KR20160080028A - 복합기능형 인공섬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상 비행장, 인공섬 및 부두시설을 연결한 복합기능형 인공섬에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부훗팅의 현장타설 콘크리트 말뚝에서 다수의 조립식 판넬과 받침대 조립판넬이 설치되도록 조립식 케이슨의 현장타설 콘크리트 말뚝을 이용하여 지지반력벽을 설치한 인공섬에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 인공섬과 부두시설, 해상비행장을 연결 구성하고, 그 외의 부대시설로서 액화천연가스 비축시설, 풍력발전단지, 잠수함 접안시설을 설치하고 각 구간을 해수 유통시키도록 구성하여; 투입재가 적게 들고 선박 유효통로 확보가 용이하며 깊은 심도에서도 설치가 가능한 직립식 방파제중 독립훗팅 기초방식에 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝공법을 적용하여 해저면에 하부훗팅이 설치되고; 지지말뚝을 RCD 장비를 이용하여 기반암까지 굴착하여 접속시키며, 매립지역을 구분하여 구역별로 말뚝 보강 지지대에 조립식 판넬을 쌓아 조립체 체적을 형성하면서 그 내부를 쇄석으로 충진시켜 그 적재물의 자중을 늘려 환경 외력에 대응하고, 요철형태로 받침대 조립판넬을 다수 조립식 판넬이 적층된 다수의 현장타설 말뚝사이에서 전면으로 적층되며; 인공어초까지의 설치가 끝나면 현장타설 말뚝과 지지 반력벽 상부의 두부를 정리하고, 각 말뚝과 지지 반력벽체간의 철근, 콘크리트, 연속보를 설치하여 일체화시키며, 상부 구조물을 설치하고 상부에 캡 비임을 설치하고 다시 상판이 설치되고; 상판의 그 여유 공간은 태양광 집전판을 설치하고, 마루턱 후면에 현장타설 말뚝과 연계해 풍력 발전기의 타워를 설치함으로 풍력 발전기의 회전력과 양력을 충분히 감당하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

복합기능형 인공섬{MULTIPURPOSE ARTIFICAL ISLAND}

본 발명은 해상 비행장, 인공섬 및 부두시설을 연결한 복합기능형 인공섬에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해당 하부훗팅의 현장타설 콘크리트말뚝에서 다수의 조립식 판넬과 받침대 조립판넬이 설치되도록 조립식 케이슨의 현장타설 콘크리트말뚝을 이용하여 지지반력벽을 설치한 인공섬에 관한 것이다.

해양공간을 이용한 인공섬 축조 방식에는 구조형태에 따라 부체식과 매립식으로 대별되고 있는 바, 부체식 인공섬의 축조방식은 깊은 심도에서 설치가 가능하고 파력이나 풍하중에 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있으나, 시설물의 크기와 부체의 흘수에 따른 제작상의 한계와 강재 가격의 상승으로 인한 제작비 증가, 지속적인 유지관리 비용이 소요되며 큰 파랑 내습시 시설물에 대한 동요량은 감수해야 하며, 부대시설 부지로 사용되는 상부 면적 또한 제한될 수밖에 없다.

또한, 이동을 제어하기 위한 계류시설이 필요하며, 육지와의 접속시설 설치 및 그에 따른 지반에 대한 지지력이 요구되므로 조건에 맞는 지층의 선택과 이에 대한 시설이 불가피하다.

매립식 인공섬의 축조방식은 매립재의 채석, 운반과정상의 수송로가 보장되어야 함으로 연안에서 근거리에 위치해야 하며, 수심 또한 20 m 내외라야 경제성이 있다. 이로 인한 분진과 소음의 각종 민원문제와 인근 어장에 대한 생태계 변화와 환경복구가 곤란한 점이 있다.

특히 연약지반에 시설할 경우에는 압밀침하 및 부등 침하를 예방하기 위해 치환 및 심층처리 혼합공법 등을 사용하고 있으며 그예로 매립식공법으로 인공섬을 구축한 일본의 간사이국제공항은 심각한 지반 침하의 대표적 실패사례로 들 수 있다.

인공섬의 매립방법에 있어서, 한쪽 부분을 호안제 형식으로 만들어서 진입로를 확보한 다음 그곳을 기점으로 순차적으로 매립해 나가는 방식과 파일과 흙막이벽을 이용한 호안제를 구축하여 형태를 만든 다음 매립해 나가는 방식도 있다.

그러나, 이 모두 사석제 피복제를 쌓아 파력을 감소시키는 방법을 채택하고 있는 바, 이는 사석의 흘러내림을 방지하기 위해 법면의 경사도가 30 도 이하로 유지해야 함으로, 저변의 포설면적이 확대되고 심도가 깊어질수록 그 체적은 비례해서 증가되므로 이에 대한 토공량 또한 만만치가 않다.

형태를 조성하는 매립방법에 착저식 케이슨구조물을 설치하는 방법은 비교적 구조가 간단하고 효용성이 있으나, 이 또한 수심 20 m를 넘게 되면 육상에서의 제작, 진수, 운송 과정상에 권상장비의 대형화(최소 2,000톤)이상에 따른 제한된 장비의 수배, 운용의 애로로 공사시점과 맞추기 어려운 점등이 있다.

인공섬의 이용 측면에서 공업 및 생산시설, 해저자원개발, 도시기능 및 주거, 레저 및 스포츠, 공항 항만 및 물류시설, 석유 천연가스 저장, 담수화, 원자력 발전시설 및 과학연구 군사시설 등 그 목적에 부합 구축되어야 하므로, 이 모든 기능에 용도에 맞도록 적용될 수 있는 기반을 조성하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 상기와 같은 제반 조건에 충족될 수 있는 인공섬을 구축하는 방법에 있어서, 선박의 접안이 가능하고 유효통로 확보가 용이한 파일을 이용한 직립제로 방파제로 구축하여 인공섬의 형태를 구축하고, 그 자체가 인공섬을 이루고 동시에 그 내부를 시설 공간으로 확보함으로 시간적, 공간적, 경제적 절감을 도모하고자 한다.

인공섬 구축시 파력발전 시설과 풍력발전, 태양광발전 시설을 직립제와 연계해서 시설함으로 시설비 절약과 인공섬 자체 동력원을 조달하고자 한다. 담수화 시설목적으로 설치시 집수탱크 및 취수탑과 취수로 배수관과 그에 대한 배수시설을 절감할 수 있으며, 이로 인한 공업 및 생산시설의 공업용수를 공급함에 있어 그 관련시설 및 용수로 건설비용을 절감할 수 있고, 시설 설치를 위한 용지구입 문제 또한 해결할 수 있다.

도시기능, 주거시설의 경우 생활용수는 물론 쾌적한 해양환경 활용도가 날로 증대되고 있는 해양스포츠, 레저시설의 유치 및 접근을 용이하게 할 수 있다. 또한 인구나 산업이 밀집된 도시로부터 적당한 격리성이 요구되며 광대한 토지 및 안정성에 대한 고려가 필요한 석유 및 액화 천연가스 비축시설들을 저온에서의 발휘가 우수한 콘크리트의 재료 특성 때문에 매우 긍정적이다.

폭넓은 콘크리트 벽체와 주변의 높은 차폐율이 요구되는 원자력 발전시설 또한 해수에 의한 주변 밀폐와 냉각시스템을 위한 취수탑과 취수, 배수 및 이에 대한 시설이 불필요하고, 후쿠시마원전 같은 긴급상황 발생시 현장폐쇄를 위한 즉각적인 토사매립이 가능(시설물이 수면 하에 위치함으로 인공수림의 토사를 활용) 하므로 이 또한 강점으로 들 수 있다.

직립제로 외곽지역을 시설함으로 선박의 접안이 용이하며 흘수가 큰(15∼17m) 컨테이너 운반선 정박시에도 선박 진입로 상에 정기적인 준설이 불필요하므로 유지 관리비용을 절감할 수 있다. 그 하부시설 지하공간을 활용함으로, 모든 주기시설 및 관련 부대시설들을 지하화해 용지를 확보함으로 항만, 물류 터미널로 손색이 없으며 사방형 비행장 시설이 가능하기에 측풍(이륙시 직각방향)에 영향을 크게 받는 소행비행기 이착륙이 가능하고, 모든 시설이 지하화가 가능하므로 탄약고, 유류고, 무기고, 정비시설 등이 격실화 운용될 수 있고, 경계 및 방호시 유리한 자연적 이점을 지니고 있어 전투비행장 시설시 그 활용도가 증대될 수 있다.

또한 상부가 차폐되어 있으므로 그 하부공간에 진출입로를 활용함으로 적으로부터 관측이 어려운 잠수함 기지로도 적용 가능하기에 군사 기지로 적극 활용이 가능하여 전략적 거점을 전진 배치함으로 군사력의 작전반경을 증폭시킴으로 해상보급로 등의 안정성을 확보할 수 있다. 과학 및 해양관련 연구시설시 심해로의 진입 및 접근이 유리하므로 연구인력 상주 및 연구기관 유치로 시간적, 경제적 절감을 기할 수 있다.

한편, 토목구조물공사의 파일공사에 있어, 토질 및 기초 분야의 깊은 기초는 말뚝기초, 현장타설 말뚝 및 케이슨(Caisson) 기초로 나누어지고 있는 바, 말뚝기초는 재료에 따라 강관, PHC 및 RC 말뚝으로 구분되고 있으며, 말뚝기초에서 시공법에 따라 타입(항타)말뚝과 매입 말뚝으로 구분한다.

통상 구조물에서 지지력은 항타 말뚝일 경우에는 공사비 측면에서 경제적이고 지지력 발휘가 큰데 비하여 소음 진동의 영향으로 공사 여건이 쉽지 않다. 지층상에 자갈이나 단단한 층이 있을 때 항타의 경우에는, 말뚝이 부러지는 경우가 발생하므로 적용 여건이 쉽지 않다.

따라서, 상기 조건에 맞지 않을 때에는 매입이나 현장타설 말뚝을 쓰게 되는바, 상기 매입은 지반을 선굴착후 말뚝을 삽입하는 데에 SIP, SDA 및 PRD 등 시공방법이 발달되어 지층조건 등에 따라 적용공법이 많다.

현장타설 말뚝은 기성제품이 아닌 현장에서 타설하는 관계로 시공관리와 품질관리에 어려움이 많으며, 모든 말뚝시공법은 시공장비 능력의 한계로 그 파일의 직경이 1,500 m/m를 넘어 설수 없으므로 2,000 m/m 구경의 작업이 가능한 R.C.D(Reverse Circulation Drill)을 이용한 현장타설 말뚝공법을 사용한다.

이에 청정 에너지인 풍력, 파력, 태양광 발전시설을 인공섬의 유휴공간과 그 주변지역에 병행 설치함으로, 동력원을 외부에서 끌어오지 않아도 된다. 상기 태양광 발전을 시설하고자 할 때에 가장 큰 문제중 하나가 집광판 설치 부지확보가 관건이므로, 이에 대한 대책으로 수상부양식 집광판 제작 설치 등이 대안으로 제시되고 있으나, 이는 계류장치 설치와 그 이동에 따른 송전설비 시설이 만만하지 않다.

파력 발전시설인 경우에는 이용 가능한 파력의 에너지원을 획득하기 위해서는 적정 수심이 보장되어야 하므로, 이에 대한 잠함의 설치 지역내 자립, 정착을 위한 시설공사시 비용도 생각해 볼 문제다. 풍력 발전시설인 경우에 대단지로 조성해야만 막대한 건설비에 대한 경제적 효과가 있으므로, 이에 대한 설치비용과 그에 따른 민원 또한 해결해야 할 과제이다.

