KR101177395B1

KR101177395B1 - 해양풍력발전-조류발전용 발전기 기초구조물의 수중 설치장치 및 이를 이용한 기초구조물의 설치방법

Info

Publication number: KR101177395B1
Application number: KR1020120012008A
Authority: KR
Inventors: 박정학
Original assignee: 주식회사 언딘
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2012-08-27

Abstract

본 발명에서는 기초구조물(100)의 중량체(103)의 하면에는 그라우트재가 채워지면 아래를 향하여 팽창하여 우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하게 되는 채움팽창부재(104)를 설치하고; 거더(11)로 이루어진 프레임부재와, 상기 프레임부재에 구비되어 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(12)와, 상기 프레임부재에 구비되며 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치(13)를 포함하는 수중 설치장치(1)를, 상기 기초구조물(100)에 결합하는 단계; 상기 수중 설치장치(1)와 결합된 기초구조물(100)을 해저 지반면에 배치하는 단계; 상기 수평조정 잭장치(13)의 신축에 의해 기초구조물(100)을 수평상태로 유지하는 단계; 상기 채움팽창부재(104) 내에 그라우트재를 주입하여 상기 채움팽창부재(104)를 팽창시켜 중량체(103)의 하면과 해저 지반면 사이의 간극에 우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 채움팽창부재(104)의 팽창에 의해 형성된 우물통 형태의 통형상 구조물의 중앙 공간에 그라우트재를 채워서 기둥형태의 지지구조물(107)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치방법과, 이를 위한 수중 설치장치가 제공된다.

Description

해양풍력발전-조류발전용 발전기 기초구조물의 수중 설치장치 및 이를 이용한 기초구조물의 설치방법{Apparatus and Method for Installing Sub-Structure of Ocean Tidal Current Power or Offshore Wind Power Turbines}

본 발명은 해양풍력발전-조류발전용 발전기 기초구조물의 수중 설치장치 및 이를 이용한 기초구조물의 설치방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 조류발전기, 해양풍력발전기 등과 같은 구조체를 설치하기 위하여 이용되는 삼각형 지지다리 구조를 가지는 기초구조물을, 불규칙한 해저 지반 위에 안정적으로 설치하는데 이용되거나 또는 해저 지반에 수직하게 파일을 관입설치하기 위한 수중 설치장치와, 이러한 수중 설치장치를 이용하여 상기한 삼각형 지지다리 구조의 기초구조물을 설치하는 방법에 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 구체적으로는 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 구조의 조류발전기용 기초구조물이다.

이와 같은 조류발전기용 기초구조물은, 단순히 조류발전기의 설치를 위해서만 사용되는 것이 아니라, 필요에 따라서는 해상에 설치되는 해양풍력 발전기의 설치를 위해서 사용될 수 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 기술에서는 삼각형 배치구조의 기초구조물이 단순히 해저면에 놓이게 되고, 단지 중량체의 자중에 의해서만 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 없는 한계가 있다.

또한 종래의 기초구조물에서는 상면이 불규칙하거나 경사져 있는 해저 지반에 중량체가 단순히 놓이게 되면, 해저 지반 상면의 구배로 인하여 기초구조물 자체가 기울게 되는 문제가 발생하게 된다.

