KR20180086956A

KR20180086956A - 진동발생기를 이용한 관입 성능 향상 구조를 가지는 석션파일 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20180086956A
Application number: KR1020170011052A
Authority: KR
Inventors: 이주형; 조진우
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2018-08-01
Also published as: KR101918257B1

Abstract

본 발명은 진동발생기를 이용하여 수중 지반에 진동을 가함으로써 수중 지반에 순간적인 액상화를 유발시켜서 석션파일의 관 본체가 용이하게 그리고 짧은 시간 내에 수중 지반에 관입할 수 있도록 구성한 석션파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명에서는, 관 본체(1)의 외면에는 진동을 발생시키는 진동발생기(20)가 구비되어, 진동발생기(20)에 의해 만들어진 진동에 의해 관 본체(1)가 진동됨으로써, 수중 지반에서 관 본체(1)가 관입되어 있는 부분에서 진동에 의한 순간적인 액상화(液狀化)를 발생시켜서 관 본체(1)가 수중 지반에 관입되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 석션파일이 제공되며, 더 나아가 이러한 석션파일을 시공하는 방법에 제공된다.

Description

진동발생기를 이용한 관입 성능 향상 구조를 가지는 석션파일 및 그 시공방법{Suction Pile and Construction Method of such Suction Pile with Vibrator}

본 발명은 해상 구조물의 고정 내지 구속을 위하여 수중 지반에 관입 설치하는 석션파일(suction pile)과 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 진동발생기를 이용하여 수중 지반에 진동을 가함으로써 수중 지반의 순간적인 액상화를 유발시켜서 석션파일의 관 본체가 용이하게 그리고 짧은 시간 내에 수중 지반에 관입할 수 있도록 구성한 석션파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.

대형 저장시설, 풍력발전 시설 등과 같은 해상 구조물들을 바다 위에 설치하여 고정하기 위한 기초를 구축하기 위하여, 석션파일을 수중 지반에 고정설치하게 된다. 대한민국 등록특허 제10-0986667호에는 석션(suction)에 의해 수중 지반에 관입되어 고정 설치되는 석션파일의 일예가 개시되어 있다.

종래의 석션파일을 석션압에 의해 수중 지반에 관입할 때, 지반의 저항력(마찰력)이 크거나 또는 지반의 불균질성으로 인하여, 석션파일을 구성하고 있는 원형의 관 본체가 설계된 깊이까지 관입되지 못하는 경우가 종종 발생한다. 특히, 석션파일을 이루는 원형 관 본체의 직경이 클수록 수중 지반의 불균질성에 의한 영향이 크기 때문에, 관 본체를 설계된 수직도에 맞추어서 시공하는데 상당한 어려움이 발생한다.

종래에는 석션파일의 관입을 용이하게 만들기 위하여 워터젯 등을 이용하는 방식이 제안되었으나, 그 효과가 크지 않은 것으로 판명되었고, 기타 방안들은 설치비용의 증가 등의 문제가 발생하는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0986667호(2010. 10. 08. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술을 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 원형의 관 본체로 이루어진 석션파일을 수중 지반에 관입시킴에 있어서, 수중 지반 내에 단단한 지층이 존재하더라도 설계된 심도까지 용이하게 관입될 수 있도록 하며, 수중 지반이 불균질하더라도 석션파일이 설계된 수직도를 유지하면서 관입 설치되도록 하는 석션파일 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상부가 막혀 있고 하부는 개방되어 있는 상태의 중공이 형성되어 있는 통형상의 관 본체(1)을 포함하고 있어서 관 본체(1)의 중공 내에 있는 물이 배수되면서 관 본체(1)가 수중 지반으로 관입되는 석션파일(100)로서; 관 본체(1)의 외면에는 진동을 발생시키는 진동발생기(20)가 구비되어, 진동발생기(20)에 의해 만들어진 진동에 의해 관 본체(1)가 진동됨으로써, 수중 지반에서 관 본체(1)가 관입되어 있는 부분에서 진동에 의한 순간적인 액상화(液狀化)를 발생시켜서 관 본체(1)가 수중 지반에 관입되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 석션파일이 제공된다.

이와 같은 본 발명에 따른 석션파일의 경우, 밴드부재(21)를 포함하고 있으며 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여짐으로써 관 본체(1)에 체결 고정되는 밴드조립체(2)를 구비하고 있고; 진동발생기(20)는 밴드조립체(2)의 밴드부재(21)에 구비되어 있어서, 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여주는 체결상태에 있게 되면 진동발생기(20)는 진동을 관 본체(1)에 전달할 수 있도록 관 본체(1)에 밀착하게 되며; 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여주는 상태를 해제하게 되면, 밴드조립체(2)는 연직방향으로 승하강할 수 있게 되어, 밴드조립체(2)의 연직방향으로 이동한 후, 밴드부재(21)가 다시 조여짐으로써 밴드조립체(2)는 연직위치가 변화된 상태로 다시 관 본체(1)의 외면에 체결 고정되는 구성을 가질 수도 있다. 특히, 이 경우 밴드부재(21)는, 복수개의 밴드모듈이 결속부(210)에 의해 링 형태로 서로 연속되는 형태를 가지며; 결속부(210)에는 이웃하는 밴드모듈을 당겨서 고정시키는 결속장치가 구비되어; 결속장치가 체결상태로 되면 이웃하는 밴드모듈 사이의 간격이 증가되어 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여지던 상태가 해제되는 구성을 가질 수도 있다.

