KR102647844B1 - 구조물을 위한 기초 - Google Patents

Abstract

구조물을 위한 기초(1). 기초(1)는 설치 중에 삽입 방향으로 토양에 삽입하기 위한 몸체(2)를 갖는다. 몸체(2)는 그 원위 단부에 앞굽(8)을 갖는다. 앞굽(2)은 내부 공동(15) 내로 개구(11)를 정의한다. 토양을 관통해 앞굽(2)을 이동시키면 내부 공동(15) 내에서 변위된 토양 부위로 측방향 변위된다. 변위 토양 부위로부터 토양을 멀리 운반하기 위해 설치 중에 유체를 변위 토양 부위로 유체를 유도하기 위한 하나 이상의 노즐(10)이 제공된다. 펌핑 시스템(24)은, 변위 토양 부위 내에서 토양 현탁액 압력을 감소시키기 위해 설치 중에 내부 공동(15)으로부터 유체를 배출하기 위해 또한 제공된다.

Description

구조물을 위한 기초

본 발명은 구조물을 위한 기초 및 이를 설치하기 위한 방법과 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 건물, 벽, 시트 파일 벽, 연안 구조물, 및 풍력 터빈과 같은 구조물을 지지하기 위해 토양에 삽입될 수 있는 구조물 기초에 관한 것으로, 예컨대 파일, 튜브형 파일, 모노파일, 재킷 파일, 흡입 버킷/잠합 기초(suction bucket/caisson foundations) 및 흡입 앵커, 스커트형 기초(skirted foundation), 시트 월, 정박 돌핀형(berthing dolphin), 및 다른 형태의 일시적 및 영구적으로 얕거나 깊은 기초에 관한 것이다. 흡입 버킷/잠합 기초가 100 m 이하의 수심과 강한 토양의 재킷 구조물용 얕은 기초에 가장 적합함을 이해할 것이다. 흡입 앵커는, 심해의 부드러운 침전물에서 부동 오일 플랫폼을 묶기 위한 앵커 사슬에 가장 적합하다. 본 발명은 연안 기초에 특히 적합하고, 보다 구체적으로는 개방 말단의 관형 기초 유형, 예컨대 모노파일, 재킷 파일 및 흡입 버킷에 적합하다.

기초를 삽입 방향으로 토양에 밀어 넣도록 일련의 축 방향 충격을 인가하기 위해, 파일 해머를 사용하여 기초를 땅으로 밀어 넣음으로써, 구조물 기초는 일반적으로 설치된다. 일단 설치되면, 기초는 기초 몸체의 측면에 인가된 마찰력 및 이보다 작은 정도로 기초 앞굽(tow)에서의 추가 침투에 대한 저항에 의해 축 방향으로 지지된다.

설치 중에, 기초의 원위 단부에서의 앞굽이 아래로 구동되면서, 이는 토양을 변위시킨다. 이는 주변 부위의 토양을 압축한다. 그러나, 기초가 더욱 깊이 구동되고 압력이 증가함에 따라, 기초의 앞굽에서 토양을 계속 변위시키기 위해 필요한 힘이 또한 증가한다. 동시에, 토양과 접촉하는 기초의 표면적은 증가하여, 구동에 대한 마찰 저항을 극복하는 데 필요한 전단력의 증가를 초래한다. 그 결과, 기초가 토양에 더 깊이 설치됨에 따라 지지력 저항이 증가한다.

최근 몇 년간 더 큰 모노파일과 다른 기초를 사용하는 경향이 있었고, 이는 이들 설치에 있어서 상기 도전 과제를 악화시켰다. 예를 들어, 더 큰 충격력 및/또는 더 많은 수의 해머 충돌이 더 큰 기초의 파일 구동에 요구되고 있다. 이는 결국 기초에 상당한 파괴 저항 요건을 부여한다. 동시에, 큰 충격에 의해 발생된 소음도 또한 증가되며, 이는 환경 및 안전 위험을 많이 준다.

상기의 관점에서, 보다 쉽게 기초를 설치하기 위한 다양한 방법 및 시스템이 제안되어 왔다. 예를 들어, 전기 삼투압은, 공극수를 기초 몸체에 유인함으로써 파일 설치 중에 샤프트 저항을 낮추는 메커니즘으로서 제안되었다. 이렇게 함으로써 토양과 기초 표면 사이의 계면을 윤활시킨다. 그러나, 이 분야에서 연구가 계속되고 있지만, 전기 삼투압은 모든 상황에서 적합하지 않을 수 있다. 이와 같이, 기초의 설치 중에 설치 저항을 감소시키기 위한 다른 방법 및 시스템에 대한 필요성이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 제1 양태에 따라 구조물용 기초를 제공하고, 이는 설치 중에 삽입 방향으로 토양에 삽입하기 위한 몸체를 포함하고, 상기 몸체는 원위 말단에 압굽을 갖고, 상기 압굽은 내부 공동으로의 애퍼처를 정의하되, 상기 토양을 통해 압굽을 이동시키면 상기 내부 공동 내에서 변위 토양 부위로 토양을 측방향 변위시키고; 상기 기초는 상기 변위 토양 부위로부터 토양을 멀리 운반하기 위해 설치 중에 상기 변위 토양 부위로 유체를 유도하기 위한 하나 이상의 노즐; 및 상기 변위 토양 부위 내에서 토양 현탁액 압력을 감소시키기 위해 설치 중에 상기 공동 내부로부터 유체를 배출하기 위한 펌핑 시스템을 추가로 포함한다.

이 방식으로, 본 발명은 더욱 쉽게 설치될 수 있는 기초를 제공한다. 특히, 변위 토양 부위로 유체를 전달하면, 그 부위로부터 침전물을 멀리 운반할 수 있게 함으로써, 새로운 토양이 그쪽으로 변위되면서 그 부위가 지나치게 압축되는 것을 방지한다. 이는 기초의 앞굽에서 토양의 지지력 파괴 메커니즘을 계속시키면서, 유체는 또한 토양과 기초 몸체 사이의 계면에서 마찰을 감소시키도록 작용한다. 동시에, 펌핑 시스템은 내부 공동으로부터 유체를 배출하도록 작용한다. 예를 들어, 공기, 물 및/또는 다른 유형의 유체가 내부 공동의 근위 말단으로부터 펌핑될 수 있다. 이는, 결국에 원위 위치한 변위 토양 부위 내의 토양 현탁액 압력을 감소시키고, 이에 의해 몸체가 토양으로 더 깊이 침투하면서 토양 지지력 파괴 메커니즘에 역작용하는 토양 현탁액 압력 증가의 효과를 완화시킨다. 결과적으로, 유체 캐리어 및 유체 배출 기구는 상승 작용하여 지지력 저항 및 내부 벽 마찰을 감소시킨다. 따라서 파일을 구동하기 위해 더 작은 파일 구동력을 요구하고, 소음을 덜 발생시킬 수 있고, 보다 작은 파일 구동 해머를 사용할 수 있다. 일단 기초를 요구 깊이로 설치하였다면, 그 다음 유체 제트 분사 시스템은 꺼지고 유체가 토양으로부터 배출되어 토양을 재안정화시킬 수 있다. 또한, 청구범위의 배열을 이용해, 노즐에 의해 전달된 유체는 기초의 내부 공동 내에서 협재화되고 그 결과 외부 토양은 거의 방해받지 않고 유지되어, 일단 설치되면 보다 더 안정적인 기초 지지를 제공한다.

