KR101961319B1 - 석션 지지구조체를 이용한 케이싱 회수방식의 기초말뚝 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형관 부재를 이용하여 해저 지반에 석션 지지구조체를 안정적으로 설치하고, 이를 이용하여 케이싱의 관입설치 작업과 말뚝공 천공작업, 및 케이싱 인발작업을 수행함으로써, 기초말뚝의 시공이 완료된 후 불필요한 위치에서는 케이싱을 회수하여 강관의 낭비를 억제하여 시공 경제성을 향상시킬 수 있으며, 기초말뚝의 시공 완료 후에는 석션 지지구조체를 용이하게 철거할 수 있고, 더 나아가 필요한 경우에는 석션 지지구조체를 가물막이로도 활용할 수 있게 되는 "석션 지지구조체를 이용한 케이싱 회수방식의 기초말뚝 시공방법"에 관한 것이다.

Description

석션 지지구조체를 이용한 케이싱 회수방식의 기초말뚝 시공방법{Construction Method for Base Piles using Steel Pipe Casing Withdraw and Suction-type Cofferdam}

본 발명은 수중(水中)의 해저 지반에 기초말뚝을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 해저 지반에 강관(steel pipe)으로 이루어진 케이싱(casing)을 관입 설치하고 케이싱 내부를 굴착하여 말뚝공(孔)을 천공한 후, 철근을 말뚝공 내에 삽입 배치하고 말뚝공과 케이싱 내부에 콘크리트를 타설함으로써 하단이 해저 지반에 관입 설치되어 있는 기초말뚝을 시공하되, 해저 지반에 석션 지지구조체를 안정적으로 설치하고, 이를 이용하여 케이싱의 관입설치 작업과 말뚝공 천공작업, 및 케이싱 인발작업을 수행함으로써, 기초말뚝의 시공이 완료된 후 불필요한 위치에서는 케이싱을 회수하여 강관의 낭비를 억제하여 시공 경제성을 향상시킬 수 있으며, 기초말뚝의 시공 완료 후에는 석션 지지구조체를 용이하게 철거할 수 있고, 더 나아가 필요한 경우에는 석션 지지구조체를 가물막이로도 활용할 수 있게 되는 "석션 지지구조체를 이용한 케이싱 회수방식의 기초말뚝 시공방법"에 관한 것이다.

하천이나 바다 등의 수중 조건에서 교량 기초 및 교각 구조물 등의 수중 구조물을 구축함에 있어서는, 기초말뚝을 수중 지반에 시공해야 하는데, 이를 위하여 강관(鋼管)으로 이루어진 케이싱(casing)을 수중 지반에 관입 설치하고, RCD(Reverse Circulation Drill)를 이용하여 케이싱 내에서 수중 지반을 천공하여 말뚝공(孔)을 천공한 후, 철근을 말뚝공 내에 삽입 배치하고 말뚝공과 케이싱 내부에 콘크리트를 타설함으로써 하단이 수중 지반에 관입 설치되어 있는 기초말뚝을 시공하는 방법이 이용된다. 대한민국 등록특허 제10-1256274호에는 "RCD 공법"이라는 용어를 포함하는 발명의 명칭으로, 위와 같이 RCD를 이용하여 기초말뚝을 시공하는 종래 기술의 일예가 언급되어 있다.

종래에는 케이싱을 수중 지반에 관입시공하기 위해서 수상의 현장에 별도의 지지대를 설치하고, 지지대 상부에 오실레이터(oscillator), 항타기, RCD 등의 필요장비를 배치하고, 케이싱을 자중에 의해 침설하여 수중 지반 위에 연직하게 세운 후, 오실레이터로 케이싱을 회전시키거나 또는 케이싱에 진동을 가하여 수중 지반의 연약층을 관통하여 단단한 지층에 이르도록 관입하게 된다.

일반적으로 기초말뚝을 설계할 때, 케이싱에서 수중 지반의 연약층에 매립되어 있는 부분 즉, 연약층 매립 부분은 기초말뚝의 지지력을 발휘하는 구조부재로서 반영되지 못한다. 따라서 말뚝공 천공 후 콘크리트 타설에 의해 기초말뚝이 구축된 후에는, 이러한 케이싱의 연약층 매립 부분은 사장(死藏)된다. 이러한 케이싱의 사장현상은 결국 시공비의 증가를 유발하고, 고가의 강재를 낭비하게 되는 현상을 가져온다. 연약층이 두꺼운 현장이나, 기초말뚝의 개수가 많은 현장의 경우에는 이와 같이 사장되는 케이싱의 연약층 매립 부분의 양은 더욱 커지고, 그만큼 시공비의 증가 및 원재료의 낭비는 더욱 커지게 된다.

따라서 수중 기초말뚝이 구축되면, 케이싱의 연약층 매립 부분은 인발하여 회수하는 것이 바람직하지만, 효율적인 케이싱 회수 방안이 제안되어 있지 않다. 케이싱을 인발하려면, 케이싱의 자중 및 케이싱 주변의 마찰력 이상의 상향력이 필요하고, 이러한 상향력에 의한 반력을 지지할 수 있는 지지구조체가 존재하여야 한다. 기초말뚝의 시공을 위해 수상에 설치하였던 종래의 지지대는, 케이싱 관입작업 및 말뚝공 천공작업을 위한 것인 바, 케이싱의 인발 과정에서 발생하는 상당한 크기의 반력을 지지하는 것이 불가능하다. 이러한 지지대를 이용하여 케이싱을 인발하려면, 반력 지지에 충분하도록 지지대의 규모를 키워야 하는데, 이 경우 케이싱의 인발 후 지지대를 철거해야 하는 또 다른 문제에 직면하게 되고, 지지대의 규모가 클수록 지지대의 철거에 많은 시간과 비용이 소요되거나 심지어는 지지대의 철거가 불가능하게 될 수도 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1256274호(2013.04.18.공고).

본 발명은 위 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 수중 지반에 기초말뚝을 시공한 후, 케이싱이 더 이상 필요하지 않은 부분(예를 들면, 연약층 구간에 해당하는 케이싱)을 경제적이고 효율적인 방법으로 인발하여 회수할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명에서는 수중 지반에 석션 지지구조체를 설치하고, 이를 이용하여 케이싱의 관입설치 작업과 말뚝공 천공작업, 및 케이싱 인발작업을 수행함으로써, 기초말뚝의 시공이 완료된 후 케이싱에서 더 이상 필요하지 않은 부분을 용이하게 인발하여 회수할 수 있도록 하여, 고가의 강관 낭비를 억제하고, 이를 통해서 시공 경제성을 향상시킬 수 있으며, 기초말뚝의 시공 완료 후에는 석션 지지구조체를 용이하게 철거할 수 있도록 함으로써, 케이싱의 인발 및 회수에 소요되는 비용도 최소화시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 수중 지반에 연직하게 말뚝공을 천공한 후, 말뚝공에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝을 시공하는 방법으로서, 덮개(11)에 의해 내부중공이 형성되어 있도록 구성된 메인 원형관 부재(1)를 자침시켜서 메인 원형관 부재(1)을 해저 지반(300) 위에 설치하는 단계; 내부중공을 석션하여 음압상태로 만들어서 석션압에 의해 메인 원형관 부재(1)를 해저 지반(300)으로 관입한 후, 덮개(11)를 분리 제거하고 메인 원형관 부재(1)의 상단에 작업대(3)를 설치하여 석션 지지구조체(100)를 구축하는 단계; 작업대(3)에 설치된 장비를 이용하여 강관으로 이루어진 케이싱(8)을 메인 원형관 부재(1)의 내부 공간에 위치시키고 케이싱(8)의 하단을 해저 지반(300)에 관입시킨 후, 작업대(3)에 설치된 굴착장비를 케이싱(8)에 삽입하여 케이싱(8) 내부를 통해서 해저 지반(300)에 말뚝공을 천공하는 단계; 말뚝공 내에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝(80)을 형성하는 단계; 및 석션 지지구조체(100)의 작업대(3)에 설치된 장비를 이용하여 케이싱(8)을 인발하여 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법이 제공된다.