발전시설 및 단지조성에 필요한 인허가시 득해야 할 법령은 환경기본법, 수상기본법, 국토이용계획법을 비롯한 자연환경 보호법, 수질오염 방지법, 해안법, 하천법, 산림법, 소방법, 항만법, 항만운송 사업법, 어업법, 수산자연 보호법, 연안어장 개발법, 수산자원 보호법, 공수수면매립법, 폐기물 처리법, 채석법, 대륙붕법, 항로법, 전파법 등 그 외 기타 여러 관례법령의 비준을 받아야만 하는 번거로움이 있다.

이에 대한 시간적, 공간적, 경제적 절감을 도모하고 인공섬 형태내 물막이벽을 활용하여 본벽을 구축하여 시설공간을 확보함으로 복합 기능형 인공섬을 구축하고자 한다.

본 발명자는 모든 공정이 수배가 용이하고 범용성이 좋은 300 톤 크레인으로 운용될 수 있는 조립식 케이슨을 이용한 현장타설 말뚝공법을 도입하여 추가 공정을 병합 시공함으로, 장비의 수배 조달 운용을 용이하게 하며 인허가 취득시 번거로움을 생략하고자 한다.

즉, 본 발명자의 발명특허 10-1256274에서는 조립 케이슨을 투하 연결하여 조립 케이슨끼리 결속하여 해저면에 사각형태의 구조체를 만들고, 그 내부를 크람쉘 버켓을 사용하여 풍화암(사암) 상단까지 준설한 다음 유도 강관이 부착된 철재류 쟈켓을 설치하고, 수중 콘크리트를 타설하여 일체화시킴으로 교각의 훗팅(footing)역할과 기능을 증대시킬 뿐 아니라 강관 근입시 오차범위를 줄임으로 작업의 안정성을 확보, 시간적, 경제적 절감을 기할 수 있는 조립케이슨을 이용한 현장 타설 말뚝을 제공하고 있다.

발명특허 10-1211811에서는 직접기초 방식의 확대 기초로 사용하는 훗팅을 해저면에 설치함으로써 연직 또는 수평방향의 지지력과 휨모멘트, 편심하중을 상쇄시킬 수 있으며, 지반 반력에 의한 응력과 부등침하에 대한 저항력은 말뚝 기초로 감소시켜 상부전체의 상재하중의 경감에 따른 대응력을 증가시킬 수 있는 조립케이슨 및 쟈켓을 이용한 알시디(R.C,D) 공법을 제공하고 있다,

따라서, 본 발명자는, 복합 발전설비를 위한 구조물과 인공섬 관리 유지에 필요한 부대시설을 병행 시공하여 복합 기능적인 인공섬을 완성시키는데 있다.

특허등록 10 - 1256274 조립케이슨 쟈켓을 이용한 R.C.D공법 특허등록 10 - 1211811 조립케이슨을 이용한 현장타설말뚝

실무토목기초설계와 시공, 토목발전연구회편저 최신설계시공핸드북, 건설문화사 토목시공학, 이양구,강인식, 서문당 해양구조공학, 최경석저 문운당 항만 2013년 가을호, 한국항만협회 방파제 기저부 방지공 개발에 관한 연구, 서울시립대학교대학원, 최윤주

본 발명은 상기와 같은 제반 사정을 감안하여 발명한 것으로, 직립식 인공섬을 채택하여 독립훗팅 기초방식에 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝공법을 적용하여 해저면에 하부 훗팅을 설치함으로 파일에 직접 영향을 미치는 세굴을 방지함과 동시에, 지지말뚝을 RCD 장비를 이용하여 기반암까지 굴착함으로 접속시키며, 매립지역을 구분하여 조립식 판넬을 쌓아 그 내부를 쇄석 및 토사로 충진시켜 그 적재물을 늘림으로 자중에 의한 안정성을 확보하고, 지지반력벽을 설치함으로 파력에 대한 대응력을 증가시킴과 동시에 부두시설지역에는 방파제를 형성하여 제체의 전면 말뚝간 연결하는 받침판넬을 요철화, 적층 설치하여 제체의 획일적인 직선화를 탈피, 일체화시킴으로, 입사파의 첨두 분리 및 대항 면적을 증가시켜 제체의 단위 면적당 대응하는 파력을 감소시키고, 연직 또는 수평방향에 휨 모멘트, 편심하중을 상쇄시키고 말뚝기초로 부등침하의 여지를 감소시켜 접안시설을 마련하고, 인공섬 내부 부지를 확보한 후 구역내부에 본벽을 설치하여 완전한 구조체로서 건축물 시설 공간을 조성하고 인공섬을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 직립제의 취약점인 반사파로 인한 중복파의 생성을 감소시키고 지지말뚝 시공시 세굴에 의한 함몰로 인한 공기 지연과 강관파일 정착에 대한 효율성을 기하기 위해 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝 공법을 도입하여 독립훗팅 기초방식으로 저변 거점을 확보하며, 각 말뚝간의 구역을 설정 조립식 판넬을 쌓아 체적을 유지하여 그 내부를 쇄석으로 충진시켜 단위 구역당 매립을 실시하여 매립식 축조방식을 극대화하고, 각 구역별 구조체를 일체화시켜 상재하중을 균등하게 기반암 및 해저면에 전달하여 구조적 안정성을 확보하는데 있으며, 또한 제체 전면에 인공어초를 설치하여 소파기능을 수행함으로 파도를 분리, 파력을 감쇄시켜 반사파의 집중도를 분산, 중복파의 생성을 둔화시킴과 동시에 조립식 케이슨의 하부훗팅의 평탄함으로 근고블럭의 기능을 수행함으로 국부 세굴을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 발전 시설될 제체에 파력, 풍력, 태양광 설비를 설치할 근간을 마련하며 인공섬자체에 소요되는 동력을 확보하고자 함에 있으며, 소요 수급 전력량이 부족할 때 추가적인 독립 풍력발전시설과 그 시설을 이용한 다양한 어종의 양식공간을 제공하고자 하는 데에 있으며, 각 형태별 발전시설을 효율적으로 제체내에 설치하여 이에 대한 시설물 구축비용을 절감하고, 연안이나 외해에서 다목적 기능을 가진 경제적인 해양공간을 조성하여 효율적인 인공섬을 구축하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인공섬과 부두시설, 해상비행장을 연결 구성하고, 그 외의 부대시설로서 액화천연가스 비축시설, 풍력발전단지, 잠수함 접안시설을 설치하고 각 구간을 해수 유통시키도록 구성하여; 투입재가 비교적 적게 들고 선박 유효통로 확보가 용이하며 깊은 심도에서도 설치가 가능한 직립식 방파제중 독립훗팅 기초방식에 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝공법을 적용하여 해저면에 하부훗팅이 설치되고; 지지말뚝을 RCD 장비를 이용하여 기반암까지 굴착하여 접속시키며, 매립지역을 구분하여 구역별로 말뚝 보강 지지대에 조립식 판넬을 쌓아 조립체 체적을 형성하면서 그 내부를 쇄석으로 충진시켜 그 적재물의 자중을 늘려 환경 외력에 대응하고, 요철형태로 받침대 조립판넬을 다수 조립식 판넬이 적층된 다수의 현장타설 말뚝사이에서 전면으로 적층되며; 인공어초까지의 설치가 끝나면 현장타설 말뚝과 지지 반력벽 상부의 두부를 정리하고, 각 말뚝과 지지 반력벽체간의 철근, 콘크리트, 연속보를 설치하여 일체화시키며, 상부 구조물을 설치하고 상부에 캡 비임을 설치하고 다시 상판이 설치되고; 상판의 그 여유 공간은 태양광 집전판을 설치하고, 마루턱 후면에 현장타설 말뚝과 연계해 풍력 발전기의 타워를 설치함으로, 풍력 발전기의 회전력과 양력을 충분히 감당하도록 설치되며; 독립 풍력발전기를 설치한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 인공섬의 효율을 높이기 위한 접근 수단으로서 부두시설과 해상비행장을 설치하도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝공법을 채택하여 해저 지형조건의 여러 가지의 제약요건을 극복하고 기존의 제한된 입지조건으로부터 보다 폭 넓은 입지를 선정할 수 있으며, 구역별로 블럭을 설정 매립하고 제체 전면부에 파력 발전기 거치대 부분을 돌출시켜 입사파 파력의 첨두를 분할시켜 집중력을 감소시킴과 동시에, 소파기능을 수행하는 인공어초를 설치함과 파력 발전기 배출수의 와류를 이용, 접근파랑에 대한 집중력을 둔화시켜 중복파의 생성을 저감시키며 내해쪽으로 해수 유통을 원활하게 해서 접안시설 내항의 오염을 줄일 수 있다.

본 발명은 철근 콘크리트로 지지 반력벽을 현장타설 벽체로 구축함으로 파력에 대한 반력과 구조체 전체의 안정성을 증진시킬 수 있고, 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝공법을 적용함으로 매립 지역의 기초부분은 기반암과 접속되어 있으므로, 매립으로 인한 액상화, 압밀침하, 부등침하 등 연약지반 생성 및 이에 대한 보강 처리 및 치환 공정이 불필요하다. 또한 동일한 공법으로 해상비행장을 설치함에 따라 시간적, 경제적 절감을 기함과 동시에 인공섬에 접근방식을 다양화함으로 역동성을 높일 수 있다.

본 발명은 제체 외부에 인공어초를 수직으로 부착 시설함으로 어초의 공용적 감소를 막아 어초의 기능저하를 방지하고, 다양한 생태계의 서식처를 제공하여 인근어장의 수산 자원 증식을 도모하므로 민원 해소에 기여할 수 있다.

본 발명은 다양한 형태의 청정에너지 발전시설을 수용할 수 있으므로 지역내 전력 수급을 자체 조달할 수 있으며, 구조의 특성상 담수화 시설로 공업용수 또한 자체 조달함과 유류 및 천연액화가스 저장시설로서의 적용이 가능하다.

도 1 및 도 2 는 복합기능형 인공섬 평면도 및 사시도로서, 도 1 은 다목적 인공섬 사시도, 도 2 는 완성된 다목적 인공섬 평면도이다.
도 3 내지 도 18 은 인공섬 축조 방식으로,
도 3 은 준설 사시도, 도 4 는 조립식 케이슨 설치도, 도 5 은 쟈켓 설치도, 도 6 는 하부훗팅 콘크리트 타설 사시도, 도 7 는 유도강관내에 강관 근입 방법, 도 8 은 근입강관내 R.C.D굴착과 철근망 근입도, 도 9 은 근입강관내 콘크리트 타설 및 하부훗팅, 하부 그라우팅의 실시도, 도 10 은 조립식판넬 및 강관지지대 설치 및 쇄석, 토사 충진도, 도 11 는 토사다짐 및 지지반력벽 철근망 근입도, 도 12 은 지지반력벽. 콘크리트 타설 및 사시도, 도 13 은 연속보 설치 및 상부 구조물 설치도, 도 14 는 캡비임(cap beam) 설치, 상판설치 및 사시도, 도 15 은 제체내 양수작업, 본체구조물 하부기초 및 지하 저장공간 작업도, 도 16 는 본체 구조물 내부 사시도, 도 17 는 잠수함 접안시설 사시도, 도 18 은 인공섬 사시도이다.
도 19 내지 도 23 은 부두시설인 해수유통 방파제로서,
도 19 은 부두접안시설부 방파제구간, 조립식 판넬 설치도, 도 20 은 쇄석 및 토사다짐, 철근망 근입도, 도 21 는 콘크리트 타설 및 연속보 작업도, 도 22 은 캡비임, 상판설치 및 제체의 사시도, 도 23 은 해수가 유통되는 복합 방파제로서 독립 발전기 설치 및 완성된 제체의 사시도이다.
도 24 내지 도 32 은 해상비행장 도면 및 사시도로써,
도 24 는 해상비행장 하부훗팅, 조립식케이슨 설치도, 도 25 은 쟈켓 설치도, 도 26 는 하부훗팅 콘크리트 타설 및 근입강관 설치도, 도 27 는 R.C.D굴착, 철근망 근입도, 도 28 은 콘크리트 타설, 그라우팅 주입도, 도 29 은 조립식판넬, 강관지지대 설치 및 쇄석 충진도, 도 30 은 연속보 설치 및 상부 구조물 설치도, 도 31 는 캡비임, 상판 설치도 및 사시도, 도 32 은 완성된 해상 비행장 사시도이다.
도33 는 파력발전기 사시도와 복합기능형 방파제 평면도, 도 34 은 송전관과 독립파력발전기의 사시도, 도 35 및 도 36 은 해상비행장 배수구, 그라우팅 설치도와 연속보, p.c 비임과 p.c 판넬의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 복합기능형 인공섬의 사시도이고, 도 2 는 복합기능형 인공섬의 평면도이다. 본 발명은 하부훗팅의 현장타설 콘크리트말뚝에서 다수의 조립식 판넬과 받침대 조립판넬이 설치되도록 조립식 케이슨의 현장타설 콘크리트말뚝을 이용하여 지지반력벽을 설치한 복합기능형 인공섬인 것이다.

