KR100671289B1 - Earth embankment collapse protection method using a culvert concrete sleeve - Google Patents

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KR100671289B1
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오세용
최봉혁
정희규
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한국건설기술연구원
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Abstract

A method for preventing collapse of an embankment by using a culvert concrete sleeve is provided to protect the embankment against flood by guiding a subsidence interface from a boundary of an inner soil body and an outer soil body. A culvert(100) is supported by a pile foundation(140), and the width of a lower plate of the culvert is expanded to increase the width(B2) of an inner soil body(120). An outer soil body(130) is contacted to the inner soil body, and a new subsidence interface(B) is formed by moving the subsidence interface from a concrete side wall into the outer soil body. Shear strength of the new subsidence interface is increased by engaging the inner soil body with the outer soil body, and earth is compacted by moving the outer soil body from a side wall(110) of the culvert. The collapse of an embankment is prevented by restricting subsidence of the outer soil body or the inner soil body. A sleeve(200) is installed to be projected horizontally from both side walls, and manufactured with the culvert or by using mechanical attachment using an anchor bolt.

Description

배수통문 콘크리트 슬리브를 이용한 하천제방 붕괴방지방법{Earth Embankment Collapse Protection Method using a Culvert Concrete Sleeve}Earth Embankment Collapse Protection Method using a Culvert Concrete Sleeve}

도 1a 및 도 1b는 종래의 하천제방의 설치단면도 및 붕괴 메커니즘을 순서대로 도시한 것이다.1a and 1b show the installation cross-sectional view and the collapse mechanism of the conventional river bank in order.

도 2a 및 도 2b는 종래 및 본 발명의 내부토체와 외부토체의 경계부에 형성된 침하경계면의 위치를 비교 도시한 것이다.Figures 2a and 2b shows the comparison of the position of the settlement boundary surface formed in the boundary between the internal and external soil of the prior art and the present invention.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 슬리브의 실시예들을 도시한 것이다.3A, 3B and 3C illustrate embodiments of the sleeve of the present invention.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 실험결과 그래프를 도시한 것이다.4A, 4B and 4C show graphs of experimental results according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100:확폭된 배수통문인 암거 120:내부토체100: culvert 120 expanded drainage door: internal soil

130:외부토체 B:본 발명의 침하경계면130: external soil B: settlement interface of the present invention

본 발명은 배수통문 콘크리트 슬리브를 이용한 하천제방 붕괴방지방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 집중호우 또는 홍수에 의하여 토체로 축조되는 하천제방의 붕괴 메카니즘을 고려하여 하천제방의 붕괴를 예방할 수 있는 하천제방 붕괴 방지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a river bank collapse prevention method using a drainage door concrete sleeve. More specifically, the present invention relates to a riverbank collapse prevention method that can prevent the collapse of a riverbank in view of the collapse mechanism of the riverbank built by the heavy rain or flood.

최근 태풍 등에 의한 집중호우 등에 의하여 불어난 하천 수위 때문에 용수 등의 목적으로 설치한 하천제방의 붕괴로 큰 수해가 발생하여 그 경제적인 손실이 크게 발생하였다.Recently, due to the heavy rain caused by the typhoon or the like, the water level caused by the collapse of the river bank installed for the purpose of water, etc., caused a great damage and caused great economic losses.

이때 상기 하천제방의 붕괴원인을 조사한 결과, 홍수류의 과대한 유속과 소류력에 의한 하천제방의 세굴, 설계홍수량의 과소책정 또는 과도한 홍수로 인한 수리단면적의 부족, 토석류가 하천으로 유입되어 하천통수단면적이 감소되어 발생하는 하천제방 일부구간의 월류, 하천제방 제체의 단면부족과 누수, 파이핑 및 하천구조물(수문, 배수통문) 접합부의 파괴가 하천제방 붕괴의 대부분의 요인을 차지하고 있음을 알 수 있었으며, 최근에는 특히 하천구조물 접합부와 관련하여 배수통문 붕괴로 인한 하천제방 파괴가 급증하고 있다는 사실을 알 수 있었다.At this time, the cause of the collapse of the river embankment was investigated, and the result of the flooding of the river embankment due to the excessive flow velocity and the small flow force, the underestimation of the design flood, or the lack of the hydraulic cross section due to the excessive flooding, and the soil flow were introduced into the river. It was found that most of the causes of the collapse of the river banks are caused by the overflow of some parts of the river banks, the lack of cross-section of the river banks, and the leakage, piping, and destruction of the pipe structures (water gates and drainage gates). Recently, it has been found that the destruction of river embankments due to the collapse of drainage gates, especially with regard to river structure junctions, has been increasing rapidly.

도 1a는 배수통문(20)이 하천제방(10)을 횡단하여 그 하부에 매설되어 설치된 상태를 단면도 형태로 도시한 것인데, 이러한 배수통문(20)은 폐쇄된 박스체로 제작되어 설치되는 통관형태의 암거(CULVERT)인 수로구조물로서 농업용수의 취득 또는 배수 등의 목적으로 설치하게 된다.Figure 1a is a cross-sectional view showing a state in which the drainage passage 20 is embedded in the lower portion across the river bank 10, this drainage passage 20 is made of a closed box body is installed in a clearance form A waterway structure that is a CULVERT is installed for the purpose of obtaining or draining agricultural water.