이러한 본 발명의 기초말뚝 시공방법에 있어서, 케이싱(8)의 인발 회수 단계를 수행한 후 석션 지지구조체(100)가 더 이상 필요하지 않게 되면, 석션 지지구조체(100)의 작업대(3)를 철거하는 단계; 메인 원형관 부재(1)에 덮개(11)를 다시 조립하여 메인 원형관 부재(1)에서 덮개(11) 아래쪽의 내부공간을 폐쇄된 상태로 만드는 단계; 덮개(11)에 주입관(113)을 연결하여 주입관을 통해서 메인 원형관 부재(1)의 내부공간에 물을 주입하여 내부공간의 압력을 증가시키는 역석션 작업을 수행함으로써, 메인 원형관 부재(1)의 하단을 해저 지반(300)으로부터 인발하는 단계; 및 메인 원형관 부재(1)를 인양하는 단계를 수행함으로써, 석션 지지구조체(100)를 철거하고 메인 원형관 부재(1)를 회수하게 되는 과정을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 기초말뚝 시공방법에서, 자침에 의해 메인 원형관 부재(1)가 해저 지반(300) 위에 배치된 상태에서, 이송되어 부가 원형관 부재를 메인 원형관 부재 위에 연직하게 적층 배치하고 위아래 원형관 부재를 분해가 가능한 형태로 서로 수밀하게 조립 결합한 후, 석션압에 의해 메인 원형관 부재(1)를 해저 지반(300)으로 관입하는 작업을 수행함으로써, 메인 원형관 부재(1) 위에 부가 원형관 부재가 적층되어 있는 구성을 가지도록 석션 지지구조체(100)를 구축하게 될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 기초말뚝의 시공과정에서 사용하였던 케이싱을 인발하는데 발생하는 큰 상향력에 의한 반력을 지지할만큼 충분한 구조적인 지지력을 가지는 석션 지지구조체가 구축되므로, 기초말뚝의 구축 후에는 케이싱을 해저 지반으로부터 인발하여 회수할 수 있게 된다. 따라서 본 발명을 이용하게 되면, 케이싱의 일부 내지 전부를 인발하여 회수하게 되어 자원 낭비 감소 및 시공비 절감 효과를 발휘할 수 있게 되고, 케이싱이 해저 지반에 관입되어 있던 부분에서는, 케이싱 인발의 결과로서 기초말뚝을 이루는 콘크리트가 말뚝공의 해저 지반 측벽과 직접 접하게 되어 기초말뚝과 해저 지반 간의 마찰력이 증가하게 되고, 그에 따라 기초말뚝의 지지력도 증가되는 구조적인 이점이 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 메인 원형관 부재가 자중에 의한 자침 및 석션압에 의해 설치되므로 설치작업이 매우 용이하며 신속하게 진행될 수 있는 바, 이에 소요되는 비용도 크게 줄일 수 있게 되는 장점이 있으며, 메인 원형관 부재의 자침 및 석션 작업은 해상 조건에 크게 구애받지 않고서도 수행할 수 있는 바, 큰 유속이 존재하는 장소와 같이 일반적인 타워 형태의 지지구조체를 설치하기 어려운 현장에서도 용이하게 설치할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

더 나아가, 본 발명에서는 석션 지지구조체가 원형관 부재로 이루어지고, 이는 기초말뚝 시공과 기타 작업의 완료 후 해저 지반으로부터 인발하여 회수하게 되며, 회수된 원형관 부재는 다른 현장에서 재사용 내지 재활용될 수 있는 바, 본 발명에 의하면 기초말뚝 시공의 경제성을 크게 향상시킬 수 있고, 자원절약에 있어서도 큰 이점을 가지게 된다.

도 1은 본 발명에서 이용되는 메인 원형관 부재의 일예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 3 내지 도 7은 각각 본 발명에 따른 기초말뚝의 시공방법에서, 케이싱의 설치 및 인발 작업에서 사용될 석션 지지구조체를 구축 시공하는 <석션 지지구조체 시공 과정>을 순차적으로 보여주는 개략도이다.
도 8은 본 발명에서 케이싱의 관입설치 및 말뚝공 천공작업이 완료된 상태를 보여주는 도 7의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도이다.
도 9은 도 8에 후속하여 말뚝공 내에 콘크리트가 타설되어 기초말뚝이 형성된 상태를 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 9의 상태에 후속하여 기초말뚝의 시공 완료 후 작업대에 설치된 인발장비를 이용하여 케이싱을 인발하는 것을 보여주는 도 9에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 11은 케이싱이 완전히 인발된 후, 배수된 메인 원형관 부재의 내부공간에서 기초말뚝과 결합하여 교각 구조물이 구축된 상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 11의 상태에 후속하여 메인 원형관 부재의 상단에 덮개를 다시 조립 설치한 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 13은 메인 원형관 부재를 자침에 의해 수중 지반에 배치한 후, 추가적인 부가(附加) 원형관 부재를 메인 원형관 부재 위에 적층 거치하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 상태에 후속하여 또다른 부가 원형관 부재를 더 설치하는 것을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 15 내지 도 19는 각각 메인 원형관 부재 위에 복수개의 부가 원형관 부재가 적층된 석션 지지구조체의 내부공간에 교각 구조물을 시공한 경우에, 부가 원형관 부재와 메인 원형관 부재를 순차적으로 인양하여 석션 지지구조체를 해체 철거하는 과정을 보여주는 개략적인 단면도이다.

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, 청구범위를 포함한 본 명세서에서 "원형관(圓形管) 부재"라는 용어는 단면 형상이 원형인 것뿐만 아니라 타원형이나 기타 다각형으로 이루어진 관형상 부재를 모두 포함하여 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 본 발명에서 기초말뚝이 시공되는 바다(海)뿐만 아니라 하천일 수도 있는 바, 청구범위를 포함한 본 명세서에서 "해저 지반"이라는 용어는 바다에서의 수중 지반만을 의미하는 것이 아니라 하천 바닥을 포함하는 의미 기초말뚝이 시공되는 물 아래의 지반을 모두 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

본 발명에서는 기초말뚝을 시공하는 과정에서 수행되는 케이싱의 관입설치 작업과 말뚝공 천공작업, 그리고 케이싱의 인발작업을 수행하기 위하여, 원형관 부재로 이루어져서 석션에 의해 해저 지반에 설치되는 석션 지지구조체를 이용한다. 즉, 본 발명에서는 원형관 부재로 이루어진 석션 지지구조체를 석션압(suction pressure)을 이용하여 해저 지반에 설치하고, 이렇게 설치된 석션 지지구조체를 이용하여 케이싱의 관입설치 작업과 말뚝공 천공작업, 그리고 케이싱의 인발작업을 수행하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 우선 기초말뚝을 시공한 현장으로 메인(main) 원형관 부재(1)를 이송하여 자침시켜서 해저 지반면 위에 메인 원형관 부재(1)가 놓이도록 한 후, 석션을 이용하여 메인 원형관 부재(1)의 하단을 필요한 깊이로 해저 지반에 관입시켜서 그 설치 위치가 변동되지 않고 고정되도록 한다.

도 1에는 본 발명에서 이용되는 메인 원형관 부재(1)의 일예에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 메인 원형관 부재(1)는 강관(鋼管) 본체(10)로 이루어진 것으로서, 석션압을 이용한 석션에 의한 해저 지반에 고정 설치되는 것인 바, 이러한 석션 관입 작업을 위해서는, 해저 지반면과의 사이에 밀폐된 내부공간을 형성할 수 있도록 메인 원형관 부재(1)의 횡단면을 차단하는 덮개(11)가 구비된다. 도면에 도시된 것처럼 강관 본체(10)에는 덮개(11)가 구비되어 횡단면이 가로 막히게 되고, 그에 따라 덮개(11)의 하단은 개방되어 있어서 강관 본체(10)와 덮개(11)에 의해 내부중공이 형성되어 있도록 구성되는 것이다. 덮개(11)에는 석션을 위한 석션홀(suction hole)(110)이 관통 형성되어 있다.

메인 원형관 부재(1)가 석션에 의해 해저 지반(300)에 필요한 깊이로 관입된 후에는, 케이싱(8)의 설치를 위하여 메인 원형관 부재(1)의 강관 본체(10) 내부는 연직방향으로 개방된 상태가 되어야 한다. 이를 위해서 메인 원형관 부재(1)에서 덮개(11)는 분해가 가능하도록 강관 본체(10)에 조립 결합되어 있다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 메인 원형관 부재(1)의 상단에서부터 아래쪽으로 소정 거리 이격된 위치에서, 강관 본체(10)의 내면에는 수평한 결합플랜지(15)가 설치되어 있고, 결합플랜지(15) 위에 덮개(11)의 가장자리가 위치하도록 덮개(11)가 설치된 상태에서, 결합플랜지(15)와 덮개(11)가 볼트결합되는 방식으로 덮개(11)가 강관 본체(10)에 분해 가능하도록 조립 결합되어 있다(도 2 참조). 결합플랜지(15)와 덮개(11) 사이에는 밀봉재(16)가 배치될 수 있다. 그러나 도면에 예시된 실시예는, 본 발명에서 적용할 수 있는 덮개(11)와 강관 본체(10)의 분해가능한 조립 결합 방식의 일예에 해당하며, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.