복합기능형 인공섬은 크게 인공섬(131)과 부두시설(130), 해상비행장(129)로 구성할 수 있는 바, 그 외의 부대시설로서는 액화천연가스 비축시설(128), 풍력발전단지(132), 잠수함 접안시설 (627)로 구분할 수 있고, 해상비행장 (129)과 부두시설(130)의 구간은 해수를 유통(437, 438)시킴으로 내항의 오염을 방지함과 주변어장의 피해를 감소시키며 환경오염지역을 최소화시킬 수 있다.

인공섬(131)과 부두시설(130), 해상비행장(129)에서의 해수 유통은 내해 유입수의 외해(437)과 외해유입수의 내해(438)가 각기 원활하게 행하여진다. 인공섬(131)과 부두시설(130)에서는 다수의 풍력발전기(102)와 파력발전기(104), 태양광 집전판(103)을 설치해 복합 발전설비시설(629)을 병행 설치하고 있다.

본 발명은 발명특허 10-1211811 조립케이슨을 이용한 현장타설말뚝과 발명특허 10-1256274 쟈켓을 이용한 R.C.D공법을 활용하여 파일식 구조물 축조법과 매립식, 케이슨, 연속벽공법을 살려 매립부와 콘크리트타설부를 구분 시공하여 투입재를 절감하고, 해저면 하부훗팅을 채택, 다수의 현장타설 말뚝으로 기반암에 정착시켜 안정성을 확보하고, 그곳을 거점으로 다수의 조립식판넬을 쌓아 단위 체적별로 쇄석을 충진하며, 그 배면 구역을 반력 및 지지 벽체로 조성함과 동시에 현장타설 말뚝간의 결속을 일체화시켜 전체 구조물의 안정성을 확보하면서 자체 동력원을 조달, 충당함으로 소요 전력의 외부 인입을 위한 고압선로 설치를 생략하여 인공섬의 적용율을 높이는 것이다.

해상비행장(129)에는 인공어초(108)를 이용하고 관제탑(105), 활주로(116), 유도로(118), 과주대(119)로 구성되고, 부두시설(130)에는 선박접안시설(626), 풍력발전기(102), 액화천연가스 비축시설(128), 발전설비 시설(629)과 크레인(201)로 구성된다.

인공섬(131)에는 정비시설(122), 컨테이너 야적장(114), 인공수림(123), 사무실 및 주거시설(106), 태양광 집전판(103), 지하시설 출입구(117), 생산시설(630), 물류저장시설(111), 근린생활시설(112), 격납고(631) 및 잠수함 접안시설(627)로 구성되고 있다.

해수면(508)을 따라 연육교(127)와 송전관(624)이 설치되고, 파력발전기(104)와 인공어초(108)가 다수개 설치되어 하부로는 취수구(120)와 배수구(121)이 설치되며, 풍력발전단지(132)에는 가두리 양식장(628)과 독립 풍력발전기(625)가 설치된다.

본 발명의 인공섬(131) 축조는 직접기초 방식중 하부훗팅 기초 방식에 조립식케이슨을 이용한 현장타설말뚝 공법을 적용하고 있는 바, 해저면(203)에 하부훗팅(505 : 도 6 참조)을 그 속에 근입강관(211)을 집어넣고 R.C.D 장비(216)를 이용 기반암까지 굴착하여 접속시키며(도 8 참조), 다수의 조립식판넬을 쌓아 사각구조체를 형성하고 있다.

인공섬(131)을 설치할 구역 외곽쪽에는 그 내부를 쇄석집중 투하장비(304)를 사용하여 쇄석(306) 및 토사를 충진시키고(도 10 참조), 그 적재물을 늘림으로 자중에 의한 안정성을 확보하고 천공기(220)를 이용, 구조체 내부에 그라우팅하여 고결화시키고, 그 배면 구역은 철근콘크리트로 지지반력벽(450)을 조성하여 하부훗팅(505)과 매립부(447 : 도 14 참조)를 일체화시킨다.

파력 진행 방향의 전면에 다수의 인공어초(108)를 설치하여 소파기능을 수행케 함으로 입사파의 집중력을 둔화시킴과 반사파에 의한 중복파 형성을 저감시키므로 국부 세굴을 감소시킨다.

그 상부에 연속보(315)를 설치하여 각 현장타설 말뚝(416)을 결속하므로 각 구역의 지지말뚝을 일체화시킴과 그 위에 상부구조물(313)을 설치하여 시설 및 주거공간으로 활용하며, 그 상단에 캡비임(310)을 설치, 구조적 안정성을 기하고 있다.

제체 외곽으로 인공섬(131)의 형태가 갖춰지면 그 내부를 준설하고 제체내에 담겨져 있는 해수를 양수(도 15 참조)하여 내고, 부지를 확보한 다음 현장타설 말뚝(416)을 시공함으로 지지말뚝으로 활용 지중보(615)를 설치한 다음, 지중보와 지중보사이에 매트(mat) 콘크리트(504)를 타설, 철근(402)을 배근한 바닥 콘크리트(502)를 타설함으로 추가적인 저장고 설치시 히빙(heaving)의 여지를 예방하고, 본 벽체 (501)을 조성하여 지지반력벽(450)과 일체화시켜 본체 구조물의 본벽으로 사용한다.

인공섬(131) 내부에 대형 지하 저장시설을 확보하기 위해 C.I.P공법이나 지하연속벽(512)공법으로 흙막이벽을 조성하고, 굴착한 후 지하 저장소 바닥콘크리트(457)와 지하 저장소 벽체(456)를 조성한다(도 15, 도 16 참조). 본체 구조물 내부에 현장타설말뚝(416)을 본체구조물 지주로 활용하여 용도에 맞도록 슬래브(503)를 쳐서 박스형 구조물을 형성한다.

해수유통 방파제의 부두시설(130)은 방파제와 부두기능을 수행함에 다수의 선박접안시설(626)을 설치하고, 내항의 수질오염 방지 및 인공섬 설치로 인한 조류 흐름의 제한을 완화시키기 위해 해수가 유통되는 반투과성 방파제를 설치한다.

2 구간으로 나누어 1 구간은 하부훗팅(505)위에 통수구를 갖춘 다수의 조립식판넬(423)을 쌓고 그속에 쇄석(도 12 참조: 306)을 충진시켜 해수를 유통시키게 하고, 1 구간은 전면에 파력발전기(104)를 설치하며, 그 배면은 철근콘크리트로 지지반력벽(450)을 설치하고, 상부에 풍력발전기(102) 및 태양광 집전판(103)을 설치해 청정에너지를 이용한 복합 발전설비로 인공섬 자체 소요전력을 충당케 한다.

제체 전면에 파력발전기 받침대(433)를 설치함으로 파력발전기(104) 설치시 그 본체를 유지하기 위한 시설물설치를 절감할 수 있으며, 직선형을 탈피 요철화 함으로 입사파의 파두를 분리, 파력의 집중력을 둔화시킬 수 있다. 또한 제체 외곽의 풍력자원이 양호한 수심이 깊은 지역(예컨데 80m)에 독립풍력발전기(625)를 설치한 풍력발전단지(132)를 조성하여 인공섬 소요 전력 충당 및 잉여전력은 연육교(127)의 송전관(624)를 통해 인근 필요지역으로 송전할 수 있다.

따라서, 방파제 부두시설(130)은 직립식으로 구성되어 있기에 기존의 구축방법보다 투입재가 적게 들고, 선박 진출입시 유효 통로폭이 보장되므로 대형선박의 접안시 용이해 진다.

인공섬(131)과 연결된 해상비행장(129)의 구간은 각각의 독립 기초 하부훗팅방식을 적용 해수 교통이 가능하도록 격자망 형식으로, 구역을 선정, 1 구역씩 단일 방식으로 하부훗팅(도 26 참조)을 조성 조립식케이슨(도 24 참조)을 설치한다.

유도강관이 4 개가 부착된 쟈켓을 설치한 다음 현장타설말뚝(416)을 기반암에 접속(socketing)시키고, 다수의 조립식 판넬(301)과 말뚝보강 지지대(303)으로 구조체를 형성해서 쇄석 집중투하기의 투하용 파이프(307 : 도 29 참조)를 통하여 쇄석(306)과 토사를 충진시킨후 구역내를 천공기(220)를 사용하여 하부훗팅(505)상단까지 천공한 후 시멘트주입기(221)로 그라우팅을 해서 고결화시킨다.

매립구간을 기점으로 연속보(315)를 설치하고, 그와 연계하여 p.c 비임(240)을 결속하고 그위에 p.c 판넬(241)을 조립해서 상부구조물(313)을 설치한다(도 31 참조). 다목적 용도의 지하여유공간(314)을 두고 그 상부에 캡비임(310)을 만들어 전체구조물을 일체화시켜 편심하중과 두부손괴를 예방하고 각종 환경 외력에 대한 수평 압력에 대한 저항력을 높여 구조적 안정성을 기할 수 있다. 상판(311)을 타설하고 그 양단에는 너울방지턱(318)을 설치한다.

인공섬(131)과 병행 설치된 부두시설(130) 끝단에 액화천연가스 비축시설(128)을 이용 인공섬(131)의 축조방식과 같은 방법으로 규모를 용도에 맞도록 조성하고, 파력 진행방향 반대편에 인공섬(131) 제체를 기준으로 반원형식 독립 하부훗팅 기초방식으로 해수, 통로를 확보하여, 적으로부터 항공 관측이 어려운 잠수함 접안시설(627)을 설치함으로 전략적 가치를 높일 수 있다.

도 3 은 본 발명의 하부훗팅 설치지역을 준설하는 상태도이며, 바지선상의 크레인을 사용하여 크람쉘 버켓(205)으로 인공섬의 구역내에 있는 해저면(203)의 침전물(204)과 토사층과 풍화암 상단까지 걷어 낸다. 이때 크람쉘 버켓(205)의 규격은 10㎥이상 짜리를 사용한다.

돌출된 부분이나 암반출현시 햄머(236)로 타격하여 평탄함을 유지하며, 그 잔존물은 샌드펌프(604)로 사용해 준설을 고압호스(101)로 구역 외부로 배출해 내며, 햄머(236)는 선단부에 초경 팁(tip)을 부착하여 사용하고 중량은 25t 이상의 것을 사용한다.

도 4 는 조립식케이슨(206)의 설치 방법으로, 좌우 숫연결부의 숫조립식 케이슨(601)과, 일측 암연결부와 원형구멍(603)의 암조립식 케이슨(602)을 순차적으로 결합시켜서 해당 크기의 사각형으로 제작하여 사용한다. 그리고 모서리케이슨(612)을 이용하여 각 모서리를 마무리한다. 조립식케이슨(206)의 사각형의 크기는 구조체 내부를 기준하여 가로 20m, 세로 20m, 높이 3m를 유지한다.

