KR20150050618A - 석션 파일 - Google Patents

Abstract

해저의 지반으로 관입된 상태에서 지반과의 접촉면적 증가는 물론 부가질량(added mass) 또한 증가됨으로 인해 지반으로의 지지력을 극대화할 수 있도록 석션 파일의 외측면에 지반으로의 관입 후 그 지반과의 접촉 면적과 부가질량이 증가되도록 형성되는 지지수단;을 포함하는 석션 파일을 제공한다.
그에 따라 해양 구조물의 무어링 라인으로 연결시 높은 고정력을 유지할 수 있는 효과를 가짐은 물론 그로 인한 뛰어난 안전성을 확보할 수 있는 효과도 가진다.

Description

석션 파일{Sustion Pile}

본 발명은 석션 파일에 관한 것으로, 더 상세하게는 해저의 지반으로 관입된 상태에서 지반과의 접촉면적 증가는 물론 부가질량(added mass) 또한 증가됨으로 인해 지반으로의 지지력을 극대화할 수 있도록 한 석션 파일에 관한 것이다.

일반적으로 석션 파일(suction pile)이라 함은 해저의 지반 내로 관입되어 각종 해양 구조물을 고정시키는 데 사용되는 것을 말한다.

다시 말해서, 파일 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 석션함으로써 발생된 파일 내부와 외부의 압력차를 이용하여 설치되는 파일을 말하다. 즉, 정수압 이하의 수압(석션)을 이용하고 해저 지반 뿐만 아니라 석션을 발생시킬 수 있는 수면 하의 지반에도 적용이 가능하며, 지반 표층에 자중에 의한 침설 및 관입시킨 기초 내측의 물을 펌프로 강제 배수시킴으로써 석션을 발생시킨다. 상기 석션 파일은 일명 버켓 파일(Bucket Pile)이라고도 한다.

이러한 통상적인 석션 파일은 저판이 없는 원통형의 중공 케이스로 석션을 가하기 용이하게 상단부는 밀폐되게 형성된다.

통상적인 기초의 침설(沈設)방법으로는 바라스트를 재하하는 방법, 진동 타격을 가하는 방법 및 워터 젯을 사용하는 방법 등이 있지만, 석션 파일에서는 석션 펌프를 사용하여 발생시키 파일 내외의 수압차를 이용하여 침설시키게 된다.

상기와 같이 해저의 지반으로 설치되는 석션 파일의 설치 방법을 설명하면, 석션 파일을 해저의 지반에 안착시키면 파일 자중에 의하여 파일 하단부가 해저의 지반에 일정 깊이까지 관입되게 되고, 이 상태에서 파일 두부에 설치된 수중 펌프와 같은 석션장치를 이용해서 파일 내부의 물을 외부로 배수시킴으로써 파일 내부의 압력이 저하되어 파일 내부와 외부의 압력차가 발생하게 된다. 이때 석션 파일은 구조상 수평방향으로는 힘이 평형 상태를 이루나 상하 방향으로는 하부로 누르는 힘이 발생하게 되는데, 이 발생된 힘에 의하여 파일은 관입되게 된다. 그리고, 파일 관입을 방해하는 저항력은 파일 하단부의 선단 지지력과 주면 마찰력에 의하여 결정되며, 관입력이 저항력보다 크면 파일을 관입하게 된다. 상기 석션 파일의 관입 유도력은 파일 외부와 내부의 압력차와 파일 단면적, 즉 직경의 제곱에 비례하지만 저항력은 직경에 비례하므로 파일의 직경이 클수록 작은 압력차로도 설치가 가능하다.

상기와 같이 해저의 지반으로 석션 파일이 관입된 상태에는 무엇보다도 높은 지지력을 가질 수 있도록 하는 것이 관건인 데, 종래 지지력을 향상시키는 방법으로는 파일의 직경을 넓게 하거나 길이를 길게하여 지반과의 접촉면적을 증가시켜 마찰력을 높이는 방법을 사용하였다.

그러나, 상기한 방법의 경우 석션 파일의 크기가 커지는 관계로, 제작 비용이 증대되는 문제점과 함께 취급 또한 불편한 단점을 가진다.