특히, 위와 같은 본 발명에서는, 밴드부재(21)의 결속부(210)에 구비된 결속장치는, 결속부(210) 양측의 밴드모듈 중에서 일측 밴드모듈에 설치된 볼트부재(211)와 전동모터(213), 및 결속부(210) 양측의 밴드모듈 중에서 타측 밴드모듈에 설치된 너트부재(212)를 포함하여 구성되며; 전동모터(213)에 의해 볼트부재(211)가 회전됨으로써, 볼트부재(211)에 나사결합된 너트부재(212)의 위치를 변화시켜서, 양측 밴드모듈이 서로 가까워지게 함으로써 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여주는 체결상태가 만들어지거나 또는 양측 밴드모듈이 서로 멀어지게 만들어서, 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여주는 상태가 해제되는 구성을 가질 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 석션파일에서, 진동발생기(20)는, 관 본체(1)를 수중에 투입하기 전부터 관 본체(1)의 외면에 복수개로 고정 설치될 수도 있다.

더 나아가, 상기한 본 발명에서는, 관 본체(1)의 외면에 직접 닿게 되는 밴드부재(21)의 내면에는 전자석 부재(22)가 더 구비될 수도 있다.

한편 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위한 또다른 수단으로서, 상부가 막혀 있고 하부는 개방되어 있는 상태의 중공이 형성되어 있는 관 본체(1)를 포함하며, 관 본체(1)의 외면에는 진동을 발생시키는 진동발생기(20)가 구비되어 있는 석션파일(100)을 수중에 투입하고; 석션파일(100)의 관 본체(1)의 하단이 수중 지반에 닿은 상태에서, 관 본체(1)의 중공 내에 있는 물을 배수시켜 관 본체(1)의 중공 내부에 음압을 형성하는 석션 작업에 의해 상기 관 본체(1)을 수중 지반으로 관입시키되; 관 본체(1)가 수중 지반에 관입되는 과정에서, 진동발생기(20)를 작동시켜서 관 본체(1)를 진동시킴으로써, 수중 지반에서 관 본체(1)가 관입되어 있는 부분에도 진동이 전달되도록 하여 진동에 의한 수중 지반의 순간적인 액상화(液狀化)를 발생시켜서, 액상화된 수중 지반으로 관 본체(1)를 관입시키는 것을 특징으로 하는 석션파일의 시공방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 석션파일의 시공방법에서, 석션파일(100)을 수중에 투입할 때에는, 진동발생기(20)를 밴드부재(21)에 설치한 형태로 밴드조립체(2)를 형성하여 관 본체(1)의 외면에 밴드조립체(2)를 감아서 설치한 상태로 석션파일(100)을 수중에 투입하며; 밴드조립체(2)는, 체결상태에 있게 되면 관 본체(1)의 외면을 감아서 조임으로써 관 본체(1)에 고정되고, 관 본체(1)의 외면을 조이는 것이 해제되면 연직방향으로 승하강할 수 있는 상태에 있게 되며; 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조임으로써 관 본체(1)에 고정되는 체결상태에 있게 되면 진동발생기(20)는 진동을 관 본체(1)에 전달할 수 있도록 관 본체(1)에 밀착하게 되며; 관 본체(1)가 수중 지반에 관입되는 과정에서 진동발생기(20)를 작동시켜야 할 상황이 도래하면, 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감아서 조여주는 상태를 해제하여 밴드조립체(2)를 연직방향으로 승하강할 수 있는 상태로 만들고, 밴드조립체(2)의 연직방향으로 이동시킨 후, 밴드부재(21)를 다시 조여서 체결 고정시킨 후, 진동발생기(20)를 작동시키게 될 수도 있다.

본 발명에서는 진동발생기를 통해서 석션파일의 관 본체 및 수중 지반에 진동을 가함으로써 수중 지반에 순간적인 액상화를 유발시켜서 관 본체와 수중 지반 사이의 마찰력을 저감시키므로, 큰 마찰저항력을 발생시키는 견고한 지반이 존재하더라도 용이하고 신속하게 관 본체의 수중 지반 관입 작업을 진행하여 설계된 심도에 설치되도록 만들 수 있게 되며, 그에 따라 관입 깊이도 더욱 증가시킬 수 있으며 석션파일을 수중 지반에 더욱 견고하게 고정시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 밴드조립체에 의해 진동발생기가 관 본체에 밀착 설치되고, 밴드조립체는 관 본체에서 연직하게 승하강이 가능한 구성을 가지고 있으므로, 관 본체의 수중 지반 관입작업을 진행해가면서 밴드조립체의 위치를 승하강시켜서 진동발생기를 수중 지반의 액상화에 유리한 위치에 배치할 수 있으며, 그에 따라 관 본체의 관입 작업을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.

