KR20190031868A - 내부 격벽을 이용한 석션버켓 및 이를 이용한 해양구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 격벽을 이용한 석션버켓 및 이를 이용한 해양구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석션버켓 기초의 지지력 향상을 위하여 파일 시공을 부가하기 위해 내부 격벽을 이용하는 석션버켓 및 자켓기초와 같은 해양구조물에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따르면 석션버켓의 설치 이후에 파일 시공이 가능해짐으로써 기존의 석션버켓보다 향상된 지지력을 갖게 되므로, 지반 침하 등이 발생하는 경우에도 수직도 유지가 가능한 효과가 발생된다.

Description

내부 격벽을 이용한 석션버켓 및 이를 이용한 해양구조물{SUCTION FOUNDATION USING INNER WALL AND OFFSHARE STRUCTURE USING THEREOF}

본 발명은 내부 격벽을 이용한 석션버켓 및 이를 이용한 해양구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석션버켓 기초의 지지력 향상을 위하여 파일 시공을 부가하기 위해 내부 격벽을 이용하는 석션버켓 및 자켓기초와 같은 해양구조물에 관한 것이다.

해상기초에는 모노파일, 석션버켓, 중력식 기초 및 자켓기초 등을 이용한다. 석션버켓(Suction Pile)는 파일 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 배출시킴으로써 발생된 파일 내부와 외부의 압력차를 이용하여 설치되는 파일을 말한다. 해저층에 시공되어 석유시추 플랫폼(platform), 해상 풍력발전 기초와 같은 해양 고정식 및 부유식 구조물 지지 또는 앵커(anchor)를 위해 사용되고 있다. 도 1은 종래의 석션버켓의 사진, 도 2는 종래의 석션버켓의 관입 상태를 종단면으로 도시한 개념도이다. 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 석션버켓의 형상은 석션압을 가하기 용이하도록 상단부는 상판으로 밀폐되고 하단부가 열린 컵을 엎어놓은 모양을 하고 있다. 현재까지 시공된 석션버켓 중 가장 큰 것은 직경이 32m, 길이가 37m에 이르며 수심300m 해저층에 시공되어 석유시추 플랫폼의 기초로 사용되었다. 이때, 석션버켓은 해수의 배출과 주입을 위해 배출구와 주입구를 상단부의 상판이나 측면에 구비할 수 있고, 인발 시 작용점으로 사용하기 위한 고리를 상단부 중앙이나 측면에 구비할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 석션버켓(1)의 설치 매커니즘은 다음과 같다. 석션버켓(1)을 지반(7)에 안착시키면 파일 자중에 의하여 파일 하단부가 지반(7)의 일정 깊이까지 관입되게 된다. 이 상태에서 석션버켓(1) 두부에 설치된 배수 장치를 이용해서 석션버켓(1) 내부의 해수를 외부로 배수시킨다. 석션버켓(1)의 구조가 파일 하단부를 제외한 부분들은 해수의 흐름이 완전히 차단되어 있으므로 배수된 해수는 석션버켓(1) 하단부의 지반(7)을 통해서만 유입될 수 있다. 하지만, 해저 지반의 투수성은 매우 낮기 때문에 배수된 해수가 유입되어 회복되는 것을 방해받게 되어 석션버켓(1) 내부의 압력이 석션버켓(1) 외부의 압력보다 저하되게 된다. 그 결과 석션버켓(1) 내부와 외부의 압력차가 발생하게 되고, 이로 인하여 석션버켓(1)은 관입되게 된다.

이러한 석션버켓은 (1)설치장비가 간단하여 수심에 제약을 받지 않고, 최대 1600m 수심에 설치된 예가 있으며, (2)석션버켓의 크기에 관계없이 설치가 가능하며, 상판 면적이 클수록 작은 석션압으로도 큰 관입력이 발생하고, (3)수 시간에 1본의 설치가 가능할 정도로 설치속도가 빠르며, (4)석션버켓 내부로 물을 주입시켜 발생된 양압력으로 인발할 수 있어서 필요시 제거가 용이하며 재사용이 가능하고, (5)설치시 석션버켓 하단부 해저층의 침투류(Seepage)에 의하여 관입저항력이 감소되는 장점이 있다.

또한, 이러한 석션버켓을 이용한 구조물은 (1)수심에 관계없이 시행할 수 있는 점, (2)1~2일의 단기간에 설치가 가능하고, 대규모 기초를 해저지반 중에 설치할 수 있는 등 시공성도 우수한 점, (3)설치 후 석션버켓 내부가 밀폐상태가 되므로 인발에 의하여 석션버켓 내부에 석션압이 발생하고, 이 석션압이 저항력(또는 지절력(地切力))으로 작용하여 근입에 의한 안정성이 증가하는 점, (4)지반 개량을 할 필요가 없는 경우가 있는 점(특히 표층에 연약지반이 있고 하층에 사질토인 토층 구조에 유리), (5)설치 후 석션압을 활용한 선행재하 및 재하실험이 가능한 점의 장점이 있다.

