)과; 이웃하는 케이슨과 마주하는 케이슨 측면에 형성되되, 상방으로 개방되고 안쪽 측면과 전면과 후면은 벽체(11)에 의해 규정되고 이웃하는 케이슨을 바라보는 면의 적어도 일부는 개방된 오픈 셀(13)을 구비하되; 상기 오픈 셀(13)의 안쪽 측면과 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)의 적어도 일부에는 벽체(11)의 표면보다 돌출되는 마찰 돌기(80) 및/또는 벽체(11)의 표면으로부터 함몰된 마찰 홈(90)이 형성되고, 상기 마찰 돌기(80) 및/또는 마찰 홈(90)은 그 법선이 상방을 향하는 면과 그 법선이 하방을 향하는 면을 구비한다.

Description

마찰 증대 오픈 셀 케이슨{An Open Cell Caison Comprising Friction Enhanced Inner Wall of the Open Cell}

본 발명은 기하학적 형상 및/또는 마찰계수 증대 구조를 통해 오픈 셀 내부의 사석과 케이슨 측벽 간의 연직 방향으로의 마찰력을 증대시킨 오픈 셀 케이슨에 관한 것이다.

일반적으로, 케이슨은 항만 건설시 필수적으로 사용되는 구조체이다. 예를 들면 중력식 안벽, 방파제 등 항만의 중요 시설에 적용되고 있다.

최근 지구온난화에 의해서 해수면이 상승되고, 이로 인해 설계파보다 파고가 높은 이상 파랑의 내습이 예상되고 있어 이러한 변화에 적절히 대응하지 않으면 대형사고로 이어질 가능성이 점차 높아가고 있다. 방파제의 경우는 설계파고 증가에 따라 대형화되고 있으나 50년 설계파 또는 그 이상의 파가 언제 내습하지 몰라 대안 마련에 부심하고 있는 것이 현실이며, 육측의 중력식 안벽의 경우는 선박의 대형화에 따른 추가적인 안정성 확보에 고민하고 있다.

따라서, 기후변화에 따른 설계파 증가, 선박 대형화 등 항만 물류 조건 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 방안, 즉, 수평력 증대에 대한 대처 방안 마련이 절실히 요구되고 있다.

방파제의 경우, 케이슨은 자중으로 파랑의 수평력을 견뎌야 한다. 그런데 파랑은 항상 일정한 것이 아니며, 어느 하나의 케이슨에 파랑의 수평력이 집중되는 경우가 빈번하다. 하지만 이렇게 수평력이 집중되는 것을 상정하여 케이슨을 설계한다면 케이슨의 자중을 크게 할 수밖에 없고, 이는 비용의 증가와 시공성의 악화로 이어진다. 가령 케이슨의 하중이 커질수록 재료비는 물론이거니와, 이를 핸들링할 수 있는 크레인 등의 중장비 규모도 더욱 커지게 되는 것이다.

이에 종래에는 이웃하는 케이슨들을 인터록킹하여 케이슨에 작용하는 파랑의 수평력을 평준화함으로써 케이슨의 필요 하중을 낮출 수 있는 방안이 제시되고 있다. 가령 이웃하는 두 케이슨 사이에 기성의 콘크리트 블록을 끼우는 방식이 이에 해당한다.

하지만 두 케이슨 사이에 끼워야 할 끼움 블록은 하나의 강체(rigid body)로서 작용하기 때문에, 실제 파랑의 수평력이 집중된 하나의 케이슨이 후방으로 밀리면서 인터록킹된 양측 케이슨의 지지를 받더라도, 강체인 끼움 블록의 어느 일지점에 하중이 집중되면서 케이슨 또는 끼움 블록이 파손될 우려가 매우 높다. 아울러 끼움 블록이 강체인 만큼, 이것이 끼워질 공간을 마련하기 위해 이웃하는 두 케이슨을 정확히 정렬하지 않으면 안 되는 점에서, 시공 난이도가 높다.

이 외에도 이웃하는 두 케이슨 사이에 철근이 엮어진 인터록킹 구간을 만들고, 이러한 공간을 해수와 격리한 후 콘크리트를 타설하여 이웃하는 두 케이슨이 서로 만나는 지점에서 일체로 결합되는 구조의 케이슨 시공 방법이 개시된 바 있다. 하지만 이러한 시공 방법은 현장에서 진행되므로 시공 자체가 굉장히 어려울 뿐만 아니라, 시공 후에는 두 케이슨이 마주하는 공간에 타설된 콘크리트에 의해 케이슨들이 완전히 일체화되었기 때문에, 지반의 부등침하가 일어날 때 부등침하가 일어난 지반 위에 있는 케이슨이 자연스럽게 같이 침하하지 못하게 되고, 이러한 초고중량의 케이슨이 침하하지 못함으로 인해 발생하는 응력이 특정 부위에 집중되어 연결부가 파괴되는 현상이 발생하여 인터로킹 효과가 사라질 우려가 매우 높다.

한편 인터록킹을 위한 구조는 아니지만, 케이슨 사이의 틈새(줄눈)를 막기 위한 물막이 구조로서, 케이슨 사이에 서서히 고착화되는 슬래그재(10)를 충전함으로써, 시공 초기에는 자유자재로 변형되어 각 케이슨 및 기초 마운드의 변형에 추종할 수 있도록 하면서도, 시간의 경과함에 따라 경화되어 고화체가 됨으로써 케이슨 사이로의 물의 흐름을 차단할 수 있게 한 케이슨 구조가 개시된 바 있다(특허문헌 1). 그러나 이러한 구조 역시 고화체가 되는 시간의 차이가 있을 뿐, 고화체가 되도록 한다는 점에 변함이 없다. 즉, 고화체가 된 후에는 부등 침하에 대응하지 못하는 등 상술한 종래기술의 문제점을 여전히 가지게 된다.

이에 이 출원의 발명자는 오픈 셀 인터록킹 케이슨을 발명하여 출원하고 특허 받은바 있다. 이는 이웃하는 두 케이슨 사이에 폐쇄형 셀의 1/2 가량의 넓이를 가지는 오픈 셀을 형성하고, 이웃하는 두 케이슨의 오픈 셀이 마주하도록 하여 구성되는 인터셀에 전단력을 견딜 수 있을 정도의 규격을 가지는 채움재를 채워 넣는 방식이었다(특허문헌 2 내지 4). 이 방식은 케이슨에 대한 인터록킹 기능을 하는 인터셀의 채움재가 지속적으로 플렉시블한 상태를 유지하기 때문에, 부등 침하에 영구적으로 대응할 수 있고, 전단력이 분산되는 효과를 지속적으로 누릴 수 있다. 또한 인터셀 자체가 케이슨의 셀의 기능을 함으로써 케이슨의 자중을 키울 수 있고, 아울러 셀의 하부를 개방하면 인터셀의 채움재가 마운드와 직접 접하며 마찰계수를 더욱 높이는 효과를 누릴 수도 있다.

이러한 인터록킹 방식은 수평 방향으로의 전단 저항이 커서 수평파력 분산효과가 크며, 케이슨이 전도되는 방향으로의 전단저항력(또는 마찰저항력)을 기대할 수 있어 구조물 안정성 증대에 큰 역할을 한다. 하지만, 콘크리트와 사석간의 마찰계수가 0.6 정도이기 때문에 구조물 안전성을 높이기 위하여 마찰계수를 높이기 위한 방안이 필요하다. 사석과 닿는 케이슨 면과 사석 간의 마찰계수가 증가하면, 안정성을 확보에 용이하여 경제적 설계가 가능하다.

일본국 공개특허공보 제2013-19132호 대한민국 등록특허공보 제1613886호 대한민국 등록특허공보 제1727510호 대한민국 등록특허공보 제1780982호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 인터셀의 사석 인터록킹 구조가 수평 방향으로뿐만 아니라, 수직 방향으로도 충분한 전단 저항력을 가질 수 있도록 한 케이슨, 이를 이용한 항만 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되며, 하기와 같은 케이슨을 포함하는 케이슨 구조물을 제공한다.

상기 구조물에 사용되는 케이슨은: 상방으로 개방되고 측면은 벽체(11)에 의해 규정되는 폐쇄형 셀(12)과; 이웃하는 케이슨과 마주하는 케이슨 측면에 형성되되, 상방으로 개방되고 안쪽 측면과 전면과 후면은 벽체(11)에 의해 규정되고 이웃하는 케이슨을 바라보는 면의 적어도 일부는 개방된 오픈 셀(13)을 구비한다.

상기 오픈 셀(13)의 안쪽 측면과 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)의 적어도 일부에는 벽체(11)의 표면보다 돌출되는 마찰 돌기(80)가 형성되고, 상기 마찰 돌기(80)는 그 법선(j)이 상방을 향하는 상부면(81)과 그 법선(k)이 하방을 향하는 하부면(82)을 구비하며, 상기 마찰 돌기(80)는 복수 개가 상하 방향으로 이격 배치된다.

상기 오픈 셀(13)이 마주하도록 복수 개의 상기 케이슨(10)이 상기 마운드 상부에 일렬로 설치되고, 각각의 폐쇄형 셀(12)에 채움재(30)가 채워지며, 개방부가 서로 마주하는 두 오픈 셀(13)에 의해 형성되는 인터셀(22) 공간에 지속적으로 플렉시블한 상태를 유지하는 사석이 채워져서, 상기 인터셀(22) 내부의 사석이 이웃하는 두 케이슨을 인터록킹 하도록 한다.

상기 마찰 돌기(80)의 상부면(81)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 마찰 돌기(80)가 형성된 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항하고, 상기 마찰 돌기(80)의 하부면(82)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 인터셀(22)을 이루며 이웃하는 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항한다.

상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다.

하부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(80)가 끊어진 부위(87)는, 상부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(80)가 끊어진 부위와 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)의 끊어진 부위(87)에 마주하는 돌기측면(88)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(87)에 의해 형성되는 마찰 돌기(80) 사이의 공간의 개구(89)가 확장된 형태가 될 수 있다.

상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도(a, b)는 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

상하 방향으로 이격된 마찰 돌기(80)의 사이 공간(85)의 입구(86)의 폭(c)은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 사이 공간(85)의 깊이(d)는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

또한 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되며, 하기와 같은 케이슨을 포함하는 케이슨 구조물을 제공할 수 있다.

