KR101384675B1 - 해상설비의 지지를 위한 콘크리트 지지구조물의 시공방법 - Google Patents

해상설비의 지지를 위한 콘크리트 지지구조물의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저면에 설치되는 콘크리트 하판과, 상기 콘크리트 하판에 상면에서 상방향으로 연장되어 조립 설치되는 복수개의 콘크리트 기둥과, 상기 콘크리트 기둥의 상단에 일체로 결합 구비되어 해상설비가 설치되는 콘크리트 상판을 포함하는 구성을 가지고 있으며, 부력을 이용하여 해상으로 운송된 후, 내부의 물 채움에 의해 단계적으로 해상에 설치됨으로써, 해상설비를 안정적으로 지지하여 설치할 수 있게 하는 새로운 구성의 해상설비의 지지를 위한 콘크리트 지지구조물과 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

해상설비의 지지를 위한 콘크리트 지지구조물의 시공방법{Constructing Method of Concrete Structure for Supporting Wind Turbine Tower}
본 발명은 예를 들면 풍력발전타워 및 그 상단에 구비된 풍력발전 터빈 등으로 이루어진 해상풍력발전시설과 같은 해상설비를 지지하기 위한 콘크리트 지지구조물과 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 해저면에 설치되는 콘크리트 하판과, 상기 콘크리트 하판에 상면에서 상방향으로 연장되어 조립 설치되는 복수개의 콘크리트 기둥과, 상기 콘크리트 기둥의 상단에 일체로 결합 구비되어 해상설비가 설치되는 콘크리트 상판을 포함하는 구성을 가지고 있으며, 부력을 이용하여 해상으로 운송된 후, 내부의 물 채움에 의해 단계적으로 해상에 설치됨으로써, 해상설비를 안정적으로 지지하여 설치할 수 있게 하는 새로운 구성의 해상설비의 지지를 위한 콘크리트 지지구조물과 그 시공방법에 관한 것이다.
신재생에너지에 대한 관심과 필요가 급증하면서 해상에서의 풍력발전에 대한 연구와 투자가 급증하고 있다. 특히, 해상에서의 풍력발전 즉, 해상풍력발전은 육상풍력발전에 비해 양질의 풍력을 얻을 수 있으며, 소음, 토지보상 등으로 인한 민원 문제가 없다는 장점이 있다. 해상풍력발전의 풍질 및 발전효율은 외해(外海)로 갈수록 유리하기 때문에, 최근에는 수중 지지구조물을 해저 지반 위에 설치하고, 지지구조물의 상단에 풍력발전타워 등과 같은 해상풍력발전시설을 설치하려고 시도하고 있다.
해상풍력발전시설 등과 같은 해상설비를 지지하기 위한 종래의 지지구조물의 형식으로는 "중력식", "모노파일 형식" 등이 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1123257호에는 이러한 중력식 지지구조물의 일예가 개시되어 있다. 중력식 지지구조물의 경우, 지지구조물 자체의 무게를 이용하여 그 상부에 설치되는 해상설비를 지지하는 형식이다.
도 1에는 이러한 해상설비의 설치를 위한 지지구조물에 작용하는 외력을 보여주는 개념도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 해상풍력발전을 위한 해상설비에서는 수평방향으로의 힘이 크게 작용하게 되고, 따라서 지지구조물은 휨모멘트에 대한 저항 및 전도에 대한 저항이 매우 중요한데, 위와 같은 중력식 지지구조물은 결국 자체의 중량에 의해서만 이러한 외력에 대응하여야 하므로, 규모가 커질 수밖에 없으며, 그에 따라 외해의 계획된 장소까지의 운반 및 설치가 매우 어렵게 될 뿐만 아니라, 상부에 설치되는 해상설비의 규모가 커지는 것에 대해 유연하게 대처하기가 어렵다는 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1123257호(2012. 03. 20. 공고) 참조.