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

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 중량체가 삼각형 형상으로 배치되어 있는 삼각형 배치구조의 기초구조물을 해저 지반면에 거치함에 있어서, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도 기초구조물이 애초에 설치되었던 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록 하며, 해저 지반면에 구배가 존재하거나 또는 불규칙한 경우에도 기초구조물이 안정적으로 수평을 유지한 상태로 설치될 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 삼각형 배치구조의기초구조물을 반복하여 안정적으로 수중으로 함침시켜서 원하는 위치에 배치할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더 나아가, 본 발명은 해저 지반에 수직하게 파일부재를 관입설치할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 조류발전기, 해상풍력 발전기 등의 구조체가 결합되는 연직한 기둥부재와, 상기 기둥부재로부터 3개의 방향으로 연장되는 횡측 다리부재와, 상기 횡측 다리부재 각각의 단부에 구비된 중량체로 이루어진 삼각형 배치구조의 기초구조물을 수중에 함침시켜 해저 지반면에 설치하는 방법으로서, 상기 중량체의 하면에는 그라우트재가 채워지면 아래를 향하여 팽창하여 우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하게 되는 채움팽창부재가 구비되어 있으며; 3개의 거더가 삼각형의 빗변을 이루는 형태로 배치되어 있는 삼각형 형상을 가지는 프레임부재와, 상기 프레임부재에 구비되어 상기 기초구조물을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재와, 상기 프레임부재에 구비되며 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치와, 상기 프레임부재에 구비되며 파일부재를 상기 중량체에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 파일관입장치를 포함하여 구성된 수중 설치장치를 상기 기초구조물에 결합하는 단계; 상기 수중 설치장치를 인양하여 상기 기초구조물과 함께 수중에 함침시켜 상기 기초구조물을 해저 지반면에 배치하는 단계; 상기 수평조정 잭장치의 신축에 의해 기초구조물을 수평상태로 유지하는 단계; 상기 채움팽창부재 내에 그라우트재를 주입하여 상기 채움팽창부재를 팽창시켜 중량체의 하면과 해저 지반면 사이의 간극에 우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하는 단계; 상기 파일관입장치에 의해 파일부재를 상기 중량체에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 단계; 및 상기 채움팽창부재의 팽창에 의해 형성된 우물통 형태의 통형상 구조물의 중앙 공간에 그라우트재를 채워서 기둥형태의 지지구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는, 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 조류발전기, 해상풍력 발전기 등의 구조체가 결합되는 연직한 기둥부재와, 상기 기둥부재로부터 3개의 방향으로 연장되는 횡측 다리부재와, 상기 횡측 다리부재 각각의 단부에 구비된 중량체로 이루어진 삼각형 배치구조의 기초구조물과 분리가능하게 결합되어 상기 기초구조물을 해저 지반면에 설치하기 위한 수중 설치장치로서; 3개의 거더가 삼각형의 빗변을 이루는 형태로 배치되어 있는 삼각형 형상의 프레임부재와; 상기 프레임부재에 구비되어 상기 기초구조물을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재와; 상기 프레임부재에 구비되며 상기 기초구조물이 해저 지반면 위에서 수평이 되도록 조정하기 위하여 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치와; 상기 프레임부재에 구비되며 파일부재를 상기 중량체에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 파일관입장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치장치가 제공된다.

상기한 본 발명에 있어서, 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 상기한 본 발명에 있어서, 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.

한편, 본 발명에서는 해저 지반에 파일부재를 관입설치하기 위한 용도로 사용되는 수중 설치장치로서, 거더로 이루어진 프레임부재와; 상기 프레임부재에 구비되며 상기 기초구조물이 해저 지반면 위에서 수평이 되도록 조정하기 위하여 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치와; 상기 프레임부재에 구비되며 파일부재를 상기 중량체에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 파일관입장치를 포함하여 구성되어, 해저 지반면에 놓인 상태에서 파일부재를 해저 지반에 관입하게 되는 것을 특징으로 하는 수중 설치장치가 제공된다.

이와 같이 파일부재 설치를 위해 사용되는 본 발명의 수중 설치장치에서도, 앞서 언급한 기초구조물의 설치를 위한 수중 설치장치와 마찬가지로, 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 해저 지반면에 거치함에 있어서, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도 기초구조물이 애초에 설치되었던 위치를 안정적으로 유지할 수 있게 되며, 해저 지반면에 구배가 존재하거나 또는 불규칙한 경우에도 기초구조물이 안정적으로 수평을 유지한 상태로 설치될 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에 의하면, 기초구조물을 반복하여 안정적으로 수중으로 함침시켜서 원하는 위치에 배치할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 1은 기초구조물에 본 발명에 따른 수중 설치장치가 결합되기 전의 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 기초구조물에 본 발명에 따른 수중 설치장치가 결합된 후의 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 기초구조물을 아래 방향에서 올려다본 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 상태에서 채움팽창부재가 팽창한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 수중 설치장치에 구비된 결합부재의 구성을 구체적으로 보여주는 도 2의 원 A부분의 개략적인 확대 사시도이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 수중 설치장치에 구비된 결합부재가 기초구조물과 결합되기 전의 상태에서 기초구조물의 횡측 다리부재만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도이다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 수중 설치장치에 구비된 결합부재가 기초구조물과 결합된 후의 상태에서 기초구조물의 횡측 다리부재만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도이다.
도 10은 본 발명의 수중 설치장치가 기초구조물을 물어서 불규칙한 해저 지반면 위에 놓은 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 11은 기초구조물의 중량체 하면에 구비된 채움팽창부재가 팽창하여 기초구조물이 수평한 상태로 배치된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 상태에 후속하여, 파일부재가 해저 지반에 관입되어 기초구조물이 견고하게 설치된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 상태에 후속하여 채움팽창부재의 팽창에 의해 형성된 통형상 구조물 내에 그라우트재가 채워져 지지구조물이 형성된 상태를 보여주기 위하여 중량체만을 단면형태로 도시한 개략적인 부분단면도이다.
도 14는 파일부재의 관입 설치를 위하여 본 발명의 수중 설치장치가 해저 지반면에 놓여서 수평을 이룬 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 상태에 후속하여 파일부재를 해저 지반에 관입시킨 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.

