KR101177396B1

KR101177396B1 - 스파이럴 파일 고정식 기초구조물의 시공방법

Info

Publication number: KR101177396B1
Application number: KR1020120019926A
Authority: KR
Inventors: 박정학
Original assignee: 주식회사 언딘
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-08-27

Abstract

본 발명은 조류발전기, 해양풍력발전기 등과 같은 구조체를 설치하기 위하여 이용되는 삼각형 지지다리 구조를 가지는 기초구조물로서, 스파이럴 파일 등의 파일부재 및 그라우팅에 의해 해저지반에 고정됨으로써, 기초구조물을 설치할 예정 지역이 연약지반으로 이루어진 경우에도 안정적이고 견고하게 설치될 수 있게 되는 기초구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 기둥부재(101)와; 복수개의 횡측 다리부재(102)와; 버켓부재(103)를 포함하며; 해저면에 놓인 상태에서, 파일부재(110)가 상기 버켓부재(103)를 관통하여 해저 지반에 관입되어 있는 구성을 가지고 해저면에 설치되는 것을 특징으로 하는 기초구조물이 제공된다. 또한 본 발명에서는 이러한 기초구조물의 시공방법으로서, 프레임부재와, 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(202)와, 수평조정 잭장치(203)와, 상기 버켓부재(103)를 관통하여 해저 지반에 파일부재(110)를 관입 설치하는 파일관입장치(204)를 포함하는 수중 설치장치(200)를, 상기 기초구조물(100)에 결합하는 단계; 상기 수중 설치장치(200)와 상기 기초구조물(100)을 함께 해저면에 배치하는 단계; 및 상기 파일관입장치(204)에 의해 파일부재(110)를 상기 버켓부재(103)에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체 설치용 기초구조물의 수중 설치방법이 제공된다.

Description

스파이럴 파일 고정식 기초구조물의 시공방법{Installation Method of Fixed Spiral Pile Sub-Structure}

본 발명은 구조체 지지용 기초구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 조류발전기, 해양풍력발전기 등과 같은 구조체를 설치하기 위하여 이용되는 지지다리 구조의 기초구조물(이하, "기초구조물"이라고 약칭함)로서, 스파이럴 파일(spiral pile) 등의 파일부재 및 그라우팅에 의해 해저지반에 고정됨으로써 기초구조물을 설치할 예정 지역이 연약지반으로 이루어진 경우에도 안정적이고 견고하게 설치될 수 있게 되는 기초구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

최근 조류발전에 대한 관심이 고조되고 있는데, 조류발전기(潮流發電機)를 해저 지반 위에 안정적으로 설치하기 위한 기초구조물이 한국 등록특허 제10-0995887호에 개시되어 있다. 위 등록특허 제10-0995887호에 개시된 조류발전기용 기초구조물은, 연직한 기둥부재와, 상기 기둥부재로부터 횡방향으로 연장되어 있되 3개의 방향으로 연장되는 횡측 다리부재와, 상기 횡측 다리부재의 단부에 구비되어 해저 지반 상면에 놓이는 중량체가 삼각형 형태로 배치되어 있는 구조를 가지고 있다.

이와 같은 기초구조물은, 단순히 조류발전기의 설치를 위해서만 사용되는 것이 아니라, 필요에 따라서는 해상에 설치되는 해양풍력 발전기의 설치를 위해서 사용될 수도 있다. 따라서 본 명세서에서 "기초구조물"은 조류발전기의 설치를 위한 것과 해양풍력 발전기의 설치를 위한 것을 포함할 뿐만 아니라, 기타 바다에 설치되는 다양한 구조체를 지지하고 설치하기 위한 기초구조물로 이해되어야 한다.

