KR102035664B1 - 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 상하가 개방된 내부 공간이 구성되는 중력식 기초부; 및 상판 및 스커트부를 포함하고, 중력식 기초부의 내부 공간에 상하 이동 가능하도록 구성되는 석션 기초부;를 포함하도록 구성될 수 있다. 이에 따르면, 중력식 기초의 단점인 활동, 침하에 대한 안정성을 석션 기초를 통해 보완할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

Description

중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물 및 그 시공방법{Gravity based-suction foundation hybrid type support structure and construction method thereof}

본 발명은 중력식 기초와 석션 기초를 병합한 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

해상 지지 구조물에는 중력식 기초(Gravity base foundation), 모노파일(Monopile), 재킷(Jacket), 트라이포드(Tripod), 석션 기초(Suction Foundation) 등이 있다. 도 1은 중력식 기초를 도시한 모식도이다. 도 2는 중력식 기초의 상세한 구성요소를 표시한 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중력식 기초는 해상 구조물을 지지하는 지지 구조물로서 활용된다. 중력식 기초는 해상 구조물과의 연결부 외에도 사람들이 머물 수 있는 공간인 Work Platform과 Intermediate platform, 배가 안착하는 Boat landing, 중력식 기초의 축을 구성하는 Shaft, 세굴 방지를 위한 Scour protection, 수평 하중에 대한 지지력 증대를 위한 Skirt 등을 포함할 수 있다.

도 1, 2에 도시된 바와 같이, 중력식 기초는 기초 하단을 해저면상에 거치하는 방식이므로 위의 해상 지지 구조물 중에서는 적용성이 가장 우수하나, 단단한 지반이나 정리가 잘 된 지반에 적용할 수 있는 조건이 있다. 또한, 기초의 활동, 침하, 연직도 관리가 필요하며, 큰 중량으로 인해 운반, 시공, 해체 작업이 불리하고 대규모 장비가 요구되는 문제가 있다.

해상 구조물의 경우, 바람, 조류, 파랑 등에 발생되는 수평 하중이 가장 큰 문제가 되고, 이러한 수평 하중은 자중과 다르게 반복적으로 작용하게 되므로 재료의 피로파괴로 인한 안정성에 문제를 주게 된다. 또한, 수평 하중이 가해지는 작용점의 위치가 높기 때문에 구조물에 상당히 큰 모멘트가 작용하게 되는 문제가 있다. 특히 중력식 기초는 자중으로 횡하중에 저항하는 구조물이며, 이러한 특성으로 인해 구조물이 대형화되고 콘크리트 물량이 증가하여 시공성이 좋지 않은 문제가 발생되고 있다. 또한, 하중을 자중으로만 저항하다보니 활동에 취약하고, 무거운 자중과 넓은 하부 면적으로 인해 침하에 대한 안정성을 확보하기가 어려워 안착부의 바닥 정리가 필수적인 문제가 있었다.

따라서, 도 1,2과 같은 중력식 기초의 경우, 이러한 문제를 최소화하기 위해 최초 설계시에 Tilting, Bearing capacity failure, Sliding, Buoyancy, Settlement, Dynamic behavior, Soil liquefaction, Hydraulic instability, Scour 등을 고려하고 있다.

대한민국 등록특허 10-1403455, 해저지반 수평정착 구조를 가지는 중력식 수중기초 구조물 및 그 시공방법 대한민국 공개특허 10-2013-0123047, 단일복합하이브리드기초형 해상풍력타워

위와 같은 중력식 기초의 문제를 방지하기 위하여, 기존에는 중력식 기초와 파일 기초를 병합한 복합형 지지 구조물이 제안된 바 있다(특허문헌 0002). 중력식 기초와 파일 기초를 병합하여 중력식 기초의 전도 저항 모멘트를 증가시키는 것이다. 하지만, 이러한 복합형 지지 구조물은 파일 항타를 위한 추가 공정이 필요해질 뿐만 아니라, 파일 기초로 중력식 기초에 대한 전도 저항력을 충분히 가지려면 상당한 수의 파일 기초가 필요해지는 문제가 있었다. 파일 기초의 수가 많아질수록 경제성 문제 및 공기 문제가 가중된다.