이러한 석션버켓에는 구조물을 설치 시 인발 하중에 의해 석션버켓이 편심될 가능성이 상존한다. 이는 종래의 석션버켓이 외부 벽체에 의해서만 인발 하중에 대응되는 인발 지지력이 발생하기 때문이다. 한번 편심되면 이를 해결하는 것은 매우 어렵고, 이렇게 축이 유지되지 않은 상태에서 구조물을 설치하면 설비작동에 문제가 생길 수밖에 없다.

등록특허 10-1047092 등록특허 10-1044752 등록특허 10-1044753

그러나 이러한 종래의 석션버켓은 해상구조물이 설치된 이후에 발생되는 지반(Seabed)의 침하가 문제되고 있다. 지반은 주로 점토층과 모래층으로 구성되어 있는데, 해상구조물이 설치되게 되면 해상구조물의 하중에 의해 지반의 장기적인 침하가 발생되게 된다. 지반의 침하는 3단계로 구분될 수 있는데, 해상구조물의 하중 재하 시 토립자의 입자배열로 즉시 발생되는 즉시 침하, 하중에 의해 유발된 과잉간극수압으로 인해 토립자의 간극수가 배출됨에 따라 발생되는 제1차 압밀 침하, 과잉간극수압의 소산 후에 발생되는 침하로서 장기간에 걸쳐 크립(creep) 변형에 의해 발생되는 2차 압밀침하로 구분될 수 있다. 석션버켓의 시공 이후 지반 침해가 발생되면 석션버켓 및 석션버켓에 설치된 해상 구조물의 수직도가 변경될 수 있다.

이러한 침하를 방지하기 위해 지반을 개량하는 프리로딩 공법(Pre-loading method)이 이용될 수 있다. 프리로딩 공법은 지반에 계획하는 해상 구조물의 하중보다 크거나 동등한 셕션 하중을 미리 재하시켜, 해상 구조물의 설치 이전에 필요한 만큼의 침하가 미리 발생하도록 유도하는 공법이다.

그러나 석션버켓의 관입이 완료되어 상판이 해저 지반에 접하게 된 이후에는 물의 배출이 어려우며, 석션을 계속 할 경우에는 토사가 다량 유출되어 석션펌프 등의 손상 및 지반의 약화를 초래하게 된다. 따라서 석션버켓의 관입이 완료된 이후에는 석션압의 적용이 어려우므로, 관입에 소요되는 석션압 이상의 석션압을 재하하기 어려운 문제점이 있었고, 이와 같은 공법에 현저하게 적합한 석션버켓이 개시된 바 없었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여, 이하와 같은 선행문헌이 개시된 바 있으나, 여전히 상기 문제점을 완벽하게 해소하지 못하고 있었다.

일본 공개특허 특개평11-15889에서는 석션버켓에 있어서 내부 지반의 융기를 방지하기 위한 방법으로, 석션버켓을 상하로 관통하는 피스톤(압입판)을 설치하여 압입판의 자중을 이용해 내부 지반을 압입하는 방식으로 석션버켓 설치시 내부 지반의 융기를 방지하게 되는 기술을 개시하고 있다. 석션버켓의 내부 지반이 융기되어 석션펌프의 도입구가 폐색되게 되면 더 이상 석션이 불가하기 때문이다. 그러나, 일본 공개특허 특개평11-15889의 석션버켓은 내부 지반의 침투류(Seepage)에 의해 내부 지반이 융기되어 석션버켓의 지지력이 부족해지는 것을 방지하기 위한 것이고, 지반 침하를 방지하기 위해 프리로딩을 하려는 목적은 없다. 게다가 일본 공개특허 특개평11-15889의 피스톤은 석션버켓의 외부 상부로 연결되므로, 상부에 구조물을 연결하고 체결해야 하는 등의 설치상 제약사항이 다수 발생하게 되는 문제점이 있어서, 석션버켓에 프리로딩을 적용하기 위한 목적으로 이용되기 어렵다.