한편, 종래에도 석션 파일과 관련된 선행기술에는 대한민국 등록특허 제10-1185031호(이하 '선행특허문헌 1'이라 합니다)에 개시된 바와 같이 석션 파일에 낙하추진장치를 구비하여 해저면 관입깊이(penetration skirts)를 확보하는 기술이 제안된 바 있다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1199348호(이하 '선행특허문헌 2'라 합니다)에 개시된 바와 같이 석션 파일의 하단에 선단 슈를 구비하여 단단한 토층의 해저지반에도 관입이 원활하게 이루어질 수 있도록 하여 석션 파일의 적용성과 시공성을 증대시킬 수 있는 기술도 제안된 바 있다.

그리고, 대한민국 등록특허 제10-1281601호(이하 '선행특허문헌 3'이라 합니다)에 개시된 바와 같이 석션 파일을 중량체에 의해 타격을 가하여 짧은 시간 내에 수중 지반에 관입이 이루어질 수 있도록 하는 기술도 제안된 바 있다.

대한민국 등록특허 제10-1185031호 대한민국 등록특허 제10-1199348호 대한민국 등록특허 제10-1281601호

그러나, 상기한 선행특허문헌 1 내지 3은 석션 파일을 해저의 지반으로 관입시키는 기술에 관한 것으로, 상기 석션 파일이 해저의 지반으로 관입된 상태에서의 지지력과 관련된 기술은 제시된 바 없다.

상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 해저의 지반으로 관입된 상태에서 지반과의 접촉면적 증가는 물론 부가질량(added mass) 또한 증가됨으로 인해 지반으로의 지지력을 극대화할 수 있도록 한 석션 파일를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지반으로 관입된 상태에서의 지지력이 더욱 증가되도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지반으로의 관입이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 내부의 유체를 외부로 석션함으로써 발생된 내부와 외부의 압력차를 이용하여 해저의 지반 내로 관입되어 각종 해양 구조물을 고정할 수 있도록 지지되는 석션 파일로서, 상기 석션 파일의 외측면에 지반으로의 관입 후 그 지반과의 접촉 면적과 부가질량이 증가되도록 형성되는 지지수단;을 포함한다.

상기 지지수단은 석션 파일의 외측면으로부터 외측 방향으로 경사진 방사형 형태로 형성되는 지지부재가 다단으로 형성된다.

상기 지지부재의 내측면에는 그 지지부재의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보강 비드가 더 형성된다.

상기 석션 파일의 외측면에는 수중에 해양 구조물을 지지하기 위한 무어링 라인과 연결되는 연결 고리가 더 형성된다.

상기 지지부재의 내측면과 석션 파일의 외측면 사이에는 하나 이상의 지지대가 더 형성된다.

상기 지지부재에는 강도 보강과 변형 방지를 위한 복수 개의 슬릿홈이 형성된다.

상기 지지부재는 복수 개의 절개홈에 의해 분할 형성된다.

본 발명은 해저의 지반으로 관입된 상태에서 지반과의 접촉면적 증가는 물론 부가질량 또한 증가됨으로 인해 지반으로의 지지력을 극대화할 수 있도록 함으로써, 해양 구조물의 무어링 라인으로 연결시 높은 고정력을 유지할 수 있는 효과를 가짐은 물론 그로 인한 뛰어난 안전성을 확보할 수 있는 효과도 가진다.

또한, 강도 보강과 변형 방지로 인한 지반으로 관입된 상태에서의 지지력이 더욱 증가되도록 함으로써, 더욱더 높은 고정력을 가질 수 있는 효과가 있다.

또한, 지반으로의 관입이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 지반으로의 관입시 작은 압력에 의해서도 용이하게 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 사시도,
도 2는 도 1에 따른 정단면도,
도 3은 도 2에 따른 사용 상태를 설명하기 위한 정단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 사시도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니니다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 사시도이며, 도 2는 도 1에 따른 정단면도이고, 도 3은 도 2에 따른 사용 상태를 설명하기 위한 정단면도이다.