특허문헌 0001에서는 중력식 기초와 석션 기초를 병합한 복합형 지지 구조물을 제안하였지만, 중력식 기초의 수평 하중에 대한 보강의 목적이 아닌, 복수개의 석션 기초를 중력식 기초의 플랜지부에 고정하여 배치하는 형태로 구성하여 복수개의 석션 기초에 대한 석션으로 기초의 수직도 조절을 수행하는 것을 주목적으로 하고 있다. 또한, 기존 중력식 기초 대비 Size가 최소화되지 않게 되므로, 콘크리트 물량의 최소화가 어려워지는 문제가 있다. 또한, 중력식 기초를 감싸도록 석션 버켓을 복수개 구성해야 하므로, 지지 구조물의 구성에 어려움이 있고 지지 구조물의 설치가 매우 복잡해지는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 기존 중력식 대비 Size를 최소화하여 콘크리트 물량을 최적화하고, 중량 감소로 운반 편의성을 증대시킨 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 데에 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 목적은, 상하가 개방된 내부 공간이 구성되는 중력식 기초부; 및 상판 및 스커트부를 포함하고, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에 상하 이동 가능하도록 구성되는 석션 기초부;를 포함하고, 운송시에는 상기 석션 기초부의 위치가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 유지되며, 상기 석션 기초부의 해저 지반 관입시에는 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 하방으로 이동하도록 구성되는, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 제공하여 달성될 수 있다.

또한, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 구성되어, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간을 복수개의 공간으로 구획하는 격실부;를 더 포함하고, 상기 석션 기초부의 해저 지반 관입 이후, 상기 격실부의 격실별 채워지는 사석의 양 또는 격실별 배수되는 해수의 양을 조절하여 수직도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간의 하단 내측에 돌출되는 제1지지부; 및 상기 석션 기초부의 상기 상판에 외측으로 돌출되는 제2지지부;를 더 포함하고, 상기 석션 기초부의 해저 지반 관입시, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부가 상호 지지되어 상기 석션 기초부의 석션 하중이 상기 중력식 기초부에 작용될 수 있다.

또한, 운송시에는 상기 석션 기초부의 내부 공간에 구성되는 공기층에 의한 부력에 의해 상기 석션 기초부의 위치가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 유지될 수 있다.

또한, 상기 중력식 기초부의 외벽을 관통하는 제1스토퍼홀; 상기 석션 기초부의 상기 스커트부를 관통하는 제2스토퍼홀; 및 일측은 상기 제1스토퍼홀에 삽입되어 상기 중력식 기초부를 지지하고, 타측은 상기 제2스토퍼홀에 삽입되어 상기 석션 기초부를 지지하는 스토퍼;를 더 포함하고, 상기 석션 기초부의 내부 공간의 해수를 석션하는 경우, 석션에 의한 압력차에 의해 상기 스토퍼가 상기 제1스토퍼홀에서 이탈하여 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에서 하방으로 이동할 수 있다.

또한, 상기 중력식 기초의 상기 내부 공간의 내측면 및 상기 석션 기초부의 외측면 중 적어도 하나에 구성되어 마찰을 방지하는 마찰 방지부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상하가 개방된 내부 공간이 구성되는 중력식 기초부 및 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에 상하 이동 가능하도록 구성되는 석션 기초부를 포함하는 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 설치 위치까지 운송하는 운송 단계; 및 상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 해저 지반에 착저시킨 뒤, 상기 석션 기초부의 내부 공간의 해수를 석션하여 상기 석션 기초부를 상기 해저 지반에 관입시키는 석션기초 관입 단계;를 포함하고, 상기 운송 단계에서는 상기 석션 기초부의 위치가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 유지되도록 구성되고, 상기 석션기초 관입 단계에서는 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에서 하방으로 이동하도록 구성되는, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 시공방법을 제공하여 달성될 수 있다.