상기 오픈 셀(13)의 안쪽 측면과 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)의 적어도 일부에는 벽체(11)의 표면보다 함몰되는 마찰 홈(90)이 형성되고, 상기 마찰 홈(90)은 그 법선(j)이 하방을 향하는 상부면(91)과 그 법선(k)이 상방을 향하는 하부면(92)을 구비하며, 상기 마찰 홈(90)은 복수 개가 상하 방향으로 이격 배치된다.

상기 마찰 홈(90)의 하부면(92)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 마찰 홈(90)이 형성된 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항하고, 상기 마찰 홈(90)의 상부면(91)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 인터셀(22)을 이루며 이웃하는 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항한다.

상기 마찰 홈(90)은 수평 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 단속적으로 연장될 수 있다.

상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도는 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

상기 마찰 홈(90)의 입구의 폭(c)은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 마찰 홈(90)의 깊이(d)는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)와 마찰 홈(90)은 케이슨(10)에 함께 구비될 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)는 케이슨(10)의 일측 오픈 셀(13)에 마련되고, 상기 마찰 홈(90)은 타측 오픈 셀(13)에 마련될 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)와 마찰 홈(90)은 하나의 오픈 셀(13)의 내벽에 함께 마련될 수 있다.

상기 오픈 셀(13)을 규정하는 안쪽 측면에는, 오픈 셀 영역에 사석이 플렉시블하게 채워졌을 때 하중 분산과 마찰력 발생을 위한 전단키(18)가 형성될 수 있다.

적어도 상기 오픈 셀(13)의 전면의 전방과 후면의 후방에 폐쇄형 셀(12)이 배치될 수 있다.

상기 케이슨의 후방에 오픈 셀(13)의 하부에는 저면부재(16)가 배치될 수 있다.

상기 오픈 셀(13)의 하부는 일부 또는 전부 개방된 형태일 수 있다.

상기 인터셀(22) 공간에 채워지는 사석은 상기 마운드의 사석과 대응하는 규격일 수 있다.

상기 케이슨 상부에 상치콘크리트가 설치될 수 있다.

상기 케이슨의 후방에 뒷채움사석(50)이 포설될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 케이슨 구조물을 시공하는 방법으로서, 해저면 상면에 기초사석을 포설하여 마운드를 형성하는 단계; 마운드 상면을 평평하게 고르기하는 단계; 고르기한 마운드 상면에, 상기 오픈 셀(13)이 서로 마주하도록 복수 개의 케이슨(10)을 측방으로 배열하며 정거치하여 인터셀(22)을 형성하는 단계; 및 정거치된 상기 케이슨(10)의 셀(12)에 채움재를 채우고, 상기 인터셀(22)에는 상기 기초사석과 대응하는 규격의 사석을 채워 인터셀(22) 내부의 사석이 마운드의 기초사석과 연결된 상태로 플렉시블하게 유지되도록 하는 단계;를 포함하는 케이슨 시공 방법을 더 제공한다.

상기 셀(12)과 인터셀(22)을 채움재로 채운 후 상치블록을 설치하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 셀(12)과 인터셀(22)을 채움재로 채운 후 뒷채움사석(50)을 포설하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되는 본 발명의 케이슨은: 마운드와 마주하는 저면에 마련되고, 저면보다 더 하방 돌출되는 마찰 돌기(60);를 구비할 수 있다.

상기 마찰 돌기(60)는 그 법선(j)이 후방을 향하는 제1마찰면(61)과 그 법선(k)이 전방을 향하는 제2마찰면(62)을 구비하고, 상기 마찰 돌기(60)는 복수 개가 전후 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 마찰 돌기(60)의 제1마찰면(61)은 상기 마운드를 조성하는 기초 사석에 맞물려, 상기 케이슨이 후방으로 밀리는 힘에 저항하고, 상기 마찰 돌기(60)의 제2마찰면(62)은 상기 마운드를 조성하는 기초 사석에 맞물려, 상기 케이슨이 전방으로 밀리는 힘에 저항할 수 있다.

상기 마찰 돌기(60)는 케이슨의 좌우 폭 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다.

상기 마찰 돌기(60)는 좌우 폭 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다. 그리고, 좌우 폭방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(60)가 끊어진 부위(67)는, 그보다 전방 또는 후방에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(60)가 끊어진 부위와 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 마찰 돌기(60)의 끊어진 부위(67)에 마주하는 돌기측면(68)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(67)에 의해 형성되는 마찰 돌기(60) 사이의 공간의 개구(69)가 확장된 형태가 될 수 있다.

상기 제1마찰면과 제2마찰면(61, 62)의 법선(j, k)과 수평면이 이루는 각도는 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

전후 방향으로 이격된 마찰 돌기(60)의 사이 공간(65)의 입구(66)의 폭(c)은 마운드를 조성하는 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 사이 공간(65)의 깊이(d)는 마운드를 조성하는 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

또한 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되는 본 발명의 케이슨은: 마운드와 마주하는 저면에 마련되고, 저면의 표면으로부터 상방으로 함몰된 마찰 홈(70);을 구비할 수 있다.

상기 마찰 홈(70)은 그 법선(j)이 후방을 향하는 제1마찰면(71)과 그 법선(k)이 전방을 향하는 제2마찰면(72)을 구비하고, 상기 마찰 홈(70)은 복수 개가 전후 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 마찰 홈(70)의 제1마찰면(71)은 상기 마운드를 조성하는 기초 사석에 맞물려, 상기 케이슨이 후방으로 밀리는 힘에 저항하고, 상기 마찰 홈(70)의 제2마찰면(72)은 상기 마운드를 조성하는 기초 사석에 맞물려, 상기 케이슨이 전방으로 밀리는 힘에 저항할 수 있다.

상기 마찰 홈(70)은 케이슨의 좌우 폭 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다.

상기 마찰 홈(70)은 좌우 폭 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다.

상기 제1마찰면과 제2마찰면(71, 72)의 법선(j, k)과 수평면이 이루는 각도는 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

마찰 홈(70)의 입구의 폭(c)은 마운드를 조성하는 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 마찰 홈(70)의 깊이(d)는 마운드를 조성하는 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

상기 제1마찰면(61, 71)의 법선(j)과 수평면이 이루는 각도(a)는, 상기 법선(k)가 수평면과 이루는 각도(b)보다 작을 수 있다. 상기 법선(j)과 수평면이 이루는 각도(a)는 0도이고, 상기 법선(k)가 수평면과 이루는 각도(b)는 45도일 수 있다.

본 발명의 오픈 셀 케이슨은 오픈 셀의 내벽 표면과 인터셀에 채워지는 사석 간의 연직 방향으로의 마찰계수를 크게 높임으로써, 이웃하는 케이슨에 작용하는 차등 모멘트에 대한 저항력을 크게 높일 수 있다. 즉 이와 같은 오픈 셀 케이슨은 전후 방향으로 작용하는 힘에 대한 인터록킹 뿐만 아니라, 케이슨을 전도시킬 수 있는 외력에 대해서도 확실한 인터록킹 효과를 누릴 수 있다.

상기 인터셀은 플렉시블한 사석 형태의 채움재로 채워져 있어 응력집중이 발생하지 않아, 구조적 안전성이 기존 인터록킹 케이슨에 비하여 더욱 높다.

아울러 인접 케이슨 간에 영구적으로 플렉시블한 상태를 유지하는 사석에 의해 발생하는 인터록킹 효과에 의해 항만 구조물에 작용하는 최대하중이 분산되는 효과가 영구적으로 지속되어 구조물의 활동 및 전도에 대한 안정성을 영구적으로 높일 수 있다.

또한, 오픈 셀의 저면부재가 삭제된 구조에 의하면, 구조물에의 작용하중에 의한 지반반력도 분산효과의 영향을 받아 상당부분 감소하고, 특히 벽면 마찰에 의해서도 지반 반력 저감 효과가 발생하게 되어 지반보강비를 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 인터록킹부가 플렉시블한 사석 형태의 채움재로 채워져 있기 때문에, 지반이 부등 침하하는 경우에도 침하된 지반 상에 거치되어 있는 케이슨이 이웃하는 케이슨에 대해 플렉시블하고 독립적으로 움직일 수 있어 지반의 부등침하에 의한 케이슨 구조 및 인터록킹부 파괴의 위험성을 사전에 차단할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 케이슨의 저면과 마운드 간의 마찰계수를 크게 높일 수 있으므로, 그만큼 설계 파고에 대응하는 케이슨의 중량을 크게 낮출 수 있다.

또한 본 발명의 시공 방법에 따른 케이슨의 중량 감소는 경제성과 시공 용이성에 직결된다.

또한 본 발명은 인터록킹을 위해 수중 작업을 하거나 별도의 장비를 더 동원할 필요가 없어 시공이 더욱 용이하고 경제적이다.

또한 본 발명에 따르면, 외해 방파제 안정성을 제고할 수 있어 케이슨 파괴에 의한 유지보수 관련 예산을 대폭 절감할 수 있고, 기후 변화에 대응할 수 있는 새로운 개념의 항만구조물을 설계하고 활용할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 케이슨의 인터록킹 구조가 플렉시블하면서도 마운드와 일체적으로 형성되어 케이슨의 인터록킹 효과를 더욱 크게 높일 수 있다.