일본 공개특허 특개2005-256603은 석션버켓에 있어서 해상 구조물 완성 후에 발생되는 해저 지반의 압밀침하를 방지하기 위한 것으로, 석션버켓의 스커트(Skirt) 단부에 복수개의 집수부를 구비하여 해저지반의 층간에 존재하는 대수층의 토수를 미리 배수하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 스커트의 단부에서는 상당한 선단 저항력이 작용하게 되므로, 지반이 강하게 압착되어 있어서 집수부가 망가지거나 물을 흡인하는 것이 상당히 어려울 것으로 예상되고, 토사가 유출되어 함께 흡인될 가능성이 상존하여 실제 시공에서는 이용되기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 창안되었다.

본 발명의 목적은, 석션버켓의 관입이 완료된 이후에 파일(pile)의 시공이 가능하도록 구성되어, 기존보다 간단한 구성으로 지반 침하 등이 발생하는 경우에도 수직도를 유지하기 용이한 고무막을 이용한 석션버켓 및 해상 구조물을 제공하는데에 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 목적은, 상부는 상판으로 닫혀있고 하부는 개방된 중공의 기둥 형태로 구성되며, 기둥면은 해저 지반에 관입되는 스커트부로 구성되는 본체; 상기 상판의 일측에 구비되고, 파일(Pile)이 관입되도록 상기 상판을 관통하는 홀인 파일홀; 및 상기 파일홀에서 상기 본체의 내측으로 연장되는 기둥면으로 구성되고, 상기 본체의 내측의 구역을 분리하도록 구성되어, 상기 본체의 내부의 일부가 밀폐되도록 구성되는 내부 격벽;를 포함하고, 상기 내부 격벽에 의해 상기 스커트부와 상기 상판 사이의 공간에서의 석션이 가능하고, 상기 파일이 상기 파일홀 및 상기 내부 격벽의 내측을 통해 관입되는, 내부 격벽을 이용한 석션버켓을 제공하여 달성될 수 있다.

또한, 상기 내부 격벽의 일부에 구성되고, 상기 내부 격벽을 관통하여 해수가 이동할 수 있도록 구성되는 수로; 및 슬라이딩 이동에 의해 상기 수로가 차폐되거나 개방되도록 구성되고, 상기 내부 격벽의 일측에 구성되는 차폐부;를 더 포함하고, 상기 본체가 하강할 때는 상기 차폐부의 자중에 상기 차폐부가 하방으로 슬라이딩 되어 상기 수로가 개방되고, 상기 본체가 해저면에 착저할 때는 상기 차폐부의 하단이 상기 해저면에 접하면서 상기 본체의 하중에 의해 상기 차폐부가 상방으로 슬라이딩 되어 상기 수로가 차폐되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 해저면 특정 설치 위치에 착저되고, 내부의 해수를 석션하며 관입되는 제1항에 따른 석션버켓; 관입이 완료된 상기 석션버켓에 상기 석션버켓의 일구성인 내부 격벽의 내측으로 관입하여 시공되는 파일; 및 상기 석션버켓의 일구성인 상판에 설치되는 구조물;을 포함하는, 해양구조물을 제공하여 달성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면 석션버켓의 설치 이후에 파일 시공이 가능해짐으로써 기존의 석션버켓보다 향상된 지지력을 갖게 되므로, 지반 침하 등이 발생하는 경우에도 수직도 유지가 가능한 효과가 발생된다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면 기존의 일반적인 석션버켓과 동일하게 폐합이 되어 있는 형태로 인양 및 시공될 수 있으므로, 석션버켓의 장점을 유지하면서 파일 시공에 따른 지지력 상승 및 수직도 유지의 효과가 발생되는 효과가 발생된다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 파일의 시공을 석션버켓 상판의 중심에 수행하는 것이 가능해지기 때문에, 수직도 유지의 효과를 위한 파일의 개수가 현저히 저감되는 효과가 있다. 이에 따라, 경제적인 파일 시공이 가능해지는 효과가 발생된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 석션버켓의 사진,
도 2는 종래의 석션버켓의 관입 상태를 종단면으로 도시한 개념도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓의 사시도,
도 4, 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고무막과 상판의 결합구조를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 제1변형예에 따른 고무막 결합부를 도시한 것,
도 7, 8, 9, 10은 본 발명의 제2변형예에 따른 고무막 결합부의 모식도를 도시한 것,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓의 시공방법을 도시한 것,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 S10을 도시한 모식도,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 S11, S12를 도시한 모식도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 S13을 도시한 모식도,
도 15, 16은 본 발명의 변형예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓을 도시한 사시도 및 단면 모식도,
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓의 사시도,
도 18, 19은 본 발명의 변형예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓을 도시한 모식도,
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓의 시공방법을 도시한 것,
도 21는 본 발명의 일실시예에 따른 S20을 도시한 모식도,
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 S21, S22를 도시한 모식도,
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 S13을 도시한 모식도,
도 24, 25는 본 발명의 변형예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓을 도시한 사시도 및 단면 모식도,
도 26 내지 도 31은 자켓 구조물을 예로 들어 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓과 내부 격벽을 이용한 석션버켓과 해상 구조물의 결합을 도시한 모식도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

고무막을 이용한 석션버켓

고무막을 이용한 석션버켓과 관련하여, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)은, 상판(10), 스커트부(11), 파일홀(12), 고무막(13)을 포함할 수 있다.

