KR100975988B1 - 수중 구조물의 축조 공법 - Google Patents

수중 구조물의 축조 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 큰 수평지지력과 연직지지력을 가지고 안정하게 수중 지반에 구조물을 설치하기 위한 수중 구조물의 축조 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수중 구조물의 축조 공법은, 수중 구조물를 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 다수의 지지기둥을 형성하는 1단계; 수중 구조물을 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 다수의 어스 앵커 강선을 매설하는 2단계; 다수가 적층되어 수중 구조물을 형성하고, 상기 지지기둥에 안내되어 움직이며, 상기 다수의 어스 앵커 강선에 설치되는 압입장치에 의하여 수중 지반에 압입되는 수중 구조물 블럭을 지상에서 완성하는 3단계; 상기 수중 구조물 블럭을 상기 어스 앵커 강선과 지지기둥에 맞춰 위치시키고, 상기 수중 구조물 블럭의 상측에는 상기 어스 앵커 강선을 따라 움직이는 압입장치를 설치하는 4단계; 상기 압입장치를 작동시켜 상기 수중 구조물 블럭을 상기 지지기둥에 의해 가이드 되게 하여 수중의 지반에 압입하는 5단계; 및 상기 제 3단계 내지 제 5단계를 반복하여 수면 위까지 상기 수중 구조물 블럭을 적층하는 제 6단계;를 포함하여 이루어진다.
수중 구조물, 압입장치, 호안벽, 지지기둥, 스크류 오거

Description

수중 구조물의 축조 공법{The Method for Constructing Underwater Structure}
본 발명은 큰 수평지지력과 연직지지력을 가지고 안정하게 수중 지반에 구조물을 설치하기 위한 수중 구조물의 축조 공법에 관한 것이다.
일반적인 수중 구조물, 특히, 해상에 교각 기초를 시공하기 위해 사용하는 방법으로는 말뚝 기초 공법과 우물통 기초공법 및 가물막이 공법이 있다.
특히, 우물통 기초 공법은 기초가 설치될 위치에 수면 위로 상단부가 노출될 수 있을 정도의 높이를 갖도록 콘크리트로 제작된 우물통을 견인기로 들어서 우물통 설치위치에 놓으면 콘크리트 우물통이 자중에 의해 물속으로 가라앉으면서 침하되어 초연약층 및 토사층을 거쳐 암반층에 닿은 다음 우물통 내부의 흙을 크램쉘 등의 굴착장비를 이용하여 굴착해 내려가면서 소정의 암반 지지층 깊이까지 우물통 자중에 의하여 침하시키는 공법을 말한다.
또한, 그 후 우물통내 물과 연약층을 펌핑하여 퍼내고 우물통 바닥을 정리하는 공정을 행한 다음 우물통내에 물담기와 수중콘크리트, 채움재, 콘크리트 타설공 정을 행하는 과정을 거쳐 완료되는 공법이다. 이러한, 우물통 기초 시공방법은 연직 지지력뿐만 아니라 수평 지지력이 매우 크므로 안정성 측면이 유리하고 지지층의 육안 확인이 가능하지만 콘크리트 구조물의 우물통은 중량이 상당히 많이 나가 무겁기 때문에 견인하여 들어 옮기려면 용량이 상당히 큰 기중기선이 필요하고, 무엇보다도 수중 지반이 불수평 상태로 존재하여 경사진 형태로 콘크리트 구조물이 지반에 안착 되는 경우에는 시공 중 우물통의 자중에 의한 붕괴로 인명사고가 발생하는 문제점이 있다.
수중 구조물, 특히, 해상에 교각 기초를 시공하기 위해 일반적으로 사용하는 우물통 기초공법에 있어서, 수중 구조물을 이루는 콘크리트 구조물의 우물통은 그 중량이 상당히 많이 나가 무겁기 때문에 운반에 어려움이 따르는 문제점이 있다.