구현예에서, 펌핑 시스템은 내부 공동으로부터 물을 배수한다. 이러한 방식으로, 지하수면에서 물을 배수함으로써 기초의 내부 지하수면의 높이를 감소시킬 수 있다. 이에 대해, 펌핑 시스템은 내부 공동으로부터 물을 흡인하기 위한 흡인 파이프를 포함할 수 있다.

구현예에서, 펌핑 시스템은 내부 공동으로부터 공기를 배기한다. 이러한 방식으로, 흡입 효과는, 기초의 내부에서 발생된 부분 진공에 의해 생성된다. 이에 따라, 기초 몸체 내의 지하수면에 인가되는 대기압을 감소시키고, 이는 결국 변위 토양 부위 내의 토양 현탁액 압력을 낮춘다.

구현예에 있어서, 기초는, 변위 토양 부위 내의 토양 현탁액 압력을 기초 몸체 외부의 토양의 인접 부위 내부의 유체 압력에 실질적으로 매칭시키기 위해, 파일 설치 중에 펌핑 시스템을 제어하기 위한 제어기를 추가로 포함한다. 이러한 방식으로, 기초 압굽의 침식된 표면 아래의 토양의 주변 수압과 토양 현탁액 압력의 차이가 최소화된다. 이와 같이, 새로운 토양을 토양 현탁액으로 변위시키는 데 필요한 힘이 최소화된다. 동시에, 주변 토양 구조를 손상시키지 않도록 토양 부위 사이의 압력 차이가 최소화된다.

구현예에 있어서, 제어기는, 내부 공동 내의 지하수면 높이를 기초 몸체의 외부의 수위 아래로 감소시키도록 펌핑 시스템을 제어한다. 이러한 방식으로, 기초 몸체 내부에서 물에 의해 위에서 가해지는 압력을 감소시킴으로써 토양 현탁액 압력을 감소시킨다.

구현예에 있어서, 몸체는 기초의 직경이 증가하는 원뿔형 영역을 포함한다. 이러한 방식으로, 기초의 측방향 벽의 부위가 바깥 쪽으로 테이퍼가 있어서 확대된 설치 면적을 제공할 수도 있다. 이는, 이 부위의 내부 및 외부 압력 차이 결과로서 하방력(down force)을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 생성된 하방력은 설치 중에 기초를 구동하는 것을 보조할 수 있다.

바람직하게는, 기초는 중공형 기초로서 제공된다. 보다 바람직하게는, 기초는 중공형 파일 기초이다. 보다 더 바람직하게는, 기초는 모노파일이다. 예를 들어, 모노파일은 중공형 관형재 몸체를 포함할 수 있으며, 환형부는 내부 공동을 정의한다.

바람직하게는, 앞굽은 테이퍼가 있다. 이러한 방식으로, 지지력 저항이 최소화된다. 보다 바람직하게는, 앞굽은 토양을 안쪽으로 변위시키기 위해 테이퍼가 있다. 이러한 방식으로, 토양은 기초 몸체의 내부로 변위되어, 외부 토양은 실질적으로 방해받지 않는다.

구현예에 있어서, 몸체는 원뿔형 부위를 포함한다. 이러한 배열을 이용하여, 펌핑 시스템의 펌핑 속도를 제어함으로써, 내부에서의 낮은 압력에 대해 원뿔형 부위의 외부에서의 더 높은 유체 압력으로 압력 차이가 생성될 수 있다. 이에 따라, 유익한 하방력을 생성시켜 기초의 설치를 보조할 수 있다.

바람직하게, 하나 이상의 노즐은, 몸체의 내부 표면에서 유체를 유도하기 위해, 기초 몸체의 원주에 대해 실질적인 접선 방향으로 유도된다. 이러한 방식으로, 유체는, 토양을 몸체 내부 표면과의 접촉에서 떨구게 할 수 있고, 이에 따라 계면을 윤활하게 하고, 기초를 구동하기 위해 필요한 전단력을 감소시킬 수 있다.

바람직하게, 하나 이상의 노즐은. 삽입 방향으로 60 내지 180도인 평면에 유도된다. 이러한 방식으로, 노즐은 변위 토양 부위에서의 침전물이 삽입 방향에 대해 위쪽으로 또는 근위로 이동하는 것을 보조할 수 있다. 더 낮은 각도에서, 이는 토양 침식을 촉진함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 특히 바람직한 구현예에서, 노즐은 삽입 방향에 대한 90 내지 180의 범위로 유도되어 이러한 침전물의 상방 이동을 향상시키 위해 실질적으로 수평면에서 또는 수평면 위로 각도가 진 평면으로 유체 흐름을 유도한다. 즉, 노즐을 상방 각도로 조절함으로써, 노즐은 제트 분사된 토양 표면 상에 작용하는 압력을 감소시키고 앞굽 아래에서 내부 지지력 파괴를 더욱 쉽게 하는 것을 보조할 수 있다. 이와 관련하여, 침식된 토양은 물보다 높은 밀도의 현탁액을 형성하며, 이에 따라 상기 침식 표면 아래의 토양의 주변 수압에 비해 보다 높은 현탁액 압력을 초래한다. 이는, 현탁액으로부터 토양으로의 물 흐름를 초래하고 이에 따른 수직 하방 응력을 초래하고, 그렇지 않으면 설치 저항을 증가시킬 것이다. 이에 따라 펌핑 시스템은 토양 현탁액 압력을 감소시킴으로써, 이 효과를 완화시키도록 작용한다. 일부 구현예에서, 고압 제트 중 적어도 일부는 또한 상방으로 대향하고 이에 의해 환형부 내의 현탁액을 들어올리고 제트 분사 전방 위의 현탁액 압력을 감소시킬 수 있다. 이는 또한 설치 저항을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.

