KDS 설계기준 취입보 바닥보호공 설계

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취입보 기초공 및 지수벽 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

이 기준은 취입보의 기초공과 지수벽 설계에 관한 기술적인 사항을 규정합니다.

1.2 적용범위

이 기준은 농어촌정비사업으로 시행되는 취입보의 기초공 및 지수벽 설계에 적용됩니다.

1.3 참고 기준

내용 없음

1.4 용어의 정의

내용 없음

1.5 기호 정의

내용 없음

1.6 시설물의 구성

내용 없음

1.7 해석과 설계원칙

내용 없음

1.8 설계 고려사항

내용 없음

1.9 신규기술적용

내용 없음

1.10 구조 설계도서

내용 없음

2. 조사 및 계획

2.1 조사 및 계획 일반

내용 없음

2.2 조사

내용 없음

2.3 계획

내용 없음

3. 재료

3.1 재료 일반

내용 없음

3.2 재료 특성

내용 없음

3.3 품질 및 성능시험

내용 없음

4. 설계

4.1 수리 기본

4.1.1 유수영역

하상 세굴 방지를 위해 하류 물받이에 연속하여 설치되는 바닥보호공은 하류하천 특성 파악이 중요합니다.
하류 하천 흐름은 하류수위 등 조건에 따라 사류, 완전 도수, 불완전 도수, 잠긴 흐름, 게이트 부분개방시의 사류 등 5개 영역으로 분류됩니다.
각 영역별로 하상에 미치는 에너지 크기가 다르고, 세굴 위험도가 다르기 때문에 바닥보호공 설계가 달라집니다.
- I 영역(사류) : 하류수심이 공액수심보다 작아 사류가 하류로 진행, 국부 세굴이 가장 큰 영역입니다.
- II 영역(완전 도수) : 하류수심이 공액수심과 일치하여 비탈 끝에서 도수가 일어나 에너지가 소멸되는 이상적인 감세가 일어나는 영역입니다.
- III 영역(불완전 도수) : 하류수심이 보마루 한계수심보다 낮고, 비탈 끝 수심에 대응하는 공액수심보다 높은 경우로, 최대 유속이 바닥층에서 나타나 바닥보호공법 선정에 주의가 필요합니다.
- IV 영역(잠긴 흐름) : 보마루 한계수심보다 하류수심이 높은 경우로, 최대 유속이 수면 부근에 나타나 국부세굴 위험이 가장 낮습니다.
- V 영역(게이트 부분개방시의 사류) : 게이트 부분개방에 따른 부정류 흐름으로, 개방 시간이 길어질수록 사류에 의한 국부세굴 영향이 커집니다.

4.1.2 유수영역의 판정

설계 착수 전에 주어진 보의 높이와 유량에 따라 하류하천 유수영역 변화를 판정해야 합니다.
보 높이와 단위나비당 유량에 대응하는 한계수심, 하류 공액수심 관계로 유수영역을 판정할 수 있습니다.
바닥보호공 설계는 평수량에서 설계 홍수량까지 몇 개의 유량에 대한 하류수심을 구하고, 가장 위험한 경우를 검토해야 하며, 게이트 조작에 따른 노출사류 발생 위험성도 검토해야 합니다.

4.2 수리 설계

4.2.1 설계의 방침

바닥보호공 설계는 하류 끝 유속 분포와 크기를 연결되는 하류 하천 유속 분포 및 크기와 같게 하고, 장래 하상 변동에 대비해야 합니다.
다음 사항에 유의해야 합니다.
- 바닥보호공과 하천의 유수저항을 같게 합니다.
- 바닥보호공 유수저항은 고정보 및 홍수구 하류에서는 하상 재료 평균입경 이동한계시의 조건을 주고, 배사구 하류에서는 최대입경 이동한계시의 조건을 주어 정합니다.
- 바닥보호공 블록 돌기 상단은 원칙적으로 물받이 바닥 표면과 같은 표고로 합니다.
- 장래 하상변동이 예상되는 곳에서는 유연성, 굴곡성, 연결성이 좋도록 설계합니다.
- 바닥보호공 재료는 홍수시 유사 침식에 견딜 수 있도록 내마모성이 커야 합니다.

4.2.2 급류하천에서의 영역별 설계

급류하천에서는 현지 조건에 의해 판정된 영역에 따라 바닥보호공을 설계합니다.
바닥보호공 설계는 KDS 51 40 05 하천 보 설계기준을 따릅니다.

4.2.3 완류하천에서의 설계

완류하천에서는 수위 상승 문제로 가동보가 설치되며, 홍수시 흐름 조건에 따라 유수영역을 판정하여 설계합니다.
바닥보호공 설계는 KDS 51 40 05 하천 보 설계기준을 따릅니다.

4.2.4 블라이 식

바닥보호공 길이를 정하는데 사용된 경험공식으로, 바닥보호공 범위를 정하는데 참고할 수 있습니다.

