KR102383735B1 - 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조 및 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조 및 시공 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 상기 케이슨의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태로 구성되고, 인접 케이슨의 벽체의 측면에 구성된 제1채움부와 함께 결합되어 측면에 폐쇄되거나 인접 케이슨의 벽체의 측면과 함께 결합되어 측면이 폐쇄되도록 구성되며, 제1채움재가 채움 시공되는 제1채움부; 및 케이슨의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태로 구성되고, 인접 케이슨의 벽체의 측면에 구성된 제2채움부와 함께 결합되어 측면에 폐쇄되거나 인접 케이슨의 벽체의 측면과 함께 결합되어 측면이 폐쇄되도록 구성되며, 제2채움재가 채움 시공되는 제2채움부;가 제공될 수 있다.

Description

조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조 및 시공 방법{Caisson connection structure and construction method for tidal level difference}
본 발명은 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조 및 시공 방법에 관한 것이다.
안벽, 방파제 등 항만공사에 사용되는 케이슨은 상부가 개방되고 하부는 폐쇄된 대형 함체(函體)로서, 통상 프리캐스트 콘크리트로 육상에서 제작되어 진수 및 예인된 후 내부에 사석 또는 토사 등을 충전하여 침설(沈設)되는 방식으로 설치된다. 케이슨으로 구축되는 안벽, 방파제는 다수의 케이슨이 측방 밀착된 상태로 배열되는 구조물로서, 안벽, 방파제를 통과하는 해수 유통은 완전히 차단되는 구조를 가진다. 이러한 구조물을 소파구조물이라 칭하며, 소파(消波)구조물이란 파랑의 에너지를 소산(消散)시켜 해변 구조물을 보호하기 위한 호안(護岸), 배의 접안을 안정적으로 이루어지도록 하기 위한 안벽(岸壁), 외항의 파랑으로부터 내항을 보호하기 위한 방파제(防波堤) 등을 포함하는 통칭이다. 도 1,2는 안벽에 적용된 케이슨을 도시한 예시, 도 3은 방파제에 적용된 케이슨을 도시한 예시이다.
이러한 소파구조물, 항만구조물로서 활용되는 케이슨은 일반적으로 저판 제작 단계, 벽체 제작 단계, 케이슨 선적 및 인양 단계, 케이슨 거치 단계, 속채움 단계, 덮개 콘크리트 설치 단계, 상치 콘크리트 시공 단계를 거쳐서 제작될 수 있다. 저판 제작 단계는 육상의 케이슨 제작장에서 케이슨의 하부기초를 제작하는 단계이다. 벽체 제작 단계는 제작된 저판 위에 슬립폼 방식(Slip Form) 또는 강재거푸집 방식(Gang Form)으로 벽체를 제작하는 단계이다. 슬립폼 방식(Slip Form)은 거푸집을 연속적으로 이동하면서 콘크리트 하부에서 상부로 점진적 양생하는 방식이고, 강재거푸집 방식(Gang Form)은 기초 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 헌치부 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 벽체 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 들고리 설치, 콘크리트 양생 후 제작완료하는 방식이다. 케이슨 선적 및 인양 단계는 벽체가 완성된 케이슨을 DCL선이나 FD선 선적하여 예인선으로 케이슨 거치 장소까지 이동시키는 단계이다. 케이슨 거치 단계는 면 고르기 및 다짐 작업이 완료된 사석기초에 근고블록을 거치하여 케이슨 설치 위치를 정밀하게 설정한 후 케이슨 내부에 물을 주입해 케이슨을 정위치에 거치하는 단계이다. 속채움 단계는 케이슨 내부 격실에 속채움을 실시하여 케이슨 거치를 완료하는 단계이다. 덮개 콘크리트 설치 단계는 유수실 등의 격실 상부를 폐쇄하는 덮개 콘크리트를 설치하는 단계이다. 상치 콘크리트 타설 단계는 덮개 콘크리트가 설치된 케이슨 상부에 상치 콘크리트를 타설하는 단계이다.
이렇게 정위치에 거치된 케이슨은 케이슨 내부 속채움을 통해 자중을 확보하지고, 이러한 자중 및 인접 케이슨과의 마찰력을 토대로 전방 또는 후방에 대한 지지력을 확보한다.
대한민국 등록특허 10-1708179, 안정성을 높인 케이슨 시공 방법, 한국해양과학기술원 대한민국 등록특허 10-1096094, 중력식 케이슨의 결합방법, 한국해양과학기술원 대한민국 등록특허 10-1727510, 오픈 셀 케이슨 구조물 및 시공 방법, (주) 코이도 대한민국 등록특허 10-1220537, 방파제 케이슨 결합방법, 한국해양과학기술원
정거치된 케이슨의 수평하중과 관련하여, 도 4는 상측에서 바라본 케이슨 사이의 연결부를 도시한 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 정위치에 거치된 케이슨은 케이슨에 작용되는 수평하중으로 정면(해측)에서의 파랑 작용에 따른 파압이나 수압 및 후면(육측 또는 내항측)에서의 뒷채움재에 의한 토압이 작용하게 되고, 이러한 파압과 토압을 케이슨의 자중 및 연결부의 마찰력으로 지지하게 된다. 또는, 방파제 케이슨의 경우에는 케이슨의 정면과 후면에서 파압과 수압이 발생하게 된다.
