KR20160028307A - 지중식 하부구조물의 고정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일면에 의하면, 설치대상의 해저 지반에 지중식 하부구조물을 고정하는 장치에 있어서: 상기 하부구조물의 저면부(10)에 해저지반과 밀착되도록 설치되는 스툴부(20); 및 상기 스툴부(20)의 주변으로 충진관(37)과 연통하는 그라우트 백(35)을 구비하고, 그라우트재(GT)의 충진으로 그라우트 백(35)을 전개시키는 그라우팅부(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선탑재된 그라우트 백을 지닌 그리우팅부로 구조물의 설치와 동시에 기초를 형성할 수 있어 부가적인 작업을 줄이고, 설치지역의 지형을 사전에 반영하여 설치과정의 초기 레벨링에 따른 자재는 물론 작업시간을 줄일 수 있다.

Description

지중식 하부구조물의 고정 장치 및 방법{Apparatus and Method for fixing gravity structure}

본 발명은 고정식 해양 플랫폼에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해양의 고정식 플랫폼에서 탑사이드를 지지하도록 설치되는 지중식 하부구조물의 고정 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상 고정식 해양 구조물의 중 지중식 방식을 가지는 하부구조물(GS; Gravity Substructure)은 탑사이드(Topsides)를 지지하는 하부구조물로서, 해양의 고정식 플랫폼(Fixed Platform)에 적용되고 있다. 이와 같은 GS는 해저 지반(Sea-bed)에 설치된 파일에 의해 상부하중이 전달되는 통상의 재킷(Jacket) 구조물과는 달리, 해저 지반에 하부구조물이 직접 놓이게 되고 구조물의 자중에 의해 해양환경하중을 지탱하는 방식이다. 따라서, 해저 지반과의 마찰력을 증가시키기 위해 해저면과의 접촉면적을 가능한 넓힐 수 있는 구조로 구성이 된다.

GS의 접촉면을 넓히는 방법으로 해저의 울퉁불퉁한 면을 모래나 자갈로 채워 편평한 면을 만든 다음 그 위에 GS를 얹어 놓는 공법이 사용된다. 이는 구조물의 가동 중 해양환경하중으로 인해 구조물의 슬립(Slip)이 발생할 수 있는 조건이 되므로 GS를 설치하기 전에 기초(Foundation) 작업을 사전에 수행해야 한다.

이와 관련되어 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2010-0089938호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2011-0021342호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 내부가 격리된 상태로 이루어지고, 벽체의 외면 하단에 임시 차단막이 설치되며, 벽체를 상하로 관통하여 고정용 강철봉이 상하로 이동할 수 있게 관통삽입 설치되는 한편, 상기 내부 공간에 고정용 강철봉의 상하 이동을 제어하기 위한 별도의 제어용 스페이스가 구비된다. 이에 따라, 오탁수 억제로 인하여 수중 환경을 보호하면서 작업시간을 줄이는 등의 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 케이슨의 하부판에 차단막의 일단부가 고정되게 설치하고, 둥글게 말아 고정하는 제1단계; 케이슨을 해저면에 거치시키는 제2단계; 차단막의 타측 단부를 풀어 해저면에 고정시키는 제3단계; 케이슨의 하부판과 해저면의 사이에 형성된 공동부에 그라우트재를 충진하는 제4단계;를 포함한다. 이에 따라, 그라우트재의 세굴 및 재료분리를 억제하면서 케이스 하부에서 그라우트재 밀착성이 우수한 효과를 기대한다.

그러나 상기한 선행문헌 1에 의하면 수중에서 벽체와 차단막을 설치하고 내부의 침전물을 양수하는 수중작업이 불편하고 많은 시수를 소요하며, 선행문헌 2에 의하면 케이슨의 하부에 차단막을 고정하고 단부를 풀어 해저면에 고정시키는 수중작업이 불편하고 많은 시수를 소요한다.