또한, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물은, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 구성되어, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간을 복수개의 공간으로 구획하는 격실부;를 더 포함하고, 상기 운송 단계에서, 상기 격실부를 활용하여 흘수 조정을 수행할 수 있다.

또한, 상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물은, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 구성되어, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간을 복수개의 공간으로 구획하는 격실부;를 더 포함하고, 상기 석션기초 관입 단계 이후, 상기 격실부의 격실별 채워지는 사석의 양 또는 격실별 배수되는 해수의 양을 조절하여 상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 수직도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물은, 상기 중력식 기초부의 외벽을 관통하는 제1스토퍼홀; 상기 석션 기초부의 상기 스커트부를 관통하는 제2스토퍼홀; 및 일측은 상기 제1스토퍼홀에 삽입되어 상기 중력식 기초부를 지지하고, 타측은 상기 제2스토퍼홀에 삽입되어 상기 석션 기초부를 지지하는 스토퍼;를 더 포함하고, 상기 석션기초 관입 단계에서, 상기 석션 기초부의 내부 공간의 해수를 석션하는 경우, 석션에 의한 압력차에 의해 상기 스토퍼가 상기 제1스토퍼홀에서 이탈하여 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에서 하방으로 이동할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 중력식 기초의 장점과 석션 기초의 장점을 모두 이용할 수 있게 되는 효과가 발생된다. 예를 들어, 중력식 기초의 단점인 활동, 침하에 대한 안정성을 석션 기초를 통해 보완할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존 중력식 대비 Size가 최소화되어 콘크리트 물량이 최적화되고, 중량 감소로 운반 편의성을 증대되는 효과가 발생된다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 중력식 기초에 석션 기초를 적용하여 간단한 설치 및 공기 단축이 가능해지는 효과가 발생된다.

넷째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내부 격실을 이용하여 초기 구조물의 수직도 조절을 수행할 수 있는 효과가 발생된다.

다섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 석션 기초부에 의해 지지되므로 지지 구조물 안착부의 바닥 정리를 하지 않아도 되는 효과가 발생된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 중력식 기초를 도시한 모식도,
도 2는 중력식 기초의 상세한 구성요소를 표시한 모식도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 석션 기초부가 중력식 기초부의 하방으로 돌출되어 지반에 관입된 것을 도시한 모식도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 시공 방법을 도시한 흐름도,
도 6,7은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 운송단계를 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 석션기초 관입 단계를 도시한 모식도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 수직도 조절 단계를 도시한 모식도,
도 10, 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 마감 단계를 도시한 모식도,
도 12,13은 본 발명의 변형예에 따른 스토퍼가 구성된 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 도시한 모식도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 특정 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 특정 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

중력식 기초와 석션 기초를 병합한 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 도시한 모식도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)은 중력식 기초부(1), 석션 기초부(2), 격실부(30)를 포함할 수 있다.

중력식 기초부(1)는, 중력식 기초의 역할을 하는 파트(part)를 의미하며, 격실부(30)와 석션 기초부(2)가 구성되는 길이방향의 내부 공간을 구성하는 외벽(10)과 제1지지부(12)를 포함할 수 있다. 또한, 외벽(10)과 격실부(30)에 의해 사석 및 콘크리트가 채워지는 내부 격실(11)이 구성될 수 있다. 내부 격실(11)은 상부가 개방될 수 있다. 중력식 기초부(1)의 내부 공간은 중력식 기초부(1)을 길이방향으로 관통하도록 구성되어, 석션 기초부(2)가 상하 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 중력식 기초부(1)의 내부 공간은 상하부가 개방될 수 있다. 격실부(30)는 외벽(10)의 내부 공간의 특정 위치에 고정되도록 구성되거나, 석션 기초부(2)의 상판 위에 구성될 수 있다.

