KR101486435B1

KR101486435B1 - 중량구조체와 멀티파일형 중간기둥체의 분할조립형 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101486435B1
Application number: KR20130080736A
Authority: KR
Inventors: 유영준; 정연주; 황윤국; 박민수; 이두호
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-26
Also published as: KR20150006997A

Abstract

본 발명은 무거운 중량체로 이루어진 중량구조체와 중간기둥체로 이루어져서 해상구조물을 하부에서 지지하도록 수중에 배치되는 수중지지 구조물로서, 중간기둥체를 복수개의 파일(pile)로 이루어진 멀티파일형 중간기둥체로 제작하며, 상기 중량구조체를 복수개로 수평분할하여 제작함과 동시에, 멀티파일형 중간기둥체 역시 복수개로 분할하여, 분할된 중량구조체와 분할된 멀티파일형 중간기둥체가 하나의 유닛을 이루도록 한 후, 상기 복수개의 유닛을 각각 별도로 해상으로 운반하여 설치 지점에서 순차적으로 적층하여 일체로 조립 결합함으로써, 대규모의 일체형 수중지지 구조물의 해상 운반에 따른 문제점과 한계를 극복할 수 있는 "중량구조체와 멀티파일형 중간기둥체의 분할조립형 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물 및 그 시공방법"에 관한 것이다.

Description

중량구조체와 멀티파일형 중간기둥체의 분할조립형 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물 및 그 시공방법{Underwater Supporting Structure for Wind Turbine Tower, and Constructing Method thereof}

본 발명은 풍력발전 터빈이 구비된 풍력발전타워와 같은 해상구조물을 지지하기 위하여 수중에 설치되는 수중지지 구조물과 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 무거운 중량체로 이루어진 중량구조체와 중간기둥체로 이루어져서 해상구조물을 하부에서 지지하도록 수중에 배치되는 수중지지 구조물에서, 상기 중간기둥체를 복수개의 파일(pile)로 이루어진 멀티파일형 중간기둥체로 제작하며, 상기 중량구조체를 복수개로 수평분할하여 제작함과 동시에, 멀티파일형 중간기둥체 역시 복수개로 분할하여, 분할된 중량구조체와 분할된 멀티파일형 중간기둥체가 하나의 유닛을 이루도록 한 후, 상기 복수개의 유닛을 각각 별도로 해상으로 운반하여 설치 지점에서 순차적으로 적층하여 일체로 조립 결합함으로써, 대규모의 일체형 수중지지 구조물의 해상 운반에 따른 문제점과 한계를 극복할 수 있는 "중량구조체와 멀티파일형 중간기둥체의 분할조립형 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물 및 그 시공방법"에 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. 이러한 해상풍력발전의 풍질 및 발전효율은 외해(外海)로 갈수록 유리한데, 풍력발전 터빈이 상단에 구비되는 기둥형태의 풍력발전타워를 해상에 설치하기 위해서는 수중지지 구조물을 해저 지반에 고정하여 설치하고, 이러한 수중지지 구조물의 상단에 풍력발전타워를 설치하는 것이 일반적이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0034755호에는 풍력발전타워를 지지하기 위한 수중지지 구조물을 인공섬 형태로 구축하는 기술과 함께, 종래의 수중지지 구조물로서 중력식 수중지지 구조물과 자켓식 수중지지 구조물을 소개하고 있다. 그러나 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0034755호에서 제안하고 있는 인공섬 형태의 수중지지 구조물의 경우, 풍력발전타워를 설치할 해상 위치에서 대규모의 공사를 수행해야 하므로, 비용이 많이 소요되고 시공기간이 길어지기 때문에 바람직하지 않다.