1. 한국 공개특허공보 제2010-0089938호 "수중 구조물 설치용 콘크리트 기초 및 이를 이용한 수중 구조물의 설치방법" (공개일자 : 2010. 8. 13.) 2. 한국 공개특허공보 제2011-0021342호 "차단막을 이용한 케이슨의 설치 방법" (공개일자 : 2011. 3. 4.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, GS의 저면부에 해저 지반의 형상에 맞춘 스툴과 그라우트 백을 미리 탑재하고 설치과정에서 그라우트재 충진에 의하여 그라우트 백이 전개되는 방식으로 기초작업을 수행할 수 있는 지중식 하부구조물의 고정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 해저 지반에 지중식 하부구조물을 고정하는 장치에 있어서: 상기 하부구조물의 저면부에 해저지반과 밀착되도록 설치되는 스툴부; 및 상기 스툴부의 주변으로 충진관과 연통하는 그라우트 백을 구비하고, 그라우트재의 충진으로 그라우트 백을 전개시키는 그라우팅부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 스툴부는 해저 지형에 따라 대응되도록 높이와 형상이 구성되며, 내부에 다수의 부재를 교차시켜 배치한 격자체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 그라우팅부는 접혀진 상태의 그라우트 백을 상단에서 지지대로 고정한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 그라우트 백은 저면에서 보호커버로 지지되어 컬럼의 내부에 은폐되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 보호커버는 설정된 하중의 작용시 분리되도록 일측에서 클램프로 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 그라우팅부의 그라우트 백은 전개되는 자세를 유지하도록 내부에 발라스트체인을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 그라우팅부의 그라우트 백은 하부에서 그라우트재의 유동성을 향상하도록 충진관에 연통되는 보충호스를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 설치대상의 해저 지반에서 청구항 1의 하부구조물에 대한 기초작업을 수행하는 방법에 있어서: (a) 상기 해저 지반에 대응하여 저면부에 스툴부를 설치하는 단계; (b) 하부구조물을 해저 지반에 안착시키고 그라우팅 백에 그라우트재를 충진하는 단계; 및 (c) 하부구조물의 스툴부에 그라우트재를 충진하여 해저 지반에 밀착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (a)는 사전에 조사된 해저 지반의 정보에 대응하여 스툴부의 높이와 경사를 차등적으로 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (c)는 스툴부 및 전개된 그라우팅 백 사이의 공간에도 그라우트재를 더 충진하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, GS에 미리 탑재된 그라우트 백을 기반으로 하는 그리우팅부로 구조물의 설치와 동시에 기초를 형성할 수 있어 부가적인 작업을 줄이는 효과가 있다.

또한, 해저지반 조사를 통한 설치지역의 지형을 사전에 반영하여 설치과정의 초기 레벨링에 따른 자재는 물론 작업시간을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하부구조물을 나타내는 구성도
도 2는 도 1의 하부구조물에서 하나의 스툴부를 나타내는 구성도
도 3은 도 2의 스툴부에서 주요부를 종단하고 확대하여 나타내는 구성도
도 4는 도 3의 그라우팅 백의 전개 진행중 상태를 나타내는 구성도
도 5는 도 3의 그라우팅 백의 전개 완료된 상태를 나타내는 구성도
도 6은 본 발명에 따른 방법의 주요 공정을 나타내는 순서도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일면은 설치대상의 해저 지반에 지중식 하부구조물을 고정하는 장치에 관하여 제안한다. 도 1에서 고정식 해양 구조물 중에서 지중식 하부구조물로서 철강하부구조물(SGS)을 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 일예로 SGS의 경우에는 다수의 컬럼상에 노드와 폰툰을 구비한다. 하부구조물의 기저부는 해저지반과 접하는 부분으로서 외부에서 충진되는 그라우트재(GT)에 의하여 마찰력을 증대시켜 해양 구조물의 안정적 자세를 유지한다.