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 중량체가 삼각형 형태로 배치되어 있는 구조의 기초구조물(100)에, 본 발명에 따른 수중 설치장치(1)가 결합되기 전의 상태(도 1)와 결합된 후의 상태(도 2)를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 삼각형 배치구조의 기초구조물(100)을 아래 방향에서 올려다본 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3에 도시된 상태에서 채움팽창부재(104)가 팽창한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

우선, 본 발명에 따른 기초구조물(100)의 구성을 살펴보면, 상기 기초구조물(100)은 앞서 설명한 것처럼, 조류발전기, 해상풍력발전기 등의 구조체가 결합되는 연직한 기둥부재(101)와, 상기 기둥부재(101)로부터 횡방향으로 연장되어 있되 3개의 방향으로 연장되는 횡측 다리부재(102)와, 상기 횡측 다리부재(102) 각각의 단부에 구비되어 해저 지반면에 놓이는 중량체(103)로 이루어져 있다. 따라서 횡측 다리부재(102)의 단부점을 이어서 삼각형을 그릴 경우, 상기한 3개의 중량체(103)는 각각 삼각형의 꼭지점 위치에 존재하게 된다.

그런데 종래기술과 달리, 본 발명에 따른 기초구조물(100)은 위와 같은 구성에 더하여, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 중량체(103)의 하면에 구비되어 그라우트재가 채워지면 아래를 향하여 팽창하는 채움팽창부재(104)가 더 구비되어 있다. 상기 채움팽창부재(104)는 평소에는 수축해 있다가 내부에 콘크리트 등과 같은 그라우트재가 채워지면 팽창하는 것으로서, 중량체(103)가 두께를 가지는 원형판 형상으로 제작되는 경우, 중량체(103)의 하면에서 원주를 따라서 원형 고리형태로 배치된다. 따라서 채움팽창부재(104)가 팽창하게 되면, 도 4에 도시된 것처럼 중량체(103)의 하면으로 두께를 가지는 통형상의 구조물이 형성되는 것이다. 상기 채움팽창부재(104)의 팽창에 의해 형성되는 통형상의 구조물은 반드시 원통형으로 한정되는 것은 아니며, 기타 다각형의 통형상으로 이루어질 수도 있다. 상기 채움팽창부재(104)의 팽창에 의해 형성된 통형상의 구조물의 중앙은 비어 있다. 즉, 채움팽창부재(104)가 팽창하게 되면, 우물통과 같이 중앙이 비어져 있는 통형상의 구조물을 형성하게 되는 것이다.

또한 종래기술과 달리, 본 발명에 따른 기초구조물(100)의 경우, 상기 중량체(103)에 관통공(105)이 형성되어 있는데, 상기 관통공(105)에는 연직방향으로 파일부재(142)가 관통되어 해저 지반에 관입된다. 상기 관통공(105)은 중량체(103)의 정중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 기초구조물(100)은, 중량체(103)가 해저 지반의 표면에 놓인 상태에서, 관통공(105)을 관통한 말뚝 즉, 파일부재(142)가 해저 지반에 관입고정됨으로써, 기초구조물(100)이 해저 지반에 고정 설치되는 것이다. 본 발명에 따른 기초구조물(100)은 위와 같이 파일부재(142)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.

다음으로는 본 발명에 따른 수중 설치장치(1)에 대해 설명한다. 상기 수중 설치장치(1)는, 위와 같은 기초구조물(100)을 해저 지반면에 설치하여 고정시키기 위한 장치로서, 프레임부재와, 상기 프레임부재의 외곽에 구비되어 상기 기초구조물(100)과 분리가능하게 체결되는 결합부재(12)와, 수중설치장치(1)의 수평을 맞추기 위하여 신축되는 수평조정 잭장치(13)를 포함하는 구성을 가지고 있다.