더 나아가, 본 발명에서 진동발생기가 복수개로 구비됨으로써, 수중 지반의 불균일성으로 인하여 관 본체가 기울어진 상태로 관입되는 상황이 발생하더라도, 상대적으로 관 본체의 관입이 적은 부분에 대해서 진동발생기를 선택적으로 작동시킴으로써, 관입이 지연되는 부분에서만 국부적으로 수중 지반의 순간적인 액상화를 유도하여 관 본체가 전체적으로 고르게 수중 지반에 관입되도록 할 수 있으며, 그에 따라 석션파일의 수직도를 원하는 정도로 용이하게 조절할 수 있게 되는 장점도 발휘된다.

따라서 본 발명에 따른 석션파일은 수중 지반 내에 단단한 지층이 존재하더라도 쉽게 관입될 수 있으므로, 석션파일을 사용할 수 있는 범위가 늘어나게 되므로, 본 발명에 의하면 석션파일의 효용성이 커지는 효과도 발휘된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 석션파일의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 석션파일에 구비되는 밴드조립체의 개략적인 사시도이다.
도 3는 밴드조립체가 관 본체에 결합되어 도 1의 석션파일을 형성하는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 수중 지반에 관 본체의 하단이 관입된 상태에서, 도 2의 밴드조립체가 인양로프에 의해 관 본체에 결합 설치되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4에 후속하여 밴드조립체가 관 본체에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 진동발생기에 의해 석션파일에 진동이 발생한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6에 후속하여 액상화된 수중 지반으로 관 본체가 더 관입한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예로서, 진동발생기가 고정된 상태로 관 본체에 구비되어 있는 석션파일의 개략적인 사시도이다.
도 9 및 도 10은 각각 관 본체가 연직방향으로 사각형 단면을 가지는 실시예에 따른 석션파일을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 본 발명의 석션파일(100)은 수평하중이 크게 작용하는 부재인 석션앵커로서도 이용될 수 있으므로, 특허청구범위를 포함하는 본 명세서의 전체에서 "석션파일"은 석션앵커를 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 석션파일(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 본 발명에서 구비되는 밴드조립체(2)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 도시된 형태를 이루기 위하여 밴드조립체(2)가 석션파일(100)의 관 본체(1)에 결합되는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 석션파일(100)은, 상부판에 의해 상부가 막혀 있고 하부는 개방되어 있는 상태의 중공이 형성되어 있는 관(管) 본체(1)를 포함하며, 진동발생기(20)에 의해 관 본체(1)가 진동됨으로써, 수중 지반에서 관 본체(1)가 관입되어 있는 부분에 대해 순간적으로 진동에 의한 액상화(液狀化)를 유발하여 관 본체(1)가 수중 지반에 용이하게 관입될 수 있는 구성을 가지고 있다.

우선 관 본체(1)의 구성을 더 상세히 살펴보면, 도면에 도시된 것처럼, 관 본체(1)는 내부에 중공(中空)을 가지는 통형상의 관으로 제작된 부재로서, 관 본체(1)의 하단부는 개방되어 있고 관 본체(1)의 상부는 배수관이 연결되는 상부판에 의해 폐쇄되어 있다. 관 본체(1)의 중공 내부에 채워진 물은, 상부판에 연결된 배수관으로 흡입되어 관 본체(1)의 외부로 배출되어 내부 중공은 음압 상태로 된다. 그에 따라 수압에 의해 관 본체(1)에 하향 가압력이 작용하게 되고, 관 본체(1)는 수중 지반으로 관입된다. 편의상 배수관을 통해 물을 흡입하는 펌프 등은 이미 공지된 것이므로, 도면에 대한 도시와 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서는 관 본체(1)에 밀착 설치되도록 진동발생기(20)가 구비되어, 관 본체(1)가 수중 지반에 관입되는 과정에서, 관 본체(1)을 진동시키고 그에 따라 관 본체(1)가 관입되어 있는 부분에서 관 본체(1) 주변의 수중 지반에 진동을 전파시켜서 수중 지반을 액상화시키게 된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 제1실시예의 경우, 진동발생기(20)는 밴드조립체(2)에 구비되어 있어서, 필요할 때에 그리고 필요한 위치에서 분해조립이 가능한 형태로 관 본체(1)에 밀착된다. 구체적으로 밴드조립체(2)는, 관 본체(1)의 외면을 감게 되는 링(ring) 또는 밴드(band)형태의 밴드부재(21), 및 상기 밴드부재(21)에 결합되어 있는 진동발생기(20)를 포함하여 구성된다. 도면에 도시된 것처럼 진동발생기(20)는 밴드부재(21)의 외면에서 복수개 위치에 구비될 수 있으며, 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감은 상태에서 진동발생기(20)는 관 본체(1)의 외면에 밀착된다. 따라서 진동발생기(20)가 작동하여 진동을 유발하면, 그 진동을 관 본체(1)에 전달되어 관 본체(1)도 진동하게 된다. 이 때, 진동을 관 본체(1)를 전달하기 위하여, 진동발생기(20)가 직접 관 본체(1)의 외면에 닿을 수도 있지만, 진동발생기(20)와 관 본체(1)의 외면 사이에 밴드부재(21)가 존재할 수도 있다. 따라서 진동발생기(20)가 관 본체(1)의 외면에 "밀착"한다는 것은 이와 같이 진동발생기(20)가 직접 관 본체(1)의 외면에 닿는 것뿐만 아니라, 진동발생기(20)와 관 본체(1)의 외면 사이에 밴드부재(21)가 존재한 상태로 설치되는 것을 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

