KR100719300B1 - 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

항만구조물을 지지하는 충분한 지지력이 확보할 수 있는 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법이 개시된다. 바지선에는 크레인과 와이어로 연결되어 해저지반 내에 관입되는 버킷파일이 구비된다. 버킷파일의 외주면에는 다수의 스커트파일이 수직으로 제공된다. 스커트파일은 버킷파일의 외부를 구성하는 외부원통의 외주면에 돌출 형성되는 보강부, 보강부의 자유단부 일체로 형성되고, 내부에는 삽입홈이 형성된 스커트파일 설치관 및 스커트파일 설치관의 삽입홈에 끼워져 한쪽 끝단이 기반암을 향해 관통되며, 관통된 한쪽 끝단은 기반암에 관입되는 지주로 이루어진다. 바지선에는 버킷파일과 호스로 연결되어 버킷파일 내의 해수를 배수 및 공급을 위한 펌프가 탑재된다. 이와 같은 구성에 의해서, 해저지반인 기반암이 평평하지 않아도 버킷파일이 스커트파일에 의해 해저지반 내에 수평상태를 유지할 수 있게 관입시킬 수 있어 버킷파일 위에 설치되는 항만구조물을 지지하기 위한 충분한 지지력을 확보할 수 있게 되어 제품의 신뢰성이 향상되고, 항만구조물의 설치가 용이함과 동시에 수평상태로 견고하게 설치가 가능하므로 고품질 특성을 확보할 수 있다.

버킷파일, 스커트파일, 기반암, 시공구조물, 시공방법

Description

버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법{FOUNDATION CONSTRUCTION STRUCTURE OF BUCKET PILE AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 버킷파일을 구비한 바지선을 개략적으로 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스커트파일을 분리한 상태의 버킷파일을 도시한 사시도;

도 3 내지 도 9는 해저지반에 버킷파일의 기초 시공방법을 순서대로 보여주는 도면;

도 10은 본 발명에 따른 버킷파일에 제공되는 스커트파일의 변형 예를 도시한 도면; 그리고

도 11은 종래의 해저지반과 해저지반에 버킷파일이 위치된 상태의 도면이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 바지선 102 : 크레인

110 : 버킷파일 112 : 공간부

114 : 항만구조물 받침판 116 : 급배수관

118 : 연결고리 120 : 스커트파일

121 : 보강부 123 : 스커트파일 설치관

124 : 삽입홈 126 : 지주

130 : 펌프 140 : 호스

150 : 항만구조물 160 : 그라우팅재

200 : 기반암

본 발명은 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로, 상세하게는 높낮이가 다른 기반암에 버킷파일을 기울어지지 않게 설치하여 항만구조물을 충분히 지지할 수 있는 균등한 지지력을 확보하고, 항만구조물의 고품질이 확보될 수 있는 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

현재 우리나라는 동북아의 중심교역국으로 발돋움할 수 있도록 신항만 건설 등 해안개발이 활발하게 이루어지고 있다.

신항만건설 이나 해안개발이 실시되는 우리나라의 해저지반은 일반적으로 도 11에 도시된 바와 같이 해수(14)의 일정깊이 아래에 해저지반을 이루는 기반암(10)과 연약지반(12)이 형성된다.

이와 같은 해저지반에 항만구조물을 설치하기 위하여 기초가 되는 파일 특히, 버킷파일(20)을 기반암(10)에 위치시킨다. 즉, 버킷파일(20)을 해저지반의 기반암(10) 위에 위치시키기 위해서는 바지선을 이용하여 버킷파일(20)을 시공위치로 운반하고, 바지선에 탑재된 크레인을 이용하여 버킷파일(20)을 해저지반의 기반 암(10) 위에 위치시킨다.

그러나, 기반암(10)은 항만구조물이 설치될 수 있을 정도의 충분한 지지력을 가지고 있으나, 도 11에 도시된 바와 같이 기반암(10)은 그 높이가 일정하지 않아 기반암(10)의 수직높이가 낮은 곳에 설치되는 버킷파일(20)이 기울어지는 문제점이 발생한다.