구체적으로 도면에 도시된 실시예에서 상기 프레임부재는, 3개의 중량체(103)가 각각 삼각형의 꼭지점 위치에 존재하고 있는 기초구조물(100)에 대응하여, 3개의 거더(11)가 삼각형 형태로 배치되어 있는 형상을 가지고 있다. 즉, 프레임부재는, 3개의 거더(11)가 각각 삼각형의 빗변을 이루는 형태로 배치되어 있는 삼각형 형상을 이루고 있는 것이다. 상기 프레임부재에는, 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(12)가 구비되어 있다. 구체적으로 도면에 도시된 것처럼, 삼각형 형상의 상기 프레임부재의 각 꼭지점 위치에는 각각 기초구조물(100)과 체결되는 결합부재(12)가 구비되어 있는 것이다.

도 5에는 상기 결합부재(12)의 구성을 구체적으로 보여주는 도 2의 원 A부분의 개략적인 확대 사시도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에는 각각 도 5에서 횡측 다리부재(102)만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도가 도시되어 있고, 도 8 및 도 9에도 각각 도 5에서 횡측 다리부재(102)만을 단면으로 보여주는 개략적인 확대 사시도와 확대 측면도가 도시되어 있는데, 도 6과 도 7은 결합부재(12)와 기초구조물(100)이 체결되기 전의 상태를 보여주는 것이고, 도 8 및 도 9는 결합부재(12)와 기초구조물(100)이 체결된 상태를 보여주는 것이다.

한편, 본 발명의 수중 설치장치(1)가 기초구조물(100)을 물어서 결합된 상태로 해저 지반에 설치하였을 때, 기초구조물(100)이 수평이 되도록 조정하기 위하여, 신축이 가능한 구성을 가지는 수평조정 잭장치(13)가 상기 프레임부재에 구비된다. 구체적으로 도면에 도시된 실시예에서 상기 수평조정 잭장치(13)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(13)의 일예로는 유압잭이 있다. 이러한 수평조정 잭장치(13)는, 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽에 연직한 상태로 결합되어 있는데, 상기 수평조정 잭장치(13)의 잭본체(131)가 그 측면에서 제1힌지축(132)에 의해 프레임부재의 외곽에 회전가능하게 결합되어 있으므로, 상기 수평조정 잭장치(13)는 연직위치로부터 소정 각도 범위 내에서 회전가능하게 된다. 즉, 상기 수평조정 잭장치(13)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(12)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(110) 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 상단부에 결합되어 있다. 따라서 도 6 및 도 7에 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 8 및 도 9에 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 6 내지 도 9에 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.

본 발명의 수중 설치장치(1)에는, 추가적으로 상기 중량체(103)를 관통하여 파일부재(142)를 관통시켜 해저 지반에 관입설치할 수 있는 파일관입장치(14)가 더 구비되어 있다. 즉, 도면에 도시된 것처럼, 수중 설치장치(1)가 기초구조물(100)과 결합되었을 때, 상기 프레임부재와 결합되어 있는 파일관입장치(14)는, 상기 중량체(103)에서 관통공(105)이 형성된 위치의 위쪽에 있게 되는 것이다.

상기 파일관입장치(14)는 도 6 내지 도 9에 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(142)가 결합되어 있으며, 상기 신축관입부재(141)의 로드부가 하향으로 신장함과 동시에 회전하면서 파일부재(142)를 상기 중량체(103)의 관통공(105)에 통과시킨 후 해저 지반에 관입시키게 된다. 도 6 및 도 7에는 아직 파일부재(142)가 관통공(105)을 완전히 통과하지 않은 상태가 도시되어 있으며, 도 8 및 도 9에는, 파일부재(142)가 관통공(105)을 통과하여 그 하단이 해저 지반에 관입될 정도로 하향 삽입된 상태가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 상기 파일관입장치(14)의 복수개의 연직지지축(140) 하단이 프레임부재에 결합되어 구비된 상태에서, 상기 파일부재(142)가 중량체(103)의 관통공(105) 형성 위치에 존재하게 된다. 프레임부재가 기초구조물(100)과 결합되고, 이렇게 결합된 상태로 해저 지반 위에 기초구조물(100)이 놓인 상태에서, 상기 신축관입부재(141)의 로드부가 하향으로 신장함과 동시에 회전하면서 파일부재(142)를 회전시키면서 상기 중량체(103)의 관통공(105)에 통과시켜 해저 지반에 관입시킨다.