이러한 배수통문(20)은 연속적으로 시공되어야 하는 하천제방의 특성에 반하여 배수통문으로 인하여 하천제방 내에 불연속적인 단면을 제공함으로서 제방의 취약부를 형성시켜 하천제방의 안전성을 저하시키는 요인으로 지적되었으며, 이러한 배수통문의 붕괴유형으로서 1)배수통문을 하부에서 지지하도록 설치된 말뚝기초에 의한 배수통문(암거) 하부에 공동 및 유로 발생으로 인한 파괴. 2)보축(하제제방의 보수)에 따른 파괴. 3)배수통문(암거)의 신축 이음부 손상으로 인한 파괴. 4)배수펌프진동 등에 의한 배수통문 하부 공동 및 유로발생으로 인한 파괴 등으로 나누어 볼 수 있으나,The drainage gate 20 has been pointed out as a factor that lowers the safety of the river bank by forming a weak part of the bank by providing a discontinuous cross section in the river bank due to the drainage door, in contrast to the characteristics of the river bank to be constructed continuously. Types of collapse of drainage doors 1) Destruction by the generation of cavities and flow paths in the lower part of drainage doors (ciders) by pile foundations installed to support drainage doors from below. 2) Destruction due to reconstruction (repair of the embankment). 3) Destruction caused by damage to the expansion joint of the drainage gate (culvert). 4) It can be divided into the drainage cavity under the drainage pump vibration, and the destruction caused by the flow path.

특히 연약지반 상에 상기 말뚝기초(30)를 이용하여 설치된 배수통문(20)의 경우에는 도 1b와 같이 암거 주변 지반(외부토체,23)과 말뚝기초 처리된 암거 상단(내부토체,22)의 상대적 침하 차에 의한 배수통문(20) 측벽부(21)의 친밀도(다짐도) 약화, 하이드로릭 플랙처링에 의한 홍수 시 침투수압의 지속적 반복에 의한 상기 측벽부(21) 교란에 의하여 배수통문 하부에 공동(40)이 발생하면서 하천제방의 균열(CRACK)이 발전하여 하천제방 제체 내 큰 공동(50)이 형성됨으로서 결국 하천제방이 최종 붕괴되는 메커니즘을 따르고 있음이 알려져 있으며, 이러한 배수통문 붕괴 주요요인은 1) 외부토체/내부토체 사이의 상대적 침하경계면(A,취약부)발생, 2) 홍수 시 상대적 침하경계면(A,취약부)에 침투수압에 의한 교란(하이드로릭 플랙처링), 3)콘크리트/흙으로 구성된 측벽부 친밀도 약화에 따른 전단저항력 감소 등 이라고 볼 수 있어, 상기 침하경계면에 해당되는 배수통문의 측벽부의 효율적인 처리여부는 하천제방 붕괴를 예방 또는 방지할 수 있는 주요인자라 할 수 있다.Particularly, in the case of the drainage door 20 installed using the pile foundation 30 on the soft ground, the ground around the culvert (external soil, 23) and the top of the culvert treated with the pile foundation (inner soil, 22) as shown in FIG. The intimacy (compactness) of the side wall portion 21 of the drainage passage 20 due to the relative settlement difference is reduced, and the side wall portion 21 is disturbed by the continuous repetition of the infiltration water pressure during flooding due to hydrodynamic flexing. It is known that the crack 40 of the bank embankment develops as the cavity 40 is generated and a large cavity 50 is formed in the bank embankment, which eventually follows the mechanism of the final collapse of the bank embankment. 1) Relative settlement boundary (A, weakness) occurs between external soil and internal soil, 2) Disturbance due to infiltration water pressure (Hydraulic fracture), relative to settlement surface (A, weakness) during flooding, 3) Concrete / soil Side We can see that the shear resistance decreases according to the weakened portion, such as familiarity, and effective treatment if the side wall of the drainage tongmun corresponding to the boundary surface subsidence may grow main factor that can prevent or avoid the river banks collapse.

이에 이러한 배수통문의 붕괴를 방지하기 위하여, 종래 소개된 방법으로서, 1)배수통문 주변 성토재료 선정 및 다짐규정을 개선. 2)배수통문의 종단 설계 의무화를 규정. 3)배수통문의 하부를 지지하는 말뚝기초의 사용을 억제. 4)보축 시 안전진단을 필히 수행하는 등의 방법이 강구되었으나, 이들 모두 근본적인 배수통문 붕괴 방지를 위한 해결책이 될 수 없다는 문제점이 지적되었다. Therefore, in order to prevent the collapse of the drainage door, as a conventionally introduced method, 1) improved the selection of fill material and compaction regulations around the drainage door. 2) Mandatory end design of drainage doors. 3) Suppress the use of pile foundations supporting the lower part of drainage doors. 4) Although methods such as safety diagnosis must be carried out during the restoration, it was pointed out that neither of them could be a solution to prevent the collapse of the drainage gate.

