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Þ L À ¸ :× Úhî;D · 2014-06-25 · i x À² c é Ñ d « i n Ó ³ a >2 d × û c é Ñ d «...

Date post: 14-Jul-2020
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Until the 1990s , The major purpose of the river improvement was a flood control such as dam construction and a development of water resources for industrialization and urbanization. As a result, environmental aspects of river and needs of the local residents were considered secondary. However, since the 1990s and the improvement of the Four Major rivers, private organizations and local residents interest in the river made of the increases that eco-enviromental aspects of river and water-familiar function of riverfront. Recent detailed design of the river, a design of the stepping stone as a means of crossing river is increasing as well as design of bridge. But from the perspective of engineers, there is no manual about stepping stone, it s hard to design of stepping stone. And a stepping stone that incorrectly designed is became a problem because of increasing the cost of re-construction or re-design. Using the examples of the designing of stepping stone in Milyang-River, this article suggests the direction of stable designing of stepping stone thereby reviewing problems of existing designing of stepping stone. But there is no guidelines about designing of stepping stone, the possibility of over- design is generated frequently. In a small river, requirements of stepping stone shall be increase for some years ahead. For proper response to increasing demands of stepping stone, the design criteria for a suitable stepping stone must be established in a proper time. 하천에 설치되는 징검다리의 설계 1. 머리말 2. 설계 및 시공사례 3. 징검다리의 보강방안에 대한 검토 4. 징검다리의 설계 5. 맺음말 The design of stepping stone crossing river 1) 수공본부 부장([email protected]) 2) 수공본부 과장([email protected]) 3) 수공본부 대리([email protected]) 4) 수공본부 사원([email protected]) wwwyooshincokr _ 253 피완섭 1) 양광현 2) 김준범 3) 황보현 4)
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Until the 1990s , The major purpose of the river improvement was a flood control such as dam

construction and a development of water resources for industrialization and urbanization. As a result,

environmental aspects of river and needs of the local residents were considered secondary.

However, since the 1990s and the improvement of the Four Major rivers, private organizations and

local residents interest in the river made of the increases that eco-enviromental aspects of river and

water-familiar function of riverfront.

Recent detailed design of the river, a design of the stepping stone as a means of crossing river is

increasing as well as design of bridge.

But from the perspective of engineers, there is no manual about stepping stone, it s hard to design of

stepping stone. And a stepping stone that incorrectly designed is became a problem because of

increasing the cost of re-construction or re-design.

Using the examples of the designing of stepping stone in Milyang-River, this article suggests the

direction of stable designing of stepping stone thereby reviewing problems of existing designing of

stepping stone. But there is no guidelines about designing of stepping stone, the possibility of over-

design is generated frequently.

In a small river, requirements of stepping stone shall be increase for some years ahead. For proper

response to increasing demands of stepping stone, the design criteria for a suitable stepping stone

must be established in a proper time.

하천에설치되는징검다리의설계

1. 머리말

2. 설계 및 시공사례

3. 징검다리의보강방안에대한검토

4. 징검다리의설계

5. 맺음말

The design of stepping stone crossing river

1) 수공본부 부장([email protected])2) 수공본부 과장([email protected])

3) 수공본부 대리([email protected])4) 수공본부 사원([email protected])

www�yooshin�co�kr_ 253

피완섭1) 양광현2) 김준범3) 황보현4)

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▲⃝유신기술회보 _설계사례

254_제18호

1. 머리말

1990년대까지는댐건설과같은수자원개발이

라든지 산업화와 도시화에 따른 용수개발사업 및

홍수방어목적의치수사업위주의하천정비사업이

이루어져왔다. 그로인해하천의생태환경적인측

면이나지역주민들의요구사항등은부차적인문

제로미루어졌다.

하지만 1990년대이후및4대강정비사업을거

치면서각종민간단체및지역주민들의하천에대

한관심의증대가이루어지면서상대적으로취약하

게여겨져왔던하천의생태환경적측면과친수기

능등에대한하천환경기능의강화필요성이증대

되게되었다.

