KR20140140440A - Hybrid support structure and method for installing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 지지 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해상풍력 발전설비 등 해양구조물의 하부 구조체를 다수의 소형 파일과 이들을 수용하는 자켓구조로 구성하여 소형 장비로도 시공이 가능한 하이브리드 지지 구조체 및 이의 시공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid support structure and a method of constructing the hybrid support structure. More particularly, the present invention relates to a hybrid support structure and a method of constructing the hybrid structure. The hybrid structure includes a plurality of small files and a jacket structure for accommodating them, Support structure and a method of constructing the same.
해상용 풍력발전의 설계조건은 요구되는 강성 외에, 설치와 접근 용이성, 설치 현장과의 부합성, 설치 및 유지관리 비용의 최소화 등을 들 수 있다. 해상풍력의 대표적인 기초 중 하나인 모노파일은 수심 25m까지 적용 가능한 가장 일반적인 방식으로서 제작이 간단하며 해저지반 정리가 필요 없는 등의 경제성이 높다. 이와 관련되어 참고할 수 있는 선행특허로서 한국 공개특허공보 제2013-0047950호, 한국 등록특허공보 제1177396호 등이 알려져 있다.In addition to the required stiffness, the design conditions for offshore wind power include installation and accessibility, compatibility with installation sites, and minimization of installation and maintenance costs. Mono file, one of the representative bases of offshore wind power, is the most common method applicable to depths of 25m, and is easy to manufacture and has high economical efficiency such as no need for submarine ground clearance. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0047950 and Korean Patent Registration No. 1177396 are known as prior patents which can be referred to in connection with this.
전자의 선행특허에 의하면, 발전을 위한 설비를 상부에 탑재하는 상부 지지구조물; 상기 상부 지지구조물의 하부와 연결되고, 자켓구조물 형태를 이루되, 상기 자켓구조물의 외측에는 내부가 비어있는 복수개의 중공형 가이드부재가 위치하는 중간 지지구조물; 및 상기 중공형 가이드부재와 끼워맞춤되는 복수개의 중공형 하부지지부재로 이루어지며, 해저지면에 고정되는 하부 지지구조물;을 포함한다. 이에 따라, 해상에 설치하는 작업시간을 감소하고 지지구조물 간의 연결 정확성을 확보하는 효과를 기대한다.According to the former patent, an upper support structure for mounting a facility for power generation on the upper part; An intermediate support structure connected to a lower portion of the upper support structure and having a plurality of hollow guide members in the form of a jacket structure, the hollow guide members being hollow on the outside of the jacket structure; And a lower support structure composed of a plurality of hollow lower support members fitted to the hollow guide member and fixed to the sea floor. Accordingly, it is expected that the time required for installation in the sea is reduced and the accuracy of connection between support structures is secured.
후자의 선행특허에 의하면, 연직한 기둥부재와, 상기 기둥부재에서 연장되는 횡측다리부재와, 상기 횡측 다리부재의 단부에 구비된 버켓부재를 포함하는 기초구조물을 수중에 함침시켜 해저면에 설치하는 시공방법으로서, 수중 설치장치를 상기 기초구조물에 결합하고, 수중에 함침시킨 후 수평상태로 유지하고, 파일부재를 상기 버켓부재에 관통시켜 해저 지반에 관입설치하고, 수중 설치장치를 상기 기초구조물로부터 분리하여 제거한다. 이에 따라, 해저 지반이 연약하여도 애초에 설치되었던 위치를 안정적이고 견고하게 유지하는 효과를 기대한다.According to the latter prior patent, a base structure including a vertical column member, a lateral leg member extending from the column member, and a bucket member provided at an end of the lateral leg member is impregnated in water and installed on the undersurface As a construction method, an underwater installation device is coupled to the foundation structure, is impregnated in water and held in a horizontal state, and a pile member is penetrated through the bucket member and penetrated into the bottom of the seabed, Remove it. Accordingly, even if the seabed ground is fragile, the effect of maintaining the originally installed position stably and firmly is expected.