숫조립식케이슨(601)에는 원형구멍(603)과 그 주변으로 공기압주입구가 형성되어 있다. 암조립식케이슨(602)에는 원형구멍(603)과 그 주변의 견인 연결고리(607)가 설치되고, 측면으로 2 개의 연결고리(607)가 설치된다. 해저면(203)이 고르지 않을 때는 고일목(237)과 모래를 채워 대형마대(238)와 소형마대(239)로 빈 공간을 메워 평탄함을 유지, 조립체가 거치될 수 있도록 한다.

다수의 암숫조립식과 모서리케이슨 조립이 끝나면 와이어(611)를 각 조립체간의 연결고리(607)에 끼워 유압실린더를 사용, 인장하여 와이어 소켓을 사용 체결함으로, 요동을 막고 구조체의 형상을 견고하게 한다. 공기압주입구에 공기압을 집어넣고 조립식 케이슨(206)의 원형구멍(603)에 샌드펌프를 이용 바닥을 청결하게 한다.

조립식 케이슨(206)속에 들어갈 쟈켓(도 5 참조)은 6개의 유도강관과 그라우팅 파이프(403)가 부착된 H 비임(401)과 앵글(404), 연결부로 구성되어 있으며, 그 위에 유도강관 보호대(231)와 그라우팅파이프 보호대(232)가 부착된 철근(402)과 앵글(404), H 비임(401), 연결부로 조립된 하부훗팅 보강용 철근망을 덮고 볼트, 너트로 체결한다.

유도강관(208)은 근입강관보다 직경 200m/m가 커야 하며 유도강관(208)내에는 원형구멍과 붓싱로울러을 부착시킨다. 쟈켓의 크기는 가로18m X 세로18m로 하며, 유도강관(208)은 2,000m/m인 경우 센타와 센타와의 간격이 매립부(447)는 가로15m, 세로 10m, 지지반력벽 설치부(450)와 그 좌우 인접 매립부는 가로 15m 세로 5m로 한다 (도 6, 도 11, 도 12 참조).

도 6 에 도시된 1 차 콘크리트 타설과 같이, 해상콘크리트작업선에서 콘크리트 주입호스(225)와 트레미파이프(209)를 이용하여 수중콘크리트를 타설한다. 하부훗팅(505)의 타설상단부 마무리 작업은 수중 진동 바이브레이터를 사용하여 평활하게 한다.

이 과정후 하부훗팅(505)이 완성되면 구조체의 자중은 3,000t 이상이 되므로 해일 등의 파력에 의한 전도 및 각종 환경 외력에 충분히 대응할 수 있게 된다.

도 6 및 도 7 는 강관 근입 방법으로서 근입강관(211)하단에 부착된 견인고리에 와이어를 연결 붓싱로울러를 통해 유도강관(208)의 원형구멍으로 끼워 넣고 끌어당기면 근입강관(211)이 순적하게 거치됨으로 기존의 거치 방법에 비해 시간적, 경제적 절감을 기할 수 있다.

바지선(202)상의 크레인(201)에 바이브로햄머(212)를 장착하여 근입강관 (211)을 유도강관(208)내 요동 압입시킨다. 근입강관(211)의 규격은 직경 2,000 - 2,500m/m를 사용하며, 그 두께는 50년 철제류 부식 한계치인 12m/m이상의 강관 20 - 25m/m를 사용한다.

이렇게 압입이 끝나면 도 8 과 같이 R.C.D장비(216)의 파워팩(215)과 R.C.D비트(213)를 이용하여 소정의 깊이(214)까지 굴착한다. 여기서 도면부호 214는 하부후팅(505)밑의 굴착면을 나타낸다.

통상적인 기반암과의 접속은 기반암의 암질에 따라 두터운 풍화암층인 경우 3 D(D = 근입강관의 직경)로 마무리하며, 연암층이 출현할 경우 1.5 D이상으로 굴착하면 그 조건이 충족된다. 굴착토는 굴착토 운반선(218)과 집토탱크 (230)로 실어 반출해낸다.

굴착 완료된 근입강관(211)내 R.C.D장비(216)를 사용 에어써징을 하여 공내를 깨끗하게 청소한 후, 도 8 과 같이 원형철근망(217)을 집어넣고, 도 9 의 해상 콘크리트작업선(210)과 콘크리트 주입호스(225), 트레미파이프(209)를 이용해 수중 콘크리트를 타설한다.

여기서 사용되는 콘크리트는 동결, 융해 저항성이 강하고, 황산염 공격을 감소시키는 플라이애쉬와 같은 포졸란이 함유된 시멘트 함량이 385kg/짜리 이상의 포틀랜트 시멘트나 ASTB 타입 시멘트를 사용한다.

하부훗팅(505)과 기반암 사이 지반의 공극을 충진시키기 위해 도 9에 도시된 천공기(220)를 사용하여 그라우팅용 파이프(403)를 통해 기반암상단까지 굴착하고, 시멘트 주입기(221)를 사용하여 주입압(222)을 이용함으로 그라우팅 단면구역(223)을 고결화시킨다.

도 10 은 조립식 판넬(301), 강관지지대 설치 및 쇄석 충진도로서, 조립식 판넬(301)은 하단조립식 판넬(425)과 말뚝지지대 상단조립식 판넬(423)과 말뚝지지대 하단 조립식판넬(424)로 1 셋트를 이룬다.

조립식 판넬(301)은 상부걸쇠(413)와 연결부 거치부분(414), 원형부분(415),말뚝지지대 연결부 거치부분(417), 원형부분 연결고리(411)과 상,하 연결고리(412)로 구성되어 있다.

원형부분(415)은 해저면 설치시 상부에서부터 말뚝을 타고 내려가서 판넬 설치시 부력으로 인한 떠밀림을 방지하여 상하부 체결이 용이하고, 외부 파력에 대해 말뚝의 지지대로 사용할 수 있으므로 파력에 대한 대응력을 높이는데 있다.

조립방법은 맨 밑부분에 하단 조립식 판넬(425)을 놓고 그 위 상부 걸쇠(413)에 다음 판넬 거치부분(414)에 맞춰 쌓고, 같은 방법으로 말뚝지지대 하단조립식 판넬(424)을 쌓고, 말뚝지지대(303)를 말뚝지지대 상판조립식판넬(423)의 연결지지대 거치부분(417)속에 끼워 넣어 조립한다. 그위 말뚝 지지대 하단 조립식판넬 (424)의 연결대 거치부분(417)속에 들어가도록 조립하여 조립식 판넬간 유격이 생기지 않도록 한다.

1 구간씩(1 구간은 말뚝지지대까지의 적재) 적재가 끝나면, 와이어(611)를 연결고리(607)에 끼워 상,하로 인장 체결하고 원형부분은 원형부분 고리(411)에 끼워 서로 연결, 결속한다.

조립식 판넬(301)은 중기 양생된 철근콘크리트로 제작 사용하며, 판넬의 크기는 높이 3m, 길이 15m, 폭 1m이며, 원형부분의 곡선 형태는 근입강관 말뚝의 원주와 동일하게 그 길이는 원주의 1/4이하로 한다.

강관지지대는 말뚝지지대(303)의 바깥쪽 원형부분(419)과 안쪽부분(420), 말뚝지지대 연결부(422)와 가로연결대(421), 세로연결대(418), 말뚝지지대 연결구멍(410)으로 구성되어 있다.

말뚝지지대(303)는 티타늄이나 내해성이 강한 스테인레스 도금강을 사용, 피복의 두께는 0.4m/m 정도면 50년 내구성과 충분한 내식성을 가지므로 재료비를 절감할 수 있어 경제적이다.

1 구간씩 조립식 판넬(301)의 적재 및 말뚝지지대(303)의 설치가 완료되면, 쇄석집중 투하장비(304)를 사용하여 투하용 파이프(307)를 통해 쇄석(306) 및 토사를 정밀 투하함으로, 기존의 포설시 생기는 토사 투입 할증량을 줄임과 인근 어장에 확산되는 해양오염 등의 민원 소지를 줄일 수 있다.

이때 사용되는 투하장비(304)는 신규 제작도 가능하나 현장타설 말뚝 시공용으로 사용하고 있는 케이싱 오실레이타(oscillator)의 좌,우,상,하용 유압실린더와 클램핑(clamping)실린더를 사용하여 낙하지점을 조정할 수 있다. 투하용 파이프(307)는 직경 1,500 - 2,000m/m사이의 케이싱 3m - 6m를 조합 연결하고, 탈부착하여 이용길이를 조절하여 사용하면 된다. 상기 쇄석(306)의 직경은 1.5m이하여야 한다. 이때 쇄석 및 토사를 번갈아 가며 굴삭기(305)를 사용하여 투하용 파이프 (307)를 통해 충진시킨다.

구역내의 충진된 토사의 유출을 막기 위해서 각 조립식 판넬의 상단부(427)와 하단부(428)와 원형부분(415)에 무독성 발포스폰지(506 = E.V.A sponge)중 운동화 밑창 소재를 선택 제작하여 접합시켜 융합한다.

이렇게 충진이 끝나면, 도 11 와 같이 사석고르기 장비(308)나 수중 진동로울러를 사용 다짐 및 평활작업을 한다. 매립부(447)의 쇄석 및 토사 충진이 끝나면 도 14와 같이 천공기(220)를 사용하여 구역내 하부훗팅 상단까지 천공하여 시멘트주입기 (221)와 주입로드(234)를 이용하여 그라우팅을 실시한다.

구간내의 다짐된 토사의 공극을 메워 쇄석(306) 및 토사로 충진된 구간을 고결화시키고, 조립식 판넬의 원형부분의 그라우팅 주입구(235)를 통해 주입하고, 조립식판넬 연결부 연결대 거치부분(417), 조립식 판넬 원형 부분과(415)과 현장타설 말뚝 (416)사이의 틈새를 시멘트 페이스트(paste)를 충진, 고결화시켜 피압수 침투를 막는다.

매립부(447)의 그라우팅작업이 끝나면, 도 11 와 같이 지지반력벽 설치부에 철근망 (429)을 집어넣고, 트레미파이프(209)를 이용 콘크리트를 타설한다. 지지반력벽(450)은 육상에서 지하 흙막이벽이나 차수벽으로 많이 사용되고 있는 지하 연속벽 (slurry wall)공법의 철근망 근입과 콘크리트타설 방법을 도입 시공한다.

연속벽공법과 다른 점은 지반굴착이 필요없음으로, 안내벽(guide wall)과 트렌치를 따로 형성하지 않아서 안정액 사용 관리가 생략되고, 판넬간 연결부 처리 및 수직도 관리가 불필요하다는 점을 들 수 있다.

본 발명의 공법은 조립식 판넬 자체가 벽체의 형상을 이루고, 자체 자중과 말뚝지지대 연결이 거푸집 및 보강지지대가 되므로 콘크리트 타설시 거푸집 설치 한계로 인한 콘크리트 타설 높이의 제한, 타설횟수 연장, 그에 따른 거푸집 보강, 설치, 해제의 공종이 불필요하며, 단면 강성이 강한 철근 콘크리트 벽체와 현장타설 공법으로 제체가 타공법에서 사용되는 부재를 서로 연결하는 번거로움과 시공상의 문제를 해결할 수 있는 방법으로써 시공되므로, 하부훗팅 구조물이 안착된 상태에서 기반암에 연결되어 일체화되는 구조적 강점을 지니고 있다.

도 12 에 도시된 지지반력벽 철근망(429)은 H 비임(401)과 앵글(404), 철판(431)으로 사격형 틀을 짜고 철근(402), 철근망 연결구멍(432)로 구성되어 있다. 지지반력벽 철근망(429)은 부식을 방지하기 위한 아연도금된 철근을 사용할 수 있으나, 경제적인 문제를 고려할 때 에폭시 코팅된 철근을 사용하며 코팅의 두께는 150㎛정도로 한다.

