KR100200086B1 - 구조물 보호용 배수층의 시공방법 및 그 배수재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토압 등이 측압으로서 작용되는 옹벽, 교량의 교대(abutment), 지하구조물의 배면에다 보호용 배수층을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 성토용 재료에 구애됨이 없이 어떠한 현장 여건에도 부합되는 배수층 시공이 가능하고, 동시에 배수공이 폐색되지 않으면서 배수작용이 신속할 뿐만 아니라, 수압 이격작용 역시 신속하게 이루어지고, 환기 작용도 원활하게 이루어지게 하여 구조물의 붕괴를 방지하고 이를 보호하기 위한 것이다.

특히, 구조물 안전의 반영구화를 기하였을 뿐 아니라, 배수재의 수직, 수평 연결 결착력을 견고히 유지 되도록 하였고, 침투수의 산성성분에 대하여 배수공의 내구성을 크게 강화시키도록 한 것이다.

Description

구조물 보호용 배수층의시공방법 및 그 배수재

본 발명은 토압 등이 측압으로서 작용되는 옹벽, 교량의 교대(abutment) 터널 지하 구조물의 배면에다 보호용 배수층을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 성토용 재료에 구애됨이 없이 어떠한 현장 여건에도 부합되는 배수층 시공이 가능하고, 동시에 배수공이 폐색되지 않으면서 배수작용이 신속할 뿐만 아니라, 수압 이격작용 역시 신속하게 이루어지고, 환기작용도 원활하게 이루어지게 하여 구조물의 붕괴를 방지하고 이를 보호하기 위한 것이다.

일반적으로 옹벽이나 교량의 교대(abutment)의 구조물은 성토층의 측압력이 구조 역학상 가장 중요하게 영향을 미치는 요소인데, 여기에다 성토층에 물이 다량으로 함수되는 경우이면, 또 하나의 측압력이 부과되는 결과가 초래될 뿐만 아니라 체류기간까지 길어지게 된다면, 불리한 측압력의 합력이 지속적으로 구조물에 작용하게 되어 구조물에 크랙이 발생하게 되고, 심하면 붕괴될 우려가 있게 된다.

이러한 구조물에서는 구조물의 안정을 위해서 성토층 내의 물배수의 신속성을 최대화시키고, 물의 체류시간을 최소화시키는 것이 가장 중요한 기술수단이라고 말할 수 있다.

이와 같이 물의 배수를 최대화시키면서 동시에 물의 체류시간을 최소화시키면 물로 인한 불리한 측압의 영향 역시 최소화될 뿐만 아니라 수압 이격작용도 커지게 되어 구조물의 안정상 가장 이상적인 상태라고 말할 수 있을 것이다.

이러한 옹벽이나 고대의 배면에다 배수층을 시공하는 기술과 관련하여 잘 알려진 불란서(또는 독일) 방식에 대한 종래 기술의 문제점을 알아보기로 한다.

불란서 방식은 '옹벽+배수층+성토층'의 체계로 되어 있으면서 배수층을 투수블록으로 형성한 것인데, 이 점만으로 보면 본 발명도 그 체계가 이와 동일한 것이라고 말할 수 있다. 다만 내부기능에 있어서 현저한 기술적 차이가 주어지는데 그 중에서도 이 체계의 핵심이라고 할 수 있는 배수기능에 대한 기술적 차이가 가장 큰 차이라 할 수 있을 것이다.

배수기능과 관련하여 종래 기술인 불란서 방식의 문제점을 살펴보기로 한다. 불란서 방식의 구성을 보면 구조물(1) 배면 하단부에 배수로관(4)을 설치하고, 배수로관(4) 위에도 투수블록(3)을 조적한 후 상부덮개판(5)으로 덮어서 성토재료로서 성토층(2)을 형성시키는 것으로 시공이 완료되는 것으로, 이 때 투수블록(3)은 환기공(6)이 다수개 형성된 구조로 되어 있다. 이 방식에 있어서, 배수기능은 투수블록에 의해서 수행되고 있는바, 투수블록은 '시멘트+물+골재'를 재료로 하여 투수공을 형성한 것이므로 투수공의 형성이라든가 투수공의 크기 및 개수의 결정은 절대적으로

시멘트+물+골재

의 상호관계에 의존되어 있다.

예컨데, 투수공의 크기를 크게하면 배수기능이 좋아지는 반면에 압축강도가 작아져서 수직압이나 측압에 견딜 수 없는 문제가 있고, 투수공의 크기를 작게 하면 압축강도는 커지는 반면 투수율이 작아지고, 세립토에 의해 투수공이 막혀서 배수의 기능을 할 수 없는 문제가 야기되게 된다.