그러나, 상기한 선행특허에서 하부지지구조물이나 횡측다리부재를 사용하는 방식은 비교적 대형 장비를 소요하므로 천해용에 적용하기에 고비용을 초래하여 경제성을 약화시키는 단점을 보인다.However, in the above-mentioned prior art, the method of using the lower support structure or the lateral leg member requires a relatively large equipment, which is disadvantageous in that it is costly to apply to the sea bed and thus the economical efficiency is weakened.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 해상풍력 발전설비 등 해양구조물의 하부 구조체를 다수의 소형 파일과 이들을 수용하는 자켓구조로 구성하면서 견실한 강성을 유지하고 소형 장비로 시공이 용이하여 경제성을 제고하는 하이브리드 지지 구조체 및 이의 시공방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a structure of a marine structure such as an offshore wind power generation facility, which comprises a plurality of small files and a jacket structure for accommodating them, To thereby improve the economical efficiency and a method of constructing the hybrid support structure.
본 발명의 다른 목적은, 기 설치된 해양구조물의 모노파일 지지구조체를 보강하는 경우에도 시공 용이성을 확보하면서 강성을 높일 수 있도록 하는데 있다.It is another object of the present invention to enhance rigidity while ensuring ease of installation even when reinforcing a mono-file support structure of an existing offshore structure.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면으로서, 모노파일; 상기 모노파일의 주변에 복수로 배치되는 핀파일; 및 상기 모노파일과 핀파일을 각각 부분적으로 수용하여 일체로 연결하는 자켓;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a mono file; A plurality of pin files disposed around the mono file; And a jacket for partially receiving and partially connecting the mono file and the pin file, respectively.
또, 본 발명에 따르면 상기 자켓은 모노파일을 수용하는 중심관과, 복수의 핀파일을 수용하는 위성관과, 중심관의 주변에 위성관을 방사상으로 지지하는 연결대를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the jacket includes a central tube for accommodating a mono-file, a satellite tube for accommodating a plurality of pin files, and a connecting rod for supporting a satellite tube radially around the central tube.
본 발명의 다른 일면으로서, (a) 모노파일(20)을 설치하는 단계; (b) 모노파일의 상단에 자켓의 중심관을 고정하는 단계; (c) 자켓의 위성관을 통하여 핀파일을 설치하는 단계; 및 (d) 모노파일과 핀파일의 상단에 타워를 설치하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a mono file, comprising the steps of: (a) installing a
또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (b)에서 모노파일과 자켓의 사이에 그라우팅 처리하여 고정하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, in the step (b), grouting is performed between the mono-file and the jacket and fixed.
또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (c)에서 핀파일의 내부를 통하여 굴착하고 근입시키는 것을 특징으로 한다.Further, according to the present invention, the step (c) is characterized by excavating and inserting through the inside of the pin pile.
또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (c)에서 핀파일의 내부를 그라우팅 처리하고, 핀파일과 자켓의 사이에 그라우팅 처리하여 고정하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, in the step (c), the inside of the pin file is subjected to a grouting process, and a grouting process is performed between the pin file and the jacket to fix the pin file.
본 발명의 또 다른 일면으로서, (a) 모노파일을 보정하는 단계; (b) 모노파일의 상단에 자켓의 중심관을 고정하는 단계; 및 (c) 자켓의 위성관을 통하여 핀파일을 설치하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for processing a mono file, comprising: (a) correcting a mono file; (b) fixing the center tube of the jacket to the top of the mono file; And (c) installing a pin file through a satellite pipe of the jacket.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 해상풍력 발전설비 등 해양구조물의 하부 구조체를 다수의 소형 파일로 구성하면서 견실한 강성을 유지하고 소형 장비로 시공이 용이하여 경제성을 제고하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to construct a substructure of an offshore structure such as an offshore wind power plant with a plurality of small files while maintaining a rigid rigidity and to facilitate construction with small equipment, thereby improving economical efficiency.
