KR20160028755A - 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

해저 지반에 풍력발전설비를 지지하는 해상풍력 지지구조물을 설치할 수 있는 콘크리트 베이스를 다열파일과 기초파일의 연결부위로 이용하면서도 자중을 최소화시킬 수 있고 작용하중 저항에 효과적인 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서 상기 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물은 속이 빈 부유구조체로서 상면과 하면을 관통하도록 중공샤프트가 형성된 몸통부를 포함하는 콘크리트 베이스; 상기 중공샤프트 내부에 상단이 위치하도록 중공샤프트에 삽입 설치된 기초파일; 및 상기 중공샤프트 내부에 하단이 삽입되어 중공샤프트 내부에서 기초파일의 상단과 일체화되도록 설치된 다열파일을 포함하는 TP부;를 포함한다.

Description

콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법{CONCRETE BASE OF OFFSHORE WIND SUBSTRUCTURE AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 해저 지반에 풍력발전설비를 지지하는 해상풍력 지지구조물을 설치할 수 있는 콘크리트 베이스를 다열파일과 기초파일의 연결부위로 이용하면서도 자중을 최소화시킬 수 있고 작용하중 저항에 효과적인 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드(프로펠러)를 설치하여, 바람에 의해 블레이드가 회전함에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다.
이러한 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 통상적으로 블레이드, 변속장치 및 발전기로 구성된다.
과거에는 풍력발전기의 설치가 주로 육상에서 이루어졌으나, 풍력 자원, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모로 풍력발전기(해상풍력발전기)를 건설하는 추세이다.
이러한, 해상풍력발전기는 도 1a와 같이 크게 사석(3)에 의하여 보강되는 기초부(2, Foundation, 지지구조물) 상부에 모노파일(1) 및 모노파일 상단에 일체로 형성된 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)가 설치되고, 상기 트랜지션 피스에 타워,나셀(Nacelle), 블레이드를 포함하는 풍력발전설비가 설치된다.
이때 상기 기초부(Foundation)는 대표적인 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type) 및 부유식 타입(Floating type)으로 크게 나누어 볼 수 있다.
이에 상기 모노파일 타입(Mono-pile type)은 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 이는 해저 면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m 정도이다.
최근 해상풍력발전기는 대용량 터빈의 개발과 함께 경제성 확보를 위한 대규모 단지조성 및 대수심 지역으로 이동하고 있고, 강재를 이용한 기초부(Foundation, 지지구조물)는 경제성을 확보하기 어려워짐에 따라, 구조적 안정성을 보장하면서도 경제적인 콘크리트를 이용한 기초부 개발이 진행되고 있다.
이에 예컨대 도 1b와 같이 해상운반을 고려한 수심 30~100m지역에 적용 가능한 대형 콘크리트 기초부의 개발이 유럽을 중심으로 개발되어 적용된 사례가 있다.
그러나 콘크리트를 이용한 중력식 기초부는 규모가 크고 중량이 무거워 운반 및 설치비용이 증가할 수도 있으므로 자중을 줄이고 시공성을 확보할 필요성이 있음을 알 수 있다.
도 1c는 종래 다른 콘크리트를 이용한 중력식 기초부(2, 케이슨)를 확인할 수 있다. 즉 상기 기초부(2)는 상단 기초부(2a) 및 하단 기초부(2b)로 형성되어 있음을 알 수 있으며, 하단 기초부(2b)의 상단에는 소파블록(4)이 적층되어 있음을 알 수 있다.
이때 상단 기초부(2a)의 상단에 형성된 기둥부(6)로부터 전달되는 하중을 콘크리트를 이용한 중력식 기초부(2)에 전달시키기 위하여 지주지지체(7)가 콘크리트를 이용한 중력식 기초부(2) 내부에 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 지주지지체(7)는 원통파이프로 형성되도록 하여 콘크리트를 이용한 중력식 기초부(2)의 자중을 줄일 수 있도록 하고, 해저면(G)에 설치된 이후에는 원통파이프 내부에 콘크리트나 모래를 채우고 있음을 알 수 있다. 즉, 종래 기술에 있어서도 콘크리트를 이용한 중력식 기초부의 자중을 줄이는 수단을 일부 개시되고 있음은 알 수 있다.