구현예에서, 하나 이상의 노즐은 가압 유체 공급부에 의해 공급된다. 바람직하게는, 이 가압 유체 공급은 주변 유체 압력에 대해 10 기압 초과, 보다 바람직하게는 주변 유체 압력에 대해 80 기압 초과, 더욱 바람직하게는 주변 유체 압력에 대해 100 기압 초과이다.

구현예에서, 하나 이상의 노즐은 복수의 노즐을 포함하고, 복수의 노즐은 몸체 내부 표면 주위에 분포되어 있다. 이러한 방식으로, 유체는 보다 균일한 윤활 효과를 제공하기 위해 토양 기둥의 원주 주위에 전달될 수 있다. 구현예에 있어서, 복수의 노즐은 기초의 축을 따라 연장된 몸체 내부 표면의 부위에 걸쳐 분포된다.

구현예에 있어서, 기초는 변위 토양 부위 근위의 토양에 유체를 전달하기 위한 하나 이상의 저압 노즐을 추가로 포함한다. 이러한 방식으로, 침전물 운반이 변위 토양 부위로부터 멀리 흐르는 것을 향상시키기 위해 더 낮은 압력 유체 흐름이 제공될 수 있다.

구현예에서, 하나 이상의 저압 노즐은 복수의 저압 노즐을 포함하고, 복수의 저압 노즐은 몸체 내부 표면 주위에 분포되어 있다. 이러한 방식으로, 기초의 환형부 내에서 침전물의 상방 운반을 더 균일하게 제공하기 위해, 유체를 토양 기둥의 원주 둘레에 전달시킬 수 있다.

바람직하게, 유체는 물을 포함한다. 유체는, 예를 들어 해수 또는 수용액 또는 현탁액일 수 있다. 예를 들어, 토양 기둥 붕괴의 위험을 완화하기 위해 벤토나이트와 같은 점도 증가 첨가제가 유체에 제공될 수 있다. 이에 대해, 노즐 및/또는 벤트를 통해 전달된 유체의 압력, 유속 및/또는 조성을 제어하기 위한 제어기를 제공하여, 토양 기둥의 특성을 관리함으로써 이의 붕괴 위험을 최소화시킬 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 구조물 기초 시스템이 제공되며, 이는, 상기에 따른 기초; 및 상기 유체를 상기 노즐에 공급하기 위한 가압 유체 공급부를 포함한다.

본 발명의 제3 양태에 따라, 상기에 따른 기초를 설치하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 앞굽을 상기 토양에 삽입하는 단계; 상기 몸체를 상기 삽입 방향으로 강제하는 단계; 상기 변위 토양 부위에서 상기 유체를 유도하기 위해 상기 노즐에 상기 유체를 공급하는 단계; 및 상기 변위 토양 부위 내에서 상기 토양 현탁액 압력을 감소시키도록 상기 내부 공동으로부터 유체를 배출하기 위해 상기 펌핑 시스템을 구동시키는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 방법은, 상기 변위 토양 부위 내의 토양 현탁액 압력을 상기 기초 몸체 외부의 토양의 측방향 인접 부위 내부의 수압에 실질적으로 매칭시키기 위해, 상기 펌핑 시스템을 제어하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 방식으로, 기초 압굽의 침식된 표면 아래의 토양의 주변 수압과 토양 현탁액 압력의 차이가 최소화된다.

바람직하게, 상기 펌핑 시스템을 제어하는 단계는, 내부 공동 내의 지하수면 높이를 상기 기초 몸체 외부의 수위 아래로 감소시키도록 펌핑 시스템을 제어하는 단계를 포함한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 구현예가 이제 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 기초의 단면 등척도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 기초의 원위 단부의 내부 표면의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 나타낸 노즐을 확대한 도면으로 (a)는 내부 표면의 평면도를 보여주고 (b)는 기초 몸체를 통한 단면도를 보여준다.
도 4는 제1 구현예에 따른 기초 몸체의 원위 단부를 통한 단면 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 구현예에 따른 기초 몸체의 원위 단부를 통한 단면 개략도로 (a)는 지하수면의 제어가 없는 것을 나타내고 (b)는 지하수면의 제어가 있는 것을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제3 구현예에 따른 기초의 단면 개략도로 (a) 내지 (d)는 설치 단계 동안의 기초를 보여준다.

도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 기초의 원위 단부 영역의 단면 등척도를 나타낸다. 이 구현예에서, 기초(1)는 모노파일이다.

기초(1)는 외부 측면(3), 및 보어(15) 형태의 내부 공동을 정의한 내부 측면(4)을 갖는 중공형 관형재 몸체(2)를 포함한다. 몸체의 원위 단부는 앞굽(8)을 포함하고, 이는 개구(11)를 한정하고, 토양을 내부 보어(15)를 향해 유도하기 위해 반경 방향 안쪽으로 대향한 테이퍼 표면을 갖는다.

후술하는 바와 같이, 단차(7)는 마찰력 파단을 제공하기 위해 앞굽(8)의 원위 단부 위로 외부 측면(3) 상에 인덴트를 형성한다.

도 1 및 도 2의 평면도에 나타낸 바와 같이, 기초의 내부는 유체 제트 분사 시스템을 구비하고, 이는 복수의 고압 공급 파이프(6)를 갖고, 이들 각각은 내부 표면(4) 아래 원위로 연장되고 고압 매니폴드(9)로 공급된다. 각각의 고압 매니폴드(9)는 보어(15) 주위에서 원주 방향으로 일정 거리 연장되고, 유체를 복수의 노즐(10)에 분배한다.

이 구현예에서, 유체 제트 분사 시스템은 복수의 저압 공급 파이프(5)를 추가로 포함하고, 이들 각각은 내부 표면(4) 원위로 하방 연장되고 저압 매니폴드(12)로 공급된다. 각각의 저압 매니폴드(12)는 보어(15) 주위에서 원주 방향으로 일정 거리 연장되고, 유체를 복수의 저압 노즐 또는 벤트(13)를 통해 분배한다.

