KR101559472B1 - 수중 지지구조물용 기초부 시공방법 - Google Patents

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Abstract

해저지반에 신속하게 대형구조물의 기초부를 설치할 수 있으면서도 하중지지능력을 충분히 확보할 수 있는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법에 관한 것으로서, 상기 시공방법은 걸림홈이 형성된 두부가 형성된 파일을 해저지반에 먼저 설치하는 단계; 매립된 가이드관이 저면으로부터 하방으로 돌출 연장되도록 형성된 수중 지지구조물용 기초부를 제작하여 상기 가이드관에 파일의 두부가 삽입되도록 하면서 해저지반에 수중 지지구조물용 기초부를 안착시키는 단계; 상기 가이드관 내부에 형성된 탄성돌출형정착장치를 이용하여 파일이 가이드관 내부에 정착시키는 단계를 포함한다.

Description

수중 지지구조물용 기초부 시공방법{UNDERWATER SUPPORT CONCRETE STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD}
본 발명은 수중 지지구조물용 기초부 시공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 예컨대 해저지반에 신속하게 해상풍력발전기와 같은 대형구조물의 기초부를 설치할 수 있으면서도 수평 하중지지능력을 충분히 확보할 수 있으면서도 용이하게 파일에 삽입 시공할 수 있는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법에 관한 것이다.
바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드를 설치하여, 바람에 의해 블레이드가 회전함에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다.
이러한 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 통상적으로 블레이드, 변속장치 및 발전기로 구성된다.
여기서, 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 변속장치는 블레이드에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되고, 발전기에서 요구되는 회전수로 높임으로써 발전기를 회전시키는 장치이고, 발전기는 블레이드에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.
이러한 풍력발전 시스템은 구조나 설치 등이 간단하여 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다.
과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나, 풍력 자원량, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모의 풍력단지를 건설하는 추세이다.
그러나 해상에 안전하게 풍력발전 구조물을 건설하기 위해서 높은 위치에 설치될 블레이드, 변속장치 및 발전기에 대한 안전한 설치 공법이 요구되고 있다.
이에, 해상풍력발전 구조물은 크게 터빈(Turbine)과 기초부(Foundation)로 구분되며, 이때, 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전 터빈과 동일한 기술을 적용한다.
상기 기초부(Foundation)는 대표적인 2가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.
먼저 모노파일 타입(Mono-pile type)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전단지 기초 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하며 해저 면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m 정도이다.
다음으로 자켓 타입(Jacket type)은 현재 해상풍력 발전단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로 수심 20~80m에 설치가 가능하며 자켓식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다. 대수심 해양의 구조물이고 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며 모노파일(Mono-pile) 타입과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다.
도 1a는 종래의 기술에 따른 모노파일 기초부 및 지지구조물로서 강재 타워를 구비한 해상풍력 구조물을 나타내는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 모노파일 기초 및 강재 타워를 구비한 해상풍력 구조물은, 크게 기초부(Foundation) 및 지지 구조물(Support Structure)로 구성되며, 구체적으로, 타워(10), 나셀(Nacelle: 20), 블레이드(30), 모노파일(40) 및 트랜지션 피스(Transition Piece: 50)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 타워(10)의 상부에 설치되는 나셀(20)에는 피치 시스템, 허브(Hub), 메인 축(Main Shaft), 기어 박스(Gear Box), 고속 축(High Speed Shaft), 발전기 및 요(Yaw) 시스템 등이 구비된다.
상기 타워(10)에서 강관의 두께는, A-A 라인을 절개선으로 하는 단면으로 도시된 바와 같이, 25~40㎜의 두께를 갖는 강관으로 이루어진다.
결국 상기 기초부는 큰 자중과 작용하중에 저항하기 위한 구조물로 제작 및 시공되어야 함을 알 수 있으며 특히 해저에 설치되는 경우라면 그 제작 및 시공방법에 따라 경제성이 충분히 확보되어야 하고 특히 작업성 및 시공성은 공기단축에 매우 중요함을 알 수 있다.