본 발명에서는 가이드 핀파일(guide pin pile)(9)을 설치하여 이를 메인 원형관 부재(1)의 석션 과정에서 메인 원형관 부재(1)의 수직도를 유지하는데 이용할 수 있는데, 이를 위하여 가이드 핀파일(9)이 결합되는 파일결합부재(90)가 강관 본체(10)의 외측 가장자리에 일체로 구비될 수 있다. 파일결합부재(90)는 가이드 핀파일(9)이 관통할 수 있는 파이프 부재로 이루어질 수 있으며, 강관 본체(10)의 측면에 용접 등에 의해 일체로 구비될 수 있다. 추후 메인 원형관 부재(1)를 철거할 때, 강관 본체(10)가 해저 지반으로부터 쉽게 인발되도록, 메인 원형관 부재(1)의 최하단에서 강관 본체(10)의 내외면에 피복부재(18)가 씌워져 있는 것도 바람직하다.

도 3 내지 도 7에는 각각 본 발명에 따른 기초말뚝의 시공방법에서, 케이싱의 설치 및 인발 작업에서 사용될 석션 지지구조체를 구축 시공하는 <석션 지지구조체 시공 과정>을 순차적으로 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 본 명세서에 첨부된 도면에서 영문자 W로 표시된 선은 수면(水面) 위치를 나타내는 것이고, 영문자 S로 표시된 선은 해저 지반(300)의 상면 위치를 나타내는 것이다.

우선 메인 원형관 부재(1)를 부유 바지(floating barge)와 같은 운반선을 이용하여 현장으로 이송한 후, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 덮개(11)가 조립되어 있는 상태의 메인 원형관 부재(1)를 해상 크레인(500)으로 인양하여 자중에 의해 수중으로 침하(자침/自沈)시켜서 해저 지반(300) 위의 설계된 위치에 놓는다(메인 원형관 부재의 자침 배치작업 수행). 메인 원형관 부재(1)가 자침되어 해저 지반(300) 상면의 설계된 위치에 놓인 후, 필요에 따라서는 복수개의 가이드 핀파일(9)을 해저 지반(300)에 하단이 관입되도록 연직하게 설치한다. 가이드 핀파일(9)은, 자침되어 있는 메인 원형관 부재(1)를 석션압에 의해 해저 지반에 관입시킬 때, 메인 원형관 부재(1)가 정해진 위치에 정확하게, 그리고 파랑 등에 대해서도 안전하고 안정적으로 연직하강할 수 있게 하여 정밀한 수직도를 확보할 수 있도록 가이드하는 기능을 하는 부재이다. 후술하는 것처럼 메인 원형관 부재(1)를 해저 지반으로부터 인발할 때에도, 메인 원형관 부재(1)가 가이드 핀파일(9)에 의해 가이드되면서 인상될 수 있는 바, 메인 원형관 부재(1)의 인발 및 인상 작업 역시 매우 안정적으로 진행할 수 있게 된다. 도면에 도시된 것처럼 가이드 핀파일(9)은 복수개로 설치될 수 있다. 가이드 핀파일(9)을 위하여, 도면에 도시된 것처럼 메인 원형관 부재(1)에는 파이프 부재로 이루어진 파일결합부재(90)가 일체로 구비될 수 있으며, 이 경우 가이드 핀파일(9)은 파일결합부재(90)를 관통하여 해저 지반에 관입 설치된다. 그러나 가이드 핀파일(9)은 반드시 설치해야만 하는 것은 아니고, 필요에 따라서는 설치를 생략할 수도 있다.

한편, 원형관 부재의 직경이 클 경우, 후술하는 것처럼 석션 관입 작업을 수행할 때, 덮개(11)가 아래로 처질 수 있고, 더 나아가 메인 원형관 부재의 상단에 작업대를 설치하였을 때 작업대가 아래로 처질 수도 있는 바, 이에 대한 대비로서 필요한 경우에는 덮개(11)의 중앙에 관통공을 형성하고 상기 관통공에 보조 말뚝을 삽입하여 보조 말뚝이 해저 지반에 관입되도록 하고 보조 말뚝은 덮개(11)와 일체화시킴으로써, 보조 말뚝에 의해 덮개(11)가 지지되도록 할 수도 있다. 물론 보조 말뚝이 덮개(11)를 관통하여 위로 길게 연장되도록 하여, 보조 말뚝과 후술하는 작업플레이트와 일체화시킴으로써, 보조 말뚝에 의해 작업플레이트가 지지되어 작업플레이트가 아래로 처지지 않도록 할 수도 있다. 도면에서 보조 말뚝 등은 도시를 생략하였다.

메인 원형관 부재(1)가 해저 지반(300) 상면의 설계된 위치에 놓인 상태에서, 도 5에 도시된 것처럼 덮개(11)에 형성된 석션홀(110)에 석션 파이프(112)를 연결하고 덮개(11) 아래의 내부중공을 석션하여 음압상태로 만듦으로써, 석션압에 의해 메인 원형관 부재(1)가 필요 깊이로 해저 지반(300)에 관입되도록 한다(메인 원형관 부재의 석션 관입작업 수행).

메인 원형관 부재(1)의 해저 지반 관입 설치가 완료되면, 석션압을 가하기 위하여 설치되었던 덮개(11)를 분리시켜 제거하고, 수면 위에 있는 메인 원형관 부재(1)의 상단에, 도 6에 도시된 것처럼 작업대(3)를 설치한다(작업대 설치작업 수행). 후술하는 것처럼 오실레이터, RCD 장치 등의 장비를 설치하여 케이싱의 관입설치 작업과 말뚝공 천공작업, 및 케이싱 인발작업을 수행할 수 있는 작업 공간을 확보하기 위하여 작업대(3)를 메인 원형관 부재(1)의 상단에 설치하는 것이다. 이 때, 작업대(3)에는 케이싱(8)이 관입될 수 있는 관통구멍(30)이 존재하여야 한다.

작업대(3)의 설치가 완료되면, 작업대(3) 위에 필요한 장비(예를 들어, 오실레이터, RCD 장치 등)를 배치한 후, 강관으로 이루어진 케이싱(8)을 연직하게 관통구멍(30)에 삽입하여 메인 원형관 부재(1)의 내부 공간에 위치시키고 오실레이터 등을 이용하여 케이싱(8)의 하단을 해저 지반(300)에 설계된 깊이로 관입시킴으로써, 도 7에 도시된 것처럼 케이싱(8)을 연직하게 해저 지반(300)에 관입 설치하는 작업을 수행한다. 후속하여 작업대(3)에 배치된 RCD와 같은 굴착장비를 이용하여 케이싱(8)의 내부에서 해저 지반(300)을 굴착하여 말뚝공을 천공한다(케이싱의 관입설치 및 말뚝공 천공작업 수행). 도 8에는 케이싱의 관입설치 및 말뚝공 천공작업이 완료된 상태를 보여주는 도 7의 선 C-C에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 참고로 도 7에서는 케이싱(8)의 관입설치 작업에 필요한 장비로서 오실레이터(400)와, 말뚝공 천공작업에 필요한 RCD(401)는 간략히 도시하였으나, 도 8에서는 편의상 도시를 생략하였다.

케이싱의 관입설치 및 말뚝공 천공작업이 완료되면, 공지의 방식에 따라 말뚝공 내에 필요한 철근을 배치하고, 말뚝공 내에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝을 형성한다. 필요한 경우에는 케이싱(8)의 수중 구간 내에도 설계 높이에 맞추어서 콘크리트를 타설할 수도 있다. 도 9에는 도 8에 후속하여 말뚝공 내에 콘크리트가 타설되어 기초말뚝(80)이 형성된 상태를 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 석션압에 의해 해저 지반(300)에 소정 깊이로 관입 설치된 메인 원형관 부재(1)와, 그 상단에 설치된 작업대(3)에 의해 석션 지지구조체(100)를 구축하게 되고, 이러한 석션 지지구조체(100)를 이용하여 케이싱의 관입설치 및 말뚝공 천공작업, 그리고 콘크리트 타설에 의한 기초말뚝 형성작업을 수면 위에서 매우 용이하게 수행할 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 위와 같은 석션 지지구조체(100)를 이용하여 케이싱(8)의 인발 회수작업을 수행하게 된다.

