지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조

지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조{Seepaging Structure Using Absorbent Pavement Geo-cell For Material And Rainforced Of Ground}

본 발명은 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지반으로 투수되는 빗물의 배수기능을 강화하고 지반으로 투수되어 저류되는 빗물을 통해 지하수 함량을 증가시킴으로써 기화에 따른 지표온도의 상승억제와 지중생물 및 가로수로의 수분을 원활하게 공급할 수 있는 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조에 관한 것이다.

일반적으로 도심의 대부분에 대지는 불투수성 재질로 되어 있기 때문에 지하로 투수되는 우수량이 부족하고, 더욱이 다량의 지하수 사용이 더해져서 지반의 사막화현상이 빠르게 진행됨에 따라 지구온난화의 근원이 되고 있다.

이로 인하여 지하 자연 생태계가 파괴되고, 나아가 지반이 변형되거나 침하되는 문제가 빈번이 발생하게 되므로, 이러한 문제점들을 해소하기 위하여 도로 뿐만 아니라 보도에 있어서도 투수성을 갖도록 포장하는 것이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

상기 투수성을 갖도록 포장하는 공법의 종류에는 아스콘포장과 콘크리트포장 및 투수블럭이 있으며, 상기 공법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 아스콘포장은 보조기층과 아스팔트유체 및 골재를 높은 온도로 혼합하여 포설하는 방법으로, 시공성이 용이하고 공기를 단축할 수 있으며 보도 및 도로와 같이 광범위한 곳에 적용될 수 있는 장점은 있지만, 온도변화에 상당히 취약하고 내구성 약하며 유지관리비가 과다하게 소요되며 특히, 여름철 지열온도가 급격하게 오르는 문제가 있다.

상기 콘크리트포장은 시멘트 및 모래와 자갈을 혼합하여 이를 모래의 상면에 포설하는 방법으로, 재료구입이 용이하고 내구성이 양호하며 유리관리비가 저렴하기 때문에 광범위하게 이용되는 장점은 있지만, 초기투자비용이 과다하게 소용된다는 점과 이 역시 아스콘포장과 마찬가지로 여름철 지열온도가 급격하게 오르는 문제가 있다.

상기 투수블럭은 시멘트와 모래를 혼합하여 이를 소형의 블럭으로 제작한 것을 모래의 상면에 포장하는 방법으로, 소형이기 때문에 설치가 용이하고 부분적인 보수가 가능하며 다양한 형상 및 디자인인 가능하고 가격이 저렴한 장점이 있다.

그러나, 자전거도로 또는 보도와 같이 사용처가 극히 제한적이고, 일반적으로 지반이 견고하지 않기 때문에 투수(또는 침투수)로 인하여 지반에 부분 침하가 발생하는 등 상부표면이 평탄성을 잃고 부분침하로 포설된 블록이 쉽게 파손되어 문제가 많으며, 특히, 투수블럭의 경우 이물질(토사의 미립자)이 빗물과 함께 침투되면서 서서히 적체되어 통상 2년에서 3년 이내에 투수기능을 상세하게 된다.

또한, 배수기능이 없는 경우에는 더욱더 그 기능이 떨어져 당초 기능을 완전히 상실하게 되면서 흉물로 변하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 지반층(지중) 내로의 빗물의 투수기능을 제고시킴과 더불어서 지반층에 마련된 배수구조물을 통해 빗물을 저류 또는 침투시킴으로써 지하수 함량을 증가시켜 지표온도의 상승에 따른 기화로 표면온도 상승억제와 지중생물 및 가로수로의 수분을 용이하게 공급해 줄 수 있는 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

지반층과;

지반층의 상면에 적층되는 토사층과;

토사층의 상면에 배치되는 망사형태의 그리드와, 그리드의 상면에 다열종대로 형성되어 내측에 사질계 토사 및 자갈이 채워지는 벌집모양의 망태로 구성된 지오셀과;

길이방향을 따라 형성되어 배수를 유도하는 하나 이상의 배수공을 갖추고서, 지오셀의 상면에 다열종대로 형성되는 다수개의 중공형 섬유보강 투수블록으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은, 토사층의 상면에 지오셀 및 중공형 섬유보강 투수블록을 형성시켜 줌으로서, 폭우(강우) 시 빗물을 신속하게 지하로 투수(침투)되도록 하여 노면에 물이 고이는 것을 방지할 수 있기 때문에 자전거와 같이 노면마찰력을 이용하여 제동하는 장치의 경우 미끄럼현상을 최대한 억제할 수 있어 제동거리를 최소화할 수 있다.

또한, 도로노면에 빗물이 신속하게 지하로 배수(침투)되기 때문에 보행 시 물 튀김이 없어 항시 쾌적한 상태로 안전한 보행 공간을 확보할 수 있으며, 가로등 또는 기타 불빛의 난반사로 인한 이용자의 피로도를 경감할 수 있다.

