KR102184891B1 - 비접촉 파일 하이브리드 앵커 - Google Patents

비접촉 파일 하이브리드 앵커 Download PDF

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KR102184891B1
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김동수
정영훈
배준식
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한국과학기술원
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Abstract

비접촉 파일 하이브리드 앵커가 제시된다. 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커에 있어서, 지반에 소정 깊이 삽입되는 석션 파일 기초; 상기 석션 파일 기초의 상측에 구성되어 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 중력식 앵커; 및 상기 석션 파일 기초 및 상기 중력식 앵커를 서로 연결하는 긴장재를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

비접촉 파일 하이브리드 앵커{PARTIALLY CONNECTED PILE HYBRID ANCHOR}
아래의 실시예들은 해양 구조물에 대한 기초 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉 파일 하이브리드 앵커에 관한 것이다.
석션 파일 기초(suction pile foundation)는 기존의 항타에 의한 파일 기초와는 파일 몸체의 근입 방식에 차이가 있다. 석션 파일 기초는 강재나 콘크리트로 구성되어 있으며, 내부 빈 공간을 가지는 것이 일반적이다. 사질토 및 점성토 지반의 해저에 일정 깊이만큼 자중을 이용하여 근입시키고 남은 근입 깊이(파일 기초 몸체 길이)는 내부 빈 공간에 채워진 물을 펌프 등을 이용하여 제거하면서 일시적으로 진공을 만들어 외부의 압력을 이용하여 추가적으로 근입시킨다. 기존의 항타 앵커나 드릴 등을 이용한 기초와는 달리 고가의 추가적인 장비가 필요하지 않아 경제성이 우수하며, 비교적 빠른 기간에 근입이 가능하다는 장점을 가지고 있어 최근 주요한 해저 지반 기초 시스템으로 고려되고 있다.
석션 기초의 높이 방향 길이는 주변 흙과의 마찰로 인한 저항력을 유발하며, 이를 통해서 인발 하중에 저항하게 된다. 기초의 지름 방향 길이는 흙과 접촉하여 압축력을 유발하며, 이를 통해서 수평 하중 및 변위를 제어하게 된다.
분리형 말뚝 기초는 불량한 지반 조건에서 지반 개량을 통해서 깊은 기초가 필요한 구조물을 얕은 기초만으로 설계할 수 있도록 유도하는 공법이다. 기초를 설계하기 위해서 가장 많이 사용되는 방법은 천공을 통해서 구조물이 위치할 지반에 기초부를 형성하고 그라우팅(grouting)이나 사석 등을 채워서 기초를 형성한다. 이를 통해서 지반이 개량된다. 이후, 얕은 기초로 설계된 구조물을 하부의 미리 형성한 기초와 어떠한 강제적인 접촉 없이 위치시킨다. 따라서 하부에 위치한 기초와 상부의 구조물 사이에는 직접적인 접촉이 발생하지 않으며, 지진 하중과 같은 횡 방향 하중이 작용할 경우 지반의 움직임을 구조물에 최소한으로 전달할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 경우에 따라서 말뚝 기초를 항타 등의 공법을 통해서 삽입하여 사용하는 경우도 있다.
석션 파일 기초 이외에도 다양한 해양 구조물 기초 시스템이 존재하고 활용되고 있다. 대표적으로 큰 하중에 계류선을 연결하여 구조물의 인발력을 중력을 이용하여 지지하는 중력식 앵커, 일반 선박 등에서 널리 사용되는 앵커 형태의 기초 등이 활용되고 있다. 하지만, 기존의 이러한 기초(앵커링) 시스템의 경우 지지하고자 하는 구조물을 완전히 고정된 상태가 아닌, 어느 정도의 허용 변위를 가지는 형태가 일반적이다.