이에 도 1b는 종래 상기 기초부 시공예가 도시되어 있다.
이러한 기초부는 프리캐스트 방식으로 콘크리트 구조물로 제작된 것이 이용되는데 다리부(61)가 타워 하부에 형성되도록 하고, 다리부 단부에는 버킷부(62)가 해저면에 지지되도록 하고 있다.
이때 버킷부(62)에는 파일시공을 위한 홀이 미리 형성되어 있어 오거 등 천공기(63)를 이용하여 상기 홀을 따라 해저지반에 천공홀을 형성시키게 된다.
이로서 최종 천공기를 제거하고 미도시된 파일을 천공홀에 삽입 설치하고, 홀에 그라우팅재(64)를 가압 분산시켜 결국 파일과 기초부가 서로 일체로 형성되도록 하여 하중을 분산 지지할 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.
하지만 이러한 방법을 사용하게 되면 해저에서 천공기(63)를 운용해야 하고, 파일 시공에 있어 발생하는 인발력에는 효과적으로 대응하지 못한다는 문제점이 있어 해상풍력발전기와 같은 대형구조물의 기초부를 시공함에 있어 보다 효율적인 시공방법이 요구될 수밖에 없었다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 예컨대 해상 풍력발전기와 같이 대형구조물의 하부에서 하중을 지지하면서 지반에 지지하중을 지지하는 기초부를 보다 신속하고 안정적으로 시공할 수 있는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여
첫째, 대형구조물을 하부에서 하중을 지지하면서 지반에 지지하중을 지지하는 기초부는 프리캐스트 방식으로 수중 지지구조물용 기초부로 제작하고, 상기 수중 지지구조물용 기초부는 파일(스크류파일)에 의하여 해저지반에 일체화되도록 하였다.
이때 특히 파일로서 스크류파일을 사용하게 되면 수중 지지구조물용 기초부를 지반에 파일로 고정시키기 위하여 천공작업 및 천공홀에 파일을 설치하는 작업을 배제하고 스크류파일을 이용하여 수중 지지구조물용 기초부가 직접 해저지반에 고정될 수 있게 된다.
둘째, 상기 파일(Pile)은 수중 지지구조물용 기초부 저면으로부터 하방으로 돌출 연장되도록 형성시킨 가이드관(일종의 희생강관)을 이용하여 시공하게 되고, 파일의 두부가 가이드관 내부에서 정착될 수 있도록 탄성돌출형정착장치를 이용하여 파일과 수중 지지구조물용 기초부를 서로 간단하게 정착시키게 된다.
상기 탄성돌출형정착장치는 가이드관을 수평으로 관통하여 가이드관 내부로 돌출되도록 세팅된 스타퍼, 상기 스타퍼를 수용하도록 가이드관의 삽입홀과 연통된 수평홀, 상기 수평홀 내측에 설치된 탄성스프링을 포함하며, 상기 스타퍼에는 롤러부가 형성되며 롤러부는 탄성스프링의 탄성력을 이용하여 파일 두부 외주면을 따라 하강하면서 파일 두부에 형성된 걸림홈에 걸려지도록 하게 된다.
이러한 가이드관은 특히 수중 지지구조물용 기초부 하부 지반까지 관입되도록 하여 파일의 상단부가 횡력에 효과적으로 저항(전단키 역할)할 수 있도록 하였다.
셋째, 상기 탄성돌출형정착장치에 의하여 파일을 수중 지지구조물용 기초부에 일체화시킨 다음에는 가이드관 내부에 수중 지지구조물용 기초부에 형성시킨 주입구(주입홀, 배출홀)를 이용하여 충진재를 주입함으로서 가이드관 내부와 가이드관 하부의 지반에 충진재가 압입되어 파일을 시공하면서 수중 지지구조물용 기초부 하부의 교란된 지반을 보강할 수 있도록 하였다.