본 발명에 따르면 스툴부(20)가 상기 하부구조물의 저면부(10)에 해저지반과 밀착되도록 설치되는 구조이다. 스툴부(20)는 하부구조물의 저면부(10)에서 하방향으로 연장되는 관체로서 외부에서 충진되는 그라우트재(GT)에 의하여 해저지반과 밀착된다. 물론 해저지반의 지형에 따라서 저면부(10) 상의 스툴부(20)의 돌출되는 높이는 다르게 설정될 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 스툴부(20)는 상기 스툴부(20)는 해저 지형에 따라 대응되도록 높이와 형상이 구성되며, 내부에 다수의 부재를 교차시켜 배치한 격자체(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 격자체(25)는 스툴부(20)의 하단부에 고정되어 해저지반과 밀착되며, 그라우트재와 결합되어 하부구조물 전체의 강성을 증대시킨다. 그리고 하부구조물의 하단부에서 격자체(25)에 의하여 마찰력이 증가되면 종래의 기초작업시 소요되는 철광석 또는 모래의 양을 상당히 줄일 수 있고 부가적인 구조물이 불필요함으로 인해 하부구조물의 전체 크기도 줄일 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 그라우팅부(30)가 상기 스툴부(20)의 주변으로 충진관(37)과 연통하는 그라우트 백(35)을 구비하고, 그라우트재(GT)의 충진으로 그라우트 백(35)을 전개시키는 구조를 특징으로 한다. 그라우팅부(30)는 컬럼에서 저면부(10)의 일부 공간에 그라우트 백(35)을 수용하고, 충진관(37)을 통하여 그라우트재가 유입되면서 그라우트 백(35)의 하방향 전개를 유발한다. 충진관(37)은 컬럼의 내부공간 또는 외주면을 따라 상측으로 유도되어 수중이 아닌 해상에서 그라우트재 충진을 가능하게 한다. 그라우트 백(35)은 직물을 기반으로 하여 수지재를 함침한 소재를 사용하며 차량의 에어백처럼 최소한의 부피로 접어서 저면부(10)의 내부에 수용한다.

도 2를 참조하면 이와 같은 그라우팅부(30)의 그라우트 백(35)은 저면부(10)에서 스툴부(20)의 주변을 감싸도록 설치된다. 이와 같은 구성에 의하여 후속하는 그라우팅 작업시 차수 기능을 수행한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 그라우팅부(30)는 접혀진 상태의 그라우트 백(35)을 상단에서 지지대(31)로 고정한 것을 특징으로 한다. 지지대(31)는 그라우트 백(35)이 수용되는 내부공간 상황을 고려하여 적절한 수량으로 설치한다. 그라우트 백(35) 자체의 수밀성이나 지지대(31)에 의한 고정부의 수밀성은 그다지 높게 요구되지 않는다. 즉, 그라우트재(GT)는 그라우트 백(35)의 유도에 따라 수중에서 충진되고 경화될 수 있다.

이때, 상기 그라우트 백(35)은 저면에서 보호커버(43)로 지지되어 컬럼의 내부에 은폐되는 것을 특징으로 한다. 보호커버(43)는 그라우트 백(35)의 저면을 지지하도록 설치되어 외부에서 전달되는 충격에 의한 손상을 방지한다. 보호커버(43)는 그라우트 백(35)과 마찬가지로 높은 수밀성을 요구하지 않으나 그라우트 백(35)의 지지를 위한 기계적 강도를 필요로 한다.