본 발명은 위와 같은 종래 기술이 가지는 한계를 극복하기 위한 것으로서, 해상풍력발전용 터빈 등과 같은 해상설비가 상부에 설치되는 지지구조물을 구축함에 있어서, 외해의 계획된 장소까지의 운반 및 설치가 용이하며, 콘크리트를 이용하여 제작함으로써 유지 및 관리의 편의성을 제고하고, 상부에 설치되는 해상설비의 규모가 커지는 것에 대해 유연하게 대처할 수 있는 지지구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 해저면에 놓이게 되는 콘크리트 하판; 상기 콘크리트 하판에서 상방향으로 조립설치되는 복수개의 콘크리트 기둥; 및 해상설비가 상면에 설치될 수 있도록 상기 복수개의 콘크리트 기둥의 상단에 일체로 결합되어 있는 콘크리트 상판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해상설비의 설치 및 지지를 위한 지지구조물이 제공된다.
또한 본 발명에서는 위와 같은 지지구조물을 시공하는 방법으로서, 상기 콘크리트 기둥과 상기 콘크리트 상판으로 이루어진 조립체를 제작하고; 상기 콘크리트 기둥 사이의 측면과, 상기 콘크리트 기둥 하단 사이의 평면에 각각 임시 격벽을 부착 설치하여, 콘크리트 상판의 하면과, 콘크리트 기둥과, 콘크리트 기둥의 하단에 배치되는 임시 격벽에 의해 수밀한 상태의 빈 공간을 형성하며; 상기 콘크리트 기둥, 콘크리트 상판 및 임시 격벽으로 이루어진 조립체를 해상에 부유시켜 이송하고; 상기 임시 격벽을 제거하여 상기 콘크리트 기둥과 상기 콘크리트 상판으로 이루어진 조립체를 가라앉혀서, 해저면에 설치되어 있던 콘크리트 하판과 상기 콘크리트 기둥을 일체로 조립 결합하는 것을 특징으로 하는 해상설비의 설치 및 지지를 위한 지지구조물의 시공방법이 제공된다.
위와 같은 본 발명의 지지구조물과 그 시공방법에서, 복수개의 콘크리트 기둥 사이에는 횡방향으로 배치되는 연결부재가 일체로 설치될 수 있으며, 더 나아가, 상기 콘크리트 하판의 상면에는 콘크리트 기둥의 하단이 놓이게 되는 위치에 돌출된 형태의 접합부가 형성되어 있되; 상기 접합부의 상면에는 인입공이 형성되어 있고, 접합부의 측면에는 상기 인입공과 연통되어 있는 인출공이 형성되어 있으며; 상기 접합부의 상면에 놓이게 되는 콘크리트 기둥의 하단에는 내부에 매립된 긴장재가 노출되어 있고; 상기 콘크리트 기둥의 하단이 상기 접합부의 상면에 놓이고, 상기 긴장재가 상기 인입공으로 삽입되어 상기 인출공으로 빠져나와서 긴장 정착됨으로써, 콘크리트 기둥이 콘크리트 하판에 조립 결합되어 일체화되는 구성을 가질 수도 있다.
본 발명에 의하면, 해상풍력발전용 터빈 등과 같은 해상설비가 상부에 설치되는 지지구조물을 구축함에 있어서, 외해의 계획된 장소까지의 운반 및 설치가 용이하며, 콘크리트를 이용하여 제작함으로써 유지 및 관리의 편의성을 제고하고, 상부에 설치되는 해상설비의 규모가 커지는 것에 대해 유연하게 대처할 수 있는 지지구조물 및 그 시공방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 해상설비의 설치를 위한 지지구조물에 작용하는 외력을 보여주는 개념도이다.
도 2 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 지지구조물을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 지지구조물 위에 풍력발전타워가 설치된 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 5는 중앙 부분이 비어져 있는 환(環) 형상의 부재로 콘크리트 하판이 구성된 실시예에 따른 지지구조물의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 지지구조물에 구비된 콘크리트 하판만을 별도로 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 원 A부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 8은 본 발명의 지지구조물을 이루는 콘크리트 기둥의 하단을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9 및 도 10은 각각 콘크리트 하판과 콘크리트 상판이 각각 육각형으로 이루어진 실시예에 따른 본 발명의 지지구조물을 바라보는 방향을 달리한 상태로 도시한 개략적인 사시도이다.
