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하천 수문 설계 기준
1. 일반사항
1.1 목적
본 기준은 하천 수문 설계 기준을 정하는 데 목적이 있으며, 하천 수문에 대한 기본 요건과 고려 사항을 제시한다.
1.2 적용 범위
본 기준은 하천 수문의 신설 및 보강 공사를 위한 설계에 적용된다.
1.3 참고 기준
본 기준을 적용할 때 관련 기준과 법규를 고려해야 한다.
- 관련 기준:
- KDS 51 14 10 설계수문량
- KDS 51 40 15 홍수방어 계획
- KDS 51 17 00 하천내진설계
- KDS 51 40 05 하천보
- KDS 51 40 10 하천어도
- KDS 51 40 20 하천주운시설
- KDS 51 50 05 하천제방
- KDS 51 50 10 하천호안
- KDS 51 50 20 하천하상유지시설
- 관련 법규: 하천의 구조·시설기준에 관한 규칙(국토교통부)
1.4 용어 정의
- 수문(水門): 본류를 횡단하거나 본류로 유입되는 지류를 횡단하여 제방을 분리시키는 형태로 설치한 개폐문을 가진 구조물로서 제방의 기능을 가지고 있는 것을 말한다.
1.5 기호의 정의
내용 없음.
1.6 시설물의 구성
1.6.1 종류
- 목적: 수위유지수문, 역수문, 역조수문, 유량조절수문
- 형식: 단경간수문, 다경간수문
- 구조: 슬루스 게이트(sluice gate), 로울링 게이트(rolling gate), 테인터 게이트(tainter gate), 드럼 게이트(drum gate), 전도식수문, 고무튜브식수문
- 형상: 사각형수문, U자형수문, 역T자형수문
1.6.2 구조
- 구성: 본체, 문기둥 및 조작대, 흉벽, 날개벽, 연결호안, 바닥보호공, 차수공, 문짝 및 개폐장치 등
- 부가 설치: 필요시 배사구, 어도, 갑문(통선문) 등
2. 조사 및 계획
내용 없음.
3. 재료
내용 없음.
4. 설계
4.1 일반사항
- 취수, 수위유지, 역류 방지를 위해 설치하는 수문은 계획홍수위 이하 수위의 유수작용에 대하여 안전하고, 시공 및 유지관리가 편리한 구조가 되도록 설계해야 한다.
- 수문은 홍수의 유하를 방해하지 않고 하안 및 하천시설 등의 구조에 현저하게 지장을 주지 않아야 한다.
- 수문에 접한 하상, 고수부지 등의 세굴방지와 하천환경을 고려하여 설계해야 한다.
- 수문의 개폐문짝은 수밀성(물의 침투, 흡수 및 투과를 막는 성질)을 갖춘 구조로 하며, 필요한 경우에는 개폐문짝의 조작과 보호를 위한 조작실을 설치할 수 있다.
- 시설 규모가 크고, 치수적으로 매우 중요한 곳 및 해수의 영향 구간에 설치되는 수문은 조작과 유지관리를 고려하여 필요시 2중 개폐시설 또는 예비문짝(stop log)을 설치하여야 한다.
- 일반적으로 수문의 본체는 문짝 및 개폐장치를 제외하고 철근콘크리트 구조로 하는 것을 원칙으로 한다.
4.2 설치위치 및 단면
4.2.1 설치위치
- 수문은 하상이 안정되어 있고 하천 관리에 장애가 없는 곳에 설치하며, 만곡부(彎曲部), 수충부(水衝部: 물살이 강하게 부딪치는 구간) 및 교량 등의 구조물 주변은 피하여야 한다.
4.2.2 바닥고
- 수문의 바닥높이는 설치 목적에 따라 결정하지만 현하상고와 계획하상고를 고려하여 유수소통과 퇴사로 인한 문짝 개폐에 지장이 없도록 결정하여야 한다.
4.2.3 설치방향
- 수문의 평면 형상 및 설치 방향은 홍수 시 유수의 방향을 고려하여 결정하고, 하천 중심선에 최대한 직각에 가깝고 간단한 구조가 되도록 한다.