본 발명에서 밴드조립체(2)는 필요할 때에 관 본체(1)에 결합되며, 더 나아가 관 본체(1)에 결합된 연직 위치를 필요에 따라 승하강시켜서 변화시킬 수 있도록 관 본체(1)에 결합된다. 이를 위해서 밴드조립체(2)를 관 본체(1)에 결합하거나 또는 분리시킬 때, 그리고 밴드조립체(2)를 승하강시킬 때에는, 위에서 연직방향으로 내려다보았을 때 밴드부재(21)에 의해 경계가 만들어진 면적이 관 본체(1)의 연직방향으로의 단면적보다 더 커서, 밴드부재(21)를 용이하게 관 본체(1)의 외면에 씌울 수 있어야 한다. 반면에 관 본체(1)에 진동을 가할 때에는 위에서 설명한 것처럼 진동발생기(20)를 직접 관 본체(1)의 외면에 닿게 만들거나 또는 진동발생기(20)와 관 본체(1)의 외면 사이에 밴드부재(21)가 존재하는 형태로 진동발생기(20)가 관 본체(1)에 밀착될 필요가 있으며, 이를 위해서는 밴드부재(21) 자체가 견고하게 관 본체(1)의 외면을 감아서 고정되어야 한다.

이를 위하여 도면에 도시된 실시예에서 밴드부재(21)는 필요할 때 강하게 관 본체(1)을 감은 채로 조여주고, 필요할 때 이러한 조임 상태를 해제할 수 있는 구성을 가진다. 구체적으로 도면에 도시된 실시예의 경우, 밴드부재(21)에는 결속부(210)가 형성되어 있으며, 이러한 결속부(210)에 의해 복수개의 밴드모듈이 서로 연속되는 형태로 밴드부재(21)가 형성되어 있다. 즉, 복수개의 밴드모듈이 링 형태로 배치되고, 밴드모듈 사이에 결속부가 존재하는 형태로 밴드부재(21)가 형성되어 있는 것이다. 도면에서는 밴드부재(21)에 2개의 결속부(210)가 존재하고 있는데, 결속부(210)의 갯수는 이에 한정되지 않으며 1개일 수도 있으며, 3개 이상의 복수개일 수도 있다.

결속부(210)에는 이웃하는 밴드모듈을 당겨서 고정시키는 결속장치가 구비된다. 따라서 밴드조립체(2)를 관 본체(1)에 결합할 때, 또는 밴드조립체(2)의 연직 위치를 변화시킬 때에는 결속장치가 <풀림상태>에 있게 함으로써 밴드모듈 사이의 간격이 증가되어 밴드부재(21)에 의해 경계가 만들어진 면적이 관 본체(1)의 연직방향으로의 단면적보다 더 큰 상태로 만든다. 밴드조립체(2)가 관 본체(1)를 강하게 감싸서 결합되도록 만들 경우에는, 밴드부재(21)에 의해 형성된 링 형태의 영역 내에 관 본체(1)이 삽입되어 위치한 상태에서, 결속부(210)에 구비된 결속장치를 <체결상태>로 만들게 된다. 그에 따라 결속장치의 작동에 의해 이웃하는 밴드모듈이 서로 가까워지도록 당겨지게 되고, 밴드부재(21)가 이루는 링 형태이 영역이 좁아들면서 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면에 밀착한 상태로 관 본체(1)을 강하게 감싸서 결합된다. 예를 들어, 일측 밴드모듈에는 볼트부재(211)와 전동모터(213)을 설치하고, 이와 이웃하여 연속되는 밴드모듈에는 너트부재(212)를 설치하여, 전동모터(213)에 의해 볼트부재(211)를 회전시켜서, 볼트부재(211)에 나사결합된 너트부재(212)의 위치를 변화시키는 구성을 가지도록 결속장치를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서는 전동모터의 작동에 의해, 볼트부재(211)에 체결된 너트부재(212)의 위치를 변화시킴으로써, 양측 밴드모듈이 서로 가까워지거나 또는 멀어지게 만들며, 그에 따라 밴드부재(21)가 관 본체(1)를 강하게 감싸서 체결되도록 하거나 또는 이러한 체결상태를 해제하게 만들 수 있다. 그러나 이와 같이 양측 밴드모듈이 서로 가까워지거나 또는 멀어지도록 함으로써 관 본체(1)에 밴드부재(21)가 체결되거나 또는 체결 해제되는 상태를 만드는 결속장치의 구성은, 위에서 예시한 것에 한정되지 않으며, 기타 다양한 형태로 구현할 수 있다.