따라서최근의하천실시설계에서보면하천을횡

단하는 수단으로써 교량 뿐만 아니라 징검다리에

대한설계요구가증가되고있다. 그러나실무자의

입장에서보면징검다리에대한명확한설계기준이

마련되어있지않은실정이어서설계를하는데많

은어려움을겪고있는것이현실이다. 그리고제대

로설계되지않은징검다리들이시공중혹은시공

후에홍수나이상강우시유실되거나제기능을못

함으로써재설계나재시공에드는비용문제또한

큰문제가되고있다.

따라서본글에서는이러한문제점들을검토하여

기존설계중문제점을파악하고보다안정한징검

다리를설계할수있도록방향을제시하고자한다.

2. 설계및시공사례

2.1. 밀양강 생태하천 조성사업

1) 징검다리 설치지점 현황 및 설치목적

밀양강징검다리설치구간은밀양강이하중도에

의해분기하는구간의제내측및하중도로접근성

이양호한하도구간으로써, 용두연유원지와밀양

강좌안측산책로와연계될수있는지점에설치를

하였다.

징검다리의설치목적으로는밀양강내의하도에

위치하여제내측과하중도및용두유원지를연결해

하천의이용현황및접근성이양호한구간에징검

다리를설치하여하도내친수및주민들의이동편

의를도모하고자설치하였다.

징검다리 지구명 기본계획 측점(No.) 연 장(m)

#1 용평 No.41+585(밀양강) 140

#2, 3 삼문 No.39+385(밀양강) 29

#4 〃 No.41+1+340(용평샛강) 44

2) 징검다리 설계개요

총 연장(m) 213

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하천에 설치되는 징검다리의 설계

밀양강의하도내에설치되어주민의이동성등을

감안해서설치된징검다리가밀양지역의강우발생

(5월 8일~11일) 기간동안시공중위치변동이일

어났다. 강우분석결과해당기간에내린비는약1

년 빈도에 해당하는 것으로 나타났지만 징검석을

고정시켜주는역할을해야할잡석기초가하천의

흐름을견디지못하고유실됨으로써징검석의위치

이동이일어났다.

3) 징검다리 설치 위치

4) 문제점

시공 중 위치 변화가 일어난 징검석 해당 징검다리 기설계 단면도

www�yooshin�co�kr_255

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▲⃝유신기술회보 _설계사례

256_제18호

3. 징검다리의보강방안에대한검토

3.1 치수적 안정성 확보

징검다리의 경우 홍수시 뿐만 아니라 평상시의

하천의흐름에서도구조적안정성및유지관리성을

확보해야한다.

또한 징검다리의 특성상 징검석 상단과 평상시

하천수위와의차이가크기않으므로장래하상변

동의영향성을감안한바닥고및기초보강공법을

적용해야한다.

3.2 구조적 안정성 확보

본설계에서는징검다리의기능을저해하는징검

석의위치변동을막기위해징검석상하류부에바

닥보호공을설치하고징검석과기초가일체화된구

조체를형성함으로써구조적안정성을확보하고자

하였다.

3.3 유지관리

징검다리의경우상시물에접해있으므로제기

능을유지토록하기위해서는유지관리가중요하

다. 또한본설계에서징검다리의안정성을확보하

기위해보조물로써사석을이용하였으며, 하천설

계기준(2009)에 따르면 2년의정기적주기및계

획홍수량의 80%가넘는홍수발생시마다사석의

이동여부를확인하여문제발생시보강대책을수립

하여야한다.

4. 징검다리의설계

위사례에서보듯이, 유실된징검다리의경우대

부분 하천의 흐름에 의해 징검석을 고정시켜주는

기초부분이유실됨으로써징검석의위치이동이발

생하거나징검석자체가흐름을못이기고유실되

는경우가대부분이었다. 따라서징검다리의안정

성에가장큰영향을미치는것은하천의흐름인것

으로판단되고, 징검다리의설계에있어서가장중

요한것은하천의흐름을분석하고하천의흐름에

대한 데이터를 얻어내서 적정한 규모의 징검다리

설치와기초보강대책인것으로판단된다.