기존의 해결방안과 관련하여, 도 5는 정거치된 케이슨의 수평하중에 대한 지지력을 향상시키기 위한 기존의 방식을 도시한 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기존에는 정거치된 케이슨의 수평하중을 지지하기 위한 방법으로 (a) 인접한 케이슨끼리 케이블로 고정하는 방법, (b) 인접한 케이슨 사이에 key-block을 적용하는 방법, (c) 케이슨의 연결부를 볼록 또는 오목의 격벽으로 구성하여 지지력을 향상시키는 방법, (d) 케이슨의 연결부에 오픈셀을 구성하여 사석에 의한 인터로크 효과를 이용하는 방법 등을 활용하고 있었다.
하지만, 위와 같은 기존의 해결방안에도 불구하고, 조위치가 큰 해역에서는 케이슨의 정거치 후 이상파랑 내습 시 케이슨이 뒤로 밀리거나 토압에 의해 케이슨이 앞으로 밀리는 문제가 빈번히 발생되고 있었다. 특히, 서해와 같이 조위차가 상당히 큰 해역은 지속적인 수위변동으로 인해 케이슨 배후 매립재 유실 및 잔류수압의 영향으로 케이슨 안정성 및 안전성이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 조위차가 큰 해역에서 케이슨의 수평하중에 대한 지지력을 향상시킬 수 있는 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조 및 시공 방법을 제공하는 데에 있다.
이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.
본 발명의 목적은, 정위치에 거치된 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 형성되는 케이슨 연결부 구조에 있어서, 상기 케이슨의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태로 구성되고, 상기 인접 케이슨의 벽체의 측면에 구성된 제1채움부와 함께 결합되어 측면에 폐쇄되거나 상기 인접 케이슨의 벽체의 측면과 함께 결합되어 측면이 폐쇄되도록 구성되며, 제1채움재가 채움 시공되는 제1채움부; 및 상기 케이슨의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태로 구성되고, 상기 인접 케이슨의 벽체의 측면에 구성된 제2채움부와 함께 결합되어 측면에 폐쇄되거나 상기 인접 케이슨의 벽체의 측면과 함께 결합되어 측면이 폐쇄되도록 구성되며, 제2채움재가 채움 시공되는 제2채움부;를 포함하고, 상기 제2채움부는, 상기 제1채움부의 전방 또는 후방에 구성되며, 상기 제2채움재는, 상기 제1채움재의 입자 크기 또는 공극 크기보다 크기가 작은 입자크기 또는 공극 크기를 갖는 채움재로 구성되고, 상기 제1채움부 및 상기 제2채움부는, 상기 케이슨이 거치된 해역의 저조수위면 아래로 콘크리트 시공되는 것을 특징으로 하는, 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 제공하여 달성될 수 있다.
또한, 상기 제2채움부는 상기 제1채움부의 전방 및 후방에 각각 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제2채움부의 횡단면은 반-육각형으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제2채움부는 상기 제1채움부의 전방 또는 후방에 복수개 구성되고, 상기 제2채움부와 인접한 제2채움부의 사이를 연결하는 이음부;를 더 포함하며, 상기 이음부의 횡단면 너비는, 상기 제2채움부의 횡단면 너비보다 더 좁게 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제2채움부의 내측면에 구성되는 지오텍스타일 튜브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되는 상기 케이슨의 하부기초를 구성하는 저판; 상기 저판 상부에 구성되고, 상방으로는 개방되고 측면은 폐쇄되는 복수개의 격실을 포함하는 벽체; 및 상기 벽체의 측면에 구성되고, 제1항에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 연결부;를 포함하는, 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법에 있어서, 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함한 복수개의 케이슨을 제작하고 정위치에 거치하여 상기 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 연결부를 형성하는 케이슨 정위치 거치 단계; 상기 케이슨과 상기 인접 케이슨의 사이에 형성되는 상기 연결부의 저조수위면 아래에 해당되는 부분에 대하여 콘크리트 시공을 하는 저조수위면 하 콘크리트 시공 단계; 및 콘크리트 시공이 된 연결부의 위에 채움재를 채움시공하는 저조수위면 상 채움재 시공 단계;를 포함하고, 상기 연결부는 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 일구성인 제1채움부 및 제2채움부를 포함하며, 상기 저조수위면 상 채움재 시공 단계에서, 상기 제1채움부는 제1채움재를 채움시공하고, 상기 제2채움부는 상기 제1채움재의 입자 크기 또는 공극 크기보다 크기가 작은 입자크기 또는 공극 크기를 갖는 제2채움재를 채움시공하는 것을 특징으로 하는, 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법을 제공하여 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은, 