이에 본 발명의 목적은 암거형태의 배수통문의 측벽부가 하천제방의 붕괴 메커니즘 선상에 위치하지 않도록 함으로써, 하천제방의 주요 붕괴요인을 근본적으로 제거하되, 가장 경제적이고 효율적인 하천제방 붕괴방지 수단을 제공하는 것이라 할 수 있다.Accordingly, an object of the present invention is to prevent the side wall portion of the culvert-type drainage gate from being located on the collapse mechanism of the river bank, thereby essentially eliminating the main factors of collapse of the river bank, while providing the most economical and efficient means of preventing the bank bank collapse. It can be said.

본 발명은 상기 기술적과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the above technical problem,

하부면이 지반 또는 기초파일에 지지되어 하천제방을 관통하여 그 하부에 매설되는 암거를 포함하는 폐쇄된 박스체인 배수통문에 있어서,In the closed box chain drainage door comprising a culvert supported by the ground or foundation pile and penetrates the river bank and is buried beneath it;

상기 배수통문 상단 전체 폭의 상부에 위치한 내부토체와 내부토체를 제외한 배수통문 주변에 위치한 외부토체의 경계부에 해당되는 배수통문 측벽부의 침하경계면을 배수통문 측벽부로부터 외부토체 측으로 임의로 이동시키기 위하여, 상기 배수통문의 측벽부를 확폭시켜 내부토체 폭을 함께 확폭시키되, 상기 측벽부 확폭은 배수통문의 양 측벽부로부터 돌출된 슬리브를 별도로 형성시켜 이루어지도록 하였다.In order to move the settlement boundary surface of the drainage door side wall portion corresponding to the boundary of the internal soil located in the upper portion of the upper portion of the total width of the drainage passage and the external soil located around the drainage door except the internal soil, from the drainage door sidewall portion to the external soil side, By expanding the side wall portion of the drainage door to expand the width of the internal soil together, the side wall widening was made by separately forming a sleeve protruding from both sidewall portions of the drainage door.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 배수통문 콘크리트슬리브를 이용한 하천제방 붕괴방지방법의 작용에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter will be described in detail the operation of the river bank collapse prevention method using a drainage door concrete sleeve according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 종래의 배수통문(20)인 폐쇄된 박스체인 암거의 내부토체(22) 및 외부토체(23)를 본 발명의 확폭된 암거(100)에 의하여 형성된 내부토체(120) 및 외부토체(130)와 비교 도시한 것이다.2A and 2B illustrate an internal soil body 120 and an external soil body 23 of a closed box-chain culvert, which is a conventional drainage passage 20, formed by the widened culvert 100 of the present invention. Compared with the external soil 130 is shown.

즉, 상기 도 2a에서 확인되는 종래 배수통문(20) 내부토체(22)의 경우에는 배수통문 하부에 설치되는 말뚝기초(30) 등으로 인하여 지지되어 상대적으로 침하가 발생되기 어려운 반면, 외부토체(23)의 경우에는 아무런 지지수단이 없으므로 시간이 경과함에 따라 침하가 발생되기 쉬어, 특히 내부토체(22)와 외부토체(23)의 경계부는 상대적 침하가 발생하기 용이한 부위가 된다.That is, in the case of the conventional drainage passage 20, the internal soil 22 identified in Figure 2a is supported by the pile foundation 30, etc. installed in the drainage drainage lower portion, while relatively less settling occurs, the external soil ( In the case of 23), since there is no support means, settlement is likely to occur over time, and in particular, the boundary between the internal soil 22 and the external soil 23 becomes a site where relative settlement occurs easily.

또한 상기 경계부는 통상 배수통문의 콘크리트 측벽부와 토사인 외부토체와의 경계부와 일치하게 되므로 배수통분의 측벽부를 구성하는 콘크리트 표면과 흙 입자는 서로 기계적 물림작용이 발현되기 어렵기 때문에 더욱 상대적 침하가 이루어지기 쉬운 침하경계면(A)을 이루게 되며,In addition, since the boundary portion is generally coincident with the boundary between the concrete sidewall portion of the drainage passage and the external soil soil, the concrete surface and the soil particles constituting the sidewall portion of the drainage portion are less likely to have a mechanical bite effect, so that the relative settlement is more significant. It is easy to achieve a settlement boundary surface (A),

상기 침하경계면(A)을 기준으로 그 주변에 위치한 외부토체(23)는 시공상 다짐이 어려워 흙 입자간의 전단강도도 매우 저하되어 있으므로 더더욱 상대적 침하발생 가능성이 높게 되며,External soil 23 located in the vicinity of the settlement boundary surface (A) is difficult to compact during construction, the shear strength between the soil particles is also very low, so the possibility of relative settlement is higher.

홍수 시 침투수압에 의한 교란이 더 가해지는 경우 도 1b와 같이 배수통문 하부에 공동(50)이 크게 발생함으로서 결국 하천제방이 붕괴되게 된다.In the case of further disturbance caused by the infiltration water pressure during flooding, as shown in FIG. 1B, the cavity 50 is greatly generated in the lower portion of the drainage gate, resulting in the collapse of the river bank.