4.3 구조 설계

4.3.1 보호 블록 크기

보호 블록 무게는 유속에 저항할 수 있도록 크기와 형식을 결정해야 합니다.

4.3.2 블록의 연결과 토사 흡출 방지

블록은 서로 연결되는 구조로하여 유수에 저항하도록 하는 것이 좋으며, 토사 흡출 방지 조치를 취해야 합니다.

4.3.3 기타 감세공법

보 높이가 4~5m를 넘는 높은 보에서 수세를 빨리 감세할 필요가 있는 경우, 물방석, 전향장치, 배플 피어 등의 감세공법을 검토하여 설치합니다.
- 물방석
  - 보 하류 비탈 끝에 정수지를 만들어 수세를 감쇄하는 공법입니다.
  - 비탈 끝에서 발생하는 사류수심에 대응하는 도수심이 하류측 하천수심보다 높을 때 유효합니다.
  - 정수지를 만드는 방법으로는 보 비탈 끝을 하류측 하상보다 깊이 파는 방법과 부언을 설치하는 방법이 있습니다.
  - 물방석 규모는 계획홍수량을 상한으로 하여 여러 가지 유량에 대한 상태를 검토하고 가장 위험한 상태를 구하여 결정합니다.
- 전향장치 (Deflector)
  - 물받이 부분에 적당한 각도로 상향곡선을 붙여 월류수를 멀리 포물선형으로 날려보내는 작용을 합니다.
  - 보몸체의 대소, 월류량의 다소, 상하류 수심관계, 하상 기울기에 의한 유속 및 하상 재료에 따라 적용 여부를 결정합니다.
- 배플 피어
  - 물받이 부분 위에 기둥 모양의 돌기를 설치하여 유수가 부딪혀 뛰어올라 수세를 감쇄하는 방법입니다.
  - 철근콘크리트 기둥을 세우거나 큰 조약돌 또는 견치돌을 거꾸로 세우는 방법이 있습니다.
  - 유량이 적을 때 효과가 크며, 유량이 많으면 효과가 떨어집니다.
  - 횡진동이 발생하기 때문에 견고하게 만들어야 합니다.
  - 치형턱은 배플 피어의 일종으로, 빗모양의 돌기를 보몸체 비탈 끝부에 병열하여 월류수 수세를 감쇄하는 방법입니다.
  - 치형턱은 표면 소용돌이를 발생시켜 에너지를 감쇄하고, 하상의 패임을 막는 효과가 있습니다.

4.3.4 물받이 표면보호공법

물받이 표면은 토사 이동에 따른 마모에 대해 안전하도록 보호해야 합니다.
계류취수공의 경우 사력 유하에 따른 충격, 마모, 캐비테이션 등에 의해 파손되기 쉽기 때문에 내마모 공법을 선정하여 보호해야 합니다.
- 표면에 내마모성 층을 만드는 방법
  - 돌붙임공법: 깬돌, 견치돌, 자연석 등을 사용하며 내충격성과 내마모성이 크지만 하부 콘크리트에서 분리되는 결점이 있습니다.
  - 철판붙임공법: 강판을 하부 콘크리트에 앵커로 고정하고 용접으로 고정시킨 것으로 내마모성과 내충격성이 있습니다. 온도응력, 충격, 마모 문제가 발생할 수 있습니다.
  - 에폭시 수지 모르터공법: 내마모성이 있지만 하부 콘크리트에서 분리될 수 있습니다.
  - 탄성판공법: 폴리우레탄 계통의 탄성판을 콘크리트에 앵커볼트로 고정한 것으로 탄성판에 의한 충격흡수효과가 크지만 하부 콘크리트와 접착에 어려움이 있습니다.
  - 주강판공법: 내마모성의 주강판을 콘크리트에 앵커볼트로 고정한 것으로 내충격성과 내마모성이 우수하지만 탄성판공법과 마찬가지로 문제점이 있으므로 사용 장소에 대한 충분한 검토가 필요합니다.

4.3.5 콘크리트 내에 내마모성 재료를 혼합하는 방법

* **철분 콘크리트 공법**: 콘크리트를 친 후 표면에 철분을 혼합하여 하부 콘크리트와 일체가 되도록 합니다. 내마모성이 크지만 아래의 콘크리트로부터 분리되기 쉽습니다.
* **스틸 그리트 공법**: 보통 콘크리트의 잔골재의 일부를 잘 선정된 철 입자로 대체한 콘크리트로서 내마모성이 큽니다.
* **콘크리트 품질을 향상시키는 방법**: KDS 14 20 01 콘크리트구조 설계 설계기준을 따릅니다.
* **스크린 공법**: 특수공법으로 스크린에 의한 록 키퍼식 구조물을 설치하여 호박돌, 전석 등이 낙하하는 것을 방지하여 충격과 마모를 억제합니다.

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