도 10에는 도 9의 상태에 후속하여 기초말뚝(80)의 시공 완료 후, 작업대(3)에 설치된 인발장비를 이용하여 케이싱(8)을 인발하는 것을 보여주는 도 9에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 10에 도시된 것처럼, 인발장치를 작업대(3) 위에 설치하여 케이싱(8)을 인발하게 되는데, 인발장치로서 오실레이터(400)를 이용할 수 있으며, 이 경우, 케이싱(8)에 진동을 가하면서 상향력을 가하여 케이싱(8)을 해저 지반(300)으로부터 인발하게 된다(케이싱 인발작업 수행). 이 때, 케이싱(8)을 완전히 인발하여 기초말뚝(80)으로부터 제거할 수 있다. 본 발명에서는 메인 원형관 부재(1)에 의해 석션 지지구조체(100)가 구축되어 있고, 이러한 석션 지지구조체(100)는 충분한 하향력을 지지할 수 있는 바, 케이싱(8)을 인발하는 과정에서 석션 지지구조체(100)에 큰 하향력이 가해지더라도, 안정적으로 케이싱(8)의 인발작업을 수행할 수 있게 된다.

케이싱을 인발할 때, 경우에 따라서는 케이싱(8)을 완전히 제거하지 않고, 도 10에 도시된 것처럼 해저 지반(300)에 관입되어 있는 부분에서만 케이싱(8)을 인발할 수도 있다. 이와 같이 케이싱(8)이 부분 인발되고, 나머지는 계속하여 수중에 잔류시키는 경우, 작업대(3)에서는, 인발에 의해 수면 위로 돌출된 케이싱(8)의 상향돌출 부분을 절단하여 회수하고, 이를 다양한 방법으로 재사용 내지 재활용한다(케이싱 회수작업 수행). 앞서 언급한 것처럼 케이싱에서 해저 지반의 연약층에 관입되어 부분은 기초말뚝의 설계에서 지지력을 발휘하는 구조부재로서 반영되지 못하고 사장되는데, 본 발명에서는 위와 같이 기초말뚝(80)의 구축 후에는 케이싱(8)을 해저 지반(300)으로부터 인발하게 되므로, 적어도 종래에는 사장되던 케이싱의 연약층 매립 부분에 해당하는 길이 이상은 위와 같은 방식으로 회수할 수 있게 되는 것이다. 시공되는 기초말뚝(80)의 본(本)수가 많을수록, 그리고 케이싱(8)이 해저 지반(300)에 관입되던 길이가 길수록, 본 발명에 의해 케이싱의 일부 내지 전부를 인발하여 회수하게 되는 강관의 양은 증가하게 되며, 그에 따라 자원 낭비 감소 및 시공비 절감 효과가 커지게 된다.

또한 이와 같이 케이싱(8)을 해저 지반(300)으로부터 인발하게 되면, 케이싱(8)이 해저 지반에 관입되어 있던 부분에서는, 기초말뚝(80)을 이루는 콘크리트가 말뚝공의 해저 지반 측벽과 직접 접하게 되고, 그에 따라 기초말뚝과 해저 지반 간의 마찰력이 증가하게 되어 기초말뚝의 지지력도 그만큼 증가되는 구조적인 이점도 가지게 된다.

본 발명에서 발휘되는 장점 중에서 매우 중요한 것은, 케이싱(8)의 인발에 필요한 큰 상향력에 의한 반력을 지지할 수 있는 석션 지지구조체(100)가 구축된다는 점이다. 앞서 설명한 것처럼 케이싱을 인발하기 위해서는 매우 큰 상향력이 작용하게 되고, 그에 따라 이러한 상향력에 의한 반력을 지지할만큼 충분한 구조적인 지지력을 가지는 지지구조체가 구축되어야 한다. 기초말뚝의 시공을 위해 수상에 설치하였던 종래의 지지대는, 케이싱 관입작업 및 말뚝공 천공작업을 위한 것인 바, 케이싱의 인발 과정에서 발생하는 상당한 크기의 반력을 지지하는 것이 불가능하였다. 그러나 본 발명에 따른 석션 지지구조체(100)는, 위에서 설명한 바와 같이 석션압에 의해 해저 지반에 관입 고정되는 메인 원형관 부재(1)에 의해 구축되므로, 케이싱의 인발 과정에서 발생하는 상당한 크기의 반력을 매우 안정적으로 지지할 수 있다. 본 발명의 석션 지지구조체(100)를 이루는 메인 원형관 부재(1)는 그 원통형 형상을 통해서 연직하중에 대해 매우 큰 지지력을 발휘하게 되며, 무엇보다도 석션압에 의해서 그 하단이 소정 깊이로 해저 지반에 관입되는 바, 그 위치의 변동 없이 매우 안정적으로 해저 지반에 위치할 수 있게 되며, 그에 따라 케이싱의 인발과정에서 발생하는 상향력에 의한 반력을 견고하고 안정적으로 지지할 수 있기 때문이다.

특히, 본 발명의 석션 지지구조체(100)를 이루는 메인 원형관 부재(1)는 위에서 살펴본 것처럼 자중에 의한 자침 및 석션압에 의해 설치되는 바, 그 설치작업이 매우 용이하다. 즉, 빔 부재를 이용하여 타워 형태로 설치되는 것이 아니라, 공장 생산된 강관 형태의 부재를 이송하고, 자침시키고 석션에 의해 해저 지반에 관입시키는 작업만으로도 메인 원형관 부재(1)의 설치가 가능하므로, 매우 신속하고 용이하게 석션 지지구조체(100)를 구축할 수 있으며, 이에 소요되는 비용도 크게 줄일 수 있게 되는 장점이 있다. 또한 메인 원형관 부재(1)의 자침 및 석션 작업은 해상 조건에 크게 구애받지 않고서도 수행할 수 있는 바, 큰 유속이 존재하는 장소와 같이 일반적인 타워 형태의 지지구조체를 설치하기 어려운 현장에서도 용이하게 설치할 수 있게 되는 장점도 가진다.

더 나아가, 본 발명의 석션 지지구조체(100)를 이루는 메인 원형관 부재(1)는, 후술하는 것처럼 내부중공의 가압을 통해서 해저 지반으로부터 인발하여 회수할 수 있다는 매우 중요한 장점을 가진다. 즉, 본 발명에서는 케이싱(8)의 인발을 위해 설치했던 석션 지지구조체(100)를 철거하여 회수할 수 있는 것이며, 이렇게 회수된 석션 지지구조체(100)는 다른 현장에서 재사용 내지 재활용될 수 있는 것이다. 따라서 본 발명에 의하면 기초말뚝 시공의 경제성을 크게 향상시킬 수 있고, 자원절약에 있어서도 큰 이점을 가지게 된다.

다음에서는 케이싱(8)의 설치 및 인발 회수작업 수행 후, 석션 지지구조체(100)를 철거하는 <석션 지지구조체 철거 과정>에 대해 설명한다.

기초말뚝(80)이 시공되면, 기초말뚝(80)을 이용하여 기초, 교각 구조물 등의 필요한 해상 구조물을 구축하게 된다. 메인 원형관 부재(1)의 내부공간에 물이 그대로 채워져 있는 상태에서 기초말뚝(80)을 이용하여 해상 구조물을 구축할 수도 있지만, 메인 원형관 부재(1)의 내부를 모두 배수한 후, 해상 구조물을 구축할 수도 있다. 본 발명에서는 메인 원형관 부재(1)가 석션압에 의해 해저 지반(300)에 관입되는 바, 원형관 부재(1)와 해저 지반(300) 사이에 확실한 수밀성이 확보된다. 따라서 본 발명의 메인 원형관 부재(1)는 케이싱(8)의 관입 설치 및 인발을 위한 지지구조체로서의 역할 뿐만 아니라, 가물막이로도 사용될 수 있으며, 위에서 언급한 것처럼 메인 원형관 부재(1)의 내부공간을 배수하여 건식(乾式) 작업공간을 확보한 후, 그 내부에서 기초말뚝(80)과 결합하여 교각 구조물 등의 해상 구조물을 구축할 수 있는 것이다. 물론 메인 원형관 부재(1)의 내부공간 배수를 통해서 건식 작업공간이 확보되는 경우, 케이싱(8)의 인발을 위한 오실레이터 등의 장비를 건식 작업공간의 지반면 위에 거치할 수 있으며, 따라서 케이싱(8)을 완전히 해저 지반으로부터 인발하여 제거하는 것도 더욱 용이하게 수행할 수 있게 된다.