또한, 수중 지반이 불수평 상태로 존재하여 경사진 형태로 콘크리트 구조물이 지반에 안착되는 경우에는 시공 중 우물통의 자중에 의한 붕괴로 인명사고가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 공법은, 수중 구조물을 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 다수의 지지기둥을 형성하는 1단계; 수중 구조물을 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 다수의 어스 앵커 강선을 매설하는 2단계; 다수가 적층되어 수중 구조물을 형성하고, 상기 지지기둥에 안내되어 움직이며, 상기 다수의 어스 앵커 강선에 설치되는 압입장치에 의하여 수중 지반에 압입되는 수중 구조물 블럭을 지상에서 완성하는 3단계; 상기 수중 구조물 블럭을 상기 어스 앵커 강선과 지지기둥에 맞춰 위치시키고, 상기 수중 구조물 블럭의 상측에는 상기 어스 앵커 강선을 따라 움직이는 압입장치를 설치하는 4단계; 상기 압입장치를 작동시켜 상기 수중 구조물 블럭을 상기 지지기둥에 의해 가이드 되게 하여 수중의 지반에 압입하는 5단계; 및 상기 제 3단계 내지 제 5단계를 반복하여 수면 위까지 상기 수중 구조물 블럭을 적 층하는 제 6단계;를 포함한다.
다른 실시 형태에서는, 상기 3단계에서, 상기 지지기둥이 관통될 수 있도록 지지기둥홀을 형성하고, 상기 어스 앵커 강선이 관통될 수 있도록 강선홀을 형성한 수중 구조물 블럭을 지상에서 제작하며, 상기 제 4단계에서, 상기 지지기둥홀에 상기 지지기둥이 관통되도록 하고, 상기 강선홀에 상기 어스 앵커 강선이 관통되도록 설치하여 상기 지지기둥과 상기 압입장치를 상기 수중 구조물 블럭에 설치할 수 있다.
상기 수중 구조물 블럭을 다수의 조립체로 구성할 수도 있으며,
상기 수중 구조물 블럭에 다수의 스크류 오거 가이드 홀을 형성하고, 상기 가이드 홀을 관통하여 스크류 오거가 설치되고 상기 스크류 오거로 지반을 교란하면서 상기 수중 구조물 블럭을 압입할 수 있다.
상기 제 3단계를 최초 실행하는 경우, 상기 수중 구조물 블럭의 하단에 침상 단부를 가지는 철판으로 제작된 선단슈가 결합될 수 있으며,
상기 제 6단계 후에, 수중 구조물 블럭이 적층되어 수면 위까지 축조된 경우에, 상기 스크류 오거 가이드 홀을 통하여 스크류 오거로 수중 구조물 하부의 토사를 보링한 후 그 보링홀에 H빔을 압입하고 콘크리트로 충진하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 수중 구조물의 축조공법은, 수중 구조물 블럭을 육상에서 제 조하는 경우에도, 종래의 콘크리트 구조물의 우물통과 비교하여, 그 부피나 중량이 상대적으로 줄어들어 시공위치까지의 운반이 용이하며, 바지선 상에서도 제작이 가능하므로 운반공정을 생략가능하여 공기를 월등히 단축시킬 수 있고,
또한, 수심이나 수중 지반의 토질조건에 상관없이 안정적인 수평지지력과 연직지지력을 가지도록 수중에 구조물을 시공할 수 있으므로 수중의 지반이 수평상태가 아니더라도 안정적으로 시공할 수 있으며 시공 중의 안전사고를 막을 수 있다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명의 수중 구조물 축조공법의 제 1실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2a 내지 도 2b는 도 1의 지지기둥(10)을 형성하는 상태를 나타내는 정면도이며, 도 3은 도 1의 어스 앵커 강선(20)이 수중 지반에 매설되는 것을 나타내는 정면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 수중 구조물 블럭의 하단에 선단슈(60)가 장착되어 지반에 압입된 상태의 횡단면도이고, 도 5는 도 1의 수중 구조물 블럭(100)이 수면 위까지 적층되어 수중 구조물을 이루는 상태의 횡단면도이며, 도 6은 도 5의 수중 구조물의 스크류 오거 가이드홀(71)에 H빔(90)을 매설한 상태의 종단면도이고, 도 7은 도 1의 수중 구조물 축조공법에 있어서, 수중 구조물을 일자형의 옹벽으로 시공하는 경우를 나타내는 사시도이고, 도 8는 본 발명의 수중 구조물 축조공법의 제 2 실시예를 나타낸 사시도 및, 도 9는 도 8의 수중 구조물 축조공법에 있어서, 수중 구조물을 일자형의 옹벽으로 시공하는 경우를 나타내는 사시도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 수중 구조물 축조 공법에서는, 제 1단계로, 수중 구조물의 설치 위치를 따라 다수의 지점에서 수중의 지반에 복수의 지지기둥(10)을 형성한다.