상판(10)은 통상적인 석션버켓과 마찬가지로 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 상부를 폐쇄하는 구성이다. 상판(10)은 판상, 돔 형태 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상판(10)의 일측에 상판(10)의 일부를 점유하여 파일이 시공되기 위한 홀(hole)인 파일홀(12)이 구비될 수 있고, 파일홀(12)은 고무막(13)에 의해 차폐될 수 있다.

스커트부(11)는 통상적인 석션버켓과 마찬가지로 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 하부에 구비되는 구성이다. 스커트부(11)의 상부에는 상판(10)이 구비되고, 스커트부(11)는 하부가 개방된 원기둥의 형태로 구성될 수 있다.

또한, 통상적인 석션버켓의 목적 및 기능을 수행하기 위하여 해수의 배출과 주입을 위해 배출구와 주입구를 상판이나 측면에 구비할 수 있고, 인발 시 작용점으로 사용하기 위한 고리를 상판 중앙이나 측면에 구비할 수 있다.

파일홀(12)은 상판(10)의 일측에 상판(10)의 일부를 점유하는 홀(hole)을 의미할 수 있다. 파일홀(12)은 고무막을 이용한 석션버켓(1)이 시공된 이후에 파일(pile)의 시공이 가능하도록 파일보다 넓게 구성된다. 파일홀(12)은 고무막(13)에 의해 차폐된다.

고무막(Diaphragm closure, 13)은 파일홀(12)을 밀폐하도록 고무재질로 구성되고, 파일홀(12)에 의해 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 상판(10)에서 차폐되지 않은 공간을 차폐시키기 위한 구성이다. 고무막(13)은 특수 혼합물로 구성된 고무재질의 막으로 구성될 수 있고, 하중 조건에 따라 두께와 소재를 조정할 수 있다.

도 4, 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고무막(13)과 상판(10)의 결합구조를 도시한 단면도이다. 도 4는 외곽링의 형태인 외곽 고무막 결합부(130)를 도시한 것이고, 도 5는 내곽링의 형태인 내곽 고무막 결합부(132)를 도시한 것이다. 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 고무막(13)은 상판(10)의 파일홀(12)과 석션버켓에 연결되는 해상 구조물의 예시 중 하나인 자켓 레그(30)의 사이에 고정될 수 있다. 외곽 고무막 결합부(130)와 내곽 고무막 결합부(132)에서 파일홀(12)과 자켓 레그(30)의 결합은 볼트-너트 결합(131) 등의 일반적인 결합 방식이 이용될 수 있다.

고무막(13)의 변형예와 관련하여, 본 발명의 제1변형예에 따르면 고무막(13)은 석션버켓(1)의 인양선 또는 바지선 등에서 와이어를 연결하여 고무막(13)을 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 6은 본 발명의 제1변형예에 따른 고무막 결합부를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1변형예에 따른 고무막(13)은 일단이 개폐 와이어(16)에 고정되고, 타단이 상판(10)의 파일홀(12)에 고정되도록 구성될 수 있고, 인양선 또는 바지선 등에서 개폐 와이어(16)를 일측으로 회전시켜 고무막(13)의 일단을 슬라이딩시키는 방법으로 고무막(13)을 개폐할 수 있다. 본 발명의 제1변형예에 따라 고무막(13)이 개폐가능하게 구성되는 경우, 석션버켓(1)을 해저면에 착저시키는 경우 및 석션버켓(1)을 인발한 뒤 해상으로 인양하는 경우 개폐 와이어(16)로 고무막(13)을 접어 파일홀(12)을 개방하여 수중 마찰력을 저감시킬 수 있는 효과가 발생된다.