아울러 본 발명에 의하면, 인터록킹이 지속적으로 플렉시블한 상태를 유지하고 있기 때문에, 케이슨을 해체할 때 인터록킹이 되지 않은 케이슨 구조물과 별다른 차이 없이 케이슨 구조물 해체가 가능하다는 강점이 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 제1실시예로서 마찰 증대 오픈 셀 케이슨의 사시도이다.
도 2는 도 1의 케이슨의 평면도이다.
도 3은 도 1의 케이슨의 측면도이다.
도 4는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 1의 케이슨을 복수 개 거치한 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 5의 케이슨의 셀에 채움재를 채워 넣은 상태를 나타낸다.
도 7은 도 1의 케이슨을 이용한 항만구조물의 시공 단계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2실시예로서 마찰 증대 오픈 셀 케이슨의 사시도이다.
도 9는 도 8의 케이슨의 평면도이다.
도 10은 도 8의 케이슨을 복수 개 거치한 상태와, 케이슨의 셀에 채움재를 채워 ?缺? 상태를 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 8의 B-B 단면도이다.
도 12는 도 11의 벽체를 측면에서 바라본 도면이다.
도 13은 도 12의 마찰 돌기의 제1변형례를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 12의 마찰 돌기의 제2변형례를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 제3실시예로서 마찰 증대 오픈 셀 케이슨의 평면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 제4실시예로서 마찰 증대 오픈 셀 케이슨의 평면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 제5실시예로서 마찰 증대 오픈 셀 케이슨의 평면도이다.
도 18은 도 1의 제1실시예의 마찰 증대 오픈 셀 케이슨에서 마찰 돌기 대신 마찰 홈이 마련된 형태를 나타낸 사시도이다.
도 19는 도 18의 C-C 단면의 일부를 나타낸다.
도 20은 도 18의 마찰 홈의 제1변형례를 나타낸 도면이다.
도 21은 도 18의 마찰 홈의 제2변형례를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 제6실시예로서 마찰 돌기가 저면에 형성된 케이슨의 측면도이다.
도 23은 도 22의 케이슨의 저면을 나타낸 도면이다.
도 24는 도 22의 마찰 돌기의 제1변형례가 적용된 케이슨의 저면을 나타낸 도면이다.
도 25는 도 22의 마찰 돌기의 제2변형례가 적용된 케이슨의 저면을 나타낸 도면이다.
도 26은 도 22의 마찰 돌기 대신 마찰 홈이 마련된 케이슨의 측면도이다.
도 27은 도 26의 케이슨의 저면을 나타낸 도면이다.
도 28은 도 26의 마찰 홈의 제1변형례가 적용된 케이슨의 저면을 나타낸 도면이다.
도 29는 도 26의 마찰 홈의 제2변형례가 적용된 케이슨의 저면을 나타낸 도면이다.
도 30 내지 도 32는 케이슨의 저면에 마찰 돌기가 형성된 제6실시예의 케이슨의 저면에 대한 마찰계수를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 “상부에 있다”거나 “하부에 있다”고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<제1실시예>

종래의 케이슨은 가로*세로 4*3의 폐쇄형 셀을 형성하고, 이를 위해 좌우 방향으로 연장되는 형태의 측벽이 전후로 4개 나란히 이격 배치되고, 그리고 전후 방향으로 연장되는 형태의 측벽이 좌우로 5개 나란히 이격 배치된 형태일 수 있다. 이러한 종래의 케이슨들은 좌우로 정렬되며 정거치되고, 이어서 폐쇄형 셀에 채움재가 채워진 후 상치블록이 설치된다.

반면 도 1 내지 도 7에 도시된 본 발명의 단위구조물인 케이슨(10)의 구조를 살펴보면, 본 발명에 따른 케이슨은 가로*세로 3*3의 셀(12)을 구비하고, 가로*세로 1/2 * 3의 오픈 셀(22)을 양단에 구비하고 있어, 전체적으로 종래의 케이슨과 동일한 개수와 부피만큼의 셀을 구비하면서도, 좌우 방향으로 연장되는 형태의 측벽이 전후로 4개 나란히 이격 배치되고, 그리고 전후 방향으로 연장되는 형태의 측벽이 좌우로 4개 나란히 이격 배치된 형태이다. 즉, 측벽의 개수가 종래의 케이슨에 비해 1개 줄어든 형태이다. 상기 전후면부재의 길이를 O.5 ~ 3 m 정도로 하면, 두 전후면부재가 서로 마주한 길이는 전후면부재의 길이의 두 배에 해당하게 되어 두 전후면부재에 의해 온전히 하나의 셀을 이루는 인터셀(22)을 형성할 수 있다.

또한 전후면부재를 셀의 형태로 구성(도 15 참조)할 경우에는 전후면부재에 대응하는 셀의 길이가 폐쇄형 셀(12)의 길이 정도에 해당하는 6m 정도 이하로 설정할 수 있다. 인터셀은 그 자체로 하나의 온전한 셀의 의미를 가지고 셀의 기능을 한다는 점에서, 기존에 케이슨 간의 서로 마주하는 면에 줄눈을 형성하고, 이 부분을 폐색하여 케이슨 간의 틈으로 물이 흐르는 것을 억제하던 특허문헌 1의 구조와는 명백히 구분된다. 즉 인터셀은 케이슨의 자중과 밀림 방지를 위한 셀의 기능을 하는 것이지, 케이슨 간의 틈으로 물이 흐르는 것을 억제하는 기능을 하는 것이 아니다. 오히려 인터셀은, 후술할 바와 같이 내부에 사석이 채워지기 때문에, 물의 흐름을 차단하지 않는다.

종래의 케이슨의 양측단의 벽체는 중간에 형성된 벽체보다 상대적으로 두껍게 형성된다. 왜냐하면 중간에 형성된 벽체는 해당 벽체를 기준으로 양쪽 셀에 모두 채움재가 채워지므로 벽체의 양면에 가해지는 하중이 같지만, 케이슨의 양측단의 벽체는 한쪽으로는 채움재가 채워지는 반면 다른 한쪽으로는 바닷물과 접하고 있기 때문에 벽체의 양면에 가해지는 하중이 다르게 되기 때문이다. 따라서 종래의 케이슨을 살펴보면 양측단의 벽체는 중간에 형성된 벽체보다 상대적으로 두껍게 형성된다.

하지만 본 발명에 의하면, 케이슨(10)의 양측단의 벽체(11)를 두껍게 중간에 형성된 벽체보다 두껍게 하지 않아도 무방하다. 즉 본 발명에 의하면, 케이슨의 양측단 벽체도, 한쪽으로는 셀(12)에 채움재가 채워지고 다른 한쪽으로는 인터셀(22)에 채움재가 채워지기 때문에 벽체의 양면에 가해지는 하중이 실질적으로 동일하게 된다는 점에 주목할 필요가 있다. 따라서 이러한 본 발명의 특징에 의하면, 일반적인 케이슨과 대비하여 단순히 측벽이 하나 더 줄어드는 것뿐만 아니라, 양측에 형성된 측벽의 두께도 종래보다 상대적으로 얇게 할 수 있게 되고, 이에 따라 전체적으로 재료를 절약할 수 있어 케이슨 제작 비용을 상당히 줄일 수 있다.

물론 시공 자체도 종래의 인터록킹 구조보다 훨씬 간단하므로 인터록킹 구조를 구현하면서도 시공 비용 역시 크게 줄일 수 있다는 것 역시 자명하다. 게다가 케이슨 자체의 중량을 줄일 수 있다면 설치 장비비, 지반보강비 등의 절감이 가능하여 시공비용이 전반적으로 절약감된다.

본 발명에 따른 케이슨의 일실시예의 구조를 보다 상세히 설명하면, 단위구조물인 케이슨(10)은 도시된 바와 같이 중공부에 셀(12)이 형성된 형태이다. 각 셀(12)은 벽체(11)들에 의해 그 체적이 규정된다. 케이슨의 바닥은 막혀 있어서 셀(12)에 채움재를 채웠을 때 채움재가 밑으로 유출되지 않는 구조이다.

이러한 케이슨의 전면 양단과 후면 양단에는 양측 방향으로 돌출된 형태의 전후면부재(14)가 각각 형성되어 있다. 전후면부재(14)는 케이슨의 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)가 양측으로 각각 더 연장된 형태이다. 이렇게 케이슨의 양측면에서 전후면부재(14)에 의해 규정되는 전후면부재 사이의 공간은 각각 바깥쪽 측방을 향해 트여 있는, 즉 오픈되어 있는 형상이며, 본 발명을 설명함에 있어서 이를 오픈 셀(13)이라 한다.

다음으로 케이슨의 오픈 셀(13)은 다른 셀(12)과 마찬가지로 상부가 개방된 형태이다. 이는 오픈 셀(13)에 의해 생성되는 후술할 인터셀(22) 공간에 사석 형태의 채움재를 채우기 위해 당연한 구조이다.

제1실시예의 케이슨의 오픈 셀(13)은 저면부재(16)가 구비되어 있는 형태이다. 저면부재(16)는 인터셀(22)에 채워지는 채움재의 하중을 받는다. 따라서 인터셀(22)의 하중은 이웃하는 두 케이슨을 인터록킹할 뿐만 아니라, 케이슨의 하중으로서도 온전히 작용한다는 점에 주목해야 할 것이다.

케이슨(10)의 폐쇄형 셀(12)에는 채움재가 채워지고, 폐쇄형 셀(12)의 하부는 막혀 있어서, 폐쇄형 셀에 채워진 채움재는 케이슨의 자중으로서의 역할을 하게 된다.

케이슨의 양측면의 전후단에 각각 형성된 전후면부재(14) 사이에는 케이슨의 측방으로 외향 돌출된 복수 개의 전단키(18)가 더 형성되어 있다. 전단키(18)는 전후면부재(14)와 동일한 길이만큼 외측으로 돌출되거나, 도시된 바와 같이 전후면부재(14)의 돌출 길이보다 작은 비율로 벽체로부터 돌출 형성될 수 있다. 또한 전단키(18)는 도시된 바와 같이 사다리꼴 형태로 벽체(11)로부터 돌출된 형태일 수 있다. 파도 등에 의해 외부에서 가해지는 하중에 의해 이웃하는 두 케이슨이 전후방향으로 서로 상대적으로 이동하려 할 때, 벽체(11)의 측면에 전단키(18)가 없다면 사석 형태의 채움재가 전후면부재(14)에 온전히 하중을 모두 전달하게 되므로 전후면부재(14)에 높은 하중이 걸릴 우려가 있다. 그러나 본 발명의 실시예와 같이 전단키(18)가 형성된 경우에는 전단키(18)로 인해 사석 형태의 채움재가 벽체의 측면에 대해 마찰력을 가질 수 있기 때문에, 하중이 벽체(11)의 측면과 전단키(18)와 전후면부재(14)에 골고루 분산되므로, 전후면부재(14)에 가해지는 하중을 상당히 분산시키는 것이 가능하다. 특히 전단키(18)의 돌출 길이가 전후면부재(14)의 돌출 길이보다 작은 비율로 돌출 형성된 경우 하중이 전단키(18)와 전후면부재(14)에 골고루 분산시키기에 충분하다.