도 1은 본 발명에 따른 지지 구조체를 설치 상태로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 지지 구조체의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 지지 구조체의 자켓을 분리한 사시도
도 4는 본 발명에 따른 지지 구조체의 시공방법을 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 지지 구조체를 횡단하여 나타내는 구성도
도 6은 기 설치된 모노파일 지지구조체를 보강하기 위하여 본 발명에 따른 지지 구조체를 분할한 구성도Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a diagram showing a support structure according to the present invention in an installed state
Figure 2 is a perspective view of a support structure according to the present invention;
Figure 3 is a perspective view of a support structure according to the present invention,
4 is a schematic view showing a method of constructing a support structure according to the present invention;
Figure 5 is a schematic cross-sectional view of a support structure according to the present invention;
6 is a view showing a configuration in which a supporting structure according to the present invention is divided to reinforce a mono file supporting structure
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일면에 의하면, 해상풍력 발전설비 등 해양구조물을 지지하기 위한 구조체에 관련된다. 모노파일 방식의 지지 구조체는 수중(11), 해저지반(13), 암반(15)으로 이루어진 천해에 설치되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.According to one aspect of the present invention, there is provided a structure for supporting an offshore structure such as an offshore wind power generation facility. The support structure of the monofilament type is desirably provided in a shallow sea composed of the
본 발명에 따르면 모노파일(20)의 주변에 핀파일(30)이 복수로 배치되는 구조이다. 모노파일(20)은 직경 3~6m의 강관을 사용한 말뚝 구조이고, 핀파일(30)은 직경 1m 내외의 강관을 사용한 말뚝 구조이다. 핀파일(30)의 수량, 모노파일(20)과 핀파일(30)의 간격 등은 상측으로 설치되는 설비의 용량에 따라 변동된다. 도 2는 모노파일(20)을 중심으로 8개의 핀파일(30)이 배치되는 구조를 예시한다.According to the present invention, a plurality of pin files (30) are arranged around a mono file (20). The mono-
또, 본 발명에 따르면 자켓(40)이 상기 모노파일(20)과 핀파일(30)을 각각 부분적으로 수용하여 일체로 연결하는 구조이다. 자켓(40)은 다수의 강관을 이용하여 육상에서 별도로 형성되고 해상으로 이송된 후 모노파일(20)과 핀파일(30)에 각각 연결하여 일체화하는 구조이다. 자켓(40)은 대부분 수중(11)에 존재하면서 상단에서 해면 위로 노출되고 하단에서 해저지반(13)에 매립되는 길이로 형성된다.According to the present invention, the
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 자켓(40)은 모노파일(20)을 수용하는 중심관(42)과, 복수의 핀파일(30)을 수용하는 위성관(44)과, 중심관(42)의 주변에 위성관(44)을 방사상으로 지지하는 연결대(46)를 구비한다. 중심관(42)은 모노파일(20)보다 큰 직경의 강관을 사용하여 형성하고, 위성관(44)은 핀파일(30)보다 큰 직경의 강관을 사용하여 형성한다. 중심관(42)과 위성관(44)을 연결하는 연결대(46)는 강관을 사용할 수 있으나 상호 연통시킬 필요는 없다. 하나의 중심관(42)을 기준으로 다수의 위성관(44)이 방사상으로 배치되는 일체 구조이지만 후술하는 것처럼 해상에서 별도의 작업을 통하여 결합된다.The
한편, 도 6에 나타내는 것처럼 본 발명의 자켓(40)은 2개~8개로 분할하는 구조를 택할 수도 있다. 분할된 자켓(40)은 중심관(42)의 연결부분에 플랜지(42a)를 형성하고 볼트(48)로 체결하는 방식으로 결합된다.On the other hand, as shown in FIG. 6, the
본 발명의 다른 일면으로서, 신규설치 또는 기설치된 해상풍력 발전설비 등 해양구조물 지지구조체를 보강하기 위한 시공방법에 관하여 제안한다.As another aspect of the present invention, there is proposed a construction method for reinforcing an offshore structure supporting structure such as a new installation or a previously installed offshore wind power generation facility.