한편, 상기 보호커버(43)는 설정된 하중의 작용시 분리되도록 일측에서 클램프(33)로 고정되는 것을 특징으로 한다. 클램프(33)는 보호커버(43)에 대한 조임력을 가변할 수 있는 구조이며, 컬럼의 내부공간에서 지지대(31)의 하측으로 고정된다. 도 3과 같이 보호커버(43)는 일측에서 클램프(33)로 고정되어 그라우트 백(35)의 하중을 지지하지만 그라우트재(GT)의 충진에 따라 설정된 최대 하중에 도달하면 클램프(33)에서 분리되어 그라우트 백(35)의 낙하와 전개를 허용한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 그라우팅부(30)의 그라우트 백(35)은 전개되는 자세를 유지하도록 내부에 발라스트체인(41)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 발라스트체인(41)은 그라우트 백(35)의 하부(바닥면)에서 중심에 고정되는 중량체로서 그라우트재의 유입시 그라우트 백(35)이 수중에서 하방향으로 안정적으로 전개되도록 자세를 유지한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 그라우팅부(30)의 그라우트 백(35)은 하부에서 그라우트재(GT)의 유동성을 향상하도록 충진관(37)에 연통되는 보충호스(48)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 보충호스(48)는 그라우트 백(35)의 내부공간에서 바닥면에 고정되고 상측으로 충진관(37)과 연통된다. 외부에서 그라우트 백(35)으로 유입되는 그라우트재의 유동성이 충분히 확보되지 않으며 바닥면에서 크고 작은 공극이 발생하여 강도를 저하시킨다. 보충호스(48)를 통하여 그라우트 백(35)의 바닥면에 그라우트재(GT)를 추가적으로 공급하면 이와 같은 현상을 방지하여 일정한 충진상태를 유지할 수 있다.

시공에 있어서, 도 3과 같이 하부구조물을 해저지반의 설정된 위치에 안착시킨 후에 충진관(37)을 통하여 그라우트재(GT)를 충진하면, 설정된 하중에 이르러 보호커버(43)가 클램프(33)에서 분리되면서 그라우트 백(35)이 서서히 전개되고, 도 4와 같이 그라우트 백(35)이 해저지반에 이르러 횡으로 팽창되면서 그라우트재(GT)의 충진이 완료되고, 도 5와 같이 그라우트재(GT)가 그라우트 백(35)과 함께 상단이 좁고 하단이 넓은 단면 형태로 고화된다.

한편, 도 4처럼 본 발명의 변형예로서 그라우트 백(35)의 내부에 길이가 다른 보강선재(45)를 다층으로 부가하면 도 5와 같이 그라우트재의 고화된 형태를 다양하게 변동할 수 있다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 설치대상의 해저 지반에서 청구항 1의 지중식 하부구조물을 고정하는 방법에 관하여 제안한다. 전술한 하부구조물을 설치대상으로 하여 특정의 해저상 지반에 설치하기 위한 파운데이션(Foundation) 작업과정을 요지로 한다.

본 발명에 따르면 단계 (a)는 상기 해저 지반에 대응하여 저면부(10)에 스툴부(20)를 설치하는 과정이다. 하부구조물에서 저면부(10)에 위치한 스툴부(20)는 일차적으로 해저 지반의 굴곡을 반영하는 형태로 형성하여 수중에서 기본적인 밸런스를 유지한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (a)는 사전에 조사된 해저 지반의 정보에 대응하여 스툴부(20)의 높이와 경사를 차등적으로 적용하는 것을 특징으로 한다. 예컨대 지중식 해양구조물이 해류 등에 의해 지지될 수 있도록 사전에 계산된 값에 따라 다수개의 스툴부(20)의 수량과 위치를 결정하고, 해저 지반을 사전에 조사하여 획득된 정보에 따라 각각의 스툴부(20)의 높이와 경사를 결정하고 설계하여 부착한다. 물론 이 과정에서 전술한 격자체(25)를 부가적으로 활용하며, 해저 지반의 상태에 따라 매트(도시 생략)도 투입할 수 있다.