특히, 위에서 설명한 것처럼 진동발생기(20)를 직접 관 본체(1)의 외면에 닿게 만들거나 또는 진동발생기(20)와 관 본체(1)의 외면 사이에 밴드부재(21)가 존재하는 형태로 진동발생기(20)가 관 본체(1)에 강하게 밀착되도록 하기 위해서, 도면에 도시된 제1실시예의 경우처럼, 필요한 경우에는 관 본체(1)의 외면에 직접 닿게 되는 밴드부재(21)의 내면에는 전자석 부재(22)가 구비될 수도 있다. 도 3에 도시된 실시예의 경우, 밴드부재(21)는 2개의 결속부(210)을 가지고 있어서, 도면에서 볼 때 각각 좌,우측의 2개 밴드모듈로 구성되어 있는데, 일측의 밴드모듈 내부에 전자석 부재(22)를 설치하여, 밴드조립체(2)가 관 본체(1)의 외면에서 원하는 위치에 존재하는 상태에서, 전자석 부재(22)의 활성화 즉, 자화(磁化)를 통해서 일측 밴드모듈을 관 본체(1)의 외면에 견고하게 부착시킨 후, 앞서 설명한 것처럼 결속부(210)의 결속장치 활성화(체결상태로 만듦)에 의해 타측 밴드모듈을 일측 밴드모듈을 향하여 당김으로써, 밴드부재(21)가 강하게 관 본체(1)의 외면을 감싸서 조이도록 만들 수 있다. 이 때, 타측 밴드모듈에 대해서도, 관 본체(1)의 외면에 닿게 되는 밴드모듈의 내면에 전자석 부재(22)를 설치해 둘 수도 있다. 이 경우, 타측 밴드모듈에 구비된 전자석 부재(22)는 일측 밴드모듈을 향하여 당겨지는 과정이 완료되어 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감싼 후에, 활성화되는 것이 바람직하다. 이와 같이 전자석 부재(22)를 구비하는 경우, 밴드부재(21)가 관 본체(1)의 외면을 감싸서 결속되는 것을 더욱 강화시킬 수 있는 효과가 발휘되며, 후술하는 것처럼 처음부터 밴드조립체(2)를 석션파일(100)에 설치한 상태에서 석션파일(100)을 시공하는데에도 유리하다.

다음에서는 위에서 살펴본 제1실시예에 따른 밴드조립체(2)를 이용하여 석션파일(100)을 시공하는 방법에 대하여 설명한다.

도 4에는 수중 지반(G)에 석션파일(100)의 하단이 관입된 상태에서, 제1실시예에 따른 밴드조립체(2)가 인양로프(200)에 의해 석션파일(100)에 설치되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 후속하여 밴드조립체(2)가 석션파일(100)에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 진동발생기(20)에 의해 석션파일(100)에 진동이 발생한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 것처럼 우선 석션파일(100)을 먼저 수중에 투입하고, 석션에 의해 석션파일(100)의 관 본체(1)을 수중 지반에 관입시키면서, 진동에 의한 관입 작업이 필요할 상황이 발생하게 되면, 즉 석션이나 기타 작업에 의한 관 본체(1)의 관입이 원활하게 이루어지지 않는 상황이 도래하면, 해상 크레인 등의 인양장치와 인양로프(200)를 이용하여 밴드조립체(2)를 수중에 투입하게 된다. 물론 석션파일(100)을 수중에 투입할 때부터, 밴드조립체(2)를 석션파일(100)의 외면에 감은 상태로 미리 설치해둘 수도 있다. 특히 앞서 살펴본 것처럼, 밴드조립체(2)의 내면에 필요에 따라 자화시킬 수 있는 전자석 부재(22)를 설치한 경우, 석션파일(100)의 외면에 밴드조립체(2)를 느슨하게 감은 상태에서도, 밴드조립체(2)는 쉽게 분리되지 않고 석션파일(100)의 외면에 강하게 부착되어 있게 되며, 따라서 석션파일(100)의 수중 투입 및 관입 과정에서 밴드조립체(2)가 관 본체(1)에 구비되어 있는 상태를 안정적으로 유지할 수 있게 되는 장점이 있다. 물론 전자석 부재(22)는 필요에 선택적으로 구비될 수 있는 것이므로 생략될 수도 있다.