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함한 케이슨의 시공방법에 있어서, 케이슨 제작장에서 저판을 제작하고, 제작된 저판 위에 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함한 벽체를 제작하는 벽체 제작 단계; 면 고르기 및 다짐 작업이 완료된 사석기초에 근고블록을 거치하여 케이슨 설치 위치를 설정한 후, 상기 벽체의 내부에 물을 주입해 상기 저판 및 상기 벽체를 상기 케이슨 설치 위치의 정위치에 거치하여 상기 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 연결부를 형성하는 케이슨 거치 단계; 상기 벽체의 격실에 속채움을 실시하여 상기 벽체의 거치를 완료하는 속채움 단계; 상기 케이슨과 상기 인접 케이슨의 사이에 형성되는 상기 연결부의 저조수위면 아래에 해당되는 부분에 대하여 콘크리트 시공을 하는 저조수위면 하 콘크리트 시공 단계; 콘크리트 시공이 된 연결부의 위에 채움재를 채움시공하는 저조수위면 상 채움재 시공 단계; 및 상기 벽체의 상부에 상치 콘크리트를 타설하는 상치 콘크리트 타설 단계;를 포함하고, 상기 연결부는 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 일구성인 제1채움부 및 제2채움부를 포함하며, 상기 저조수위면 상 채움재 시공 단계에서, 상기 제1채움부는 제1채움재를 채움시공하고, 상기 제2채움부는 상기 제1채움재의 입자 크기 또는 공극 크기보다 크기가 작은 입자크기 또는 공극 크기를 갖는 제2채움재를 채움시공하는 것을 특징으로 하는, 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨의 시공방법을 제공하여 달성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.
첫째, 기존의 방식으로는 조위차가 큰 해역에서 케이슨에 이상파랑 내습 시 또는 배후면 토압으로 인한 케이슨 거동이 발생되는데, 본 발명의 일실시예에 따르면 마찰력으로 인한 충분한 전단저항력을 확보하여 하중분산 효과로 인한 파압 및 토압에 대한 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 효과가 발생된다.
둘째, 서해처럼 조위차가 큰 해역은 지속적인 수위변동으로 인한 케이슨 연결부 채움재 및 배후 매립재의 유실 발생가능성이 있으며 이로 인한 케이슨 활동 안전성 저하 발생되는데, 본 발명의 일실시예에 따르면 자갈, 콘크리트, 사석 등으로 이루어진 n중 필터링시스템으로 조위차에 대응하여 연결부 채움재 유실 방지 효과가 발생된다.
셋째, 기존의 방식으로는 조위차 큰 해역에서의 안전율 확보를 위해 케이슨 자중 확보 필요한데, 본 발명의 일실시예에 따르면 활동저항력의 증가로 일반케이슨 대비 케이슨의 자중을 줄일 수 있어 경제성 확보 가능한 효과가 발생된다.
넷째, 조위차가 큰 해역에서는 조위차에 의한 케이슨 배후면의 잔류 수압 과다로 케이슨 거동 발생되는데, 본 발명의 일실시예에 따르면 저조수위면 상부는 공극이있는 사석채움으로 잔류수위를 최소화하여 안정성이 증대되는 효과가 발생된다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1,2는 안벽에 적용된 케이슨을 도시한 예시,
도 3은 방파제에 적용된 케이슨을 도시한 예시,
도 4는 상측에서 바라본 케이슨 사이의 연결부를 도시한 모식도,
도 5는 정거치된 케이슨의 수평하중에 대한 지지력을 향상시키기 위한 기존의 방식을 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 상부에서 바라본 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 케이슨을 도시한 모식도,
도 9는 기존의 안벽 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도,
도 10은 기존의 방파제 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 안벽 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 방파제 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법을 도시한 흐름도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 다른 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨의 시공방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 특정 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 특정 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래 설명에서, 저조 수위(간조 수위)란, 조석현상으로 인해 해수면이 가장 낮은 상태의 수위를 말하며, 만조(고조)와 마찬가지로 12시간 25분 간격으로 발생하며, 하루에 50분씩 늦어진다. 저조와 고조 사이의 해수면의 높이차를 간만의 차, 조위차, 조차라고 한다. 조차(고조와 저조와의 차이)는 해역의 형태에 따라 달라진다. 호수와 같이 작은 해역에서는 조차가 작다. 비교적 큰 해역이라 할 수 있는 발틱 해나 지중해에서도 조차가 그리 크지는 않다. 조차는 한 해역에서도 다 같지 않다. 해안이 다르며 대양의 중앙부가 다르다. 큰 해역의 주변부 특히 조석파의 에너지가 집중되는 만의 끝에서 조차가 커진다.