따라서, 배수통문이 설치된 하천제방 붕괴의 결정적인 요인은 상기 침하경계면(A)이 배수통문(20)의 측벽부(21)에 해당하는 내부토체(22)와 외부토체(23)의 경계면에 형성되기 때문이라고 볼 수 있다.Therefore, the decisive factor of the collapse of the river embankment in which the drainage passage is installed is that the settlement boundary surface A is formed at the boundary between the internal soil 22 and the external soil 23 corresponding to the side wall portion 21 of the drainage passage 20. It may be because.

이에 상기 침하경계면(A)이 배수통문의 측벽부에 해당하는 내부토체와 외부토체의 경계면이 아닌 다른 위치로 유도하여 이동시킬 수 있다면 하천제방의 붕괴를 근본적으로 방지할 수 있다.Accordingly, if the settlement boundary A can be induced and moved to a position other than the boundary between the internal soil and the external soil corresponding to the side wall of the drainage gate, the collapse of the river bank can be fundamentally prevented.

이에 본 발명에서는 도 2b와 같이 말뚝기초(140) 등으로 인하여 지지된 배수통문(100)인 암거의 저판폭을 확폭시켜 상기 확폭에 따라 내부토체(120)의 폭(B2)이 도 2a의 내부토체(22)의 폭(B1)보다 커질 수 있도록 하였으며, 이에 따라 외부토체(130)도 확폭된 내부토체(120)와 접하여 형성될 수 있도록 하였다.Accordingly, in the present invention, the width of the bottom plate of the culvert, which is the drainage passage 100 supported by the pile foundation 140 and the like, as shown in FIG. 2B, thereby widening the width B2 of the internal soil 120 according to the widening. It was to be larger than the width (B1) of the soil body 22, so that the external soil body 130 was also formed in contact with the widened inner soil body 120.

결국, 콘크리트 측벽부에 위치한 종래의 침하경계면(A)은 외부토체(130) 쪽으로 유도되어 이동됨으로서 새로운 침하경계면(B)이 형성되며, 이러한 새로운 침하경계면(B)은 내부토체(120)와 외부토체(130)의 흙입자 간의 결합으로 인한 기계적 물림작용(전단강도)을 충분히 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 외부토체(130)가 배수통문(100)인 암거 측벽부(110)로부터 이격되어 위치함으로서 기계적 수단을 이용한 다짐이 용이하여 전단강도 저하 현상이 방지될 수 있어 내부토체(120)와 외부토체(130)의 상대적 침하 발생요인을 현저하게 줄일 수 있게 된다.As a result, the conventional settlement boundary surface A positioned in the concrete sidewall portion is guided and moved toward the exterior soil 130, thereby forming a new settlement boundary surface B. The new settlement boundary surface B is formed of the internal soil 120 and the exterior. Not only can the mechanical bite effect (shear strength) due to the coupling between the soil particles of the soil body 130, but also the external soil body 130 is mechanically located by being spaced apart from the culvert side wall portion 110, which is the drainage door 100. The compaction using means can be easily prevented to reduce the shear strength, thereby significantly reducing the relative settlement factors of the internal soil 120 and the external soil 130.

이로서 종래의 내부토체(120)와 외부토체(130)의 상대적인 침하 등으로 인한 하천제방의 붕괴를 단지 배수통문인 암거의 저판확대만을 통해서 방지할 수 있게 된다.As a result, the collapse of the river bank due to the relative settlement of the conventional internal soil 120 and the external soil 130 can be prevented only through the expansion of the bottom plate of the culvert which is the drainage gate.

<배수통문의 확폭의 실시예><Example of Widening Drainage Door>

도 3a, 도 3b 및 도 3는 본 발명의 배수통문(100) 확폭을 위한 실시예들을 도시한 것이다.3A, 3B and 3 illustrate embodiments for widening the drainage gate 100 of the present invention.

이러한 배수통문 확폭은 배수통문인 암거를 제작할 때, 양 측벽부로부터 수평방향으로 돌출되도록 슬리브(200)를 설치함으로써 가능하게 되는데, 이러한 슬리브(200)는 달리 재질적 제한(강재, 콘크리트 등)은 없으나 콘크리트 암거 제작 시 일체로 함께 제작해도 상관없으며, 앵커볼트 등을 이용한 기계적 부착수단을 이용해도 상관은 없다.Such drainage door expansion can be made by installing a sleeve 200 to protrude horizontally from both side walls when manufacturing a culvert that is a drainage door, the sleeve 200 is otherwise material restrictions (steel, concrete, etc.) However, when manufacturing concrete culverts, it does not matter even if it is produced integrally, it does not matter even if you use a mechanical attachment means, such as anchor bolts.

