KR100964978B1

KR100964978B1 - 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법

Info

Publication number: KR100964978B1
Application number: KR1020090022669A
Authority: KR
Inventors: 정광옥
Original assignee: 정광옥
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-06-21

Abstract

본 발명은 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 관한 것으로, (a) 일정한 높이의 제 1내벽 케이싱(24)을 해상 크레인을 이용하여 해저광장(70)을 축조할 해저 위치에 거치시키되, 최하단 제 1내벽 케이싱(24)의 내면에는 해상으로 노출될 수 있을 정도의 길이를 가진 가이드구(26)를 일정 개수로 부착시켜 다수 개의 제 1내벽 케이싱(24)을 반복적으로 상하로 인접하는 다른 제 1내벽 케이싱(24) 상단에 결합시킴으로써 최상단 제 1내벽 케이싱(24)의 상부가 해상의 설계 높이로 노출되도록 하는 단계와; (b) 상기 제 1내벽 케이싱(24)과 일정한 간격을 가질 정도로 단면이 큰 제 1외벽 케이싱(25)도 상기 제 1내벽 케이싱(24)의 설치와 동일한 방법으로 제 1내벽 케이싱(24)을 둘러싸는 형태로 해저에 거치시키는 단계와; (c) 상기 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이의 해수를 양수시설로 펌핑해 올린 후 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이 해저면(71)에는 해수 유입 차단을 위해 콜타르(Coal Tar, 28)를 바르거나 양질 점토를 포설하고, 그 위에 흙마대(61)나 조약돌 콘트리트(62)와 같은 채움재를 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 상단까지 채우는 단계와; (d) 해저면(71) 아래로부터의 해수 유입 차단을 위해 해저에 거치된 최하단 제 1외벽 케이싱(25)의 외면 둘레로 차수시트(63)를 깔고 그 위에 차수시트(63)를 고정하기 위한 흙마대(61)를 쌓는 단계와; (e) 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)는 해저광장(70) 축조를 위한 가물막이 역할을 할 수 있도록 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부의 해수를 양수시설로 펌핑하는 단계, 및 (f) 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 상단이나 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)에 접안된 바지선을 작업대로 활용하여 굴착토 인양장비를 거치하고 해저광장(70) 축조를 위한 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부 해저면(71)의 굴착작업을 강재 케이싱 토류벽을 이용하여 수행하는 단계로 구성됨으로써, 심해의 독자적인 해저광장의 축조가 가능해져 지하에 저장된 석유나 폐기물 등의 유출에 의한 환경오염으로 인해 인체에 직접적인 피해를 미치는 경우를 차단할 수 있는 효과가 있다.

Description

강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법 {Constructing method for submarine plaza using steel casing retaining wall}

본 발명은 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심해의 독자적인 해저광장의 축조가 가능해져 지하에 저장된 석유나 폐기물 등의 유출에 의한 환경오염으로 인해 인체에 직접적인 피해를 미치는 경우를 차단할 수 있는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 관한 것이다.

근래 지하에 석유·가스 등의 비축기지, 양수발전소 또는 폐기물 저장소 등과 같이 지하터널의 내부에 일정한 공간을 확보할 필요가 있는 경우, 지하의 암반이나 토사를 굴착하여 대단면의 지하광장을 형성하여야 한다.

일반적으로 이러한 지하광장 굴착공법으로는 인력을 이용한 재래식 상향 발파공법과 다수의 터널을 이용한 유압 회전 기계식 하향 굴착공법이 이용되고 있으나, 심해의 해저에 광장을 효율적으로 시공하는 방법은 아직까지 존재하지 않고 다만 해저터널의 일부분을 광장으로 활용할 수 있는 여지가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 해저광장 굴착을 위해 강재 케이싱 토류벽을 이용하게 되는데, 이러한 토류벽은 지하공사를 할 때 굴착사면의 안정 및 지하수 유입의 차단을 위해 설치되는 가설구조물로서, 종래의 대표적인 공법으로는 토류판공법, 시트파일(SHEET PILE, 널말뚝)공법, CIP공법, SCW공법 및 지하연속벽공법 등이 있다.

상기 토류판 공법은 다수개의 토류판과 H-파일(PILE)을 이용하는 공법으로 지하의 굴착할 부분에 H-파일(PILE)을 일정 간격으로 박아 넣고, H-파일(PILE) 사이에 나무판재인 토류판을 끼워넣어 배면의 토사를 지지하며, H-파일(PILE)의 지지를 위한 지보공을 설치하는 공법이다.