또한, 아래 설명에서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 자갈과 사석으로 채움재를 한정하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 자갈과 사석의 경우와 같이 상대적으로 공극 크기 또는 입자 크기의 차이가 발생하는 채움재를 의미할 수 있다.
조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 도시한 모식도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 상부에서 바라본 모식도이다. 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 케이슨과 인접 케이슨의 연결부(1)는 케이슨 벽체의 측면에 측방으로 개방된 형태의 오픈셀인 사석채움부(2), 자갈채움부(3)를 포함할 수 있다.
사석채움부(2)는 케이슨 벽체의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태의 셀이고, 인접 케이슨 벽체의 측면에 구성된 사석채움부(2)와 함께 결합되어 측면이 폐쇄되거나, 인접 케이슨 벽체의 측면과 함께 결합되어 측면이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 사석채움부(2)의 저조수위면 아래는 콘크리트 시공(예를 들면, 트레미 Tremie와 같은 수중콘크리트 타설 공법 활용)되며, 저조수위면 위는 사석으로 채워지게 된다. 이에 따르면, 사석채움부(2)의 공극이 있는 사석채움으로 저조수위에 맞게 배후지 수위가 낮아지게 되어 케이슨에 의해 발생되는 배후지 수위차가 저감되고, 이에 의해 케이슨에 작용되는 배후지 잔류 수압 과다에 의한 수평하중이 최소화되는 효과가 발생된다. 또한, 사석채움부(2)의 저조수위면 아래 부분이 콘크리트 시공 됨으로써 저조수위면 아래에서는 물의 흐름이 발생하지 않도록 구성되어 안벽이나 방파제의 역할을 충분히 수행할 수 있도록 하는 효과가 발생된다.
자갈채움부(3)는 케이슨 벽체의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태의 셀이고, 사석채움부(2)의 전방(케이슨의 해측 방향 단부 측) 및/또는 후방(케이슨의 육측 방향 단부 측)에 구성되며, 인접 케이슨 벽체의 측면에 구성된 자갈채움부(3)와 함께 결합되어 셀의 측면이 폐쇄되거나, 인접 케이슨 벽체의 측면과 함께 결합되어 셀의 측면이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 사석채움부(2)의 저조수위면 아래는 콘크리트 시공(예를 들면, 트레미 Tremie와 같은 수중콘크리트 타설 공법 활용)되며, 저조수위면 위는 자갈으로 채워지게 된다. 자갈(gravel)이란 알갱이의 직경이 2mm 이상의 암석으로서 사석채움부(2)에 채움재로 적용되는 사석보다 공극이 작은 암석을 의미한다. 이에 따르면, 사석의 입자 크기보다 자갈의 공극이 작기 때문에, 조위차가 큰 해역의 지속적인 수위변동으로 인한 케이슨 연결부 채움재 및 배후 매립재의 유실 가능성이 크게 저하되는 효과가 발생된다.
또한, 자갈채움부(3)는 사석채움부(2)의 전방 및/또는 후방에 복수개 구성될 수 있다. 이에 따르면, 자갈, 콘크리트, 사석 등으로 이루어진 n중 필터링시스템으로 작용할 수 있게 되므로, 조위차에 대응하여 연결부 채움재 유실 방지 효과가 발생된다. 또한, 자갈채움부(3)의 수가 많아질수록 자갈 접합부가 넓어져 마찰력이 증대되는 효과가 발생된다.
이때, 자갈채움부(3)가 사석채움부(2)의 전방 및 후방에 동시에 구성되는 경우에는 사석채움부(2)의 채움재에 대한 케이슨 전후방으로의 채움재 유출이 방지되는 효과가 발생된다. 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조가 적용된 케이슨이 방파제에 활용되는 경우에는 고조 때의 수위차에 의해 케이슨 연결부 채움재가 케이슨의 후방으로 유출될 수 있기 때문이다.
또한, 자갈채움부(3)의 횡단면은 다각형, 바람직하게는 반-육각형으로 구성될 수 있다. 이에 따르면, 인접 케이슨이 정위치에 거치되었을 때 자갈채움부(3)의 횡단면 형태가 육각형 또는 반-육각형의 형태로 구성되어 케이슨의 수평하중이 자갈채움부(3)의 자갈에 온전히 전달될 수 있게 되므로, 케이슨의 수평하중에 대한 마찰력이 증대되는 효과가 발생된다.
또한, 자갈채움부(3)와 인접한 자갈채움부(3)는 자갈채움부(3)의 횡단면 너비보다 횡단면 너비가 더 좁은 이음부를 통해 연결될 수 있다. 이에 따르면, 자갈채움부(3)와 이음부(4)의 횡단면적 차이에 의해 발생되는 병목현상에 의해 케이슨의 수평하중에 대한 마찰력이 증대되는 효과가 발생된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이음부(4)를 케이슨(10)의 후방에 구성되는 자갈채움부(3)에만 적용하고 케이슨(10)의 전방에 구성되는 자갈채움부(3)에는 적용하지 않을 수 있다. 이에 따르면, 후방의 자갈채움부(3) 및 이음부(4)에 의해 저조수위에 가까운 경우 연결부(1) 내에 발생되는 유압 및 유속이 낮아지고, 연결부(1)의 전방과 후방 사이에 유압 차이가 발생되어 투수 방향이 후방에서 전방으로 결정되게 되므로, 저조수위에 가까운 경우에 연결부(1)를 통해 케이슨(10) 전후방의 수위차가 해소되는 유체 흐름의 유속과 유압이 낮게 유지되어 연결부(1)의 채움재 및 배후지 매립재의 유출이 저감되는 효과가 발생된다.