이를 위하여 본 발명은
(a) 걸림홈이 형성된 두부가 형성된 파일을 해저지반(G)에 먼저 설치하는 단계; (b) 매립된 가이드관이 저면으로부터 하방으로 돌출 연장되도록 형성된 수중 지지구조물용 기초부를 제작하여 상기 가이드관에 파일의 두부가 삽입되도록 하면서 해저지반에 수중 지지구조물용 기초부를 안착시키는 단계; (c) 상기 가이드관 내부에 형성된 탄성돌출형정착장치를 이용하여 파일을 가이드관 내부에 정착시키는 단계; 및 (d) 상기 수중 지지구조물용 기초부의 표면으로부터 가이드관 내부로 연장된 주입구를 통해 충진재를 가이드관 내부와 수중 지지구조물용 기초부 하부 해저지반에 압입하는 단계;를 포함하는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법을 제공하게 된다.
본 발명에 의한 수중 지지구조물용 기초부 시공방법에 의하여 특히 해상 풍력발전기와 같이 대형 지지구조물을 해저의 지반에 보다 신속하게 설치할 수 있도록 하되, 모노파일 형식이 아닌 다중파일 설치가 가능하여 지지성능을 효과적으로 확보할 수 있다.
또한, 프리캐스트 방식으로 제작된 수중 지지구조물용 기초부에 파일을 설치함에 있어서 스크류파일을 이용할 경우 직접 지반에 설치하기 때문에 별도의 천공홀 작업후 천공홀에 파일을 삽입시키는 이중 작업이 필요 없어 수중 지지구조물용 기초부 시공의 공기를 획기적으로 단축할 수 있게 된다.
또한, 파일 시공에 의하여 수중 지지구조물용 기초부 하부의 교란된 지반을 충진재의 압입에 의하여 보강하므로 수중 지지구조물용 기초부의 안정적인 고정 설치가 가능하게 된다.
또한 프리캐스트 방식으로 제작된 수중 지지구조물용 기초부에 미리 형성된 가이드관에 탄성돌출형정착장치를 이용하여 파일을 수중 지지구조물용 기초부에 정착시킨 후, 충진재에 의하여 일체화 시키게 되므로 수중 지지구조물용 기초부와 파일의 효과적인 정착 및 일체화가 가능하게 된다.
또한, 수중 지지구조물용 기초부에 형성된 가이드관은 수중 지지구조물용 기초부의 하부 지반에 돌출 연장되어 있으므로 횡력(지진 등에 의한)의 저항에 매우 유리하게 된다.
또한, 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부는 전면기초로 작용하게 되고, 상기 수중 지지구조물용 기초부에 일체화된 파일은 지반에 수중 지지구조물용 기초부가 지지되도록 함으로서 휨 모멘트 작용에 대한 저항능력을 갖출 수 있게 된다.
또한 나아가 상기 파일은 가이드관과 충진재에 의하여 수중 지지구조물용 기초부와 일체화됨으로서 파일의 펀칭전단력에 대한 저항성능을 보다 크게 확보할 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 모노파일 기초 및 강재 타워를 구비한 해상풍력 구조물을 나타내는 도면 및 해상 풍력 구조물용 기초부의 시공 정면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부의 시공도 및 발췌단면도,
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 밴드형정착장치 시공도,
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부 시공방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부(100) ]
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부의 시공도 및 발췌단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 수중 지지구조물용 기초부(100)는 해상 풍력발전기와 같이 대형구조물을 해저지반에 설치함에 사용되는 프리캐스트 방식으로 미리 제작된 기초부이다.
이러한 수중 지지구조물용 기초부(100)를 해저지반(G)에 고정시키기 위한 파일(PILE,200)은 스크류파일(SCREW PILE)을 기준으로 살펴본다.