다시 도 5를 참조하여 본 발명의 시공방법을 설명하면, 관 본체(1)의 관입 작업이 원활하게 이루어지지 않는 상황이 도래하고, 그에 따라 인양로프(200)를 이용하여 밴드조립체(2)가 수중에 투입된 후에는, 밴드조립체(2)를 관 본체(1)의 원하는 연직 위치에 배치시키고, 앞서 설명한 과정에 의해 밴드조립체(2)가 강하게 관 본체(1)의 외면을 감싸서 조여지도록 한다. 이 때, 진동발생기(20)는 가능한 수중 지반의 지반면에 가까이 위치하는 것이, 진동을 수중 지반에 전달하여 액상화시키는데 유리하다. 따라서 인양로프(200)를 이용하여 밴드조립체(2)를 사후적으로 수중에 투입하여 설치하는 경우, 밴드조립체(2)가 수중 지반의 지반면에 가능한 가까이 위치한 상태에서 관 본체(1)에 결속되도록 하는 것이 바람직하다. 물론 이 때, 밴드조립체(2)의 아래쪽으로는 관 본체(1)가 수중 지반에 관입될 높이는 남겨두는 것이 바람직하다.

만일 석션파일(100)을 수중에 투입할 때부터 미리 밴드조립체(2)를 관 본체(1)에 설치해둔 경우라면, 밴드조립체(2)를 느슨하게 만들어서 관 본체(1)의 외면에서 자유롭게 승하강하게 만든 후, 밴드조립체(2)를 하강시켜서 원하는 위치에 배치된 상태에서 다시 밴드조립체(2)를 관 본체(1)에 결속시킨다. 이를 위해서 석션파일(100)을 수중에 투입할 때부터 미리 밴드조립체(2)를 관 본체(1)에 설치해둔 경우에도 밴드조립체(2)에 미리 승하강용 인양로프(200)를 결속해두는 것이 바람직하다.

밴드조립체(2)가 원하는 위치에서 관 본체(1)를 감싸서 강하게 조여준 형태로 결합된 후에는, 진동발생기(20)를 작동시켜서 관 본체(1)을 진동시킨다. 그에 따라 관 본체(1)이 관입되어 있는 부분에서 수중 지반에 진동이 가해지면서 관 본체(1)의 주변에서 수중 지반에는 순간적으로 액상화(液狀化)가 발생하게 되고, 수중 지반은 매우 무른 상태가 되어, 관 본체(1)와 수중 지반(G) 사이의 마찰력이 크게 감소된다. 따라서 석션 등의 방법에 의해 관 본체(1)에 관입력을 부여하게 되면 관 본체(1)는 액상화된 수중 지반으로 용이하게 관입된다. 도 7에는 도 6에 후속하여 액상화된 수중 지반(G)으로 관 본체(1)가 더 관입한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 7에서 점선으로 표시된 것은 도 6에 도시된 상태를 나타낸다.

만일 위와 같은 과정에 의해 관 본체(1)가 수중 지반으로 더 관입하고, 밴드조립체(2)가 수중 지반의 표면에 닿아서 밴드조립체(2)로 인하여 관 본체(1)의 관입이 방해되는 상황이 발생한다면, 밴드조립체(2)를 느슨하게 만들어서 관 본체(1)의 외면에서 자유롭게 승하강하게 만든 후, 밴드조립체(2)를 상승시켜서 다시 관 본체(1)에 결속시켜서 위와 같은 진동발생기의 작동 및 추가적인 관 본체(1)의 관입 작업을 수행하면 된다.

큰 마찰저항력을 발생시키는 견고한 지반으로 인하여 관 본체(1)의 추가적인 관입이 어렵게 되거나 또는 관입 속도가 크게 저하되는 상황이 도래하더라도, 본 발명에서는 위와 같은 방식으로 수중 지반(G)에 진동을 가함으로써 수중 지반에 순간적인 액상화를 유발시켜서 마찰저항력 즉, 관 본체(1)와 수중 지반(G) 사이의 마찰력을 저감시키므로, 석션에 의해서도 관 본체(1)을 쉽게 그리고 더욱 빠른 속도로 수중 지반에 관입시킬 수 있게 되는 것이다. 특히, 본 발명에 의하면 더욱 빠르게 관 본체(1)의 수중 지반 관입 작업을 진행할 수 있게 되며, 수중 지반 내에 단단한 지층이 존재하더라도 관 본체(1)가 용이하게 단단한 지층을 뚫고 관입될 수 있어서 관입 깊이도 더욱 증가시킬 수 있고 그에 따라 석션파일(100)을 수중 지반에 더욱 견고하게 고정시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 밴드조립체(2)에 의해 진동발생기(20)가 관 본체(1)에 밀착 설치되고, 이러한 밴드조립체(2)는 관 본체(1)에서 연직하게 승하강이 가능한 구성을 가지고 있으므로, 관 본체(1)의 수중 지반 관입작업을 진행해가면서 밴드조립체(2)의 위치를 승하강시켜서 진동발생기(20)를 수중 지반(G)의 액상화에 유리한 위치에 배치할 수 있으며, 그에 따라 관 본체(1)의 관입 작업을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.