또한, 자갈채움부(3)의 내측면에 투수성 튜브인 지오텍스타일 튜브(5)를 구성하고 내부에 자갈 속채움을 시공하여 통수 기능을 유지하면서도 연결부(1)의 채움재 및 배후지 매립재에 대한 추가 필터 역할을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 사석채움부(2)와 자갈채움부(3)를 포함하는 연결부(1)의 구성으로 인하여, 케이슨(10)과 인접 케이슨이 연결부(1)의 사석 및 자갈의 마찰력에 의한 수평하중 지지력을 가지게 되는 동시에 저조수위면 상부에서만 통수 가능하게 되는 효과가 발생되고, 서로 다른 입자 크기 또는 공극 크기를 갖는 사석채움부(2)와 자갈채움부(3)를 연결부(1) 내의 통수 방향으로 연속되게 구성함에 따라 연결부(1)의 채움재 및 매립재가 유출되는 것을 방지할 수 있게 되는 효과가 발생된다.
위 설명에서, 본 발명의 이해를 돕기 위해 자갈과 사석으로 연결부(1)의 채움재를 한정하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 자갈과 사석의 경우와 같이 상대적으로 공극 크기 또는 입자 크기의 차이가 발생하는 채움재를 의미할 수 있다. 즉, 사석채움부(2)의 채움재가 자갈채움부(3)의 채움재의 공극의 크기보다 입자 크기가 더 큰 채움재로 구성되거나, 사석채움부(2)의 채움재가 자갈채움부(3)의 채움재의 공극의 크기보다 공극 크기가 더 큰 채움재로 구성되는 것으로 본 발명의 권리범위가 정의될 수 있다.
조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 케이슨을 도시한 모식도이다. 도 8에서 '평면'은 연결부(1)의 평면을 도시한 모식도이고, '측면 투영'은 연결부(1)의 측면을 도시한 투영도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨(10)은, 저판(11), 벽체(12), 격실(13), 덮개콘크리트(14), 상치콘크리트(15), 연결부(1)를 포함할 수 있다.
저판(11)은 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 케이슨이 거치될 때 케이슨의 자중을 지지하는 케이슨의 하부 기초를 의미한다.
벽체(12)는 기초사석(100)에 의해 해저에 형성된 마운드(mound) 상부에 거치되는 육면체 구조물로서, 상방으로는 개방되고 측면은 격벽(130)에 의해 적어도 일부가 폐쇄되는 복수개의 격실(13)을 구성하는 요소이다.
격실(13)은 격벽에 의해 구분되고 측면이 폐쇄되는 복수개의 셀을 의미한다. 격실에는 사석, 자갈, 모래, 해수 등이 채워질 수 있고, 격실(13)의 상부를 폐쇄하는 덮개부(덮개콘크리트, 상치콘크리트 등)에 의해 격실(13)에 채워진 사석, 자갈, 모래, 해수의 유실이 방지될 수 있다. 벽체(12)의 해측 방향인 전면부의 격실(13)은 유수실을 포함할 수 있다. 유수실은 입수된 파도를 소파하는 역할을 수행한다. 유수실에서 해측 방향의 전면부는 소파기둥이 일정한 간격으로 배열되어 해양으로부터 입수된 파도가 소파기둥에 부딪히면서 1차로 소파되고, 소파된 파도는 유수실에 입사하여 2차로 소파된다. 또한, 유수실의 상부에 구성되는 덮개부에는 입수된 파도의 파압을 경감시키기 위하여 입수된 해수가 상기 소파실 상판을 통해 상기 상치 콘크리트의 상부로 배출되는 에어홀이 구성되어 유수실의 소파 기능 및 해수 입수 기능을 향상시킬 수 있다.
덮개콘크리트는 격실, 특히 유수실의 개방된 상부를 폐쇄하는 판상의 콘크리트를 의미한다. 덮개콘크리트(14)는 격실(13)의 상부를 폐쇄하는 콘크리트로서, 유수실 상부를 폐쇄하는 덮개콘크리트(14)의 경우에는 적어도 하나 이상의 에어홀이 구성될 수 있다.
상치콘크리트(15)는 케이슨(10)의 상부에 타설하여 형성되는 콘크리트이다. 상치콘크리트(15)가 복수의 케이슨(10)의 상부를 따라 형성됨에 의해 안벽 또는 방파제를 이루게 된다.