고무막(13)의 변형예와 관련하여, 본 발명의 제2변형예에 따르면 고무막(13)은 고무막(13)에 해저 방향(연직 하방)의 하중이 작용하는 경우 상판(10)의 파일홀(12)이 밀폐되도록 하고, 고무막(13)에 해상 방향(연직 상방)의 하중이 작용하는 경우 상판(10)의 파일홀(12)이 개방되도록 구성될 수 있다. 도 7, 8, 9, 10은 본 발명의 제2변형예에 따른 고무막 결합부의 모식도를 도시한 것이다(화살표가 해수의 방향). 도 7, 8, 9, 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2변형예에 따른 고무막 결합부(132)는 슬라이딩 개폐부를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 제2변형예에 따른 슬라이딩 개폐부는 고무막(13)의 단부에 구성되어 슬라이딩부(134)에서 슬라이딩하며 수로(135)를 개방하거나 차폐하는 역할을 하는 차폐부(136)를 포함할 수 있다. 또한, 차폐부(136)가 상하로 슬라이딩하며 이동하도록 구성되고 상위에 개방위치(1341), 하위에 차폐위치(1342)를 포함하는 슬라이딩부(134)를 포함할 수 있다. 또한, 차폐부(136)가 상위인 개방위치(1341)에 위치하는 경우에는 개방되고, 차폐부(136)가 하위인 차폐위치(1342)에 위치하는 경우에는 차폐부(136)에 의해 차폐되는 수로(135)를 포함할 수 있다. 도 7에서는 고무막(13)에 해상 방향의 하중이 작용하게 되어 상판(10)의 수로(135)가 개방된 상태이다. 도 7과 같은 상태에서는 석션버켓(1)이 빠르게 하강하여 해저에 착저할 수 있다. 도 8에서는 고무막(13)에 해저 방향의 하중이 작용하게 되어 상판(10)의 수로(135)가 차폐된 상태이다. 도 8과 같은 상태에서는 석션버켓(1) 내부가 밀폐되므로 석션버켓(1)에 석션 하중을 적용할 수 있게 된다. 도 9, 10은 수로(135)의 형태가 상판(10)을 관통하는 직선으로 구성되는 것을 도시한 것이다. 도 9, 10과 같은 형태에 따르면 석션버켓(1)의 하강 속도가 상승되고, 석션버켓(1)의 하강 중 중심 유지가 더 양호해질 수 있다.

고무막(13)의 변형예와 관련하여, 본 발명의 제2변형예에 따르면 고무막(13)은 탄성 한계가 석션 하중보다 크고 파일 하중보다 작게 구성될 수 있다. 이에 따르면, 석션 하중을 받을 때 고무막(13)은 탄성 한계 미만의 하중을 받게 되므로 탄성을 유지할 수 있게 되고, 파일 하중을 받을 때 고무막(13)은 탄성 한계 초과의 하중을 받게 되므로 탄성, 소성을 지나 파괴되게 된다. 석션 하중을 받을 때 고무막(13)이 탄성 한계를 넘어가게 되면 소성적 성질에 의해 영구변형 되게 되므로 재차 석션하중을 부여하는데 어려움이 발생될 수 있다. 따라서, 고무막(13)의 탄성 한계를 석션 하중보다 크게 구성하는 경우, 석션버켓(1)의 착저 깊이 수정이나 수직도 조절을 위해 재차 석션하중을 부여하는 것이 가능해지는 효과가 발생된다.

고무막을 이용한 석션버켓의 시공방법

고무막을 이용한 석션버켓의 시공방법과 관련하여, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓의 시공방법을 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 석션버켓 착저단계(S10), 석션버켓 내부 배수단계(S11), 석션버켓 관입 완료 단계(S12), 고무막을 관통하며 파일 시공단계(S13)를 포함할 수 있다.

석션버켓 착저단계(S10)는 고무막을 이용한 석션버켓(1) 또는 하단에 석션버켓이 결합된 해상 구조물을 시공 위치에 포지셔닝한 뒤, 시공 위치에 석션버켓을 착저시키는 단계이다. 본 발명의 일실시예에 따르면 석션버켓의 포지셔닝 과정에서, 부력을 이용하여 해상 구조물의 중량을 상판(10)과 고무막(13)이 부력으로 지지하게 된다. 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 S10을 도시한 모식도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, S10은 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 자중에 의해 지반에 일부 관입이 되는 단계를 의미할 수 있다.

석션버켓 내부 배수단계(S11)는 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 내부에 존재하는 해수를 외부로 석션하여 배수하는 단계이다. S11을 통해 해상 구조물의 수직도 조절을 수행할 수 있게 된다.

석션버켓 관입 완료 단계(S12)는 고무막을 이용한 석션버켓(1)이 지반에 관입 완료되는 단계이다. 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 S11, S12를 도시한 모식도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, S11, S12는 배수장치(14)에 의해 내부에 존재하는 해수가 외부로 석션되어 배수되고, 석션버켓 외부와 내부의 압력차이에 의해 지반에 관입되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 석션버켓에 파일홀(12)이 있음에도 불구하고 고무막(13)이 석션버켓의 내부를 차폐시켜준다.