본 발명에서 진동발생기(20)는 복수개로 구비될 수 있는데, 이 경우 수중 지반이 균질하지 못하여, 관 본체(1)가 기울어진 상태로 관입됨으로 인하여 설계된 수직도를 가지지 못하는 상황이 발생하더라도, 상대적으로 관 본체(1)의 관입이 적은 부분 즉, 상대적으로 견고한 지반 쪽에 구비된 진동발생기를 선택적으로 작동시킴으로써, 관입이 지연되는 부분에서만 국부적으로 수중 지반의 순간적인 액상화를 유도하여 관 본체(1)가 전체적으로 고르게 수중 지반에 관입되도록 할 수 있으며, 그에 따라 석션파일(100)의 수직도를 원하는 정도로 용이하게 조절할 수 있게 된다.

이와 같은 진동 및 이에 의한 순간적인 액상화는 위와 같이 석션파일(100)을 관입할 때뿐만 아니라 석션파일(100)을 인발할 때도 매우 유용하다. 즉, 석션파일(100)의 사용이 종료되어 수중 지반(G)으로부터 석션파일(100)을 인발할 경우에도, 석션파일(100)에 밴드조립체(2)를 결합하고, 밴드조립체(2)에 구비된 진동발생기(20)를 통해 진동을 유발하여 수중 지반을 순간적으로 액상화시킨 상태에서 용이하게 관 본체(1)를 인발하여 석션파일(100)을 회수할 수 있는 것이다.

위에서 도 1 내지 도 7에 도시된 본 발명의 제1실시예에서는, 진동발생기(20)를 관 본체(1)의 외면에 밀착 설치함에 있어서, 밴드조립체(2)를 이용하기 때문에, 관 본체(1)가 먼저 수중에 투입된 상태에서도 진동발생기(20)가 후발적으로 관 본체(1)에 설치될 수 있으며, 더 나아가 관 본체(1)에서 진동발생기(20)가 밀착되는 위치를 필요에 따라 승하강시켜서 변화될 수 있도록 하였다. 그러나 본 발명에서 진동발생기(20)를 관 본체(1)의 외면에 밀착 설치함에 있어서, 진동발생기(20)는 그 위치가 변화되지 않도록 그리고 관 본체(1)를 수중에 투입하기 전부터 고정적으로 관 본체(1)에 설치될 수도 있다.

도 8에는 본 발명의 제2실시예로서, 관 본체(1)에 진동발생기(20)가 고정된 상태로 구비되어 있는 것을 보여주는 석션파일(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 8에 도시된 실시예의 경우에는, 앞서 언급한 것처럼 관 본체(1)를 수중에 투입하기 전부터 관 본체(1)의 외면에는 진동발생기(20)가 용접 등의 방법에 의해 밀착되어 고정된 상태로 구비되어 있다. 이 경우에도, 앞서 살펴본 제1실시예처럼 진동발생기(20)는 관 본체(1)의 원주를 따라 복수개가 간격을 두고 구비될 수 있다. 도 8에서 도면부호 29는 진동발생기(20)에 신호 및 전력을 공급하기 위한 외부연결 케이블(29)이다. 이 경우에는 관 본체(1)가 수중 지반에 관입되는 초기부터 수중 지반에 진동을 전달하여 순간적인 액상화를 유발시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 있어서 관 본체(1)는 원통형상을 가지는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 도 9 및 도 10에는 각각 관 본체(1)가 연직방향으로 사각형 단면을 가지는 실시예에 따른 석션파일(100)을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼, 밴드조립체(2)가 감싸서 조립되는 관 본체(1)은 사각형 단면을 가지는 관 부재일 수도 있고, 더 나아가 비록 도면에는 도시되지 않았지만 5각형 이상의 다각형 단면 또는 타원형 단면을 가지는 관 부재일 수도 있다. 특히, 이와 같이 관 본체(1)가 사각형 단면을 가지는 관 부재일 경우, 앞서 설명한 것처럼 밴드조립체(2)에 전자석 부재(22)이 구비되는 것이 더욱 바람직하다. 사각형 단면의 관 본체(1)의 경우에는, 밴드조립체(2)가 결합될 때 밴드부재(21)가 꺾이면서 관 본체(1)을 감싸게 되는데, 이 때 밴드부재(21)의 내면에 전자석 부재(22)가 구비되는 경우, 전자석 부재(22)는 밴드부재(21)가 더욱 강하게 관 본체(1)의 외면에 밀착되도록 하는 기능을 발휘하므로, 비록 밴드부재(21)가 꺾이면서 관 본체(1)를 감싸더라도 진동발생기(20)가 관 본체(1)에 충실하게 밀착되어 원활하게 진동을 전달하는 것을 더욱 확실하게 보장할 수 있게 되는 장점이 있다.