이에 본 발명은 파력저감을 위한 상부의 다열파일과 하부의 콘크리트 베이스가 결합되는 해상풍력 지지구조물(하이브리드 지지구조물)에서, 해상풍력 지지구조물의 특성상 콘크리트 베이스에 작용하는 대규모의 축하중과 횡하중을 직접적으로 기초파일에 전달시키는 콘크리트 베이스 연결 상세를 제공하여, 콘크리트 베이스의 중량을 획기적으로 감소시키고, 이를 통해 해상풍력 지지구조물의 해상 이동 및 설치 시 소요되는 해상장비 비용을 절감할 수 있는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한 본 발명은 파력저감을 위한 상부의 다열파일과 하부의 콘크리트 베이스가 결합되는 해상풍력 지지구조물(하이브리드 지지구조물)에서, 상기 콘크리트 베이스는 기초파일 시공 시 정확한 위치에의 기초 파일 삽입이 가능한 위치제어수단의 역할을 수행하여 기초파일 항타등을 위한 위치확보에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
첫째, 콘크리트 베이스에 기초파일 및 다열파일 삽입구 용도의 다수의 중공샤프트(강관기둥)를 설치하고, 중공샤프트를 통하여 기초파일 및 다열파일의 삽입이 모두 이루어지도록 하고, 중공샤프트 내부를 그라우팅을 통해 해상풍력 지지구조물(하이브리드 지지구조물)의 일체화를 이룸으로서 콘크리트 베이스에 작용하는 대규모의 축하중 및 횡하중을 직접적으로 기초파일로 전달시시키되 콘크리트 베이스의 단면축소와 중량감소가 가능하도록 하게 된다.
둘째, 상기 그라우팅에 의한 중공샤프트과 다열파일의 완전 일체화를 위해, 다열파일 하부에 다수의 유공을 설치하여 다열파일 내부와 외부의 그라우팅이 일체화되도록 하게 된다. 이때, 다열파일 하부는 큰 축하중과 횡하중이 작용하는 부위이므로 유공 면적만큼의 내부보강재를 다열파일 내부 및 외부에 설치하여 축하중과 횡하중에 대해 충분한 지지가 가능하도록 하게 된다.
또한 중공샤프트과 다열파일에는 스트립 전단연결재를 형성시켜 다열파일 내부와 외부의 그라우팅이 효과적으로 일체화되도록 하게 된다.
셋째, 상기 콘크리트 베이스는 부력을 이용하여 운반 및 작업이 유리하도록 중공부를 형성된 중공박스체 형태로 제작하고, 중공샤프트를 통하여 기초파일 및 다열파일의 삽입이 모두 이루어지도록 중공샤프트이 중공박스체를 상하로 관통하도록 형성되도록 하였다.
이에 본 발명은
속이 빈 부유구조체로서 상면과 하면을 관통하도록 중공샤프트가 형성된 몸통부를 포함하는 콘크리트 베이스; 상기 중공샤프트 내부에 상단이 위치하도록 중공샤프트에 삽입 설치된 기초파일; 및 상기 중공샤프트 내부에 하단이 삽입되어 중공샤프트 내부에서 기초파일의 상단과 일체화되도록 설치된 다열파일을 포함하는 TP부;를 포함하여, 상기 콘크리트 베이스에 설치된 다수의 중공샤프트 내부에서 기초파일 및 다열파일의 연결부가 위치 되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물을 제공한다.
또한 본 발명은
(a) 속이 빈 부유구조체로서 상면과 하면을 관통하도록 중공샤프트가 형성된 몸통부를 포함하는 콘크리트 베이스를 해저지반(G)에 안착시키고,
(b) 상기 중공샤프트 내부에 상단이 위치하도록 중공샤프트에 기초파일을 삽입 설치하고,
(c) 상기 중공샤프트 내부에 하단이 삽입되어 중공샤프트 내부에서 기초파일의 상단과 일체화되도록 다열파일을 포함하는 TP부;를 설치하는 단계;를 포함하며, 상기 콘크리트 베이스에 설치된 다수의 중공샤프트 내부에서 기초파일 및 다열파일의 연결부가 위치 되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공방법을 제공한다.