도 11에는 케이싱(8)이 완전히 인발된 후, 배수된 메인 원형관 부재(1)의 내부공간에서 기초말뚝(80)과 결합하여 교각 구조물(200)이 구축된 상태를 보여주는 도 10에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 다음에서는 도 11에 도시된 바와 같이 교각 구조물(200)의 구축이 완료된 후를 예시하여 본 발명의 석션 지지구조체 철거 과정에 대해 설명한다.

석션 지지구조체(100)를 철거하기 위해서는, 우선 메인 원형관 부재(1)에 덮개(11)를 다시 조립하여, 메인 원형관 부재(1)의 내부공간을 폐쇄된 상태로 만든다. 작업대(3) 역시 철거한다. 도 12에는 도 11의 상태에 후속하여 메인 원형관 부재(1)의 상단에 덮개(11)를 다시 조립 설치한 상태를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 덮개(11)가 재조립된 후에는, 덮개(11)에 주입관(113)을 연결하여 주입관을 통해서 메인 원형관 부재(1)의 내부공간에 물을 주입하여 내부공간의 압력을 증가시킴으로써, 메인 원형관 부재(1)의 하단이 해저 지반(300)으로부터 인발되도록 한다. 메인 원형관 부재(1)의 내부에 존재하는 기초말뚝(80)이나 이를 이용한 해상 구조물 등이 덮개(11)의 설치에 방해가 된다면, 추가적인 부가 원형관 부재를 메인 원형관 부재(1)의 상단에 더 설치하여 원형관 부재의 상단을 더 높게 위치시킨 후 덮개(11)를 조립할 수도 있다. 메인 원형관 부재(1)의 최하단에 피복부재(18)가 씌워져 있는 경우, 위와 같이 메인 원형관 부재(1)의 내부공간에 물을 주입하여 압력을 증가시켜 원형관 부재(1)에 상승력을 가했을 때, 메인 원형관 부재(1)의 최하단이 피복부재(18)로부터 벗겨지면서 쉽게 해저 지반(300)으로부터 인발된다. 메인 원형관 부재(1)의 하단이 해저 지반(300)로부터 뽑히면, 해상 크레인을 이용하여 메인 원형관 부재(1)를 인양하면 된다. 본 명세서에서는 편의상 메인 원형관 부재(1)의 밀폐된 내부공간에 물을 주입하여 내부공간의 압력을 증가시켜는 작업을 "역(逆)석션 작업"이라고 간략하게 칭한다.

본 발명에서는 케이싱(8)의 설치와 인발을 위하여 설치하였던 석션 지지구조체(100)의 메인 원형관 부재(1)를 역석션 작업에 의해 쉽게 해저 지반으로부터 인발하고 해양 크레인을 이용하여 쉽게 인양함으로써 철거할 수 있게 된다. 철거하여 회수된 메인 원형관 부재(1)는 다른 현장에서 재사용 내지 재활용될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 석션 지지구조체(100)의 철거 및 그에 따른 재사용 내지 재활용이 가능한 바, 기초말뚝 시공의 경제성을 크게 향상시킬 수 있고, 자원도 절약할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.

위의 설명에서는, 본 발명에서 메인 원형관 부재의 자침 배치작업을 수행하고, 원형관 부재의 석션 관입작업을 수행할 때, 메인 원형관 부재(1)가 해저 지반(300)에 대한 소요 관입깊이와 수심을 합한 길이 이상의 충분한 연직길이를 가지는 것을 예시하였다. 즉, 메인 원형관 부재(1)가 충분한 연직길이를 가지고 있어서, 메인 원형관 부재(1)를 단순히 자침시키고 필요한 깊이로 해저 지반에 관입시킨 상태에서도 메인 원형관 부재(1)의 상단이 수면 위에 위치하는 경우를 예시한 것이다.

그런데 이와 같이 수심 내지 해저 지반의 연약층 두께가 커서 메인 원형관 부재(1)의 연직길이가 커질수록 규모가 증가되어 그 중량과 크기가 커지게 되어 인양 취급을 위한 대용량 크레인의 사용이 필요하게 될 수도 있다. 이와 같이 메인 원형관 부재(1)에 대해 필요한 연직길이가 과도하게 커지거나 또는 메인 원형관 부재(1)에 대해 필요한 단면 크기가 커지게 되면 메인 원형관 부재(1)의 운송 및 취급이 어려워지며, 메인 원형관 부재(1)의 취급시 대용량 크레인 사용이 요구되어, 대용량 크레인의 조달 및 운용 시의 막대한 비용 발생, 기상 상황에 의존하게 되는 현상, 그에 따른 공기(工期) 지연 등의 문제가 발생할 가능성도 있다.

이러한 상황에 대비하기 위하여, 본 발명에서는 메인 원형관 부재의 자침 배치작업 및 메인 원형관 부재의 석션 관입작업 수행시, 필요에 따라 메인 원형관 부재(1)의 위쪽으로 부가(附加) 원형관 부재를 추가적으로 더 적층하여 석션 지지구조체(100)를 구축할 수도 있다.

도 13에는 메인 원형관 부재(1)를 자침에 의해 해저 지반(300)에 배치한 후, 추가적인 부가(附加) 원형관 부재를 운반선을 이용하여 현장으로 이송하여 메인 원형관 부재(1) 위에 적층 거치하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 메인 원형관 부재(1)를 자침에 의해 해저 지반(300)에 배치한 상태에서, 석션압에 의해 메인 원형관 부재(1)를 해저 지반에 관입시켰을 때 메인 원형관 부재(1)의 상단이 수면 아래로 내려갈 것으로 예상되는 경우에는, 도 13에 도시된 것처럼 추가적인 부가(附加) 원형관 부재(2a)를 운반선을 이용하여 현장으로 이송하여 메인 원형관 부재(1) 위에 적층 거치한 후, 수면 위에서의 작업을 통해서 수밀하게 그리고 추후 분해가 가능하도록 일체로 조립 결합한다. 특히, 필요에 따라서는 현장의 수심에 맞추어서 부가 원형관 부재를 복수개로 연직 적층하여 각각 수밀하면서도 추후 분해 가능한 방식으로 일체로 조립 결합할 수는 바, 도 14에는 또다른 부가 원형관 부재(2b)를 더 설치하는 것을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도면에서는 2개의 부가 원형관 부재가 설치되는 것으로 예시하였는 바, 복수개의 부가 원형관 부재를 구분할 필요가 있을 때에는 편의상 아래쪽에 위치하는 부가 원형관 부재를 "제1층 부가 원형관 부재(2a)"라고 기재하고 그 위쪽에 위하는 부가 원형관 부재를 "제2층 부가 원형관 부재(2b)"라고 기재한다. 부가 원형관 부재는 메인 원형관 부재(1)와 동일한 직경과 단면 형상을 가진 것으로서, 메인 원형관 부재(1)와 마찬가지로 외측면에 파일결합부재(90)가 구비될 수 있으며, 이 경우 파일결합부재(90)에 가이드 핀파일(9)이 끼워진 상태로 하강하여 메인 원형관 부재(1) 위에 적층될 수 있고, 그에 따라 부가 원형관 부재를 해상 조건에 구애받지 않고 안정적으로 정해진 위치에 수직도를 확보하면서 정확하게 하강시킬 수 있게 된다. 참고로 도면에서 이점쇄선은 메인 원형관 부재(1)과 제1층 부가 원형관 부재(2a) 사이의 접합 부분, 그리고 제1,2층 부가 원형관 부재(2a, 2b) 간의 접합 부분을 나타낸다.

위에서 설명한 경우, 메인 원형관 부재(1)가 자침되어 그 상단이 수면 위에 위치한 상태에서, 그 위로 제1층 부가 원형관 부재(2a)가 동일한 위치에서 연직 적층되도록 놓이게 되므로, 메인 원형관 부재(1)와 그 위쪽의 제1층 부가 원형관 부재(2a) 사이의 접합 부분은 수면 위에 존재하게 되고, 따라서 원형관 부재(1, 2a) 간의 일체 조립 작업을 수중이 아닌 수면 위에서 효율적으로 수행할 수 있게 되는 장점이 있다. 또한 제1층 부가 원형관 부재(2a) 위에 추가적인 제2층 부가 원형관 부재(2b)를 더 적층하여 접합할 경우에도, 부가 원형관 부재(2a, 2b) 사이의 접합 부분 역시 수면 위에 존재하므로 이들 간의 일체 조립 작업 역시 수면 위에서 효율적으로 수행할 수 있다.