본 발명에 따르면 단계 (b)는 하부구조물을 해저 지반에 안착시키고 그라우팅 백(35)에 그라우트재(GT)를 충진하는 과정이다. 그라우팅 백(35)에 그라우트재(GT)를 충진하는 것은 도 3 내지 도 5에서 나타낸 바와 마찬가지로 해상에서 충진관(37)을 통하여 수행한다.

본 발명에 따르면 단계 (c)는 하부구조물의 스툴부(20)에 그라우트재(GT)를 충진하여 해저 지반에 밀착시키는 과정이다. 스툴부(20)는 저면에 격자체(25)를 지닌 중공 구조로서 충진관(38)을 통하여 해상으로 연결된다. 전술한 그라우팅 백(35)의 충진과 동일한 방식으로 스툴부(20)의 내부에 그라우트재(GT)를 충진하여 기초를 견실하게 형성한다. 이 과정에서 스툴부(20)를 둘러싸는 그라우트 백(35)과 그라우트재(GT)가 차수벽을 형성한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (c)는 스툴부(20) 및 전개된 그라우팅 백(35) 사이의 공간에도 그라우트재(GT)를 더 충진하는 것을 특징으로 한다. 부가적으로 상기 공간에 충진관(38)을 설치하여 동일한 방식으로 해상에서 그라우트재(GT)를 충진하면 해저 지반에 대한 안정적 지지력을 높여 더욱 견실한 기초를 형성할 수 있다. 이 과정에서 스툴부(20)를 둘러싸는 그라우트 백(35)과 그라우트재(GT)가 차수벽을 형성한다.

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.

10: 저면부 20: 스툴부
25: 격자체 30: 그라우팅부
31: 지지대 33: 클램프
35: 그라우트 백 37, 38: 충진관
41: 발라스트체인 43: 보호커버
45: 보강선재 48: 보충호스
GT: 그라우트재

Claims (10)

1. 해저 지반에 지중식 하부구조물을 고정하는 장치에 있어서:
   상기 하부구조물의 저면부(10)에 해저지반과 밀착되도록 설치되는 스툴부(20); 및
   상기 스툴부(20)의 주변으로 충진관(37)과 연통하는 그라우트 백(35)을 구비하고, 그라우트재(GT)의 충진으로 그라우트 백(35)을 전개시키는 그라우팅부(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스툴부(20)는 해저 지형에 따라 대응되도록 높이와 형상이 구성되며, 내부에 다수의 부재를 교차시켜 배치한 격자체(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 그라우팅부(30)는 접혀진 상태의 그라우트 백(35)을 상단에서 지지대(31)로 고정한 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 그라우트 백(35)은 저면에서 보호커버(43)로 지지되어 컬럼의 내부에 은폐되는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 보호커버(43)는 설정된 하중의 작용시 분리되도록 일측에서 클램프(33)로 고정되는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 그라우팅부(30)의 그라우트 백(35)은 전개되는 자세를 유지하도록 내부에 발라스트체인(41)을 구비하는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 그라우팅부(30)의 그라우트 백(35)은 하부에서 그라우트재(GT)의 유동성을 향상하도록 충진관(37)에 연통되는 보충호스(48)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 장치.
8. 설치대상의 해저 지반에서 청구항 1의 지중식 하부구조물을 고정하는 방법에 있어서:
   (a) 상기 해저 지반에 대응하여 스툴부(20)를 설치하는 단계;
   (b) 상기 하부구조물을 해저 지반에 안착시키고 그라우팅 백(35)에 그라우트재(GT)를 충진하는 단계; 및
   (c) 상기 하부구조물의 스툴부(20)에 그라우트재(GT)를 충진하여 해저 지반에 밀착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 단계 (a)는 사전에 조사된 해저 지반의 정보에 대응하여 스툴부(20)의 높이와 경사를 차등적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계 (c)는 스툴부(20) 및 전개된 그라우팅 백(35) 사이의 공간에도 그라우트재(GT)를 더 충진하는 것을 특징으로 하는 지중식 하부구조물의 고정 방법.

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