즉, 해저지반(G)에 먼저 파일(200)을 시공하여 해저지반(G)으로부터 두부(210)가 돌출되도록 하고,
상기 파일(200)의 두부(210)가 수중 지지구조물용 기초부(100)에 형성시킨 가이드관(110)에 삽입되도록 하고,
수중 지지구조물용 기초부(100)를 해저지반(G)에 안착됨과 더불어 파일(200) 두부(210)가 탄성돌출형정착장치(300)에 의하여 가이드관(110) 내부에서 정착되도록 하고,
가이드관 내부에 충진재(400)를 주입하여 파일(200)을 수중 지지구조물용 기초부(100)에 일체화시키게 된다.
구체적으로 살펴보면 도 2a와 같이,
먼저, 상기 수중 지지구조물용 기초부(100)는 예컨대 일정한 두께를 가진 원형등의 판구조물인데 중앙부에는 예컨대 해상 풍력발전기의 타워가 삽입 시공될 수 있는 중앙홀더부(120)가 형성될 수 있다.
또한 상기 수중 지지구조물용 기초부(100)에는 후술되는 파일(200)이 삽입되도록 가이드관(110)이 형성되는데 이러한 가이드관(110)은 수중 지지구조물용 기초부(100)의 외곽을 따라 복수개가 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 가이드관(110)은 일종의 희생강관으로서 일정한 직경을 가진 강관이 수중 지지구조물용 기초부(100) 제작 시 미리 상부가 매립 형성되도록 하여 설치하게 되며 이러한 가이드관(110)은 수중 지지구조물용 기초부(100)의 저면 하부로 돌출 연장되도록 형성시키게 된다.
이에 가이드관(110) 하부는 해저 해저지반(G)에 먼저 수중 지지구조물용 기초부(100)를 안착시킬 때 해저지반(G)에 수중 지지구조물용 기초부(100)의 자중에 의하여 박혀지는 방식으로 설치된다.
이때, 상기 가이드관(110)은 매립된 상면이 수중 지지구조물용 기초부(100)에 매립되어 폐쇄되고 하면은 개방된 형태로서 상면으로부터 수중 지지구조물용 기초부(100)의 표면까지 연장된 주입구(130)가 형성됨을 알 수 있다.
즉, 상기 주입구(130)를 통해 충진재(400)가 가이드관(110) 내부로 충진될 수 있도록 한 것이다. 이러한 주입구(130)는 주입홀(131)과 배출홀(132)로 구분되어 있다.
상기 파일(200)은 강관의 외주면에 스크류(나선형 회전날개)가 형성된 것으로서 미도시된 장비를 이용하여 회전시키면서 가이드관(110)을 따라 해저지반(G)에 회전 압입되도록 하여 시공된다.
이와 같이 파일(200)을 압입 시공하게 되면 1번의 압입 시공으로 파일을 시공할 수 있으므로 별도로 천공홀 형성 후 파일 설치하는 종래 방법과 대비하여 작업성 및 시공성이 크게 증진된다.
이러한 파일(200)의 상단에는 걸림홈(220)이 형성된 두부(210)가 캡형태로 형성되어 있는데, 이러한 두부(210)의 개략 중간에는 걸림홈(220, 수평으로 파여진 홈)이 형성되어 있고, 걸림홈(220) 상부 외주면은 상방으로 갈수록 곡률이 커지는(직경은 작아짐) 볼록면으로 형성시키되 두부(210) 상면 직경이 중간 직경보다 작게 형성되도록 하게 된다.
이에 도 3b와 같이 후술되는 스타퍼(STOPPER)의 롤러부(ROLLER)가 돌출된 블록면을 따라 하강하면서 걸림홈(220)에 탄성복원력(탄성스프링)에 의하여 삽입되도록 하게 된다.
이에 상기 파일(200)을 해저지반(G)에 먼저 시공하고, 파일(200)의 두부가 가이드관(110) 내부로 삽입되도록 하게 되며, 이에 파일 두부를 수중 지지구조물용 기초부(100)에 정착시키게 된다.