4.2.4 단면
- 수문의 단면은 계획유량과 유하물이 흐를 수 있는 충분한 단면적을 확보하여야 한다.
- 수문의 설치 연장(W)은 계획홍수위를 변경하지 않는 상태에서 해당 하천의 기존 통수단면적이 수문 설치 시 통수단면적과 비교하여 1.3배 미만인 경우에는 양안 측벽의 내측은 해당 하천의 계획홍수위와 제방과의 교점으로 한다. 또한 1.3배 이상인 경우에는 1.3배되는 곳까지 수문의 설치 연장을 축소할 수 있다.
- 수문의 경간장(인접한 문기둥의 중심간 거리)은 하천 상황, 지형 상황, 계획홍수량, 경제성, 시공성 등을 고려하여 결정하되 표 4.2-1 값으로 한다. 단, 산간 협착부 또는 하천 상황 및 지형 상황이 치수에 지장이 없는 경우에는 이 기준을 따르지 않아도 된다.
| 계획홍수량 (㎥/s) | 경간장 (m) | 일반구간 | 배사 및 통선구간 |
|—|—|—|—|
| 500 미만 | 15 이상 | 12.5 이상 |
| 500 이상 ~ 2,000 미만 | 20 이상 | 12.5 이상 |
| 2,000 이상 ~ 4,000 미만 | 30 이상 | 15 이상 |
| 4,000 이상 | 40 이상 | 20 이상 |
- 표 4.2-1에서 수문의 설치 연장이 30 m 미만인 경우에는 2경간 이내에서 경간장을 12.5 m 이상으로 설치할 수 있다. 또한 문짝의 높이가 2 m 이하인 경우에는 문짝의 높이와 가로 길이 비가 1/10값 (15 m 미만인 경우 15 m) 이상으로 설치할 수 있다.
4.3 본체
4.3.1 형식
- 본체의 형식은 기초 지반, 공사비, 시공성을 고려하여 결정하며, 흐름에 지장을 주지 않도록 설계해야 한다.
4.3.2 바닥판
- 수문의 바닥판은 상부 하중을 지지하고 문짝의 수밀성 확보와 물받이 역할을 할 수 있는 구조로 한다.
4.3.3 측벽
- 측벽은 측면 토압과 문짝을 지지하고 상부 하중 및 수압을 안전하게 바닥판에 전달하는 구조로 한다.
4.4 문기둥 및 조작대
4.4.1 문기둥
- 문기둥은 물 흐름의 지장을 적게 받는 형상으로 하고, 문짝을 지지하고 상부 하중 및 수압을 안전하게 바닥판에 전달하는 구조로 한다.
- 문기둥의 두께는 관리교의 폭, 문짝의 치수, 조작실의 규모를 고려하여 결정하고, 문기둥에 의한 저해율(문기둥 설치 폭이 수문 설치 연장에 차지하는 비율)은 수문 설치 연장의 10%를 초과하지 않아야 한다.
- 문기둥의 높이는 문짝을 완전히 열었을 때 문짝 하단부까지의 높이, 문짝의 높이, 관리를 위한 여유고를 더한 값으로 한다.
4.4.2 조작대 및 조작실
- 문기둥 상부에는 개폐장치, 조작반 등을 설치하기 위한 조작대를 설치해야 하며, 원칙적으로 조작실도 설치한다.
- 조작실은 개폐장치 설치와 조작에 필요한 충분한 여유 공간을 확보하고, 주변 경관과 조화로워야 한다.
4.4.3 관리교
- 수문에는 원칙적으로 관리교를 설치한다. 단, 전도식 수문 및 소형 수문과 같이 관리교 설치가 필요 없다고 인정되는 경우는 예외로 한다.
- 관리교의 폭은 수문의 유지관리와 연결 도로의 폭을 고려하여 결정한다.
- 관리교의 높이는 계획홍수위에 홍수량에 따른 제방 여유고 기준 값을 더한 높이 이상으로 한다.
- 관리교는 설계 하중에 안전한 구조로 하여야 한다.