도시된 바와 같이 내부의 공기나 물 등과 같은 유체를 펌프 등에 의해 외부로 석션함으로써 발생된 내부와 외부의 압력차를 이용하여 해저의 지반 내로 관입되어 각종 해양 구조물을 고정할 수 있도록 지지되는 석션 파일(100)를 개시한다. 상기 석션 파일(100)은 통상적인 구조를 가지는 것으로, 관체 형태로 내부가 중공되고 밑면이 개방되며 상면이 폐쇄되어 석션할 수 있는 펌프(P)가 연결되는 배출 연결구(102)와 복수의 배출구(104)가 형성된다.

본 발명은 해저의 지반으로 관입된 상태에서 지반과의 접촉면적 증가는 물론 부가질량(added mass) 또한 증가됨으로 인해 지반으로의 지지력을 극대화할 수 있도록 한다. 상기 부가질량이라 함은 해상에 부유된 해양 구조물 또는 다른 물체가 수중에서 운동할 때에 물체가 받게 되는 동유체력 중 가속도항의 계수를 말한다.

본 발명에 따른 상기 석션 파일(100)의 외측면에 지반으로의 관입 후 그 지반과의 접촉 면적과 부가질량이 증가되도록 하여 높은 지지력을 가지게 됨에 따라 지반으로의 높은 고정력을 가지도록 형성되는 지지수단(1);을 포함한다.

지지수단(1)은 석션 파일(100)의 외측면으로부터 외측 방향으로 경사진 방사형 형태로 통상적인 고정방식인 용접되어 형성되는 지지부재(10)가 다단으로 형성된다. 상기 지지부재(10)는 도시된 바와 같이 석션 파일(100)에 형성된 상태에서는 역마름모꼴 형태이나 상기 역마름모꼴 형태로 한정되는 것은 아니라 지반의 조건에 따라 형상이나 크기를 다양하게 구현할 수 있다.

아울러, 상기 지지부재의 경사도는 지반의 조건에 따라 석션 파일의 외측면으로부터 이격되는 거리를 가깝게 하거나 멀리할 수 있도록 한다. 즉, 지반이 비교적 단단할 경우에 지지부재의 경사도가 석션 파일의 외측면으로 근접되게 하여 관입이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 지반이 비교적 연약한 경우 지지부재의 경사도를 석션 파일의 외측면으로부터 멀리하여 관입이 원활하게 이루어짐은 물론 관입 후 지반과의 접촉면적과 부가질량이 최대한 증가되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 석션 파일(100)과 지지부재(10) 사이에 형성되는 공간에는 관입된 상태에서 지반의 흙이 채워져 마찰력을 증가시킴은 물론 부가질량을 증가시킴으로써, 지반으로 관입된 상태에서는 지지력을 극대화할 수 조건을 가지게 된다.

한편, 상기 지지부재(10)의 내측면에는 그 지지부재(10)의 둘레를 따라 관입시 지지부재가 변형되는 것을 방지하도록 형성되는 복수의 보강 비드(12)가 더 형성된다. 상기 보강비드는 별도로 용접 등을 통하여 지지부재의 내측면으로 고정할 수 있을 뿐만 아니라 지지부재를 제작시 일체로 형성하여도 무방하다.

또한, 상기 석션 파일(100)의 외측면에는 수중에 해양 구조물을 지지하기 위한 무어링 라인과 연결되는 통상적인 연결 고리(105)가 더 형성된다.

그에 따라 지반으로 관입되어 높은 지지력으로 고정된 상태이므로, 해양 구조물의 지지 또한 용이하게 이루어질 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 해저의 지반으로 관입은 전술한 바와 같이 석션 파일(100)의 상면에 형성된 배출 연결구(102)에 설치된 펌프(P)에 의해 석션 파일(100)의 내부 유체를 석션함으로써, 그 석션에 의해 발생된 내부와 외부의 압력차로 인해 해저의 지반 내로 관입이 이루어진다.

이렇게, 지반으로 관입되는 석션 파일(100)은 외측면으로 형성된 지지수단(1)인 지지부재(10)에 의해 지반과의 접촉면적이 증가됨은 물론 석션 파일(100)의 외측면과 지지부재(10) 사이에 형성되는 공간으로 채워지는 지반의 흙에 의해 부가질량 또한 증가됨으로써, 본 발명에 의한 석션 파일이 지반으로 관입된 상태에서는 최대한의 지지력을 가질 수 있는 조건을 가진다.