또한, 시트파일(SHEET PILE) 공법은 시트파일(SHEET PILE)을 수직으로 지중에 박아 넣고 이어서 단부의 연결부에 다른 시트파일(SHEET PILE)의 단부를 끼워 맞춰 지중에 박아넣는 것을 반복함으로써 토류벽을 시공하는 공법이다.

그리고, CIP 공법은 오거(AUGER)로 지중에 구멍을 뚫은 다음 그 구멍에 철근망이나 H-파일(PILE)을 입설하고 콘크리트나 시멘트풀을 타설하여 연속된 콘크리트 기둥을 만들어 나가는 공법으로, 굴착할 부분 사방을 콘크리트벽으로 만든 다음 붕괴를 막기 위하여 콘크리트벽을 지탱할 버팀보를 설치한 상태에서 굴착을 하는 방법이다.

또한, SCW 공법은 축을 세 개 가진 오거(AUGER)로 지하 연속벽을 만들어 나가는 공법으로 시공방법은 상기 CIP와 거의 동일하다.

그러나, 이러한 종래의 토류벽 시공방법은 주로 토사지반이나 토사 성토층에 적용 가능하고, 사석층이나 전석 토사층에 시공시에는 프리보링(Pre-Boring)공법을 시행하여야 하며, 암반층에는 시공이 어려운 문제점이 있었다.

특히, 토류판 공법은 지하수의 차단효과가 약하기 때문에 토류벽 배면의 지 하수 수위가 높은 경우에는 전혀 사용할 수가 없고, 토류판은 목재로 제작되어 강도가 약해 토류판이 수압과 토압에 의해 파손되는 사고가 빈번하게 발생하고 있을 뿐만 아니라, 추후 시공되는 건축물의 일부로 사용되기에도 부적합하여 반드시 철거작업이 뒤따른다.

또한, 지중에 콘트리트를 타설하는 방식의 토류벽의 경우 지중의 콘크리트의 품질관리에 어려움이 많고, 토류벽 시공후 지하수 유출시 보수 보강이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 해저광장 축조에 이용되는 토류벽으로 고인장·고강도의 강재 케이싱을 이용함으로써 케이싱의 굴진을 위한 굴착시 암반층이 존재하더라도 암반의 파쇄에 수반되는 충격과 진동을 견딜 수 있을 뿐만 아니라, 균열이나 파손 방지에 강한 강성구조로서 해수 유입차단에 효과적인 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 토류벽이 외부의 지중 응력의 지지에 효과적인 고강도의 강판으로 이루어져 시공성과 안전성이 우수하고 품질관리가 용이하며, 추후 시공되는 구조물의 일부로도 사용할 수 있는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 석유·가스 등의 비축기지 또는 폐기물 저장소 등으로 활용할 수 있는 심해의 독자적인 해저광장의 축조가 가능해져 지하에 저장된 석유나 폐기물 등의 유출에 의한 환경오염으로 인해 인체에 직접적인 피해를 미치는 경우를 차단할 수 있는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 일정한 높이의 제 1내벽 케이싱을 해상 크레인을 이용하여 해저광장을 축조할 해저 위치에 거치시키되, 최하단 제 1내벽 케이싱의 내면에는 해상으로 노출될 수 있을 정도의 길이를 가진 가이드구를 일정 개수로 부착시켜 다수 개의 제 1내벽 케이싱을 반복적으로 상하로 인접하는 다른 제 1내벽 케이싱 상단에 결합시킴으로써 최상단 제 1내벽 케이싱의 상부가 해상의 설계 높이로 노출되도록 하는 단계와; (b) 상기 제 1내벽 케이싱과 일정한 간격을 가질 정도로 단면이 큰 제 1외벽 케이싱도 상기 제 1내벽 케이싱의 설치와 동일한 방법으로 제 1내벽 케이싱을 둘러싸는 형태로 해저에 거치시키는 단계와; (c) 상기 제 1내·외벽 케이싱 사이의 해수를 양수시설로 펌핑해 올린 후 제 1내·외벽 케이싱 사이 해저면에는 해수 유입 차단을 위해 콜타르(Coal Tar)를 바르거나 양질 점토를 포설하고, 그 위에 흙마대나 조약돌 콘트리트와 같은 채움재를 제 1내·외벽 케이싱 구체 상단까지 채우는 단계와; (d) 해저면 아래로부터의 해수 유입 차단을 위해 해저에 거치된 최하단 제 1외벽 케이싱의 외면 둘레로 차수시트를 깔고 그 위에 차수시트를 고정하기 위한 흙마대를 쌓는 단계와; (e) 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체는 해저광장 축조를 위한 가물막이 역할을 할 수 있도록 제 1내·외벽 케이싱 구체 내부의 해수를 양수시설로 펌핑하는 단계, 및 (f) 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체 상단이나 제 1내·외벽 케이싱 구체에 접안된 바지선을 작업대로 활용하여 굴착토 인양장비를 거치하고 해저광장 축조를 위한 제 1내·외벽 케이싱 구체 내부 해저면의 굴착작업을 강재 케이싱 토류벽을 이용하여 수행하는 단계로 구성된 것을 기본 특징으로 한다.