도 11은 본 발명에서 콘크리트 기둥과 콘크리트 상판으로 이루어진 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 조립체에 임시 격벽을 부착 설치하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 13은 도 12의 과정을 거쳐 임시 격벽이 부착된 상태가 된 조립체를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 14는 임시 격벽을 가진 조립체가 해상에 부유하여 운송되는 상태를 보여주는 개략도이다.
도 15는 콘크리트 기둥, 콘크리트 상판 및 임시 격벽으로 이루어진 조립체의 내부에 물을 채워서 수중으로 가라앉혀 해저 지반에 설치하는 상태를 보여주는 개략도이다.
도 16은 콘크리트 기둥과 콘크리트 상판로 이루어진 조립체를 가라앉히는 상태를 보여주는 측면도이다.
도 17은 콘크리트 기둥과 콘크리트 상판로 이루어진 조립체를 콘크리트 하판과 결합하여 본 발명의 지지구조물(1)을 완성하여 해저면에 설치한 상태를 보여주는 측면도이다.
도 18은 콘크리트 기둥과 콘크리트 상판 및 임시 격벽으로 이루어진 조립체를 연직 방향으로 복수개로 적층하여 본 발명의 지지구조물을 구축하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 19는 콘크리트 기둥과 콘크리트 상판 및 임시 격벽으로 이루어진 조립체를 연직 방향으로 복수개로 적층하여 본 발명의 지지구조물을 구축하는 것이 완료된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 20은 큰 규모의 콘크리트 상판을 가지는 실시예에 따른 지지구조물의 개략적인 사시도이다.
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 2 및 도 3에는 각각 본 발명의 실시예에 따른 지지구조물(1)을 바라보는 방향을 달리하여 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2에 도시된 본 발명의 지지구조물(1) 위에 풍력발전타워(100)가 설치된 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 지지구조물(1)은, 해저면에 놓이게 되는 콘크리트 하판(10)과, 상기 콘크리트 하판(10)에서 상방향으로 조립설치되는 복수개의 콘크리트 기둥(20)과, 해상설비가 상면에 설치될 수 있도록 상기 복수개의 콘크리트 기둥(20)의 상단에 일체로 결합되어 있는 콘크리트 상판(30)을 포함하여 구성되며, 필요에 따라서는 횡방향으로 상기 콘크리트 기둥(20) 사이를 연결하는 연결재(40)를 더 포함할 수도 있다.
구체적으로 상기 콘크리트 하판(10)은 해저면에 놓이게 되는 부재인데, 도면에 도시된 것처럼 두께를 가지는 판형상의 부재로 이루어질 수도 있지만, 중앙 부분이 존재하지 않는 부재로 이루어질 수도 있다. 도 5에는 이와 같이 중앙 부분이 비어져 있는 환(環) 형상의 부재로 콘크리트 하판(10)이 구성된 실시예에 따른 지지구조물(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 본 발명에서는 후술하는 것처럼 콘크리트 기둥(20)의 내부에 배치되는 긴장재(21)가 콘크리트 하판(10)에 정착됨으로써 콘크리트 기둥(20)이 콘크리트 하판(10)에 조립 결합되어 일체화되는데, 이를 위하여 콘크리트 하판(10)의 상면에서 콘크리트 기둥(20)이 결합되는 위치에는 돌출된 형태의 접합부(11)가 형성되어 있다. 도 6에는 콘크리트 하판(10)만을 별도로 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 원 A부분 즉, 접합부(11)에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 돌출된 형태의 접합부(11)에서 콘크리트 기둥(20)의 하단이 직접 놓이게 되는 상면(110)에는 긴장재(21)가 삽입되는 인입공(112)이 형성되어 있고, 접합부(11)의 측면(111)에는 상기 인입공(112)과 연통되어 있어서 긴장재(21)가 빠져나오게 되는 인출공(113)이 형성되어 있다.