본 발명에 의한 다열파일과 하부의 콘크리트 베이스가 결합되는 해상풍력 지지구조물은 콘크리트 베이스에 작용하는 축하중과 횡하중에 효과적으로 저항할 수 있도록 할 수 있도록 하면서도 자중(중량)이 크지 않도록 형성시킬 수 있으며 부력을 용이하게 받을 수 있는 구조로 형성되어 육상제작 및 해상운반과 해저로 용이하게 침강시킬 수 있어 제작, 운반 및 시공의 효율성과 대규모 해상설비를 이용하지 않을 수 있어 경제적인 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한, 콘크리트 베이스의 중공샤프트를 통해 기초파일을 해저면에 시공함으로서 콘크리트 베이스가 기초파일의 시공위치를 가이드함에 따라 기초파일 시공에 소요되는 노력과 비용을 절감시킬 수 있는 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한, 기초파일이 중공샤프트에 삽입 설치된 상태에서, 상기 중공샤프트에 TP부의 다열파일을 삽입하고, 다열파일의 하부와 기초파일이 서로 일체화되도록 그라우팅을 함으로서 콘크리트 베이스의 중공샤프트를 마감하면서 TP부의 다열파일과 기초파일을 일체화시켜 구조적으로 보다 안정적이며, 기초파일과 다열파일의 용이한 연결이 가능한 해상풍력 지지구조물 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한, TP부의 다열파일의 하단부는 축하중과 횡하중이 모두 작용하게 되므로 작용하중에 취약부가 될 수 있다. 이에 본 발명은 다열파일 하부의 유곤을 통해 그라우팅과의 일체화를 증진시키고, 내부 및 외부보강재를 통해 다열파일의 하부를 효과적으로 보강할 수 있도록 하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 해상풍력발전기의 시공도 및 기초부 제작 사진,
도 1c는 종래 다른 콘크리트를 이용한 중력식 기초부(케이슨)의 시공도,
도 2a는 상부의 다열파일과 하부의 콘크리트 베이스가 결합되는 해상풍력 지지구조물(하이브리드 지지구조물)의 구성단면도,
도 2b는 본 발명의 콘크리트 베이스의 구성사시도 및 단면도들,
도 2c 및 도 2d는 본 발명의 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물의 구성사시도 및 결합사시도,
도 2e 및 도 2f는 본 발명의 콘크리트 베이스, 다열파일, 기초파일의 연결발췌도,
도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4c는 본 발명의 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 콘크리트 베이스(100) ]
도 2a는 파력 저감을 위한 상부의 다열파일과 하부의 콘크리트 베이스가 결합되는 해상풍력 지지구조물의 구성단면도, 도 2b는 본 발명의 콘크리트 베이스의 구성사시도 및 단면사시도들을 도시한 것이다.
즉, 해상풍력 지지구조물의 상부는 다열파일(210)로 구성되는 TP부(200)와 하부의 콘크리트 베이스(100)가 결합되는 하이브리드 형식(이하 해상풍력 지지구조물이라 한다.)을 지니고 있다.
이에 해양외력에 의한 축하중과 횡하중이 지배적인 해상풍력 지지구조물의 경우 안전성 확보를 위해서는 상기 다열파일(210)과 콘크리트 베이스(100)는 완전 강결의 연결이 이루어져야 한다.
이때, 콘크리트 베이스에 작용하는 축하중과 횡하중에 대응하여 콘크리트 베이스의 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 콘크리트 베이스의 단면이 두꺼워져야 하는 단점이 발생할 수밖에 없다.
따라서 콘크리트 베이스(100)는 자중이 커질 수밖에 없어 설치위치까지 바다에 띄워 이동하기가 거의 불가능하고, 이를 인양할 적정 용량의 해상크레인이 없는 실정이어서 해상설치에 문제점이 있게 된다.
또한 콘크리트 베이스(100)는 상부의 다열파일(210)과 해저지반(G)에 고정되는 기초파일(300)의 연결부 역할을 담당해야 하기 때문에 기초파일 연결부와 다열파일 연결부가 도 2a와 같이 각각 별개로 존재할 경우 해중작업에 어려움이 있게 된다.