기존의 석션 파일 기초는 인발 저항력을 위해 제안되었으며, 상부 지지하는 구조에 대해서 일정량 이상의 변위를 허용하였다. 하지만 최근 점차 해양 구조물의 사용이 단순 발전시설에 그치지 않고, 사람들이 직접 이용할 수 있는 방향으로 나아가고 있어, 이러한 일정량 이상의 변위 허용은 불가한 현실이다. 또한, 지지해야 하는 목표 구조물의 크기와 이로 인해 기초에 작용하는 하중이 커지는 만큼 석션 파일 기초에 가해지는 하중이 비약적으로 증가하고 있다. 기존 석션 파일 기초를 이러한 조건에서 그대로 사용하기 위해서는 기초 자체의 크기가 비약적으로 커져야 한다는 문제가 발생한다. 이는 최근 급격히 부상하고 있는 대규모 해양 구조물을 지지하기 위한 기초 시스템으로 부적합하며, 경제성을 이점으로 하는 기존의 석션 파일 기초의 목적에도 모순되는 사항이다.
일반적으로 분리형 말뚝 기초 공법을 활용하기 위해서는 지반 내에 기둥 형태의 기초를 타설해야 한다. 하지만 수심 60m가 넘는 극한 상황에서 이러한 기둥 형태의 기초를 형성하기에는 무리가 있다. 기둥 타설을 위해서 천공을 하더라도 조류 등에 의한 방해로 일정한 천공을 기대하기 어려우며, 사석이나 그라우팅 등을 채우기 위한 장비 역시 깊은 수중에서 순기능을 유지하는 것은 분명 한계가 있다. 깊은 수중 상황으로 항타와 같은 방법을 사용하는 것 역시 많은 비용을 유발한다.
또한, 기존의 분리형 말뚝 기초의 목적은 침하량 방지에 목적이 있어 지지하고 있는 구조물에 가해지는 인발 하중에 대해서는 저항하지 못한다는 단점을 가지고 있다.
한국등록특허 10-1834948호는 이러한 강관 마이크로파일 기초시스템 및 이를 이용한 마이크로파일 기초 시공 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국등록특허 10-1834948호
실시예들은 해양 구조물에 대한 기초 시스템에 관한 것으로, 기존 기초 시스템이 불량한 지반에서 사용되기 힘들었던 점과 지진 하중 등과 같은 단시간 안에 많은 반복 하중이 가해지는 상황에서 제 기능이 어려웠다는 단점을 보완하기 위해서 제안되었다.
실시예들은 지반 개량을 통해 구조물을 지지하는 분리형 말뚝 기초 공법과 해양 구조물의 기초 시스템인 석션 앵커 공법을 결합함으로써, 극한의 수심에서 구조물을 안정시키고, 적은 허용 변위로 제어하는 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커는, 지반에 소정 깊이 삽입되는 석션 파일 기초; 상기 석션 파일 기초의 상측에 구성되어 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 중력식 앵커; 및 상기 석션 파일 기초 및 상기 중력식 앵커를 서로 연결하는 긴장재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 석션 파일 기초는, 상기 중력식 앵커가 위치해야 할 지반이 불량할 경우 지반을 개량할 수 있다.
상기 석션 파일 기초 및 상기 긴장재 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력에 대하여 저항하는 역할을 수행하며, 인발 하중의 수평 방향 성분을 제어할 수 있다.
상기 석션 파일 기초는, 상단에 구성된 헤드부가 분리 가능하게 구성되고, 상기 석션 파일 기초가 상기 지반에 삽입 시 헤드부가 밀폐되며, 상기 지반에 소정 깊이 삽입된 후 상기 헤드부를 분리하고, 상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초의 상측에 중력식 앵커를 구성하기 위해 상기 긴장재가 연결된 헤드부를 결합시킬 수 있다.
상기 중력식 앵커는, 상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어져 내부 물질이 채워지며, 인발 하중의 수직 방향 성분을 제어할 수 있다.
상기 중력식 앵커는, 상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어지고 복수 개의 홀이 형성되어 상기 복수 개의 홀에 복수 개의 상기 긴장재의 상부가 통과되어 고정되며, 상기 바스켓 형상의 상기 중력식 앵커에 내부 물질이 채워질 수 있다.