본 발명의 단계 (a)에서, 신규 설치시에는 전술한 강관 말뚝 구조의 모노파일(20)을 설치하는 과정을 거친다. 항타나 굴착의 방식으로 모노파일(20)이 해저지반(13)을 통과하여 암반(15)에 이르도록 하는 것이 좋다.In the step (a) of the present invention, the mono-
본 발명의 단계 (b)에서, 모노파일(20)의 상단에 자켓(40)의 중심관(42)을 고정하는 과정을 거친다. 자켓(40)은 중심관(42)의 주변으로 다수의 위성관(44)이 연결대(46)를 개재하여 일체로 결합된 구조로서 육상에서 제작되어 바지선 등을 이용하여 설치 장소로 운반된다. 모노파일(20)의 상부로부터 자켓(40)을 하강하면서 중심관(42)이 모노파일(20)의 상단부를 수용하도록 한다. 자켓(40)이 설정된 위치에 이르면 모노파일(20) 상에 볼팅이나 가용접으로 고정한다.In the step (b) of the present invention, a process of fixing the
이때, 상기 단계 (b)에서 모노파일(20)과 자켓(40)의 사이에 그라우팅 처리하여 고정한다. 그라우팅재의 조성물은 유기계보다는 무기계를 위주로 사용하며, 시멘트, 조강제, 팽창재, 유동화제, 반응성 조절제 등의 함량을 조절하여 압축강도와 내해수성은 물론 주입성, 유동성, 분리저항성을 갖추는 것이 좋다. 모노파일(20)과 자켓(40)의 틈새로 그라우팅재를 고압으로 투입하면 충진된 그라우팅재가 경화되어 높은 결합강도를 발휘한다.At this time, grouting is performed between the mono-
한편, 모노파일(20)이 설치된 후 또는 자켓(40)이 설치된 후에 작업자와 장비 지지용 거치대(25)를 설치한다. 거치대(25)는 그라우팅 장비를 탑재한 그라우팅 전용 작업선을 동원할 수 없는 소규모 공사에서 활용도가 높다. 거치대(25)의 일부를 분리와 결합이 용이한 구조로 하면 공정의 진행에 따라 크기와 형태를 가변하여 작업자의 동선을 줄일 수 있다.On the other hand, after the mono-
본 발명의 단계 (c)에서, 자켓(40)의 위성관(44)을 통하여 핀파일(30)을 설치하는 과정을 거친다. 복수의 핀파일(30)은 각각의 위성관(44)에 넣고 바이브로 해머 등을 이용하여 해저지반(13)에 박는다. 복수의 핀파일(30)을 박는 순서는 설치 장소의 조건이나 기상 상황에 따라 결정한다. 경우에 따라서는 복수의 장비를 투입하여 복수의 핀파일(30)을 동시에 설치할 수 있으므로 시공시간의 절감에 크게 기여한다.In the step (c) of the present invention, the
이때, 상기 단계 (c)에서 핀파일(30)의 내부를 통하여 굴착하고 근입시키는 것이 좋다. 굴작장비의 오거를 핀파일(30) 내부로 진입시켜 암반(15)을 굴착하고 그 내부에 핀파일(30)의 하단부를 진입시킨다. 모노파일(20)과 핀파일(30)이 모두 암반(15)에 근입되면 높은 강성이 발휘된다.At this time, in step (c), it is preferable to excavate through the inside of the
한편, 상기 단계 (c)에서 핀파일(30)의 내부를 그라우팅 처리하고, 핀파일(30)과 자켓(40)의 사이에 그라우팅 처리하여 고정한다. 그라우팅재는 전술한 단계 (b)와 동일한 것을 사용하지만 핀파일(30)과 자켓(40)의 틈새가 좁은 경우 주입성과 유동성을 개선하기 위한 함량 조정이 필요하다. 그라우팅재를 고압으로 투입하여 경화시키면 핀파일(30)의 강도, 핀파일(30)과 자켓(40)의 결합력, 핀파일(30)과 암반(15)의 결합강도가 증진된다.Meanwhile, in the step (c), the inside of the
본 발명의 단계 (d)에서, 모노파일(20)과 핀파일(30)의 상단에 타워(50)를 설치하는 과정을 거친다. 해상풍력용 해양구조물에서 타워(50)는 발전장비를 비롯한 두부구조를 포함한다.In step (d) of the present invention, a
이와 같이 본 발명은 모노파일(20)과 핀파일(30)의 크기를 소형화할 수 있는 만큼 소형 장비로 시공이 가능하여 공사비를 대폭 절감할 수 있다.As described above, since the size of the mono-
본 발명의 또 다른 일면으로서, 기 설치된 해양구조물 지지구조체를 보강하는 시공방법에 관하여 제안한다.As another aspect of the present invention, a construction method for reinforcing a previously installed offshore structure supporting structure is proposed.