연결부(1)는 케이슨(10)과 인접한 케이슨 사이를 구성하는 케이슨(10)의 측면부를 의미한다. 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨(10)은 케이슨 벽체의 측면에 측방으로 개방된 형태의 오픈셀인 사석채움부(2), 자갈채움부(3)를 포함할 수 있고, 인접한 케이슨의 측면 벽체 또는 인접한 케이슨의 사석채움부(2), 자갈채움부(3)와의 결합에 의하여 측면이 폐쇄된 형태의 셀이 구성될 수 있다.
사석채움부(2)는 케이슨 벽체의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태의 셀이고, 인접 케이슨 벽체의 측면에 구성된 사석채움부(2)와 함께 결합되어 측면이 폐쇄되거나, 인접 케이슨 벽체의 측면과 함께 결합되어 측면이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 사석채움부(2)의 저조수위면 아래는 콘크리트 시공(예를 들면, 트레미 Tremie와 같은 수중콘크리트 타설 공법 활용)되며, 저조수위면 위는 사석으로 채워지게 된다. 자갈채움부(3)는 케이슨 벽체의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 형태의 셀이고, 사석채움부(2)의 전방(케이슨의 해측 방향 단부 측) 및/또는 후방(케이슨의 육측 방향 단부 측)에 구성되며, 인접 케이슨 벽체의 측면에 구성된 자갈채움부(3)와 함께 결합되어 셀의 측면이 폐쇄되거나, 인접 케이슨 벽체의 측면과 함께 결합되어 셀의 측면이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 사석채움부(2)의 저조수위면 아래는 콘크리트 시공(예를 들면, 트레미 Tremie와 같은 수중콘크리트 타설 공법 활용)되며, 저조수위면 위는 자갈으로 채워지게 된다. 자갈(gravel)이란 알갱이의 직경이 2mm 이상의 암석으로서 사석채움부(2)에 채움재로 적용되는 사석보다 공극이 작은 암석을 의미한다.
도 9는 기존의 안벽 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도이고, 도 10은 기존의 방파제 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도이다. 도 9, 10에 도시된 바와 같이, 서해와 같이 조위차가 해역에서는 케이슨 전방(해측)의 수위가 케이슨 후방(육측 또는 내항측)의 수위(배후지의 경우 지하수위)의 수위차가 발생하는 시기가 빈번하게 발생하게 되고, 이러한 문제는 안벽 케이슨의 경우와 방파제 케이슨의 경우에서 동일하게 발생됨을 확인할 수 있다. 특히, 방파제 케이슨의 경우에는 케이슨 후방의 수위차에 의한 수압에 의해 연결부 채움재가 케이슨 전방으로 유실되게 되고, 안벽 케이슨의 경우에는 케이슨 후방의 수위차에 의한 수압에 의해 배후지 매립재와 연결부 채움재가 케이슨 전방으로 유실되는 문제도 발생됨을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 안벽 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 방파제 케이슨에서 저조수위 때 발생되는 수위차를 도시한 모식도이다. 도 11, 12에서 '평면'은 연결부(1)의 평면을 도시한 모식도이고, '측면 투영'은 연결부(1)의 측면을 도시한 투영도이다. 도 11, 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하게 되면 저조수위면 상부에서만 연결부(1)를 통한 해수 흐름 또는 지하수 흐름이 발생되는 것을 확인할 수 있고, 이에 의해 저조수위면 아래에서의 연결부(1)의 채움재 유실이 발생하지 않는 동시에 케이슨 후방(육측 또는 내항측)의 수위차가 저감되는 효과가 발생됨을 확인할 수 있다. 또한, 자갈채움부(3) 및 사석채움부(2)에 의한 다중 필터링 시스템으로 인하여 케이슨 연결부 채움재 및 배후지 매립재의 유실이 저감되는 효과가 발생됨을 확인할 수 있다.
조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법을 도시한 흐름도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법은 케이슨 정위치 거치 단계(S10), 저조수위면 하 콘크리트 시공 단계(S11), 저조수위면 상 채움재 시공 단계(S12)를 포함할 수 있다.
케이슨 정위치 거치 단계(S10)는 안벽이나 방파제 등의 소파구조물, 항만구조물을 구성하는 복수개의 케이슨을 제작하여 정위치에 거치하는 단계이다. 이때, 제작된 케이슨의 측면에는 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조가 구성된다. 복수개의 케이슨이 정위치에 거치됨에 따라 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 자갈채움부(3) 및 사석채움부(2)를 포함하는 연결부가 형성되게 된다.
저조수위면 하 콘크리트 시공 단계(S11)는 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 형성되는 연결부(자갈채움부(3) 및 사석채움부(2))의 케이슨 설치 해역의 저조수위면 아래에 해당되는 부분에 대하여 콘크리트 시공을 하는 단계이다. 이때, 콘크리트 시공 공법은 예를 들면, 트레미 Tremie와 같은 수중콘크리트 타설 공법이 활용될 수 있다.