메인 원형관 부재(1)와 그 위쪽의 부가 원형관 부재 사이, 그리고 그 위에 적층되는 복수개의 부가 원형관 부재 사이를 수밀하게 그리고 추후 분해가 가능하도록 조립 결합하는 방식의 예로는, 원형관 부재의 상,하단에 각각 접합플랜지부를 형성하고, 원형관 부재의 적층에 의해 접합플랜지부가 마주접한 상태에서 접합플랜지부를 볼트 결합하는 방식을 이용할 수 있다. 그러나 원형관 부재 사이를 수밀하게 그리고 추후 분해가 가능하도록 조립 결합하는 방식은 위에서 예시한 것에 한정되지 않으며, 또다른 방식을 이용할 수도 있다.

한편, 위와 같이 부가 원형관 부재를 설치하는 경우, 메인 원형관 부재 위에 필요한 개수의 부가 원형관 부재가 모두 적층되어 서로 일체화된 후에 원형관 부재의 석션 관입작업을 수행할 수 있다. 즉, 부가 원형관 부재가 필요한 개수로 적층되어 메인 원형관 부재(1)와 일체화된 후에는, 메인 원형관 부재(1) 또는 부가 원형관 부재(2a, 2b)의 내측에 덮개(11)를 설치하여, 그 아래쪽 내부공간을 밀폐시킨 후, 전술한 것처럼 덮개(11)의 석션홀(110)에 석션 파이프(112)를 연결하고 석션하여 원형관 부재의 석션 관입 작업 수행하는 것이다. 물론 필요에 따라서는, 위와 같은 메인 원형관 부재의 석션 관입 작업을 수행하여 원형관 부재(1)를 해저 지반(300)에 관입시키면서, 메인 원형관 부재(1)의 상단이 하강하는 속도에 맞추어서, 메인 원형관 부재(1) 위에 부가 원형관 부재를 순차적으로 적층할 수도 있는 것이다. 일반적으로 위,아래의 원형관 부재를 수밀하게 조립 결합하는 작업은 선박을 이용하여 수행될 수 있다. 즉, 작업자들이 선박에 탑승한 상태로 원형관 부재의 접합 부분에 접근하여 조립 결합 작업을 수행할 수 있는 것이다. 이 경우 위,아래의 원형관 부재가 조립 연결되는 위치는 일정한 높이에 있는 것이 작업효율 향상에 유리하다. 이를 위해서, 메인 원형관 부재(1) 위에 제1층 부가 원형관 부재(2a)를 조립 결합한 후, 메인 원형관 부재(1)의 석션 관입 작업을 수행하고, 제1층 부가 원형관 부재(2a)의 상단이 수면 아래로 잠기기 전에 제2층 부가 원형관 부재(2b)를 제1층 부가 원형관 부재(2a) 위에 배치하여 수면 위에서 조립 결합한 후, 다시 메인 원형관 부재(1)의 석션 관입 작업을 수행하는 방식으로, 원형관 부재(1)가 해저 지반(300)에 관입되는 속도에 맞추어서 복수개의 부가 원형관 부재를 순차적으로 적층 결합하는 것도 바람직한 것이다.

위에서 설명한 방식으로 메인 원형관 부재(1)가 석션압에 의해 필요한 깊이로 해저 지반(300)에 관입되고 그 위쪽으로는 필요한 개수의 부가 원형관 부재가 적층되어 수밀하게 조립 결합됨으로써, 최상위에 위치하는 부가 원형관 부재의 상단이 수면 위에 존재하게 되는 상태가 되면, 후속하여 석션을 위해 필요했던 자재들과 덮개(11)를 제거하고, 최상위에 위치하는 부가 원형관 부재의 상단에 작업대(3)를 설치함으로써, 석션 지지구조체(100)를 완성하게 되고, 이를 이용하여 위에서 설명한 바와 같이 각종 장비를 이용하여 케이싱(8)의 설치 및 기초말뚝의 시공과정을 수행하게 된다.

본 발명에서는 위와 같이 메인 원형관 부재(1)의 연직길이를 과도하게 증가시키지 않더라도, 부가 원형관 부재를 적층하는 형태로 수심 및 해저 지반 관입깊이를 고려하여 그 상단이 상면에 존재하는 형태로 석션 지지구조체(100)를 설치할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는, 메인 원형관 부재(1) 위로 취급과 운반이 용이한 연직 높이를 가지는 부가 원형관 부재를 필요에 맞게 단수 또는 복수로 연직 적층하고 서로 수밀하게 조립 접합하여 최상단이 수면 위의 충분한 높이로 존재하는 석션 지지구조체(100)를 구축하게 되는 바, 수심이 깊고 해저 지반의 관입깊이가 크더라도, 메인 원형관 부재(1)의 연직길이를 과도하게 증가시키지 않을 수 있으며, 그에 따라 대용량 크레인의 사용을 배제하면서 석션 지지구조체의 구축을 위한 부재를 용이하게 취급할 수 있게 되고, 이를 통해서 대용량 크레인 사용에 따른 문제점을 해결하게 되고, 시공비용 절감 및 공기 단축 등의 유리한 효과를 발휘하게 된다. 물론 본 발명에 의하면, 현장의 수심에 맞추어서 용이하게 석션 지지구조체(100)를 시공할 수 있으므로 수심이 상이한 다양한 현장에서의 우수한 적용성을 가진다는 장점도 발휘된다.

한편, 위와 같이, 메인 원형관 부재(1)에 더하여 부가 원형관 부재를 더 설치하여 석션 지지구조체(100)를 구축한 경우에는, 석션 지지구조체(100)를 철거할 때, 역 석션 작업에 의해 메인 원형관 부재(1)를 해저 지반에서 인발하는 것에 더하여 부가 원형관 부재(2a, 2b)를 순차적으로 분리시켜 제거하는 작업도 수행할 수 있다. 메인 원형관 부재(1)와 부가 원형관 부재(2a, 2b)에 의해 석션 지지구조체(100)가 구축된 경우에도, 앞서 설명한 것처럼 역석션 작업에 의해 메인 원형관 부재(1)의 하단이 해저 지반(300)으로부터 완전히 인발되도록 한 후, 해상 크레인을 이용하여 메인 원형관 부재(1)와 부가 원형관 부재(2a, 2b)의 전체를 인양하여 제거할 수 있다. 그러나 경우에 따라서는 메인 원형관 부재(1)와 부가 원형관 부재(2a, 2b)의 무게가 커서, 역석션 작업에 의해 메인 원형관 부재(1)의 하단을 해저 지반으로부터 완전히 인발하는 것이 어렵거나, 더 나아가 메인 원형관 부재(1)와 부가 원형관 부재(2a, 2b)를 동시에 인양하기 위해서는 상당한 규모의 해상 크레인이 필요하게 될 수도 있다. 이 경우에는, 부가 원형관 부재를 순차적으로 분리시켜 제거하는 방법을 이용함으로써, 원활하게 메인 원형관 부재(1)를 인발하고 인양하는 과정에서 대규모 해상 크레인의 사용을 억제할 수 있다.

이러한 방법을 구체적으로 살펴보면, 우선 역석션 작업을 수행하여 메인 원형관 부재(1)의 하단을 해저 지반(300)으로부터 인발시켜서 위,아래층의 부가 원형관 부재 간의 접합 부분이 수면 위에 위치하게 만든다. 이러한 상태에서 메인 원형관 부재(1)의 상승을 일시적으로 멈추거나 상승 속도를 늦추고, 수면 위에 위치한 부가 원형관 부재를 해상 크레인과 연결하고 하층의 부가 원형관 부재로부터 분리시킨 후, 해상 크레인으로 인양하여 제거한다. 부가 원형관 부재가 복수개로 적층되어 있었다면, 위와 같이 역석션 작업에 의한 메인 원형관 부재(1)의 인발 상승시켜서 차상위 부가 원형관 부재와 그 아래쪽 부가 원형관 부재 사이의 접합 부분이 수면 위에 위치하게 만든 후, 역석션 작업에 의한 메인 원형관 부재(1)의 상승을 일시적으로 멈추거나 상승 속도를 늦추고, 상,하의 부가 원형관 부재를 분리시켜서 해상 크레인으로 수면 위의 부가 원형관 부재를 인양 제거하는 작업을 반복함으로써, 부가 원형관 부재를 모두 순차적으로 분리하여 제거한다. 이와 같은 방법에서는 위아래의 부가 원형관 부재 사이의 접합 부분이 수면 위에서 일정한 위치에 존재할 때 부가 원형관 부재의 분리 해체 작업을 수행할 수 있게 되므로, 일정한 높이에서의 작업을 반복 수행함에 따른 작업 효율의 향상 이점이 발휘된다. 최종적으로는 메인 원형관 부재(1)에 반대의 석션압을 가하는 역석션 작업을 더 수행하여 메인 원형관 부재(1)의 하단을 해저 지반으로부터 완전히 인발한 후, 해상 크레인(500)을 이용하여 메인 원형관 부재(1)를 필요한 높이로 인양하고 운반선에 탑재함으로써, 석션 지지구조체(100)의 해체 철거를 완료한다.