이상에서 살펴본, 본 발명인 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공 법은 해저광장 축조에 이용되는 토류벽으로 고인장·고강도의 강재 케이싱을 이용함으로써 케이싱의 굴진을 위한 굴착시 암반층이 존재하더라도 암반의 파쇄에 수반되는 충격과 진동을 견딜 수 있을 뿐만 아니라, 균열이나 파손 방지에 강한 강성구조로서 해수 유입차단에 효과적이며, 토류벽이 외부의 지중 응력의 지지에 효과적인 고강도의 강판으로 이루어져 시공성과 안전성이 우수하고 품질관리가 용이하고, 석유·가스 등의 비축기지 또는 폐기물 저장소 등으로 활용할 수 있는 심해의 독자적인 해저광장의 축조가 가능해져 지하에 저장된 석유나 폐기물 등의 유출에 의한 환경오염으로 인해 인체에 직접적인 피해를 미치는 경우를 차단할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 의한 시공완료 단면도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 토류벽 구조의 일실시예의 일부분을 나타낸 사시도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 토류벽의 시공순서를 나타낸 단면도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 제 1케이싱 구체의 일실시예의 사시도와 횡단면도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법의 순서를 나타낸 단면도이다.

도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법은 우선, 일정한 형상의 강재 케이싱을 일정한 간격을 두고 이중으로 해저에 거치하게 되는데, 도면에서 강재 케이싱의 형상은 원형으로 도시되어 있으나 강재 케이싱의 형상은 그에 한정되지 않고 사각형 또는 다각형 등으로 다양하게 변경될 수 있을 것이다.

이러한 이중 강재 케이싱을 해저에 설치하는 방법은 일정한 높이의 제 1내벽 케이싱(24)을 해상 크레인을 이용하여 해저광장(70)을 축조할 해저 위치에 거치시키되, 상기 최하단 제 1내벽 케이싱(24)의 내면에는 해상으로 노출될 수 있을 정도의 길이를 가진 가이드구(26)를 일정 개수로 부착시켜 다수 개의 제 1내벽 케이싱(24)을 반복적으로 상하로 인접하는 다른 제 1내벽 케이싱(24) 상단에 결합시킴으로써 최상단 제 1내벽 케이싱(24)의 상부가 해상의 설계 높이로 노출되도록 한다.

여기서, 상기 제 1내벽 케이싱(24) 단부는 톱니형상으로 형성되어 인접하는 제 1내벽 케이싱(24) 간에는 실런트(27)가 삽입된 상태에서 치차결합이 이루어짐으로써, 외부의 해수가 케이싱 내부로 유입되는 것을 어느 정도 차단해 줄 수 있고, 최하단 제 1내벽 케이싱(24)은 그 자중으로 해저에 일정 정도 박히게 함으로써 해류에 의한 이동을 방지할 수 있다.

상기 제 1내벽 케이싱(24)과 일정한 간격을 가질 정도로 단면이 큰 제 1외벽 케이싱(25)도 제 1내벽 케이싱(24)의 설치와 동일한 방법으로 제 1내벽 케이싱(24)을 둘러싸는 형태로 해저에 거치시키되, 이 때 필요하다면 상기 제 1내·외벽 케이 싱(24,25) 사이의 간격을 유지하고 수중의 수압에 견디기 위해 가로 지지보(23)를 일정 간격으로 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이에 고정설치하고(도5a), 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)는 기본적으로 거치될 위치의 해류를 고려하여 설계제작되지만 해류가 예상보다 빠른 경우는 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)를 임시로 고정시키기 위해 해저면과 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)를 연결하는 케이블을 케이싱 거치시에 설치할 수도 있다.