도 14에는 종래의 중력식 수중지지 구조물에 의해 풍력발전타워가 설치된 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 종래의 중력식 수중지지 구조물은, 무거운 중량을 가지는 중량구조체(10)와, 원통형상의 기둥 구조물로 이루어져서 상기 중량구조체(10)의 상부에 일체 결합되는 중간기둥체(20)로 구성된다. 상기 중간기둥체(20)의 상단에 풍력발전타워(200)가 조립 결합된다. 종래에는 중량구조체(10)와 중간기둥체(20)가 일체로 결합되도록 중력식 수중지지 구조물을 육상에서 사전에 제작완성한 후, 이를 선박으로 현장에 수송하여 수중에 투하시켜 지반에 설치하였다. 그렇기 때문에 수중지지 구조물의 규모가 커져서 중량구조체(10)의 크기와 중량이 커지게 되면 운송을 위해서는 대규모의 선박이 필요하고 수중지지 구조물의 인양 및 설치를 위해서도 대규모의 중장비가 소요되므로, 시공 효율면이나 시공 경제성 측면에서 매우 불리하다는 단점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0034755호(2013. 04. 08. 공개) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 중량구조체와 중간기둥체로 이루어진 풍력발전타워와 같은 해상구조물을 하부에서 지지하기 위하여 수중에 설치되는 중력식 수중지지 구조물에서, 상기 중간기둥체를 멀티파일형(multi-piles type) 중간기둥체로 제작하며, 상기 중량구조체를 복수개로 수평분할하여 제작함과 동시에 멀티파일형 중간기둥체 역시 복수개로 분할하여, 분할된 중량구조체와 멀티파일형 중간기둥체가 하나의 유닛을 이루도록 한 후, 상기 복수개의 유닛을 각각 별도로 해상으로 운반하여 설치 지점에서 순차적으로 적층하고 일체로 조립 결합하여 구축함으로써, 선박을 이용한 수송작업 및 각 부재의 취급 작업을 더욱 용이하고 경제적으로 수행할 수 있도록 하여 시공효율성을 높임과 동시에 시공비를 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 해저지반에 고정 설치되어 해상구조물을 지지하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물로서, 중앙 메인파일과 주변 보조파일로 이루어진 멀티파일형 중간기둥체; 및 상기 중간기둥체의 하부에 결합되어 해저 지반에 배치되며 하층 유닛과 상층 유닛이 순차적으로 적층되어 일체 조립되는 구성을 가지는 중량구조체로 이루어지며; 상기 하층 유닛은, 내부에 중공부를 가지는 통형상의 본체로 이루어져 있고, 하층 유닛의 본체 상면으로부터 연직하게 관통되어 하층 메인파일과 하층 보조파일의 하단이 하층 유닛의 본체 바닥에 일체로 결합되어 있고 하층 메인파일과 하층 보조파일의 상단이 하층 유닛의 상면으로 돌출되어 있는 구성을 가지며; 상기 상층 유닛은 통형상의 본체로 이루어져 멀티파일형 중간기둥체의 하단에 일체로 결합되어 있되, 상층 유닛의 본체 하단 가장자리 원주를 둘러싸도록 수밀 차단판이 일체 구비되어 있고, 중앙 메인파일 및 주변 보조파일 각각의 하단이 상층 유닛의 본체 상면을 관통하여 상층 유닛의 본체 내부에 위치하고 있는 구성을 가지며; 상층 유닛이 하층 유닛 위에 놓여서, 하층 메인파일과 하층 보조파일이 각각 중앙 메인파일 및 주변 보조파일에 접하고, 수밀 차단판의 하부가 하층 유닛의 본체 상단의 가장자리 측면을 덮은 상태에서, 상층 유닛의 내부에 있던 유체를 흡입하여 제거하고, 하층 메인파일과 하층 보조파일을 각각 중앙 메인파일 및 주변 보조파일에 일체로 연결하여 상층 유닛과 하층 유닛을 일체로 조립 결합하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물이 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 해저지반에 고정 설치되어 해상구조물을 지지하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물의 시공방법이 제공되는데, 내부에 중공부를 가지는 통형상의 본체로 이루어져 있는 하층 유닛으로서, 하층 메인파일과 하층 보조파일이 하층 유닛의 본체 상면으로부터 연직하게 관통되어 하층 메인파일과 하층 보조파일의 하단이 하층 유닛의 본체 바닥에 일체로 결합되어 있고 하층 메인파일과 하층 보조파일의 상단이 하층 유닛의 상면으로 돌출되어 있는 구성을 가지는 하층 유닛; 및 중앙 메인파일과 주변 보조파일로 이루어진 멀티파일형 중간기둥체의 하단에 상층 유닛이 일체로 결합되어 있는 조립체로서, 상층 유닛은 통형상의 본체로 이루어지고 상층 유닛의 본체 하단 가장자리 원주를 둘러싸도록 수밀 차단판이 일체 구비되어 있으며 중앙 메인파일 및 주변 보조파일 각각의 하단이 상층 유닛의 본체 상면을 관통하여 상층 유닛의 본체 내부에 위치하고 있는 구성의 조립체 ; 를 각각 육상에서 별도로 제작하고; 상기 하층 유닛, 및 멀티파일형 중간기둥체와 상층 유닛의 조립체를 각각 개별적으로 해상 운송하여, 상기 하층 유닛을 수중에 투입하여 해저 지반에 설치하고; 상기 멀티파일형 중간기둥체와 상층 유닛의 조립체를 수중에 투입하여 상기 상층 유닛을 상기 하층 유닛위에 놓아 결합하되, 하층 메인파일의 상단 및 하층 보조파일의 상단이 각각 중앙 메인파일의 하단 및 주변 보조파일의 하단과 접하게 하고, 수밀 차단판의 하단이 하층 유닛의 본체 상단의 가장자리 측면을 덮도록 한 후, 상층 유닛의 본체 내부에 채워져 있던 유체를 흡입하여 제거하고, 하층 메인파일의 상단 및 하층 보조파일의 상단과 중앙 메인파일의 하단 및 주변 보조파일의 하단을 각각 일체화되도록 연결하여 상층 유닛과 하층 유닛을 일체로 조립 결합하는 것을 특징으로 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물의 시공방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물 및 그 시공방법에 있어서, 상기 하층 유닛의 본체 상면에는 관통공이 형성되어 있고; 상기 관통공에는 탄성링이 수밀하게 설치되어 있고; 하층 메인파일과 하층 보조파일은 각각 탄성링에 둘러싼 상태로 관통공에 끼워져서 하층 유닛의 본체 상면을 관통하고 있으며; 하층 메인파일과 하층 보조파일의 하단은 각각 하층 유닛의 본체의 바닥면에서 체결재에 의해 힌지 형태로 결합되어 있는 구성을 가질 수 있으며, 더 나아가 상기 주변 보조파일은 길게 연장되어 있으며 복수개가 상기 중앙 메인파일의 주변에서 원주 형태로 배치되어 멀티파일형 중간기둥체의 전체 형상이 상단으로 갈수록 그 단면 크기가 줄어드는 테이퍼 형상을 가질 수도 있다.