도 3a는 배수통문(100)인 암거의 저판부(하부플랜지부)에 상기 슬리브(200)를 형성시킨 예를 도시한 것으로서 상기 슬리브는 암거와 일체로 수평으로 돌출되어 있음을 알 수 있다. 이러한 슬리브(200)는 수평이 아닌 경사진 형태로 형성될 수 있으며, 이는 내부토체 및 외부토체의 부피 및 하천제방의 폭에 따라 변경이 가능하다고 할 것이다.3A illustrates an example in which the sleeve 200 is formed on the bottom plate portion (lower flange portion) of the culvert, which is the drainage door 100, and the sleeve may protrude horizontally integrally with the culvert. The sleeve 200 may be formed in an inclined shape rather than horizontal, which may be changed depending on the volume of the internal soil and the external soil and the width of the river bank.

도 3b는 상기 슬리브(200)가 배수통문(100)인 암거의 측벽부 중간부위에 설치되는 경우를 도시한 것이며,Figure 3b is a case where the sleeve 200 is installed in the middle portion of the side wall portion of the culvert that is the drainage door 100,

도 3c는 상기 슬리브(200)가 배수통문(100)인 암거의 측벽부 상부에 설치되는 경우를 도시한 것이다.3c illustrates a case in which the sleeve 200 is installed on the side wall portion of the culvert that is the drainage door 100.

이때, 상기 슬리브(200)의 돌출길이는 암거의 크기 등을 고려하여 정할 수 있으나, 본 발명의 실험에 의하면 암거의 배수통문의 전체폭(D)을 기준으로 0.8D로 형성시키되 최소 50㎝를 확보하는 경우가 가장 바람직하였다.At this time, the protruding length of the sleeve 200 may be determined in consideration of the size of the culvert, etc., but according to the experiment of the present invention, the width of the culvert may be 0.8D based on the total width (D) of the drainage door, but at least 50 cm It was most preferable to secure.

본 발명의 기술적 효과 실험을 아래에서 살펴보도록 한다.The technical effect experiment of the present invention will be described below.

가. 실험 장비 및 재료end. Laboratory equipment and materials

(1) 실험장비(1) experimental equipment

본 발명의 실험에 사용된 주요 장비로는 모형토조, 강사장치, 모형암거, 저판 확폭을 위한 플레이트 및 침하유도장치 등이 있다. 여기서 실험에 사용된 모형 토조는 140cm× 102cm× 90cm 크기의 철제 박스를 이용하였으며, 박스의 전면은 15cm 간격의 그리드가 표시되어 있는 투명아크릴을 이용하여 암거의 설치, 성토 및 모형지반의 침하에 따른 거동을 측정할 수 있도록 하였다.The main equipment used in the experiment of the present invention includes a model forging, instructor device, model culvert, a plate for widening the bottom plate and the settlement guide device. The model earthwork used in the experiment was a 140cm × 102cm × 90cm steel box, and the front of the box was made of transparent acrylic with grids of 15cm intervals. The behavior can be measured.

또한, 모형토조내의 모래 포설은 강사장치를 이용하여, 토조 내 균질한 단위중량을 가질 수 있도록 모래성토시 일정한 낙하높이를 유지하였다. 이때 강사장치는 모형토조의 내부치수와 동일한 130× 100× 40cm의 크기로 제작되었다.In addition, sand laying in the model soil was maintained using a instructor device to maintain a constant drop height during sand laying so as to have a uniform unit weight in the soil. At this time, the instructor device was manufactured with the size of 130 × 100 × 40cm, which is the same as the internal dimensions of the model soil.

한편, 실험에 사용된 모형암거 및 저판 확폭을 위한 플레이트의 재질은 실제 현장에서 철근콘크리트의 강성이 지반에 비해 상대적으로 매우 큰 것을 고려하여 철제를 이용하여 제작하였다. Kojiro 등(1995)은 강성암거에 작용하는 토압특성을 규명하기 위한 원심모형실험을 수행하였으며, 이때 상사비율을 1:5로 제안하였다. On the other hand, the material of the plate for the model culvert and the bottom plate widening used in the experiment was made of steel in consideration of the fact that the rigidity of the reinforced concrete in the actual site is relatively large compared to the ground. Kojiro et al. (1995) performed a centrifugal model test to investigate the earth pressure characteristics acting on stiff culverts and proposed a similar ratio of 1: 5.

본 실험에서 암거의 크기는 Kojiro 등(1995)의 연구결과를 참조하여 암거의 내경과 암거 상부지반은 치수비를 약 1:5(14 : 70(cm))로 설정함으로써 실제 현장의 1.5m~2.0m 높이의 배수통문에 7.5m~10.0m의 제방고를 가진 하천제방 배수통문을 모사하도록 하였다. In this experiment, the size of the culvert is based on the results of Kojiro et al. (1995), and the inner diameter of the culvert and the upper base of the culvert are set to a dimension ratio of about 1: 5 (14:70 (cm)) to 1.5 m ~ It is designed to simulate the river bank drainage drainage with 7.5m ~ 10.0m bank height on the drainage gate of 2.0m height.

한편, 저판 확폭을 위한 플레이트(슬리브에 해당)는 모형암거의 전체폭(D)에 비례하여 0.2D, 0.4D, 0.6D, 0.8D, 1.0D로 변화시켰다.On the other hand, the plate for the bottom plate widening (corresponding to the sleeve) was changed to 0.2D, 0.4D, 0.6D, 0.8D, 1.0D in proportion to the overall width (D) of the model culvert.