그런데, 위와 같은 종래 기술에 따른 기초구조물은 중량체가 단순히 해저 지반의 상면 즉, 해저면에 놓인 상태에서, 단지 중량체의 자중에 의해서만 발전기용 기초구조물의 위치가 유지되는 구성을 가지고 있다. 만일 기초구조물이 놓이는 해저 지반이 암반으로 이루어진 경우에는 중량체의 자중만으로도 기초구조물이 애초의 설치 위치를 유지할 수 있으나, 해저 지반이 뻘이나 토사 등과 같이 연약한 지반으로 이루어진 경우, 강한 해류의 영향으로 인하여 해저 지반 자체에 변동이 발생할 수 있으며, 따라서 단순히 중량체의 자중만으로는 기초구조물이 애초 설치 위치를 유지할 수 없다는 한계가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0995887호(2010. 11. 22. 공고) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 조류발전기, 해양풍력발전기 등의 구조체가 상단에 설치되는 연직 기둥부재와, 상기 기둥부재로부터 횡방향으로 연장되어 있는 횡측 다리부재를 가지고 있는 기초구조물을 해저면에 설치함에 있어서, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도 기초구조물이 애초에 설치되었던 위치를 견고하게 그리고 안정적으로 유지할 수 있게 만드는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 구조체가 결합되는 연직한 기둥부재와; 상기 기둥부재로부터 연장되는 복수개의 횡측 다리부재와; 상기 횡측 다리부재 각각의 단부에 구비되며, 상면판 및 상기 상면판의 가장자리에 연직하게 일체로 존재하는 수직측면판을 구비하고 있어서, 상면판과 수직측면판에 의해 그라우트재가 채워지는 충진공간이 형성되어 있고, 파일부재가 관입되는 관통공이 형성되어 있는 버켓부재를 포함하며; 상기 버켓부재가 해저면에 놓인 상태에서, 상기 파일관입장치에 의해 파일부재가 상기 버켓부재를 관통하여 해저 지반에 관입되어 있는 구성을 가지고 해저면에 설치되는 것을 특징으로 하는 기초구조물이 제공된다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 기초구조물을 시공하는 방법으로서, 거더로 이루어진 프레임부재와, 상기 프레임부재에 구비되어 상기 기초구조물을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재와, 상기 프레임부재에 구비되며 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치와, 상기 버켓부재를 관통하여 해저 지반에 파일부재를 관입 설치하는 파일관입장치를 포함하는 수중 설치장치를, 상기 기초구조물에 결합하는 단계; 상기 수중 설치장치를 인양하여 상기 기초구조물과 함께 수중에 함침시켜 기초구조물을 해저면에 배치하는 단계; 수평조정 잭장치의 신축에 의해 기초구조물을 수평상태로 유지하는 단계; 및 상기 파일관입장치에 의해 파일부재를 상기 버켓부재에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 시공방법이 제공된다.

이러한 본 발명의 기초 구조물의 시공방법에 있어서, 상기 파일부재는 스파이럴 파일로 이루어질 수 있으며, 이 경우 스파이럴 파일로 이루어진 파일부재를 해저 지반에 관입 설치한 후에, 상기 버켓부재의 충진공간 내에 그라우트재를 주입하여 충진공간 내부를 그라우트재로 채워서 경화시키는 단계를 더 수행할 수 있다.

한편, 위와 같은 본 발명에 따른 방법에 있어서, 수중 설치장치에 구비되는 상기 결합부재는, 갈고리 형태의 단부를 가지며 프레임부재의 꼭지점 위치에 형성된 설치구멍 내에 위치하여 제2힌지축을 중심으로 회전하는 체결지그를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 체결지그가 제2힌지축을 중심으로 회전하여 상기 체결지그의 단부에 형성된 상기 갈고리가 기초구조물의 횡측 다리부재의 단부에 형성된 오목한 걸림부에 삽입되므로써, 상기 프레임부재와 기초구조물이 일체로 결합될 수 있다.