철근망(429)의 크기는 1 구간씩 (1 구간: 말뚝지지대와 지지대간의 크기)로 직사각형 형태로 제작하고, 철근(402)은 철근망의 철판(431)에 용접하여 부착시키며, 그 상부와 하부에 철근망 연결구멍(432)을 내어 고강도 볼트, 너트를 사용하여 체결하고 내리면서 차례로 조립하여 하부후팅(505) 상단에 안착시킨다. 철판 (431)의 두께는 20m/m이상을 사용한다.

인공어초 보강대와 연결고리로 구성된 직육면체 인공어초(108)를 해저면에서부터 조립식 판넬(301)전면에 부착설치하고, 와이어(611)와 연결고리(607)에 상,하, 좌,우로 끼워 하부훗팅(505)의 연결고리까지 연결하여 유압실린더로 인장 와이어소켓으로 체결한다. 인공어초(108)의 설치높이는 수면위 육안으로 식별될 수 있는 위치까지만 적재함으로 선박의 충돌방지턱 역할을 수행할 수 있다.

입사파의 집중력을 분산시켜 파력을 감쇄시킴과 동시에 반사파로 인한 중복파가 발생할 수 있는 여지를 대폭 감소시킬 수 있고, 소파 기능을 수행함과 동시 인공어초(108) 포설시 큰 난제인 수심대별 적층 포설과 이에 따른 공용적 감소 등의 문제를 해결함과 동시에, 다양한 어패류의 증식 환경조성을 기해 인근 어장의 수산업 증대에도 크게 기여할 수 있다.

도 13 은 연속보(315)와 상부구조물(313)의 설치도로서, 현장타설 말뚝(416)과 매립부(447), 지지반력벽 설치부(450)위에 연속보를 설치한다(도 14 참조). 그 위에 상부구조물(313)을 박스형으로 조성한 다음 캡비임(310)을 설치하여 각 구조체를 일체화시켜 측방향(수평방향)의 휨모멘트와 편심하중을 감소시키고, 지지말뚝의 두부손괴 변형을 예방하고 구조물 전체를 안정화시키며, 상재하중을 균등하게 연직 방향으로 전달시킴과 동시에 하부훗팅(505)의 확대기초 기능이 부가되어 부등침하를 예방할 수 있다.

그 위에 상부구조물(313)을 박스형으로 설치하고 상판(311)을 철근 콘크리트로 타설하며 상판에는 마루턱(126)과 태양광 집전판(103), 풍력 발전기(102)를 설치하고, 외해쪽에는 너울 방지턱(318 : 도 14 참조)을 설치한다.

인공섬의 외곽 벽체가 축조되면, 도 15 과 같이 내부의 해수를 양수기(617)와 샌드펌프(604)를 이용 외해로 배출해낸다. 양수 효율을 높이기 위해 벽체 중간에 집수탱크 받침대와 와이어(611)를 이용해 집수탱크(616)를 설치하고, 샌드펌프 (604)를 통해 양수해냄으로 양정고를 높이는 효과를 유발 펌핑시스템 효율성을 증진시킬 수 있다. 인공섬외곽의 크기는 한변이 300m씩으로 한다.

양수 작업이 끝나면, 내부에 버림 콘크리트를 친후 오실레이타(233)와 R.C.D장비(216)를 크레인(201)을 사용하여 현장타설말뚝(416)을 시공하여 기반암에 접속시킨 후 현장타설 말뚝(416)을 본체 구조물 부등침하 방지용 파일식 지지말뚝과 본체 구조물 지주로 활용한다.

인공섬 외곽 축조구조물과 현장타설 말뚝(416)사이에 전방향으로 지중보(615)를 설치한다. 현장타설 말뚝(416)은 직경 2,000m/m로서 간격은 20m로 하며 지중보(615)의 규격 폭은 현장타설 말뚝(416) 구경과 동일하게 하며, 높이는 인공섬 외곽 축조구조물 하부훗팅(505)의 상단 높이와 같이 맞춘다.

지중보(615)와 인공섬 축조물 외곽 벽체 사이에 한 블록씩 매트 콘크리트를 타설하며, 타설 방향은 외곽쪽부터 돌아가면서 단계적으로 안쪽으로 진행해 온다. 매트 콘크리트 타설이 끝나면 바닥 콘크리트(502)를 타설하고 본벽체(501)를 거푸집(317)을 사용해 단계적으로 형성해 나간다.

지하저장소 설치를 위해 시공방법을 선택하는 데, 공법의 특성상 지하저장소의 깊이가 20m 이하일 때는 C.I.P 로, 20 - 60m일 때는 지하연속 벽공법을 채택한다.

안내벽(443)을 설치하고, 크레인(201)과 안정액 생산설비(319)로 사용 지하 흙막이용 벽체(512)를 만들고, 토공장비를 이용 굴착하여 굴착종료지점은 지하 연속벽 선단지점보다 3m 높게 시공함으로, 지하 연속벽체의 근입장을 유지시켜 히빙(heaving)의 발생여지를 감소시킨다. 지하 저장소 바닥 콘크리트(457)를 타설하고, 철근 콘크리트로 지하 저장소 벽체(456)를 조성한다.

지하저장소 본 벽체 시공이 끝나면, 천공기(220)를 사용 지하저장소 하단구역 (223)과 본벽체 하단구역(223)을 천공하여 그라우팅작업을 상시 본체 구조물과 기반암사이 구역을 고결화시킨다.

지하 저장소는 액화천연가스 비축시설(128)이나 원자력발전소 시설 목적으로, 축조할 때 발전시설의 원자로로 운용하거나 방사능 폐기물 보관시설로 활용할 수 있다.

파력의 세기가 감소된 인공섬 후면에 잠수함(125)의 정박이 용이하도록 접안시설의 안벽(109)을 기준으로 현장타설 말뚝(416) 4 개를 설치한 매립부(447)를 형성하여 캡비임(310)을 설치하고, 반원형 상판(311)을 조성함으로 잠수함의 접안을 보다 용이롭게 하며, 항공관측이 불가능한 잠수함 접안시설(627)을 구축한다(도 17 참조).

도 18 은 부두시설(130)과 인공섬(131)이 완성된 사시도이다. 도 19 은 부두시설의 방파제 축조 공사를 해수 유통이 가능한 제체 설치방법으로, 제체 전면부 한쪽에는 파력 발전기(104)를 설치하고 한쪽구간에는 해수 유통이 가능하도록 하는 방식이다.

하부훗팅(505)과 현장타설 말뚝(416), 조립식 판넬(301)은 인공섬 구축 방법과 같으나(도 3 내지 도 14 참조), 여기서 다른 점은 도 19 에서 도 22 까지 도시한 바와 같이 지지반력벽 설치부(450)의 전면 하부에 파력발전기 설치부(448)(도 22 참조)를 조성하여 시공한다.

도 33 및 도 34 에 도시된 파력발전기의 받침대 설치는 파력발전기 받침대 조립식판넬(433)은 원형부분(415)과 돌출된 모양의 형상으로 상부 걸쇠(413)와 연결부 거치부분(414), 말뚝지지대 연결대 곁부분(417), 상하 연결고리 (412)로 구성되어 있으며 적재 방법은 인공섬 방식과 동일하다.

파력발전기 거치부에 조립식 판넬(433)위에 버림콘크리트 타설부분(453)까지 버림콘크리트를 타설하고, 그 위에 파력발전기 받침대에 철근망 연결부(452)와 연결판(451)이 부착된 말뚝 지지대를 체결하고 말뚝지지대 세로 연결대(418)위에 철근망 걸쇠부(445)가 들어가도록 거치하고, 철근망 연결판(451)에 구멍을 맞취 볼트, 너트로 조립 체결한다.

파력발전기 받침대 콘크리트 타설부(455)까지 트레미파이프(209 : 도 21 참조)를 사용하여 콘크리트를 타설한다. 그 위에 진동수주형 파력발전기를 설치한다.

파력발전기(104)는 실린더실(458)과 터이빈실(459), 파력 인입구(113)와 해수배출구(449), 공기인입구(441), 공기배출구(442), 상하연견고리(412)와 연결고리 (607)로 구성되어져 있다.

파력발전기(104)를 거치한후 상,하 연결고리와 상부 및 옆면에 있는 연결고리(607)에 와이어(611)를 끼워 넣어 상,하,좌,우 방향으로 인접 연결고리(607)와 인장 결속한다.

파력발전기를 가동시키기 위한 파력을 획득하기 위해서는 일정한 수심이 확보되어야 하며 그 조건에 맞는 지역에 설치시 잠함의 깊이와 그의 자립을 위한 체적의 구조물 설치와 지지 수단이 필요한 것이다. 이에 따른 시설 공사를 따로 할 필요없이 본 발명의 공법, 제체 구축시 약간의 추가 공정만 가미하면 설치가 가능하므로 시간, 경제적인 절감을 기할수 있고, 관리, 운영면에서도 효율성도 더 할 수 있다.

또한 제체 전면부에 파력발전기 부분을 인접 통수부보다 돌출시킴으로 제체의 직선화를 탈피 요철화시켜 파두를 분리시켜 파력의 집중력을 감소시키는데 효과를 더할 수 있다.

해수 유통구간에는 격자망(436)이 부착된 통수구(435)가 마련되어 있는 조립식 판넬을 설치한다. 설치 방법은 전술한 인공섬 조립식판넬과 동일하며 내부 충진은 토사를 제외한 쇄석(306)만으로 해수 유통이 가능하게 하며, 파력발전기(104)의 배출구(440)를 통해 파력발전기의 터어빈 회전력으로 인한 배출수가 방출되므로 용승류현상을 유발, 반사파로 인한 종복파 형성을 와해시킴과 내항으로 인입되는 해수를 단락없이 원활하게 공급할 수 있다.

도 23 은 방파제 사시도이며, 상단(311)의 마루판(126) 전면에 태양광 집전판(103)을 설치함으로, 태양광 발전시설 설치시 큰 애로중 하나인 집전판 설치 시설시 부지확보 문제를 해결할 수 있다. 마루턱(126)후면에 풍력발전기(102)의 타워를 현장타설 말뚝(416)과 연계하여 설치함으로, 풍력발전시설 설치시 발생하는 회전력과 양력을 충분히 감당할 수 있다.

또한, 소요 전력 부족시 독립풍력발전기(625)를 설치, 풍력발전단지(132)를 조성하여 송전관(624)을 통해 충당시킬 수 있도록 한다. 독립풍력발전기(625)는 4개의 현장타설말뚝(416)이 설치된 하부훗팅(505)위에 조립식 판넬(301)을 설치하지 않고, 말뚝 보강지지대(303)만 10m 간격으로 설치하고, 그 상부에 캡비임(310)을 설치하고, 그 위에 상판(311)을 타설하고 풍력발전기타워(633)을 설치한다.

도 34 에 도시된 독립풍력발전기(625)는 각기 크레인(115)과 별도의 자재창고(621), 조명등 (622), 계류장(623)등으로 구성되어, 관리 운영인원의 접근이 용이하도록 하고, 현장타설 말뚝(416)을 이용, 가두리 양식 그물망 지지와이어(628)을 부착하여 가두리 양식장 운영에 도움이 되도록 한다.

제체 외곽에는 소파기능 및 어패류 생태 서식처를 담당하는 인공어초(108)을 설치한다. 현재 기준 풍력발전기의 기술 수준으로 볼 때 1기당 7M/w발전기까지 개발되어 있는 실정으로 30기의 독립 풍력발전기 단지를 조성할시 20만 kw, 소요 전력을 감당할 수 있어 웬만한 중소도시 규모의 전력은 충분히 감당할 수 있다.