제1지지부(12)는 외벽(10)의 내측 하단 적어도 일부에서 외벽(10)의 내측 원주방향으로 돌출되는 구성이다. 석션 기초부(2)가 해저 지반에 관입되었을 때 중력식 기초부(1)에 대해 석션 기초부(2)를 지지하는 구성이다. 제1지지부(12)에 의해 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)와 별개로 지지되지 않고, 석션 기초부(2)의 지지력 및 석션에 의한 관입력이 중력식 기초부(1)에 전달되게 된다.

석션 기초부(2)는 석션 기초의 역할을 하는 파트(part)를 의미하며, 상판(20), 스커트부(21), 제2지지부(22)를 포함할 수 있다.

상판(20)은 통상적인 석션버켓과 마찬가지로 본 발명의 일실시예에 따른 석션 기초부(2)의 상부를 폐쇄하는 구성이다. 상판(20)은 판상, 돔 형태 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상판(20)의 적어도 일측에 원주방향으로 돌출되는 제2지지부(22)가 구성될 수 있다.

제2지지부(22)는 석션 기초부(2)가 해저 지반에 관입되었을 때, 중력식 기초부(1)에 대해 석션 기초부(2)를 지지하는 구성이다. 제2지지부(22)와 제1지지부(12)의 상호 지지 및 작용/반작용에 의해 석션 기초부(2)의 지지력 및 석션에 의한 관입력이 중력식 기초부(1)에 전달되게 된다. 제1지지부(12)와 제2지지부(22)에 의해 석션 기초부(2)가 지반에 관입된 이후에도 중력식 기초부(1)의 내부 공간 내에서 완전히 이탈되지 않게 되므로, 중력식 기초부(1)의 장점과 석션 기초부(2)의 장점이 병합될 수 있게 된다.

스커트부(21)는 통상적인 석션버켓과 마찬가지로 본 발명의 일실시예에 따른 석션 기초부(2)의 하부에 구비되는 구성이다. 스커트부(21)의 상부에는 상판(20)이 구비되고, 스커트부(21)는 하부가 개방된 원기둥의 형태로 구성될 수 있다.

또한, 통상적인 석션버켓의 목적 및 기능을 수행하기 위하여 해수의 배출과 주입을 위해 배출구와 주입구를 상판이나 측면에 구비할 수 있고, 인발 시 작용점으로 사용하기 위한 고리를 상판 중앙이나 측면에 구비할 수 있다.

위와 같은 구성의 석션 기초부(2)는 중력식 기초부(1)의 내부 공간 내에서 상하로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 하방으로 돌출되어 지반에 관입된 것을 도시한 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 운송시에는 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 내부 공간에 위치되어 있다가, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 해저면 착저 후 석션에 의해 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 하단에 돌출되어 지반에 관입되도록 구성되는 효과가 발생된다.

중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 운송 시에는 석션 기초부(2)의 내부 공간 덕분에 부유식 운송이 가능한 효과가 발생된다. 일반적인 중력식 기초는 부유식 운송이 불가하고, Flat Barge와 같은 추가 장비를 통해 운송하는 것이 일반적인데, 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)은 석션 기초부(2)의 내부 공간에 공기층(24)을 구성하여 부력을 야기하는 방법으로 부유식 운송이 가능해지는 효과가 발생된다.