또한 상기한 본 발명의 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물 및 그 시공방법에 있어서, 하층 메인파일과 하층 보조파일이 각각 중앙 메인파일 및 주변 보조파일에 일체로 연결되어 상층 유닛과 하층 유닛의 일체로 조립 결합된 후에는, 상기 상층 유닛의 본체 내부에 그라우트재가 채워져 있는 구성을 가질 수도 있다.

본 발명에서는, 중량구조체와 멀티파일형 중간기둥체에 의해 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물로 이루어지되, 복수개의 유닛이 조립 결합되어 중량구조체가 형성되고, 상기 복수개의 유닛은 각각 분리된 상태로 별도 제작되며, 분리된 상태로 개별적인 해상 운송에 의해 현장으로 반입된다.

따라서 본 발명에서는 해상 운송을 위한 선박을 작은 규모로도 운용할 수 있으며, 부재를 인양하고 수중으로 투하하는 등에 필요한 각종 설비의 규모도 소규모로 운용할 수 있게 되어 중력식 수중지지 구조물의 제작에 필요한 선박수송작업, 구성부재의 취급작업을 용이하고 경제적으로 수행할 수 있게 되며, 그에 따라 중력식 수중지지 구조물의 시공효율성을 향상시킬 수 있게 되고 시공비를 크게 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 풍력발전타워가 본 발명의 실시예에 따른 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물에 의해 지지되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명에서 중량구조체를 이루는 분할된 유닛 중에서 하층 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 3은 하층 유닛의 내부 구조를 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4는 하층 유닛의 개략적인 평면도이다.
도 5 및 도 6은 각각 바라보는 방향을 달리하여 상층 유닛을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명에서 상층 유닛의 내부 구조를 보여주는 도 5의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물을 이루기 위하여 하층 유닛 위에 상층 유닛이 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9 내지 도 13은 각각 본 발명에서 하층 유닛과 상층 유닛의 수중에서의 조립 결합에 의해 중량구조체를 구축하는 과정을 순차적으로 보여주는 도 8의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도이다.
도 14는 종래의 중력식 수중지지 구조물에 의해 풍력발전타워가 설치된 상태를 보여주는 개략도이다.