4.1 수리검토

징검다리의안정성에가장악영향을미치는유하

량 검토를 통해 향후 징검다리의 안정성 및 유지

관리가향상될수있는설치방안을검토하고자설

치지점의유속과소류력을분석하였다.

징검다리의안정성에영향을미치는단면들에대

해밀양강의100년빈도홍수량유하시에대해검

토하였다.

4.2 하상변동 예측

징검다리설치구간은용평보와용두교사이구간

으로하천기본계획시해당구간의장래하상변동고

는H=0.62~1.66m세굴되는것으로예측하였다.

따라서, 실시설계시징검다리의설치구간은현하

상EL. 8.05m에서약H=1.05m세굴되는것으로

판단하여징검다리의바닥하상고를EL. 7.00m로

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하천에 설치되는 징검다리의 설계

계획하여하상변동으로인한구조물의침하에대해

안정성을확보하고자하였다.

4.3 징검석 크기 결정

징검석의크기는현장상황및수심을고려하여

충분한수면위돌출높이를확보할수있도록해

야 한다. 그리고 징검석의 간격은 사람의 보폭과

어류의이동을단절시키지않는충분한간격을유

지할수있어야한다. 밀양강의경우징검석사이

의간격은어린이의보폭을고려하여 30cm로결

정하였다.

4.4 바닥보호공 및 물받이 길이 결정

징검석을지탱해주는기초부를설계하기위해서

징검다리를작은보구조물로간주해서설계를하

였다. 그에따라규모를결정할때에도보설계기

준에따라블라이공식을이용해서결정하였다. 바

닥보호공및물받이길이결정을위한블라이공식

41+370 10.50 12.01 14.55 1.12 2.12 2.72 0.94 2.82 4.10

41+520 10.59 12.14 14.66 1.22 2.26 2.97 1.14 2.59 3.30

41+530 10.57 12.11 14.64 1.40 2.42 3.07 1.59 3.70 3.65 설치지점

41+540 10.58 12.12 14.67 1.40 2.42 3.02 1.59 3.72 3.59

41+550 10.56 12.02 14.57 1.87 3.11 3.43 2.93 6.35 6.80

○징검다리#1

측점(No.) 저수위

지배유량

100년빈도

저수위지배유량

100년빈도

저수위지배유량

100년빈도

비 고

홍수위(EL.m) 유속(m/s) 소류력(Kgf/㎡)

41+1 6.96 7.33 14.10 1.41 2.13 5.06 3.05 5.32 13.12

41+133 9.33 9.51 15.30 0.26 0.98 4.10 0.07 0.85 6.88

41+134 9.33 9.50 15.28 0.40 1.42 4.31 0.19 2.20 7.49 설치지점

41+135 9.34 9.60 15.28 0.18 0.67 4.31 0.03 0.40 7.34

42+1 9.34 9.63 15.41 0.25 0.65 3.77 0.08 0.46 7.32

○징검다리#4

측점(No.) 저수위

지배유량

100년빈도

저수위지배유량

100년빈도

저수위지배유량

100년빈도

비 고

홍수위(EL.m) 유속(m/s) 소류력(Kgf/㎡)

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▲⃝유신기술회보 _설계사례

258_제18호

및계수는아래와같다.

⇒바닥보호공길이결정을위한블라이공식

여기서, f는 안전율(가동보= 1.5, 고정보 = 1.0)

인데징검다리설계에서는고정보로간주1.0을사

용했다.

⇒물받이길이결정을위한블라이공식

여기서, L1은하류측물받이길이(m), Ha는하류

측물받이상판에서보마루까지의높이(m), 배사구

나가동보의경우는수문마루까지의높이(m)이고,

C는블라이(Bligh) 계수이다.

⇒블라이계수

○하류측물받이길이산정결과

4.5 보호공 사석 크기 결정

밀양강의경우세굴로부터징검다리를보호하기

위해서 사석을 이용한 바닥보호공을 설치하였다.