또한, 기반암(10)이 평평하게 형성되지 않으므로 설치되는 버킷파일(20)의 높이도 일정하지 않아 버킷파일(20) 위에 설치되는 항만구조물의 품질 확보에 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 항만구조물이 설치되는 버킷파일을 지지하는 충분한 지지력을 확보하고, 버킷파일에 설치되는 항만구조물의 고품질이 확보될 수 있는 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법을 제공하려는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
정상에 항만구조물이 설치되며 해저지반을 이루는 기반암에 위치되는 버킷파일의 외주면에 기반암에 안착되는 다수의 스커트파일이 수직으로 제공되는 버킷파일의 기초 시공구조물에 있어서,
스커트파일은,
버킷파일의 외주면에 돌출 형성되는 보강부;
보강부의 자유단에 형성되고, 내부에는 삽입홈이 형성된 스커트파일 설치관; 및
스커트파일 설치관의 삽입홈에 끼워져 한쪽 끝단이 기반암을 향해 관통되며, 관통된 한쪽 끝단은 기반암에 관입되는 지주를 포함하는 것을 특징으로 하는 버킷파일의 기초 시공구조물을 제공한다.

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지반조사를 통하여 시공할 지점의 기반암의 깊이를 파악하고, 설치하고자 하는 항만구조물의 하중이나 규모를 고려하여 설치범위를 측정하는 측정단계;

내부가 중공되는 공간부를 형성하되, 공간부의 개구되는 양측 중 일측을 밀폐시키고 밀폐된 그 외측면에 항만구조물 받침판이 형성되고, 항만구조물 받침판의 일측면에는 공간부와 연통되는 복수의 급배수관과 적어도 하나 이상의 연결고리가 형성되며, 외주면에 적어도 하나 이상의 스커트파일이 수직방향으로 제공된 버킷파일을 형성하고, 바지선에 탑재되는 크레인을 이용하여 버킷파일의 개구된 타측을 해저지반과 접촉되도록 위치시키는 접촉단계;

바지선에 탑재되는 펌프에 의해 공간부 내에 해수가 배출 또는 공급되도록 펌프와 급배수관을 호스로 연결하는 연결단계;

펌프를 작동시켜 공간부 내에 채워진 해수를 배출하고, 공간부 내의 수압이 외부의 수압보다 작아지게 되어 발생되는 연직하향력에 의해 버킷파일이 해저지반 내로 관입하는 버킷파일 관입단계;

스커트파일의 스커트파일 설치관 내부에 형성된 삽입홈을 통해 지주를 관통시켜 한쪽 끝단이 기반암에 관입되는 스커트파일 관입단계;

스커트파일 설치관과 지주 사이에 형성된 공극에 그라우팅재를 넣어 일체화시키는 그라우팅단계; 및

항만구조물 받침판의 상단부에 소정 높이까지 사석을 다져서 쌓는 사석포설단계를 시행하여 충분한 지지력이 확보되어 항만구조물을 설치할 수 있는 기초를 시공하는 것을 특징으로 하는 버킷파일의 기초 시공방법을 제공한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 항만구조물의 설치가 용이하고, 고품질 특성을 확보할 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 버킷파일을 구비한 바지선을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스커트파일을 분리한 상태의 버킷파일을 도시한 사시도 이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 해저지반에 버킷파일의 기초 시공구조는 바지(100), 버킷파일(110) 및 스커트파일(120)로 이루어진다.

해저지반은 해수(230)의 일정깊이 아래에 해저지반을 이루는 기반암(200)과 연약지반(210)이 형성된다.

바지선(barge; 100)은 화물이나 항만구조물을 나르는데 사용되는 것으로, 크레인(102)과 펌프(140)가 탑재된다. 크레인(102)에는 버킷파일(110)에 연결되는 적어도 하나 이상의 와이어(104)가 구비된다.

버킷파일(110)은 바지선(100)에 탑재된 크레인(102)에 의해 해저지반으로 관 입되는 것으로, 내부가 중공되는 공간부(112)를 형성하되, 공간부(112)의 일측은 밀폐되고 타측이 개구되도록 형성된다. 밀폐된 일측 외측면에는 항만구조물이 설치될 수 있는 항만구조물 받침판(114)이 형성되고, 항만구조물 받침판(114)의 상면에는 공간부(112)의 내부와 연통되는 복수의 급배수관(116)이 돌출 형성된다. 급배수관(116)이 형성되는 외측면의 가장자리에는 크레인(102)에 구비된 와이어(104)와 연결되는 적어도 하나 이상의 연결고리(118)가 형성되고, 연결고리(118)와 급배수관(116) 사이에는 후술할 스커트파일 설치관(123)의 삽입홈과 연통되는 연통공(114A)이 형성되며, 양측 단부에는 일정 높이까지 돌출된 돌출부(114B)가 형성되어 사석이 흘러내리는 것을 방지한다. 그리고 연결고리(118)는 외측면 가장자리에 90° 간격으로 4개가 배치된다. 버킷파일(110)의 외주면에는 버킷파일(110)의 직립한 상태와 평행하도록 적어도 하나 이상의 스커트파일(120)이 형성된다.