좀 더 상세하게 제 1단계를 살펴보면, 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 지중에 강관 파이프(11)를 압입하고, 스크류 오거(50)를 이용하여 상기 강관 파이프(11) 내의 토사를 굴착한 후, 철근 콘크리트를 타설하여 지지기둥(10)을 형성한다. 이때, 지지기둥(10)의 설치될 위치에 맞추어 관통홀이 마련된 판 형상의 구조물 지그판(도시 되지는 않음)을 미리 제작해 두고, 상기 지그판을 이용하여 지지기둥(10)을 시공할 정확한 위치를 잡을 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 수중 구조물을 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 강관 파이프(11')를 압입하고, 스크류 오거를 이용하여 상기 강관 파이프(11') 내의 토사를 굴착한 후, 상기 강관 파이프(11') 내부에 어스 앵커 강선(20)을 설치하고 콘크리트로 충진하여 상기 강선(20)의 일단을 수중 지반의 지중에 매설하며, 타단은 바지선상의 기중기 등에 설치한다. 이때, 상기 강선(20)은 복수의 강선 와이어 묶음으로 구성될 수도 있다.
지중에 지지기둥(10)과 어스 앵커 강선(20)의 일단이 매설 형성되면, 육상이나 바지선 상에서 수중 지반에 시공하기 위한 전체 구조물의 일부인 수중 구조물 블럭(100)을 제작하며, 이때 구조물의 외형은 사각형이나 원형 등 사용자가 원하는 다양한 형상으로 제작될 수도 있다. 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 원형의 지지기둥(10)에 쉽게 가이드 될 수 있도록 원통형인 수중 구조물 블럭(100)을 지상에서 제작한다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 블럭을 일자형의 벽체로 구성하는 경우에는 하천가 지반의 침하나 붕괴를 방지하기 위한 옹벽으로 시공될 수도 있다.
상기 수중 구조물 블럭(100)이 최초 압입 되는 경우라면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수중 구조물 블럭(100)의 하단에는 철판으로 제작된 선단슈(60)를 결합시키는 것이 바람직하다. 상기 선단슈(60)는 구조물 블럭(100)을 수중 지반에 압입 할 때 토사를 절개하면서 용이하게 압입 될 수 있도록 침상 단부를 가지는 화살촉 모양이나 편화살촉 모양으로 형성한다.
상기 수중 구조물 블럭(100) 상에는, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 지지기둥(10)이 관통하여 위치할 수 있도록 지지기둥홀(70)을 형성하고, 어스 앵커 강선(20)이 관통하여 위치할 수 있도록 강선홀(72)을 형성한다. 또한, 바람직하게는, 상기 구조물 블럭(100, 200)을 다수의 조립체(95, 95')로 형성할 수도 있으며, 상기 지지기둥(10)이나 강선(20)에 구조물 블럭(100, 200)을 용이하게 설치할 수도 있다.
지지기둥홀(70)에 맞춰서 지지기둥(10)을 관통시켜 위치시키고, 강선홀(72)에는 강선(20)을 관통시켜 설치하며 강선(20)이 통과한 강선홀(72)의 상측면에는 압입장치를 설치한다. 바람직하게는, 상기 압입장치로는 중공 유압 압입잭(40)을 사용한다. 상기 중공 유압 압입잭(40)을 강선(20) 상에 설치하며, 하측면은 강선홀(72)의 상측면에 닿도록 하고, 상측면은 상기 강선(20) 상에서 이동가능하고 소정의 위치에서 고정되는 고정콘(30)에 닿도록 설치한다. 또한, 바람직하게는, 상기 수중 구조물 블럭(100)에 다수의 스크류 오거 가이드 홀(71)을 형성하고, 상기 가이드 홀(71)을 관통하여 스크류 오거(50)가 설치되도록 한다. 이와 같이 구성되는 스크류 오거(50)를 이용하여 토사를 교란하고, 유압잭(40)을 작동시켜 상기 구조물 블럭(100)을 소정깊이로 수중 지반의 지중에 압입한다. 유압잭(40) 작동 후 상기 고정콘(30)과 유압잭(40)을 하강시켜 유압잭(40)을 재작동시키는 과정을 반복하여, 구조물을 지중의 소정 깊이까지 압입 할 수 있다. 이때, 구조물 블럭(100)은 지지기둥(10) 및 강선(20)을 따라 슬라이딩하여 수평을 유지한 상태로 수중 지반의 지중에 압입된다.