고무막을 관통하며 파일 시공단계(S13)는 파일홀(12)을 통해 파일 시공을 수행하는 단계이다. S13에서 파일 시공은 파일 항타 방식도 가능하고, 유압잭을 이용한 방식도 가능하다. S13에서 고무막(13)은 파일에 의해 파괴되고, 파일이 고무막(13)을 관통하면서 지반에 시공되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면 S13에 의해 해상 구조물의 지지력이 증대되게 된다. 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 S13을 도시한 모식도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)에 파일이 파일홀(12)을 통해 시공되면서, 고무막(13)은 파일에 의해 파괴되고, 파일이 고무막(13)을 관통하면서 지반에 시공되게 된다.

도 15, 16은 본 발명의 변형예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)을 도시한 사시도 및 단면 모식도이다. 도 15, 16에 도시된 바와 같이, 고무막(13)과 파일홀(12)의 형태는 타원 형태 등의 다양한 형태가 가능하고, 석션버켓의 중심에서 벗어난 위치도 가능하다. 즉, 본 발명의 범위는 도면에 한정되지 않고, 일반적인 석션버켓의 효과를 이용할 수 있으면서도 파일을 시공할 수 있는 형태를 모두 포함할 수 있다.

내부 격벽을 이용한 석션버켓

내부 격벽을 이용한 석션버켓과 관련하여, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 사시도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)은, 상판(10), 스커트부(11), 파일홀(12), 내부 격벽(15)을 포함할 수 있다.

상판(10)은 통상적인 석션버켓과 마찬가지로 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 상부를 폐쇄하는 구성이다. 상판(10)은 판상, 돔 형태 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상판(10)의 일측에 상판(10)의 일부를 점유하여 파일이 시공되기 위한 홀(hole)인 파일홀(12)이 구비될 수 있고, 파일홀(12)은 내부 격벽(15)에 연결되어 석션버켓의 내부 공간을 분할할 수 있다.

스커트부(11)는 통상적인 석션버켓과 마찬가지로 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 하부에 구비되는 구성이다. 스커트부(11)의 상부에는 상판(10)이 구비되고, 스커트부(11)는 하부가 개방된 원기둥의 형태로 구성될 수 있다.

또한, 통상적인 석션버켓의 목적 및 기능을 수행하기 위하여 해수의 배출과 주입을 위해 배출구와 주입구를 상판이나 측면에 구비할 수 있고, 인발 시 작용점으로 사용하기 위한 고리를 상판 중앙이나 측면에 구비할 수 있다.

파일홀(12)은 상판(10)의 일측에 상판(10)의 일부를 점유하는 홀(hole)을 의미할 수 있다. 파일홀(12)은 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)이 시공된 이후에 파일(pile)의 시공이 가능하도록 파일보다 넓게 구성된다. 파일홀(12)은 내부 격벽(15)에 의해 석션버켓의 내부와 분리된다. 즉, 석션버켓 내부의 해수 배수 단계에서, 내부 격벽(15)에 의해 파일홀(12)과 분리되어 차폐된 상태에서 석션압이 발생될 수 있는 효과가 발생된다.

내부 격벽(15)은 파일홀(12)에서 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 내측으로 연장되도록 구성되는 원기둥이다. 내부 격벽(15)에 의해 파일홀(12)과 석션버켓의 내부가 분리된다. 내부 격벽(15)과 파일홀(12)에 따르면, 파일홀(12)에 파일을 시공하더라도 석션버켓의 내부가 밀폐되어 석션압이 유지될 수 있는 효과가 발생된다. 또한, 석션버켓을 해저로 하강시킬 때 내부 격벽(15) 및 파일홀(12)에 의해 해수의 저항력을 받는 상판의 면적이 작아지게 되므로, 하강 속도가 향상되고 수직도 에러가 저감되는 효과가 발생된다.