격실부(30)는 내부 격실(11)을 구획하고 배수 및 흘수 조정을 통해 운송 시 안정성을 획득하는 구성이다. 석션 기초부(2) 관입 후 내부 격실(11) 내에 사석을 채움으로써 지지 구조물의 수직도를 조절하고 착저를 마무리하게 되는 구성이다. 격실부(30)는 내부 격실(11)의 상부가 개방되도록 구성될 수 있다. 격실부(30)는 외벽(10)의 내부 공간의 특정 위치에 고정되도록 구성되거나, 석션 기초부(2)의 상판 위에 구성될 수 있다. 격실부(30)가 외벽(10)의 내부 공간의 특정 위치에 고정되도록 구성되는 경우, 격실부(30)의 석션 기초부(2)에 대한 지지력에 의해 석션 기초부(2)의 내부 공간에 형성되는 공기층(24)에 의해 발생되는 부력이 중력식 기초부(1)에도 작용되게 되는 효과가 발생된다. 또한, 격실부(30)는 중력식 기초부(1)의 내부 공간을 밀폐하지 않으면서 구획하도록 구성되어 해수압이 석션 기초부(2)에 전달되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 위와 같은 구성에 따르면, 기존 중력식 기초 대비 작은 크기로도 더 강한 지지력을 만들어낼 수 있으므로, 콘크리트의 물량이 최소화되는 효과가 발생되고, 중량의 감소로 지지 구조물의 운반 편의성이 증대되는 효과가 발생된다.

또한, 격실부(30)를 통해 해수를 배수, 흘수 조정을 할 수 있게 되므로, 지지 구조물의 전도를 사전에 방지할 수 있는 효과가 발생된다. 또한, 석션 기초부(2)의 석션 관입 후 격실부(30) 내의 중량 배분을 통해 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 수직도 조절이 가능해지는 효과가 발생된다.

또한, 석션 기초부(2)의 석션 관입을 통해 중력식 기초부(1)의 단점인 활동에 대한 안정성을 확보하게 되는 효과가 발생된다. 게다가, 석션 기초부(2)는 파일 기초에 비해 공기 단축이 가능하며, 대단지의 설치가 필요할 경우에는 공기 단축의 효과가 더 클 것으로 예상된다.

중력식 기초와 석션 기초를 병합한 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 시공방법

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 시공 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 시공 방법은, 운송 단계(S10), 진수 단계(S11), 석션기초 관입 단계(S12), 사석 채움 단계(S13), 수직도 조절 단계(S14), 마감 단계(S15)를 포함할 수 있다.

운송 단계(S10)는, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)을 해양 운송하는 단계이다. 도 6,7은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 운송단계를 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 바지선을 통해 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 설치 위치까지 운송할 수 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 인양선을 이용한 부유식 운송을 적용할 수 있다. 기존의 중력식 기초와 달리 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)은 부유식 운송이 가능한 특징이 있는데, 이는 석션 기초부(2)의 내부 공간에 공기층(24)이 형성되어 부력이 발생하도록 구성할 수 있기 때문이다. 석션 기초부(2) 내부 공간의 공기층(24)에 의해 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 내부 공간에서 돌출되지 않고 인입되어 있게 되므로, 안정적인 해상 운송이 가능해지는 효과가 발생된다. 본 발명의 일실시예에 따른 공기층(24)은 석션 기초부(2)의 석션 펌프에 의해서도 생성될 수 있다. 운송 단계(S10)에서 내부 격실(11)을 이용하여 흘수를 조정할 수 있게 되므로, 안정적인 인양이 가능해지는 효과가 발생된다.

진수 단계(S11)는 설치 위치까지 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)을 운송한 후, 격실부(30)의 내부 격실(11) 내 배수를 통해 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)을 진수하는 단계이다.

석션기초 관입 단계(S12)는 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)를 해저면에 안착시킨 후, 석션 펌프를 이용하여 석션 기초부(2)를 해저 지반에 관입시키는 단계이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 석션기초 관입 단계를 도시한 모식도이다. 석션기초 관입 단계(S12)에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 중력식 기초부(1)가 해저 지반에 착저된 상태에서 석션 펌프(23)를 이용하여 석션 기초부(2)의 내부 공간에 구성된 공기층(24)을 배출하고 해수를 배수하게 된다. 이에 따라, 석션 기초부(2)의 상판(20)에 상부에 작용되는 압력과 석션 기초부(2)의 내부 공간에 작용되는 압력에 발생되는 불균형에 의해 석션 하중이 발생되게 되고, 이러한 석션 하중에 의해 도 8에 도시된 바와 같이 석션 기초부(2)가 해저 지반에 관입되게 된다. 석션 기초부(2)가 해저 지반에 관입될 때, 제1지지부(12)와 제2지지부(22)의 상호 지지에 의해 석션 기초부(2)의 석션 하중이 중력식 기초부(1)에 작용되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 중력식 기초부(1)와 석션 기초부(2) 사이의 마찰 간섭을 줄이기 위해 중력식 기초부(1)의 내부 공간의 내벽에 마찰 방지 패드를 적용할 수 있다.