이러한 정착이 중요한 이유는 파일(200)을 수중 지지구조물용 기초부(100)에 일체화시켜야 수중 지지구조물용 기초부(100)에 전달되는 하중을 파일(200)을 통해 지반으로 효과적으로 전달시킬 수 있기 때문이다.
이에 수중 지지구조물용 기초부(100)에 일체화된 파일(200)은 지반에 수중 지지구조물용 기초부가 지지되도록 함으로서 휨 모멘트 작용에 대한 저항능력을 갖출 수 있도록 하는 작용을 하게 된다.
나아가 상기 파일(200)은 도 3d와 같이 가이드관(110)과 후술되는 충진재(400)에 의하여 수중 지지구조물용 기초부와 일체화됨으로서 파일의 펀칭전단력에 대한 저항성능을 보다 크게 확보할 있게 된다.
이에 본 발명은 도 3a 내지 도 3d와 같이 수중 지지구조물용 기초부(100)에 파일(200)을 정착하기 위하여 정착장치로서 탄성돌출형정착장치(300)를 제시하게 된다.
상기 탄성돌출형정착장치(300)는 도 3a 및 도 3b와 같이 파일(200)이 시공된 상태에서 두부(210)가 가이드관(110) 내부로 삽입되도록 수중 지지구조물용 기초부(100)를 수중에 하강시키게 되며, 상기 파일의 두부(210)가 탄성돌출형정착장치(300)에 의하여 수중 지지구조물용 기초부(100)에 정착되도록 하게 된다.
이에 파일(200)의 수직도를 확보하면서 가이드관(110) 내부에서 파일(200)이 정착될 수 있도록 하게 된다.
이러한 탄성돌출형정착장치(300)는 도 2b와 같이 스타퍼(310), 탄성스프링(320) 및 롤러부(330)로 구성되어 있음을 알 수 있다.
이때 상기 탄성스프링(320)은 수중 지지구조물용 기초부(100)에 미리 형성시킨 수평홀(140)에 내부에 설치되도록 하고, 강봉형태의 스타퍼(310)는 탄성스프링(320)에 일측단부면이 접하도록 세팅된다.
이때 상기 스타퍼(310)의 돌출된 타측단부면에는 롤러부(330)가 설치되어 롤러부(330)는 회전이 가능하도록 스타퍼(310)에 핀 연결(미도시)되도록 하게 된다.
이에 도 3c와 같이 수중 지지구조물용 기초부(100)의 저면으로부터 하방 돌출되도록 형성시킨 가이드관(110)이 파일(200)의 두부가 삽입되도록 서서히 하강시키게 되면 두부(210)의 돌출된 볼록면에 롤러부(330)가 접하면서 스타퍼(310)는 수평홀 내부로 압축되다가 스타퍼(320)가 두부(210)의 걸림홈(220)에 진입하게 되면 탄성스프링(310)의 탄성복원력에 의하여 스타퍼(320)는 걸림홈(220)에 삽입되게 된다.
이에 파일(200)의 두부(210) 상면은 가이드관(110)의 상부 저면에 접하면서 파일(200)이 수중 지지구조물용 기초부(100)에 정착되도록 함을 알 수 있다.
이에 도 3d와 같이 상기 수중 지지구조물용 기초부(100)에 형성된 주입구(130)를 통해 충진재(400)를 주입하여 가이드관(110) 내부와 해저지반(G) 주위에 충진재가 주입되도록 하여 가이드관(110)에 파일(200)이 수중 지지구조물용 기초부(100)에 완전히 일체화되도록 하게 된다.
즉, 충진재(400)는 주입홀(131)과 배출홀(132)이 형성되어 주입홀과 배출홀이 상기 주입홀과 배출홀에 연결되도록 하여 미도시된 컴프레셔 등을 이용하여 충진재가 가이드관(110) 내부와 수중 지지구조물용 기초부(100) 하부의 지반까지 압입될 수 있도록 하게 된다.