'시멘트+물+골재'와 관련해서 이중에서 골재만을 따로 떼어 생각해보면, 투수공의 크기와 압축강도는 골재의 입도와 조립율(또는 실적율)에 의해서 결정되는데, 골재의 입도가 동일하다 하더라도 조립율이 작을수록 조직의 밀도가 치밀해져서 압축강도가 커지는 반면 공극의 크기는 작아지고, 이에 대한 역도 성립하며, 또한 골재의 최대 SIZE가 클수록 공극의 크기가 커지는데 여기에 잔 골재로 이루어지는 조립율의 정도에 따라 최종적으로 공극의 크기와 압축 강도가 결정된다고 할 수 있다.

그런데, 시멘트 콘크리트는 골재만으로 이루어지지 아니하고

물+시멘트

와 함께 이루어진 것이므로 이 세 요소의 함수관계 또한 중요한 것이다. 이들 요소의 함수관계를 나타내는 지표로서 SLUMP가 있는데 SLUMP치는 공극의 크기와 압축강도를 결정하는 중요인자라고 할 수 있다.

상기와 같은 기술적인 사항에 영향을 미치는 요소와 관련지어 기존의 불란서 방식의 투수블록(3)에 대하여 살펴보면, 골재는 최대 SIZE는 3mm 정도이고, 투수계수는 K=0.4cm/sec~2.0 cm/sec이며, 압축강도에 있어서는 수평압축강도가 25kg/

, 수직압축강도가 120kg/

가 되도록 형성되어 있다.

그렇다면, 기존방식에 있어서 문제가 되는 것은 투수공의 크기인데 골재의 최대 SIZE가 3mm 정도로 한정되어 있으므로, 공극의 크기도 3mm를 넘지 아니할 것이고, 여기에다 3mm 이하의 잔 입자가 혼입되어 진다면 공극의 크기는 이보다 훨씬 작아질 뿐아니라 이 정도라면 공극의 크기는 1mm 정도가 대부분 일 것이라고 쉽게 생각할 수 있을 것이다.

이렇게 작은 공극을 갖는 투수블록(3)이 성토층(2)을 이루고 있는 SILT질이나 점토질과 만나게 되면 투수공은 막힐 수밖에 없을 것이며 투수공이 한번 막히면 원상태로의 복원이 불가능한데다 성토층(2)내의 물은 장기간 체류되는 결과가 초래되면서 구조물(1)에 대하여 불리한 측압으로 가세되기 때문에 구조물(1)이 붕괴될 우려가 있어 그 문제점은 심각하다 할 것이다.

또한 투수공의 크기가 1~3mm 정도로 작기 때문에 침투수는 층류상태로 흐르게 된다. 층류상태의 흐름에서는 공극사이에 진공상태가 형성되지 않기 때문에 세립토로 한번 막히면 스스로 원상태로의 복원이 불가능 하게된다.

또한 제2a도에서와 같이 투수블록(3)에는 관통된 큰 구멍의 환기공(6)이 형성되어 있는데 침투수가 투수블록(3) 내를 층류상태로 흐르기 때문에 환기공(6)은 진공상태를 만들어 주지 못하므로 막힌 투수공을 뚫는데는 전혀 기여할 수 없게 된다. 다만, 공기의 대류작용을 원활히 해서 성토층(2)내를 건조하게 하는 역할만을 할 뿐이다.

따라서, 본 발명은 상기의 물배수의 최대화와 물의 체류시간의 최소화라는 이상적 상태를 목표로 정하고, 종래 기술의 한계를 극복하면서, 어떠한 현장 여건에도 광범위하게 그 적용이 가능하게 함과 동시에 시공이 용이하도록 함을 목적으로 하고 있다.

특히, 배수재의 배수공은 폐색의 우려가 전혀 없게 하면서 강력한 흡입작용으로 거의 원상태의 배수율을 스스로 유지되도록 한 것이며, 이로 인해서 구조물 안전의 반영구화를 기하였을 뿐 아니라 배수재의 수직

수평 연결 결착력을 견고히 유지되도록 하였고, 침투수의 산성성분에 대하여 배수공의 내구성을 크게 강화시키도록 한 것이다.

제1도는 종래 방식의 투수층 시공상태를 도시한 사시도.

제2a도는 제1도의 투수블록을 도시한 사시도.

제2b도는 제1도의 상부 덮개판을 도시한 사시도.

제2c도는 제1도의 배수로관을 도시한 사시도.