또한 위와 같은 본 발명에 따른 방법에 있어서, 수중 설치장치에 구비되는 상기 수평조정 잭장치는, 프레임부재의 외곽에 결합되어 있는 잭본체와, 상기 잭본체에서 하향으로 신축하는 신축로드를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 수평조정 잭장치의 잭본체가 그 측면에서 제1힌지축에 의해 프레임부재에 회전가능하게 결합되어 있어 상기 수평조정 잭장치의 연직방향의 각도가 변화될 수 있다.

본 발명에 의하면, 기초구조물을 해저면에 거치함에 있어서, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도 기초구조물이 애초에 설치되었던 위치를 안정적으로 그리고 견고하게 유지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명의 기초구조물을 위쪽 방향에서 내려다본 상태로 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 기초구조물을 아래 방향에서 올려다본 상태로 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 기초구조물이 해저면에 설치 완료된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 기초구조물에, 수중 설치장치가 결합되기 전의 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 기초구조물에, 수중 설치장치가 결합된 후의 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 수중 설치장치에 구비된 결합부재의 구성을 구체적으로 보여주는 도 5의 원 A부분의 개략적인 확대 사시도이다.
도 7 및 도 8은 각각 수중 설치장치에 구비된 결합부재가 본 발명의 기초구조물과 결합되기 전의 상태에서 기초구조물의 횡측 다리부재만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 수중 설치장치에 구비된 결합부재가 본 발명의 기초구조물과 결합된 후의 상태에서 기초구조물의 횡측 다리부재만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도이다.
도 11은 수중 설치장치가 본 발명의 기초구조물을 물어서 불규칙한 해저 지반면 위에 놓은 상태를 보여주는 개략적인 측단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 상태에 후속하여, 파일부재가 해저 지반에 관입되는 상태를 보여주는 개략적인 측단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1 및 도 2에는 각각 본 발명의 기초구조물(100)을 위쪽 방향에서 내려다본 상태(도 1) 및 아래 방향에서 올려다본 상태(도 2)가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서는 편의상 파일부재의 도시를 생략하였다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 기초구조물(100)은, 조류발전기, 해상풍력발전기 등의 구조체가 결합되는 연직한 기둥부재(101)와, 상기 기둥부재(101)로부터 횡방향으로 연장되어 있는 복수개의 횡측 다리부재(102)를 포함하고 있으며, 상기 횡측 다리부재(102) 각각의 단부에는 해저면에 놓이며 내부가 비어 있어 콘크리트나 모르타르 등의 그라우트재가 채워지는 버켓부재(103)가 설치되어 있는 구성을 가지고 있다.

횡측 다리부재(102)는 복수개로 구비될 수 있는데, 특별히 도면에 도시된 실시예의 경우에는 횡측 다리부재(102)가 3개 구비되어 있으며, 따라서 횡측 다리부재(102)의 단부점을 이어서 삼각형을 그릴 경우, 상기한 3개의 버켓부재(103)는 각각 삼각형의 꼭지점 위치에 존재하게 되는 삼각형 형상을 가진다. 그러나 횡측 다리부재(102)는 4개 이상이 될 수도 있다.

본 발명에서 상기 버켓부재(103)는, 상면판 및 상기 상면판의 가장자리에 연직하게 일체로 존재하는 수직측면판을 구비하고 있어서, 상면판과 수직측면판에 의해 콘크리트나 모르타르 등과 같은 그라우트재가 채워지는 충진공간이 해저면 방향으로 형성되어 있다. 특히, 도면에 도시된 것처럼, 상기 충진공간의 내부에는 복수개의 연직격벽(113)이 존재하여 상기 충진공간을 복수개의 분할된 작은 공간으로 만들 수도 있다. 이러한 연직격벽(113)은 버켓부재(103)의 상면판을 지지하여 보강하는 기능 이외에도, 충진공간을 작은 공간으로 분할함으로써 상기 충진공간에 그라우트재가 더욱 밀실하게 충진되도록 하는 바람직한 기능을 더 가지고 있다. 도면에서 부재번호 109는 상기 충진공간으로 그라우트재를 주입하기 위한 주입호스(미도시)가 연결되는 주입구(109)이다.