내부 격벽(15)의 변형예와 관련하여, 도 18, 19은 본 발명의 변형예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓을 도시한 모식도이다. 도 18, 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 따르면 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)은 내부 격벽(15)과 함께 내부 격벽(15)의 일측에 구성되어 해수가 내부 격벽(15)을 관통할 수 있도록 구성되는 수로(151)와, 상기 내부 격벽(15)의 내측 또는 외측에서 상하 슬라이딩 되도록 구성되고 슬라이딩에 따라 상기 수로(151)를 개폐할 수 있도록 구성되는 슬라이딩 차폐부(152)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 변형예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)에 따르면, 도 18에 도시된 바와 같이, 석션버켓(2)이 하강할때는 슬라이딩 차폐부(152)가 자중에 의해 내부 격벽(15)의 하위(개방 위치, 1521)에 위치하게 되며 수로(151)가 개방되어 해수가 석션버켓(2)의 상판(10)을 관통할 수 있게 된다(화살표가 해수의 방향). 또한, 도 19에 도시된 바와 같이, 석션버켓(2)이 해저에 착저할때는 슬라이딩 차폐부(152)가 해저에 접하게 되면서 석션버켓(2)의 하중에 의해 내부 격벽(15)의 상위(차폐 위치, 1522)에 위치하게 되며, 수로(151)가 차폐되어 해수가 석션버켓(2)의 상판(10)을 관통할 수 없게 되고, 석션 하중의 부여가 가능하게 된다.

내부 격벽을 이용한 석션버켓의 시공방법

내부 격벽을 이용한 석션버켓의 시공방법과 관련하여, 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓의 시공방법을 도시한 것이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 석션버켓 착저단계(S20), 석션버켓 내부 배수단계(S21), 석션버켓 관입 완료 단계(S22), 내부 격벽을 관통하며 파일 시공단계(S23)를 포함할 수 있다.

석션버켓 착저단계(S20)는 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2) 또는 하단에 석션버켓이 결합된 해상 구조물을 시공 위치에 포지셔닝한 뒤, 시공 위치에 석션버켓을 착저시키는 단계이다. 본 발명의 일실시예에 따르면 석션버켓의 포지셔닝 과정에서, 부력을 이용하여 해상 구조물의 중량을 상판(10)과 내부 격벽(15)이 부력으로 지지하게 된다. 도 21는 본 발명의 일실시예에 따른 S20을 도시한 모식도이다. 도 21에 도시된 바와 같이, S20은 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 자중에 의해 지반에 일부 관입이 되는 단계를 의미할 수 있다.

석션버켓 내부 배수단계(S21)는 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 내부에 존재하는 해수를 외부로 석션하여 배수하는 단계이다. S21을 통해 해상 구조물의 수직도 조절을 수행할 수 있게 된다.

석션버켓 관입 완료 단계(S22)는 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)이 지반에 관입 완료되는 단계이다. 도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 S21, S22를 도시한 모식도이다. 도 22에 도시된 바와 같이, S21, S22는 배수장치(14)에 의해 내부에 존재하는 해수가 외부로 석션되어 배수되고, 석션버켓 외부와 내부의 압력차이에 의해 지반에 관입되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 석션버켓에 파일홀(12)이 있음에도 불구하고 내부 격벽(15)이 석션버켓의 내부를 차폐시켜주는 효과가 발생된다.

내부 격벽을 관통하며 파일 시공단계(S23)는 파일홀(12)을 통해 파일 시공을 수행하는 단계이다. S23에서 파일 시공은 파일 항타 방식도 가능하고, 유압잭을 이용한 방식도 가능하다. S23에서 내부 격벽(15)은 석션 버켓의 내부를 밀폐하기 위한 구성이고, 파일이 내부 격벽(15)을 관통하면서 지반에 시공되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따르면 S23에 의해 해상 구조물의 지지력이 증대되게 된다. 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 S13을 도시한 모식도이다. 도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)에 파일이 파일홀(12)을 통해 시공되면서, 내부 격벽(15)에 의해 석션버켓의 내부와 분리된 내부 격벽의 내측을 관통하면서 지반에 시공되게 된다.

도 24, 25는 본 발명의 변형예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)을 도시한 사시도 및 단면 모식도이다. 도 24, 25에 도시된 바와 같이, 내부 격벽(15)과 파일홀(12)의 단면 형태는 타원 형태 등의 다양한 형태가 가능하고, 석션버켓의 중심에서 벗어난 위치도 가능하다. 즉, 본 발명의 범위는 도면에 한정되지 않고, 일반적인 석션버켓의 효과를 이용할 수 있으면서도 파일을 시공할 수 있는 형태를 모두 포함할 수 있다.

해상 구조물

해상 구조물과 관련하여, 도 26 내지 도 31에서는 자켓 구조물(31)을 예로 들어 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓(1)과 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)과 해상 구조물의 결합을 설명하도록 한다.

도 26은 본 발명의 일실시예에 따른 석션버켓을 이용한 자켓 구조물을 도시한 모식도이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 석션버켓을 이용한 자켓 구조물(31)은, 자켓 레그(30)의 하단에 고무막을 이용한 석션버켓(1) 또는 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)이 구성될 수 있다.