다음으로, 상기 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이의 해수를 양수시설로 펌핑해 올린 후 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이 해저면(71)에는 해수 유입 차단을 위해 콜타르(Coal Tar, 28)를 바르거나 양질 점토를 포설하고, 그 위에 일정 높이로 흙마대(61)를 쌓아 올린 후 흙마대(61) 위에 채움재로 조약돌 콘크리트(62)를 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 상단까지 타설한다. 여기서 상기 흙마대(61)나 조약돌 콘크리트(62)는 해수 유입 차단을 위한 채움재의 예시일 뿐 그에 한정되지 아니하고 해수 유입 차단이 가능하다면 암버럭과 같은 다른 채움재를 사용하여도 무방할 것이고, 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 자체의 해수 차단 기능은 완전한 것이 아니므로 상기 채움재의 투입은 신속히 이루어짐이 바람직하다.

또한, 해저에 거치된 최하단 제 1외벽 케이싱(25)의 외면 둘레로 차수시트(63)를 깔고 그 위에 차수시트(63)를 고정하기 위한 흙마대(61)를 쌓아 둠으로써, 해저면(71) 아래로부터의 해수 유입 차단의 효과가 일정 정도 발휘될 수 있다(도5b).

그 다음으로, 상기의 방법으로 설치된 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부의 해수를 양수시설로 펌핑해 올리면, 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)는 해저광장(70) 축조를 위한 가물막이 역할을 하게 되고, 해저에 거치된 최하단 제 1내벽 케이싱(24)의 외면 둘레에는 해저면으로부터 유입되는 해수의 배수를 위한 측구(64)를 형성시킬 수도 있다(도5c).

그 다음으로, 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 상단이나 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)에 접안된 바지선을 작업대로 활용하여 굴착토 인양장비를 거치하고 해저광장(70) 축조를 위한 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부 해저면(71)의 굴착작업을 강재 케이싱 토류벽을 이용하여 수행하게 된다(도5d).

본 발명인 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 토류벽의 기본 구조는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일정 길이와 높이로 제작된 선단부 케이싱(20,21)과 상기 선단부 케이싱(20,21)과 동일한 길이 및 형상의 중간 연결부 케이싱(30,31)이 상하방향으로 상호 결합하되, 선단부 케이싱(20,21)과 중간 연결부 케이싱(30,31) 간의 결합부위는 용접이음(41)이나 기계적이음으로 처리하고, 용접이음(41)의 경우의 케이싱 각각의 상·하단에는 인접하는 케이싱과 대응되게 용접홈(40)이 형성되도록 함이 바람직하다.

이러한 선단부 케이싱(20,21)과 중간 연결부 케이싱(30,31)으로 이루어진 제 2케이싱 구체(10)가 일정한 간격을 유지하면서 이중으로 설치되어 토류벽을 형성하고, 필요한 경우 가로 지지보(23)를 일정 간격으로 선단부 및 중간 연결부 내·외벽 케이싱(20,21,30,31) 사이에 고정설치하며, 상기 선단부 케이싱의 하단(22)은 V자형상이나 역사다리꼴형상으로 가공제작함이 바람직하다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에서 해저광장(70) 축조를 위한 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부 해저면(71)의 굴착작업을 설명하면 다음과 같다.

우선, 현장 여건에 적합하게 일정 길이와 높이로 제작된 선단부 케이싱(20,21)을 해저광장(70) 굴착을 위한 토류벽의 내·외벽을 형성할 수 있게 이중으로 해저 토류벽 설치위치에 거치하되(도3a), 해수 유입 차단을 위해 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 거치 전에 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부 해저면(71)에 일정 두께 이상의 양질 점토를 포설할 수도 있다. 여기서, 상기 이중의 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)은 케이싱의 지중으로의 굴진시 외부의 토압이나 수압과 같은 지중 응력에 충분히 견디고 해수 유입 차단에 효과적이며 내·외벽 케이싱 사이의 암반을 파쇄하는 경우에 충격 및 진동으로부터 케이싱 벽체의 균열 및 손상을 방지하기 위해 일정한 두께의 고인장·고강도 강판을 현장여건을 고려하여 사용하여야 하는데, 이는 상기 제 1내·외벽 케이싱도 마찬가지이다.