더 나아가, 콘크리트 기둥(20)이 접합부(11)의 상면에 쉽게 놓일 수 있도록 접합부(11) 상면에는 요철을 형성하고, 콘크리트 기둥(20)의 하단부면에도 이에 대응하는 요철을 형성할 수도 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 접합부(11)의 상면(110)에는 오목부가 형성되어 있으며, 따라서 콘크리트 기둥(20)이 접합부(11)의 상면에 놓이게 되면, 아직 긴장재가 콘크리트 하판(10)에 정착되지 아니한 상태에서도 콘크리트 기둥(20)이 접합부(11)의 상면으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이 콘크리트 기둥(20)의 하단이 접합부(11)의 상면에 놓이게 하는 작업은 수중에서 진행되고, 또 수심이 매우 깊을 경우에는 콘크리트 기둥(20)이 제대로 접합부(11)의 상면에 놓이는지의 여부를 파악하기 어려울 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 본 발명에서는 상기 접합부(11)의 상면에, 주위의 자기장 변화에 의해 온/오프 동작하게 되는 리드 스위치와 같은 공지의 위치감지센서(119)를 설치해둠으로써, 해상에서도 콘크리트 기둥(20)의 하단이 정확하게 접합부(11)의 상면에 위치하게 되는지를 감시할 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 콘크리트 기둥(20)은 상기한 콘크리트 하판(10)의 가장자리 원주를 따라 복수개로 구비되는데, 비록 도면에서는 콘크리트 기둥(20)이 경사지게 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 각각의 콘크리트 기둥(20)이 연직하게 배치되어도 무방하다. 또한 콘크리트 하판(10)을 넓이가 넓게 제작하는 경우, 콘크리트 기둥(20)이 더 많이 기울어지게 할 수 있으며, 이와 같이 콘크리트 기둥(20)이 많이 기울어질수록 외력에 대한 저항력이 커지게 되므로, 상부에 설치되는 해상설비의 규모가 커지는 것에 대응하여, 그에 맞는 지지구조물을 구축하는 것이 용이하며, 따라서 본 발명은 외력 및 해상설비의 규모에 유연하게 대처할 수 있는 장점을 가진다. 참고로 위의 설명에서 "원주"라는 표현은 둥근 원주만을 의미하는 것이 아니라, 콘크리트 하판(10)의 가장자리를 따라 이어지는 선을 포함하는 포괄적인 의미로 사용되었다.
복수개의 콘크리트 기둥(20) 간을 서로 결속하여 구조적인 안정성을 높이기 위하여 횡방향으로 즉, 가로놓인 상태의 연결재(40)를 상기 콘크리트 기둥(20) 사이에 일체로 설치할 수도 있다. 상기 연결재(40) 역시 콘크리트 부재로 제작되는 것이 부식의 방지 및 그에 따른 내구성 향상을 위해서 바람직하다.
본 발명에서 이러한 복수개의 콘크리트 기둥(20)의 상단에는 콘크리트 상판(30)이 일체로 결합된다. 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)은 반드시 조립식으로 결합되지 않아도 무방하다. 즉, 복수개의 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)이 처음부터 일체화되도록 공장에서 제작되어도 무방한 것이다.
도 8에는 상기 콘크리트 기둥(20)의 하단을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 콘크리트 기둥(20)의 하단에는 긴장재(21)가 밖으로 돌출되어 있다. 즉, 긴장재(21)의 일부는 콘크리트 기둥(20)에 매립되어 있고 긴장재(21)의 나머지 부분은 콘크리트 기둥(20) 밖으로 노출되어 있는 것이다. 이렇게 콘크리트 기둥(20)의 하단 밖으로 나와 있는 긴장재(21)의 노출부분은 앞서 간단히 언급한 것처럼, 콘크리트 하판(10)의 상면에 형성된 접합부(11)의 인입공(112)으로 삽입된 후 인출공(113)으로 빠져나오게 되고, 긴장장치에 의해 긴장된 후 접합부(11)의 측면(111)에서 공지의 정착장치에 의해 정착된다. 이러한 긴장재(21)의 긴장, 정착에 의해 콘크리트 기둥(20)의 하단이 접합부(11)에 견고하게 고정되고, 그에 따라 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 하판(10)이 일체로 견고하게 조립되는 것이다. 편의상 도 2 내지 도 5에서 상기 긴장재(21)를 정착하여 접합부(11)의 측면(111)에 고정되는 긴장재 정착구는 도시를 생략하였다. 긴장재 정착구는 공지의 것을 사용할 수 있다.