사석 채움 단계(S13)는 격실부(30)로 구획된 내부 격실(11)에 사석을 채우는 단계이다.

수직도 조절 단계(S14)는 격실별 사석의 양 및 해수의 양 조절을 통해 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 수직도를 조절하게 되는 단계이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 수직도 조절 단계를 도시한 모식도이다. 수직도 조절 단계(S14)에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 격실별 사석(31)의 양 및 해수의 양을 이용하여 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 수직도를 미세 조정할 수 있다.

마감 단계(S15)는 내부 격실(11)을 포함한 중력식 기초부(1)의 내부 공간을 콘크리트로 채워 그라우팅하고, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 상부를 마감하여 지지 구조물을 완성하는 단계이다. 도 10, 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 마감 단계(S15)를 도시한 모식도이다. 도 10, 11에 도시된 바와 같이, 석션 기초부(2)의 관입이 완료되고 수직도의 조절이 완료된 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 내부 공간을 콘크리트(32)로 그라우팅하고, 중력식 기초부(1)의 상부(33)를 마감하게 된다.

변형예

본 발명의 변형예에 따른 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)은 석션 기초부(2)의 내부 공간의 압력과 중력식 기초부(1)의 외부 압력의 차이에 의해 구동되는 스토퍼(40)를 더 포함할 수 있다. 도 12,13은 본 발명의 변형예에 따른 스토퍼가 구성된 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 도시한 모식도이다.

스토퍼(40)는 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)을 운송할 때에는 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 내부 공간에서 이동하지 않도록 지지하는 구성이다. 도 12,13에 도시된 바와 같이, 스토퍼(40)의 일측은 외벽(10)을 관통하는 제1스토퍼홀(41)에 삽입될 수 있고, 스토퍼(40)의 타측은 스커트부(21)를 관통하는 제2스토퍼홀(42)에 삽입될 수 있다. 스토퍼(40)는 제1스토퍼홀(41)과 제2스토퍼홀(42)에서 이동 가능하도록 구성될 수 있다.

도 12는 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 내부 공간 내에서 이동하지 않도록 스토퍼(40)에 의해 지지되고 있는 상태를 도시한 모식도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 운송시에는 스토퍼(40)의 일측이 외벽(10)을 지지하고, 스토퍼(40)의 타측이 스커트부(21)를 지지하도록 구성될 수 있다.

도 13은 스토퍼(40)가 제1스토퍼홀(41)에서 이탈하여 지지력을 상실하고, 석션 기초부(2)가 중력식 기초부(1)의 내부 공간 내에서 하방으로 이동한 상태를 도시한 모식도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 석션 펌프(23)에 의해 석션 기초부(2)의 내부 공간의 압력과 중력식 기초부(1)의 외부 압력에 차이가 발생되는 경우, 스토퍼(40)가 석션 기초부(2)의 내부 공간 방향으로 압력을 받아 제1스토퍼홀(41)에서 이탈하고 외벽(10)에 대한 지지력을 상실하게 된다. 이에 따라, 석션 기초부(2)는 중력식 기초부(1)의 내부 공간 내에서 자유롭게 상하 이동을 할 수 있는 상태가 되며, 석션 기초부(2)는 석션 하중 및 자중에 의해 하방으로 이동하게 된다.