상기 구조물 블럭(100)의 제조과정과 상기 압입과정을 수회 반복실시하여 상기 구조물 블럭(100)을 수면 위로 적층하며 이로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 수중 구조물을 완성하게 된다. 바람직하게는, 상기 스크류 오거 가이드 홀(71)을 통하여 스크류 오거(50)로 수중 구조물 하부의 토사를 보링한 후 그 보링홀에 H빔(90)을 압입하고 콘크리트로 충진함으로써, 상기 수중 구조물 블럭(100)을 다수 적층시켜 완성한 수중 구조물의 수평지지력과 연직지지력을 더욱 더 향상시킬 수 있게 된다.
수중 구조물 블럭(100)의 다른 실시예는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 블럭(100) 상에는, 상기 어스 앵커 강선(20)이 통과하여 상기 강선(20) 상에 수중 지 반에 압입 시공하기 위한 압입장치가 위치할 수 있도록 상기 블럭(100') 상측면에 다수의 압입 브라켓(80)이 구비되며, 지상에서 제작한 상기 수중 구조물 블럭(100')을 상기 지지기둥(10)이 상기 구조물 블럭(100')의 내부에 자리 잡도록 위치시키고, 일단이 수중 지반에 매설고정된 상기 어스 앵커 강선(20)이 상기 압입 브라켓(80)을 관통하도록 설치하며, 압입 브라켓(80)의 상측면에는 압입장치를 설치한다. 바람직하게는, 상기 압입장치로는 중공 유압 압입잭(40)을 사용한다. 상기 중공 유압 압입잭(40)을 강선(20) 상에 설치하며, 하측면은 압입 브라켓(80)의 상측면에 닿도록 하고, 상측면은 상기 강선(20) 상에서 이동가능하고 소정의 위치에서 고정되는 고정콘(30)에 닿도록 설치한다. 수중 지반의 지중에 압입하는 방법은 상기 전술한 바와 동일하며, 이와 같은 구성으로, 블럭(100') 상에 상기 지지기둥홀(70)의 형성을 생략하여 제조과정을 단순화할 수 있고, 지지기동홀과 강선홀(72)에 각각 지지기둥(10)과 강선(20)을 맞춰 위치시켜야 하는 번거로움을 생략할 수 있어 블럭(100')의 축조를 용이하게 할 수 있게 된다. 상기 블럭(100')에 스크류 오거 가이드 홀(71)을 마련하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 오거로 지반을 교란시켜 압입을 용이하게 하고, 수면 위까지 상기 블럭(100')을 적층하고 난 후에는, 상기 스크류 오거 가이드 홀(71)을 통하여 스크류 오거(50)로 수중 구조물 하부의 토사를 보링한 후 그 보링홀에 H빔(90)을 압입하고 콘크리트로 충진함으로써, 상기 수중 구조물 블럭(100)을 다수 적층시켜 완성한 수중 구조물의 수평지지력과 연직지지력을 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 블럭을 일자형의 벽체로 구성하는 경우에는 하천가 지반의 침하나 붕괴를 방지하기 위 한 옹벽으로 시공될 수도 있다. 상기 전술한 수중 구조물 축조공법은 그 수심이 깊은 하천이나 해안가뿐만 아니라 수심이 얕은 하천이나 해안가에서도 적용될 수 있음은 물론이며, 연약 지반층이 두꺼운 경우나 압입장치의 압입력이 높은 경우라면 지하 구조물을 축조할 경우에도 적용될 수 있다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
도 1은 본 발명의 수중 구조물 축조공법의 제 1실시예를 나타낸 사시도;
도 2a 내지 도 2b는 도 1의 지지기둥을 형성하는 일 실시예을 나타내는 정면도;
도 3은 도 1의 어스 앵커 강선을 수중 지반에 매설되는 것을 나타내는 정면도;
도 4는 도 1의 수중 구조물 블럭의 하단에 선단슈가 장착되어 지반에 압입된 상태의 횡단면도;
도 5는 도 1의 수중 구조물 블럭이 수면 위까지 적층되어 수중 구조물을 이루는 상태의 횡단면도;
도 6은 도 5의 수중 구조물의 스크류 오거 가이드 홀에 H빔을 매설한 상태의 종단면도;
도 7은 도 1의 수중 구조물 축조공법에 있어서, 수중 구조물을 일자형의 옹벽으로 시공하는 경우를 나타내는 사시도;
도 8은 본 발명의 수중 구조물 축조공법의 제 2실시예를 나타낸 사시도; 및