상기 중력식 앵커의 하측에 복수 개의 상기 긴장재가 연결된 헤드부가 결합된 석션 파일 기초가 결합될 수 있다.
상기 긴장재는, 포스트 텐션이 가능한 강연선으로 구성되며, 상기 석션 파일 기초 및 상기 중력식 앵커가 설치된 후 상기 포스트 텐션을 통해 단단하게 할 수 있다.
상기 긴장재는, 유연성을 가져, 순간적으로 가해지는 수평 하중에 의해 발생된 상기 석션 파일 기초의 변위를 일정 부분 상쇄시키고 상기 중력식 앵커에 전달할 수 있다.
상기 석션 파일 기초, 상기 중력식 앵커 및 상기 긴장재를 통해 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 상기 상부 구조물을 지지할 수 있다.
다른 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법은, 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계; 상기 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결하는 단계; 및 상기 긴장재의 상측에 중력식 앵커를 구성함에 따라 상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초와 상기 중력식 앵커를 서로 연결하고, 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 석션 파일 기초 및 상기 긴장재 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력에 대하여 저항하는 역할을 수행하며, 인발 하중의 수평 방향 성분을 제어할 수 있다.
상기 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계는, 상기 석션 파일 기초의 상단에 구성된 헤드부를 밀폐시키고 지반에 상기 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결하는 단계는, 상기 지반에 소정 깊이 삽입된 후, 상기 헤드부를 분리하는 단계; 및 상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초의 상측에 중력식 앵커를 구성하기 위해, 상기 석션 파일 기초의 상단에 상기 긴장재가 연결된 헤드부를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중력식 앵커는, 상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어지고 복수 개의 홀이 형성되어 상기 복수 개의 홀에 복수 개의 상기 긴장재의 상부가 통과되어 고정되며, 상기 바스켓 형상의 상기 중력식 앵커에 내부 물질이 채워질 수 있다.
상기 석션 파일 기초, 상기 중력식 앵커 및 상기 긴장재를 통해 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 상기 상부 구조물을 지지할 수 있다.
실시예들에 따르면 지반 개량을 통해 구조물을 지지하는 분리형 말뚝 기초 공법과 해양 구조물의 기초 시스템인 석션 앵커 공법을 결합함으로써, 극한의 수심에서 구조물을 안정시키고, 적은 허용 변위로 제어하는 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 중력식 기초에서 큰 하중을 제어하고 석편 파일의 경우 지반을 개량함으로써, 모든 하중을 견디기 위해 석션 파일의 크기를 증대시킬 필요가 없어 기존의 석션 앵커를 통해서 해당 구조물을 지지하는 방식보다 경제적으로 설계가 가능한 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 하나의 기초에서 지지해야 하는 하중을 다양한 구성을 통해 분담하므로 그 크기가 작아지고, 이를 통해서 기초의 운반이나 설치가 용이한 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 석션 파일 기초를 나타내는 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 석셕 파일 기초의 종단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 긴장재가 연결된 헤드부가 결합된 석션 파일 기초를 나타내는 사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 긴장재가 연결된 석션 파일 기초를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 중력식 앵커를 나타내는 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 나타내는 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 중력식 앵커의 바스켓 채우지 않은 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 중력식 앵커의 바스켓을 채운 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커의 지중 설치 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 비접촉 파일 하이브리드 앵커에 관한 것으로, 지반 개량을 통해 구조물을 지지하는 분리형 말뚝 기초 공법과 최근 해양 구조물의 기초 시스템으로 각광받고 있는 석션 앵커 공법의 결합으로 극한의 수심에서 구조물을 안정시키고, 적은 허용 변위로 제어하는 것에 그 목적이 있다.