이처럼 전단키(18)는, 어느 일 케이슨에 집중적으로 외력이 가해져서 인터셀(22) 부분에 채워지는 사석이 인터록킹 작용을 할 때 하중을 분산 지지해준다. 여기서 주목할 점은, 전단키(18)는 인터셀(22)에 채워지는 것이 플렉시블한 사석이 아닌, 강체 형태인 경우에는 별 의미가 없는 구성이라는 것이다. 왜냐하면, 앞서 설명한 바와 같이, 인터록킹 과정에서 강체는 케이슨의 벽체의 어느 일지점에 하중을 집중시키기 때문에, 전단키(18)가 형성되어 있다 하더라도 이에 관계 없이 어느 일지점에 하중이 집중되는 현상은 변함이 없기 때문이다.

한편, 이러한 전단키(18)를 다른 관점에서 살펴보면, 상술한 전후면부재(14)는 케이슨(10)의 전후면 벽체가 양측으로 더 연장된 형태로 볼 수 있고, 상술한 전단키(18)는 케이슨(10)의 셀(12)을 형성하기 위해 좌우방향으로 연장된 벽체(11)가 양측으로 더 연장된 형태로 볼 수 있다. 이는 다시 말하자면, 종래의 케이슨 제작 방법과 대비하여 본 발명의 케이슨 제작 방법에 그다지 차이가 나지 않는다는 것을 의미한다. 즉 본 발명의 케이슨은 후술할 시공 방법뿐만 아니라 제조 과정에서도 종래의 케이슨과 별다른 차이가 없다. 오히려 종래의 케이슨과 비교하여 전후방향으로 형성된 측벽 하나와 오픈 셀의 바닥 부분이 줄어든 점에서 자재비가 더 적게 들어간다고 할 수 있다.

전후면부재(14)에 작용하는 전후방향의 하중에 의해 전후면부재(14)가 파손되는 것을 방지하기 위해 케이슨의 좌우측 단부의 벽체(11)와 전후면부재(14)의 내측 모서리부에는 도시된 바와 같이 전후면부재를 보강하는 헌치(15)가 형성된다. 전후면부재(14)는 역학적으로 캔틸레버와 유사하다고 할 수 있으므로, 응력이 집중될 것으로 예상되는 벽체(11)와 전후면부재(14)의 내측 모서리부에 헌치(15)를 형성하였다. 여기에 헌치(15)를 형성한 것은 종래기술과 대비할 때 특별한 의미가 있다. 가령 종래의 기술(일본 등록특허공보 제2847694호, 일본 공개특허공보 제2006-28981호)과 같이 서로 마주하는 두 케이슨 부분을 일체로 철근 콘크리트 블록화 하는 경우에는 인터록킹 부분이 케이슨과 일체로 불록화되므로 본 발명과 같은 헌치(15)를 사용할 아무런 이유가 없으나, 본 발명과 같이 플렉시블한 사석 형태의 채움재를 오픈 셀(엄밀하게는 후술할 인터셀) 부분에 채워 채움재가 플렉시블한 상태로 유지할 때에는, 이웃하는 두 케이슨이 전후방향으로 서로 다른 크기의 힘을 받아 두 케이슨이 전후방향으로 서로 상대적으로 이동하려 할 때 사석 형태의 채움재가 전후면부재(14)의 내면에 분포하중을 가하게 되므로, 정역학적으로 캔틸레버 형태를 가진 전후면부재(14)의 파손을 방지하기 위해서는 헌치(15)가 공학적으로 큰 의미를 가진다.

상술한 전후면부재(14)와 전단키(18)는, 케이슨의 벽체가 연장된 형태라는 점에서, 수평 방향으로 연장된 형태로 배치되는 철근 배근을 케이슨 벽체(11)와 공유하거나, 수직방향으로 연장된 형태로 배치되는 철근 배근을 후술할 상치블록과 공유할 수 있다. 따라서 전후면부재(14)와 전단키(18)는 수평방향으로는 케이슨 벽체와 일체로 형성되고, 수직방향으로는 상치블록과 일체로 형성되어 그 강도를 충분히 보장받을 수 있다.

한편 케이슨의 전면과 후면의 하단부에는 보강부(19)가 형성될 수 있다. 보강부는 리브와 같이 전면 벽체와 후면 벽체의 하단부에 가로방향으로 돌출 형성된 형태일 수 있다.

상기 케이슨의 오픈 셀(13)의 안쪽 측면과 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)의 적어도 일부에는 벽체(11)의 표면보다 돌출되는 마찰 돌기(80)가 형성된다. 상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 연장되도록 형성될 수 있으며, 복수 개의 마찰 돌기(80)가 상하로 이격 배치될 수 있다.

상기 마찰 돌기(80)는 벽체(11)의 표면으로부터 직사각형의 단면 형태로 돌출되거나 돌출될수록 그 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태로 돌출될 수 있다. 이에 따라 상기 마찰 돌기(80)는 그 법선(j)이 상방을 향하는 상부면(81)과 그 법선(k)이 하방을 향하는 하부면(82)을 구비할 수 있다. 마찰 돌기(80)가 직사각형 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도(a, b)는 0도일 수 있다. 마찰 돌기(80)가 사다리꼴 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도(a, b)는 0도 초과 45도 이하일 수 있다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다. 제1실시예에서는 상기 마찰 돌기(80)가 오픈 셀(13)을 규정하는 벽체{11; 이는 폐쇄형 셀(12)과 접하는 측벽부와, 전후면부재(14)를 포함한다}의 내벽에 마련되고, 내벽의 표면에 마련되되, 헌치(15)와 전단키(18) 부분에는 형성되지 않은 구조가 도시되어 있다. 그러나 상기 마찰 돌기(80)가 헌치나 전단키 표면에도 형성될 수 있음은 물론이다.

도 4를 참조하면 상하 방향으로 이격된 마찰 돌기(80)의 사이 공간(85)의 입구(86)의 폭(c)은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 사이 공간(85)의 깊이(d)는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

인터셀(22)에 채워지는 인터록킹 사석(32)은 0.015 ~ 0.03 m³/EA의 규격을 가질 수 있다. 이는 마운드를 조성하기 위해 사용되는 기초사석의 규격과 대응할 수 있다. 사석의 규격을 정육면체로 환산하였을 때 한 변의 길이를 공칭 길이라 하면, 0.015 m³/EA에 해당하는 사석의 규격을 정육면체로 환산하였을 때 한 변의 길이를 최소 공칭 길이(l)라 할 수 있다. 가령, 이는 0.25m 정도일 수 있다.

사이 공간(85)의 입구의 폭(c)은 상기 최소 공칭 길이(l)의 1/2배 이상일 수 있다. 폭이 1/2보다 작게 되면, 사석이 사이 공간(85)에 잘 맞물리지 아니하여 사석과 인터셀 내벽 간의 마찰계수 증대 효과가 현격히 감소된다. 또한 폭이 최소 공칭 길이(l)의 4배보다 크면 사석과 맞물리는 마찰 돌기의 개소가 줄어들어 마찰계수 증대 효과가 거의 나타나지 않는다.

인터셀(22) 내부의 사석 간에는 큰 마찰계수를 가지게 되므로, 인터록킹 효과가 확실하다. 그리고 케이슨의 전후 방향으로, 이웃하는 케이슨 간에 서로 다른 수평력을 받을 경우, 전후면부재(14)와 전단키(18)로 인해, 인터셀(22)을 구성하는 두 케이슨(10)은 인터록킹 될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 케이슨의 상하 방향으로, 이웃하는 케이슨 간에 서로 다른 모멘트가 가해져 수직력을 받을 경우에도, 후술할 상치블록과 저면부재(16), 그리고 인터셀(22)의 내벽면에 형성된 마찰 돌기(80)에 의해, 인터셀(22)을 구성하는 두 케이슨(10)은 인터록킹 될 수 있다. 이는 인터셀(22)의 사석과 상하 방향으로 맞물리도록, 상기 마찰 돌기(80)가 상부면(81)과 하부면(82)을 구비함으로 인해 구현되는 것이다.

[본 발명에 따른 케이슨 구조물의 시공 방법]

다음으로 본 발명에 따른 케이슨의 시공 방법을 간단히 살펴본다.

먼저 케이슨 거치 작업 해상 현장에 접근 가능한 가까운 육상에 케이슨 야드를 선정하고, 육상 공사를 실시한다. 육상 공사는 바닥정지 작업, 철근 조립, 거푸집 조립, 콘크리트 타설의 순으로 이루어지며, 야드 상에서 케이슨을 제작 완성한다.

다음으로 케이슨을 해상으로 이동시키고 가거치한다. 케이슨의 이동은, 가령 케이슨에 들고리를 형성하고 이를 해상크레인의 후크에 체결하여 이동시키는 방식 등이 적용될 수 있으며, 이 외에도 통상적으로 알려진 다양한 방법이 적용될 수 있다.

그리고 해상의 작업 현장에 기초사석을 투하, 포설하여 마운드를 형성하고 그 상면을 평평하게 고르기 한다. 마운드를 설치하기 위해 포설하는 기초사석의 규격은 표준 시방서에 근거할 수 있으며, 이러한 규격은 현재 국내 기준 0.015 ~ 0.03 m³/EA이다.

이렇게 기초 고르기가 완성된 후에는 가거치된 케이슨을 부양하여 해상 현장까지 예인한다.

다음으로, 해상 현장에 예인된 케이슨의 내부에 주수하며 케이슨(10)을 침강시켜 마운드 상에 정거치한다. 이 때 주수 침강속도는 분당 10cm 내외를 유지하도록 할 수 있다. 해저의 마운드 면에 50cm 내외까지 케이슨(10)이 근접 침강되면, 케이슨에 대한 주수를 중단하고 최종적으로 케이슨이 설치될 위치를 확인 수정하며, 다시 신속하게 케이슨에 주수하여 기초고르기 바닥에 케이슨을 안착시킨다. 케이슨 구조물은 중량물이고, 작업 현장의 일기, 조류, 기초고르기면의 상태 등에 영향을 받아 케이슨의 거치작업이 단 한번에 끝나기는 쉽지 않지만, 일반적으로 3~4회 정도의 반복을 통해 정거치를 완료할 수 있다.

이어서 이미 정거치된 케이슨에 이웃하여 그 측면에 다시 케이슨을 거치하는 작업을 실시하며, 이 때 케이슨과 케이슨이 서로 접촉하여 파손되는 것을 방지하기 위해 케이슨에 타이어휀다 등을 설치하여 이웃하는 케이슨의 1차 접촉시 파손을 방지하고, 정밀거치시 타이어휀다를 제거한다.