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. 특히, 본 명세서 전체에서 편의상 해상에서의 풍력발전터빈을 설치하기 위한 풍력발전타워를 본 발명의 수중지지 구조물의 상부에 설치되는 해상구조물의 일예로서 예시하여 설명하고 있으나, 본 발명에 설치될 수 있는 해상구조물은 이와 같은 풍력발전타워에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 풍력발전타워(200)가 본 발명의 실시예에 따른 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물(100)에 의해 지지되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 중력식 수중지지 구조물(100)은 수중에서 해저지반에 고정 설치되고 그 상단에는 풍력발전타워(200)가 위치하게 되는 구조물인데, 아래에서 위쪽으로 순차적으로 중량구조체(10)와 멀티파일형 중간기둥체(20)로 구성되어 있고, 상기 멀티파일형 중간기둥체(20)의 상단에는 풍력발전타워(200)가 위치하게 된다.

본 발명에서 상기 중량구조체(10)는 상면과 하면을 가진 통형상의 콘크리트 구조체로 이루어진 것으로서, 개별적으로 제작된 2개의 유닛(1, 2)이 순차적으로 적층되어 일체 조립되는 구성을 가지고 있는데, 도 2에는 중량구조체(10)를 이루는 분할된 유닛 중에서 하층 유닛(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 상기 하층 유닛(1)의 내부 구조를 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 하층 유닛(1)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 하층 유닛(1)은 콘크리트로 제작된 통형상의 본체로 이루어져 있는데, 이송시의 경량화를 위하여 하층 유닛(1)의 본체 내부는 비어 있는 공간인 중공부(118)로 이루어져 있으며, 후술하는 멀티파일형 중간기둥체(20)의 하단을 이루는 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 통형상을 가지는 하층 유닛(1)의 본체와 일체로 결합되어 있는 구성을 가진다. 구체적으로 상기 하층 유닛(1)의 본체는 통형상으로 이루어지되 그 내부는 중공부(118)로 이루어져 있고, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)의 본체 상면으로부터 그 내부로 연직하게 관입되어 있는 상태로 설치된다.

본 발명에서 멀티파일형 중간기둥체(20)는 중앙 메인파일(21)과 주변 보조파일(22)로 이루어진다. 중앙 메인파일(21)은 강관 등으로 이루어져 중앙에 위치하는 것이고, 주변 보조파일(22)은 상기 중앙 메인파일(21)과 마찬가지로 강관 등으로 이루어져 길게 연장되어 있으며 복수개가 상기 중앙 메인파일(21)의 주변에서 원주 형태로 배치되어 있다. 상기 주변 보조파일(22)은 상기 중앙 메인파일(21)보다 파일의 직경이 작은 것이 바람직하다. 특히, 상기 주변 보조파일(22)은 상단으로 갈수록 중앙 메인파일(21)과의 간격이 줄어들도록 배치될 수 있다. 즉, 멀티파일형 중간기둥체(20)의 전체 형상이 상단으로 갈수록 그 단면 크기가 줄어드는 테이퍼 형상이 되도록 배치될 수 있는 것이다.

이와 같이 중앙 메인파일(21)과 주변 보조파일(22)을 이루게 되는 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)의 통형상 본체에 상면으로부터 관입되어 일체화되어 있는 것이다. 이를 위하여 하층 유닛(1)의 통형상 본체의 상면에는 관통공이 형성되어 있고, 상기 관통공으로 각각 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 삽입되며, 상기 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 하단은 하층 유닛(1)의 중공부(118) 내부에서 하층 유닛(1)의 본체 바닥에 일체로 결합된다. 도면에 예시된 실시예에서는, 하층 유닛(1)의 중공부(118) 내부에서 하층 유닛(1)의 본체의 바닥면에는 체결재(119)가 구비되어 있어서, 상기 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 하단이 각각 체결재(119)에 힌지 형태로 결합되어 있다. 상기 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 상단은 하층 유닛(1)의 통형상 본체에 상면 위로 돌출되어 있다.

한편, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 각각 관통공에 삽입될 때, 상기 관통공에는 고무와 같은 수밀 기능의 탄성링(117)을 설치하여, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 탄성링(117)에 끼워지도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 관통공에는 탄성링(117)이 수밀하게 설치되고, 상기 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 각각 탄성링(117)에 둘러싼 상태로 관통공에 끼워져 있는 것이다.