이에 본 발명에서는 콘크리트 베이스에 작용하는 축하중과 횡하중을 직접적으로 기초파일에 전달하는 콘크리트 베이스 상세를 바탕으로 콘크리트 베이스의 중량을 획기적으로 감소시켜, 설치위치까지 의 이동시에는 바다에 띄워서 이동하고 해상설치시에는 소규모 용량의 해상 크레인에 의한 시공이 가능하도록 하게 된다.
또한, 콘크리트 베이스에 설치된 다수의 중공샤프트를 통하여 기초파일 및 다열파일의 연결부가 한 곳으로 통일되어 해중작업의 효율성을 증대시킬 수 있도록 하게 된다.
즉, 콘크리트 베이스에 설치된 다수의 중공샤프트 내부에서 기초파일 및 다열파일의 연결부가 위치 되도록 하게 된다.
이러한 본 발명의 콘크리트 베이스(100)를 살펴보면, 도 2b와 같이 몸통부(110) 및 중공샤프트(120)를 포함하여 이루어지고 있음을 알 수 있다.
상기 몸통부(110)는 속이 빈 부유구조체로서 원형, 팔각형, 육각형, 사각형 단면으로 형성될 수 있으며 도 2b의 경우에는 육각형 몸통부로 도시되어 있음을 알 수 있다. 이러한 몸통부 저면은 해저저면(G)과 접하도록 설치되고, 평평한 상면으로 형성되며 측면은 특히 다각면으로 형성되도록 하여 파력에 효과적으로 저항하도록 형성되어 있음을 알 수 있다.
즉, 측면이 원형, 사각형, 육각형 또는 팔각형 등을 포함하는 구조물로 몸통부(110)가 형성됨을 알 수 있다.
또한 내부공공(S)이 몸통부(110) 내부에 형성되도록 하여 부력을 용이하게 받을 수 있도록 하되 내부중공(S)이 형성된 공간만큼 콘크리트가 채워지지 않기 때문에 자중을 획기적으로 줄일 수 있어, 육상 제작 후 운반, 바지선등에 탑재 및 해상운반 후 인양 시에 대규모 해상크레인 등을 이용하지 않아도 되도록 하여 경제성을 충분히 확보할 수 있도록 하게 된다.
또한 상기 몸통부(110) 내부에는 몸통부(110)를 상,하로 관통하는 중공샤프트(120)가 다수 형성되어 있음을 알 수 있는데 이러한 중공샤프트(120)는 예컨대 강관을 이용하면 된다.
이에 중공샤프트(120)는 상면과 저면으로부터 상방과 하방으로 약간 돌출되도록 하여 저면으로부터 돌출된 중공샤프트(120) 하부는 해저지판(G)에 착지하면서 안정적인 콘크리트 베이스의 해저지반(G) 안착이 가능하도록 하게 되며, 상면으로부터 돌출된 중공샤프트(120)는 다열파일(210)의 용이한 삽입 설치가 가능하도록 하게 된다.
이러한 중공샤프트(120)는 기초파일(300)과 다열파일(210)의 설치개수에 따라 형성개수를 정하면 된다.
도 2b의 경우에는 중앙부에 1개, 중앙부를 기준으로 외곽으로 4개의 중공샤프트이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 중공샤프트(120)는 다열파일(210)의 직경과 기초파일의 직경보다는 큰 직경을 가진 강관을 이용하게 되며 상면과 하면은 미 도시된 캡을 설치하여 부력과 침강 시 용이한 콘크리트 베이스 설치가 가능하도록 하게 된다.
[ 본 발명의 콘크리트 베이스(100)를 이용한 해상풍력 지지구조물(A) ]
도 2c 및 도 2d는 본 발명의 콘크리트 베이스(100)를 이용한 해상풍력 지지구조물(A)의 구성사시도 및 결합사시도,
도 2e는 본 발명의 콘크리트 베이스, 다열파일, 기초파일의 연결발췌도를 도시한 것이다.