따라서, 본 발명의 석션 파일은 지반으로 관입되어 높은 지지력을 가짐으로써, 고정하고자 하는 해양 구조물 역시 무어링 라인을 통하여 용이하게 지지할 수 있는 조건을 가진다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 사시도이다.

도시된 바와 같이 상한 구성에서, 셕션 파일의 외측면에 형성되는 지지부재가 보다 높은 강도와 변형됨을 방지할 수 있도록 한다.

상기 지지부재(10)의 내측면과 석션 파일(100)의 외측면 사이에는 지지부재(10)의 강도 보강과 변형 방지를 위한 하나 이상의 지지대(14)가 더 형성된다. 상기 지지대는 통상적인 용접 등을 통하여 상기 지지부재의 내측면과 석션 파일의 외측면 사이에 고정된다.

그에 따라 해저의 지반으로 관입시 상기 지지부재 역시 석션 파일 사이에서 높은 강도를 가짐에 따라 변형되는 것을 방지함은 물론 관입된 후에는 지반과의 지지력 또한 증대되는 조건도 가진다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 사시도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 지지부재의 변형 방지와 강도 보강을 위해 별도의 보강 비드나 지지대를 형성하는 것이 아니라 지지부재를 제작시 그 지지부재 자체가 높은 강도는 물론 변형됨을 방지하도록 한다.

상기 지지부재(10)에는 관입시와 관입된 후에도 높은 강도를 가지면 변형을 방지를 위한 복수 개의 슬릿홈(16)이 형성된다.

다시 말해서, 상기 지지부재를 제작시 일정 간격을 갖도록 절곡된 슬릿홈을 형성함으로써, 별도의 보강 비드나 지지대 등이 필요없이 지지부재 자체에서 높은 강도를 가지면서 변형 방지 기능도 가질 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 일부 사시도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 지반으로의 관입은 보다 원활하게 이루어지면서 관입된 후에는 높은 지지력을 가질 수 있도록 한다.

상기 지지부재(10)는 복수 개의 절개홈(18)에 의해 분할 형성된다.

즉, 상기 지지부재를 절개홈에 의해 분할 형성함으로써, 지반으로의 관입이 전술한 일체형의 지지부재 보다 작은 압력으로도 쉽게 관입될 수 있을 뿐만 아니라 관입된 후에는 분할된 지지부재에 의해 높은 지지력도 가질 수 있는 것이다.

1 : 지지수단
10 : 지지부재 12 : 보강 비드
14 : 지지대 16 : 슬릿 홈
18 : 절개홈 100 : 석션 파일
102 : 배출 연결구 104 : 배출구

Claims (7)

1. 내부의 유체를 외부로 석션함으로써 발생된 내부와 외부의 압력차를 이용하여 해저의 지반 내로 관입되어 각종 해양 구조물을 고정할 수 있도록 지지되는 석션 파일로서,
   상기 석션 파일의 외측면에 지반으로의 관입 후 그 지반과의 접촉 면적과 부가질량이 증가되도록 형성되는 지지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지수단은 석션 파일의 외측면으로부터 외측 방향으로 경사진 방사형 형태로 형성되는 지지부재가 다단으로 형성되는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지부재의 내측면에는 그 지지부재의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보강 비드가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
4. 제2항에 있어서,
   상기 석션 파일의 외측면에는 수중에 해양 구조물을 지지하기 위한 무어링 라인과 연결되는 연결 고리가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
5. 제2항에 있어서,
   상기 지지부재의 내측면과 석션 파일의 외측면 사이에는 하나 이상의 지지대가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
6. 제2항에 있어서,
   상기 지지부재에는 강도 보강과 변형 방지를 위한 복수 개의 슬릿홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
7. 제2항에 있어서,
   상기 지지부재는 복수 개의 절개홈에 의해 분할 형성되는 것을 특징으로 하는 석션 파일.
   

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