후술하는 것처럼, 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)의 상단은 각각 상층 유닛(2)에 위치하는 중앙 메인파일(21)의 하단 및 주변 보조파일(22)의 하단과 일체로 결합되는데, 이 때 서로의 위치에 다소 간의 오차가 존재하더라도, 위와 같이 관통공에 탄성링(117)이 위치한 상태로 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)의 본체 상면을 관통함과 동시에 하층 메인파일(121)의 하단 및 하층 보조파일(122)의 하단이 하층 유닛(1)의 본체 내부에서 바닥면과 힌지 연결되어 있으므로, 하층 유닛(1)의 본체 상면으로 돌출되어 있는 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 상단 위치 및 경사를 조정할 수 있으며, 따라서 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 경사 및 위치를 필요에 맞게 조정하여 용이하게 중앙 메인파일(21)의 하단 및 주변 보조파일(22)의 하단과 일체로 결합될 수 있다. 한편, 상기 하층 유닛(1)의 본체 상면에서 가장자리에는 후술하는 것처럼 상층 유닛(2)의 가장자리가 놓이도록 오목부(130)가 형성될 수도 있다. 이와 같은 하층 유닛(1)은 육상에서 미리 제작된다.

다음에서는 하층 유닛(1)의 위에 적층되어 일체 결합되는 상층 유닛(2)에 대해 살펴본다.

도 5 및 도 6에는 각각 바라보는 방향을 달리한 상층 유닛(2)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 7에는 상기 상층 유닛(2)의 내부 구조를 보여주는 도 5의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

상층 유닛(2)은 콘크리트로 제작된 통형상의 본체로 이루어져 있으며, 멀티파일형 중간기둥체(20)의 하부에 일체로 결합되어 하나의 조립체를 이루고 있다. 즉, 육상에서 멀티파일형 중간기둥체(20)와 그 하단에 상층 유닛(2)이 일체로 결합되어 있는 조립체를 제작하게 되는 것이다. 상기 상층 유닛(2)의 본체는, 하층 유닛(1)과 달리 하면이 개방되어 있고 내부는 비어 있는 형상을 가진다. 상기 상층 유닛(2)의 본체 하단 가장자리에는 수밀 차단판(211)이 구비되어 있다. 즉, 상층 유닛(2)의 본체 하단의 가장자리 원주를 둘러싸도록 수밀 차단판(211)이 일체로 구비되어 있는 것이다. 수밀 차단판(211)은 소정 폭을 가지는 띠 형상의 판부재로 이루어지는데, 상기 수밀 차단판(211)의 상부는 상층 유닛(2)의 본체 하단의 가장자리 측면에 일체로 결합되어 있고, 상기 수밀 차단판(211)의 하부는 상층 유닛(2)의 본체 하단의 가장자리 측면에서 아래쪽으로 더 돌출되어 존재하게 된다. 상기 수밀 차단판(211)은 그 하단이 후술하는 것처럼 하층 유닛(1)의 본체 상단의 가장자리에 밀착하여 수밀한 상태를 만들게 되므로, 상기 수밀 차단판(211)은 밀착에 의한 수밀 성능을 발휘할 수 있는 고무재 등의 탄성재질로 제작되는 것이 바람직하다. 그러나 수밀 차단판(211)의 재질은 고무재 등의 탄성재질에 한정되지 아니하며, 외부에서 작용하는 수압을 충분히 견디면서 하층 유닛(1)의 본체 상단 가장자리에 밀착될 수 있는 재질(예를 들어, 합성수지 재질 등)이라면 기타 재질로 제작되어도 무방하다.

이와 같이 수밀 차단판(211)을 구비한 통형상의 본체로 이루어진 상층 유닛(2)은 멀티파일형 중간기둥체(20)의 하단에 일체로 결합되어 있다. 앞서 설명한 것처럼, 멀티파일형 중간기둥체(20)는 중앙 메인파일(21)과 주변 보조파일(22)로 이루어지는데, 상기 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22)의 하단이, 상기 상층 유닛(2)의 본체 상면을 관통하여 상기 상층 유닛(2) 본체의 비어 있는 내부에 위치하고 있도록, 상층 유닛(2)이 멀티파일형 중간기둥체(20)의 하단에 결합되어 멀티파일형 중간기둥체(20)와 상층 유닛(2)이 하나의 부재로 일체화되어 있는 것이다. 한편, 중앙 메인파일(21)과 주변 보조파일(22)이 관통하여 결합되는 상기 상층 유닛(2)의 본체 상면에는 후술하는 것처럼 호스(30)를 통해서 물을 흡입할 수 있는 연통구멍(223)이 구비되어 있다. 상기 연통구멍(223)은 개방이 필요하기 전까지는 폐쇄되어 있다.

본 발명에서는 이와 같이 멀티파일형 중간기둥체(20)와 일체화되어 있는 상층 유닛(2)이, 해저 지반에 설치되어 있는 하층 유닛(1) 위에 적층되어 일체화됨으로서, 중량구조체(10)와 멀티파일형 중간기둥체(20)로 이루어진 중력식 수중지지 구조물(100)이 완성되는 것이다.