먼저 도 2c와 같이 해상풍력 지지구조물(A)은 콘크리트 베이스(100), 다열파일(210)을 구비한 TP부(200) 및 기초파일(300)을 포함하여 구성된다.
먼저 콘크리트 베이스(100)는 앞서 살펴본 것과 같이 몸통부(110) 및 중공샤프트(120)를 포함하며 내부중공(S)으로 속이 빈 부유구조체로 형성됨을 알 수 있다.
다음으로 상기 TP부(200)는 도 4b와 같이 상부타워(410)와 콘크리트 베이스(100)를 연결하는 구조물로서 상판부(220)와 상판부(220) 저면에 하부로 갈수록 방사형으로 경사져 설치되는 다열파일(210)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
상기 상판부(220)는 수평판 형태의 강재 또는 콘크리트 바닥판 형태로서 형성된 것으로서 상부타워(410)가 연결되어 지지되도록 하게 된다.
상기 다열파일(210)을 강관 등을 이용하여 상판부(220)의 저면에 방사형으로 연장되도록 하되 중앙파일과 외곽파일로 구성되어 있음을 알 수 있다.
상기 기초파일(300)은 해저지반(G)에 항타 등으로 삽입되는 것으로서 역시 강관파일등을 이용하여 설치된다.
이에 도 2d 및 도 2e와 같이 상기 기초파일(300)의 상단과 다열파일(210)의 하단은 콘크리트 베이스(100)의 중공샤프트(120) 내부에 각각 삽입되어 서로 일체화되며, 상하로 서로 중심축이 서로 일치하도록 삽입 설치된 기초파일(300)과 다열파일(210)은 그라우팅재(230)에 의하여 일체화되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이에 콘크리트 베이스(100)에 설치된 다수의 중공샤프트(120)를 통하여 기초파일(300) 및 다열파일(210)의 연결부가 통일되어 해중작업의 효율성을 증대시킬 수 있도록 하게 됨을 알 수 있다.
이러한 연결부는 콘크리트 베이스(100) 내부에 위치하고, 콘크리트 베이스는 상부타워로부터 전달되는 하중, 파력등이 작용하게 되므로 취약부가 될 수 있으며 이러한 취약부 보강을 위하여 콘크리트 베이스 단면을 크게 형성시키는 경우 콘크리트 베이스(100)의 자중이 커져 운반 및 설치에 매우 비경제적이게 된다.
이에 본 발명은 다열파일(210)의 하단부에 유공(211)을 형성시키고, 유공(211)을 통하여 그라우팅재(230)가 연통되도록 하여 일체성을 충분히 확보할 수 있도록 하고, 내부 및 외부보강재(212)를 형성시키게 된다.
즉, 도 2e와 같이 다열파일(210)의 하부 내측면 및 외측면에는 유공(211)에 의한 단면적 손실을 고려한 플레이트 형태의 내부 및 외부보강재(212)를 다수 형성시키고 내부 및 외부보강재(212)는 그라우팅재(230)와의 합성 성능을 증진시키면서 전단력 보강에 유리하도록 하게 된다.
또한 도 2f와 같이 다열파일(210)의 하부 외주면, 중공샤프트(120)의 내측면에는 스트립 전단연결재(240)를 설치하고, 스트립 전단연결재(240)에 형성시킨 전단홈(미도시)에 의하여 보다 확실한 그라우팅재(230)와의 합성성능을 확보할 수 있도록 할 수 있다.
이에 상기 연결부에는 축하중, 횡하중, 휨 모멘트, 전단력이 크게 발생하게 되지만 콘크리트 베이스(100) 내부의 중공샤프트(120)에 그라우팅재(230)와 일체로 연결된 다열파일(210), 기초파일(300)로 충분히 저항할 수 있도록 하고, 내부 및 외부보강재(212)에 의한 보강이 가능하도록 하게 된다.
[ 본 발명의 콘크리트 베이스(100)를 이용한 해상풍력 지지구조물(A) 시공방법 ]
도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공순서도을 도시한 것이다.
먼저, 도 3a와 같이 해상풍력 지지구조물(A)이 설치되어야 할 해상으로 바지선등(미도시)을 이용하여 앞서 살펴본, TP부(200), 기초파일(300) 및 기타구조물(400, 타워부, 너셀, 블레이드 등)을 싣고 이동하게 된다.