저압 매니폴드(12)는 고압 매니폴드(9)의 측방향 평면 위에 축 방향으로 측방향 평면에 위치한다. 도 2에 가장 명확히 나타낸 바와 같이, 고압 매니폴드(9) 및 저압 매니폴드(12)는 원주 방향으로 분포되어, 사용시 보어(11)에 위치한 토양 기둥의 원주 주위에 유체를 전달하기 위해 그들 각각의 노즐(10) 및 벤트(13)가 균일하게 내부 표면(4)의 원주 주위에 이격되도록 한다. 동시에, 벤트(13)는 워터 노즐(10)에 의해 침식된 토양으로부터 형성된 토양 현탁액으로 저압 유체를 공급할 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 기초의 내부는, 내부 보어(15)의 근위 단부에 축적된 유체를 배출하기 위해 사용되는 배출 펌핑 시스템(24)을 추가로 구비한다. 이 구현예에서, 펌핑 시스템은 펌프(미도시)에 연결된 배출 파이프(24)를 포함하고, 기초를 설치하는 동안에 내부 지하수면 아래에 놓이고 수면으로부터 물을 흡인하도록 구성된다.

도 3의 (a)는 도 2에 나타낸 노즐(10)과 저압 벤트(13)의 확대도를 나타낸다. 도 3의 (b)는 본체를 통한 단면도를 노즐(10)과 나란하게 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 노즐(10)은 기초의 삽입 방향에 90도인 측방향 평면에서 접선 방향으로 유도된다. 노즐(10)로부터의 유체의 흐름은 기초의 내부 표면(4) 전체에 대해 유도된다. 또한, 각 노즐(10)로부터의 분무는 인접한 노즐을 좌측으로 둘러싸도록 (도시된 바와 같이) 유도됨으로써, 노즐에서의 잔해 축적을 방지한다.

저압 벤트(13)는 이 구현예에서 기초의 삽입 방향에 50도로 반경 방향 안쪽으로 유도되고 개방된다. 이와 같이, 저압 유체는 고압 매니폴드(9) 위에 위치한 토양 현탁액 내에 공급될 수 있다.

도 4는, 일단 단부가 토양에 삽입되는 경우에, 기초 몸체(2)의 원위 단부를 통한 단면 개략도를 나타낸다. 기초의 환형은, 토양 기둥을 정의하는 토양 현탁액으로 충진하는 내부 보어(15)를 정의한다.

설치 중에, 앞굽(8)은 삽입 방향에서 토양을 축 방향으로 하방 관통한다. 단차(7)는, 기초 몸체(2)의 외부 표면(3) 위로 벽 마찰을 최소화하기 위한 마찰 파단부로서 작용하도록 제공된다. 즉, 단차(7)의 바로 위의 외부 표면(3)은 토양의 침투 중에, 단차(7)에 의해 제공된 공간에 의해, 인접 토양으로부터 분리된다. 탄성적 절반 공간 이완에 의해 토양을 기초 위 멀리 외부 표면(7)과 접촉시킬 수 있더라도, 분리 부위는 더 낮은 마찰 저항을 가질 것이다. 일단 설치가 완료되면, 토양은 단차(7)에 의해 형성된 공간을 채우기 위해 이완되어, 기초(1)의 축 방향 하중 지지력을 증가시킨다. 간극은 또한 환형부의 외부 표면 아래로 흘러 내리는 침전물로 충진할 것이다. 상기 파일의 측방향 하중은 이 새로운 침전물을 컴팩트하게 한다.

앞굽(8)이 토양을 관통함에 따라, 이의 테이퍼는 앞굽의 지지 저항을 감소시키기 위해 작용한다. 바람직하게는, 테이퍼의 각도는, 앞굽의 원위 팁의 기계적 강도를 과도하게 손상시키지 않고 지지 저항을 최소화하기 위해서 40~80도, 더욱 바람직하게는 45~75도 범위, 보다 더 바람직하게는 50~60도 범위이다.

앞굽의 테이퍼가 토양을 관통 이동하면서, 토양을 반경 방향 안쪽으로 강제시킨다. 이렇게 함으로써, 기초 몸체(2)의 원위 단부에 측방향 인접한 토양을, 토양 현탁액으로 충진된 보어(15)의 바닥에서, 변위 토양 부위(14)로 변위시킨다. 기초가 더 아래로 계속 구동됨에 따라, 변위 토양 부위(14)는, 새로운 토양이 내부로 압축됨에 따라 효과적으로 하방 팽창할 것이다. 종래의 기초에서는, 시간에 걸쳐 보어(15)가 추가 토양으로 충진되고 더 압축됨에 따라, 이는 추가 토양 변위를 억제하기 시작할 것이다. 이를 해결하기 위해, 노즐(10)은, 변위 토양 부위(14)로부터 토양을 제거하기 위해 고압, 저유동성 액체를 전달시킨다.

이와 연관해서, 설치하는 동안에 노즐(10)은 고압수를 변위 토양 부위(14)에 제트 분사한다. 이 구현예에서, 물은 고압 공급 파이프(6)를 통해 노즐(10)에 100 기압으로 공급된다. 일부 구현예에서, 물 공급은 점도 증가 첨가제 또는 미립자를 또한 포함할 수 있으며, 이는 보어(15) 내의 토양 기둥 주위에 필터 케이크를 형성하는 것을 보조할 수 있다. 필터 케이크는 물 장벽으로서 작용할 수 있어서, 더 높은 현탁액 압력이 토양 기둥에 안정적인 힘을 가할 수 있다. 그러나, 이러한 첨가제는 바람직하게는 고압 노즐보다 저압 벤트를 통해 공급되어 이들 노즐의 제트 분사 효율에 악영향을 끼치는 것을 피한다. 노즐(10)의 접선 방향은, 제트 분사된 물로 하여금 기초 몸체(2)의 내부 표면(4)으로부터 토양을 멀리 밀어내고 이에 따라 이 표면 위의 마찰을 감소시킨다. 동시에, 고압, 저유동성, 물 제트 분사는 변위 토양 부위(14) 위의 토양을 파괴하고 현탁액으로 만들어 침전물의 상방 운반을 위한 조밀한 토양 슬러리를 형성한다. 이는 변위 토양 부위(14)로부터 토양을 비교적 상방으로 이동시켜, 이 부위의 토양이 지나치게 압축되는 것을 방지한다. 이와 같이, 앞굽(8)에서의 추가 토양 변위에 대한 저항의 축적을 최소화시킨다. 동시에, 제트 분사된 물의 일정 비율은 아래로 배수되어, 변위 토양 부위(14)에서 토양이 팽창함에 따라 음인 공극 압력과 균형을 맞춘다. 이는, 추가적으로 앞굽(8)에서의 지지 저항을 감소시키도록 작용한다. 노즐(10)의 형상 및 방향은 상기 효과를 최적화하기 위해, 고압 유체 흐름의 접선, 수직 및 수평 확산을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 노즐(10)은, 제트 분사 팬을 생성하도록 고압 차량 세척 노즐 상에 제공된 것과 유사한 평평한 사각형 형상을 구비할 수도 있다.