본 공법의 장점상 설치 수심이 산업잠수부가 투입될 수 있는 80m까지 설치가 가능하므로 풍력 자원이 풍부한 대수심지역에서의 수심 80m까지 입지선정을 보다 폭넓게 선택할 수 있다. 집전된 전력은 송전관 받침을 위한 매트 콘크리트를 타설하고 위에 송전관(624)을 통해 인공섬으로 송전한다.

도 31 은 본 발명의 조립식케이슨을 이용한 현장타설 말뚝공법을 이용한 해상비행장을 도시해 놓은 상태도이고, 본 발명은 해수면(508)위에 계류장이나 활주로(116)를 건설하기 위한 해상비행장의 축조방식으로 매립식의 장점을 살린 구역별 구분 매립하여 독립하부훗팅 기초 지지방식으로 조립식 현장타설공법을 적용 시공하고 있다.

그러므로, 해상비행장으로 입지 선정 선택의 폭을 넓히며, 시공지역 및 주변 생태계 훼손 경감, 민원소지 발생 감소, 투입 물동량의 대폭적인 절감, 부대공종의 생략, 시공기간 단축 등, 시간적, 공간적, 경제적 절감을 하기 위함이며, 시공시 발생될 수 있는 환경 외력에 적극 대응할 수 있다.

본 발명은 본 발명자의 발명특허를 활용하여 해저면 하부훗팅 방식에다 현장타설 말뚝(416 : 도 28 참조)을 첨가해 기반암에 정착시켜 안정성을 확보하고, 그곳을 거점으로 조립식 판넬(301 : 도 29 참조)을 쌓아 단위 체적별 매립을 시행하며 각 현장타설 말뚝간 결속을 일체화시켜 전체 구조물의 안정성을 확보함과 동시에 유휴 공간을 확보, 각종 부대시설을 유지시킬 수 있는 장소를 마련하고, 매립지역내에 조류를 일부 교통시킴으로 자연환경훼손 방지에 적극 대응하는 것이다.

해상비행장에서는 해상의 일정지역으로서 극히 필요한 관제시설, 보안시설 정비 및 격납고등만 제외, 승객 편의시설이나 세관시설 및 주차장, 항공기의 지원시설등은 전부 지하의 넓은 공간을 활용 가능케 한다.

예를들면 국제 규격의 비행장일 경우, 폭 80m x 길이 2,700m일 경우 80m x 2,700 = 216,000(약7만평) 면적의 공간이 확보되므로 부대시설 부지 매입비 및 축조시설이 불필요 하다.

본 발명의 해상비행장의 축조구조물은 직접 기초방식중 독립훗팅 기초방식에 조립식케이슨의 현장타설말뚝공법을 적용할 수 있도록 해저면(203)에 하부훗팅(505)을 설치하고, 지지말뚝을 ,R.C.D장비를 이용 기반암까지 굴착하여 접속시키며 (도 27 참조), 구역별로 조립식 판넬(301)을 쌓아 그 내부를 쇄석 및 토사로 충진시켜 (도 29 참조), 그 적재물을 늘림으로 자중에 의해 안정성을 확보하여 파력에 대한 대응력을 증가시키고, 지반 반력에 의한 응력과 부등침하에 대한 대응력을 증가시킴과 연속보(315)를 설치함으로, 연직 또는 수평 방향의 휨모멘트, 편심하중을 감소시키고 말뚝기초로 부등침하의 여지를 감소시킬 수 있다.

도 32 는 본 발명의 상시예에 따른 해상비행장의 사시도로서, 이는 도 24 및 도 25 의 조립식케이슨과 쟈켓의 설치도, 도 26 의 강관근입 및 도 27 의 R.C.D굴착, 도 28 의 하부훗팅 그라우팅, 도 29 의 조립식 판넬 설치 및 쇄석 충진, 도 30 의 연속보 설치 및 상부구조물 설치. 도 31 의 캡 비임 및 상판 설치에 의해 완성된 해상비행장 시설물인 것이다.

도33 는 파력발전기 사시도와 복합기능형 방파제 평면도, 도 34 은 송전관과 독립풍력발전기의 사시도, 도 35 은 해상비행장 하부훗팅 보강용 철근망과 쟈켓 사시도, 도 36 은 해상비행장 배수구 그라우팅 설치도와 연속보, p.c 비임과 p.c 판넬 사시도이다.

해상비행장의 하부훗팅 설치 지역에서 바지선상의 크레인을 사용하여 크람쉘 버켓과 햄머로 구역내 해저면(203)의 해저 침전물과 토사층, 풍화암 상단까지 걷어 낸다. 잔여물은 샌드펌프를 이용 바닥 청소를 할 수 있다.

도 24에 도시된 바와 같이 조립식 케이슨을 설치하고, 원형구명(603)에 샌드펌프을 집어넣어 공기압 주입구에 공기압을 주입, 상기 조립식 케이슨의 바닥면을 청결하게 한다.

조립식케이슨은 좌, 우, 숫연결부의 숫조립식케이슨(601)과 일측 암연결부와 원형구멍(603)의 암조립식 케이슨(602)을 순차적으로 결합시키고, 4 군데 모서리케이슨(612)도 결합시켜서 해당 크기의 사각형으로 제작하여 설치하며, 사각형의 크기는 가로 20m 세로 20m 높이 3m로 한다. 이는 콘크리트 타설후의 구조체의 자중이 3,000t 정도를 유지하여 각종 파력 및 각종 환경외력에 충분히 대응할 수 있도록 하기 위함이다.

숫조립식 케이슨(601)에는 원형구멍(603)과 그 주변으로 4개의 공기압주입구가 형성되어 있다. 암조립식 케이슨(602)에는 원형구멍(603)과 그 주변의 견인 연결고리(607)가 설치되고 측면 2개의 연결고리(607)가 설치된다.

조립식케이슨의 조립이 끝나면 와이어(611)를 각 조립체간의 연결고리 (607)에 끼워 넣어 인장하여 와이어소켓으로 체결함으로 요동을 막고 구조체의 형상을 견고하게 한다. 해저면(203)이 평탄치 않을 때는 고일목을 사용하여 평형을 맞추고, 그 사이의 공간은 모래주머니로 채운다.

그 다음은 도 25 과 같이 쟈켓을 투하하여 설치한다. 여기서 상기 쟈켓에는 4 개의 유도강관(208)과 그라우팅파이프(403)로 구성되어 있고, 유도강관 (208)은 근입강관 보다 직경200m/m 크게 한다.

H 비임(401)내에서의 철근, 그라우팅파이프 및 유도강관 보호대로 하부훗팅 보강용철근망과 원형구멍(603)이 뚫려져 있는 4개의 유도강관(208)과 다수의 H 비임(401)과 앵글(404)로 된 쟈켓인 것이다.

여기서 보강용철근망과 쟈켓을 체결하기 위해서는 볼트, 너트, 와샤로 연결부의 구멍에 끼워 넣어 체결한다. 쟈켓의 크기는 가로 18m 세로 18m로 하며 유도강관 중심에서 다음 유도강관 중심까지 15m가 되도록 배열 제작한다.

도 26 와 같이 해상 콘크리트작업선에서 콘크리트 주입호스(225)와 트레미파이프(209)를 이용하여 수중 콘크리트로 타설함으로 하부훗팅을 완성시킨다. 근입강관 연결고리에 와이어를 연결하고, 붓싱로울러를 매개로 유도강관 원형구멍을 통해 와이어을 끌어당기면 순적하게 근입강관 (211)이 안착된다.

바지선상에 있는 크레인에 바이브로햄머를 장착 근입강관 (211)을 유도강관(208)내에 요동 압입시키고, 이때 사용하는 근입강관은 직경 2,000 - 2,500 m/m, 두께는 철판 부식 한계치 12 m/m이상의 강관, 통상 20 - 25 m/m 짜리를 사용한다.

압입이 끝나면, 도 27 에 도시된 굴착토 운반선(230)의 R.C.D 파워팩(215)을 이용하여 R.C.D장비(216)를 장착하고 R.C.D비트(213)를 이용하여 기반암 소정의 깊이(214)까지 굴착한다. 굴착 깊이는 기반암이 연암일 경우 1.5 D(D=근입강관의 직경), 풍화암일 경우 3 D이상 굴착하는 것이 바람직하다.

굴착 완료후 R.C.D 장비(216)를 이용 굴착 공내를 에어써징하여 청결하게 한후 원형 철근망(207)을 집어넣고, 해상콘크리트작업선의 콘크리트 주입호스와 트레미파이프(209)를 이용하여 수중 콘크리트를 타설하며, 이때 근입강관(211)과 유도강관(208)사이의 속채움도 병행해서 실시한다.

도 28 에 도시된 천공기(220)를 사용하여 하부훗팅 하단 기반암 상단까지 굴착하여 시멘트 주입기(221)를 이용 주입압(222)으로 그라우팅 구역(223)을 고결화 시킨다.

도 29 에 도시된 조립식 판넬(301)은 하단 조립식판넬, 말뚝지지대 하단 조립식판넬과 말뚝지지대 상단조립식판넬의 3 가지로 구별한다. 각 판넬 공히 양쪽으로 원형부분과 원형부분 연결고리과 상,하 연결고리 , 상부걸쇠, 연결부 거치부분으로 구성되어 있다.

조립 방법은 제일 하단에 하단 조립식판넬을 거치하고, 23개 그위에 말뚝지지대를 거치하고 하단조립식판넬을 조립하고, 말뚝 보강지지대(303), 연결부 거치부분에 말뚝 보강지지대를 끼워 넣어 조립한 후 말뚝지지대 상판조립식판넬의 연결부 거치부분안에 들어가도록 해서 설치한다.

말뚝지지대는 바깥 원형부분과 안쪽 원형부분와 가로 연결대, 세로연결대와 연결부로 구성되어 있으며, 티타늄이나 내해성이 강한 스테인레스 도금강을 사용하여 피복의 두께는 0.4mm정도면 내구성과 충분한 내식성을 가지며 재료비를 절감할 수 있다.

적재된 구역내의 토사 유출을 막기 위해서 무독성발포스폰지(E.V.A sponge)를 각 조립식판넬 상단부에는 상부걸쇠를, 조립식판넬 하단부에는 연결부 거치부분을 제외한 형상대로 하고 원형 부분도 접촉면 외곽으로 해서 부착시킨다.

한 구간씩 - 한 구간은 말뚝지지대까지의 적재 - 적재가 끝나면 와이어를 연결고리(607)에 끼워 넣어 조립식케이슨 연결고리(607)끼리 상, 하로 인장 체결하며 원형부 연결고리(411)끼리 결속한다.

도 29 에 도시된 바와 같이 쇄석 집중 투하장비의 투하용 파이프(307)를 사용해서 포설하고자 하는 지점에 쇄석(306)을 정밀 투하함으로 기존의 포설시 생기는 투입 할증량을 줄일 수 있다. 이때 사용되는 투하장비는 신규 제작도 가능하나 현장타설 말뚝시공용으로 사용하고 있는 오실레이타를 사용하면 좌, 우, 상, 하용 유압실린더와 클렘핑 실린더를 이용 투석 낙하지점을 조정할 수 있다.

사용되는 투하용 파이프(307)는 직경 1,500 - 2,000 mm/mm 사이의 케이싱을 3∼6m 짜리를 조합 연결, 탈부착하는 케이싱을 사용하면 된다. 쇄석(306)의 직경은 1.5 m 이하라야 한다.

이렇게 투하가 끝나면 사석 고르기장비나 수중진동로울러로 평활 작업을 한다. 다짐작업을 한 다음, 천공기를 사용하여 구역내 하부훗팅 상단까지 굴착하여 시멘트주입기와 주입호스를 이용하여 그라우팅을 실시하여 구간내의 다짐된 쇄석과 토사의 공극을 메워 고결화시킨다.