이렇게 케이슨(10)들을 측방으로 정렬하며 정거치하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이 이웃하는 두 케이슨의 서로 마주하는 두 오픈 셀(13)에 의해 인터셀(22)이 형성된다. 즉 이웃하는 두 케이슨의 전후면부재(14)와 케이슨의 측면에 의해 구획된 공간이 '셀'로서 기능을 하게 된다. 인터셀(22)이라 함은 이웃하는 두 케이슨이 정렬되어야 비로소 셀의 기능을 한다는 의미이다. 인터셀(22) 역시 전후면부재에 의해 그 체적이 규정되므로, 내부에 사석이 채워질 수 있다. 현재 표준 시방서 기준 상 두 케이슨 사이의 간격 오차가 10 cm ~ 20 cm 임을 감안하면, 서로 이웃하는 두 케이슨의 전후면부재 사이의 간격 역시 10 cm ~ 20 cm의 간격 오차를 가지도록 할 수 있다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 케이슨 내부의 폐쇄형 셀(12)에 채움재(30)를 채우고, 마찬가지로 인터셀(22)에도 채움재를 채운다. 채움재는 해수보다 비중이 크면 클수록 바람직하다. 폐쇄형 셀(12)에 채워지는 채움재(30)로는 자연 사석을 사용하거나 철강 제련 등에서 발생하는 슬래그, 화력발전소에서 발생하는 바텀애쉬 등을 포함하는 사석을 사용할 수 있다. 반면 인터셀(22)에 채워지는 채움재로는 철강 제련 등에서 발생하는 슬래그는 바람직하지 않다. 왜냐하면 슬래그는 물과 반응하여 팽창하면서 이웃하는 슬래그끼리 함께 경화되어 고화됨으로써, 결국 하나의 강체처럼 변성하기 때문이다. 따라서 인터셀(22)에 채워지는 채움재로는 영구적으로 플렉시블한 상태를 유지하는 채움재, 가령 자연 사석을 사용하는 것이 바람직하다. 이 외에도 인터셀(22)에 채워지는 채움재는, 잘 부서지지 않으면서 시간이 지나도 지속적으로 플렉시블한 상태를 유지할 수 있는 사석 형태의 채움재이면 족하다. 이처럼 인터셀(22) 부분에 채우는 채움재는 영구적으로 상호 플렉시블한 상태를 유지하는 인터록킹 사석(32)일 수 있다. 인터록킹 사석은 두 케이슨의 전후면부재 사이의 간격인 10 cm ~ 20 cm 보다는 커서 인터셀(22)에서 간극을 통해 외부로 유출되는 것이 방지되면서도, 너무 큰 규격은 아니어서 인터록킹 작용이 일어날 때 하중이 충분히 분산될 수 있을 정도인 것이 바람직하다. 한편 인터셀(22)에 채워지는 사석 형태의 채움재(30) 모두 그 직경이 두 전후면부재(14) 사이의 간극보다 크도록 하지 않더라도, 채워진 사석들 상호간에 긴결한 간섭이 이루어지도록 하면 사석의 유출을 상당 부분 방지할 수 있다는 점 역시 참고할 만하다.

인터셀(22)에 채워진 사석은, 이웃하는 두 케이슨이 서로 다른 방향으로 전후방향으로 변위하는 것에 저항해야 하므로, 통상의 셀(12)에 채워진 사석과 달리 서로 긴밀하게 간섭되어 있는 것이 바람직하다. 이를 위해 인터셀(22)에 채워지는 사석 형태의 채움재(30)에 대해 다짐 공정을 실시할 수 있다. 이처럼 인터셀(22)에 채워진 사석 형태의 채움재(30)을 다짐으로써 사석들이 서로 긴밀하게 간섭되고, 이로 인해 모든 사석들의 직경이 전후면부재 사이의 간극보다 크지 않더라도 사석의 유출을 상당 부분 방지할 수 있다. 하지만 채움이나 다짐 과정에서 사석이 깨질 가능성 등을 감안하면, 보다 안정적인 인터록킹을 위해, 인터셀(22)에 채워지는 모든 사석들의 직경이 이웃하는 두 전후면부재(14) 사이의 간극보다 크도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.

이러한 인터록킹 구조는, 특정 케이슨에 더 큰 외력이 가해져 인터록킹 부위에 하중이 가해질 때, 사석들에 의해 하중이 집중되지 않고 확실한 분포하중으로 작용하므로, 하중이 특정 부위에 집중되지 아니하여 케이슨의 파손 가능성을 크게 낮출 수 있다.

실험 결과, 인터셀(22)에 채워지는 인터록킹 사석의 규격이 0.015 ~ 0.03 m³/EA인 경우 규격석들이 파손되지 않으면서 서로 잘 얽혀있는 채로 명백한 분포 하중으로 작용함을 확인할 수 있었다. 게다가 공교롭게도 0.015 m³/EA 이상의 규격은 케이슨 사이의 간격에 대한 허용오차인 10cm ~ 20cm 보다 큰 규격이므로 외부로 유출되지 아니한다.

한편 채움재가 0.05 m³/EA 이상의 규격을 가지면 사석 간 집중하중으로 인해 인터록킹 사석이 깨지는 현상이 일어나기 시작하고, 이는 채움재의 외부 유출을 유발할 수 있다. 인터록킹 사석이 0.001 m³/EA 미만이 되면 사석간에 오히려 서로 잘 얽히지 않고 하중이 주어질 때 외부 유출이 유발될 수 있다.

이어서 도 7에 도시된 바와 같이 뒷채움재(50)를 케이슨의 후면에 포설하고, 상치블록(미도시)을 설치하면 항만 구조물의 시공이 완료된다. 즉 정거치된 케이슨(10)에 채움재(30)를 채운 후에는 케이슨의 상단에 상치블록을 설치할 수 있고, 케이슨의 시공 목적에 따라 사석으로 뒷채움재(50)를 채울 수 있다.

한편, 인터셀(22)에 채워진 사석이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해, 인터셀을 구성하도록 서로 마주하는 이웃하는 두 케이슨의 전후면부재가 마주하는 사이의 틈을 막기 위해 덧대는 부재를 활용하는 방안도 고려할 만하다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 인터록킹 사석의 규격이 마운드의 사석의 규격과 대응하도록 하면 사석이 두 케이슨 사이의 갭으로 유출되는 현상을 방지할 수 있으므로 덧댐부재를 굳이 중복적으로 사용할 필요가 없다.

<제2실시예>

이하 도 8 내지 도 10을 참조하여, 케이슨의 제2실시예를 설명한다. 다만, 중복되는 설명을 생략하기 위해, 제1실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

제2실시예의 케이슨(10)은 제1실시예와 대비하여, 오픈 셀(13)의 저면부재(16)가 삭제된 구조를 가진다. 제2실시예에서는 저면부재(16)가 전부 삭제된 구조가 예시되고 있으나, 저면부재(16)의 일부가 삭제될 수도 있음은 물론이다.

제2실시예에서는 도시된 바와 같이 인터셀(22)의 하부가 전부 혹은 일부 개방된 형태이기 때문에, 인터셀(22)에 채워지는 인터록킹 사석(32)은 마운드와 직접 접하게 된다. 한편, 앞서 이미 언급하였던 바와 같이 마운드에 포설되는 사석의 규격이 인터셀(22)의 전후면부재 사이의 간극보다 더 큰 규격이고, 인터록킹 작용이 일어날 때 하중이 충분히 분산될 수 있을 정도의 규격에 해당하는 점을 감안하면, 인터록킹 사석(32)의 규격 역시 이러한 마운드 사석과 대응되도록 하면, 인터록킹 사석(32)이 마운드를 통해 외부로 유출되는 것을 방지하면서도, 외력이 주어질 때 인터록킹 사석(32)과 마운드 사석 사이의 마찰계수를 최대화할 수 있다(마찰계수 0.8 정도). 이는 마운드의 사석 역시 인터록킹을 위한 저항력에 기여하는 결과를 가진다.

실험 결과, 인터셀(22)에 채워지는 인터록킹 사석의 규격이 0.015 ~ 0.03 m³/EA인 경우 규격석들이 파손되지 않으면서 서로 잘 얽혀있는 채로 명백한 분포 하중으로 작용함을 확인할 수 있었다. 게다가 공교롭게도 0.03 m³/EA 이상의 규격은 케이슨 사이의 간격에 대한 허용오차인 10cm ~ 20cm 보다 큰 규격이므로 외부로 유출되지 아니한다. 한편 채움재가 0.05 m³/EA 이상의 규격을 가지면 사석 간 집중하중으로 인해 인터록킹 사석이 깨지는 현상이 일어나기 시작하고, 이는 채움재의 외부 유출을 유발할 수 있다. 인터록킹 사석이 0.01 m³/EA 미만이 되면 사석간에 오히려 서로 잘 얽히지 않고 하중이 주어질 때 외부 유출이 유발된다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 마운드의 사석과 인터록킹 사석의 규격을 서로 대응하도록 하면(가령 앞서 설명한 기초사석의 규격인 0.015 ~ 0.03 m³/EA와 인터록킹 작용이 적절히 일어나도록 하는 인터록킹 사석의 규격인 0.01 ~ 0.05 m³/EA는 서로 대응한다), 도 9에 도시된 바와 같이 인터록킹 사석(32)이 마운드에 포설된 사석 사이의 간극을 통해 유출되지 않도록 하면서도 마운드와 인터록킹 사석 사이의 마찰계수를 가장 높일 수 있는 방안이 된다. 즉 인터록킹 사석(32) 부분이 플렉시블한 상태를 유지하면서 인터록킹 사석(32)과 마운드가 모두 인터록킹을 위한 외력에 대한 저항력을 제공할 수 있게 된다.

또한 사석을 돌망태(gabion)나 지오텍스타일과 같이 플렉시블한 망에 넣은 상태로 인터셀(22) 공간에 채워 넣어 채움재가 외부로 유출되지 않도록 하고 시공의 편리성을 얻는 방안도 고려할 수도 있을 것이다. 그러나, 인터록킹 사석의 규격이 마운드의 사석의 규격과 대응하도록 하면 사석이 두 케이슨 사이의 갭으로 유출되는 현상을 방지할 수 있으므로 굳이 돌망태나 지오텍스타일을 사용할 필요성은 적고, 오히려 인터록킹용 사석을 돌망태나 지오텍스타일로 감싸는 순간 돌망태나 지오텍스타일이 인터셀에 채워지는 사석과 마운드의 사석 간의 긴밀한 연결 관계를 차단한다는 점에서 돌망태나 지오텍스타일을 사용하는 방식은 지양(止揚)하는 것이 바람직하다.