토양 현탁액으로 충진된 환형부 내에서 침전물의 상방 운반은, 벤트(13)로부터의 저압, 고유동성 액체의 전달에 의해 더욱 향상된다. 이 구현예에서, 물 또는 벤토나이트 용액은 저압 공급 파이프(5)를 통해 최대 5 기압 게이지 압력으로 벤트(13)에 공급된다. 토양 기둥 붕괴 위험을 최소화하기 위해 토양 슬러리의 두께를 제어하도록 유체 전달 속도를 모니터링한다. 환형부 내의 토양 기둥이 붕괴되는 경우에, 유체 운반 채널이 좁아져서 수력 저항과 내부 벽 마찰 증가로 인한 유체 압력을 축적시킨다. 이렇게 되면, 새로운 흐름 채널이 형성되지 않는 한, 과도한 마찰을 축적시킬 수 있다. 그러나, 높은 슬러리 밀도를 유지함으로써, 이를 피하기 위한 역균형화 압력이 충분히 생성될 수 있다. 이를 더욱 보조하기 위해, 벤트(13)로부터 전달된 액체도 또한 점도 증가 첨가제 또는 미립자를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 토양 기둥은, 필터 케이크의 존재로 인해 또는 유체 점도 증가 때문에(또는 요변성 특성으로 인해) 토양 기둥 내로 물을 배수하는 것을 감소시킴으로써 더욱 안정화될 수 있다. 또한, 점도 증가 첨가제 또는 미립자는 현탁액 내의 현탁 토양 입자의 침강 속도(종결 속도)를 감소시킬 수도 있고 심지어 더 큰 모래 입상체의 상방 운반을 허용한다.

이와 연관해서, 더 상세히 이를 설명할 수 있도록, 설치 공정 동안에 파일의 내측에 있는 제트 분사 시스템의 사용은 내부 토양 기둥 주위에 유체로 충진된 환형부를 형성한다. 이 내부 토양 기둥은, 붕괴되지 않도록 기계적으로 또는 유체 압력을 통해 측 방향 지지를 필요로 할 것이다. 후자의 경우에, 토양 기둥 벽면에 작용하는 유체 압력은, 토양 기둥이 기계적 제한 요소에 가할 수 있는 압력보다는 더 클 필요가 있다. 토양 기둥 벽은 공극성이고 토양 기둥이 물을 도관으로 보낼 수 있기 때문에, 유체 압력으로부터의 지지력은 토양 기둥 벽의 표면 부위의 압력 구배에 의해 달성될 수 있다. 이와 같이, 환형부 내 상승된 압력에서의 유체는 토양 기둥 안으로 배출될 것이고, 이곳에 주변 유체 압력 수준이 존재하고, 이곳 전이부에서의 압력 구배는 토양 기둥을 안정화시키는 데 필요한 수평 응력을 제공한다. 그러나, 매우 투과성인 토양에서, 이 구배는 요구 수평 응력을 달성하기 위해 너무 작을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 환형부 내부에서 토양의 현탁 미립자는, 토양 기둥 내로 물이 배수되면서 토양 기둥 표면 상에 필터 케이크를 형성할 수 있다. 이는, 가파른 압력 구배가 진전되는 저 투과성 층을 생성시킨다. 대안적으로 또는 조합하여, 압력 구배를 향상시키기 위해 환형부 내의 유체의 점도를 증가시킬 수 있다. 토양의 유체 동적 마찰로부터의 압력 구배는, 유체 압력이 토양 입상체 골격으로 전달되어, 입상체를 입상체 접촉 응력(유효 응력)까지 증가시킨다. 다른 구현예는, 유입된 물을 해저 표면을 향해 배수하도록 수직 방향으로 토양 기둥 투과성을 촉진하기 위한 특징부를 포함할 수 있고, 따라서 토양 기둥 내부의 개선된 정수압 수직 압력 분포를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 기초는 토양 기둥을 통해 수직 구멍을 뚫거나 펀칭하기 위한 요소를 포함할 수도 있다. 이는 토양 기둥이 층상 토양으로 이루어지는 경우에 유리할 수 있고, 그렇지 않으면, 특히 간헐적인 점토 층이 존재하는 경우에 토양 기둥 내부에서 상방 배출을 감소시킨다.

토양 압력을 감소시키기 위해 유체 캐리어를 전달하는 노즐을 전술한 바와 같이 사용함에도 불구하고, 기초가 더 깊이 구동되기 때문에 토양의 추가 변위를 방지하는 다른 제한 메커니즘이 나타난다. 특히, 보다 깊은 설치 깊이에서, 토양 현탁액 내의 유체 압력은 침식된 토양 표면 아래의 토양에서 주변 수압보다 상당히 크게 된다. 이는 기초 앞굽(8)에서 지지력 파괴 메커니즘에 역작용함으로써 앞굽 저항을 증가시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 배출 펌핑 시스템(24)이 제공된다. 특히, 제어기는, 파일 설치 중에 배출 펌핑 시스템(24)을 제어하여 내부 보어(15) 내의 지하수면에서 물을 제거한다. 이는 결과적으로 앞굽(8)에 인접한 변위 토양 부위에서의 토양 현탁액 압력을 감소시킴으로써 앞굽의 측면 양쪽 토양 부위 사이의 압력 차이를 제어한다.

토양 현탁액 압력의 효과는 도 5와 관련하여 더욱 상세히 설명된다. 도 5는 본 발명의 제2 구현예를 나타낸다. 이 제2 구현예는 제1 구현예와 실질적으로 동일하지만, 제공된 기초는 원뿔형 모노파일이며, 기초 몸체(2)는 원뿔형 부위(20)를 갖는다.

제1 구현예에서와 같이, 제2 구현예는 보어(15) 내의 지하수면 레벨을 제어하기 위한 배출 펌프(미도시)를 포함하고, 이에 따라 기초의 앞굽(8)에서 지지력 파괴 메커니즘에 역작용하는 토양 현탁액 압력을 감소시킨다. 특히, 도 5는 기초 몸체(2)의 원위 단부를 통한 단면 개략도를 나타내고, 유체 압력이 깊이에 따라 어떻게 증가하는지 나타내는 플롯이다. 도 5의 (a)는 지하수면(16)의 높이가 제어되지 않은 상황을 보여주고, 도 5의 (b)는 펌프가 작동되어 보어(15) 내의 지하수면(16)의 높이를 제어하였을 때를 나타낸다.