저조수위면 상 채움재 시공 단계(S12)는 콘크리트 시공이 된 연결부의 위에 채움재를 시공하는 단계이다. 이때, 사석채움부(2)에는 자갈채움부(3)의 채움재보다 공극이 큰 사석 등이 채움 시공될 수 있고, 사석채움부(2)의 전방(해측) 및/또는 후방(육측 또는 내항측)에 위치되는 자갈채움부(3)에는 사석채움부(2)의 채움재보다 공극이 작은 자갈 등이 채움 시공될 수 있다.
조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨의 시공방법
도 14는 본 발명의 일실시예에 다른 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨의 시공방법을 도시한 흐름도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 다른 조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨의 시공방법은 저판 제작 단계(S20), 벽체 제작 단계(S21), 케이슨 선적 및 인양 단계(S22), 케이슨 거치 단계(S23), 속채움 단계(S24), 저조수위면 하 콘크리트 시공 단계(S25), 저조수위면 상 채움재 시공 단계(S26), 덮개 콘크리트 설치 단계(S27), 상치 콘크리트 타설 단계(S28)를 포함할 수 있다.
저판 제작 단계(S20)는 육상의 케이슨 제작장에서 케이슨의 하부기초를 제작하는 단계이다.
벽체 제작 단계(S21)는 S20에서 제작된 저판 위에 슬립폼 방식(Slip Form) 또는 강재거푸집 방식(Gang Form)으로 벽체(12)를 제작하는 단계이다. 이때, 벽체 제작 단계에서 제작된 벽체(12)의 측면에는 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조가 구성된다. 슬립폼 방식(Slip Form)은 거푸집을 연속적으로 이동하면서 콘크리트 하부에서 상부로 점진적 양생하는 방식이고, 강재거푸집 방식(Gang Form)은 기초 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 헌치부 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 벽체 철근 및 거푸집 조립, 콘크리트 타설, 들고리 설치, 콘크리트 양생 후 제작완료하는 방식이다.
케이슨 선적 및 인양 단계(S22)는 벽체(12)가 완성된 케이슨을 DCL선이나 FD선 선적하여 예인선으로 케이슨 거치 장소까지 이동시키는 단계이다.
케이슨 거치 단계(S23)는 면 고르기 및 다짐 작업이 완료된 사석기초에 근고블록을 거치하여 케이슨 설치 위치를 정밀하게 설정한 후 케이슨 내부에 물을 주입해 케이슨을 정위치에 거치하는 단계이다. 안벽이나 방파제 등의 소파구조물, 항만구조물을 구성하는 복수개의 케이슨을 정위치에 거치하게 된다. 복수개의 케이슨이 정위치에 거치됨에 따라 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 자갈채움부(3) 및 사석채움부(2)의 측면에 폐쇄되는 연결부가 형성되게 된다.
속채움 단계(S24)는 케이슨 내부 격실에 속채움을 실시하여 케이슨 거치를 완료하는 단계이다.
저조수위면 하 콘크리트 시공 단계(S25)는 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 형성되는 연결부(자갈채움부(3) 및 사석채움부(2))의 케이슨 설치 해역의 저조수위면 아래에 해당되는 부분에 대하여 콘크리트 시공을 하는 단계이다. 이때, 콘크리트 시공 공법은 예를 들면, 트레미 Tremie와 같은 수중콘크리트 타설 공법이 활용될 수 있다.
저조수위면 상 채움재 시공 단계(S26)는 콘크리트 시공이 된 연결부의 위에 채움재를 시공하는 단계이다. 이때, 사석채움부(2)에는 자갈채움부(3)의 채움재보다 공극이 큰 사석 등이 채움 시공될 수 있고, 사석채움부(2)의 전방(해측) 및/또는 후방(육측 또는 내항측)에 위치되는 자갈채움부(3)에는 사석채움부(2)의 채움재보다 공극이 작은 자갈 등이 채움 시공될 수 있다.
덮개 콘크리트 설치 단계(S27)는 유수실 등의 격실 상부를 폐쇄하는 덮개 콘크리트를 설치하는 단계이다.