이러한 바지선에는 크레인등 인양장비가 탑재되어 있고, 미리 해양지지구조물(A)이 설치되어야 할 해저면(G)에는 싱커블록, 와이어, 부표등을 이용하여 미리 위치를 확인해 두게 된다.
이때 상기 콘크리트 베이스(100)의 경우 별도로 부력을 이용하여 예인선등을 이용하여 예인함으로서 해상이동이 가능하게 되어 바지선에는 소규모 인양장비를 활용할 수 있도록 하게 된다.
이에 먼저, 도 3a와 같이 콘크리트 베이스(100)를 해상풍력 지지구조물(A)이 설치되어야 할 해저지반(G)에 위치에 세팅한 후 침강시키게 된다. 이는 미도시하였지만 내부중공(S)에 바닷물을 채우고 중공샤프트(120)의 상면과 하면에 씌워진 미도시된 캡을 분리하는 방식 등을 이용하면 된다.
즉, 콘크리트 베이스(100)는 운반 시에도 부력을 이용하고, 밸러스트 작용으로 해중에 침강시켜 자중을 충분히 이용하는 방식으로 설치하게 된다.
또한 콘크리트 베이스(100)의 저면에는 중공샤프트(120)의 하부가 돌출되어 있으므로 해저지반(G)에 자중에 의하여 박혀지도록 하여 초기 안착에 매우 유리하게 된다.
이에 콘크리트 베이스(100)를 해저지반(G)에 안착시키게 되면 도 3b와 같이 콘크리트 베이스(100)의 중공샤프트(120)에 기초파일(300)을 삽입하면서 항타 등의 방법으로 기초파일(300)을 해저지반 내부로 삽입 시공하게 된다.
통상 기초파일(300)은 오거링 등을 이용하여 해저지반에 삽입 시공하게 되는데 수직도의 확보 등이 어려우므로 본 발명은 콘크리트 베이스(100)의 중공샤프트(120)을 이용하여 기초파일(300)의 용이한 시공위치가 가이드 되도록 하게 된다.
또한 중공샤프트(120)는 기초파일(300)의 두부 커팅이 가능한 크기로 형성되도록 함으로서 보다 안전한 해중 기초파일(300) 시공이 가능하게 된다.
다음으로는 도 4a와 같이 다열파일(210)이 형성된 TP부(200)를 인양하여 침강시키면서 콘크리트 베이스(100)의 중공샤프트(120) 내부로 다열파일(210)이 삽입되도록 하게 된다.
즉, 다열파일(210)의 하부는 수직파일 형태로 형성되어 있으므로 중공샤프트(120)에 용이하게 삽입시킬 수 있고, 다열파일(210)의 저면이 두부 커팅되어 정리된 기초파일(300) 상면에 접하도록 함으로서 간단하게 기초파일(300)과 다열파일(210)의 연직화를 이루어 하중 전달 효율성을 높일 수 있도록 하게 된다.
이에 TP부(200) 설치가 완료되면 도 2e와 같이 중공샤프트(120) 내부로 그라우팅재(230)를 충전시켜 다열파일(210)과 기초파일(300)을 중공샤프트(120) 내부에서 일체화되도록 하게 된다.
이에 도 4b와 같이 해상으로 노출된 TP부(200)의 상판부(220)에 기타구조물(400)을 구성하는 상부타워(410)의 하단이 지지되도록 하면서 연결되도록 하고, 상부타워(410)의 상부에 너셀과 블레이드를 장착하여 해상풍력 발전기를 설치할 수 있도록 하게 된다.