도면에 도시된 실시예에 따른 지지구조물(1)에서는 콘크리트 하판(10) 및 콘크리트 상판(30)이 사각형으로 이루어지고, 그에 따라 콘크리트 기둥(20)이 4개 설치되어 있지만, 콘크리트 하판(10)과 콘크리트 상판(30)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상, 예를 들면 원형이나 다각형으로 형성될 수 있다. 콘크리트 기둥(20) 역시 그 단면 형상은 원형, 사각형, 다각형, I형, H형 등과 같이 다양하게 변화될 수 있으며 그 설치 개수에도 제한이 없다. 도 9 및 도 10에는 각각 콘크리트 하판(10)과 콘크리트 상판(30)이 각각 육각형으로 이루어져 있고, 그에 따라 콘크리트 기둥(20)의 개수도 증가된 실시예에 따른 지지구조물(1)을 바라보는 방향을 달리한 상태로 도시한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 편의상 도 9 및 도 10에서도 상기 긴장재(21)를 정착하여 접합부(11)의 측면(111)에 고정되는 긴장재 정착구는 도시를 생략하였다.
다음에서는 이와 같은 본 발명에 따른 지지구조물(1)의 시공방법에 대해 설명한다. 도 11에는 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)의 조립체에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 우선 도 11에 도시된 것처럼, 복수개의 콘크리트 기둥(20)의 상단에 콘크리트 상판(30)이 결합된 상태의 조립체를 육상에서 제작한다. 도 12에는 도 11에 도시된 조립체에서 콘크리트 기둥(20) 사이의 측면과 콘크리트 기둥(20)의 하단 사이의 평면에 각각 임시 격벽(50)을 부착 설치하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 13에는 이렇게 임시 격벽(50)이 부착된 상태의 조립체를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)의 조립체가 제작된 후에는 도 12 및 도 13에 도시된 것처럼, 판형의 임시 격벽(50)을 콘크리트 기둥(20)의 사이에 배치하고, 또 콘크리트 기둥(20)의 하단에도 배치하여, 콘크리트 상판(30)의 하면과 콘크리트 기둥(20), 그리고 콘크리트 기둥(20)의 하단에 배치되는 임시 격벽(50)에 의해 수밀한 상태의 빈 공간이 형성된다. 연결재(40)가 설치되어 있는 경우에는 연결재(40)의 위치에서도 수평하게 임시 격벽(50)을 설치하여, 위와 같은 빈 공간이 연결재(40)의 위치를 중심으로 상,하 공간으로 구획되도록 한다.
이와 같이 임시 격벽(50)에 의해 속이 비어 있는 상태의 조립체를 만든 후에는 지지구조물의 설치 위치까지 해상에 부유시킨 상태로 운송하게 된다. 도 14에는 임시 격벽(50)을 가진 조립체가 해상에 부유하여 운송되는 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 위에서 설명한 것처럼, 임시 격벽(50)이 수밀하게 결합되어 있으므로, 콘크리트 기둥(20), 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체는, 그 내부의 빈 공간으로 인하여 해상에서 뜨게 되는 부유체가 된다. 도 14에 도시된 것처럼, 해상에 부유한 상태의 상기 조립체를 선박을 이용하여 용이하게 시공할 위치까지 운송할 수 있게 된다.
도 15에는 상기한 콘크리트 기둥(20), 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체의 내부에 물을 채워서 수중으로 가라앉혀 해저 지반에 설치하는 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 참고로 도 14 및 도 15에서는 위와 같이 콘크리트 기둥(20), 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체의 내부에 빈 공간이 형성되어 있음을 보여주기 위하여 도 13의 선 K-K에 따른 개략적인 단면도의 형태로 도시하였다.