한편, 상기 버켓부재(103)에는 스파이럴 파일 등의 파일부재(110)가 관입되는 관통공(105)이 형성되어 있다. 상기 관통공은 버켓부재(103)의 정중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 버켓부재(103)에 형성된 상기 관통공(105)은 횡측 다리부재(102)까지 연장되어 형성되어 있다. 그러나 관통공(105)의 형상 위치는 이에 한정되지 아니한다. 도 3에는 본 발명의 기초구조물(100)이 해저면에 설치 완료된 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 기초구조물(100)은, 버켓부재(103)가 해저면에 놓인 상태에서, 관통공(105)을 관통한 파일부재(110)가 해저 지반에 관입고정됨으로써, 기초구조물(100)이 해저 지반에 고정 설치되는 것이다. 본 발명에 따른 기초구조물(100)은 위와 같이 파일부재(110)의 관입에 의한 추가적인 고정 구조를 가지고 있으므로, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도 기초구조물(100)이 해저 지반에 확고하게 고정되며, 따라서 애초에 설치되었던 위치를 안정적으로 유지할 수 있게 된다. 도 3에서 부재번호 159는 버켓부재(103)의 충진공간에 주입된 그라우트재(159)로서, 버켓부재(103)의 충진공간에 그라우트재(159)가 채워진 후에는, 도 3에 도시된 것처럼, 그라우트재(159)는 버켓부재(103)의 아래쪽에서 해저면 방향으로 밀려나올 수 있다.

상기 파일부재(110)로는 도면에 도시된 것처럼, 나선형상을 가지는 스파이럴 파일을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 스파이럴 파일을 이용하는 경우, 회전 압입을 통해서 해저 지반에 파일부재를 관입하는 것이 매우 용이할 뿐만 아니라, 스파이럴 파일의 형상으로 인하여 인발저항력이 극대화되기 때문에 기초구조물(100)이 해저 지반에 더욱 확고하게 고정되게 만드는 상승효과가 발휘된다.

다음에서는 상기한 본 발명의 기초구조물(100)을 시공하는 방법에 대해 설명한다. 도 4에는 수중 설치장치(200)가 기초구조물(100)에 결합되기 전의 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 상기한 본 발명의 기초구조물(100)을 해저면에 설치 시공하기 위하여, 기초구조물(100)에 수중 설치장치(200)가 결합된 후의 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

수중 설치장치(200)에 대해 구체적으로 살펴보면, 상기 수중 설치장치(200)는, 위와 같은 본 발명의 기초구조물(100)을 해저면에 설치하여 고정시키기 위한 장치로서, 프레임부재와, 상기 프레임부재의 외곽에 구비되어 상기 기초구조물(100)과 분리가능하게 체결되는 결합부재(202)와, 수중 설치장치(200)의 수평을 맞추기 위하여 신축되는 수평조정 잭장치(203)와, 버켓부재(103)를 관통하여 해저 지반에 파일부재(110)를 관입 설치하는 파일관입장치(204)를 포함하는 구성을 가지고 있다.

구체적으로 도면에 도시된 실시예에서 상기 프레임부재는, 3개의 버켓부재(103)가 각각 삼각형의 꼭지점 위치에 존재하고 있는 기초구조물(100)에 대응하여, 3개의 거더(201)가 삼각형 형태로 배치되어 있는 형상을 가지고 있다. 즉, 프레임부재는, 3개의 거더(201)가 각각 삼각형의 빗변을 이루는 형태로 배치되어 있는 삼각형 형상을 이루고 있는 것이다. 만일 기초구조물(100)의 횡측 다리부재(102)가 4개 이상인 경우에는 그에 맞추어서 버켓부재(103)의 위치 사이에 거더(201)가 각각 배치되어 다각형 형상을 이루게 된다.