물론 본 발명에 의한 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물은 해양풍력발전기용이 아닌 다른 해양구조물의 기초부로서 이용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 콘크리트 베이스
110: 몸통부 120: 중공샤프트
200: TP부
210: 다열파일 211: 유공
212: 내부 및 외부보강재
220: 상판부 230: 그라우팅재
300: 기초파일
400: 기타구조물 410: 상부타워

Claims (11)

  1. 속이 빈 부유구조체로서 상면과 하면을 관통하도록 중공샤프트(120)가 형성된 몸통부(110)를 포함하는 콘크리트 베이스(100);
    상기 중공샤프트 내부에 상단이 위치하도록 중공샤프트(120)에 삽입 설치된 기초파일(300); 및
    상기 중공샤프트 내부에 하단이 삽입되어 중공샤프트 내부에서 기초파일의 상단과 일체화되도록 설치된 다열파일(210)을 포함하는 TP부(200);를 포함하여,
    상기 콘크리트 베이스(100)에 설치된 다수의 중공샤프트(120) 내부에서 기초파일 및 다열파일의 연결부가 위치 되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 콘크리트 베이스(100)는
    측면이 원형, 사각형, 육각형 또는 팔각형을 포함하는 구조물로서 내부중공(S)에 의하여 속이 빈 부유구조체로 기능하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중공샤프트(120)는 콘크리트 베이스(100)에 미리 형성되도록 하는 것으로서 콘크리트 베이스(100)의 상면과 저면에 돌출되도록 형성시키는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기초파일(300)은 해저지반(G)에 안착된 콘크리트 베이스(100)의 중공샤프트(120)에 삽입 되어 상기 해저지반(G)에 삽입 시공됨으로서 중공샤프트에 의하여 가이드 되어 시공되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 TP부(200)의 다열파일(210)은 상판(220)의 저면으로부터 연장되어 하단이 중공샤프트 내부로 삽입되도록 하되, 하단부에는 다수의 유공(211)이 형성되며, 유공(211) 주위로 내부 및 외부보강재(212)가 형성되어 중공샤프트 내부에 충전되는 그라우팅재(230)가 유공(211)에 연통되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 TP부(200)의 다열파일(210)은 상판(220)의 저면으로부터 연장되어 하단이 중공샤프트 내부로 삽입되도록 하되, 하단부에는 스트립 전단연결재(240)가 형성되며, 중공샤프트(120)의 내측면에 형성된 스트립 전단연결재(240)와 함께 중공샤프트 내부에 충전되는 그라우팅재(230)가 유공(211)과 스트립 전단연결재(240)에 형성된 전단홈에 연통되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물.
  7. (a) 속이 빈 부유구조체로서 상면과 하면을 관통하도록 중공샤프트(120)가 형성된 몸통부(110)를 포함하는 콘크리트 베이스(100)를 해저지반(G)에 안착시키고,
    (b) 상기 중공샤프트 내부에 상단이 위치하도록 중공샤프트(120)에 기초파일(300)을 삽입 설치하고,
    (c) 상기 중공샤프트 내부에 하단이 삽입되어 중공샤프트 내부에서 기초파일의 상단과 일체화되도록 다열파일(210)을 포함하는 TP부(200);를 설치하는 단계;를 포함하며,
    상기 콘크리트 베이스(100)에 설치된 다수의 중공샤프트(120) 내부에서 기초파일 및 다열파일의 연결부가 위치 되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (a)단계에서, 상기 콘크리트 베이스(100)는 부력을 이용하여 해상풍력 지지구조물이 설치되어야 위치에 해상 운반되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 (b)단계에서, 상기 기초파일(300)은 해저지반(G)에 안착된 콘크리트 기초베이스(100)의 중공샤프트(120)에 가이드되어 해저지반에 삽입 설치되도록 하여 중공샤프트 내부에 상단이 위치하도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 (c)단계에서
    기초파일의 상단과 일체화되는 다열파일(210)은 중공샤프트(120) 내부에 충전되는 그라우팅재(230)에 의하여 이루어지도록 하되, 상기 다열파일(210)의 하단부에는 다수의 유공(211)이 형성되며, 유공(211) 주위로 내부 및 외부보강재(212)가 형성되어 중공샤프트 내부에 충전되는 그라우팅재(230)가 유공(211)에 연통되도록 하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 TP부(200)는 인양되어 미리 설치된 콘크리트 베이스(100)의 중공샤프트(120)의 내부에 다열파일(210)이 삽입되도록 설치하는 콘크리트 베이스를 이용한 해상풍력 지지구조물 시공방법.
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