도 15에 도시된 것처럼 상기한 조립체가 지지구조물의 시공 위치까지 운송된 후에는, 조립체의 내부 빈 공간에 물을 채운다. 빈 공간에 물이 채워지면서 콘크리트 기둥(20), 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체는 직립하면서 수중으로 가라앉게 된다. 이 때, 연결재(40)의 위치에도 임시 격벽(50)이 설치되어 있어서, 상기 조립체 내부의 빈 공간이 복수개의 공간으로 구획되어 있는 경우에는 아래쪽에 위치하는 빈 공간부터 위쪽으로 가면서 순차적으로 물을 채우는 것이 바람직하다.
도 16에는 도 15에 후속하여 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)로 이루어진 조립체를 가라앉히는 상태를 보여주는 측면도이고, 도 17에는 도 16에 도시된 상태에 후속하여 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)로 이루어진 조립체를 콘크리트 하판(10)과 결합하여 본 발명의 지지구조물(1)을 완성하여 해저면에 설치한 상태를 보여주는 측면도가 도시되어 있다. 도 15 내지 도 17에 도시된 것처럼 상기 조립체를 수중으로 가라앉히면서 가장 아래쪽에 수평하게 위치하는 임시 격벽을 제거하고 콘크리트 기둥(20)의 하단을 앞서 설명한 것처럼, 콘크리트 기둥(20)의 하단을, 미리 해저면에 배치해두었던 콘크리트 하판(10)의 상면에 형성된 접합부(11)에 위치하도록 한 후, 콘크리트 기둥(20)의 하단에 노출되어 있던 긴장재(21)의 노출부분을 접합부(11)에 관통시켜 긴장, 정착함으로써, 콘크리트 기둥(20)을 콘크리트 하판(10)에 일체로 견고하게 조립한다. 이후, 임시 격벽(50)을 모두 철거함으로써 지지구조물(1)의 조립 설치를 완료한다.
이와 같이, 본 발명에서는 콘크리트 하판(10)을 제외하고, 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30), 그리고 연결재(40)가 일체화된 조립체를 미리 육상에서 제작하게 되므로, 제작이 용이할 뿐만 아니라, 품질도 향상시킬 수 있게 된다. 또한 상기한 조립체와 콘크리트 하판(10)과의 조립 결합 작업만을 수중에서 수행하게 되므로, 수중 작업이 최소화되어 그에 따른 비용 절감효과를 발휘하게 된다. 특히 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30), 그리고 연결재(40)가 일체화된 조립체를 해상에 부유시킨 상태로 운송할 수 있게 되므로, 운반 및 설치가 용이하다는 장점이 있다.
또한 지지구조물(1)을 이루는 각 부재들이 콘크리트로 제작되므로, 부식의 우려가 없으며 따라서 유지 및 관리가 수월해지고 그에 따른 비용도 크게 절감할 수 있게 된다.
한편, 수심이 깊을 경우에는 위와 같이 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체를 연직 방향으로 복수개로 개별 제작한 후, 순차적으로 적층하여 수심에 맞는 지지구조물을 구축할 수 있다.
도 18 및 도 19에는 각각 이와 같이 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체를 연직 방향으로 복수개로 적층하여 지지구조물을 구축하는 과정(도 18)과, 3개 층으로 적층 구축이 완료된 상태(도 19)를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 것처럼, 수심이 깊을 경우에는, 앞서 설명한 것처럼 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어진 조립체를 해저면에 설치된 콘크리트 하판(10) 위에 설치하여 일체 결합하고, 이와 같이 설치된 콘크리트 상판(30)을 다시 하판으로 삼아서, 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어진 또다른 조립체를 앞서 설명한 것과 마찬가지 방식으로 부유시켜 운송하여 가라앉힌 후, 이미 설치된 콘크리트 상판(30)과, 새로 운송해온 조립체의 콘크리트 기둥(20)을 조립 결합하는 것이다. 이와 같은 방식을 반복하여 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어진 조립체를 복수개로 적층 조립하여 필요한 높이의 지지구조물을 구축하게 되는 것이다. 앞서 설명한 것처럼 아래쪽에 먼저 설치되는 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어진 조립체에서, 콘크리트 상판(30)은 위층의 조립체에 대해서는 하판으로서 기능하게 되므로, 아래층 설치 조립체의 콘크리트 상판(30)에는 그 상면에 앞서 설명한 구성의 접합부(11)가 형성된다.