4.4.4 월류방지벽
- 해당 하천의 계획홍수위가 본류 하천의 계획홍수위 또는 계획 고조위보다 낮은 경우에는 역류 방지를 위한 월류방지벽을 설치해야 한다.
- 문짝을 열었을 때 문짝의 하단고는 수문이 접한 계획 제방고 이상으로 하고, 문짝을 닫았을 때 문짝의 상단고 또는 월류방지벽의 상단 높이는 수문이 접한 계획 제방고 이상으로 한다.
4.5 흉벽 및 날개벽
- 흉벽은 본체와 일체된 구조로 하고, 수문의 본체와 제방 내 토립자의 이동 및 유출을 방지함과 동시에 날개벽의 파손 등에 의한 제방의 붕괴를 방지할 수 있는 구조로 설계해야 한다.
- 날개벽을 본체와 분리 설치할 경우 연결부는 수밀성을 확보할 수 있는 구조로 한다.
4.6 연결호안 및 바닥보호공
- 연결호안은 유수작용으로부터 제방 및 하안을 보호하는 역할을 하고, 구조적으로 안전하며 하천환경을 고려해서 설계되어야 한다.
- 연결호안의 설치 폭은 구조물 양끝을 기준으로 20m 이상 혹은 굴착 폭 중 큰 범위 이상으로 하며, 관리교 아랫부분의 경우에는 관리교 끝단에서 45° 이상으로 설치한다.
- 세굴이 예상되는 수문의 유입부와 유출부에는 바닥보호공을 설치해야 한다. 또한 바닥보호공은 수문 본체의 안전을 유지하기 위해 필요한 길이와 구조를 가져야 하고 하천환경을 고려해서 설계하여야 한다.
- 필요시 고수부지의 세굴을 방지하기 위한 보호공을 설치할 수 있다.
4.7 차수공
- 제방과의 접촉면을 따라 발생하는 침투수의 침투 경로를 길게 하고 수문 하부의 토사 유동과 세굴에 의한 토사 흡출을 방지하기 위해 적절한 차수공을 설치해야 한다.
4.8 문짝 및 개폐장치
4.8.1 문틀 및 문짝
- 문틀은 문짝의 하중을 콘크리트 구조물에 안전하게 전달하는 구조로 하고, 형상은 사용하는 문짝의 형식에 따라 적절하게 결정한다.
- 문짝은 개폐가 확실하고 설계 하중에 안전하고, 충분한 수밀성과 내구성을 가지고, 유해한 진동이 발생하지 않아야 하며, 홍수 소통에 지장을 주지 않는 구조가 되어야 한다.
4.8.2 수밀공
- 문짝의 수밀재는 수밀성이 좋고, 내구성이 크고, 유해한 진동과 공동 현상(cavitation)을 일으키지 않는 구조로 하고, 교체 및 교정이 용이해야 한다.
4.8.3 개폐장치 및 조작 방식
- 수문의 개폐장치는 신속하고, 확실하게 작동되어야 하고, 충분한 내구성을 가지고 있어야 하며 조작 및 유지관리가 편리해야 한다.
- 문짝의 조작은 현장 조작이 가능하고, 필요시 원격 조작도 가능하도록 한다.
4.8.4 부속 시설 및 설비
- 어도 및 통문(통선문)의 설계는 KDS 51 40 10(하천어도) 및 KDS 51 40 20(내륙 주운 시설)의 규정에 따른다.
- 수문에는 조작 및 유지관리를 위해 필요시 부속 설비를 설치한다.
4.9 수문의 안전성
- 수문은 하중, 전도, 활동, 기초 지지력에 대한 소정의 안전성을 확보하여야 하며, 내진 설계 대상 수문은 지진에 대한 소정의 안전성도 확보하여야 한다.
- 수문 설계의 주된 하중으로는 자중, 자동차 하중, 토압, 정수압, 양압력, 지진 시 관성력, 동수압, 온도 하중, 잔류 수압, 풍하중, 설하중이 있다.
- 수문 설계 시 정수압 하중에 대한 수위 조건은 계획홍수위(감조 구간에서는 계획 고조위)와 수문 바닥고 또는 저수위(LWL)로 한다.
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