스커트파일(120)은 버킷파일(110)의 외주면에 수직방향으로 돌출 형성되어 버킷파일(110)을 보강하는 보강부(121), 보강부(121)의 자유단에 일체로 형성되고 내부에 연통공(114A)과 연통되는 삽입홈(124)이 형성된 스커트파일 설치관(123) 및 스커트파일 설치관(123)의 삽입홈(124)에 끼워져 한쪽 끝단이 관통하며, 관통된 한쪽 끝단은 기반암(200)에 관입되는 지주(126)로 이루어진다. 여기서 스커트 파일 설치관(123)의 한쪽 단은 개구되고 다른 쪽 단은 밀폐되게 형성되는데, 이는 버킷파일(110)을 해저지반으로 관입시 해수 및 흙이 스커트파일 설치관(123)의 내부로 유입되지 못하도록 하기 위해서다.

한편, 스커트파일 설치관(123)의 타측에 버킷파일(110)을 해저지반으로 관입 시 해수, 흙이나 기타 이물질이 유입되어 막히지 않도록 외부로만 개방되는 덮개부재를 설치하여 사용할 수 있다.

이와 같이 구성된 버킷파일(110)은 바지선(100)에 탑재된 크레인(102)에 의해 개구된 타측이 해저지반과 접촉되도록 위치된다.

펌프(130)는 바지(100)에 탑재되고, 버킷파일(110)의 급배수관(116)과 호스(140)로 연결되어 버킷파일(110)의 공간부(112) 내에 해수에 의한 수압차가 발생되도록 해수를 배출하거나 공급하여 버킷파일(110)을 설치지점 해저지반 내에 관입시킨다.

여기에서, 펌프(130)와 버킷파일(110) 사이에 연결되어 해수의 이동경로를 제공하는 연결수단은 호스(140)에 국한되는 것이 아니라 파이프, 튜브 등으로 이루어질 수 도 있다.

상기와 같이 구성된 버킷파일의 기초 시공방법을 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시공할 지점의 기반암(200)의 깊이를 파악하고 설치하고자 하는 항만구조물의 하중이나 규모를 고려하여 설치범위를 정하는 측정단계를 완료한다.

그런 다음 도 3에 도시된 바와 같이, 내부가 중공되는 공간부(112)를 형성하되, 공간부(112)의 개구되는 양측 중 일측이 밀폐되어 밀폐된 일측의 외측면에 항만구조물 받침판(114)이 형성되고, 항만구조물 받침판(114)의 일측면에 공간부(112)와 연통되는 복수의 급배수관(116)과 적어도 하나 이상의 연결고리(118)가 형성되고, 외주에 적어도 하나 이상의 스커트파일(120)이 수직방향으로 제공된 버킷 파일(110)을 형성한다. 그리고 지피에스에 의해 버킷파일(110)을 설치하고자 하는 지점으로 바지선(100)을 이용하여 운반한 다음, 바지선(100)에 탑재된 크레인(102)을 이용하여 버킷파일(110)의 개구된 타측을 해저지반과 접촉되도록 위치시킨다. 이때, 항만구조물 받침판(114)에 형성된 연결고리(116)는 외측면의 가장자리에 90°간격으로 4개가 배치되고, 해저지반의 연약지반(210)에 위치된 버킷파일(110)의 공간부(112) 내에는 해수가 채워지게 된다.

한편, 버킷파일(110)과 스커트파일(126)의 제원은 항만구조물(150)의 하중을 고려하여 결정한다. 특히, 스커트파일(120)의 지주(126) 길이는 기반암(200)의 깊이를 고려하여 너무 깊이 관입 되지 않도록 한다.

버킷파일(110)이 해저지반에 위치되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 바지선(100)에 탑재되는 펌프(130)에 의해 공간부(112) 내에 해수에 의한 수압차가 발생되도록 펌프(130)와 버킷파일(110)의 급배수관(116)을 호스(140)로 연결한다.