도 9는 도 8의 수중 구조물 축조공법에 있어서, 수중 구조물을 일자형의 옹벽으로 시공하는 경우를 나타내는 사시도;이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 지지기둥 11, 11' : 강관 파이프
20 : 어스 앵커 강선
30 : 고정콘 40 : 압입잭
50 : 스크류 오거 60 : 선단슈
70 : 지지기둥홀 71 : 스크류 오거 가이드홀
72 : 강선홀 80 : 압입 브라켓
90 : H빔 95, 95' : 수중 구조물 블럭 조립체
100, 100', 200, 200' : 수중 구조물 블럭

Claims (6)

  1. 수중 구조물을 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 다수의 지지기둥을 형성하는 1단계;
    수중 구조물을 설치할 위치에서 수중 지반의 지중에 다수의 어스 앵커 강선을 매설하는 2단계;
    다수가 적층되어 수중 구조물을 형성하고, 상기 지지기둥에 안내되어 움직이이며, 상기 다수의 어스 앵커 강선에 설치되는 압입장치에 의하여 수중 지반에 압입되는 수중 구조물 블럭을 지상에서 제작하는 3단계;
    상기 수중 구조물 블럭을 상기 어스 앵커 강선과 지지기둥에 맞춰 위치시키고, 상기 수중 구조물 블럭의 상측에는 상기 어스 앵커 강선을 따라 움직이는 압입장치를 설치하는 4단계;
    상기 압입장치를 작동시켜 상기 수중 구조물 블럭을 상기 지지기둥에 의해 가이드 되게 하여 수중의 지반에 압입하는 5단계;
    상기 제 3단계 내지 제 5단계를 반복하여 수면 위까지 상기 수중 구조물 블럭을 적층하는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 축조공법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3단계에서, 상기 지지기둥이 관통될 수 있도록 지지기둥홀을 형성하 고, 상기 어스 앵커 강선이 관통될 수 있도록 강선홀을 형성한 수중 구조물 블럭을 지상에서 제작하며,
    상기 제 4단계에서, 상기 지지기둥홀에 상기 지지기둥이 관통되도록 하고, 상기 강선홀에 상기 어스 앵커 강선이 관통되도록 설치하여 상기 지지기둥과 상기 압입장치를 상기 수중 구조물 블럭에 설치하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 축조공법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 3단계에서, 상기 수중 구조물 블럭을 다수의 조립체로 구성하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 축조공법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 수중 구조물 블럭에 다수의 스크류 오거 가이드 홀을 형성하고, 상기 가이드 홀을 관통하여 스크류 오거가 설치되고 상기 스크류 오거로 지반을 교란하면서 상기 수중 구조물 블럭을 압입하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 축조공법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 3단계를 최초 실행하는 경우, 상기 수중 구조물 블럭의 하단에 침상 단부를 가지는 철판으로 제작된 선단슈가 결합되는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 축조공법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 6단계 후에,
    수중 구조물 블럭이 적층되어 수면 위까지 축조된 경우에, 상기 스크류 오거 가이드 홀을 통하여 스크류 오거로 수중 구조물 하부의 토사를 보링한 후 그 보링홀에 H빔을 압입하고 콘크리트로 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 축조공법.
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