본 발명에서 상기 프레임부재에는, 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(202)가 구비되어 있다. 구체적으로 도면에 도시된 것처럼, 삼각형 형상의 상기 프레임부재의 각 꼭지점 위치에는 각각 기초구조물(100)과 체결되는 결합부재(202)가 구비되어 있는 것이다.

도 6에는 상기 결합부재(202)의 구성을 구체적으로 보여주는 도 5의 원 A부분의 개략적인 확대 사시도가 도시되어 있다. 도 7 및 도 8에는 각각 도 6에서 횡측 다리부재(102)만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도가 도시되어 있고, 도 9 및 도 10에도 각각 도 6에서 횡측 다리부재(102)만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도가 도시되어 있는데, 도 7과 도 8은 결합부재(202)와 기초구조물(100)이 체결되기 전의 상태를 보여주는 것이고, 도 9 및 도 10은 결합부재(202)와 기초구조물(100)이 체결된 상태를 보여주는 것이다.

한편, 본 발명의 수중 설치장치(200)가 기초구조물(100)을 물어서 결합된 상태로 해저 지반에 설치하였을 때, 기초구조물(100)이 수평이 되도록 조정하기 위하여, 신축이 가능한 구성을 가지는 수평조정 잭장치(203)가 상기 프레임부재에 구비된다. 구체적으로 도면에 도시된 실시예에서 상기 수평조정 잭장치(203)는 제1힌지축(132)에 의해 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽에 결합되어 있는 잭본체(131)와, 상기 잭본체(131)에서 하향으로 신축하는 신축로드(130)를 포함하여 구성되어 있다. 이러한 수평조정 잭장치(203)의 일예로는 유압잭이 있다. 이러한 수평조정 잭장치(203)는, 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽에 연직한 상태로 결합되어 있는데, 상기 수평조정 잭장치(203)의 잭본체(131)가 그 측면에서 제1힌지축(132)에 의해 프레임부재의 외곽에 회전가능하게 결합되어 있으므로, 상기 수평조정 잭장치(203)는 연직위치로부터 소정 각도 범위 내에서 회전가능하게 된다. 즉, 상기 수평조정 잭장치(203)가 회전가능하여 연직된 상태의 각도가 변화될 수 있는 것이다. 상기 신축로드(130)는 잭본체(131)로부터 돌출되거나 잭본체(131)내로 삽입되어 그 길이가 변화된다.

한편, 상기 결합부재(202)는, 갈고리 형태의 단부를 가지며 기초구조물(100)과 맞물리게 되는 체결지그(121)를 포함하고 있는데, 도면에 도시된 실시예에서 상기 체결지그(121)는 프레임부재의 꼭지점 위치에 형성된 설치구멍(210) 내에 위치하여 제2힌지축(122)을 중심으로 상기 체결지그(121)가 회전하게 구비되어 있다. 상기 기초구조물(100)의 횡측 다리부재(102) 단부에는 오목한 걸림부(112)가 형성되어 있어서, 상기 체결지그(121)가 회전하게 되면 체결지그(121)의 단부에 형성된 갈고리가 상기 걸림부(112)에 삽입되므로써, 상기 프레임부재와 기초구조물(100)이 일체로 결합된다. 체결지그(121)가 반대로 회전하게 되면 체결지그(121)의 갈고리가 걸림부(112)로부터 빠지게 되어 상기 프레임부재와 기초구조물(100)의 체결 상태가 해제되어 서로 분리된다.