펌프(130)와 버킷파일(110)이 호스(140)로 연결되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 펌프(130)가 정회전되도록 작동시켜서 호스(140)를 통해 공간부(112) 내에 채워진 해수를 빠른 속도로 배출시킨다. 그러면, 공간부(112) 내의 수압이 외부의 수압보다 작아지는 수압차로 인해 버킷파일(110)에는 연직하향력이 발생되고, 이러한 연직하향력에 의해 버킷파일(110)이 해저지반 내로 관입되어 기반암(200)의 상측에 위치된다. 이때, 버킷파일(110)이 해저지반 내로 관입되는 과정에서 버킷파일(110)이 뒤틀림현상이 발생 될 수 있는데, 이 뒤틀림현상은 버킷파일(110)의 외주면에 등간격으로 돌출 형성된 보강부(121)에 의해 뒤틀림이 방지된다.

그 다음, 버킷파일(110)이 해저지반 내로 계획된 깊이만큼 관입되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 펌프(130)의 작동을 중지시키고, 항만구조물 받침판(114)에 형성된 연통공(114A)을 통해 버킷파일(110)의 외주면에 설치된 스커트파일 설치관(123)의 삽입홈(124)에 지주(126)를 삽입시킨 후, 지주(126)의 하단이 기반암(200)에 일정 깊이 박히도록 관입시킨다. 이때, 스커트파일 설치관(123)의 밀폐된 타측은 지주(126)에 의해 변형되면서 파손된다.

여기서, 지주(126)의 하단이 기반암(200)에 너무 깊이 관입되지 않도록 한다. 예컨데, 지주(126)의 일측 끝단부가 기반암(200)에 너무 깊이 관입되면, 추후에 버킷파일(110)을 해저지반 외부로 들어올릴 수 없게 된다.

지주(126)가 목표한 깊이만큼 기반암(200)에 관입 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 스커트파일 설치관(123)의 삽입홈(124)에 시멘트 또는 모르타르와 같은 그라우팅재(160)를 넣는다. 그러면, 버킷파일(110)과 스커트파일(126)이 일체화 되면서 버킷파일(110)의 지지력을 보강할 수 있고, 해수나 흙 및 기타 이물질이 스커트파일 설치관(123)의 삽입홈(124) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

그런 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 항만구조물 받침판(114)의 상단부에 소정의 높이까지 사석(170)을 다져서 적층시키는 사석포설단계를 진행한 후 도 9에 도시된 바와 같이 사석(170) 위에 항만구조물(150)을 설치한다. 항만구조물(150)로는 케이슨방파제나 암벽등이 사용된다.

이와 같이 본 발명 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법에 의하면, 해저지반에 설치되는 버킷파일(110)을 스커트파일(120)을 이용하여 수평상태를 유 지시켜 항만구조물(150)을 지지할 수 있는 충분한 지지력을 보유하고, 항만구조물(150)의 설치가 용이하고 고품질 특성을 확보할 수 있으며, 스커트파일 설치관(123)에 삽입되는 지주(126)의 위치를 선택하여 설치할 수 있어 항만구조물(150)의 전도 등에 대한 대처를 신속하고 편리하게 할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 버킷파일에 제공되는 스커트파일의 변형 예를 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 버킷파일(110)의 외주면에 설치된 스커트파일(120A)을 경사지게 형성한 구조이다.

즉, 버킷파일(110)의 외주면에 돌출 형성되되, 기반암(200) 방향으로 갈 수 록 폭이 넓게 형성되는 경사보강부(121A), 경사보강부(121A)의 자유단에 형성되고, 내부에는 경사삽입홈(124A)이 형성된 경사스커트파일 설치관(123A) 및 경사스커트파일 설치관(123A)의 경사삽입홈(124A)에 끼워져 한쪽 끝단이 기반암(200)을 향해 관통하며, 관통된 한쪽 끝단은 기반암(200)에 관입되는 경사지주(126A)로 이루어진 구조이다. 경사스커트파일 설치관에 형성된 경사삽입홈(124A)은 항만구조물 받침판(114)에 형성된 연통공(114A)과 연통된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 경사스커트파일 설치관의 타측에 버킷파일을 해저지반으로 관입시 흙이나 기타 이물질이 유입되어 막히지 않도록 외부로만 개방되는 덮개부재를 설치하여 사용할 수 있다.