다음에서는 위와 같은 본 발명의 수중 설치장치(1)를 이용하여 기초구조물(100)을 해저 지반에 설치하는 방법에 대해 설명한다.

도 10에는 수중 설치장치(1)가 기초구조물(100)을 물어서 불규칙한 해저 지반면 위에 놓은 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있고, 도 11에는 기초구조물(100)의 중량체(103) 하면에 구비된 채움팽창부재(104)가 팽창하여 기초구조물이 수평한 상태로 배치된 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 12에는 도 11에 도시된 상태에 후속하여, 파일부재(142)가 해저 지반에 관입되어 기초구조물(100)이 견고하게 설치된 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있으며, 도 13에는 도 12에 도시된 상태에 후속하여 채움팽창부재(104)의 팽창에 의해 형성된 통형상 구조물 내에 그라우트재가 채워져 지지구조물이 형성된 상태를 보여주기 위하여 중량체(103)만을 단면형태로 도시한 개략적인 부분단면도가 도시되어 있다.

앞서 설명한 것처럼, 해상 작업을 통해서, 수중 설치장치(1)에 구비된 체결지그(121)의 갈고리가 기초구조물(100)의 걸림부(112)에 끼워져 맞물려서 수중 설치장치(1)의 프레임부재와 기초구조물(100)을 일체로 결합한 상태에서, 크레인 등의 인양장치를 이용하여 수중 설치장치(1)와 기초구조물(100)을 수중에 투입하여 도 10에 도시된 것처럼 해저 지반면 위에 놓게 된다. 해저 지반면은 일반적으로 불규칙하거나 경사진 경우가 많은데, 우선 수중 설치장치(1)의 프레임부재에 구비된 수평조정 잭장치(13)의 연직위치 조정과 신축에 의한 연직길이 조정을 통해서, 프레임부재가 결합된 상태의 기초구조물(100)이 해저 지반 위에서 수평을 이루게 만든다.

이 때, 해저 지반면이 불규칙한 경우, 기초구조물(100)의 중량체(103) 하면과 지반 상면 사이에는 간극이 존재할 수 있다. 본 발명에서는 중량체(103)의 하면에 채움팽창부재(104)가 구비되어 있으므로, 상기 채움팽창부재(104)에 수중콘크리트, 무수축 콘크리트, 무수축 모르타르 등의 그라우트재를 주입하여 채움팽창부재(104)를 팽창시켜서 중량체(103)의 하면에 통형상의 구조물을 이루어서 도 11에 도시된 것처럼, 중량체(103)의 하면과 지반 상면 사이의 간극을 채우게 된다. 이와 같이, 본 발명에 의하면 해저 지반면에 구배가 존재하거나 또는 불규칙한 경우에도 기초구조물(100)이 안정적으로 수평하게 설치될 수 있으며, 이러한 수평상태를 지속적으로 유지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

후속하여 프레임부재에 구비된 상기 파일관입장치(14)를 작동시켜, 신축관입부재(141)의 로드부를 하향으로 신장시킴과 동시에 회전시켜서, 로드부의 하단에 구비되어 있던 파일부재(142)를 상기 중량체(103)의 관통공(105)을 통과시켜 도 12에 도시된 것처럼 해저 지반에 관입시키게 된다. 이와 같이 중량체(103)에 파일부재(142)가 끼워진 채로, 파일부재(142)의 하단이 해저 지반에 관입 고정되므로, 기초구조물(100)이 견고하게 해저 지반에 고정 설치된다. 특히, 해저 지반이 연약한 재료로 이루어져 있더라도, 위와 같이 파일부재(142)가 중량체(103)를 통과하여 해저 지반에 관입되어 고정되므로, 기초구조물(100)이 애초에 설치되었던 위치를 안정적으로 유지할 수 있게 된다. 참고로 도 12에는 수중 설치장치(1)가 기초구조물(100)로부터 분리되어 제거된 상태 즉, 기초구조물(100)만이 도시되어 있다. 수중 설치장치(1)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, 상기 채움팽창부재(104)의 팽창에 의해 형성된 통형상의 구조물은, 단순히 간극을 채우는 기능에만 그치는 것이 아니라, 거푸집으로서도 기능하게 된다. 즉, 위와 같이 파일부재(142)가 설치된 후에는, 상기 채움팽창부재(104)가 팽창되어 형성된 통형상 구조물의 내부에 존재하던 물을 배수시키고, 통형상 구조물의 내부에 수중콘크리트, 무수축 콘크리트, 무수축 모르타르 등의 그라우트재를 주입하여 도 13에 도시된 것처럼 기둥형태의 지지구조물(107)을 형성하게 되는 것이다. 따라서 기초구조물(100)은 수중 설치장치(1)가 제거된 상태에서도 수평한 상태를 유지하면서 견고하게 해저 지반에 설치된다. 수중 설치장치(1)를 기초구조물(100)로부터 분리시키는 시기는, 앞서 설명한 것처럼, 파일부재(142)를 관입설치한 이후가 될 수도 있지만, 위와 같이 지지구조물(107)을 완전히 구축한 이후가 될 수도 있다.