실시예들은 지반 개량을 위한 석션 파일 기초와 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하기 위한 중력식 앵커로 구성되어 있으며, 기존의 분리형 말뚝 기초와는 달리, 석션 파일 기초와 중력식 앵커 사이를 긴장재를 통해서 일정량 고정시키는 방식을 채택하고 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 석션 파일 기초를 나타내는 사시도이다. 그리고 도 2는 일 실시예에 따른 석셕 파일 기초의 종단면을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 석션 파일 기초(110)는 중력식 앵커(130)가 위치해야 할 지반이 불량할 경우 지반을 개량하는 것에 주목적이 있으며, 추가적으로 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력을 저항하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 인발 하중의 수평 방향 성분은 기존의 중력식 앵커(130)에서 지지하기 힘들기 때문에 중력식 앵커(130)와 긴장재(120)로 연결된 석션 파일 기초(110)에서 횡 방향 성분을 제어하는 것을 목적으로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 긴장재가 연결된 헤드부가 결합된 석션 파일 기초를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 석션 파일 기초(110)의 헤드부(111)는 분리 가능한 방식으로 설계되며, 석션 파일을 삽입할 때에는 석션압을 가하기 위해서 밀폐되며, 지반에 석션 파일 기초(110)이 목표한 깊이만큼 근입된 후 헤드부(111)를 분리하고, 긴장재(120)가 연결된 헤드부(112)를 설치할 수 있다.
석션 파일 기초(110)의 근입이 완료된 후에는 선단을 그라우팅하거나, 선단 확장형 기술을 이용하여 지반에서 쉽게 인발되지 않도록 구성할 수 있다.
긴장재(120)는 포스트 텐션이 가능한 강연선으로 구성되며, 중력식 앵커(130)와 지반에 삽입된 석션 파일 기초(110)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 석션 파일 기초(110)와 중력식 앵커(130)가 설치된 후 긴장재(120)에 포스트 텐션을 통해 두 기초를 쪼여준다. 이를 통해서 중력식 앵커(130)는 추가적인 수직 및 수평 방향의 인발 저항력을 가지게 된다. 또한, 긴장재(120)의 유연함을 통해 지진 하중과 같이 순간적으로 가해지는 수평 하중에 의해 발생된 석션 기초의 변위를 일정 부분 상쇄시키고 중력식 앵커(130)에 전달할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 긴장재가 연결된 석션 파일 기초를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 4(a)는 다른 실시예에 따른 긴장재가 연결된 석션 파일 기초(110)의 횡단면을 나타내고, 도 4(b)는 다른 실시예에 따른 긴장재가 연결된 석션 파일 기초(110)의 종단면을 나타내는 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 다른 실시예에 따른 긴장재가 연결된 석션 파일 기초(110)는 헤드부가 개방되어 있으며, 석션 파일 기초(110)의 내부에 스티프너(stiffener, 113)를 더 포함할 수 있고, 스티프너(113)를 통해 긴장재(120)와 연결될 수 있다. 즉, 석션 파일 기초(110)는 개방된 헤드부를 가지며, 석션 파일 기초(110) 내부의 스티프너(113)를 활용한 긴장재(120)의 연결 부분을 포함할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 중력식 앵커를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 중력식 앵커(130)는 석션 파일 기초(110)가 설치된 후 그 위에 설치될 수 있다. 이 때, 석션 파일 기초(110)에 연결된 긴장재(120)를 통과시키기 위해 중력식 앵커(130)에는 다수개의 홀(131)이 형성되고, 다수개의 홀(131)에 긴장재(120)가 통과되어 고정될 수 있다. 중력식 앵커(130)는 수직 방향의 인발력에 대해서 저항하며, 콘크리트나 사석 등을 바스켓에 채워서 구성될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커는 석션 파일 기초(110), 긴장재(120) 및 중력식 앵커(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
석션 파일 기초(110)는 지반에 소정 깊이 삽입되어, 중력식 앵커(130)가 위치해야 할 지반이 불량할 경우 지반을 개량할 수 있다. 예를 들어 석션 파일 기초(110)는 원통 형상으로 이루어질 수 있고, 복수 개 구성되어 중력식 앵커(130)의 하측에 서로 소정 간격을 두고 배치될 수 있다.