제3도는 본 발명에 따른 구조물 보호용 배수층의 시공상태 및 배수재를 도시한 사시도.

제4a도는 제3도의 배수블록을 도시한 사시도.

제4b도는 제4a도의 배수블록을 저면에서 바라본 상태의 사시도.

제4c도는 제3도의 상부 덮개판을 도시한 사시도.

제4d도는 제3도의 배수로관 덮개판을 도시한 사시도.

제4e도는 제3도의 배수로관을 도시한 사시도.

제5도는 본 발명의 구조물 보호용 배수층의 시공을 단계적으로 도시한 공정도.

제6도는 본 발명에 따른 배수로관의 다른 실시례를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 구조물 20 : 성토층

30 : 배수블록 31 : 세로돌출부

32 : 결착홈 33 : 흡입보조공

40 : 부직포 60 : 배수로관 덮개판

80 : 공간부 90 : 다공수로관

91 : 현장포설 투수콘크리트 92 : 유공관

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 지닌 결점을 해소시킨 배수부재의 배수공이 폐색됨이 없을 뿐아니라 일시적으로 막힌다해도 스스로 뚫어지는 작용을 할 수 있어서 막힘 없는 배수기능을 영구화할 수 있으면서 배수부재 상호간의 수직

수평 결착력은 물론 환기작용 역시 크게 하고자 한 것인데 그 기술적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.

배수블록의 형상 및 그 내부기능에 대한 기술적 구성과, 그리고 시공과정으로 나누어 살펴보기로 한다.

(1) 배수블록의 형상

본 발명의 배수블록(30) 형상은, 배수블록(30)이 서로 연접되는 양측면에다 세로로 길게 결착홈(32)을 형성하였고, 구조물(10)의 배면에 접하는 배수블록(30)의 접면부에는 세로로 길게 세로 돌출부(31)를 다수개 형성하였으며, 배수블록(30)의 하단 부에서 수직상으로 일정 위치까지만 흡입보조공(33)을 한 개 또는 다수개 형성한 구조로 되어 있다. 또한, 배수로관(50)은 상단이 개방된 컵 형단면으로 형상하였으며, 이 배수로관(50)의 상단에 씌워지는 배수로관 덮개판(60)은 일측면 세로방향으로 다수개의 배수로공(61)을 형성한 구조이다.

상기 배수로관(50)과 배수로관 덮개판(60)은 제4d도, 제4e도와 같이 각각 별도로 분리 형성한 것으로 도시하였으나, 제6도와 같이 다공수로관(90)으로 마련하여도 무방하며, 이 다공수로관(90)은 외곽형상이 사각형인 현장포설 투수콘크리트(91)의 중앙에 다수의 구멍을 갖는 유공관(29)이 매설된 형상의 구조이다.

(2) 내부기능과 관련된 기술적 구성

첫째, 상기와 같은 형상이면서 내부기능을 크게 개선시킨 배수블록(30)은 압축강도를 충분히 갖도록 하면서 동시에 배수공이 폐색되지 않아야 할 뿐만 아니라 배수공이 거의 원상태를 유지되도록 함이 본원의 목적인바, 이러한 목적을 달성하기 위하여 다음 요건을 동시에 만족하여야 한다.

①. 공극(배수공)의 형성

②. 공극율과 공극크기 및 크기별 분포

③. ②를 충족시키는 골재의 입도 구성

공극은 '시멘트+물+골재'의 배합구성에 의하여 결정되는데, 본원에서의 배합구성의 조건은 다음과 같다.

a) 골재와 골재는 거의 맞닿게 상호 위치시킴.

b) 골재와의 결합제로서 시멘트 페이스트는 골재의 주면부를 감싸고 있을 정도의 된 반죽 상태로 함.

c) 골재 사이의 공극은 작은 골재로 채워지는 것으로 하되

d) 공극율이 15~30% 정도가 되게 하고 투수계수는 5

10^-1cm/sec 이상으로 한다.

e) 공극의 크기와 그 크기별 분포도는

-공극의 크기는 3mm 이상이 70% 이상을 차지하고,

-이중 공극의 크기 10mm 이상이 적어도 10% 이상이 되도록 한다.

여기에서, a) b)의 조건을 동시에 만족시키기 위해서는 '골재+시멘트+물'이 배합된 시멘트 몰탈의 슬럼프(slump)가 Zero 혹은 3cm 정도가 되어야 한다.