또한, 지중에 배수구조물을 형성하여 줌으로서, 빗물이 신속하게 투수(침투)되도록 하여 지하수 포화에 따른 지표면으로의 역류현상을 방지하고, 지중에 저류되어 있는 빗물을 통해 지중생물 및 가로수로의 용이한 수분공급 및 지중에 저장된 빗물과 복사열 간의 열교환을 통해 지표온도(지열)가 상승되는 것을 최대한 억제되도록 할 수 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조의 설치상태를 도시한 결합단면도 및 분해사시도.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조에서 지오셀 및 투수블록을 따로 발췌하여 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조의 다른 실시 예를 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조에서 배수용 구조체의 각기 다른 설치상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조에서 배수로와 맨홀 간의 연결상태를 도시한 사시도.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조의 설치상태를 도시한 결합단면도 및 분해사시도이고, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조에서 지오셀 및 투수블록을 따로 발췌하여 보인 사시도이다.

상기 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조(1)는, 지반층(10)과; 지반층(10)의 상면에 적층되는 토사층(20)과; 토사층(20)의 상면에 배치되는 망사형태의 그리드(31)와, 그리드(31)의 상면에 다열종대로 형성되어 내측에 사질계 토사 및 자갈이 채워지는 벌집모양의 망태(32)로 구성된 지오셀(30)과; 길이방향을 따라 형성되어 배수를 유도하는 하나 이상의 구멍(41)을 갖추고서, 지오셀(30)의 상면에 다열종대로 형성되는 다수개의 중공형 섬유보강 투수블록(40)으로 구성되며, 이를 도 1 내지 도 2와 같이 도시하였다.

상기 지반층(10)의 상면에 적층되는 토사층(20)은 널리 사용되고 있는 공지의 기술이며, 본 발명의 경우에는 상기 토사층(20)의 상면에 지오셀(30)과 중공형 섬유보강 투수블록(40)이 순차적으로 적층된다.

본 실시 예에 따르면, 빗물이 토사층(20)을 통과하는 과정에 공극이 미세한 모래(21) 층을 통과시 빗물에 섞여 있는 오염원이 1차적으로 걸러지게 되고, 모래(21) 층을 통과한 빗물은 2차적으로 공극이 조대한 자갈(22) 층을 신속하게 통과하여 지반층(10)으로 유입된다.

상기 토사층(20)은 모래(21) 및 자갈(22) 중 선택된 어느 하나이거나 또는 모래(21) 및 자갈(22)이 순차적으로 적층 시공될 수 있다.

본 실시 예의 경우 망사형태의 그리드(31)는 모래(21)와 자갈(22)로 구성된 토사층(20)의 상면에 배치되어 고정되고, 필요에 따라 모래(21)를 덮어 그리드(31)를 고정할 수도 있다.

특히, 상기 그리드(31)의 상면에 일체로 형성되는 망태(32)에는 지반을 보강하기 위한 사질계 토사 및 자갈이 채워지는데, 상기 사질계 토사 및 자갈을 통해 배수성은 약 16%, 지내력과 마찰력은 약 30%가 향상되기 때문에 중공형 섬유보강 투수블록(40)을 통과한 빗물이 지하로 침투 시 지반의 연약화를 방지할 수 있으며, 지내력을 증진시켜 모래(21) 및 자갈(22)이 침투수에 의해 이동하는 것을 미연에 차단하여 세굴현상 및 지반이 침하되는 것을 원천적으로 해소할 수 있는 기능을 수행하는 것이며, 이를 도 3a와 같이 도시하였다.

상기 지오셀(30)의 상면에 배치되는 중공형 섬유보강 투수블록(40)은, 동일한 직경을 갖는 골재와 소정의 길이를 갖는 합성수지재질의 보강재를 서로 혼합 타설하여 블록본체를 형성하고, 형성된 블록본체의 중앙에는 신속한 투수를 위하여 길이방향을 따라 구멍(41)이 형성된 것으로, 이를 도 3b와 같이 도시하였다.

본 실시 예의 경우 전단 응력 및 휨 응력에 대한 구조보강을 위해 고분자 섬유인 PP(Plypropylene), PE(Polyethylene), PC(Polycarbonate) 중 어느 하나가 상기 보강재로 선택 적용된다.