다음에서는 도 8 내지 도 13을 참조하여 위와 같이 하층 유닛(1)과 상층 유닛(2)의 수중에서의 조립 결합에 의해 중량구조체(10)를 구축하여 중력식 수중지지 구조물(100)을 시공하는 과정을 설명한다. 도 8은 하층 유닛(1) 위에 상층 유닛(2)이 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 9 내지 도 13은 각각 도 8의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도이다.

앞서 설명한 구성을 가지도록 하층 유닛(1)을 육상에서 독자적으로 제작하여 선박을 이용하여 이송한 후, 인양장비 등을 이용하여 하층 유닛(1)을 해저 지반 위에 놓는다. 후속하여 멀티파일형 중간기둥체(20)와 상층 유닛(2)이 일체화된 조립체를 육상에서 제작하여 선박으로 이송한 후, 인양장비 등을 이용하여 상기 조립체를 수중에 투입하여 상기 상층 유닛(2)이 상기 하층 유닛(1) 위에 놓이게 한다(도 8 내지 도 10 참조).

이 때, 상기 하층 유닛(1)의 본체 상면에서 가장자리에 오목부(130)가 형성되어 있는 경우, 상층 유닛(2)의 가장자리는 상기 오목부(130)에 놓이게 되며, 이렇게 하층 유닛(1) 위에 상층 유닛(2)이 놓이게 되면, 상층 유닛(2)에 구비되어 있던 수밀 차단판(211)의 하단은 하층 유닛(1)의 본체 상단의 가장자리 측면을 덮게 된다. 그리고 하층 유닛(1)의 본체 상면으로 돌출되어 있던 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)의 상단은 각각 상층 유닛(2)에 결합되어 상층 유닛(2)의 빈 공간 내부에 위치하고 있던 중앙 메인파일(21)의 하단 및 주변 보조파일(22)의 하단과 접하게 된다.

이와 같이 하층 유닛(1) 위에 상층 유닛(2)이 놓였을 때, 제작상의 오차로 인하여 상층 유닛(2)과 하층 유닛(1) 사이에는 미세한 틈이 존재할 수 있으며, 이 틈을 통해서 상층 유닛(2)의 본체와 하층 유닛(1)의 본체 상면 위쪽의 공간으로 유체가 유입되어 채워져 있게 된다.

이 상태에서 도 11에 도시된 것처럼, 연통구멍(223)에 연결된 호스(30)를 통해서, 상층 유닛(2)의 본체와 하층 유닛(1)의 본체 상면 위쪽의 공간에 채워져 있던 유체를 흡입하게 되면, 유체가 채워져 있던 공간에 음압이 형성되는데, 수밀 차단판(211)이 하층 유닛(1)의 상단 가장자리 측면에 밀착하여 하층 유닛(1)을 둘러싸고 있으므로, 위와 같은 음압의 형성과 수밀 차단판(211)에 작용하는 외부로부터의 수압에 의해 상기 수밀 차단판(211)의 하부가 하층 유닛(1)의 상단 가장자리 측면에 강하게 밀착하여 수밀상태를 유지하게 된다.

한편, 호스(30)로 유체를 흡입하는 대신에, 호스(30)를 통해서 공기를 공급하여 상층 유닛(2)의 본체와 하층 유닛(1)의 본체 상면 위쪽의 공간에 채워져 있던 유체를 강제로 밀어낼 수 있는데, 이렇게 간극에 존재하던 유체가 밀어내어져 제거된 후에는, 외부의 수압에 의해 차폐판(120)의 하부가 하층 유닛(1)의 상단 가장자리 측면에 강하게 밀착하여 더 이상 유체가 상층 유닛(2)과 하층 유닛(1) 사이의 간극으로 유입되지 못하게 함으로써 간극의 수밀상태를 유지하게 된다.

이와 같이 상층 유닛(2)의 본체와 하층 유닛(1)의 본체 상면 위쪽의 공간에 채워져 있던 유체를 모두 배출하게 되면, 상기 유체가 있었던 공간은 더 이상 물이 없는 빈 공간이 되며, 작업자는 상층 유닛(2)의 본체에 형성되어 있던 출입구(도시를 생략함)를 통해서 상기 상층 유닛(2)의 빈 공간으로 들어가서, 서로 단순히 접하고 있었던 하층 메인파일(121)의 상단과 중앙 메인파일(21)의 하단을 용접하여 서로 일체화시키며, 하층 보조파일(122)의 상단과 주변 보조파일(22)의 하단 역시 용접하여 서로 일체화시키게 된다(도 12). 즉, 물이 없는 상태의 빈 공간에서 작업자는 용접에 의해 하층 메인파일(121)과 중앙 메인파일(21)의 일체화 작업 및 하층 보조파일(122)과 주변 보조파일(22)의 일체화 작업을 매우 용이하게 수행할 수 있게 되는 것이다.