한편, 위와 같이 부가 원형관 부재를 순차적으로 분리시키면서 석션 지지구조체(100)를 해체 철거함에 있어서, 석션 지지구조체(100)의 내부에 교각 구조물(200)과 같은 해상 구조물이 구축되어 있는 경우에는, 다음과 같은 방법을 이용함으로써, 메인 원형관 부재(1)의 인발 작업을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 되고, 해상 크레인의 사용도 최소화시킬 수 있게 된다.

도 15 내지 도 19에는 각각 메인 원형관 부재(1) 위에 복수개의 부가 원형관 부재(2a, 2b)가 적층된 석션 지지구조체(100)의 내부공간에 교각 구조물(200)을 시공한 경우에, 부가 원형관 부재와 메인 원형관 부재를 순차적으로 인양하여 석션 지지구조체(100)를 해체 철거하는 과정을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

석션 지지구조체(100)의 내부공간에 교각 구조물(200)을 구축할 때까지의 과정, 즉 원형관 부재(1)의 관입 설치와 부가 원형관 부재의 적층 설치에 의한 석션 지지구조체(100)의 구축, 케이싱의 관입과 기초말뚝의 시공, 및 케이싱의 인발과 교각 구조물의 구축 등의 과정은 위에서 이미 설명하였는 바, 반복 설명은 생략한다.

부가 원형관 부재와 메인 원형관 부재를 순차적으로 인양하여 석션 지지구조체(100)를 해체 철거하기 위해서는 우선 메인 원형관 부재(1)를 인발하기에 앞서 도 15에 도시된 것처럼 인양용 와이어의 길이를 변화시킬 수 있는 와이어 인양장치를 교각 구조물(200)의 상단에 설치한다. 와이어 인양장치는, 인양용 와이어(6)를 감거나 풀어줄 수 있는 "와이어 권취장치"로 구성될 수도 있지만, 유압잭 등과 같이 그 실린더의 진퇴에 의해 장치 전체의 길이가 신축될 수 있는 신축잭장치로 구성될 수도 있다. 물론 신축잭장치와 와이어 권취장치가 와이어 인양장치로서 함께 사용될 수도 있다. 도면에서는 와이어 인양장치로서, 위와 같은 신축잭장치(5)를 설치하는 것으로 예시하였으며, 아래에서는 이러한 신축잭장치를 이용하여 본 발명의 석션 지지구조체(100)의 해체 철거 과정을 설명하는 바, 아래의 설명 및 청구범위에서 신축잭장치는 실린더에 의해 그 길이가 신축되는 것뿐만 아니라, 인양용 와이어를 감거나 풀어서 그 길이를 변화시키는 와이어 권취장치를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 따라서 "신축된다"는 표현은 실린더의 신축뿐만 아니라 와이어 권취장치에서 인양용 와이어를 감거나 풀어주는 것을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 설명에서 "신축잭장치의 신장"은 와이어 권취장치에서 인양용 와이어(6)를 감는 것을 의미할 수 있으며, "신축잭장치의 수축"은 와이어 권취장치에서 인양용 와이어(6)를 풀어주는 것 또는 인양용 와이어의 당김 상태를 해제하는 것을 의미할 수 있다. 그런데 와이어 권취장치 대신에 유압잭과 같은 본래 의미의 신축잭장치를 사용하는 경우, 도면에 도시된 것처럼 복수개의 신축잭장치(5)를 프레임 부재(52) 등으로 연결함으로써, 복수개의 신축잭장치의 신축이 동시에 이루어질 수 있게 된다는 추가적인 이점이 발휘된다.

복수개의 신축잭장치(5)가 설치되면, 인양용 와이어(6)를 각각의 신축잭장치(5)와 메인 원형관 부재(1) 사이에 연결 설치한다. 즉, 인양용 와이어(6)의 일단은 신축잭장치(5)에 결합하고 인양용 와이어(6)의 타단은 메인 원형관 부재(1)에 결합하는 것이다. 신축잭장치(5)와 원형관 부재(1) 사이에 인양용 와이어(6)가 연결 설치된 후에는, 도 16에 도시된 것처럼, 최상위 부가 원형관 부재에 덮개(11)를 다시 조립하고 덮개(11)에 주입관(113)을 연결하여 주입관을 통해서 덮개 아래의 내부공간에 물을 주입하여 내부공간의 압력을 증가시키는 "역석션 작업"을 수행하여 메인 원형관 부재(1)의 하단이 해저 지반(300)으로부터 인발되도록 한다. 이 과정에서 인양용 와이어(6)를 당겨서 메인 원형관 부재(1)에 대해 상승력을 더 가하게 된다. 도면에 도시된 실시예의 경우에는, 신축잭장치(5)를 신장시킴으로써 인양용 와이어(6)를 당기게 되고, 그에 따라 원형관 부재(1)에는 추가적인 상승력이 가해지고, 해저 지반(300)으로부터 더욱 쉽게 인발되어 상승하게 된다.

메인 원형관 부재(1)의 하단이 해저 지반(300)으로부터 완전히 인발된 상태에서, 최상층 부가 원형관 부재와, 그 아래 층의 부가 원형관 부재 사이의 접합 부분이 수면 위에 위치할 수도 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 따라서 메인 원형관 부재(1)의 하단이 해저 지반(300)으로부터 완전히 인발된 후에도, 최상층 부가 원형관 부재와, 그 아래 층의 부가 원형관 부재 사이의 접합 부분이 여전히 수면 아래에 위치하는 경우에는, 인양용 와이어(6)를 당겨서 메인 원형관 부재(1)에 대해 상승력을 더 가하여, 최상층 부가 원형관 부재와, 그 아래 층의 부가 원형관 부재 사이의 접합 부분이 수면 위에 있게 만든다.

이와 같이 최상층과 그 아래층의 부가 원형관 부재 간의 접합 부분이 수면 위에 위치하게 되면, 원형관 부재(1)의 상승을 일시적으로 멈추거나 상승 속도를 늦춘 상태에서, 도 17에 도시된 것처럼 수면 위에 위치한 제2층 부가 원형관 부재(2b)에 크레인 와이어(50)를 연결하고, 제2층 부가 원형관 부재(2b)를 그 하부의 제1층 부가 원형관 부재(2a)로부터 분리시킨 후, 해상 크레인(500)을 이용하여 크레인 와이어(50)를 인상시켜서 제2층 부가 원형관 부재(2b)를 제거한다.

석션 지지구조체(100)를 구축할 때, 부가 원형관 부재가 복수개로 적층되어 있었다면, 위와 같이 최상위에 위치하게 된 부가 원형관 부재에 크레인 와이어(50)를 연결한 상태에서 해당 부가 원형관 부재를 분리 해체시켜서 제거한다. 메인 원형관 부재(1)가 해저 지반으로부터 인발된 후에도, 도 18에 도시된 것처럼 인양용 와이어(6)의 당김 작업에 의해 메인 원형관 부재(1)를 더욱 상승시키고, 부가 원형관 부재를 분리시키고 제거하는 과정을 반복한다. 이 과정에서 메인 원형관 부재(1)는 인양 와이어(6)에 의해 신축잭장치(5)에 매달린 채 안정적인 상태를 유지하게 된다. 부가 원형관 부재가 모두 제거되면, 최종적으로 도 19에 도시된 것처럼 해상 크레인(500)을 이용하여 메인 원형관 부재(1)를 필요한 높이로 인양하고 운반선에 탑재함으로써, 석션 지지구조체(100)의 해체 철거를 완료한다.