도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 연속적으로 연장된 형태일 수 있다. 이에 대한 제1변형례로서, 도 13에 도시된 바와 같이 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다. 그리고 상기 마찰 돌기(80)의 끊어진 부위(87)에 마주하는 돌기측면(88)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(87)에 의해 형성되는 마찰 돌기(80) 사이의 공간의 개구(89)가 확장된 형태가 될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 마찰 돌기(80)는 인터셀(22)의 사석과 상하방향으로 간섭될 뿐만 아니라, 전후 방향으로도 간섭되는바, 전후 방향으로도 사석과 인터셀(22)의 내벽 간의 마찰계수를 증가시킬 수 있다. 도 13에는 마찰 돌기(80)가 정사각뿔대 형태인 구조가 예시되어 있다.

상기 제1변형례의 마찰 돌기(80)는 폐쇄형 셀(12)과 대향하는 벽체(11) 부분에 마련하고, 전후면부재(14)의 내면에는 도 12와 같이 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 돌기(80)가 적용되도록 할 수도 있다. 전후면부재(14)의 마찰 돌기(80)는 전후 방향으로는 마찰 계수 증가 효과가 없으므로, 전후면부재(14)의 내면에 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 돌기(80)를 적용하면, 전도 모멘트가 작용할 때에는 매우 큰 마찰 계수를 발현할 수 있다.

도 14에는 마찰 돌기(80)의 제2변형례가 도시되어 있다. 이는 개별적인 마찰 돌기(80)의 형상이 도 13의 제1변형례와 같지만, 그 배치가 다르다. 즉 하부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(80)가 끊어진 부위(87)는, 상부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(80)가 끊어진 부위와 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다. 상기 마찰 돌기(80)의 끊어진 부위(87)에 마주하는 돌기측면(88)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(87)에 의해 형성되는 마찰 돌기(80) 사이의 공간의 개구(89)가 확장된 형태가 될 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 수평 방향으로 이웃하는 마찰 돌기(80) 사이에 사석이 맞물리므로, 전후 방향으로 마찰 계수를 증가시킨다. 뿐만 아니라, 수평 방향으로 이웃하는 마찰 돌기(80) 사이에 맞물린 사석은, 그보다 상부와 하부에 있는 마찰 돌기(80)와도 맞물리는 결과가 되므로, 상하 방향으로 마찰 계수를 함께 증가시킨다.

따라서 상기 제2변형례의 마찰 돌기(80)는 폐쇄형 셀(12)과 대향하는 벽체(11) 부분에 마련하고, 전후면부재(14)의 내면에도 적용되도록 할 수 있다.

상기 제1변형례와 제2변형례의 수평 방향으로 이웃하는 마찰 돌기(80) 사이에 마련되는 끊어진 부위(87)도, 앞서 설명한 바와 같이 개구(89)의 폭은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 깊이는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

또한 상기 돌기측면(88)의 법선이 케이슨의 전후방향으로 연장되는 수평선과 이루는 각도도, 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

앞서 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 돌기나 변형례들과 같이 단속적인 형태의 마찰 돌기는 상하 방향으로 그리고/또는 수평 방향으로 서로 조합하여 사용할 수도 있다. 그리고, 도시하지는 아니하였으나, 그 형태가 사다리꼴 단면이거나, 정사각뿔대 형상에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다.

제2실시예와 같이 오픈 셀의 저면부재가 삭제된 구조에 의하면, 구조물에의 작용하중에 의한 지반반력도 분산효과의 영향을 받아 상당부분 감소하고, 특히 인터셀 내부 벽면에 마련된 요철 형상과 인터록킹 사석 간의 마찰에 의해서도 지반 반력 저감 효과가 발생하게 되어 지반보강비를 더욱 절감할 수 있다.

<케이슨의 다른 실시예>

도 15 내지 도 17은 본 발명에 따른 케이슨의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.

도 15에 도시된 케이슨과 도 1의 케이슨을 살펴보면, 오픈 셀(13)을 규정하기 위해 오픈 셀이 배치된 위치의 전방과 후방에 단순한 전후면부재를 설치하는 것(도 1 참조)뿐만 아니라 그 위치에도 셀(12)을 더 형성할 수 있음을 알 수 있다. 이에 따르면, 케이슨 자체의 자중을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 전후면부재를 특별히 두껍게 하거나 헌치(15)를 구성할 필요 없이, 하나 이상의 셀을 더 형성함과 더불어 오픈 셀의 전면과 후면을 규정할 수 있다.

도 15에 도시된 제3실시예의 케이슨은, 전후면부재(14)를 대체하는 폐쇄형 셀(12)이 삼각형 형상의 단면을 구비하고, 오픈 셀(13)의 바닥에 저면부재(16)가 구비되며, 연속적으로 수평 연장된 형태의 마찰 돌기(80)가 오픈 셀(13)의 내벽면에 형성되어 있음이 예시되어 있다.

도 16에 도시된 제4실시예의 케이슨은, 전후면부재(14)를 대체하는 폐쇄형 셀(12)이 직사각형 또는 정사각형 형상의 단면을 구비하고, 오픈 셀(13)의 바닥에 저면부재(16)가 삭제되어 있으며, 제1변형례와 같이 단속적으로 수평 연장된 형태의 마찰 돌기(80)가 오픈 셀(13)의 내벽면에 형성되어 있음이 예시되어 있다.

도 17에 도시된 제5실시예의 케이슨은, 전후면부재(14)를 대체하는 폐쇄형 셀(12)이 삼각형 및 직사각형 또는 정사각형 형상의 단면을 구비하고, 오픈 셀(13)의 바닥에 저면부재(16)가 삭제되어 있으며, 제2변형례와 같이 단속적으로 수평 연장된 형태의 마찰 돌기(80)가 오픈 셀(13)의 내벽면에 형성되어 있음이 예시되어 있다.

<돌기의 변형례 - 홈>

도 18 내지 도 21에는 마찰 돌기를 마찰 홈 형태로 변경한 구조의 케이슨이 도시되어 있다. 이하의 마찰 홈은 변형례이므로, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

도 18과 도 19에는 수평방향으로 연속적으로 연장되는 마찰 홈(90)이 마련된 케이슨이 예시된다. 복수 개의 상기 마찰 홈(90)은 상하로 이격 배치될 수 있다.

상기 마찰 홈(90)는 벽체(11)의 표면으로부터 직사각형의 단면 형태로 함몰되거나 함몰될수록 그 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태로 함몰될 수 있다. 이에 따라 상기 마찰 홈(90)는 그 법선(j)이 하방을 향하는 상부면(81)과 그 법선(k)이 상방을 향하는 하부면(82)을 구비할 수 있다. 마찰 홈(90)이 직사각형 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도(a, b)는 0도일 수 있다. 마찰 홈(90)이 사다리꼴 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도(a, b)는 0도 초과 45도 이하일 수 있다.

도 18과 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다. 도 18에서는 상기 마찰 홈(90)이 오픈 셀(13)을 규정하는 벽체{11; 이는 폐쇄형 셀(12)과 접하는 측벽부와, 전후면부재(14)를 포함한다}의 내벽에 마련되고, 내벽의 표면에 마련되되, 헌치(15)와 전단키(18) 부분에는 형성되지 않은 구조가 도시되어 있다. 그러나 상기 마찰 홈(90)이 헌치나 전단키 표면에도 형성될 수 있음은 물론이다.

도 19를 참조하면 마찰 홈(90)의 입구의 폭(c)은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 마찰 홈(90)의 깊이(d)는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

도 20은 도 18의 마찰 홈의 제1변형례를 나타낸 도면이고, 도 21은 도 18의 마찰 홈의 제2변형례를 나타낸 도면이다.

도 18의 마찰 홈의 제1변형례로서, 도 20에 도시된 바와 같이 마찰 홈(90)은 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다. 그리고 상기 마찰 홈(90)의 측면은 경사면을 이루는 형태일 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 마찰 홈(90)은 인터셀(22)의 사석과 상하방향으로 간섭될 뿐만 아니라, 전후 방향으로도 간섭되는바, 전후 방향으로도 사석과 인터셀(22)의 내벽 간의 마찰계수를 증가시킬 수 있다. 도 20에는 마찰 홈(90)이 정사각뿔대 형태인 구조가 예시되어 있다.

상기 도 20의 제1변형례의 마찰 홈(90)은 폐쇄형 셀(12)과 대향하는 벽체(11) 부분에 마련하고, 전후면부재(14)의 내면에는 도 18과 같이 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 홈(90)이 적용되도록 할 수도 있다. 전후면부재(14)의 마찰 홈(90)은 전후 방향으로는 마찰 계수 증가 효과가 없으므로, 전후면부재(14)의 내면에 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 홈(90)을 적용하면, 전도 모멘트가 작용할 때에는 매우 큰 마찰 계수를 발현할 수 있다.

도 18의 마찰 홈의 또 다른 변형례로서, 도 21에는 마찰 홈(90)의 제2변형례가 도시되어 있다. 이는 개별적인 마찰 홈(90)의 형상이 도 20의 제1변형례와 같지만, 그 배치가 다르다. 즉 하부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 홈(90)은 상부의 마찰 홈(90)과 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 마찰 홈(90)은 인터셀(22)의 사석과 상하방향으로 간섭될 뿐만 아니라, 전후 방향으로도 간섭되는바, 전후 방향으로도 사석과 인터셀(22)의 내벽 간의 마찰계수를 증가시킬 수 있다.

상기 도 21의 제2변형례의 마찰 홈(90)은 폐쇄형 셀(12)과 대향하는 벽체(11) 부분에 마련하고, 전후면부재(14)의 내면에는 도 18과 같이 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 홈(90)이 적용되도록 할 수도 있다. 전후면부재(14)의 마찰 홈(90)은 전후 방향으로는 마찰 계수 증가 효과가 없으므로, 전후면부재(14)의 내면에 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 홈(90)을 적용하면, 전도 모멘트가 작용할 때에는 매우 큰 마찰 계수를 발현할 수 있다.