상치 콘크리트 타설 단계(S28)는 본 발명의 일실시예에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조가 시공된 케이슨 상부에 상치 콘크리트를 타설하여 소파구조물/항만구조물을 완성하는 단계이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 연결부
2: 사석채움부
3: 자갈채움부
4: 이음부
5: 지오텍스타일 튜브
10: 케이슨
11: 저판
12: 벽체
13: 격실
14: 덮개콘크리트
15: 상치콘크리트
130: 격벽

Claims (8)

  1. 정위치에 거치된 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 형성되는 케이슨 연결부 구조에 있어서,
    상기 케이슨의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 셀의 형태로 구성되고, 상기 인접 케이슨의 벽체에 의해 개방된 측방이 폐쇄되도록 구성되며, 제1채움재가 채움 시공되는 제1채움부; 및
    상기 케이슨의 적어도 일측면에 측방으로 개방된 셀의 형태로 구성되고, 상기 인접 케이슨의 벽체에 의해 개방된 측방이 폐쇄되도록 구성되며, 제2채움재가 채움 시공되는 제2채움부;
    를 포함하고,
    상기 제2채움부는, 상기 제1채움부의 전방 또는 후방에 구성되며,
    상기 제2채움재는, 상기 제1채움재의 입자 크기 또는 공극 크기보다 크기가 작은 입자크기 또는 공극 크기를 갖는 채움재로 구성되고,
    상기 제1채움부 및 상기 제2채움부는, 상기 케이슨이 거치된 해역의 저조수위면 아래로 콘크리트 시공되는 것을 특징으로 하는,
    조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2채움부는 상기 제1채움부의 전방 및 후방에 각각 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2채움부의 횡단면은 반-육각형으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2채움부는, 상기 제1채움부의 전방에 구성되는 전방 제2채움부 및 상기 제1채움부의 후방에 구성되는 후방 제2채움부를 포함하고,
    상기 후방 제2채움부는 복수개의 셀로 구성되며,
    상기 후방 제2채움부의 상기 셀과 인접한 셀의 사이를 연결하는 이음부;를 더 포함하며,
    상기 이음부의 횡단면 너비는, 상기 후방 제2채움부의 횡단면 너비보다 더 좁게 구성되는 것을 특징으로 하는,
    조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2채움부의 내측면에 구성되는 지오텍스타일 튜브;
    를 더 포함하는,
    조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조.
  6. 기초사석에 의해 해저에 형성된 마운드 상부에 거치되는 상기 케이슨의 하부기초를 구성하는 저판;
    상기 저판 상부에 구성되고, 상방으로는 개방되고 측면은 폐쇄되는 복수개의 격실을 포함하는 벽체; 및
    상기 벽체의 측면에 구성되고, 제1항에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함하는 연결부;
    를 포함하는,
    조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨.
  7. 제1항에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법에 있어서,
    상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함한 복수개의 케이슨을 제작하고 정위치에 거치하여 상기 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 연결부를 형성하는 케이슨 정위치 거치 단계;
    상기 케이슨과 상기 인접 케이슨의 사이에 형성되는 상기 연결부의 저조수위면 아래에 해당되는 부분에 대하여 콘크리트 시공을 하는 저조수위면 하 콘크리트 시공 단계; 및
    콘크리트 시공이 된 연결부의 위에 채움재를 채움시공하는 저조수위면 상 채움재 시공 단계;
    를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 일구성인 제1채움부 및 제2채움부를 포함하며,
    상기 저조수위면 상 채움재 시공 단계에서, 상기 제1채움부는 제1채움재를 채움시공하고, 상기 제2채움부는 상기 제1채움재의 입자 크기 또는 공극 크기보다 크기가 작은 입자크기 또는 공극 크기를 갖는 제2채움재를 채움시공하는 것을 특징으로 하는,
    조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 시공방법.
  8. 제1항에 따른 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함한 케이슨의 시공방법에 있어서,
    케이슨 제작장에서 저판을 제작하고, 제작된 저판 위에 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조를 포함한 벽체를 제작하는 벽체 제작 단계;
    면 고르기 및 다짐 작업이 완료된 사석기초에 근고블록을 거치하여 케이슨 설치 위치를 설정한 후, 상기 벽체의 내부에 물을 주입해 상기 저판 및 상기 벽체를 상기 케이슨 설치 위치의 정위치에 거치하여 상기 케이슨과 인접 케이슨의 사이에 연결부를 형성하는 케이슨 거치 단계;
    상기 벽체의 격실에 속채움을 실시하여 상기 벽체의 거치를 완료하는 속채움 단계;
    상기 케이슨과 상기 인접 케이슨의 사이에 형성되는 상기 연결부의 저조수위면 아래에 해당되는 부분에 대하여 콘크리트 시공을 하는 저조수위면 하 콘크리트 시공 단계;
    콘크리트 시공이 된 연결부의 위에 채움재를 채움시공하는 저조수위면 상 채움재 시공 단계; 및
    상기 벽체의 상부에 상치 콘크리트를 타설하는 상치 콘크리트 타설 단계;
    를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 조위차를 고려한 케이슨 연결부 구조의 일구성인 제1채움부 및 제2채움부를 포함하며,
    상기 저조수위면 상 채움재 시공 단계에서, 상기 제1채움부는 제1채움재를 채움시공하고, 상기 제2채움부는 상기 제1채움재의 입자 크기 또는 공극 크기보다 크기가 작은 입자크기 또는 공극 크기를 갖는 제2채움재를 채움시공하는 것을 특징으로 하는,
    조위차를 고려한 연결부 구조를 포함하는 케이슨의 시공방법.





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