이로서 충진재(400)를 이용하여 가이드관(110) 내부에 파일(200)을 수중 지지구조물용 기초부(100)에 일체화 시키고, 수중 지지구조물용 기초부(100)의 저면 하부 교란된 지반에 상기 충진재(400)가 압입되도록 하여 교란된 지반을 보강하면서, 가이드관(110) 내부에도 충진재(400)가 채워지도록 하게 된다.
이로서 본 발명은
첫째, 가이드관(110)에 의하여 파일(200)을 보다 용이하게 위치 세팅하여 시공할 수 있고,
둘째, 상기 파일(200)을 사용함으로서 기초부를 해저지반에 설치함에 있어서 작업성 및 시공성이 매우 뛰어나고,
셋째, 가이드관(110) 내부에 탄성돌출형정착장치(300)를 이용하여 파일(200)을 가이드관(110) 내부에 수중 지지구조물용 기초부(100)를 시공하는 과정에서 간단하게 정착시켜 하중전달 효과를 명확하게 하고,
넷째, 가이드관(110) 내부에 충전되는 충진재(400)에 의하여 파일(200) 시공에 의하여 교란된 지반을 보강하면서, 수중 지지구조물용 기초부(100)에 파일(200)을 완전하게 일체화 시킬 수 있고, 수중 구조물용 지지부를 전면기초로서 휨 모멘트에 대한 저항능력을 키울 수 있고, 파일에 의한 구조물용 지지부의 펀칭전단을 방지할 수 있게 된다.
[ 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부(100) 시공방법 ]
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 수중 지지구조물용 기초부 시공방법을 순서대로 도시한 것이다.
먼저 해상풍력발전기가 설치되어야 할 해저지반(G)은 준설, 사석 고르기 등을 통해 수중 지지구조물용 기초부(100)가 안착될 수 있도록 미리 준비하게 된다.
이때 해저지반(G)에는 미도시된 장비를 이용하여 수중 지지구조물용 기초부(100)의 가이드관(110)을 따라 파일(200)을 해저지반(G)에 먼저 설치되어 있음을 알 수 있으며, 이에 파일(200)의 두부(210)가 해저지반(G)로부터 상방으로 돌출되어 노출되어 있음을 알 수 있다.
이러한 파일(200)은 두부(210)가 가이드관(110)의 상부 내측 저면에 접할 정도로 시공하게 된다.
이에 도 4a와 같이 미리 육상 제작장 에서 수중 지지구조물용 기초부(100)를 제작하고, 바지선에 싣고, 해상풍력발전기가 설치되어야 부위 해상으로 운반하게 된다.
이러한 수중 지지구조물용 기초부(100)는 상기 바지선에 장착된 해상크레인 등을 이용하여 인양되어 해저지반(G)에 자중을 이용하여 안착되도록 하게 된다.
상기 수중 지지구조물용 기초부(100)에는 앞서 살펴본 가이드관(110)이 미리 설치된 상태이므로 해저지반에 가이드관(110)이 먼저 시공된 파일(200)의 두부가 삽입되도록 하면서 수중 지지구조물용 기초부(100)를 해저지반(G)의 파일(200)이 삽입되도록 하여 안정적으로 안착시킬 수 있게 된다.
이에 도 4b와 같이 수중 지지구조물용 기초부(100)가 해저지반(G)에 안착되도록 하되 스타퍼(320)에 의하여 파일(200)이 수중 지지구조물용 기초부(100)에 정착되도록 하게 된다.
이러한 정착은 앞서 도 3b에서 살펴본 것과 같이 파일(200) 두부(210)의 돌출된 볼록면에 롤러부(330)가 접하면서 스타퍼(310)는 수평홀 내부로 압축되다가 스타퍼(320)가 두부(210)의 걸림홈(220)에 진입하게 되면 탄성스프링(310)의 탄성복원력에 의하여 스타퍼(320)는 걸림홈(220)에 삽입되며, 파일(200)의 두부(210) 상면은 가이드관(110)의 상단 내측 저면에 접하면서 파일(200)이 수중 지지구조물용 기초부(100)에 정착되도록 함은 살펴본 바와 같다.