이때 조립식판넬의 원형부분의 그라우팅 주입구(235)를 통해 시멘트 페이스트(pastce)를 주입하면 연결대 거치부분, 조립식판넬 원형부분과 현장타설 말뚝사이의 틈새를 충진, 고결화시키면서 피압수 침투를 막는다.

도 35 및 도 36 은 연속보 설치 상부 구조물 설치도로서, 연속보(315)는 모든 경간을 경간 (조립식판넬로 충진된 구조체간의 간격경간의 길이는 좌, 우 충진된 구조체와 길이와 동일)을 연결하여 설치한 연속보는 p.c(precast concrete) 비임(240)이 안착되고, p.c 비임 연결홈(245)과 p.c 비임 연결키(244)가 맞게 거치될 수 있도록 설치한다.

연속보(315)설치가 끝나면 각 경간사이의 연속보 사이에 p.c비임(240)을 설치하고, 연결고리(607)에 와이어(611)를 끼워 넣어 인장, 체결한다. 그 배면 즉, 쇄석으로 충진, 다짐된 구조체 내부는 철근을 배근하여 콘크리트를 타설: p.c비임(240)과 연속보(315)를 일체화 시킨다.

p.c 비임(240)위에 p.c판넬(241)을 거치하는데, p.c 판넬(241)은 p.c 판넬 연결키(253)와 반대편쪽에 연결홈(254)과 연결구멍(253), 연결고리(607)로 구성되어져 있으며, 조립방법은 p.c비임(240)의 연결핀(242)에 p.c 판넬 연결구멍(253)에 들어가도록 조립하고, p.c 비임(240)이 설치된 직각방향으로 배열하여 조립하며, p.c비임(240) 크기는 폭 1m 높이 2m 길이 15m로 한다.

p.c 판넬의 크기는 폭 3m 길이 15m 두께 30cm로 하는 것이 적합하다. 조립이 끝나면 철근으로 배근하고, 바닥 콘크리트를 타설한다. 해수면과의 이격거리는 3m로 하는 것이 이상적이다.

이와 같이 먼저 조성된 구역이 해상 작업 거점이 되므로 후속공사에 필요한 장비 자재를 적재, 운용할 수 있는 공간이 확보되므로 시공상의 편의시설을 제공함과 공정을 당길 수 있다.

또한 종래의 시공방법중 선행공종이 끝나야 후속공정을 진행할 수 있는 단점을 극복, 동시 다발적으로 여러 곳에서 연속적인 작업을 진행할 수 있어 공기를 단축시킬 수 있다.

상부 구조물(313)을 설치하고 지하 여유공간(314)을 형성한다. 이 지하 여유공간(314)은 비행기 이, 착륙시 충격을 완화시킬 뿐 아니라 환기구(251)와 송, 배수관로(252) 설치공간으로 활용함으로 관리 운영에 도움을 줄수 있다. 그 위에 캡비임(310)을 설치하여 구조체간 안정성을 증대시키고 상판(311)을 설치한다.

또한 과주대(119)지역에 그레이팅 받침대 거치부분(249)을 만들고 그레이팅받침대(248)를 설치하고 그레이팅(247)을 얹는다. 배수구는 경사면을 줘서 폭을 좁히면서 작업 출입구(246)를 통해 3중으로 그레이팅(247)을 설치하고, 상부 구조물(313)을 통해 직접 해수면으로 개통시킴으로 폭우나 폭설시 배수로가 짧아 배수를 원활하게 할 수 있으며, 구역내 배수를 위한 배수관로 시설 및 송출시설을 설치할 필요가 없다.

상판(311)의 가장자리에는 너울방지턱(318)을 설치한다. 상판의 높이는 해수면에서 10m이상으로 하여 100년 출현 빈도의 환경외력에도 대응할수 있도록 한다.

완성된 비행장의 사시도는 도 32와 같으며, 사방형의 활주로는 측풍에 취약한 경비행기의 이, 착륙 제한을 받지 않으며, 응급상황 발생시 항공기 운항을 능동적으로 대처할 수 있는 방편이다.

원자력시설물로 활용할 때 전체가 제체보다 낮게 시설되어 있으므로 원자력시스템을 일부 폐쇄시켜야 할 최악의 경우에는 상부에 설치된 인공수림과 외부로부터 반입되는 토사로 지역을 구분 투하, 구역을 봉쇄하기가 용이하다.

또한 인공섬이 직립식으로 조성되어 있어 유사시 모든 방면에서 대형 선박 접안이 용이하며, 부두시설구역 접안시설의 안벽을 선박의 종류에 따라 높이를 조절 설치할 수 있어 다양한 종류의 선박의 접안이 용이, 접근성을 확대시킬 수 있다.

해상비행장일 경우에는, 바람의 영향을 많이 받는 경비행기가 풍향에 관계없이 상시 이,착륙이 가능하며, 해수를 유통시킴으로 환경훼손방지 및 인근 어장의 오염을 감소시킬 수 있다. 제체 외곽에 인공어초를 부착 설치함으로 인공어초의 난제인 적층식 인공어초 조성을 해소함과 공용적 감소 문제를 동시에 해결할 수 있으며, 심도별 다양한 어종의 생태 서식처를 제공, 수산업 증대를 도모할 수 있으므로 인근 지역 주민의 소득 증대와 민원 소지를 경감시킬 수 있다.

또한 본 공법의 특징은 산업잠수부가 투입할 수 있는 80m까지 시공이 가능하므로 굳이 제한된 연약지역의 입지선정 조건에서 탈피, 보다 폭넓은 선택을 할 수 있다. 차후 R.O.V(무인잠수정)의 발달로 그 시공 심도가 더 깊어질 개연성이 충분히 있다.

일부 구역을 항공 관측이 어려운 잠수함 접안 시설로 활용, 사용하기에 적합하다. 잠수함과의 교신 수단으로 사용되는 전파의 종류는 저주파수대의 장파(vlf)와 초장파(ELF)로 제한 될 수밖에 없기에, 이에 대한 송, 수신공중선(antena)는 수km에 달해야 하므로, 이에 대한 시설을 전송 효율이 좋은 수중에 설치하기엔 경제적 문제 및 입지 여건상 많은 제약이 따르므로 육상에 설치할 수밖에 없으며, 이 또한 광활한 시설부지가 요구된다.

본 인공섬은 하부 시설물 전체가 공중선 설치시 시설 지지대로 활용할 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 공법의 구조상 타공법에 비해 큰 무리없이 제체(방파제, 인공섬, 비행장)의 높이를 10m이상 높일 수 있어, 100년 출현 빈도의 각종 환경 외력에 대응력이 우수하며, 부체식에 비해 구조적으로 안정하며 시설물의 증설, 확장이 용이하다.

또한 매립식에 비추어 볼 때 발생하는 액상화현상을 방지할 수 있고, 연약지반 처리 및 치환 공종(샌드페이퍼, 샌드드레인, 샌드콤팩션 : D.C.M) 등이 불필요하며, 그에 따른 공사기간 및 자연 침하기간을 줄일 수 있으며, 부등침하의 여지를 사전에 예방함과 여러 곳에서 동시에 시공이 가능하므로 시공 기간을 단축시킬 수 있다.

토공사 물량적인 측면에서 방파제일 경우 1/3, 해상비행장일 경우 1/4, 인공섬일 경우 1/5정도의 토사만 있으면 시공이 가능하다.

예를 들어 방파제의 규격이 폭 15m 높이30m 길이1,000m인 경우, 15m x 30m x 1,000m x 1.25(할증율 포함) = 1,687,500㎥중 약 1,130,000㎥가 절감되고, 이는 22.5t 덤프(9.5㎥ 적재기준) 트럭 약 12만대가 절감되며, 인공섬인 경우 높이30m x 한변이 300m 인 4각형일 경우 30m x 300m x 300m x 1.25(할증율) = 3,375,000㎥중 2,700,000㎥ 22.5t 트럭 약 28만대이다.

해상비행장인 경우에는 경비행장 기준 높이30m 폭80m 길이1,100m 일 경우로서 30m x 80m x 1,100m x 1.25(할증율) = 3,300,000㎥ 중 2,475,000㎥, 이는 22.5t 덤프트럭 약 27만대를 절감할 수 있는 양이다. 이는 토사를 적재한 덤프트럭을 12줄로 세워 서울에서 부산까지 세울수 있는 물량이다.

따라서, 이에 소요되는 채집 및 절취 면적이 그만큼 줄어듬으로 환경훼손 및 분진, 물동량에 따른 교통량 감소등 각종 민원의 소지를 줄일 수 있으며, 각 제체 상부에 시설 및 주거공간을 제체 시공함과 동시에 확보할 수 있어 부대시설 조성시 토목 및 골조공사를 절감할 수 있으며, 이에 대한 관련 부대시설 부지 매입이 불필요하다.

경제적인 측면에서도 기존의 매립 방법보다 신규공법 및 단가 책정이 높은 시공비 추가 자재가 투입되나 전체 투입 공사비 측면에서는 1/3은 충분히 절감할 수 있다.

인공섬인 경우, 본체 구조물내에 구역별로 구분하여 청정에너지원(파력, 풍력, 태양열)을 동력원으로 하여 증발식 및 다단 플래쉬법의 적용이 가능한 담수화플랜트를 설치할 수 있어 순도 높은 담수를 획득 자체 생활용수 및 공업용수로 취득할 수 있다.

또한 기존의 담수화 플랜트 시설 및 원자력발전 설비시설시 외해로부터 해수를 끌어들이기 위한 취수탑과 취수로, 배수시설 설치가 불필요하며, 제체 내부에 직접 송, 배수구를 마련, 이에 따른 시설비를 절감할 수 있다.

따라서, 공업용수 취득이 곤란한 소규모 임해 공업단지를 유치. 운용할 수 있으며, 본체구조물 내부공간과 상부구조물 상판부지로 적극 활용 친수공간을 충분히 마련할 수 있고, 생산시설 상가 및 근린생활시설, 주거지역 등을 잘 조합 배치함으로 복합기능형 중, 소도시로 구성하기에 적합한 공법이다.

인공섬 일부와 방파제에 파력, 풍력, 태양광등 청정에너지를 자체 생산 충당함으로 외부로부터 인입되는 고압송전탑과 송전선로 시설이 생략될 수 있고, 생활 및 공업용수 취득 및 배수라인이 짧아 적용도가 높다.

또한 밀집지역으로서의 격리성이 요구되거나 밀폐효율을 보장받아야 하는 유류 및 액화천연가스 비축기지 등은 방파제 끝단에 저온에서의 단면 강성 발휘가 우수한 철근콘크리트벽체로 지하저장고를 설치 운용할 수 있으며, 방사능폐기물처리, 저장시설로서도 접안시설이 되어 있어 현존하는 원자력발전소 폐기물 처리시 육상으로부터의 격납된 용기로 운반 과정을 생략할 수 있어 유리하다.

원자력발전설비를 목적으로 할 경우에는 본체 내부를 구분하여 발전시설, 터어빈시설, 원자로시설 등을 설치 운용할 수 있으며, 내부 지하 저장고로 원자로 설치장소로 사용하기에 적합하다.

또한, 원자력 발전시설의 응급상황 발생시에는 후쿠시마 같이 예비전력시스템 침수로 인한 냉각수 순환처리 시스템 중단시 항상 가동되는 청정에너지원(파력, 풍력)을 제1,2, 예비전력으로 확보할 수 있어 안정성을 더 할 수 있으므로, 기존의 예비전력인 디젤 발전시설 설치가 불필요하다. 본 발명의 복합인공섬 제체 전체가 공중선설치가 견인지지대 역할을 담당할 수 있으므로 효용성을 증가시킬 수 있다.