긴장재(120)는 석션 파일 기초(110) 및 중력식 앵커(130)를 서로 연결할 수 있다. 이러한 긴장재(120)는 포스트 텐션이 가능한 강연선으로 구성되며, 석션 파일 기초(110) 및 중력식 앵커(130)가 설치된 후 포스트 텐션을 통해 단단하게 할 수 있다. 특히, 긴장재(120)는 유연성을 가져, 순간적으로 가해지는 수평 하중에 의해 발생된 석션 파일 기초(110)의 변위를 일정 부분 상쇄시키고 중력식 앵커(130)에 전달할 수 있다.
석션 파일 기초(110)는 상단에 구성된 헤드부(111)가 분리 가능하게 구성되고, 석션 파일 기초(110)가 지반에 삽입 시 헤드부(111)가 밀폐되며, 지반에 소정 깊이 삽입된 후 헤드부(111)를 분리하고, 긴장재(120)를 이용하여 석션 파일 기초(110)의 상측에 중력식 앵커(130)를 구성하기 위해 긴장재(120)가 연결된 헤드부(112)를 결합시킬 수 있다. 이러한 석션 파일 기초(110) 및 긴장재(120) 중 적어도 어느 하나 이상은 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력에 대하여 저항하는 역할을 수행하며, 인발 하중의 수평 방향 성분을 제어할 수 있다.
중력식 앵커(130)는 상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어져 내부 물질이 채워지며, 인발 하중의 수직 방향 성분을 제어할 수 있다. 이 때, 중력식 앵커(130)의 하측에 복수 개의 긴장재(120)가 연결된 헤드부(112)가 결합된 석션 파일 기초(110)가 결합될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 중력식 앵커의 바스켓 채우지 않은 상태를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 8은 일 실시예에 따른 중력식 앵커의 바스켓을 채운 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 중력식 앵커(130)는 석션 파일 기초(110)의 상측에 구성되어 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지할 수 있다. 중력식 앵커(130)는 상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어지고 복수 개의 홀이 형성되어 복수 개의 홀에 복수 개의 긴장재(120)의 상부가 통과되어 고정되며, 바스켓 형상의 중력식 앵커(130)에 콘크리트나 사석 등의 내부 물질이 채워질 수 있다.
이러한 석션 파일 기초(110), 중력식 앵커(130) 및 긴장재(120)를 통해 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 상부 구조물을 지지할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커의 지중 설치 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 실시예들은 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 구조물을 지지하기 위한 기초 시스템에 대한 것으로, 수중 환경에서 발생할 수 있는 하중을 지지하기 적합하도록 구성될 수 있다. 석션 파일 기초(110)는 지중에 관입되어 사용되며, 중력식 앵커(130)에는 구조물을 지지하도록 계류선과 연결될 수 있다. 석션 파일 기초(110)와 중력식 앵커(130)는 설명한 바와 같이 긴장재(120)를 통해서 연결되어 설치될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법은, 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계(S110), 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결하는 단계(S120) 및 긴장재의 상측에 중력식 앵커를 구성함에 따라 긴장재를 이용하여 석션 파일 기초와 중력식 앵커를 서로 연결하고, 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 단계(S130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법의 각 단계를 설명한다. 여기서 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법은 사용자 또는 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 장치를 통해 수행될 수 있다. 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법은 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 비접촉 파일 하이브리드 앵커와 일부 중복되어 간략히 설명하기로 한다.
단계(S110)에서, 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입할 수 있다. 이 때, 석션 파일 기초의 상단에 구성된 헤드부를 밀폐시키고 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입할 수 있다.
단계(S120)에서, 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결할 수 있다. 여기서, 지반에 소정 깊이 삽입된 후, 헤드부를 분리한 후, 긴장재를 이용하여 석션 파일 기초의 상측에 중력식 앵커를 구성하기 위해 석션 파일 기초의 상단에 긴장재가 연결된 헤드부를 결합시킬 수 있다.