도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 석션버켓을 이용한 자켓 구조물에 파일이 시공되는 것을 도시한 모식도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 석션버켓을 이용한 자켓 구조물(31)은, 자켓 레그(30)와 석션버켓을 통해 지반에 파일(20)이 시공될 수 있다. 이때, 해머를 이용한 항타 시공 또는 유압잭을 이용한 시공 등이 가능하다.

도 28, 29는 본 발명의 일실시예에 따른 고무막을 이용한 석션버켓을 이용한 자켓 구조물에서, 석션버켓을 확대 도시한 것이다. 도 28, 29에 도시된 바와 같이, 자켓 레그(30)와 상판(10)이 연결될 수 있고, 자켓 레그(30)와 상판(10)의 연결부에 고무막(13)이 구성되어 고무막을 이용한 석션버켓(1)의 내부가 차폐될 수 있다. 또한, 파일(20)이 관입될 때, 도 29와 같이 고무가 파괴되면서 파일홀(12)을 통해 석션버켓 내부로 관입된다.

도 30, 31은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 격벽을 이용한 석션버켓을 이용한 자켓 구조물에서, 석션버켓을 확대 도시한 것이다. 도 30, 31에 도시된 바와 같이, 자켓 레그(30)와 상판(10)이 연결될 수 있고, 자켓 레그(30)와 상판(10)의 연결부에서 파일홀(12)을 지나 석션버켓의 내부까지 내부 격벽(15)이 연장구성되어 내부 격벽을 이용한 석션버켓(2)의 내부가 차폐될 수 있다. 또한, 파일(20)이 관입될 때, 도 24와 같이 파일홀(12) 및 내부 격벽(15)의 내측을 통해 석션버켓 내부로 관입된다.

이상에서 언급한 석션버켓, 고무막, 내부 격벽, 파일홈의 크기, 위치 및 배열은 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 지반의 재질, 구조, 강도 및 해상 구조물의 종류에 따라 결정됨이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 고무막을 이용한 석션버켓
2: 내부 격벽을 이용한 석션버켓
10: 상판
11: 스커트부
12: 파일홀
13: 고무막
14: 배수 장치
15: 내부 격벽
16: 개폐 와이어
20: 파일
30: 자켓 레그
31: 자켓 구조물
130: 외곽 고무막 결합부
131: 볼트-너트 결합
132: 내곽 고무막 결합부
134: 슬라이딩부
135: 수로
136: 차폐부
151: 수로
152: 슬라이딩 차폐부
1341: 개방 위치
1342: 차폐 위치
1521: 개방 위치
1522: 차폐 위치

Claims (3)

1. 상부는 상판으로 닫혀있고 하부는 개방된 중공의 기둥 형태로 구성되며, 기둥면은 해저 지반에 관입되는 스커트부로 구성되는 본체;
   상기 상판의 일측에 구비되고, 파일(Pile)이 관입되도록 상기 상판을 관통하는 홀인 파일홀; 및
   상기 파일홀에서 상기 본체의 내측으로 연장되는 기둥면으로 구성되고, 상기 본체의 내측의 구역을 분리하도록 구성되어, 상기 본체의 내부의 일부가 밀폐되도록 구성되는 내부 격벽;
   를 포함하고,
   상기 내부 격벽에 의해 상기 스커트부와 상기 상판 사이의 공간에서의 석션이 가능하고, 상기 파일이 상기 파일홀 및 상기 내부 격벽의 내측을 통해 관입되는,
   내부 격벽을 이용한 석션버켓.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 내부 격벽의 일부에 구성되고, 상기 내부 격벽을 관통하여 해수가 이동할 수 있도록 구성되는 수로; 및
   슬라이딩 이동에 의해 상기 수로가 차폐되거나 개방되도록 구성되고, 상기 내부 격벽의 일측에 구성되는 차폐부;
   를 더 포함하고,
   상기 본체가 하강할 때는 상기 차폐부의 자중에 상기 차폐부가 하방으로 슬라이딩 되어 상기 수로가 개방되고, 상기 본체가 해저면에 착저할 때는 상기 차폐부의 하단이 상기 해저면에 접하면서 상기 본체의 하중에 의해 상기 차폐부가 상방으로 슬라이딩 되어 상기 수로가 차폐되는 것을 특징으로 하는, 내부 격벽을 이용한 석션버켓.
   
3. 해저면 특정 설치 위치에 착저되고, 내부의 해수를 석션하며 관입되는 제1항에 따른 석션버켓;
   관입이 완료된 상기 석션버켓에 상기 석션버켓의 일구성인 내부 격벽의 내측으로 관입하여 시공되는 파일; 및
   상기 석션버켓의 일구성인 상판에 설치되는 구조물;
   을 포함하는, 해양구조물.
   

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