상기 제1변형례와 제2변형례의 마찰 홈(90)의 입구의 수평방향 폭도 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배일 수 있다. 그리고 상기 마찰 홈의 측면의 법선이 케이슨의 전후방향으로 연장되는 수평선과 이루는 각도도, 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

앞서 수평 방향으로 연속적인 형태의 마찰 홈이나 변형례들과 같이 단속적인 형태의 마찰 홈은 상하 방향으로 그리고/또는 수평 방향으로 서로 조합하여 사용할 수도 있다. 그리고, 도시하지는 아니하였으나, 그 형태가 사다리꼴 단면이거나, 정사각뿔대 형상에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다.

아울러 상기 마찰 홈과 마찰 돌기를 조합하는 것 역시 가능하다 할 것이며, 실시예에서 설명한 돌기와 홈의 배치 역시 상호 간의 조합이나 치환이 가능함은 물론이다.

<제6실시예>

상술한 인터셀(22)의 내벽면에 형성되는 마찰 돌기(80) 및/또는 마찰 홈(90)에 의한 마찰 계수의 확대 효과는, 케이슨(10)과 마운드 사이에도 적용될 수 있다. 마운드를 조성할 때 사용하는 마운드 사석 역시 인터셀(22)의 사석과 대응하는 규격일 수 있으므로, 마찰 계수 확대 효과 역시 동일하게 발휘될 수 있다.

도 22는 본 발명의 제2실시예의 케이슨의 저면에 마찰 돌기(60)가 적용된 구조의 케이슨을 도시한다. 케이슨(10)의 바닥면, 즉 마운드를 마주하는 면에는, 폭 방향(좌우 방향)으로 연장된 형태의 마찰 돌기(60)가 형성될 수 있다. 상기 마찰 돌기(60)는 케이슨(10)의 저면의 표면보다 하방으로 더 돌출되는 형태일 수 있다. 상기 마찰 돌기(60)는 복수 개가 전후 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 마찰 돌기(60)는 케이슨(10)의 저면으로부터 직사각형의 단면 형태로 돌출되거나 돌출될수록 그 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태로 돌출될 수 있다. 이에 따라 마찰 돌기(60)는 그 법선(j)이 후방을 바라보는 제1마찰면(61)과, 그 법선(k)이 전방을 바라보는 제2마찰면(62)을 구비할 수 있다. 마찰 돌기(60)가 직사각형 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 수평선이 이루는 각도(a, b)는 0도일 수 있다. 마찰 돌기(60)가 사다리꼴 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 수평선이 이루는 각도(a, b)는 0도 초과 45도 이하일 수 있다.

도 22와 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 마찰 돌기(60)는 좌우 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다. 전후 방향으로 이격된 마찰 돌기(60)의 사이 공간(65)의 입구(66)의 폭(c)은 마운드를 조성하는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 사이 공간(65)의 깊이(d)는 마운드 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

마운드를 조성하는 기초사석은 0.015 ~ 0.03 m³/EA의 규격을 가질 수 있다. 기초사석 규격의 한 변의 길이를 공칭 길이라 하면, 0.015 m³/EA에 해당하는 사석의 규격을 정육면체로 환산하였을 때 한 변의 길이를 최소 공칭 길이(l)라 할 수 있다. 가령, 이는 0.25m 정도일 수 있다.

사이 공간(65)의 입구의 폭(c)은 상기 최소 공칭 길이(l)의 1/2배 이상일 수 있다. 폭이 1/2보다 작게 되면, 사석이 사이 공간(65)에 잘 맞물리지 아니하여 기초 사석과 케이슨 저면 간의 마찰계수 증대 효과가 현격히 감소된다. 또한 폭이 최소 공칭 길이(l)의 4배보다 크면 사석과 맞물리는 마찰 돌기의 개소가 줄어들어 마찰계수 증대 효과가 거의 나타나지 않는다.

상기 마찰 돌기(60)의 제1마찰면(61)은, 상기 마운드의 기초 사석과 맞물려, 상기 마찰 돌기(60)가 형성된 케이슨(10)이 후방으로 밀리는 힘에 저항하고, 제2마찰면(62)은 기초 사석이 사이 공간(65)에 원활히 삽입되도록 안내한다. 물론 케이슨(10)이 전방으로 밀리는 힘이 작용할 때에는 제2마찰면(62)이 전방으로 밀리는 힘에 저항할 수 있다.

제1마찰면(61)의 법선(j)이 수평면과 이루는 각(a)과 제2마찰면(62)의 법선(k)이 수평면과 이루는 각(b)은 서로 다를 수 있다. 케이슨이 후방으로 밀리는 힘이 전방으로 밀리는 힘보다는 큰 것이 일반적이므로, 제1마찰면(61)의 법선(j)이 수평면과 이루는 각(a)은 제2마찰면(62)의 법선(k)이 수평면과 이루는 각(b)보다 더 작을 수 있다. 가령 a는 0도이고, b는 45도일 수 있다. 이에 따르면 제1마찰면(61)의 밀림 저항력은 더욱 커지고, 제2마찰면(62)은 사석이 사이 공간(65)으로 삽입되는 것을 더 자연스럽게 안내할 수 있다.

실시예에 따르면 마찰 돌기의 단면 형태가 직사각형이거나 사다리꼴인 구조를 예시하고 있으나, 이 외에도 원호형이거나 톱니형일 수 있다.

마찰 돌기가 전혀 없는 평평한 저면을 가지는 케이슨의 저면의 마찰 계수는 0.5에 못 미치는 반면, 위와 같은 마찰 돌기(60)를 형성할 경우 케이슨의 저면의 마찰 계수는 0.6 내지 0.8까지 상승하는 것이 실험 결과 확인되었다(도 30 내지 도 32 참조).

도 22와 도 23에 도시된 바와 같이 마찰 돌기(60)는 좌우 폭 방향으로 연속적으로 연장된 형태일 수 있다. 이에 대한 제1변형례로서, 도 24에 도시된 바와 같이 마찰 돌기(60)는 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다. 그리고 상기 마찰 돌기(60)의 끊어진 부위(67)에 마주하는 돌기 측면(68)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(67)에 의해 형성되는 마찰 돌기(60) 사이의 공간의 개구(69)가 확장된 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 도 24에는 마찰 돌기(60)가 정사각뿔대 형태인 구조가 예시되어 있다.

도 25에는 마찰 돌기(60)의 제2변형례가 도시되어 있다. 이는 개별적인 마찰 돌기(60)의 형상이 도 24의 제1변형례와 같지만, 그 배치가 다르다. 즉 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(60)가 끊어진 부위(67)는, 그보다 전방 또는 후방에 인접하여 배치되고 측방으로 단속적으로 연장된 마찰 돌기(60)가 끊어진 부위와 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다. 상기 마찰 돌기(60)의 끊어진 부위(67)에 마주하는 돌기측면(68)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(67)에 의해 형성되는 마찰 돌기(60) 사이의 공간의 개구(69)가 확장된 형태가 될 수 있다.

이러한 구조에 따르면, 측방으로 이웃하는 마찰 돌기(60) 사이에 맞물린 마운드 기초 사석은, 그보다 전방 또는 후방에 있는 마찰 돌기(60)와도 맞물리는 결과가 되므로, 마운드와 케이슨 간의 전후 방향으로의 마찰 계수를 증가시킨다.

상기 제1변형례와 제2변형례의 측방으로 이웃하는 마찰 돌기(60) 사이에 마련되는 끊어진 부위(67)도, 앞서 설명한 바와 같이 개구(69)의 폭은 마운드 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 깊이는 마운드 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

또한 상기 돌기측면(68)의 법선이 수평면과 이루는 각도도, 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

앞서 측방으로 연속적인 형태의 마찰 돌기나 변형례들과 같이 단속적인 형태의 마찰 돌기는, 전후 방향으로 그리고/또는 좌우 방향으로 서로 조합하여 사용할 수도 있다. 그리고, 도시하지는 아니하였으나, 그 형태가 사다리꼴 단면이거나, 정사각뿔대 형상에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 가령 원뿔대, 정팔각뿔대, 정육각뿔대 등 다양한 형상의 마찰 돌기가 적용될 수도 있음은 자명하다.

앞서 도 22 내지 도 25에는 케이슨의 저면에 마찰 돌기(60)가 마련된 구조를 개시하였다. 오픈 셀의 내벽 면에서와 마찬가지로, 상기 케이슨의 저면에도 마찰 돌기(60) 대신 마찰 홈(70)이 제공될 수 있음은 물론이다.

도 26과 도 27은 본 발명의 제6실시예의 케이슨의 저면에 마찰 돌기(60) 대신 마찰 홈(70)이 적용된 구조의 케이슨을 도시한다. 케이슨(10)의 바닥면, 즉 마운드를 마주하는 면에는, 폭 방향(좌우 방향)으로 연장된 형태의 마찰 홈(70)이 형성될 수 있다. 상기 마찰 홈(70)은 케이슨(10)의 저면의 표면으로부터 상방으로 함몰된 형태일 수 있다. 상기 마찰 홈(70)은 복수 개가 전후 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 마찰 홈(70)은 케이슨(10)의 저면으로부터 직사각형의 단면 형태로 함몰되거나, 함몰될수록 그 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태로 함몰될 수 있다. 이에 따라 마찰 홈(70)은 그 법선(j)이 후방을 바라보는 제1마찰면(61)과, 그 법선(k)이 전방을 바라보는 제2마찰면(62)을 구비할 수 있다. 마찰 홈(70)이 직사각형 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 수평선이 이루는 각도(a, b)는 0도일 수 있다. 마찰 홈(70)이 사다리꼴 단면 형태일 경우, 상기 법선(j, k)과 수평선이 이루는 각도(a, b)는 0도 초과 45도 이하일 수 있다.

도 26과 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 마찰 홈(70)은 좌우 방향으로 연속적으로 연장될 수 있다. 마찰 홈(70)의 입구의 전후 방향 폭(c)은 마운드를 조성하는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 마찰 홈(70)의 깊이(d)는 마운드 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

상기 마찰 홈(70)의 제1마찰면(71)은, 상기 마운드의 기초 사석과 맞물려, 상기 마찰 홈(70)이 형성된 케이슨(10)이 후방으로 밀리는 힘에 저항하고, 제2마찰면(72)은 기초 사석이 마찰 홈(70)에 원활히 삽입되도록 안내한다. 물론 케이슨(10)이 전방으로 밀리는 힘이 작용할 때에는 제2마찰면(72)이 전방으로 밀리는 힘에 저항할 수 있다.