여기서, 긴장재는 포스트 텐션이 가능한 강연선으로 구성되며, 석션 파일 기초 및 중력식 앵커가 설치된 후 포스트 텐션을 통해 단단하게 할 수 있다. 특히, 긴장재는 유연성을 가져, 순간적으로 가해지는 수평 하중에 의해 발생된 석션 파일 기초의 변위를 일정 부분 상쇄시키고 중력식 앵커에 전달할 수 있다.
석션 파일 기초 및 긴장재 중 적어도 어느 하나 이상은 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력에 대하여 저항하는 역할을 수행하며, 인발 하중의 수평 방향 성분을 제어할 수 있다.
단계(S130)에서, 긴장재의 상측에 중력식 앵커를 구성함에 따라 긴장재를 이용하여 석션 파일 기초와 중력식 앵커를 서로 연결하고, 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지할 수 있다. 여기서, 중력식 앵커는 상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어지고 복수 개의 홀이 형성되어 복수 개의 홀에 복수 개의 긴장재의 상부가 통과되어 고정되며, 바스켓 형상의 중력식 앵커에 내부 물질이 채워질 수 있다.
이와 같이 석션 파일 기초, 중력식 앵커 및 긴장재를 통해 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 상부 구조물을 지지할 수 있다.
최근 해상 풍력 발전기를 중심으로 해상 구조물 시장의 규모가 증가하고 있다. 이러한 추세는 앞으로도 계속 이어질 전망이며, 풍력 발전시설뿐 아니라 일반 사람들이 직접적으로 이용하는 구조물까지 그 영역을 확장할 계획이다. 따라서 이를 지지할 앵커 기초 시스템이 필요하다. 나아가 앞으로의 해상 구조물은 그 안정성이 더욱 요구될 것으로 전망되며, 보다 큰 하중에 작용할 것으로 판단된다. 따라서 충분한 지지력을 가질 수 있는 앵커 시스템이 요구될 것이다.
석션 파일 공법의 경우 지지하는 인발 하중의 크기에 따라 그 치수가 결정된다. 따라서 매우 중요한 구조물이거나 큰 인발 하중을 유발하는 구조물의 경우 기초의 길이 및 지름이 비약적으로 커지게 된다. 반면, 실시예들에 따르면 큰 하중은 중력식 기초에서 제어하고, 석편 파일의 경우 지반을 개량하는 것에 그 목적이 있어, 모든 하중을 견디기 위해 석션 파일의 크기를 증대시킬 필요가 없어 기존의 석션 앵커를 통해서 해당 구조물을 지지하는 방식보다 경제적으로 설계가 가능하다.
기존에 사용되는 석션 파일 기초나 중력식 앵커만으로 목표하는 하중을 지지하기 위해서는 기초의 크기가 비약적으로 커지게 된다. 실시예들에 따르면 하나의 기초에서 지지해야 하는 하중을 다양한 구성을 통해 분담하므로 그 크기가 작아지고, 이를 통해서 기초의 운반이나 설치가 용이하다.