도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기초 몸체(2)의 앞굽(8)은 해저의 토양(19) 안으로 구동되고 유체는 노즐(10)로부터 펌핑된다. 유체는, 기초 몸체(2)의 측벽에 인접한 부위 내에, 기초 보어(15)의 내부에서 해저까지 그리고 해저에 걸쳐, 토양 현탁액(18)을 형성한다. 이 제1 시나리오에서, 기초 내부에 축적된 해수가 배수될 수 없는 경우, 보어(15)는 노즐(10)로부터의 유체 및 토양 현탁액으로 더 충진된다. 이는, 보어(15) 내부의 지하수면(16)이 기초 외부의 해수면(17) 위에 놓이는 결과를 갖는다.

이와 연관해서, 도 5의 (a)의 그래프(21)에 의해 나타낸 바와 같이, 기초의 외부에서 유체 압력(p)은 상부의 물 기둥의 질량 증가로 인해 깊이가 증가함에 따라 선형적으로 증가한다. 그래프(22)는 환형부 내부의 유체 압력을 나타낸다. 이해하는 바와 같이, 상기 보어(15) 내부에서의 수압 P_hydro는 비록 수압이 동일한 구배로 증가하지만, 지하수면(16)의 높은 레벨로 인해 외부 수압보다 더 높다. 그러나, 환형부 내의 물이 토양 현탁액(18)으로 전이되는 깊이에서, 토양 현탁액(18)의 밀도의 증가로 인해 압력 구배가 증가한다. 이와 같이, 가파른 압력 구배는 기초 본체(2) 외부의 압력에 비해 토양 현탁액 내에서 훨씬 높은 유체 압력 Psus를 생성한다. 이는, 앞굽(8)의 깊이에서 내부 플롯(22)과 외부 플롯(21) 사이의 압력 차이(23)로 표시된다. 결과적으로, 기초의 내부에서 이렇게 증가된 압력은 앞굽(8)에서의 지지력 파괴 메커니즘에 역작용함으로써 추가적인 앞굽의 침투를 저지한다. 즉, 압력 차이(23)는, 앞굽(8)이 더 깊이 구동됨에 따라 발생되는 변위력에 저항한다. 따라서, 설치 깊이가 증가함에 따라, 앞굽 설치 저항을 극복하고 보어(15) 내의 더 높은 압력 토양 부위 안으로 토양을 측방향으로 계속 변위시키기 위해 더 큰 구동력이 요구될 것이다.

본 발명의 구현예는 앞굽(8)에서의 토양 현탁액 압력(P_sus)을 낮춤으로써 상기 문제를 해결한다. 도 5의 (b)는 배출 펌프를 사용하여 토양 현탁액 압력이 어떻게 낮아지는지 개략적으로 나타낸다. 물이 보어(15) 밖으로 흡인됨에 따라, 지하수면(16)의 높이는 낮아진다. 이는, 내부 압력 플롯(22)의 수압(P_hydro) 성분 길이를 낮추고 단축시킨다. 결과적으로, 플롯(22)의 현탁액 압력(P_sus) 성분은 더 낮은 유체 압력에서 시작된다. 이와 같이, 지하수면(16)의 높이를 제어함으로써, 앞굽(8)에서의 유체 압력은 감소되어 이에 의해 주변 분위기 유체 압력과 더욱 가깝게 매칭되어, 앞굽의 설치 저항을 최소화할 수 있다. 특히, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 앞굽(8)의 깊이에서 내부 플롯(22)과 외부 플롯(21) 사이의 압력차이가 최소화된다. 즉, 지하수면(16)의 높이를 제어하여 앞굽(8)에서의 토양 현탁액 압력이 주변 토양의 유체 압력보다 상당히 낮아지는 것을 피할 필요가 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 압력이 너무 낮으면, 기초 외부의 주변 토양은 앞굽 주위의 공극 압력 구배의 반전으로 인해 과도하게 약해질 수 있어, 공극수의 유입을 초래한다. 일단 토양에서의 수직 유효 응력이 0으로 감소되면 수력 파괴가 발생할 수 있다. 지하수면의 높이에 대한 제어는 배출 펌프의 펌핑 속도를 제어함으로써 달성될 수 있다. 노즐(10)에서의 유체 흐름 속도 역시 제어될 수 있다.

하기 표 1은 실시예 조건 하에서 본 발명의 구현예에 따른 파일 기초 실시예의 일부 예시적인 수학 모델링을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 5 m 깊이에서는 설치 앞굽 저항은 70 톤이다. 그러나, 30 m의 설치 깊이에서, 해저 위 27.5 m에서 12.5 m로 파일 내부의 수면 높이를 감소시킴으로써, 설치 앞굽 저항은 이 실시예에서 2000 톤을 초과하여 증가하는 대신에 36 톤으로 감소될 수 있다. 이와 같이, 상기 설치 앞굽 저항은, 파일이 더욱 깊게 구동될 시에 매우 낮은 레벨로 유지될 수 있다.

도 5에 나타낸 구현예의 원뿔형 부위(20)의 특징부가 이제 설명될 것이다. 도 5의 단면도에 나타낸 바와 같이, 기초 몸체(2)는 벌어지고, 원뿔형 부위(20)는 더 좁은 직경 섹션에서 더 큰 직경 단부 섹션으로 전이된다. 원뿔형 부위(20)는 외부 수위(17) 아래, 그러나 해저의 진흙선 위에 놓이도록 구성된다. 도 5의 (a)에 나타낸 시나리오에서, 내부 지하수면(16)이 외부 수위(17)보다 높은 경우, 원뿔형 부위(20)는 유해한 부력 효과를 가질 것이다. 즉, 보어(15) 내부의 더 높은 유체 압력으로 인해, 원뿔형 부위(20)의 내부 면에 대해 작용하는 유체 압력 P_hydro는 원뿔형 영역(20)의 외면에 대해 작용하는 외부 유체 압력(P_hydro)보다 높을 것이다. 이로 인해 설치 방향에 대해 작용하는 순 상방 부력이 발생할 수 있다. 그러나, 도 5의 (b)에 나타낸 시나리오에서, 내부 지하수면(16)의 높이가 감소되는 경우, 원뿔형 부위(20)의 내부 상의 낮은 압력에 대해 원뿔형 영역(20)의 외부에 인가된 높은 압력 사이의 압력 차이에 의해, 하방력이 유익하게 발생된다. 이와 같이, 배출 펌프의 펌핑 속도를 제어함으로써, 원뿔형 부위(20)에 의해 발생된 하방력을 제어할 수 있다.