사석의크기를결정하기위해서하천설계기준에서

제시한교량등의하천구조물에서세굴방호를위한

사석 크기 결정시 주로 사용되는 Isbash공식,

Richardson 공식및윤태훈공식을사용하였고,

각공식은아래와같다.

⇒Isbash공식

여기서V0: 구조물이없는상태에서의접근유속

(m/sec), C : Isbash 계수(0.86~1.20), g : 중력

가속도(m/sec2), Du : 사석의크기(m), Ys : 사석

의단위중량(t/m3), Y : 물의단위중량(t/m3), β: 흐

름입사각도

[그림 1] 바닥보호공의 길이

[그림 1] 하류측 물받이 길이

하상토의 상태 블라이(Bligh) 계수

극미립사 또는 이토 (0.1~0.005mm) 18

가는 모래 (0.25~0.1mm) 15

굵은 모래 (1.00~0.5mm) 12

자갈과 모래의 혼합 9

호박돌, 자갈 4~6

구 분 하류측 물받이 길이 (m)

징검다리 #1 3.42m (금회 3.5m 적용)

징검다리 #4 3.42m (금회 3.5m 적용)

L2 = 0.66C·f·(Ha·q)1/2 - L1

L1 = 0.6·C· H

V0 = C 2gDu cosβ- sinβ( )s -

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하천에 설치되는 징검다리의 설계

⇒Richardson공식

여기서D50 : 사석의중앙입경(m), K : 교각형

상계수(원형교각: 1.5, 사각형교각: 1.7), V : 구조

물이없는상태에서의접근유속(m/sec), g : 중력

가속도(m/sec2), Ys : 사석의단위중량(t/m3), Y :

물의단위중량(t/m3)

⇒윤태훈교수공식

여기서D : 사석의중앙입경(m), u : 접근유속, b

: 사석이부설되는하상의경사, Ss : 사석의비중,

g : 중력가속도, y0 : 수심

○사석크기산정결과

D50 =

( )s - 2g

0.692(KV)2

Isbash 0.29 0.43

Richardson 0.20 0.30

윤태훈 공식 0.26 0.38

채 택 0.29(0.30 적용) 0.43 (0.45 적용) Isbash 채택

제 안 공 식사석크기 산정결과 (m)

징검다리#1 징검다리#4비 고

상기검토에서징검다리#1의세굴방지공사석크

기는0.29m로중량으로환산하면약35kg 이상,

징검다리#4의경우중량이약100kg정도로결정

하였다. 따라서세굴방지공에는사석과기존잡석

을사용하도록하되사석의대소입경별로적절히

잡석을혼합부설하여공극을최소화하도록설계하

였다.

4.6 구조적 안정성 검토

동사업에서는징검다리의구조적인안정성을검

토하기위해서징검다리에가해지는양력과항력을

구해서비교함으로써안정성확보유무에대한검토

를하였다.

양력(L)과 항력(D)을 구하기 위해 사용한 식은

아래와같다.

여기서ρw : 물의밀도, CL : 징검돌의양력계

수, CD : 징검돌의항력계수, Ag : 1㎡의양력에

관한투영면적, AD’: 1㎡의항력에관한투영면적

(징검석돌출부), Vd : 근방유속(대표유속도무방)

위의공식으로양력및항력을산정한뒤, 안정검

토를 위해서 삼각함수를 이용, 조건식을 만든 후

D =0.795 u2.25 b0.15

(Ss-1)1.12 g1.12 y0.27

0

0

L =pw×CL×Ag×V2

d

2

D =pw×CD×(AD×AD')×V2

d

2

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▲⃝유신기술회보 _설계사례

260_제18호

여기서μ: 지반과의마찰계수, Ww : 부재의수

중중량, θ: 경사각

조건식을만족하면안정한것으로판단하였다.