한편, 앞서 설명한 것처럼, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)에 구비됨에 있어서, 하층 유닛(1)의 본체 상면에 형성된 관통공에 탄성링(117)이 위치한 상태로 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)의 본체 상면을 관통함과 동시에 하층 메인파일(121)의 하단 및 하층 보조파일(122)의 하단이 하층 유닛(1)의 본체 내부에서 바닥면과 힌지 연결될 수 있다. 이 경우, 하층 유닛(1)의 본체 상면으로 돌출되어 있는 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 상단 위치 및 경사를 조정할 수 있다. 따라서 위와 같이 하층 유닛(1) 위에 상층 유닛(2)이 놓일 때, 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)의 상단의 위치와 각각 중앙 메인파일(21)의 하단 및 주변 보조파일(22)의 하단의 위치가 어긋나더라도, 작업자가 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 경사와 위치를 조정하여 하층 메인파일(121) 및 하층 보조파일(122)을 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22)에 일치시킨 상태에서 용접 작업을 수행할 수 있게 된다. 특히, 수밀 차단판(211)을 이용하여 하층 유닛(1)과 상층 유닛(2) 사이의 틈으로 통해서 물이 유입되는 것을 차단하고 상층 유닛(2)의 내부를 강제 배수시켜서 물이 없는 안전한 작업 공간을 확보한 상태에서 위와 같은 파일들의 경사 및 위치 조정 작업과 파일들의 연결작업을 안전하고 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

위와 같은 작업에 의해, 상층 유닛(2)과 하층 유닛(1)은 일체화되고, 결과적으로 중량구조체(10)와 멀티파일형 중간기둥체(20)가 일체로 조립 결합되어, 해상에 설치되는 해상구조물을 하부에서 지지하는 중력식 수중지지 구조물(100)을 이루게 되는 것이다. 필요에 따라서는 하층 메인파일(121)과 중앙 메인파일(21)의 일체화 작업 및 하층 보조파일(122)과 주변 보조파일(22)의 일체화 작업이 완료되고, 작업자가 철수한 후에는 상기 상층 유닛(2)의 본체의 비어 있던 공간 내에 그라우트재(29)를 주입하여 채울 수도 있다(도 13).

위에서 설명한 본 발명의 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물(100)에서는, 복수개의 유닛이 조립 결합되어 중량구조체(10)가 형성되고, 상기 복수개의 유닛은 각각 분리된 상태로 별도 제작되고, 분리된 상태로 개별적인 해상 운송에 의해 현장으로 반입된다. 따라서 해상 운송을 위한 선박을 작은 규모로도 운용할 수 있으며, 부재를 인양하고 수중으로 투하하는 등에 필요한 각종 설비의 규모도 소규모로 운용할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 의하면, 중력식 수중지지 구조물의 제작에 필요한 선박수송작업, 구성부재의 취급작업을 용이하고 경제적으로 수행할 수 있게 되며, 그에 따라 중력식 수중지지 구조물의 시공효율성을 향상시킬 수 있게 되고 시공비를 크게 절감할 수 있게 된다.

1: 하층 유닛
2: 상층 유닛
10: 중량구조체
20: 중간기둥체
21: 중앙 메인파일
22: 주변 보조파일
100: 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물