본 발명의 단계 (a)는 외력에 의하여 기울어진 모노파일(20) 지지구조체를 보정하는 과정을 거친다. 해양구조물은 자중 외에 파랑하중과 풍하중에 의한 반복하중으로 지반의 침하, 변형을 유발하여 모노파일(20)의 기울어짐 현상을 초래한다. 전술한 자켓(40)이 설치되지 않은 종래의 일반적인 모노파일(20)이라면 이를 직립 상태로 복귀하도록 보정하는 작업이 선행되어야 한다.Step (a) of the present invention is a process of correcting the
본 발명의 단계 (b)는 모노파일(20)의 측면에서 자켓(40)의 중심관(42)을 중심으로 이분 또는 다분화된 자켓(40)을 모노파일(20)을 중심으로 결합하여 볼트 등을 이용하여 고정하고, 단계 (c)는 자켓(40)의 위성관(44)을 통하여 핀파일(30)을 설치한다. 모노파일(20)과 자켓(40)의 사이에 그라우팅 처리하고, 핀파일(30)을 박고, 그라우팅재를 투입하는 과정은 도 4와 동일하다.The step (b) of the present invention is a method of assembling the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
11: 수중 13: 해저지반
15: 암반 20: 모노파일
25: 거치대 30: 핀파일
40: 자켓 42: 중심관
44: 위성관 46: 연결대
50: 타워11: Underwater 13: Submarine ground
15: Rock 20: Mono file
25: Holder 30: Pin File
40: jacket 42: center tube
44: satellite tube 46: connecting rod
50: Towers
Claims (7)
상기 모노파일(20)의 주변에 복수로 배치되는 핀파일(30); 및
상기 모노파일(20)과 핀파일(30)을 각각 부분적으로 수용하여 일체로 연결하는 자켓(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체.A mono file 20;
A pin file (30) arranged in plural around the mono file (20); And
And a jacket (40) partially receiving and integrally connecting the mono-pile (20) and the pin pile (30).
상기 자켓(40)은 모노파일(20)을 수용하는 중심관(42)과, 복수의 핀파일(30)을 수용하는 위성관(44)과, 중심관(42)의 주변에 위성관(44)을 방사상으로 지지하는 연결대(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체.The method according to claim 1,
The jacket 40 includes a central tube 42 for receiving the monofilaments 20, a satellite tube 44 for receiving the plurality of pinfiles 30 and a satellite tube 44 And a linkage (46) for radially supporting the support structure (46).
(b) 모노파일(20)의 상단에 자켓(40)의 중심관(42)을 고정하는 단계;
(c) 자켓(40)의 위성관(44)을 통하여 핀파일(30)을 설치하는 단계; 및
(d) 모노파일(20)과 핀파일(30)의 상단에 타워(50)를 설치하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체의 시공방법.(a) installing a mono file (20);
(b) fixing the center tube (42) of the jacket (40) to the top of the monofilament (20);
(c) installing pin file (30) through satellite tube (44) of jacket (40); And
(d) installing a tower (50) at the top of the mono-pile (20) and the pin pile (30).
상기 단계 (b)에서 모노파일(20)과 자켓(40)의 사이에 그라우팅 처리하여 고정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체 및 이의 시공방법.The method of claim 3,
Wherein the step (b) includes grouting between the mono-pile (20) and the jacket (40) to fix the mono-pile (20) and the jacket (40).
상기 단계 (c)에서 핀파일(30)의 내부를 통하여 굴착하고 근입시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체의 시공방법.The method of claim 3,
Wherein the step (c) comprises drilling through the inside of the fin (30) and inserting the fin (30).
상기 단계 (c)에서 핀파일(30)의 내부를 그라우팅 처리하고, 핀파일(30)과 자켓(40)의 사이에 그라우팅 처리하여 고정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체의 시공방법.The method of claim 3,
Wherein the inner surface of the pin pile (30) is subjected to a grouting treatment and a grouting treatment is performed between the pin pile (30) and the jacket (40) in the step (c).
(b) 모노파일(20)의 측면에서 자켓(40)의 중심관(42)을 중심으로 이분 또는 다분화된 자켓(40)을 모노파일(20)을 중심으로 결합하여 볼트 등을 이용하여 고정하는 단계; 및
(c) 자켓(40)의 위성관(44)을 통하여 핀파일(30)을 설치하고, 모노파일(20)과 자켓(40)의 사이에 그라우팅 처리하고, 핀파일(30)을 박고, 그라우팅재를 투입하여 고정하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지지 구조체의 시공방법.(a) correcting the monopile (20) support structure inclined by an external force;
(b) The monofilament 20 is fixed on the monofilament 20 by using bolts or the like around the monofilament 20 with the half or differentiated jacket 40 centered on the center pipe 42 of the jacket 40 ; And
(c) The pin file 30 is installed through the satellite pipe 44 of the jacket 40, grouting is performed between the mono file 20 and the jacket 40, the pin file 30 is inserted, And a step of injecting and fixing the ash to the hybrid support structure.
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