또한 c) d) e)에서 구체적으로 그 숫치가 주어져 있으므로, '골재의 입도'는 이에 따라 결정된다. 다만, 골재의 입도가 결정되었다 하더라도 압축강도를 만족시키는 골재의 크기를 선택할 수 밖에 없는데 본원에서는 골재의 최대치수는 13mm로 한정시켰다.

공극에 대하여 d) e)에서 공극의 크기를 3mm 이상으로 하면서 70%를 차지하게 한 이유는 흙이나 먼지 등의 세립자로 인하여 공극이 폐쇄되지 않도록 한 것이며, 특히 중요한 것은 공극의 크기가 10mm 이상이 적어도 10% 이상 차지하도록 한 것인데 이는 침투수가 10mm 이상의 큰 공극을 빠져나가는 순간 진공상태가 발생되어 강력한 흡입작용으로 폐색된 인접 공극을 뚫어주는 역할을 하기 때문이다.

이러한 흡입작용의 반복으로 공극이 거의 원상태를 유지하게 되는 것이다.

여기에다, 배수블록(30)에 형성시킨 다수개의 흡입보조공(33)은 50mm 이상의 크기로 형성되었는데, 이는 침투수가 10mm 이상의 큰 공극을 빠져나가는 순간속도와 진공상태의 발생 속도를 빠르게 하는 작용을 할 뿐만 아니라, 그것도 강력한 흡입작용이 되도록 조력해 주는 역할을 수행하고 있어 막힘 없는 배수기능의 영구화를 더 한층 강화하고 있는 것이다.

한편, 배수블록(30)의 배수공이 3mm 이상이 70%나 차지하고 있고 이중 10mm 이상도 10%나 함유되어 있어서 입자의 크기가 작은 성토층(20)의 점토질이나 SILT질과 만나게 되면 배수블록(30)의 폐색은 불가피할 것이므로 폐색을 방지하기 위하여, 조적된 배수블록(30)의 일면에다 투수성이 좋으면서 입자가 작은 것까지도 필터시키는 기능을 갖는 부직포(40)를 부설 시공하는 것으로 하였다.

바로 부직포(40)의 부설 시공 때문에 배수블록(30)의 배수공을 크게할 수 있을 뿐만 아니라 진공흡입 작용도 가능하게 한 것이 되어 본원의 배수기능의 효율을 영구화할 수 있게 된 것이다.

또한 우수에는 산성성분이 많이 함유되어 있어서, 이와 같은 산성성분의 물이 배수블록(30)의 배수공을 통과하게 되면, 공극이 부식되어 내구성이 저하하게 되는데, 내구성을 높이기 위하여 유화 아스팔트 또는 에멀젼 아크릴수지를 물과 1:1~10% 정도 혼합한 용액을 살포시켜 주는 것으로 하였다.

이를 살포시키면 0.5mm 이하의 미세 공극에 골고루 침투되어 배수공을 강화시켜 주는 역할을 하기 때문이다.

둘째, 상하 좌우로 조적된 배수 블록(30)의 결착력을 크게 보강시키기 위하여 배수블록(30)의 양측면에다 세로로 길게 결착홈(32)을 설치하였고, 조적 과정에서 결착홈(32) 내에는 시멘트 몰탈로 채워 앵카 역할을 유도했다. 또한, 이 때 시멘트 몰탈은 결착홈(32)과 접면되는 배수블록(30)의 배수공내로 삽입되어 짐으로써, 상하 배수블록(30)을 견고히 앵카시켜 주게 되어 배수블록(30)의 조적 결착력을 강화시키게 된다.

셋째, 성토층(20) 내의 습기를 공기의 대류작용에 의하여 건조하게 해 주기 위하여 구조물(10)의 배면에 접하는 배수블록(30)의 접면부에다 세로로 길게 세로 돌출부(31)를 다수개 형성시켰다. 세로 돌출부(31) 사이에 형성된 공간부(80)는 공기의 원활한 유통로로서 작용되기 때문이다.

(3) 시공과정

앞에서 설명한 바와 같은 형상에다 내부기능과 관련된 기술적 구성을 갖는 배수블록(30)을 사용하여 구조물(10) 보호용 배수층을 시공하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

구조물(옹벽, 교대)(10)의 설치를 완성시킨 다음 구조물(10)의 배면에다 배수층과 성토층(20)을 단계적으로 시공하는 과정으로 이루어지는데,

① 먼저 배수로관(50) 및 배수성을 갖는 배수로관 덮개판(60)을 설치한 후, 그 위에다 배수블록(30)을 조적하되, 세로 돌출부(31)가 구조물(10)의 배면부에 세로로 접면되고, 흡입보조공(33)은 하단으로 위치되는 형태로 조적된다.