Claims

해저지반에 고정 설치되어 해상구조물을 지지하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물(100)로서,
중앙 메인파일(21)과 주변 보조파일(22)로 이루어진 멀티파일형 중간기둥체(20); 및 상기 중간기둥체(20)의 하부에 결합되어 해저 지반에 배치되며 하층 유닛(1)과 상층 유닛(2)이 순차적으로 적층되어 일체 조립되는 구성을 가지는 중량구조체(10)로 이루어지며;
상기 하층 유닛(1)은, 내부에 중공부(118)를 가지는 통형상의 본체로 이루어져 있고, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)의 본체 상면으로부터 연직하게 관통되어, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 하단이 하층 유닛(1)의 본체 바닥에 일체로 결합되어 있고 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 상단이 하층 유닛(1)의 상면으로 돌출되어 있는 구성을 가지며;
상기 상층 유닛(2)은 통형상의 본체로 이루어져 멀티파일형 중간기둥체(20)의 하단에 일체로 결합되어 있되, 상층 유닛(2)의 본체 하단 가장자리 원주를 둘러싸도록 수밀 차단판(211)이 일체 구비되어 있고, 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22) 각각의 하단이, 상층 유닛(2)의 본체 상면을 관통하여 상층 유닛(2)의 본체 내부에 위치하고 있는 구성을 가지며;
상층 유닛(2)이 하층 유닛(1) 위에 놓여서, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 각각 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22)에 접하고, 수밀 차단판(211)의 하부가 하층 유닛(1)의 본체 상단의 가장자리 측면을 덮은 상태에서, 상층 유닛(2)의 내부에 있던 유체를 제거하고, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)을 각각 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22)에 일체로 연결하여 상층 유닛(2)과 하층 유닛(1)을 일체로 조립 결합하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물.
제1항에 있어서,
상기 하층 유닛(1)의 본체 상면에는 관통공이 형성되어 있고;
상기 관통공에는 탄성링(117)이 수밀하게 설치되어 있고;
하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)은 각각 탄성링(117)에 둘러싼 상태로 관통공에 끼워져서 하층 유닛(1)의 본체 상면을 관통하고 있으며;
하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 하단은 각각 하층 유닛(1)의 본체의 바닥면에서 체결재(119)에 의해 힌지 형태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 주변 보조파일(22)은 길게 연장되어 있으며 복수개가 상기 중앙 메인파일(21)의 주변에서 원주 형태로 배치되어 멀티파일형 중간기둥체(20)의 전체 형상이 상단으로 갈수록 그 단면 크기가 줄어드는 테이퍼 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 각각 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22)에 일체로 연결되어 상층 유닛(2)과 하층 유닛(1)의 일체로 조립 결합된 후에는, 상기 상층 유닛(2)의 본체 내부에 그라우트재(29)가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물.
해저지반에 고정 설치되어 해상구조물을 지지하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물(1)의 시공방법이며;
내부에 중공부(118)를 가지는 통형상의 본체로 이루어져 있는 하층 유닛(1)으로서, 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)이 하층 유닛(1)의 본체 상면으로부터 연직하게 관통되어 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 하단이 하층 유닛(1)의 본체 바닥에 일체로 결합되어 있고 하층 메인파일(121)과 하층 보조파일(122)의 상단이 하층 유닛(1)의 상면으로 돌출되어 있는 구성을 가지는 하층 유닛(1); 및 중앙 메인파일(21)과 주변 보조파일(22)로 이루어진 멀티파일형 중간기둥체(20)의 하단에 상층 유닛(2)이 일체로 결합되어 있는 조립체로서, 상층 유닛(2)은 통형상의 본체로 이루어지고 상층 유닛(2)의 본체 하단 가장자리 원주를 둘러싸도록 수밀 차단판(211)이 일체 구비되어 있으며 중앙 메인파일(21) 및 주변 보조파일(22) 각각의 하단이 상층 유닛(2)의 본체 상면을 관통하여 상층 유닛(2)의 통형상 본체 내부에 위치하고 있는 구성의 조립체;를 각각 육상에서 별도로 제작하고;
상기 하층 유닛(1), 및 멀티파일형 중간기둥체(20)와 상층 유닛(2)의 조립체를 각각 개별적으로 해상 운송하여, 상기 하층 유닛(1)을 수중에 투입하여 해저 지반에 설치하고;
상기 멀티파일형 중간기둥체(20)와 상층 유닛(2)의 조립체를 수중에 투입하여 상기 상층 유닛(2)을 상기 하층 유닛(1) 위에 놓아 결합하되, 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)의 상단이 각각 중앙 메인파일(21)의 하단 및 주변 보조파일(22)의 하단과 접하게 하고, 수밀 차단판(211)의 하단이 하층 유닛(1)의 본체 상단의 가장자리 측면을 덮도록 한 후, 상층 유닛(2)의 본체 내부에 채워져 있던 유체를 제거하고, 하층 메인파일(121)의 상단 및 하층 보조파일(122)의 상단과 중앙 메인파일(21)의 하단 및 주변 보조파일(22)의 하단을 각각 일체화되도록 연결하여 상층 유닛(2)과 하층 유닛(1)을 일체로 조립 결합하는 것을 특징으로 하는 해상구조물 설치용 중력식 수중지지 구조물의 시공방법.