한편, 기초구조물(100)로부터 분리된 수중 설치장치(1)는 해상으로 인양된 후, 다시 새로운 기초구조물(100)과 결합되며, 위와 같은 과정에 의해 새로운 기초구조물(100)을 해저 지반면에 설치하는 작업에 반복적으로 사용된다. 즉, 본 발명에서는 위와 같은 수중 설치장치(1)를 이용하여 필요한 개수만큼의 기초구조물(100)을 반복하여 안정적으로 수중에 함침시켜서 해저 지반면의 원하는 위치에 용이하게 배치할 수 있게 되는 것이다.

위의 내용에서는 본 발명의 수중 설치장치(1)가 기초구조물(100)의 해저 설치에 이용되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 수중 설치장치(1)의 용도가 이와 같이 기초구조물(100)의 설치에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 수중 설치장치(1)는, 단순히 해저 지반에 파일부재를 관입설치할 용도로도 이용될 수 있다.

도 14에는 파일부재의 관입 설치를 위하여 수중 설치장치(1)가 해저 지반면에 놓여서 수평을 이룬 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있고, 도 15에는 도 14에 도시된 상태에 후속하여 파일부재(142)를 해저 지반에 관입시킨 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도 14 및 도 15에 도시된 것처럼, 기초구조물(100)과의 체결 없이, 수중 설치장치(1)만을 수중으로 투입하여 해저면 위에 설치하여, 앞서 설명한 것처럼, 프레임부재에 구비된 수평조정 잭장치(13)의 연직위치 조정과 신축에 의한 연직길이 조정을 통해서, 수중 설치장치(1)의 프레임부재가 수평한 상태가 되도록 한 후, 프레임부재에 구비된 상기 파일관입장치(14)를 작동시켜, 신축관입부재(141)의 로드부를 하향으로 신장시킴과 동시에 회전시켜서, 로드부의 하단에 구비되어 있던 파일부재(142)를 해저 지반에 관입하여 설치할 수도 있는 것이다. 위의 설명에서는 구조체로서 조류 발전기 등을 예시하였지만 본 발명의 기초구조물이 지지하는 구조체는 이러한 조류 발전기, 풍력 발전기 등에 한정되는 것은 아니다.