또한, 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)은 본 발명의 해저광장(70) 굴착을 위한 강재 케이싱 토류벽이 시공되는 단면형상 일체로 제작되어 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)이 거치될 수도 있고, 일체로 거치하는 경우 케이싱의 운반이나 거치에 작업상의 문제점이 발생하는 경우에는 구간을 나누어 구간별로 선단부 케이싱(20,21)을 제작하여 이중으로 거치하면 된다.

나아가, 상기 선단부 케이싱의 하단 토우(toe, 22)는 케이싱의 지중으로의 굴진시 굴진이 용이하도록 V자형상이나 역사다리꼴형상으로 가공제작함이 바람직하다.

다음으로, 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 해저면(71) 지반을 굴착하면서 굴착토나 굴착암를 외부로 반출하면, 굴착과 동시에 선단부 케이싱(20,21)은 그 자중으로 굴착 바닥면(50)까지 침하굴진하게 되고, 굴착에 의한 지반의 수직 굴착면(51)은 굴착과 동시에 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)에 의해 지지되어 외부로 노출되지 않으므로 굴착면의 붕괴 방지가 가능하게 되고(도3b), 필요하다면 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 지지를 위한 강지보공을 지중에 설치하여 굴착면의 붕괴와 토류벽의 전도를 방지할 수도 있다. 또한, 이 때 필요하다면 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 간격을 유지하고 외부의 지중 응력에 견디기 위해 가로 지지보(23)를 일정 간격으로 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이에 고정설치하고, 구간별로 나누어 선단부 케이싱(20,21)을 제작하여 굴착이 이루어지는 경우에는 케이싱의 길이방향 양단부에서도 지중 응력에 견딜 수 있고 차수가 가능하도록 내·외벽 케이싱을 폐합시키는 형태로 선단부 케이싱(20,21)을 제작하여야 하고, 구간별 굴착시 인접하는 폐합된 선단부 케이싱(20,21) 사이에는 해수 유입 차단을 위해 실런트가 주입될 수도 있고, 인접하는 폐합된 선단부 케이싱(20,21) 양단부를 절단 개방시켜 인접하는 구간별 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이에 강판을 덧대어 용접이음할 수도 있다.

여기서 해저 지반 굴착작업은 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이에서 이루어지고, 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 간격은 굴착이 가능한 최소한의 공간만 확보되면 된다. 따라서, 굴착방식은 인력굴착이나 쇼트붐(Short Boom)/ 쇼트아암(Short Arm) 굴삭기를 이용한 기계식 굴착으로 하는 것이 시공성이 우수하다. 이 때, 발생하는 굴착토나 굴착암은 제 1케이싱 구체(11) 외부에 제방(80)을 형성하기 위해 제 1케이싱 구체(11) 외부로 투하시키고, 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 굴착시 해수의 유입이 있는 경우에는 해수의 펌핑을 위해 양수시설을 지속적으로 가동하여야 한다.

더불어, 수직 굴착면(51)의 붕괴방지와 케이싱 외부에서 작용하는 지중 응력의 분산 및 케이싱과 수직 굴착면(51) 사이의 마찰감소를 위해 케이싱과 수직 굴착면(51) 사이의 여굴부(52)에는 세골재나 조골재 등의 충진재(53)를 채우게 되고, 현장 여건상 특히 해수 유출이 심할 경우에는 토사나 점토로 충진하여 해수 유입을 저감시키는데, 이러한 충진은 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 외면에 상기 충진재(53)를 굴착 전에 미리 쌓아 놓아두면 굴착시 여굴부(52)의 발생과 동시에 자연스럽게 충진재(53)가 여굴부(52)로 흘러 들어가게 되는 것이다.

그 다음으로, 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 높이보다 일정 정도 적은 심도의 굴착 및 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 굴진이 완료되면, 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 상부에 동일한 길이 및 형상의 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31)을 설치한 후 결합부위를 용접이음(41) 처리함이 바람직하나, 해수 유입 차단이 가능하다면 선단부와 중간 연결부 내·외벽 케이싱(20,21,30,31) 간의 이음은 용접에 제한되는 것은 아니고 기계적이음도 가능할 것이다(도3c).

상기에서 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 높이보다 일정 정도 적은 심도로 굴착하는 것은 선단부와 중간 연결부 내·외벽 케이싱(20,21,30,31) 간의 용접이음(41)을 용이하게 지상에서 작업하기 위함이다.