복합인공섬 구축 위치가 근해일 경우에는 연육교를 설치하여 효율성을 증대시킬 수 있으며, 마라도나 흑산도, 백령도, 독도나 울릉도등 국토의 최외곽지대에는 경비행장을 겸비한 소규모 복합인공섬을 구축하면서 전술비행기. 잠수함, 구축함과 순양함급 군함도 접안시킬 수 있도록 하여 국가의 이미지 제고 및 전략적 가치를 증대시킬 수 있으며, 제주도나 가덕도 부근에 구축시 국제규격의 비행장을 갖춘 중, 소도시 형태를 갖춘 복합 기능형 위성도시 조성에 손색이 없으며, 국익과 관련된 국가적 이미지 제고 및 시간적, 경제적인 측면에서도 유리하며 전략적 가치 측면에서 그 효율과 적용성이 좋은 공법인 것이다.

101: 준설용 고압호스
102: 풍력발전기
103: 태양광 집전판
104: 파력발전기
105: 관제탑
106: 사무실 및 주거시설
107: 계류장
108:: 인공어초
109: 안벽
110: 작업구
111: 물류 저장시설
112: 근린생활 시설
113: 파력 인입구
114: 컨테이너 야적장
115: 크레인(타워)
116: 활주로
117: 지하시설 출입구
118: 유도로
119: 과주대
120: 취수구
121: 배수구
122: 정비시설
123: 인공수림
124: 체육시설
125: 잠수함
126: 마루턱
127: 연육교
128: 액화 천연가스비축시설
129: 해상비행장
130: 부두시설
131: 인공섬
132: 풍력발전단지
201: 크레인
202: 바지선
203: 해저면
204: 해저침전물
205: 크람쉘버켓
206: 조립식케이슨
207: 쟈켓
208: 유도강관
209: 트레미파이프
210: 해상콘크리트 작업선
211: 근입강관
212: 바이브로 햄머
213: R.C.D비트
214: 굴착면
215: R.C,D파워팩
216: R.C.D 장비
217: 철근망(현장타설 말뚝용)
218: 굴착토 운반선
219: 콘크리트 타설부분
220: 천공기(그라우팅용)
221: 시멘트 주입기
222: 주입압
223: 그라우팅 구역
224: 주입방향
225: 콘크리트 주입호스
226: 붓싱 로울러
227: 와이어 연결고리
228: 원형 구멍
229: 콘크리트 타설면
230: 집토탱크
231: 유도강관 보호대
232: 그라우팅파이프 보호대
233: 오실레이타
234: 주입로드
235: 그라우팅 주입구
236: 햄머
237: 고일목
238: 대형마대
239: 소형마대
240: p.c빔
241: p.c판넬
242: p.c빔 연결핀
243: p.c연결구멍
244: p.c 연결 key
245: p.c연결 home
246: 작업 출입구
247: 그레이팅(grating)
248: 그레이팅 받침대
249: 그레이팅 거치부분
250: 경사면
251: 환기구
252: 송,배수관로
253: p.c판넬 연결key
254: p.c판넬 연결 home
301: 조립식 판넬
302: 조립식 판넬 원형부분
303: 말뚝보강 지지대
304: 쇄석집중 투하기
305: 굴삭기
306: 쇄석
307: 투하용 파이프
308: 사석고르기 장치
309: 두부정리면
310: cap beam
311: 상판 (마루판, 상치 콘크리트)
312: 레미콘 차량
313: 상부 구조물(box형)
314: 지하여유공간
315: 연속보
316: 펌프카
317: 거푸집
318: 너울방지턱
319: 안정액 생산설비
401: H-beam
402: 철근
403: 그라우팅용 파이프
404: 앵글
405: 연결지지대
406: 넛트
407: 볼트
408: 와샤
409: 연결부
410: 연결구멍
411: 원형부분 연결고리
412: 상.하.연결고리
413: 상부걸쇠(key)
414: 연결부 거치부분(home)
415: 원형부분
416: 현장타설말뚝
417: 말뚝 지지대 연결대 거치부분
418: 말뚝 지지대 세로 연결대
419: 말뚝 지지대 원형부분 (바깥쪽)
420: 말뚝 지지대 원형부분 (안쪽부분)
421: 말뚝 지지대 가로 연결대
422: 말뚝 지지대 연결부
423: 말뚝 지지대 연결부 상단조립식판넬
424: 말뚝 지지대 연결부 하단조립식판넬
425: 하단 조립식 판넬
426: 쟈켓 연결 지지대
427: 조립식 판넬 상단부
428: 조립식 판넬 하단부
429: 철근망(지지 반력벽용)
430: 철근망(파력발전기 받침대용)
431: 철판
432: 철근망 연결구멍
433: 파력발전기 받침대 조립식 판넬
434: 파력발전기 받침대용 말뚝 지지대
435: 통수구
436: 격자망
437: 외해→ 내해 유입수
438: 내해→ 외해 유입수
439: 지지반력벽
440: 파력발전기 해수 배출구
441: 공기 인입구
442: 공기 배출구
443: 안내벽
444: 인공어초 보강대
445: 철근망 걸쇠부
446: 터빈 와류에 의한 배출수
447: 매립부
448: 파력발전기 설치부
449: 인공어초 설치부
450: 지지반력벽 설치부
451: 파력발전기 받침대 철근망 연결판
452: 받침대 보강용 철근망 연결부
453: 버림 콘크리트 타설부분
454: 파력발전기 받침대 철근망 거치부
455: 파력발전기 받침대 콘크리트 타설부
456: 지하저장소 벽체
457: 지하저장소 바닥 콘크리트
458: 실린더실
459: 터어빈실
501: 본벽체
502: 바닥콘크리트
503: 슬래브
504: 지중보 사이 콘크리트
505: 하부 후팅
506: 무독성발포스폰지(E.V.A sponge)
507: 바닥 콘크리트
508: 해수면
509: 지지반력벽 상부 철근망
510: 지지반력벽 하부 철근망
511: mat 콘크리트
512: 지하 연속벽
601: 숫조립식케이슨
602: 암조립식케이슨
603: 원형구멍
604: 샌드펌프
605: 공기압주입구
606: 견인 및 연결고리
607: 연결고리
608: 공기압
609: 숫케이슨 연결부
610: 붓싱로울러
611: 와이어
612: 모서리케이슨
613: 양수호스
614: 암케이슨 연결 홈
615: 지중보
616: 집수탱크
617: 양수기
618: 강관내 콘크리트 타설부
619: 집수탱크 받침대
620: 전선
621: 자재창고
622: 조명등
623: 계류장
624: 송전관
625: 독립출력발전기
626: 선박 접안시설
627: 잠수함 접안시설
628: 가두리 양식장
629: 발전설비시설
630: 생산시설
631: 격납고
632: 후렌지
633: 풍력발전기타워
634: 고무팻킹

Claims (9)

1. 인공섬과 부두시설, 해상비행장을 연결 구성하고, 그 외의 부대시설로서 액화천연가스 비축시설, 풍력발전단지, 잠수함 접안시설을 설치하고 각 구간을 해수 유통시키도록 구성하여;
   투입재가 적게 들고 선박 유효통로 확보가 용이하며 깊은 심도에서도 설치가 가능한 직립식 방파제중 독립훗팅 기초방식에 조립식 케이슨의 현장타설 말뚝공법을 적용하여 해저면에 하부훗팅이 설치되고;
   지지말뚝을 RCD 장비를 이용하여 기반암까지 굴착하여 접속시키며, 매립지역을 구분하여 구역별로 말뚝 보강 지지대에 조립식판넬을 쌓아 조립체 체적을 형성하면서 그 내부를 쇄석으로 충진시켜 그 적재물의 자중을 늘려 환경 외력에 대응하고, 요철형태로 받침대 조립판넬을 다수 조립식 판넬이 적층된 다수의 현장타설 말뚝사이에서 전면으로 적층되며;
   인공어초까지의 설치가 끝나면 현장타설 말뚝과 지지 반력벽 상부의 두부를 정리하고, 각 말뚝과 지지 반력벽체간의 철근, 콘크리트, 연속보를 설치하여 일체화시키며, 상부 구조물을 설치하고 상부에 캡 비임을 설치하고 다시 상판이 설치되고;
   상판의 그 여유 공간은 태양광 집전판을 설치하고, 마루턱 후면에 현장타설 말뚝과 연계해 풍력 발전기의 타워를 설치함으로 풍력 발전기의 회전력과 양력을 감당하도록 설치된 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 풍력발전단지에서 다수의 독립풍력발전기를 설치한 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 인공섬과 부두시설, 해상비행장에서의 해수 유통은 내해 유입수의 외해와 외해유입수의 내해가 각기 원활하게 행하여지고,
   상기 인공섬과 부두시설에서는 다수의 풍력발전기와 파력발전기, 태양광 집전판을 설치해 복합 발전설비시설을 병행 설치한 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 인공섬 축조는 하부훗팅에 조립식케이슨을 이용한 현장타설 말뚝을 적용하고, 하부훗팅을 그 속에 근입강관을 집어넣고 R.C.D 장비를 이용 기반암까지 굴착하여 접속시키며, 다수의 조립식판넬을 쌓아 사각구조체를 형성하고;
   인공섬의 외곽쪽에는 그 내부를 쇄석집중 투하장비를 사용하여 쇄석 및 토사를 충진시키고, 그 적재물을 늘림으로 자중에 의한 안정성을 확보하고 천공기를 이용하며 사각구조체 내부에 그라우팅하여 고결화시키고, 그 배면 구역은 철근콘크리트로 지지반력벽을 조성하여 하부훗팅과 매립부를 일체화시킨 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 인공섬의 형태가 갖춰지면 그 내부를 준설하고, 제체내에 담겨져 있는 해수를 양수하여 내고 부지를 확보한 다음 현장타설 말뚝을 시공함으로 지지말뚝으로 활용 지중보를 설치하며, 지중보와 지중보사이에 매트 콘크리트를 타설, 철근을 배근한 바닥 콘크리트를 타설함으로 추가적인 저장고 설치시 히빙의 여지를 예방하고, 본 벽체을 조성하여 지지반력벽과 일체화시켜 본체 구조물의 본벽으로 사용한 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 인공섬 내부에 대형 지하 저장시설을 확보하기 위해 흙막이 벽을 조성하고, 굴착한 후 지하 저장소 바닥콘크리트와 지하 저장소 벽체를 조성하며, 본체 구조물의 내부에 현장타설 말뚝을 본체구조물 지주로 활용하여 용도에 맞도록 슬래브를 쳐서 박스형 구조물을 형성한 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 인공섬과 연결된 해상비행장의 구간은 각각의 독립 기초 하부훗팅방식을 적용 해수 교통이 가능하도록 격자망 형식으로, 구역을 선정, 1 구역씩 단일 방식으로 하부훗팅을 조성 조립식케이슨을 설치하고;
   유도강관이 4 개가 부착된 쟈켓을 설치한 다음 현장타설 말뚝을 기반암에 접속시키고, 다수의 조립식 판넬과 말뚝보강 지지대으로 구조체를 형성해서 쇄석 집중투하기의 투하용 파이프를 통하여 쇄석과 토사를 충진시킨 후 구역내를 천공기를 사용하여 하부훗팅상단까지 천공하고 시멘트주입기로 그라우팅을 해서 고결화시킨 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 매립구간을 기점으로 연속보를 설치하고, 그와 연계하여 p.c 비임을 결속하고 그위에 p.c 판넬을 조립해서 상부구조물을 설치하고;
   다목적 용도의 지하여유공간을 두고 그 상부에 캡비임을 만들어 전체 구조물을 일체화시켜 편심하중과 두부손괴를 예방하고, 상판을 타설하고 그 양단에는 너울방지턱을 설치한 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 부두시설은 방파제와 부두기능을 수행함에 다수의 선박접안시설을 설치하고, 내항의 수질오염 방지 및 인공섬 설치로 인한 조류 흐름의 제한을 완화시키기 위해 해수가 유통되는 반투과성 방파제를 설치한 것을 특징으로 하는 복합기능형 인공섬.

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