1: 수중 설치장치
11: 거더
12: 결합부재
13: 수평조정 잭장치
100: 기초구조물
102: 횡측 다리부재
103: 중량체

Claims

구조체가 결합되는 연직한 기둥부재(101)와, 상기 기둥부재(101)로부터 3개의 방향으로 연장되는 횡측 다리부재(102)와, 상기 횡측 다리부재(102) 각각의 단부에 구비된 중량체(103)로 이루어진 삼각형 배치구조의 기초구조물(100)을, 수중에 함침시켜 해저 지반면에 설치하는 방법으로서,
상기 기초구조물(100)의 상기 중량체(103)의 하면에는 그라우트재가 채워지면 아래를 향하여 팽창하여 우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하게 되는 채움팽창부재(104)가 구비되어 있으며;
삼각형의 꼭지점이 각각 상기 중량체(103) 위에 위치하도록 3개의 거더(11)가 삼각형 형태로 배치되어 구성된 프레임부재와, 상기 프레임부재의 꼭지점 위치에 구비되어 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(12)와, 상기 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽면에 구비되며 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치(13)를 포함하는 수중 설치장치(1)를, 상기 기초구조물(100)에 결합하되, 상기 결합부재(12)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(1)를 상기 기초구조물(100)에 결합하는 단계;
수중 설치장치(1)를 인양하여 상기 기초구조물(100)과 함께 수중에 함침시켜 기초구조물(100)을 해저 지반면에 배치하는 단계;
수평조정 잭장치(13)의 신축에 의해 기초구조물(100)을 수평상태로 유지하는 단계;
채움팽창부재(104) 내에 그라우트재를 주입하여 상기 채움팽창부재(104)를 팽창시켜 중량체(103)의 하면과 해저 지반면 사이의 간극에 우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하는 단계; 및
채움팽창부재(104)의 팽창에 의해 형성된 우물통 형태의 통형상 구조물의 중앙 공간에 그라우트재를 채워서 기둥형태의 지지구조물(107)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치방법.
제1항에 있어서,
상기 수중 설치장치(1)의 상기 프레임부재에는, 파일부재(142)를 상기 중량체(103)에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 파일관입장치(14)가 더 구비되어 있으며;
우물통 형태의 통형상 구조물을 형성하는 단계에 후속하여, 상기 파일관입장치(14)에 의해 파일부재(142)를 상기 중량체(103)에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수평조정 잭장치(13)는, 상기 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽면에 결합되어 있는 잭본체(131)와, 상기 잭본체(131)에서 하향으로 신축하는 신축로드(130)를 포함하여 구성되어 있으며;
상기 수평조정 잭장치(13)의 잭본체(131)가 그 측면에서 제1힌지축(132)에 의해 상기 프레임부재의 꼭지점 위치 외곽면에 회전가능하게 결합되어 있어 상기 수평조정 잭장치(13)의 연직방향 각도가 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치방법.
구조체가 결합되는 연직한 기둥부재(101)와, 상기 기둥부재(101)로부터 3개의 방향으로 연장되는 횡측 다리부재(102)와, 상기 횡측 다리부재(102) 각각의 단부에 구비된 중량체(103)로 이루어진 삼각형 배치구조의 기초구조물(100)과 분리가능하게 결합되어 상기 기초구조물(100)을 해저 지반면에 설치하기 위한 수중 설치장치(1)로서,
삼각형의 꼭지점이 각각 상기 중량체(103) 위에 위치하도록 3개의 거더(11)가 삼각형 형태로 배치되어 구성된 프레임부재와;
상기 프레임부재의 꼭지점 위치에 구비되어 상기 기초구조물(100)을 분리가능하게 물어서 체결되는 결합부재(12)와;
상기 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽면에 구비되며 상기 기초구조물(100)이 해저 지반면 위에서 수평이 되도록 조정하기 위하여 연직방향의 길이가 신축되는 구성을 가지고 있는 수평조정 잭장치(13)를 포함하여 구성되며;
상기 결합부재(12)는, 갈고리 형태의 단부를 가지며 상기 프레임부재에 구비된 제2힌지축(122)을 중심으로 회전하는 체결지그(121)를 포함하여 구성되어, 상기 체결지그(121)가 제2힌지축(122)을 중심으로 회전하여 상기 체결지그(121)의 단부에 형성된 상기 갈고리가 상기 기초구조물(100)의 횡측 다리부재(102)의 단부에 형성된 걸림부(112)에 삽입됨으로써, 상기 프레임부재와 기초구조물(100)이 일체로 결합되어, 상기 프레임부재가 인양되면 상기 기초 구조물(100)도 함께 인양되도록 하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치장치.
제5항에 있어서,
상기 프레임부재에 구비되며 파일부재(142)를 상기 중량체(103)에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하는 파일관입장치(14)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치장치.
삭제
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 수평조정 잭장치(13)는, 상기 프레임부재의 꼭지점 위치에서 프레임부재의 외곽면에 결합되어 있는 잭본체(131)와, 상기 잭본체(131)에서 하향으로 신축하는 신축로드(130)를 포함하여 구성되어 있으며;
상기 수평조정 잭장치(13)의 잭본체(131)가 그 측면에서 제1힌지축(132)에 의해 상기 프레임부재의 꼭지점 위치 외곽면에 회전가능하게 결합되어 있어 상기 수평조정 잭장치(13)의 연직방향의 각도가 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 기초구조물의 수중 설치장치.
삭제