여기서, 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)과 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31) 간의 용접이음(41)은 제 2케이싱 구체(10)의 강도와 동등 이상의 강도 발현이 가능하도록 하여야 하고, 이를 위해 케이싱 각각의 상·하단에는 인접하는 케이싱과 대응되게 용접홈(40)이 형성되도록 제작한다.

나아가, 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)과 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31) 간의 용접이음(41)이 완료되면, 다시 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 해저면(71) 지반을 굴착하고 굴착과 동시에 제 2케이싱 구체(10)는 굴착 바닥면(50)까지 침하굴진한다(도3d).

한편, 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)과 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31)들은 토류벽의 시공 목적상 높이에 비해 길이방향으로 길이가 긴 구조로 제작함이 바람직하고, 도면에 도시된 원형에 제한되는 것은 아니고 토류벽의 설계 형상에 따라 직선형 또는 직선과 곡선이 혼용된 복합형으로 제작될 수도 있다.

마지막으로, 상기 이음과 굴착과정을 해저광장(70) 굴착을 위한 토류벽의 설계 심도까지 반복한 후, 해저광장(70) 공간을 형성하기 위해 내벽 케이싱(20,30)에 인접하는 해저 지반을 설계 심도까지 굴착하게 되면, 내벽 케이싱(20,30)은 설계 심도까지 노출되면서 원하는 높이의 강재 케이싱을 이용한 토류벽과 해저광장(70)이 완성됨으로써, 본 발명은 시공성과 안전성이 우수한 전면 강재 케이싱 방식의 토류벽을 이용한 해저광장(70) 축조공법인 것이다. 나아가, 해저광장(70)의 위치는 암반층 내부에 형성됨이 바람직하고, 상기와 같이 굴착토나 굴착암은 제 1케이싱 구체(11) 외부에 제방(80)을 형성하기 위해 제 1케이싱 구체(11) 외부로 투하시킨 다(도5e).

추가로, 상기 해저광장(70) 굴착을 위한 토류벽인 제 2케이싱 구체(10) 내부를 콘크리트(60)나 골재로 채우는 경우에는 외부 지중 응력에 대한 지지력이 증가하는 효과를 기대할 수 있고, 추후 해저광장(70)에 시공되는 구조물의 일부로도 활용할 수가 있어 제 2케이싱 구체(10)의 철거가 필요하지 않은 장점도 있다.

따라서, 상기 해저광장(70)은 석유·가스 등의 비축기지 또는 폐기물 저장소 등으로 활용될 수 있고, 필요하다면 상기 제방(80)을 일정 단면적 이상으로 성토하거나 해저광장(70)과 제 1,2케이싱 구체(10,11) 내부를 되메워 인공섬으로 활용할 수도 있다.

나아가, 상기 공법은 심해에서만 적용가능한 것으로 한정되는 것은 아니고 하천에서도 적용가능할 것이다.

상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 의한 시공완료 단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 토류벽 구조의 일실시예의 일부분을 나타낸 사시도.

도 3 은 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 토류벽의 시공순서를 나타낸 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법에 이용되는 제 1케이싱 구체의 일실시예의 사시도와 횡단면도.

도 5 는 본 발명에 따른 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법의 순서를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 제 2케이싱 구체 11: 제 1내·외벽 케이싱 구체

20,21: 선단부 내·외벽 케이싱 22: 선단부 케이싱 토우

23: 가로 지지보 24: 제 1내벽 케이싱

25: 제 1외벽 케이싱 26: 가이드구

27: 실런트 28: 콜타르

30,31: 중간 연결부 내·외벽 케이싱 40: 용접홈

41: 용접이음 50: 굴착바닥면

51: 수직굴착면 52: 여굴부

53: 충진재 60: 제 2케이싱 구체 내부 콘크리트

61: 흙마대 62: 조약돌 콘크리트

63: 차수시트 64: 측구

70: 해저광장 71: 해저면

80: 제방

Claims

(a) 일정한 높이의 제 1내벽 케이싱(24)을 해상 크레인을 이용하여 해저광장(70)을 축조할 해저 위치에 거치시키되, 최하단 제 1내벽 케이싱(24)의 내면에는 해상으로 노출될 수 있을 정도의 길이를 가진 가이드구(26)를 일정 개수로 부착시켜 다수 개의 제 1내벽 케이싱(24)을 반복적으로 상하로 인접하는 다른 제 1내벽 케이싱(24) 상단에 결합시킴으로써 최상단 제 1내벽 케이싱(24)의 상부가 해상의 설계 높이로 노출되도록 하는 단계와;