이와 같이 본 발명에서는 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어진 조립체를 복수개로 적층 조립하여 필요한 높이의 지지구조물을 구축하게 되므로 수심이 깊은 곳에서도 필요한 지지구조물을 용이하게 구축할 수 있게 된다.
더 나아가, 콘크리트 상판(30)을 큰 면적을 가지게 하고, 콘크리트 상판(30)의 하면에 일체로 구비되는 콘크리트 기둥(20)을 복수개의 세트로 구성할 수도 있다. 도 20에는 이와 같이 큰 규모의 콘크리트 상판(30)을 가지는 실시예에 따른 지지구조물의 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 복수개의 콘크리트 기둥(20)으로 이루어진 기둥 세트가 횡방향으로 복수개로 배치되고, 이렇게 복수개로 배치된 기둥 세트의 상단에 큰 넓이를 가지는 하나의 콘크리트 상판(30)이 기둥 세트들에 대해 동시에 결합될 수 있는 것이다. 이러한 실시예는, 해상설비의 규모가 매우 큰 경우, 또는 해상설비의 설치를 위하여 해상에 넓은 면적을 확보할 필요가 있는 경우에 매우 유용하다.
상부에 설치되는 해상설비에 의해 본 발명의 지지구조물(1)에 작용하는 하중은 기본적으로 해상설비의 자중이며, 해상설비가 해상풍력발전설비인 경우에는 추가적으로 풍력에 의한 모멘트가 지지구조물(1)에 작용한다. 따라서 지지구조물(1)은 압축력과 모멘트에 저항해야 하는데, 본 발명에서는 압축력에 저항하는 부재가 큰 압축강도를 가지는 콘크리트 기둥으로 이루어져 있으므로 압축력 저항 및 풍력에 의한 휨모멘트 저항에 매우 유리하다는 장점이 있다.
한편, 지지구조물(1)이 설치되는 수중에는 해류가 흐르고 있으므로 이로 인한 모멘트에도 저항해야 하는데, 본 발명의 지지구조물(1)의 경우, 콘크리트 기둥(20) 사이의 측면을 개방되어 있으므로, 해류가 콘크리트 기둥(20) 사이 즉, 지지구조물을 통과하여 흘러가게 되고, 그에 따라 지지구조물에 저항해야 하는 해류로 인한 모멘트가 작아지게 되어, 더욱 안정한 상태를 이룰 수 있고, 그만큼 지지구조물을 이루는 각 부재의 규모를 줄여서 경제적인 시공을 할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.
또한 본 발명은 각 부재가 조립식으로 일체 결합되므로, 지지구조물의 구축 규모를 자유롭게 변화시킬 수 있으며, 따라서 해상설비의 크기나 규모에 유연하게 대응할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 즉, 해상풍력 단지나 인공섬 등을 구축하는데에도 매우 유용하게 사용할 수 있게 되는 것이다.
더 나아가, 본 발명에서는 부력을 이용한 운송과 단계적 설치가 가능하므로, 해상 설치 작업이 매우 용이하며, 운반 및 취급에 소요되는 비용 및 시간을 크게 절약하여 경제적인 시공을 할 수 있게 되는 추가적인 장점이 발휘된다.
그 뿐만 아니라, 본 발명의 지지구조물은 해상설치가 매우 용이하므로 설치 수심에 영향을 받지 않는다. 즉, 지지구조물이 설치되는 수심이 얕거나 깊어도 설치하는 과정이 동일하므로, 깊은 시공장소에서도 시공비의 증가가 거의 없다는 장점이 있다.