1: 관 본체
2: 밴드조립체
20: 진동발생기
21: 밴드부재
22: 전자석 부재
100: 석션파일
210: 결속부

Claims

상부가 막혀 있고 하부는 개방되어 있는 상태의 중공이 형성되어 있는 통형상의 관 본체를 포함하고 있어서 관 본체의 중공 내에 있는 물이 배수되면서 관 본체가 수중 지반으로 관입되는 석션파일로서;
관 본체의 외면에는 진동을 발생시키는 진동발생기가 구비되어, 진동발생기에 의해 만들어진 진동에 의해 관 본체가 진동됨으로써, 수중 지반에서 관 본체가 관입되어 있는 부분에서 진동에 의한 순간적인 액상화(液狀化)를 발생시켜서 관 본체가 수중 지반에 관입되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 석션파일.
제1항에 있어서,
밴드부재를 포함하고 있으며 밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조여짐으로써 관 본체에 체결 고정되는 밴드조립체를 구비하고 있고;
진동발생기는 밴드조립체의 밴드부재에 구비되어 있어서, 밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조여주는 체결상태에 있게 되면 진동발생기는 진동을 관 본체에 전달할 수 있도록 관 본체에 밀착하게 되며;
밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조여주는 상태를 해제하게 되면, 밴드조립체는 연직방향으로 승하강할 수 있게 되어, 밴드조립체의 연직방향으로 이동한 후, 밴드부재가 다시 조여짐으로써 밴드조립체는 연직위치가 변화된 상태로 다시 관 본체의 외면에 체결 고정되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 석션파일.
제2항에 있어서,
밴드부재는, 복수개의 밴드모듈이 결속부에 의해 링 형태로 서로 연속되는 형태를 가지며;
결속부에는 이웃하는 밴드모듈을 당겨서 고정시키는 결속장치가 구비되어;
결속장치가 체결상태로 되면 이웃하는 밴드모듈 사이의 간격이 증가되어 관 본체의 외면을 감아서 조여지던 상태가 해제되는 것을 특징으로 하는 석션파일.
제3항에 있어서,
밴드부재의 결속부에 구비된 결속장치는, 결속부 양측의 밴드모듈 중에서 일측 밴드모듈에 설치된 볼트부재와 전동모터, 및 결속부 양측의 밴드모듈 중에서 타측 밴드모듈에 설치된 너트부재를 포함하여 구성되며;
전동모터에 의해 볼트부재가 회전됨으로써, 볼트부재에 나사결합된 너트부재의 위치를 변화시켜서, 양측 밴드모듈이 서로 가까워지게 함으로써 밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조여주는 체결상태가 만들어지거나 또는 양측 밴드모듈이 서로 멀어지게 만들어서, 밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조여주는 상태가 해제되는 것을 특징으로 하는 석션파일.
제1항에 있어서,
진동발생기는, 관 본체를 수중에 투입하기 전부터 관 본체의 외면에 복수개로 고정 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 석션파일.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
관 본체의 외면에 직접 닿게 되는 밴드부재의 내면에는 전자석 부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 석션파일.
상부가 막혀 있고 하부는 개방되어 있는 상태의 중공이 형성되어 있는 관 본체를 포함하며, 관 본체의 외면에는 진동을 발생시키는 진동발생기가 구비되어 있는 석션파일을 수중에 투입하고;
석션파일의 관 본체의 하단이 수중 지반에 닿은 상태에서, 관 본체의 중공 내에 있는 물을 배수시켜 관 본체의 중공 내부에 음압을 형성하는 석션 작업에 의해 상기 관 본체를 수중 지반으로 관입시키되;
관 본체가 수중 지반에 관입되는 과정에서, 진동발생기를 작동시켜서 관 본체를 진동시킴으로써, 수중 지반에서 관 본체가 관입되어 있는 부분에도 진동이 전달되도록 하여 진동에 의한 수중 지반의 순간적인 액상화(液狀化)를 발생시켜서;
액상화된 수중 지반으로 관 본체를 관입시키는 것을 특징으로 하는 석션파일의 시공방법.
제7항에 있어서,
석션파일을 수중에 투입할 때에는, 진동발생기를 밴드부재에 설치한 형태로 밴드조립체를 형성하여 관 본체의 외면에 밴드조립체를 감아서 설치한 상태로 석션파일을 수중에 투입하며;
밴드조립체는, 체결상태에 있게 되면 관 본체의 외면을 감아서 조임으로써 관 본체에 고정되고, 관 본체의 외면을 조이는 것이 해제되면 연직방향으로 승하강할 수 있는 상태에 있게 되며;
밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조임으로써 관 본체에 고정되는 체결상태에 있게 되면 진동발생기는 진동을 관 본체에 전달할 수 있도록 관 본체에 밀착하게 되며;
관 본체가 수중 지반에 관입되는 과정에서 진동발생기를 작동시켜야 할 상황이 도래하면, 밴드부재가 관 본체의 외면을 감아서 조여주는 상태를 해제하여 밴드조립체를 연직방향으로 승하강할 수 있는 상태로 만들고, 밴드조립체의 연직방향으로 이동시킨 후, 밴드부재를 다시 조여서 체결 고정시킨 후, 진동발생기를 작동시키는 것을 특징으로 하는 석션파일의 시공방법.