도면에 도시된 실시예에서는, 상기 체결지그(121)의 회전 작동을 위하여 신축가압부재(120)가 상기 프레임부재에 구비되어 있다. 즉, 신축가압부재(120)의 일측은, 상기 프레임부재의 꼭지점 위치 외측에 구비된 지지부(123)에 고정되어 있고, 상기 신축가압부재(120)의 타측은 체결지그(121)의 연장된 상단부에 결합되어 있다. 따라서 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 신축가압부재(120)가 신장되어 있는 상태에서는, 체결지그(121)의 상단이 프레임부재의 중심방향으로 밀려가게 되고 체결지그(121)는 제2회전축(122)을 중심으로 회전하게 되어 체결지그(121)의 갈고리가 걸림부(112)로부터 빠져 있는 상태가 된다. 상기 신축가압부재(120)가 수축하게 되면 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼, 체결지그(121)의 상단이 프레임부재의 중심방향으로부터 멀어지게 되고 체결지그(121)는 제2회전축(122)을 중심으로 회전하게 되어 체결지그(121)의 갈고리가 걸림부(112)에 끼워져 맞물리게 된다. 그에 따라 상기 프레임부재와 기초구조물(100)이 일체로 결합된다. 도면에 도시된 실시예에서, 상기 제1회전축(132)은 상기 지지부(123)에 구비되어 있다. 위와 같은 구성에 의하면, 프레임부재가 기초구조물(100)과 용이하게 분리가능한 형태로 일체로 체결되어 결합된다.

그러나 도 7 내지 도 10에 도시된 실시예 및 위의 설명은 상기 체결지그(121)를 이용하여 프레임부재가 기초구조물(100)과 분리가능하게 일체로 체결되어 결합하는 구성의 일예이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 프레임부재가 기초구조물(100)과 분리가능하게 일체로 체결되어 결합하는 구성은 위에서 설명한 구성 이외에 다른 구성을 이용할 수도 있다.

상기 버켓부재(103)를 관통하여 파일부재(110)를 해저 지반에 관입설치할 수 있는 파일관입장치(204)는, 도면에 도시된 것처럼, 수중 설치장치(200)가 기초구조물(100)과 결합되었을 때 상기 버켓부재(103)의 관통공(105) 위쪽에 위치하도록, 상기 프레임부재에 설치되어 있다. 상기 파일관입장치(204)는 도 6 내지 도 10에 도시된 것처럼, 복수개의 연직지지축(140)과, 상기 복수개의 연직지지축(140)에 의해 둘러싸여져 있는 공간 내부에서 상기 연직지지축(140)과 나란하게 배치되는 신축관입부재(141)를 포함하여 구성된다. 상기 신축관입부재(141)의 하단에는 파일부재(110)가 결합되어 있으며, 상기 신축관입부재(141)의 로드부가 하향으로 신장하여 파일부재(110)를 상기 버켓부재(103)의 관통공(105)에 통과시킨 후 해저 지반에 관입시키게 된다. 도면에서 상기 파일부재(110)는 스파이럴 파일로 이루어져 있는데, 도 7 및 도 8에는 아직 파일부재(110)가 관통공(105)을 완전히 통과하지 않은 상태가 도시되어 있으며, 도 9 및 도 10에는, 파일부재(110)가 관통공(105)을 통과하여 그 하단이 해저 지반에 관입될 정도로 하향 삽입된 상태가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 상기 파일관입장치(204)의 복수개의 연직지지축(140) 하단이 프레임부재에 결합되어 구비된 상태에서, 상기 파일부재(110)가 버켓부재(103)의 관통공(105) 형성 위치에 존재하게 된다. 프레임부재가 기초구조물(100)과 결합되고, 이렇게 결합된 상태로 해저면 위에 기초구조물(100)이 놓인 상태에서, 상기 신축관입부재(141)의 로드부가 하향으로 신장함과 동시에 회전하면서 스파이럴 파일로 이루어진 파일부재(110)를 회전시키면서 상기 버켓부재(103)의 관통공(105)에 통과시켜 해저 지반에 관입시킨다.

다음에서는 위와 같은 본 발명의 수중 설치장치(200)를 이용하여 기초구조물(100)을 해저 지반에 설치하는 방법에 대해 설명한다.