1: 지지구조물
10: 콘크리트 하판
20: 콘크리트 기둥
30: 콘크리트 상판

Claims (6)

  1. 삭제
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  3. 삭제
  4. 해저면에 놓이게 되는 콘크리트 하판(10); 상기 콘크리트 하판(10)에서 상방향으로 조립되도록 콘크리트 하판(10)의 가장자리 원주를 따라 설치되는 복수개의 콘크리트 기둥(20); 및 해상설비가 상면에 설치될 수 있도록 복수개의 콘크리트 기둥(20)의 상단에 일체로 결합되어 있는 콘크리트 상판(30)을 포함하여 구성되는 해상설비의 설치 및 지지를 위한 지지구조물을 시공하되;
    콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어지며, 복수개의 콘크리트 기둥(20) 사이에는 횡방향으로 배치되는 연결재(40)가 일체로 설치되어 있고, 콘크리트 하판(10)의 상면에는 콘크리트 기둥(20)의 하단이 놓이게 되는 위치에 돌출된 형태의 접합부(11)가 형성되어 있되, 접합부(11)의 상면(110)에는 인입공(112)이 형성되어 있고, 접합부(11)의 측면(111)에는 인입공(112)과 연통되어 있는 인출공(113)이 형성되어 있으며, 접합부(11)의 상면(110)에 놓이게 되는 콘크리트 기둥(20)의 하단에는 내부에 매립된 긴장재(21)가 노출되어 있고, 접합부(11) 상면에는 요철이 형성되어 있으며, 콘크리트 기둥(20)의 하단부면에도 접합부(11) 상면의 요철에 대응하는 형상의 요철이 형성되어 있고, 접합부(11)의 상면에는 위치감지센서(119)가 설치되어 콘크리트 기둥(20)의 하단이 정확하게 접합부(11)의 상면에 위치하는 것을 파악할 수 있는 구성을 가지는 조립체를 제작하고;
    콘크리트 기둥(20) 사이의 측면과, 콘크리트 기둥(20) 하단 사이의 평면과, 연결재(40)의 설치 위치에 각각 임시 격벽(50)을 부착 설치하여, 콘크리트 상판(30)의 하면과, 콘크리트 기둥(20)과, 콘크리트 기둥(20)의 하단에 배치되는 임시 격벽(50)에 의해 수밀한 상태로 이루어져 복수개로 구획된 빈 공간을 형성하며;
    콘크리트 기둥(20), 콘크리트 상판(30) 및 임시 격벽(50)으로 이루어진 조립체를 해상에 부유시켜 이송하고;
    임시 격벽(50)을 제거하여 복수개의 빈공간에 아래에서부터 위쪽으로 순차적으로 물이 채워지도록 함으로써, 콘크리트 기둥(20)과 콘크리트 상판(30)으로 이루어진 조립체를 가라앉혀서, 해저면에 설치되어 있던 콘크리트 하판(10)에 형성된 접합부(11)의 상면(110)에, 콘크리트 기둥(20)의 하단을 위치시켜서 콘크리트 기둥(20)의 하단에 형성된 요철과 상기 접합부(11)의 상면(110)에 형성된 요철이 서로 맞물리게 하면서, 콘크리트 기둥(20)의 하단에 노출되어 있던 긴장재(21)의 노출부분을 상기 인입공(112)으로 삽입하여 인출공(113)으로 빼내어서 접합부(11)의 측면(111)에 긴장 정착함으로써, 콘크리트 기둥(20)을 콘크리트 하판(10)에 일체로 조립 결합하고;
    임시 격벽(50)을 모두 철거하는 것을 특징으로 하는 해상설비의 설치 및 지지를 위한 지지구조물의 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    임시 격벽(50)을 부착 설치할 때에는 연결재(40)가 위치하는 곳에도 수평한 임시 격벽(50)을 더 설치하는 것을 특징으로 하는 해상설비의 설치 및 지지를 위한 지지구조물의 시공방법.
  6. 삭제
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