제1마찰면(71)의 법선(j)이 수평면과 이루는 각(a)과 제2마찰면(72)의 법선(k)이 수평면과 이루는 각(b)은 서로 다를 수 있다. 케이슨이 후방으로 밀리는 힘이 전방으로 밀리는 힘보다는 큰 것이 일반적이므로, 제1마찰면(71)의 법선(j)이 수평면과 이루는 각(a)은 제2마찰면(72)의 법선(k)이 수평면과 이루는 각(b)보다 더 작을 수 있다. 가령 a는 0도이고, b는 45도일 수 있다. 이에 따르면 제1마찰면(71)의 밀림 저항력은 더욱 커지고, 제2마찰면(72)은 사석이 마찰 홈(70)으로 삽입되는 것을 더 자연스럽게 안내할 수 있다.

실시예에 따르면 마찰 홈의 단면 형태가 직사각형이거나 사다리꼴인 구조를 예시하고 있으나, 이 외에도 원호형이거나 톱니형일 수 있다.

도 26과 도 27에 도시된 바와 같이 마찰 홈(70)은 좌우 폭 방향으로 연속적으로 연장된 형태일 수 있다. 이에 대한 제1변형례로서, 도 28에 도시된 바와 같이 마찰 홈(70)은 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장될 수 있다. 그리고 상기 마찰 홈(70)의 좌우측면은 경사면을 이루어서, 마찰 홈(70)의 개구가 좌우 방향으로도 확장된 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 도 28에는 마찰 홈(70)이 정사각뿔대 형태인 구조가 예시되어 있다.

도 29는 마찰 홈(70) 제2변형례가 도시되어 있다. 이는 개별적인 마찰 홈(70)의 형상이 도 28의 제1변형례와 같지만, 그 배치가 다르다. 즉 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 홈(70)은, 그보다 전방 또는 후방에 인접하여 배치되고 측방으로 단속적으로 연장된 마찰 홈(70)과 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다.

상기 제1변형례와 제2변형례의 마찰 홈(70)도, 앞서 설명한 바와 같이 그 폭은 마운드 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 깊이는 마운드 기초 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배일 수 있다.

또한 상기 마찰 홈(70)의 측면의 법선이 수평면과 이루는 각도도, 0도 이상 45도 이하일 수 있다.

앞서 측방으로 연속적인 형태의 마찰 홈이나 변형례들과 같이 단속적인 형태의 마찰 홈은, 전후 방향으로 그리고/또는 좌우 방향으로 서로 조합하여 사용할 수도 있다. 그리고, 도시하지는 아니하였으나, 그 형태가 사다리꼴 단면이거나, 정사각뿔대 형상에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 가령 원뿔대, 정팔각뿔대, 정육각뿔대 등 다양한 형상의 마찰 홈이 적용될 수도 있음은 자명하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 케이슨
11: 벽체
12: 폐쇄형 셀
13: 오픈 셀
14: 전후면부재
15: 헌치
16: 저면부재
18: 전단키
19: 보강부
22: 인터셀
30: 채움재
32: 인터록킹 사석
50: 뒤채움재
60: 마찰 돌기
61: 제1마찰면
j: 법선
a: 법선이 수평선과 이루는 각도
62: 제2마찰면
k: 법선
b: 법선이 수평선과 이루는 각도
65: 사이 공간
66: 입구
c: 폭
d: 깊이
67: 끊어진 부위
68: 돌기 측면
69: 개구
70: 마찰 홈
c: 폭
d: 깊이
71: 제1마찰면
j: 법선
a: 법선이 수평선과 이루는 각도
72: 제2마찰면
k: 법선
b: 법선이 수평선과 이루는 각도
80: 마찰 돌기
81: 상부면
j: 법선
a: 법선이 연직선과 이루는 각도
82: 하부면
k: 법선
b: 법선이 연직선과 이루는 각도
85: 사이 공간
86: 입구
c: 폭
d: 깊이
87: 끊어진 부위
88: 돌기 측면
89: 개구
90: 마찰 홈
c: 폭
d: 깊이
91: 상부면
j: 법선
a: 법선이 연직선과 이루는 각도
92: 하부면
k: 법선
b: 법선이 연직선과 이루는 각도

Claims

기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되는 케이슨 구조물로서,
상기 구조물에 사용되는 케이슨은:
상방으로 개방되고 측면은 벽체(11)에 의해 규정되는 폐쇄형 셀(12)과;
이웃하는 케이슨과 마주하는 케이슨 측면에 형성되되, 상방으로 개방되고 안쪽 측면과 전면과 후면은 벽체(11)에 의해 규정되고 이웃하는 케이슨을 바라보는 면의 적어도 일부는 개방된 오픈 셀(13)을 구비하되;
상기 오픈 셀(13)의 안쪽 측면과 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)의 적어도 일부에는 벽체(11)의 표면보다 돌출되는 마찰 돌기(80)가 형성되고,
상기 마찰 돌기(80)는 그 법선(j)이 상방을 향하는 상부면(81)과 그 법선(k)이 하방을 향하는 하부면(82)을 구비하며,
상기 마찰 돌기(80)는 복수 개가 상하 방향으로 이격 배치되고,
상기 오픈 셀(13)이 마주하도록 복수 개의 상기 케이슨(10)이 상기 마운드 상부에 일렬로 설치되고,
각각의 폐쇄형 셀(12)에 채움재(30)가 채워지며,
개방부가 서로 마주하는 두 오픈 셀(13)에 의해 형성되는 인터셀(22) 공간에 지속적으로 플렉시블한 상태를 유지하는 사석이 채워져서, 상기 인터셀(22) 내부의 사석이 이웃하는 두 케이슨을 인터록킹 하도록 하고,
상기 마찰 돌기(80)의 상부면(81)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 마찰 돌기(80)가 형성된 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항하고,
상기 마찰 돌기(80)의 하부면(82)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 인터셀(22)을 이루며 이웃하는 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 연속적으로 연장된 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰 돌기(80)는 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장된 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 3에 있어서,
하부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(80)가 끊어진 부위(87)는, 상부에 배치되어 수평방향으로 단속적으로 연장된 상기 마찰 돌기(80)가 끊어진 부위와 서로 어긋난 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 4에 있어서,
상기 마찰 돌기(80)의 끊어진 부위(87)에 마주하는 돌기측면(88)은 경사면을 이루어서, 끊어진 부위(87)에 의해 형성되는 마찰 돌기(80) 사이의 공간의 개구(89)가 확장된 형태가 되는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도는 0도 이상 45도 이하인 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1에 있어서,
상하 방향으로 이격된 마찰 돌기(80)의 사이 공간(85)의 입구(86)의 폭(c)은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 사이 공간(85)의 깊이(d)는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배인 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되는 케이슨 구조물로서,
상기 구조물에 사용되는 케이슨은:
상방으로 개방되고 측면은 벽체(11)에 의해 규정되는 폐쇄형 셀(12)과;
이웃하는 케이슨과 마주하는 케이슨 측면에 형성되되, 상방으로 개방되고 안쪽 측면과 전면과 후면은 벽체(11)에 의해 규정되고 이웃하는 케이슨을 바라보는 면의 적어도 일부는 개방된 오픈 셀(13)을 구비하되;
상기 오픈 셀(13)의 안쪽 측면과 전면과 후면을 규정하는 벽체(11)의 적어도 일부에는 벽체(11)의 표면보다 함몰되는 마찰 홈(90)이 형성되고,
상기 마찰 홈(90)은 그 법선(j)이 하방을 향하는 상부면(91)과 그 법선(k)이 상방을 향하는 하부면(92)을 구비하며,
상기 마찰 홈(90)은 복수 개가 상하 방향으로 이격 배치되고,
상기 오픈 셀(13)이 마주하도록 복수 개의 상기 케이슨(10)이 상기 마운드 상부에 일렬로 설치되고,
각각의 폐쇄형 셀(12)에 채움재(30)가 채워지며,
개방부가 서로 마주하는 두 오픈 셀(13)에 의해 형성되는 인터셀(22) 공간에 지속적으로 플렉시블한 상태를 유지하는 사석이 채워져서, 상기 인터셀(22) 내부의 사석이 이웃하는 두 케이슨을 인터록킹 하도록 하고,
상기 마찰 홈(90)의 하부면(92)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 마찰 홈(90)이 형성된 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항하고,
상기 마찰 홈(90)의 상부면(91)은, 상기 인터셀(22)에 채워진 사석과 맞물려, 상기 인터셀(22)을 이루며 이웃하는 케이슨이 상방으로 들리는 힘에 저항하는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 8에 있어서,
상기 마찰 홈(90)은 수평 방향으로 연속적으로 연장된 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 8에 있어서,
상기 마찰 홈(90)은 수평 방향으로 단속적(斷續的)으로 연장된 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 8에 있어서,
상기 법선(j, k)과 연직선이 이루는 각도는 0도 이상 45도 이하인 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 8에 있어서,
마찰 홈(90)의 입구의 폭(c)은 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 4 배이고, 마찰 홈(90)의 깊이(d)는 인터셀에 채워지는 사석의 최소 공칭 길이(l)의 1/2 내지 1 배인 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오픈 셀(13)을 규정하는 안쪽 측면에는, 오픈 셀 영역에 사석이 플렉시블하게 채워졌을 때 하중 분산과 마찰력 발생을 위한 전단키(18)가 형성된 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 오픈 셀(13)의 전면의 전방과 후면의 후방에 폐쇄형 셀(12)이 배치되는 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오픈 셀(13)의 하부는 일부 또는 전부 개방된 형태인 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인터셀(22) 공간에 채워지는 사석은 상기 마운드의 사석과 대응하는 규격인 것을 특징으로 하는 케이슨 구조물.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항의 케이슨 구조물을 시공하는 방법으로서,
해저면 상면에 기초사석을 포설하여 마운드를 형성하는 단계;
마운드 상면을 평평하게 고르기하는 단계;
고르기한 마운드 상면에, 상기 오픈 셀(13)이 서로 마주하도록 복수 개의 케이슨(10)을 측방으로 배열하며 정거치하여 인터셀(22)을 형성하는 단계; 및
정거치된 상기 케이슨(10)의 셀(12)에 채움재를 채우고, 상기 인터셀(22)에는 상기 기초사석과 대응하는 규격의 사석을 채워 인터셀(22) 내부의 사석이 마운드의 기초사석과 연결된 상태로 플렉시블하게 유지되도록 하는 단계;를 포함하는 케이슨 구조물 시공 방법.