도 11에는 수중 설치장치(200)가 기초구조물(100)을 물어서 불규칙한 해저면 위에 놓은 상태를 보여주는 개략적인 측단면도가 도시되어 있고, 도 12에는 도 11에 도시된 상태에 후속하여, 파일부재(110)가 해저 지반에 관입되는 상태를 보여주는 개략적인 측단면도가 도시되어 있다.

앞서 설명한 것처럼, 해상 작업을 통해서, 수중 설치장치(200)에 구비된 체결지그(121)의 갈고리가 기초구조물(100)의 걸림부(112)에 끼워져 맞물려서 수중 설치장치(200)의 프레임부재와 기초구조물(100)을 일체로 결합한 상태에서, 크레인 등의 인양장치를 이용하여 수중 설치장치(200)와 기초구조물(100)을 수중에 투입하여 도 11에 도시된 것처럼 해저면 위에 놓게 된다. 해저면은 일반적으로 불규칙하거나 경사진 경우가 많은데, 우선 수중 설치장치(200)의 프레임부재에 구비된 수평조정 잭장치(203)의 연직위치 조정과 신축에 의한 연직길이 조정을 통해서, 프레임부재가 결합된 상태의 기초구조물(100)이 해저 지반 위에서 수평을 이루게 만든다.

후속하여 프레임부재에 구비된 상기 파일관입장치(204)를 작동시켜, 신축관입부재(141)의 로드부를 하향으로 신장시킴과 동시에 회전시켜서, 로드부의 하단에 구비되어 있던 파일부재(110)를 상기 버켓부재(103)의 관통공(105)을 통과시켜 도 12에 도시된 것처럼 해저 지반에 관입시키게 된다. 이와 같이 버켓부재(103)에 파일부재(110)가 끼워진 채로, 파일부재(110)의 하단이 해저 지반에 관입 고정되므로, 기초구조물(100)이 견고하게 해저 지반에 고정 설치된다. 특히, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도, 위와 같이 파일부재(110)가 버켓부재(103)를 통과하여 해저 지반에 관입되어 고정되므로, 기초구조물(100)이 애초에 설치되었던 위치를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

파일부재(110)의 관입 설치가 완료되면 버켓부재(103)의 충진공간 내로 그라우트재를 주입하여 버켓부재(103) 내를 그라우트재로 채우게 된다. 이 때 버켓부재(103)의 아래에 위치하는 해저면이 매우 무른 상태라면 도 3에 도시된 것처럼 버켓부재(103)의 충진공간 내로 주입된 그라우트재(159)가 버켓부재(103)의 하면으로 더 밀려나오면서 경화된다. 이 때, 해저면으로 밀려나온 그라우트재(159)는 해저면의 토사와 혼합되면서 경화될 수도 있다. 이와 같은 파일부재(110)의 관입 설치와 그라우트재의 주입이 완료되면, 수중 설치장치(200)를 기초구조물(100)로부터 분리시켜서 제거한다. 앞서 설명한 도 3에는 수중 설치장치(200)를 제거하고 기초구조물(100)의 설치가 완료된 상태가 도시되어 있다.

본 발명에서 수중 설치장치(200)를 기초구조물(100)로부터 분리시키는 과정은, 앞서 살펴본 것처럼, 신축가압부재(120)를 신장시켜 체결지그(121)의 상단을 프레임부재의 중심방향으로 밀어서, 체결지그(121)가 제2회전축(122)을 중심으로 회전되도록 하여, 체결지그(121)의 갈고리가 걸림부(112)로부터 빠지도록 함으로써 수행된다.

한편, 기초구조물(100)로부터 분리된 수중 설치장치(200)는 해상으로 인양된 후, 다시 새로운 기초구조물(100)과 결합되며, 위와 같은 과정에 의해 새로운 기초구조물(100)을 해저면에 설치하는 작업에 반복적으로 사용된다. 즉, 본 발명에서는 위와 같은 수중 설치장치(200)를 이용하여 필요한 개수만큼의 기초구조물(100)을 반복하여 안정적으로 수중에 함침시켜서 해저면의 원하는 위치에 용이하게 배치할 수 있게 되는 것이다.