나아가 가이드관(110)은 수중 지지구조물용 기초부(100)로부터 하방으로 돌출되어 안착 시 해저지반(G)에 매입되는 방식으로 마감되며 이는 수중 지지구조물용 기초부(100)의 자중에 의하여 매입될 정도로 돌출길이를 정하면 된다.
다음으로는 도 4c와 같이 수중 지지구조물용 기초부(100)의 주입구(130)를 통해 충진재(400)가 가이드관(110) 내부에 압입시켜 주입하게 된다.
즉, 도 3d와 같이 주입홀(131)과 배출홀(132)을 통해 시멘트그라우트 재료와 같은 충진재(400)를 바지선에서 미도시된 컴프레셔를 이용하여 가이드관(110) 내부와 수중 지지구조물용 기초부(100) 하부의 교란된 지반에 충진재(400)가 압입되어 지반도 함께 보강되게 된다.
이에 도 4d와 같이 최종 충진재(400)가 경화되면 수중 지지구조물용 기초부(100)와 파일(200)이 서로 일체화되면서 기초부 시공이 완료되고, 이러한 기초부에 있어 중앙홀더부(120)에 타워를 설치하고 상기 타워에 블레이드와 나셀을 장착하여 최종 해상풍력발전기와 같은 대형구조물의 시공을 완성시킬 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수중 지지구조물용 기초부
110: 가이드관 120:중앙홀더부
130: 주입구 140: 수평홀
200: 파일 210: 두부
220: 걸림홈
300: 탄성돌출형정착장치
310: 탄성스프링
320: 스타퍼
330: 롤러부 400: 충진재

Claims (5)

  1. (a) 걸림홈(220)이 형성된 두부(210)가 형성된 파일(200)을 해저지반(G)에 먼저 설치하는 단계;
    (b) 매립된 가이드관(110)이 저면으로부터 하방으로 돌출 연장되도록 형성된 수중 지지구조물용 기초부(100)를 제작하여 상기 가이드관(110)에 파일(200)의 두부가 삽입되도록 하면서 해저지반에 수중 지지구조물용 기초부(100)를 안착시키는 단계;
    (c) 상기 가이드관(110) 내부에 형성된 탄성돌출형정착장치(300)를 이용하여 파일(200)을 가이드관 내부에 정착시키는 단계; 및
    (d) 상기 수중 지지구조물용 기초부(100)의 표면으로부터 가이드관(110) 내부로 연장된 주입구(130)를 통해 충진재를 가이드관 내부와 수중 지지구조물용 기초부(100) 하부 해저지반에 압입하는 단계;를 포함하며,
    상기 탄성돌출형정착장치(300)는 수중 지지구조물용 기초부(100)에 미리 형성시킨 수평홀(140)에 내부에 설치된 탄성스프링(320); 및 상기 탄성스프링(320)에 일측단부면이 접하도록 세팅되며, 가이드관 내부로 돌출된 타측단부면에는 핀 연결된 롤러부(330)가 형성된 스타퍼(310);를 포함하는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계의 파일(200)의 상단에는 걸림홈(220)이 형성된 두부(210)가 캡 형태로 형성되며, 상기 두부(210)의 중간에는 걸림홈(220)이 형성되어 있고, 걸림홈(220) 상부 외주면은 상방으로 갈수록 곡률이 커지는 볼록면으로 형성시키되 두부(210) 상면 직경이 중간 직경보다 작게 형성되도록 하는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 파일(200)은 걸림홈(220)이 형성된 두부(210)가 상단에 형성된 스크류파일인 것을 특징으로 하는 수중 지지구조물용 기초부 시공방법.
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