징검다리 #1

계산된 징검다리의 양력(L) : 353N 계산된 징검다리의 양력(L) : 695N

계산된 징검다리의 항력(D) : 294N

징검다리의 안정성 검토 : μ(Wwcosθ-L) ≧ (Wwsinθ+D)

징검다리의 안정성 검토 : μ(Wwcosθ-L) ≧ (Wwsinθ+D)

계산된 징검다리의 항력(D) : 579N

2,694.22 ≧ 298.88 O.K 2,488.65 ≧ 584.39 O.K

징검다리 #4

계획홍수량 2,340㎡/sec 계획홍수량 4,550㎡/sec

계획홍수위 EL.14.64m 계획홍수위 EL.15.28m

홍수시 유속 3.07m/sec 홍수시 유속 4.31m/sec

소류력 3.65kgf/㎡ 소류력 7.49kgf/㎡

징검돌 허용유속 6.00m/sec 징검돌 허용유속 6.00m/sec

허용소류력 30.00kgf/㎡ 허용소류력 30.00kgf/㎡

※ 기본계획 계획빈도시 징검다리#1의 유속과 소류력은 각각 2.64m/sec와 3.59kgf/㎡, 징검다리#4의 경우 각각 3.17m/sec와5.64kgf/㎡로 100년 빈도 분석 데이터 이용

μ(Wwcosθ-L)≥(Wwsinθ+D)

4.7 단면의 결정

징검다리의 안정성 확보에 있어서 가장 중요한

부분인기초부분의안정성확보를위해, 보설계기

준에준하는바닥보강안, 경제성을고려해바닥보

호공의 길이를 줄이는 대신 파일기초를 설치하는

안, 차수벽을설치해기초부를보강하는 3가지안

에대해검토하였다.

○변경1안

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하천에 설치되는 징검다리의 설계

○변경2안

○변경3안

장래하상변동및바닥보호공길이를고려한하

상보호공및징검석위치이동이발생하지않도록

콘크리트에징검석을인입하는시공을통해징검석

의안정성을확보하고자하였다.

바닥보호공의길이를1안보다1/2 줄이고기초바

닥부의 콘크리트 구조물에 Pile을 설치하여 징검

다리의안정성을확보하고자하였다.

2안과마찬가지로바닥보호공의길이를1안보다

1/2 줄이고기초바닥부에차수벽을콘크리트구체

에일체형으로타설함으로써안정성을확보하고자

하였다.

본설계에서는징검석의구조적안정성을확보하

기위한위의3가지안가운데, 구조적안정성과경

제성및유지관리성등을고려하여3안으로적용하

는것이가장적절할것으로판단된다.

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262_제18호

5. 맺음말

본자료는금년5월강우로인해시공중유실된밀

양강내의징검다리설계자료를바탕으로보다안정

한징검다리를설계할수있는방법에대해언급하였

다. 현재국내하천설계기준에는징검다리를설계할

수있는설계기준이마련되어있지않은실정이다.

그러나징검다리의경우하천경관적인측면에서

친수성을 향상시키고, 폭기작용에 의한 산소량을

증가시키는등소규모하천을횡단하는구조물로써

다양한장점을가지고있다. 또한 징검석의경우,

소하천의친수적인효과는물론하상과하안의물

의흐름을바꾸어주는중요한역할을하며징검석

밑의고요한부분은어류및물속미생물의발생을

유도하며, 미세하게는하안과하상의조도값을상

승시키되큰수리적변화는일으키지않는다.

이러한장점들을살펴볼때, 소규모하천에있어

서징검다리에대한설치요구는증가할것으로본

다. 하지만명확한설계기준이없는현상황에서관

행적인설계가이루어질경우설계오류가발생할

가능성이클것으로생각된다. 앞서제시한설계방

법도징검다리를하천을횡단하는작은보구조물

로가정하고진행하였기때문에, 과다설계나과소

설계의가능성을내포하고있다고생각된다. 따라

서증가하는징검다리에대한설치요구에대한적

정한대처를위해적절한징검다리에대한설계기

준이마련되어야할것으로생각된다.

참고문헌

1. 하천설계기준·해설(2009, 한국수자원학회)

2. 하천공사설계실무요령(2007, 국토해양부)

▲⃝유신기술회보 _설계사례

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