② 수평방향으로 연접되는 배수블록(30)의 결착홈(32)에다 시멘트 몰탈을 채워 넣는다.

③ 도면에서와 같이 단계

를 설정하고 배수블록(30)을 상기와 같이 조적한 다음 성토층(20) 방향으로 배수블록(30) 일면에다 부직포(40)를 부설시키고, 성토층(20)을 성토시키면서 그 다음 단계인 단계

,

으로 시공해 나간다.

④ 마지막 단계를 끝마친 후 배수성을 갖는 상부덮개(70)를 덮으므로서 전시공 과정이 완료되게 된다.

여기서, 배수블록(30)은 '골재+시멘트+물'로 배합하되 Slump=0~3cm이고, 공극율=15~30%이며, 공극의 크기는 3mm 이상이 70% 이상이 되게 하고, 이중 공극의 크기가 10mm 이상이 적어도 10% 이상이 되도록 골재의 입도를 구성하면서, 골재의 최대치수를 13mm로 한정하여 배합된 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 배수재의 배수공이 폐색될 우려가 전혀 없게 하였을 뿐아니라 강력한 흡입작용으로 거의 원상태의 배수율을 스스로 유지되게 하였고, 수압 이격작용 역시 신속히 이루어지게 하였으며, 이로 인해서 구조물 안정의 반영구화를 기하게 하였고, 또한 배수재의 수직

수평 결착력을 견고하게 하였으며 침투수의 산성성분에 대하여 배수공의 내구성을 크게 강화시켰기 때문에 구조물의 안전을 크게 개선시킨 배수층 시공에 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 구조물의 설치를 완성시킨 다음 구조물의 배면에다 배수층과 성토층을 시공하는 방법에 있어서, a). 배수로관 및 배수성을 갖는 배수로관 덮개판 위에다 아래와 같이 만들어진 배수블록을 조적하되, 세로 돌출부가 구조물의 배면부에 세로로 접면되게 위치시키고, 흡입보조공은 하단으로 위치되는 형태로 조적하는 공정과, b). 수평방향으로 연접되는 배수블록의 결착홈내에다 시멘트 몰탈을 체우는 공정과, c). 일정 높이까지 단계적으로 상기와 같이 배수블록을 조적한 후 성토층 방향으로 배수블록 일면에다 부직포를 부설시키면서 성토층도 성토해나가는 공정과, d). b) c)의 공정을 반복해 가면서 마지막 단계를 마친 후 배수성 상부덮개를 설치하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 구조물 보호용 배수층의 시공방법. [아래 : 배수블록은 '골재+시멘트+물'로서 배합하되, Slump=0~3cm이고, 공극율=15~30%이며, 공극의 크기는 3mm 이상이 70% 이상 되게 하고, 이중 공극의 크기가 10mm 이상이 적어도 10% 이상이 되도록 골재의 입도를 구성하면서, 골재의 최대치수를 13mm로 한정하여서 배합된 것으로 한다.]
2. 제1항에 있어서 배수블록에다 유화 아스팔트 또는 에멀젼 아크릴수지를 물과 1:1~10% 정도 혼합한 용액을 살포시킴을 특징으로 하는 구조물 보호용 배수층의 시공방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배수로관의 덮개판 일측면에다 다수개의 배수로공을 형성시킴을 특징으로 하는 구조물 보호용 배수층의 시공방법.
4. 구조물의 배면에 설치되는 배수블록에 있어서, 배수블록이 서로 연접되는 양측면에다 세로로 길게 결착홈을 형성하고, 구조물의 배면에 접하는 배수블록의 접면부에는 세로로 길게 세로 돌출부를 다수개 형성하며, 배수블록의 하단 부에서 수직상으로 일정 위치까지에 흡입 보조공을 한 개 또는 다수개 형성한 구조로 하면서 '시멘트+물+골재'의 배합은 Slump=0~3cm이고, 공극율=15~30%이며, 공극의 크기는 3mm 이상이 70% 이상이 되도록 하고, 이중 공극의 크기가 10mm 이상이 적어도 10% 이상 되는 것이 되도록 골재의 입도를 구성하면서, 골재의 최대치수는 13mm로 한정하여 배합된 것으로 구성됨을 특징으로 하는 구조물 보호용 배수층의 배수재.
5. 제4항에 있어서, 유화 아스팔트 또는 에멀젼 아크릴수지를 물과 1:1~10% 정도 혼합한 용액을 배수재에 살포시킴을 특징으로 하는 구조물 보호용 배수층의 배수재.

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