도 5에 나타낸 상기 구현예가 지하수면의 높이를 조절함으로써 앞굽에서의 토양 현탁액 압력을 제어하지만, 토양 현탁액을 제어하기 위한 다른 수단도 또한 고려된다. 특히, 본 발명의 대안적인 구현예가 도 6에 나타나 있고, 여기서 배출 펌프를 사용하여 흡입 효과를 생성한다.

이와 연관해서, 도 6은 본 발명의 제3 구현예에 따른 기초의 단면도를 개랴적으로 나타낸다. 이 구현예에서, 기초 몸체(2)의 환형부는 상부 챔버(27)와 보어(15) 사이를 연결하는 밀폐형 벤트(25)를 구비한다. 이와 같이, 벤트(25)가 폐쇄되는 경우, 보어(15)의 상부는 흡입 효과가 생성될 수 있는 내부 공동에 돔을 제공한다. 상부 챔버(27)는, 물이 챔버로 들어갈 수 있게 하는 케이블 구멍(26)을 포함한다. 도 6의 (a)에서, 기초 몸체(2)는 물(17)의 첨벙 구역을 통해 하강된다. 벤트(25)는, 몸체(2)가 물(17) 속으로 하강됨에 따라 보어(15) 내의 공기가 밖으로 나오도록 개방된다. 도 6의 (b)에서, 몸체는 외부 물이 케이블 구멍(26)을 통해 상부 챔버(27)로 진입함에 따라 그 자체 중량 하에서 토양(16)을 침투하기 시작한다. 벤트(25)는, 보어(15) 내의 공기가 일단 배기되면 폐쇄될 수 있다. 이 단계에서, 노즐(미도시)은 또한 보어(15) 내에서 유체를 제트 분사하기 시작해서 토양을 통한 몸체의 통과를 용이하게 한다. 도 6의 (c)에서, 펌핑 시스템(미도시)은 보어(15)로부터 물을 배수하기 시작한다. 이는 보어 공동 내부에서 흡입 효과를 만든다. 특히, 보어(15)로부터 물을 배수함으로써, 유체 압력 차이가, 물로 충진된 상부 챔버(27)로부터의 유체 압력에 대해 위에서 생성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 도 6의 (d)에 나타낸 최종 침투 깊이로 기초 몸체를 구동시키기 위해 상당한 하방력을 발생시키면서, 또한 앞굽의 저항을 합리적으로 낮은 수준으로 유지하는데 필요한 현탁액 압력을 감소시킨다. 일단 최종 침투 깊이에서, 펌핑 및 제트 분사 시스템이 정지된다. 구현예에 있어서, 노즐은, 기초를 고정하기 위해 환형부 내에 그라우트 재료를 전달하도록 사용될 수 있다.

외부 수위가 너무 낮아 보어(15)가 물로 완전히 충진될 수 없는 곳에 설치하는 경우, 본 발명의 구현예는 또한 보어(15)로부터 공기가 배기되는 경우도 고려된다. 이 경우, 기초 몸체는, 부분 진공이 생성될 수 있도록 내부 공동의 근위 단부에 밀폐식 지붕을 요구할 것이다. 공동 내의 공기 압력을 낮춤으로써, 상방 흡입 효과가 지하수면에 적용되어, 물의 유체 압력을 낮춘다. 결국, 이는 앞굽(8)에서의 토양 현탁액 압력(P_sus)을 낮춘다. 그러나, 이러한 흡입 구현예에서, 설치 깊이는, 예를 들어 배출 펌프의 전력에 의해 생성될 수 있는 부분 진공의 수준에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 흡입만으로, 보다 깊은 설치 깊이를 위해 앞굽에서 충분히 낮은 토양 현탁액 압력을 유지할 수 없다.

상기 이외에, 본 발명의 구현예가 또한 지하수면 높이 및 흡입력 양쪽 모두를 제어해서 파일 앞굽(8)에서의 현탁액 압력을 감소시킬 수도 있는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본원에 개시된 본 발명의 배열은 기초를 더욱 쉽게 토양에 설치시킬 수 있음을 이해할 것이다. 이는 비용을 감소시키고 설치 소음을 최소화시킨다.

이와 연관해서, 본 발명의 구현예를 이용하면, 기초 설치 공정 내내 기초가 더 깊게 관통하고 새로운 토양을 변위할 때에도 기초 앞굽에서의 토양 파괴 메커니즘은 계속된다. 이와 같이, 파일 구동이 사용되는 구현예에서, 더 작은 파일 구동력을 요구하고, 보다 작은 파일 구동 해머를 사용하고 소음을 덜 발생시킨다. 요구 깊이로 기초가 설치된 후, 유체 제트 분사 시스템은 꺼져서 환형부로부터 물을 배수시킬 수 있고 이때 현탁액 토양 입자는 침전물을 형성하며, 이는 시간에 따라 주기적인 쉐이크 다운 효과를 통해 압축됨으로써 토양을 재안정화시킬 수 있다.

설치 중에 유체의 전달은 기초의 내부 보어 내로 국한되는 점이 중요하다. 이와 같이, 기초 외부의 토양의 구조는, 기초 몸체에 의한 측방향 압축의 국부적인 부위 이외에, 대부분 방해받지 않는다. 따라서, 외부 토양은 기초를 지지하기 위한 구조를 유지할 수 있고, 측방향 압축은 탄성 절반 공간의 응력을 증가시키고 기초 강성 및 강도를 향상시키기 위해 작용할 것이다. 이는, 토양의 몸체가 가압된 액체로 충만해서 기초용 공간을 굴착시키는 종래의 액상 굴착 기술과 대조된다. 이러한 유형의 종래 방법론을 이용하면, 토양은 제어되지 않은 방식으로 제거되고, 굴착 부위는 일단 기초가 제자리에 있으면 재생 토양으로 효과적으로 재충진된다. 그러나, 공간을 재충진하는 토양이 새로이 위치함에 따라, 이는 구조물에 거의 진전이 없으며 따라서 그 결과 본질적으로 약해질 것이다.

전술한 구현예는 단지 예시의 목적을 위해 본 발명의 적용 예를 보여준다. 실제로, 본 발명은 많은 상이한 구성에 적용될 수 있으며, 상세한 구현예는 당업자가 구현하기에 간단하다.