침하유도장치는 배수통문 기초지반의 침하를 모사하기 위해 철제판을 이용, 기계적인 방법으로 1.5cm~4.5cm의 침하량을 단계적으로 유발시킬 수 있다. Settlement induction system can induce the settlement of 1.5cm ~ 4.5cm by mechanical method by using steel plate to simulate settlement of foundation ground of drainage door.

(2) 재료: 모래 및 슬래그 시료 (2) Material: sand and slag sample

본 실험에 사용한 뒤채움용 모래시료는 우리나라 주문진 지역에서 채취되는 비중 2.63, 내부마찰각 35°, 최대다짐밀도 1.68t/m3인 주문진 규사를 이용하였다. The backfill sand samples used in this experiment were Jumunjin silica sand with specific gravity 2.63, internal friction angle 35 ° and maximum compaction density 1.68t / m3.

모형토조실험은 다짐밀도에 따라 암거 상부에 성토되는 표준모래의 특성을 조사하기 위하여 여러 단계의 낙하고에 대해 상대 다짐도를 측정하였다. 이때 낙하고 변화에 따른 모래시료의 단위중량은 80cm 이상인 경우 낙하높이에 무관한 것으로 나타났다. Model soil experiments measured relative compaction of several stages of fall to investigate the characteristics of the standard sand deposited on the top of the culvert according to the compaction density. At this time, if the unit weight of the sand sample according to the drop and change is more than 80cm, it is found that it is irrelevant to the drop height.

한편, 모형토조실험에 이용된 낙하높이는 낙하고 50cm, 상대다짐도 87.5%를 기준으로 하였다. 이때, 모형토조실험 중 모래시료의 함수비는 표면건조상태로서 2.0%~3.0% 정도로 유지시켰다.On the other hand, the drop height used for the model soil test was 50cm and the relative compaction was 87.5%. At this time, the water content of the sand sample during the model soil experiment was maintained as 2.0% ~ 3.0% as the surface dry state.

또한, 본 실험에서는 선철 작업 시 발생되는 슬래그 시료가 모형통문 주변의 침하특성을 시각적으로 보여주기 위하여 사용되었다. In addition, in this experiment, slag sample generated during pig iron work was used to visually show the settlement characteristics around the model gate.

나. 모형토조 실험방법I. Model soil test method

모형토조실험은 모형암거, 저판 확폭을 위한 플레이트 및 침하유도장치 설치, 암거상부의 단계별 모래 및 슬래그 포설, 단계별 침하 유도 및 침하량 계측 등의 순으로 수행되었다. 이때 침하량 계측은 암거주변지반의 침하를 유도한 후 상부지반 전체 및 각 높이별 15cm 간격으로 암거측면 8개 지점의 침하량을 측정하는 방식으로 수행되었다. Model soil experiments were carried out in the following order: model culvert, installation of plate and settlement guide for widening the bottom plate, sand and slag installation step by step, immersion induction and measurement of settlement. At this time, the measurement of settlement amount was performed by measuring settlement of eight culvert sides at 15cm intervals for the entire upper ground and each height after inducing settlement of the surrounding ground.

(1) 모형토조 내부구조물 설치(1) Installation of internal structure of model soil

모형토조 내부구조물은 앞서 언급한 바와 같이 모형암거, 암거 저판 확폭을 위한 플레이트, 기초지반 침하를 모사하기 위한 침하유도장치 등이 있다. 각 구조물의 설치 순서는 먼저 모형토조 내부에 침하유도장치를 설치한 후, 양 측면에 저 판 확폭 플레이트를 부착한 모형암거를 설치하는 순이다.As mentioned above, the model soil internal structure includes a model culvert, a plate for widening the culvert bottom plate, and a settlement guide device for simulating foundation ground subsidence. The order of installation of each structure is to install sinking induction equipment inside the modeling soil first, and then install model culverts with low plate widening plates on both sides.

(2) 모래 채움 및 슬래그 포설 (2) sand filling and slag laying

모래 채움 및 슬래그는 실험실 내에 설치되어 있는 크레인에 강사기를 거치하여 낙하높이를 지표면에서 50cm 높이로 일정하게 하여 모래를 포설 한 후 모형토조 높이 16cm, 30cm, 50cm, 70cm 지점에 4cm 두께의 슬래그를 겹침 포설하였다. Sand filling and slag are mounted on the crane installed in the laboratory, and the drop height is fixed to 50cm from the ground, sand is laid, and 4cm-thick slag is overlapped at 16cm, 30cm, 50cm, and 70cm height of the model soil. Installed.

(3) 실험 내용 (3) Experiment contents

연약지반상 말뚝기초된 암거의 상대적 침하에 따른 외부토체/내부토체 발현 메카니즘과 저판확폭 효과를 분석하기 수행된 실험내용을 보여준다. 본 실험은 <표 1>에서 보듯이 외부토체/내부토체 유발 침하량(1.5cm, 3.0cm, 4.5cm) 변화에 따른 암거의 저판확폭(0.0D, 0.2D, 0.4D, 0.6D, 0.8D, 1.0D)별 효과를 평가,분석하였다.Experimental results are presented to analyze the effect of external soil / internal soil expression mechanism and platelet expansion on the relative settlement of pile-based culverts on soft ground. As shown in <Table 1>, the lower plate width (0.0D, 0.2D, 0.4D, 0.6D, 0.8D, 1.0D) effects were evaluated and analyzed.