위에서 살펴본 것처럼, 석션 지지구조체(100)가 원형관 부재와, 부가 원형관 부재로 이루어진 경우, 이들 원형관 부재들을 순차적으로 분리하여 제거함으로써, 석션 지지구조체(100)를 해체 철거하게 되는 바, 중소 규모의 해상 크레인으로도 이러한 해체 철거 작업을 효율적으로 수행할 수 있게 되고, 그에 따라 대규모의 해상 크레인 사용을 배제할 수 있게 되어 그에 따른 문제점 발생을 방지할 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 메인 원형관 부재와 부가 원형관 부재 간의 분리 작업, 및 부가 원형관 부재 간의 분리 작업을 수면 위에서 수행할 수 있으며, 따라서 이러한 분리 작업에 의한 석션 지지구조체(100)의 해체 철거가 매우 용이하고 효율적으로 이루질 수 있다.

1: 메인 원형관 부재
3: 작업대
5: 신축잭장치
6: 인양용 와이어
9: 가이드 핀파일
10: 강관 본체
11: 덮개

Claims (7)

1. 해저 지반에 연직하게 말뚝공을 천공한 후, 말뚝공에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝을 시공하는 방법으로서,
   강관 본체로 이루어지며, 분해가능하도록 조립설치되는 덮개에 의해 하부의 밀폐된 내부중공이 형성되어 있는 메인 원형관 부재를 자침시켜서 메인 원형관 부재를 해저 지반 위에 설치하는 단계;
   내부중공을 석션하여 음압상태로 만들어서 석션압에 의해 메인 원형관 부재를 해저 지반에 관입시킨 후, 덮개를 제거하고 메인 원형관 부재의 상단에, 케이싱이 관입될 수 있는 관통구멍이 형성되어 있는 작업대를 설치하여 석션 지지구조체를 구축하는 단계;
   석션 지지구조체의 작업대에 설치된 장비를 이용하여 강관으로 이루어진 케이싱을 작업대의 관통구멍에 삽입하여 메인 원형관 부재의 내부에 위치시킨 상태에서 그 하단을 해저 지반에 관입시킨 후, 작업대에 설치된 굴착장비를 케이싱 내부에 삽입하여 해저 지반에 말뚝공을 천공하는 단계;
   말뚝공 내에 콘크리트를 타설하여 기초말뚝을 형성하는 단계; 및
   기초말뚝이 형성된 후, 케이싱의 인발과정에서 발생하는 상향력에 의한 반력이 석션 지지구조체에 의해 지지된 상태에서 석션 지지구조체의 작업대에 설치된 장비를 이용하여, 케이싱을 해저 지반으로부터 인발하여 회수하는 단계를 포함함으로써, 석션 지지구조체를 이용하여 케이싱의 관입설치, 말뚝의 천공 및 케이싱의 인발 회수 작업이 이루어지며;
   케이싱의 인발 회수 단계를 수행한 후 석션 지지구조체가 더 이상 필요하지 않게 되면,
   작업대를 철거하는 단계; 메인 원형관 부재에 덮개를 다시 조립하여 덮개 아래쪽의 내부공간을 폐쇄된 상태로 만드는 단계; 덮개에 주입관을 연결하고 주입관을 통해서 메인 원형관 부재의 내부공간에 물을 주입하여 내부공간의 압력을 증가시키는 역석션 작업을 수행함으로써, 메인 원형관 부재의 하단을 해저 지반으로부터 인발하는 단계; 및 메인 원형관 부재를 인양하는 단계를 수행함으로써, 석션 지지구조체를 철거하고 메인 원형관 부재를 회수하게 되는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   자침에 의해 메인 원형관 부재가 해저 지반 위에 배치된 상태에서, 이송되어 부가 원형관 부재를 메인 원형관 부재 위에 연직하게 적층 배치하고 위아래 원형관 부재를 분해가 가능한 형태로 서로 수밀하게 조립 결합한 후, 석션압에 의해 메인 원형관 부재를 해저 지반으로 관입하는 작업을 수행함으로써,
   메인 원형관 부재 위에 부가 원형관 부재가 적층되어 있는 구성을 가지도록 석션 지지구조체를 구축하게 되는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법.
   
   
4. 제1항에 있어서,
   자침에 의해 메인 원형관 부재가 해저 지반 위에 배치된 상태에서, 이송되어 부가 원형관 부재를 메인 원형관 부재 위에 연직하게 적층 배치하고 위아래 원형관 부재를 분해가 가능한 형태로 서로 수밀하게 조립 결합한 후, 석션압에 의해 메인 원형관 부재를 해저 지반으로 관입하는 작업을 수행함으로써,
   메인 원형관 부재 위에 복수개의 부가 원형관 부재가 순차적으로 적층되어 있는 구성을 가지도록 석션 지지구조체를 구축하게 되며;
   석션 지지구조체를 철거하고 메인 원형관 부재를 회수할 때에는,
   메인 원형관 부재에 대해 역석션 작업을 수행하여 메인 원형관 부재의 하단을 해저 지반으로부터 인발시켜서 위,아래층의 부가 원형관 부재 간의 접합 부분이 수면 위에 위치하게 만드는 단계;
   메인 원형관 부재의 상승을 일시적으로 멈추거나 상승 속도를 늦춘 상태에서, 수면 위에 위치한 부가 원형관 부재를 하층의 부가 원형관 부재로부터 분리시켜 제거하는 단계; 및
   역석션 작업을 계속 수행하여 메인 원형관 부재의 인발 상승시켜서 부가 원형관 부재와 그 아래쪽 원형관 부재 사이의 접합 부분이 수면 위에 위치하게 만든 후, 메인 원형관 부재의 상승을 일시적으로 멈춘 상태에서, 상,하의 원형관 부재를 분리시켜 위쪽의 부가 원형관 부재를 제거하는 과정을 반복하는 단계를 수행한 후에,
   메인 원형관 부재가 해저 지반으로부터 인발되면 메인 원형관 부재를 인양하게 되는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   석션 지지구조체를 철거하기에 앞서, 석션 지지구조체의 내부공간에서 기초말뚝 위에 교각 구조물이 구축되며;
   석션 지지구조체를 철거할 때에는,
   교각 구조물에 신축잭장치를 설치하고, 인양용 와이어를 신축잭장치와 메인 원형관 부재 사이에 연결 설치한 후에, 신축잭장치를 신장시켜서 인양용 와이어를 당겨서 메인 원형관 부재에 인상력을 가하면서, 메인 원형관 부재에 역석션 작업을 수행하여 메인 원형관 부재를 해저 지반으로부터 인발하며;
   메인 원형관 부재가 해저 지반으로부터 인발된 후에도, 인양용 와이어의 당김 작업에 의해 메인 원형관 부재를 더욱 상승시키고, 부가 원형관 부재를 분리시키고 제거하는 과정을 반복하고;
   부가 원형관 부재가 제거된 후에 메인 원형관 부재를 인양하게 되는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   메인 원형관 부재의 외측면에는 가이드 핀파일이 관통하여 결합되는 파일결합부재가 일체로 구비되어 있으며;
   메인 원형관 부재가 해저 지반 위에 놓인 후, 가이드 핀파일을 메인 원형관 부재의 파일결합부재에 끼워서 해저 지반에 하단이 관입되도록 연직하게 설치하여;
   메인 원형관 부재가 석션에 의해 해저 지반에 관입될 때 및 역석션 작업에 의해 메인 원형관 부재가 해저 지반으로부터 인발 될 때, 메인 원형관 부재가 가이드 핀파일에 의해 가이드되면서 승하강하게 되는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법.
   
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   메인 원형관 부재의 외측면 및 부가 원형관 부재의 외측면에는 가이드 핀파일이 관통하여 결합되는 파일결합부재가 일체로 구비되어 있으며;
   메인 원형관 부재가 해저 지반 위에 놓인 후, 가이드 핀파일을 메인 원형관 부재의 파일결합부재에 끼워서 해저 지반에 하단이 관입되도록 연직하게 설치하며;
   부가 원형관 부재를 메인 원형관 부재 위에 연직하게 적층 배치할 때에도, 가이드 핀파일이 부가 원형관 부재의 파일결합부재에 끼워지도록 함으로써, 부가 원형관 부재가 가이드 핀파일에 의해 가이드되면서 하강하는 상태로 부가 원형관 부재를 적층하며;
   메인 원형관 부재가 석션에 의해 해저 지반에 관입될 때 및 역석션 작업에 의해 메인 원형관 부재가 해저 지반으로부터 인발 될 때, 메인 원형관 부재가 가이드 핀파일에 의해 가이드되면서 승하강하게 되는 것을 특징으로 하는 기초말뚝 시공방법.

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