또한, 중력식 앵커의 경우 지반이 불량한 조건에서는 그 효율성이 크게 감소한다. 하지만, 실시예들에 따르면 석션 기초를 통해서 지반을 개량하기 때문에 별도의 지반 개량이 필요하지 않아 시공에 유리하다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 지반에 소정 깊이 삽입되는 석션 파일 기초;
    상기 석션 파일 기초의 상측에 구성되어 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 중력식 앵커; 및
    상기 석션 파일 기초 및 상기 중력식 앵커를 서로 연결하는 긴장재
    를 포함하고,
    상기 석션 파일 기초는,
    상단에 구성된 헤드부가 분리 가능하게 구성되고, 상기 석션 파일 기초가 상기 지반에 삽입 시 헤드부가 밀폐되며, 상기 지반에 소정 깊이 삽입된 후 상기 헤드부를 분리하고, 상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초의 상측에 중력식 앵커를 구성하기 위해 상기 긴장재가 연결된 헤드부를 결합시키는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석션 파일 기초는,
    상기 중력식 앵커가 위치해야 할 지반이 불량할 경우 지반을 개량하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석션 파일 기초 및 상기 긴장재 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력에 대하여 저항하는 역할을 수행하며, 인발 하중의 수평 방향 성분을 제어하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중력식 앵커는,
    상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어져 내부 물질이 채워지며, 인발 하중의 수직 방향 성분을 제어하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  6. 지반에 소정 깊이 삽입되는 석션 파일 기초;
    상기 석션 파일 기초의 상측에 구성되어 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 중력식 앵커; 및
    상기 석션 파일 기초 및 상기 중력식 앵커를 서로 연결하는 긴장재
    를 포함하고,
    상기 중력식 앵커는,
    상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어지고 복수 개의 홀이 형성되어 상기 복수 개의 홀에 복수 개의 상기 긴장재의 상부가 통과되어 고정되며, 상기 바스켓 형상의 상기 중력식 앵커에 내부 물질이 채워지는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중력식 앵커의 하측에 복수 개의 상기 긴장재가 연결된 헤드부가 결합된 석션 파일 기초가 결합되는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 긴장재는,
    포스트 텐션이 가능한 강연선으로 구성되며, 상기 석션 파일 기초 및 상기 중력식 앵커가 설치된 후 상기 포스트 텐션을 통해 단단하게 하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 긴장재는,
    유연성을 가져, 순간적으로 가해지는 수평 하중에 의해 발생된 상기 석션 파일 기초의 변위를 일정 부분 상쇄시키고 상기 중력식 앵커에 전달하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 석션 파일 기초, 상기 중력식 앵커 및 상기 긴장재를 통해 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 상기 상부 구조물을 지지하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커.
  11. 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계;
    상기 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결하는 단계; 및
    상기 긴장재의 상측에 중력식 앵커를 구성함에 따라 상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초와 상기 중력식 앵커를 서로 연결하고, 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 단계
    를 포함하고,
    상기 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계는,
    상기 석션 파일 기초의 상단에 구성된 헤드부를 밀폐시키고 지반에 상기 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계
    를 포함하고,
    상기 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결하는 단계는,
    상기 지반에 소정 깊이 삽입된 후, 상기 헤드부를 분리하는 단계; 및
    상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초의 상측에 중력식 앵커를 구성하기 위해, 상기 석션 파일 기초의 상단에 상기 긴장재가 연결된 헤드부를 결합시키는 단계
    를 포함하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 석션 파일 기초 및 상기 긴장재 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 상부 구조물에 의해서 발생되는 인발력에 대하여 저항하는 역할을 수행하며, 인발 하중의 수평 방향 성분을 제어하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법.
  13. 삭제
  14. 지반에 석션 파일 기초를 소정 깊이 삽입하는 단계;
    상기 석션 파일 기초의 상측에 긴장재를 연결하는 단계; 및
    상기 긴장재의 상측에 중력식 앵커를 구성함에 따라 상기 긴장재를 이용하여 상기 석션 파일 기초와 상기 중력식 앵커를 서로 연결하고, 상부 구조물에서 발생하는 인발 하중을 지지하는 단계
    를 포함하고,
    상기 중력식 앵커는,
    상부가 개방된 바스켓 형상으로 이루어지고 복수 개의 홀이 형성되어 상기 복수 개의 홀에 복수 개의 상기 긴장재의 상부가 통과되어 고정되며, 상기 바스켓 형상의 상기 중력식 앵커에 내부 물질이 채워지는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 석션 파일 기초, 상기 중력식 앵커 및 상기 긴장재를 통해 깊은 수중에 부유식으로 설치되는 상기 상부 구조물을 지지하는 것
    을 특징으로 하는, 비접촉 파일 하이브리드 앵커를 이용하여 구조물을 지지하는 방법.
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