본 발명의 변형예에 따른 스토퍼(40)에 따르면, 별도의 복잡한 장비 없이, 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물(100)의 운송시에는 석션 기초부(2)를 고정하면서도, 석션 기초부(2) 관입시에는 석션 기초부(2)가 하방으로 자유롭게 관입될 수 있도록 하는 효과가 발생된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 중력식 기초부
2: 석션 기초부
10: 외벽
11: 내부 격실
12: 제1지지부
20: 상판
21: 스커트부
22: 제2지지부
23: 석션 펌프
24: 공기층
30: 격실부
31: 사석
32: 콘크리트
33: 상부 마감
40: 스토퍼
41: 제1스토퍼홀
42: 제2스토퍼홀

Claims (4)

1. 상하가 개방된 내부 공간이 구성되는 중력식 기초부;
   상판 및 스커트부를 포함하고, 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에 상하 이동 가능하도록 구성되는 석션 기초부;
   상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간의 하단 내측에 돌출되는 제1지지부; 및
   상기 석션 기초부의 상기 상판에 외측으로 돌출되는 제2지지부;
   를 포함하고,
   운송시에는 상기 석션 기초부의 위치가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 유지되며, 상기 석션 기초부의 해저 지반 관입시에는 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 하방으로 이동하도록 구성되며,
   상기 석션 기초부의 해저 지반 관입시, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부가 상호 지지되어 상기 석션 기초부의 석션 하중이 상기 중력식 기초부에 작용되는 것을 특징으로 하는,
   중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 중력식 기초부의 외벽을 관통하는 제1스토퍼홀;
   상기 석션 기초부의 상기 스커트부를 관통하는 제2스토퍼홀; 및
   일측은 상기 제1스토퍼홀에 삽입되어 상기 중력식 기초부를 지지하고, 타측은 상기 제2스토퍼홀에 삽입되어 상기 석션 기초부를 지지하는 스토퍼;
   를 더 포함하고,
   상기 석션 기초부의 내부 공간의 해수를 석션하는 경우, 석션에 의한 압력차에 의해 상기 스토퍼가 상기 제1스토퍼홀에서 이탈하여 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에서 하방으로 이동하는,
   중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물.
   
3. 상하가 개방된 내부 공간이 구성되는 중력식 기초부 및 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에 상하 이동 가능하도록 구성되는 석션 기초부를 포함하는 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 설치 위치까지 운송하는 운송 단계; 및
   상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물을 해저 지반에 착저시킨 뒤, 상기 석션 기초부의 내부 공간의 해수를 석션하여 상기 석션 기초부를 상기 해저 지반에 관입시키는 석션기초 관입 단계;
   를 포함하고,
   상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물은,
   상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간의 하단 내측에 돌출되는 제1지지부; 및
   상기 석션 기초부의 상판에 외측으로 돌출되는 제2지지부;
   를 더 포함하며,
   상기 운송 단계에서는 상기 석션 기초부의 위치가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간 일측에 유지되도록 구성되고, 상기 석션기초 관입 단계에서는 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에서 하방으로 이동하도록 구성되며,
   상기 석션기초 관입 단계에서, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부가 상호 지지되어 상기 석션 기초부의 석션 하중이 상기 중력식 기초부에 작용되는 것을 특징으로 하는,
   중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 시공방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물은,
   상기 중력식 기초부의 외벽을 관통하는 제1스토퍼홀;
   상기 석션 기초부의 스커트부를 관통하는 제2스토퍼홀; 및
   일측은 상기 제1스토퍼홀에 삽입되어 상기 중력식 기초부를 지지하고, 타측은 상기 제2스토퍼홀에 삽입되어 상기 석션 기초부를 지지하는 스토퍼;
   를 더 포함하고,
   상기 석션기초 관입 단계에서, 상기 석션 기초부의 내부 공간의 해수를 석션하는 경우, 석션에 의한 압력차에 의해 상기 스토퍼가 상기 제1스토퍼홀에서 이탈하여 상기 석션 기초부가 상기 중력식 기초부의 상기 내부 공간에서 하방으로 이동하는,
   중력식-석션 하이브리드형 지지 구조물의 시공방법.
   

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