예를 들어, 비록 상기 예시적인 구현예에서 기초의 유체 제트 분사 시스템이 고압 노즐 및 저압 노즐을 모두 포함하고 있지만, 본 발명이 고 압력 노즐만을 사용하여 구현예에 실행될 수도 있음을 이해할 것이다.

또한, 추가 특징부는 구동 저항의 감소를 더욱 향상시킬 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 노즐로부터 제트 분사된 물을 위쪽으로 만곡된 경로로 향하게 하기 위해, 에어로포일 형상의 편향기가 제공됨으로써, 아래의 흡입 효과를 초래한다. 다른 배열로, 노즐 중 일부는 상방으로 각도를 이루어서 하방으로 대향하는 정수압에 대한 압력을 생성할 수 있다. 이렇게 제트 분사된 물의 상방 방향은 또한 침전물의 상방 운반을 촉진할 것이다.

또한, 구동 저항을 더욱 감소시키기 위해, 유체 제트 분사 시스템과 조합하여 추가적인 메커니즘 및 시스템이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 기초는 전기 삼투압을 위한 전극을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 유체 제트 분사 시스템은 전기 삼투압 시스템과 상승 작용할 수 있다. 하나의 예시적인 배열에서, 토양 기둥의 중심을 향해 스팅어 전극이 아래에 제공되고, 기초 벽의 내부 표면 상에 아노드가 제공되고, 유체 제트 분사 시스템을 사용하여 벤토나이트 용액이 주입된다. 그런 다음, 전극 사이에 전압이 인가되어 토양 기둥의 내압에 작용하기 위한 전기 삼투압 효과를 생성할 수 있다. 이에 따라 토양 기둥 붕괴의 위험을 줄일 수 있다. 또한, 토양 기둥이 붕괴되는 경우, 전극의 극성은 필터 케이크를 윤활하기 위해 역전될 수 있다.

비록 상기 예시적인 구현예에서, 기초는 모노파일이었지만, 그럼에도 불구하고 다른 기초, 예컨대 버킷 기초도 가능함을 이해할 것이다. 본 발명은 또한 해체시 기초의 단순화된 후퇴를 허용할 수 있다. 특히, 노즐은, 철수시 기초의 내부 표면 위로 마찰을 감소시키기 위해 고압 유체를 적용하는데 사용될 수 있다.

마지막으로, 모노파일 기초의 설치에 필요한 파일 구동력을 감소시키기 위해, 상기 예시적인 구현예를 참조했지만, 본 발명이 흡입 버킷 기초에 적용되는 구현예에서, 이 대신 감소된 흡입력이 흡입 압력 하에 기초를 설치하는 데에 요구될 것임을 이해할 것이다.

표 1

Claims (15)

1. 풍력 터빈용 모노파일로서,
   설치 중에 삽입 방향으로 토양에 삽입하기 위한 몸체를 포함하고, 상기 몸체는 원위 말단에 앞굽을 갖고, 상기 앞굽은 내부 공동으로의 애퍼처를 정의하되 상기 토양을 관통해 상기 앞굽을 이동시키면 상기 내부 공동 내에서 변위 토양 부위로 토양을 측방향 변위시키고;
   상기 모노파일은,
   상기 변위 토양 부위로부터 토양을 멀리 운반하기 위해 설치 중에 상기 변위 토양 부위로 유체를 유도하며, 상기 내부 공동 내에서 상기 유체를 국부적으로 제한시키기 위한 복수의 노즐들; 및
   상기 변위 토양 부위 내에서 토양 현탁액 압력을 감소시키기 위해 설치 중에 상기 공동 내부로부터 유체를 배출하기 위한 펌핑 시스템을 추가로 포함하고,
   상기 몸체는 상기 유체를 제공하는 고압 공급 파이프, 및 상기 고압 공급 파이프로부터 상기 유체를 제공받는 고압 매니폴드를 포함하고,
   상기 고압 매니폴드는 상기 모노파일의 삽입 방향에 수직인 내부 표면을 따른 원주방향으로 연장되고,
   상기 노즐들은 상기 고압 매니폴드를 따라 분포되는, 모노파일.
2. 제1항에 있어서, 상기 펌핑 시스템은 상기 내부 공동으로부터 물을 배수하는, 모노파일.
3. 제1항에 있어서, 상기 펌핑 시스템은 상기 내부 공동으로부터 공기를 배기하는, 모노파일.
4. 제1항에 있어서, 상기 변위 토양 부위 내의 토양 현탁액 압력을 상기 모노파일 몸체 외부의 토양의 인접 부위 내부의 유체 압력에 매칭시키기 위해, 파일 설치 중에 상기 펌핑 시스템을 제어하기 위한 제어기를 추가로 포함하는 모노파일.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 내부 공동 내의 지하수면 높이를 상기 모노파일 몸체의 외부의 수위 아래로 감소시키도록 펌핑 시스템을 제어하는, 모노파일.
6. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 모노파일의 직경이 증가하는 원뿔형 부위를 포함하는, 모노파일.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 앞굽은 테이퍼가 있는, 모노파일.
9. 제1항에 있어서, 상기 노즐들은, 상기 몸체의 내부 표면에서 유체를 유도하기 위해, 상기 모노파일 몸체의 원주에 대해 접선 방향으로 유도되는, 모노파일.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서, 상기 노즐들은 상기 삽입 방향에 대하여 90 내지 180도의 범위로 유도되는, 모노파일.
12. 풍력 터빈 기초 시스템으로서,
    제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 모노파일; 및
    상기 유체를 상기 노즐들에 공급하기 위한 가압 유체 공급부를 포함하는, 시스템.
13. 제1항 내지 제6항, 제8항, 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈용 모노파일을 설치하는 방법으로서,
    상기 앞굽을 상기 토양에 삽입하는 단계;
    상기 몸체를 상기 삽입 방향으로 강제하는 단계;
    상기 유체를 상기 노즐들에 공급하여 상기 변위 토양 부위에서 상기 유체를 유도하는 단계;　및
    상기 펌핑 시스템을 구동하여 상기 내부 공동으로부터 유체를 배출시켜서 상기 변위 토양 구역 내의 토양 현탁액 압력을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 변위 토양 부위 내의 토양 현탁액 압력을 상기 모노파일 몸체 외부의 토양의 측방향 인접 부위 내부의 유체 압력에 매칭시키기 위해, 상기 펌핑 시스템을 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 펌핑 시스템을 제어하는 단계는, 상기 내부 공동 내의 지하수면 높이를 상기 모노파일 몸체 외부의 수위 아래로 감소시키도록 펌핑 시스템을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.