<표 1> 저판확폭효과 분석을 위한 실험내용<Table 1> Experimental Contents for Analysis of Low Plate Expansion Effect

암거저판Culvert 변화인자Change factor 비고Remarks 유U 0.2D,0.4D,0.6D,0.8D,1.0D0.2D, 0.4D, 0.6D, 0.8D, 1.0D 암거 주변지반 유발 침하량 : 1.5cm, 3.0cm, 4.5cmCultivated subsurface ground subsidence: 1.5cm, 3.0cm, 4.5cm 무radish 0.0D0.0D

※ D: 암거의 전체폭※ D: width of culvert

다. 실험 결과 및 분석All. Experiment Results and Analysis

(1) 유발 침하량 변화에 따른 외부토체/내부토체 침하특성(1) External Soil / Internal Soil Settlement Characteristics According to Induced Settlement Change

도 4a 및 도 4b에서는 기존 배수통문의 저판 형태인 저판확폭이 없는 경우(0.0D)와 저판확폭된 경우(0.4D)의 유발 침하별 수평거리-연직침하량 관계 곡선을 보여준다. 유발 침하량 변화에 따른 외부토체/내부토체의 침하특성은 도 4a 및 도 4b에서 보듯이 유발침하량이 커질수록 저판확폭 유무에 상관없이 암거 주변의 침하 의 경우 암거 거리별로 암거 직상단과 같이 침하량이 없는 부분(내부토체,Ⅰ구간),침하의 변곡이 발생되는 구간(외부토체,Ⅱ구간), 멀리 떨어져서 최대 균등침하량이 발생하는 구간(외부토체,Ⅲ구간) 등으로 구분되어 침하량이 커지는 것으로 나타났다. 4A and 4B show a horizontal distance-vertical settlement relationship curve for each induced settlement in a case where there is no bottom plate widening (0.0D) and a bottom plate widening (0.4D). As shown in Figs. 4A and 4B, the settlement characteristics of the external soil / internal soil according to the induced settlement change are as follows. Subsidence (internal soil, section I), inflection of settlement (outer soil, section II), and the largest equal settlement in the distance (outer body, section III) appeared to be increased.

특히 유발 침하량 변화는 유발침하량이 커질수록 침하의 변곡이 발생되는 Ⅱ구간의 변곡 곡률을 크게 유발시켜 토체내 변곡에 따른 전단응력을 발생시켜 흙의 파괴를 유발시키고, 반면에 I구간 및 Ⅲ구간의 경우 수직방향만의 변형(침하) 및 압축이 발생함으로써 토체내 전단응력의 유발이 없는 관계로 흙의 파괴가 발생되지 않는다.In particular, the induced settling change caused the inflection curvature of the Ⅱ section where the settling inflection increased as the induced settling amount increased, causing the shear stress according to the inflection of the soil, causing the destruction of soil. In this case, the deformation (settling) and compression of only the vertical direction occur, so that the destruction of soil does not occur because there is no induction of shear stress in the soil body.

본 실험은 말뚝 주변의 상대적 침하가 발생한 경우 침하의 변곡이 발생되는 Ⅱ구간이 진전되어 침투가 용이한 토체영역이 침하량에 따라 점진적으로 형성된다는 것을 실증적으로 보여준다. 따라서 말뚝 시공된 배수통문은 물의 침투인 경로인 Ⅱ구간 영역의 확장의 최소화 및 친밀도에 문제가 있는 암거 측벽부로부터 멀리 떨어뜨릴 구조적 방안을 모색하여야 한다.This experiment empirically shows that when the relative settlement of piles occurs, the section II where the inflection of settlement occurs is developed and the soil area which is easily penetrated is gradually formed according to the amount of settlement. Therefore, the piled drainage door should be sought to find a structural method to keep away from the culvert side wall which minimizes the expansion of section II, which is the path of water penetration, and the intimacy.

(2) 암거 저판확폭 변화에 따른 외부토체/내부토체 침하특성 (2) Settlement Characteristics of External and Internal Soils with Culvert Plate Expansion

도 4c에서는 최대 침하량(4.5cm)시 암거 저판확 폭 변화별 수평거리-연직침하량 관계 곡선을 보여준다. 암거 저판확폭 변화에 따른 외부토체/내부토체의 침하특성은 도 4c와 같이 저판확폭이 커질수록 침하의 변곡이 발생되는 Ⅱ구간(침투영역)의 곡률(인장응력 발생)이 작아지고, 내부토체 영역이 커져 암거측벽부로부터 Ⅱ구간 발생 거리가 멀어지는 특성을 나타냈다.Figure 4c shows a horizontal distance-vertical settlement relationship curve for each culvert bottom plate width change at the maximum settlement (4.5cm). Settling characteristics of the external soil / internal soil according to the change of the culvert bottom plate are as shown in FIG. 4C. As the bottom plate width increases, the curvature (generation stress generation) of section II (infiltration area) where the inflection of settlement occurs is reduced, and the internal soil area is reduced. As a result, the distance from the culverted side wall part to the section II generation distance was large.