(b) 상기 제 1내벽 케이싱(24)과 일정한 간격을 가질 정도로 단면이 큰 제 1외벽 케이싱(25)도 상기 제 1내벽 케이싱(24)의 설치와 동일한 방법으로 제 1내벽 케이싱(24)을 둘러싸는 형태로 해저에 거치시키는 단계와;

(c) 상기 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이의 해수를 양수시설로 펌핑해 올린 후 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 사이 해저면(71)에는 해수 유입 차단을 위해 콜타르(Coal Tar, 28)를 바르거나 양질 점토를 포설하고, 그 위에 흙마대(61)나 조약돌 콘트리트(62)와 같은 채움재를 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 상단까지 채우는 단계와;

(d) 해저면(71) 아래로부터의 해수 유입 차단을 위해 해저에 거치된 최하단 제 1외벽 케이싱(25)의 외면 둘레로 차수시트(63)를 깔고 그 위에 차수시트(63)를 고정하기 위한 흙마대(61)를 쌓는 단계와;

(e) 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)는 해저광장(70) 축조를 위한 가물막이 역할을 할 수 있도록 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부의 해수를 양수시설로 펌핑하는 단계, 및

(f) 상기 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 상단이나 제 1내·외벽 케이싱 구체(11)에 접안된 바지선을 작업대로 활용하여 굴착토 인양장비를 거치하고 해저광장(70) 축조를 위한 제 1내·외벽 케이싱 구체(11) 내부 해저면(71)의 굴착작업을 강재 케이싱 토류벽을 이용하여 수행하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계(f)의 강재 케이싱 토류벽의 시공은,

(g) 일정 길이와 높이로 제작된 선단부 케이싱(20,21)을 해저광장(70) 굴착을 위한 토류벽의 내·외벽을 형성할 수 있게 이중으로 해저 토류벽 설치위치에 거치하는 단계와;

(h) 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 해저면(71) 지반을 굴착하면서 굴착토나 굴착암을 외부로 반출하고, 굴착과 동시에 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)은 그 자중으로 굴착 바닥면(50)까지 침하굴진하는 단계와;

(i) 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 높이보다 일정 정도 적은 심도의 굴착 및 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 굴진이 완료되면, 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)의 상부에 동일한 길이 및 형상의 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31)을 설치한 후 결합부위를 이음 처리하는 단계와;

(j) 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21)과 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31) 간의 이음이 완료되면, 다시 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 사이의 해저면(71) 지반을 굴착하고 굴착과 동시에 제 2케이싱 구체(10)는 굴착 바닥면(50)까지 침하굴진하는 단계, 및

(k) 상기 중간 연결부 내·외벽 케이싱(30,31) 간의 이음과 굴착과정을 해저광장(70) 굴착을 위한 토류벽의 설계 심도까지 반복한 후, 해저광장(70) 공간을 형성하기 위해 내벽 케이싱(20,30)에 인접하는 해저면(71) 지반을 설계 심도까지 굴착하고, 토류벽인 제 2케이싱 구체(10) 내부를 콘크리트(60)나 골재로 채우는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법.
제 2 항에 있어서,

상기 굴착토나 굴착암은 제 1케이싱 구체(11) 외부에 제방(80)을 형성하기 위해 제 1케이싱 구체(11) 외부로 투하시키는 단계가 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법.
제 2 항에 있어서,

수직 굴착면(51)의 붕괴방지와 케이싱 외부에서 작용하는 지중 응력의 분산 및 케이싱과 수직 굴착면(51) 사이의 마찰감소를 위해 케이싱과 수직 굴착면(51) 사이의 여굴부(52)에 충진재(53)를 채우기 위해 상기 선단부 내·외벽 케이싱(20,21) 외면에 충진재(53)를 굴착 전에 미리 쌓아 놓아두는 단계가 추가로 구성 된 것을 특징으로 하는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법.
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제 1 항에 있어서,

상기 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 단부는 톱니형상으로 형성되어 인접하는 제 1내·외벽 케이싱(24,25) 간에는 실런트(27)가 삽입된 상태에서 치차결합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 강재 케이싱 토류벽을 이용한 해저광장 축조공법.
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