특히, 상기 중공형 섬유보강 투수블록(40)에 하나 이상의 구멍(41)이 마련되는데, 상기 구멍(41)을 통해 폭우 시 공극(미도시) 사이를 통과하는 빗물과 이물질로 인한 막힘을 최소화할 수 있고, 빗물의 역류 및 정체현상으로 인한 중공형 섬유보강 투수블록(40)의 상면에 물 고임 및 배수능력이 저하되는 것을 원천적으로 해소할 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 중공형 섬유보강 투수블록(40)은 상부두께와 하부두께가 서로 상이하게 제작되는데, 이는 중공형 섬유보강 투수블록(40)을 보도에 적용할 경우 원동기 또는 사람이 통행함에 따른 하중 등을 감안하여 어느 정도의 강도와 지지력은 갖추고 있어야 하기 때문에 실질적으로 고분자 섬유로 보강시키면서 상부는 하부보다 다소 두껍게 형성한 것이다.

본 실시 예의 경우 중공형 섬유보강 투수블록(40)을 구체적인 실시 예로 적용하고 있지만, 필요에 따라 중공형 섬유보강 투수블록(40)과 동일한 기능을 수행할 수 있는 투수용 콘크리트, 그레이팅(Grating) 등이 적용될 수 있으므로, 중공형 섬유보강 투수블록(40)에 한정하지 않는 것이 바람직하다.

상기와 같이 토사층(20)의 상면에 지오셀(30) 및 중공형 섬유보강 투수블록(40)을 형성시켜 줌으로서, 폭우(강우) 시 빗물이 지속적으로 공급되더라도 빗물이 지오셀(30) 및 중공형 섬유보강 투수블록(40)을 통해 신속하게 지하로 투수(침투)되기 때문에 노면에 물이 고이는 것을 방지하고, 나아가 자전거도로에 이를 적용하는 경우, 포장노면에 물이 고이지 않기 때문에 바퀴의 미끄럼현상을 최대한 억제할 수 있어 제동거리를 최소화함은 물론 안전운행을 유도할 수 있다.

또한, 도로노면에서는 빗물이 신속하게 배수되기 때문에 물 튀김이 없어 쾌적하고 안전한 보행 공간을 확보할 수 있고, 가로등 또는 기타 불빛의 난반사로 인한 이용자의 피로도를 경감할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조(1-1)의 다른 실시 예를 도시한 단면도로서, 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 배수형 포장구조(1-1)는 앞서 언급한 배수형 포장구조(1)와 전체적인 구성은 동일하며, 본 실시 예의 경우에는 지반층(10)에 배수구조물(50)이 더 보강 구비된다.

상기 배수구조물(50)은, 지반층(10)에 길이방향을 따라 형성되는 배수로(51)와; 배수로(51)의 내측에 배치되어 물은 통과시키고 이물질은 차단하는 부직포(52)와; 물이 투수될 수 있도록 공극을 이루며 부직포(52)의 내측에 배치되어 부직포에 의해 감싸지는 공극재(53)로 구성되며, 이를 도 4와 같이 도시하였다.

본 실시 예의 경우 상기 지반층(10)으로 유입된 빗물 중 일부는 배수로(51)를 따라 배수되고, 나머지 일부는 배수로(51)를 통해 배출되는데, 이때 배수로(51)에 형성된 부직포(52)는 빗물만 통과시키고, 빗물과 함께 투과된 이물질은 걸러 배수로(51)로 최대한 깨끗한 물이 흐르도록 하는 필터역할을 수행하게 된다.

본 실시 예의 경우 배수형 포장구조(1-1)의 시공과정을 간략하게 설명하면, 지반층(10)을 길이방향을 따라 일정 깊이로 절토하여 배수로(51)를 형성하고, 형성된 배수로(51)에는 물은 통과시키고 이물질은 차단하는 부직포(52)를 설치하며, 설치된 부직포(52)의 내측에는 빗물이 투수될 수 있도록 내부에 공극이 마련되는 공극재(53)를 배치한 상태에서 외부로 공극재(53)가 배출(노출)되지 않도록 부직포(52)로 감싸 준다.

상기 공극재(53)는 강우(폭우) 시 빗물을 저류되도록 하여 일시에 하천지역으로 유출되는 것을 방지하여 하천이 범람하는 것을 방지하며, 건기 시에는 저류되어 있는 빗물을 지하로 서서히 침투되도록 하여 태양열로 인한 지열 상승을 억제함은 물론 지중생물 및 가로수에 수분을 공급하는 역할을 수행하게 된다.

상기 공극재(53)는 공극률이 비교적 크고 배수기능을 원활하게 수행할 수 있는 파쇄된 유리 또는 파쇄된 플라스틱 또는 배수용 구조체(53a) 중 선택된 어느 하나가 적용되며, 본 실시 예의 경우 공극재(53)로 파쇄유리 또는 파쇄플라스틱 또는 배수용 구조체(53a) 중 어느 하나를 적용한 것으로 기재하고 있으나, 필요에 따라 상기 공극재(53)와 동일한 기능을 수행할 수 있는 어떠한 재료가 적용 가능함으로, 이에 한정하는 것은 바람직하지 않다.