100: 기초구조물
102: 횡측 다리부재
103: 버켓부재
110: 파일부재
200: 수중 설치장치

Claims

구조체가 결합되는 연직한 기둥부재(101)와, 상기 기둥부재(101)로부터 횡방향으로 연장되는 복수개의 횡측 다리부재(102)와, 상기 횡측 다리부재(102) 각각의 단부에 구비된 버켓부재(103)를 포함하는 구성의 기초구조물(100)을 수중에 함침시켜 해저면에 설치하는 시공방법으로서,
상기 버켓부재(103)에는, 상면판 및 상기 상면판의 가장자리에 연직하게 일체로 존재하는 수직측면판이 구비되어 있어서, 상면판과 수직측면판에 의해 그라우트재가 채워지는 충진공간이 형성되어 있고, 파일부재(110)가 관입되는 관통공(105)이 형성되어 있으며;
상기 복수개의 버켓부재(103)의 위쪽에 거더(201)의 단부가 위치하도록 복수개의 거더(201)가 서로 연결되어 이루어진 프레임부재와, 상기 프레임부재에서 상기 버켓부재(103)의 위쪽에 존재하게 되는 거더(201)의 연결 단부에 구비되어 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(202)와, 상기 프레임부재에서 거더(201)의 연결 단부 외곽면에 구비되며 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치(203)와, 상기 버켓부재(103)를 관통하여 해저 지반에 파일부재(110)를 관입 설치하는 파일관입장치(204)를 포함하는 수중 설치장치(200)를, 상기 기초구조물(100)에 결합하되, 상기 결합부재(202)는, 갈고리 형태의 단부를 가지며 상기 프레임부재에 구비된 제2힌지축(122)을 중심으로 회전하는 체결지그(121)를 포함하여 구성되어, 상기 체결지그(121)를 제2힌지축(122)을 중심으로 회전시켜서, 상기 체결지그(121)의 단부에 형성된 상기 갈고리가 상기 기초구조물(100)의 횡측 다리부재(102)의 단부에 형성된 걸림부(112)에 삽입되도록 함으로써, 상기 프레임부재와 기초구조물(100)이 일체로 결합되게 만들어서, 상기 수중 설치장치(200)를 상기 기초구조물(100)에 결합하는 단계;
상기 수중 설치장치(200)를 인양하여 상기 기초구조물(100)과 함께 수중에 함침시켜 기초구조물(100)을 해저면에 배치하는 단계;
수평조정 잭장치(203)의 신축에 의해 기초구조물(100)을 수평상태로 유지하는 단계;
상기 파일관입장치(204)에 의해 파일부재(110)를 상기 버켓부재(103)에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 단계; 및
상기 수중 설치장치(200)를 상기 기초구조물(100)로부터 분리하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 파일부재(110)는 스파이럴 파일로 이루어져 있으며;
스파이럴 파일로 이루어진 파일부재(110)를 해저 지반에 관입 설치한 후에, 상기 버켓부재(103)의 충진공간 내에 그라우트재를 주입하여 충진공간 내부를 그라우트재로 채워서 경화시키는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 시공방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수평조정 잭장치(203)는, 상기 프레임부재에서 거더(201)의 연결 단부 외곽면에 결합되어 있는 잭본체(131)와, 상기 잭본체(131)에서 하향으로 신축하는 신축로드(130)를 포함하여 구성되어 있으며;
상기 수평조정 잭장치(203)의 잭본체(131)가 그 측면에서 제1힌지축(132)에 의해 상기 프레임부재에서 거더(201)의 연결 단부 외곽면에 회전가능하게 결합되어 있어 상기 수평조정 잭장치(203)의 연직방향 각도가 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 시공방법.
삭제