이러한 경향은 암거의 연직하중계수(α)의 결정시 성토높이(H)/암거의 전체폭(D)의 비 관계에서 알 수 있듯이 D가 커질수록 따라 작용 설계하중이 작아지는 경향(아칭영역이 커져서 내부토체의 분담하중이 작아지는 경향)과 일치한다. 즉 암거 저판확폭효과는 변곡 곡률을 작게 하는 경향은 있으나, 변곡영역을 확산시킨다는 것을 특성에 기인한다.This tendency is indicated by the ratio of fill height (H) to total width (D) of the culvert in determining the vertical load coefficient (α) of the culvert. Larger, tending to reduce the shared load of the internal soil. That is, the culvert bottom plate widening effect tends to reduce the inflection curvature, but is due to the characteristic that the inflection region is diffused.

한편, 암거 저판확폭 효과는 암거 저판확폭 크기가 클수록 즉, 0.8D 및 1.0D에서 가장 좋은 특성을 보였다. 그러나 최적 암거 저판확폭 길이는 저판확폭 길이가 클수록 그 효과가 클지라도 시공 시 다짐 어려움 영역의 크기(통상 1m 미만) 및 저판 확폭에 따른 말뚝의 시공비 등을 고려하여 50cm~80cm 정도가 바람직할 것으로 판단된다.On the other hand, the culvert bottom plate widening effect showed the best characteristics at the larger culvert bottom plate width, that is, 0.8D and 1.0D. However, the optimal culvert bottom plate length is preferably 50cm ~ 80cm considering the size of the compaction area (usually less than 1m) and the construction cost of piles according to the bottom plate width, although the effect of the bottom plate width is greater. do.

이러한 실험에 의하여 본 발명의 확포부가 형성된 배수통문인 암거 제작은 다른 어떤 수단과 비교하여 경제적이면서도, 보다 효율적으로 하천제방의 붕괴 메커니즘을 고려한 붕괴방지 수단을 제공할 수 있게 된다.By the experiment, the culvert, which is a drainage passage formed with the expansion part of the present invention, can provide an anti-collapsing means in consideration of the collapse mechanism of the river bank more economically and more efficiently than any other means.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.

Claims (4)

하부면이 지반 또는 기초파일에 지지되어 하천제방을 관통하여 그 하부에 매설되는 암거를 포함하는 폐쇄된 박스체인 배수통문에 있어서,In the closed box chain drainage door comprising a culvert supported by the ground or foundation pile and penetrates the river bank and is buried beneath it; 상기 배수통문 상단 전체 폭의 상부에 위치한 내부토체와 내부토체를 제외한 배수통문 주변에 위치한 외부토체의 경계부에 해당되는 배수통문 측벽부의 침하경계면을 배수통문 측벽부로부터 외부토체 측으로 임의로 이동시키기 위하여, 상기 배수통문의 측벽부를 확폭시켜 내부토체 폭을 함께 확폭시키되, 상기 측벽부 확폭은 배수통문의 양 측벽부로부터 돌출된 슬리브를 별도로 형성시켜 이루어지도록 하며, 상기 슬리브의 확폭 길이(L)는 50㎝≤L≤0.8D(D:배수통문의 전체폭)로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 배수통문 콘크리트 슬리브를 이용한 하천제방 붕괴방지방법.In order to move the settlement boundary surface of the drainage door side wall portion corresponding to the boundary of the internal soil located in the upper portion of the upper portion of the total width of the drainage passage and the external soil located around the drainage door except the internal soil, from the drainage door sidewall portion to the external soil side, By expanding the side wall portion of the drainage door to expand the internal soil width together, the side wall part widening is to be formed by forming a sleeve protruding from both side wall portions of the drainage door separately, the length (L) of the sleeve 50cm≤ L≤0.8D (D: full width of the drain door) to prevent the collapse of the river bank using a drainage door concrete sleeve, characterized in that formed. 제 1항에 있어서, 상기 슬리브는 배수통문인 암거의 상단부, 중간부 및 하단부 중 어느 하나로부터 돌출되는 슬리브로서 상기 슬리브는 암거 제작 시 일체로 제작될 수 있는 것을 특징으로 하는 배수통문 콘크리트슬리브를 이용한 하천제방 붕괴방지방법.According to claim 1, wherein the sleeve is a sleeve protruding from any one of the upper end, the middle and the lower end of the culvert which is the drainage door using the drainage door concrete sleeve, characterized in that the sleeve can be made integrally during fabrication River bank collapse prevention method. 삭제delete 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 슬리브는 콘크리트 블록체로서 수평 또는 경사져 설치되는 것을 특징으로 하는 배수통문 콘크리트슬리브를 이용한 하천제방 붕괴방지방법.3. The method of claim 1 or 2, wherein the sleeve is installed horizontally or inclined as a concrete block body.
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