이와 같이 구성된 버킷파일(110)의 기초 시공과정은 전술한 바와 동일하여 상세한 설명은 생략하고, 다만 버킷파일(110)의 외주면에 경사지게 형성된 경사스 커트파일 설치관(123A)을 형성하여 경사지게 형성된 버킷파일(110)을 해저지반에 수평상태를 유지하도록 간편하고 용이하게 설치할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 버킷파일의 기초 시공구조물 및 그 시공방법에서는, 해저지반인 기반암이 평평하지 않아도 버킷파일이 스커트파일에 의해 해저지반 내에 수평상태를 유지할 수 있게 관입시킬 수 있어 버킷파일 위에 설치되는 항만구조물을 지지하기 위한 충분한 지지력을 확보할 수 있게 되어 제품의 신뢰성이 향상되고, 항만구조물의 설치가 용이함과 동시에 수평상태로 견고하게 설치가 가능하므로 고품질 특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 버킷파일에 형성된 스커트파일 설치관에 삽입되는 지주의 위치를 선택하여 설치할 수 있어 항만구조물의 전도 등에 대한 대처를 신속하고 용이하게 할 수 있고, 경사지게 형성된 버킷파일도 해저지반에 수평상태를 유지하도록 간편하고 용이하게 설치할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예로서 한정되지 아니하며, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 정상에 항만구조물이 설치되며 해저지반을 이루는 기반암에 위치되는 버킷파일의 외주면에 상기 기반암에 안착되는 다수의 스커트파일이 수직으로 제공되는 버킷파일의 기초 시공구조물에 있어서,

   상기 스커트파일은,

   상기 버킷파일의 외주면에 돌출 형성되는 보강부;

   상기 보강부의 자유단에 형성되고, 내부에는 삽입홈이 형성된 스커트파일 설치관; 및

   상기 스커트파일 설치관의 삽입홈에 끼워져 한쪽 끝단이 상기 기반암을 향해 관통되며, 관통된 한쪽 끝단은 상기 기반암에 관입되는 지주를 포함하는 것을 특징으로 하는 버킷파일의 기초 시공구조물.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 보강부는 한쪽 단에서 다른쪽 단으로 갈수록 폭이 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 버킷파일의 기초 시공구조물.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 스커트 파일 설치관의 한쪽 단은 개구되고 다른 쪽 단은 밀폐되어 상기 버킷파일을 해저지반으로 관입시 해수 및 흙이 상기 스커트 파일 설치관의 내부로 유입되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 버킷파일의 기초 시공구조물.
5. 지반조사를 통하여 시공할 지점의 기반암의 깊이를 파악하고, 설치하고자 하는 항만구조물의 하중이나 규모를 고려하여 설치범위를 측정하는 측정단계;

   내부가 중공되는 공간부를 형성하되, 상기 공간부의 개구되는 양측 중 일측을 밀폐시키고 밀폐된 그 외측면에 항만구조물 받침판이 형성되고, 상기 항만구조물 받침판의 일측면에는 상기 공간부와 연통되는 복수의 급배수관과 적어도 하나 이상의 연결고리가 형성되며, 외주면에 적어도 하나 이상의 스커트파일이 수직방향으로 제공된 버킷파일을 형성하고, 바지선에 탑재되는 크레인을 이용하여 상기 버킷파일의 개구된 타측을 해저지반과 접촉되도록 위치시키는 접촉단계;

   상기 바지선에 탑재되는 펌프에 의해 상기 공간부 내에 해수가 배출 또는 공급되도록 상기 펌프와 상기 급배수관을 호스로 연결하는 연결단계;

   상기 펌프를 작동시켜 상기 공간부 내에 채워진 해수를 배출하고, 상기 공간부 내의 수압이 외부의 수압보다 작아지게 되어 발생되는 연직하향력에 의해 상기 버킷파일이 해저지반 내로 관입하는 버킷파일 관입단계;

   상기 스커트파일의 스커트파일 설치관 내부에 형성된 삽입홈을 통해 지주를 관통시켜 한쪽 끝단이 상기 기반암에 관입되는 스커트파일 관입단계;

   상기 스커트파일 설치관과 지주 사이에 형성된 공극에 그라우팅재를 넣어 일체화시키는 그라우팅단계; 및

   상기 항만구조물 받침판의 상단부에 소정 높이까지 사석을 다져서 쌓는 사석포설단계를 시행하여 충분한 지지력이 확보되어 상기 항만구조물을 설치할 수 있는 기초를 시공하는 것을 특징으로 하는 버킷파일의 기초 시공방법.

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