상기 배수용 구조체(53a)는 외골격을 이루는 프레임(53a-1)과; 프레임(53a-1)의 내측에 서로 교차되게 형성되어 외력으로부터 프레임(53a-1)을 지지하는 트러스(53a-2)로 구성되며, 이를 도 5a 내지 도 5b와 같이 도시하였다.

본 실시 예의 경우 상기 배수용 구조체(53a)는 지반층(10)에 길이방향을 따라 형성된 배수로(51)에 배치되되, 배수용 구조체(53a)의 외면은 부직포(52)에 의해 감싸져 보호되며, 강우 시 내측으로 유입된 빗물을 최대한 저류되도록 하고, 건기 시에는 내부에 저류되어 있던 빗물을 서서히 지하로 침투되도록 하는 기능을 수행한다.

상기 배수용 구조체(13a)의 형상을 정육면체로 도시하고 있으나 필요에 따라 다양한 형상으로 제작할 수 있으므로, 모양과 형상에 대해서는 한정하지 않는다.

앞서 언급한 바와 같이, 배수로(51)와 부직포(52) 및 공극재(53)로 구성된 배수구조물(50)을 지반층(10)에 형성시켜 줌으로서, 강우 시 빗물에 포함된 오염원을 최대한 걸러 깨끗한 물이 투수되도록 하고, 배수로(51)를 통해 깨끗한 빗물이 서서히 저류되면서 배수되도록 하여 지중생물 및 가로수에 충분한 수분이 공급하며, 저류되는 빗물을 통해 지표온도(지열)의 상승을 최대한 억제되도록 할 수 있다.

한편, 상기 배수용 구조체(53a)는 지층구조에 따라 그 설치위치를 달리하는데, 지층이 연질인 경우에는 지하로 빗물이 신속하게 스며들지 못하고 지표면으로 역류하는 지역의 경우에는 지반층(10)의 배수로(51)에 배수용 구조체(53a)를 설치하고, 지층이 경질(불투수층)인 경우에는 토사층(20)에 배수용 구조체(53a)를 배치하는 것이 바람직하며, 이를 도 5a 내지 도 5b와 같이 도시하였다.

도 6은 본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조(1-1)에서 배수로와 맨홀 간의 연결상태를 도시한 사시도로서, 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 지반보강용 지오셀과 중공형 섬유보강 투수블록을 이용한 지반침투형 포장구조(1,1-1)에서 배수로(51)의 말단은 맨홀(60)의 외면에 형성된 배수구(61)와 상호 연결되되, 배수로(51)의 말단부에는 2단 이상의 단층을 이루는 저장조(51a)가 형성되어 내측에 물이 저장되며, 저장조(51a)에 저장된 물은 일정수위이상 차게 되면 맨홀(60)을 통해 물이 배출된다.

그리고, 상기 맨홀(60)로 유입된 빗물은 맨홀(60)에 설치된 배수관(62)을 따라 이동하여 하수처리시설로 이동된다.

상기 배수로(51)는 빗물이 배수로(51)를 따라 이동하다가 지중으로 스며들거나 배수로(51)의 주변으로 스며들어 배수로(51) 주변이 항시 축축한 상태를 유지하고 있지만, 맨홀(60)과 만나는 말단부의 경우에는 맨홀(60)을 통해 빗물이 신속하게 배출되기 때문에 주변지역이 항시 건조할 수 밖에 없어 지중생물의 서식이나 가로수의 성장에 지장이 생길 수 밖에 없었다.

따라서, 상기와 같이 맨홀(60)과 연결되는 부분에 2단 이상의 단층을 이루는 저장조(51a)를 형성하여 잉여의 빗물은 신속하게 배수처리하고, 저장조(51a)의 저장된 빗물을 통해 배수로(51)의 말단부 주변으로 배수되도록 하여 주변부가 건조해 지는 것을 원천적으로 방지해 줄 수 있을 뿐만 아니라, 지중생물 및 가로수에 수분을 원활하게 공급할 수 있고, 항시 지중이 전반적으로 축축한 상태(습한상태)를 유지하고 있기 때문에 지열온도가 상승되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세하게 설명되어 있지만, 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에게 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1, 1-1: 배수구조 10: 지반층 20: 토사층
21: 모래 22: 자갈 30: 지오셀
31: 그리드 32: 망태
40: 중공형 섬유보강 투수블록 41: 구멍
50: 배수구조물 51: 배수로 51a: 저장조
52: 부직포 53: 공극재 53a: 배수용 구조체
53a-1: 프레임 53a-2: 트러스 60: 맨홀
61: 배수구 62: 배수관