KR20210047482A - 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물 - Google Patents

해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상비행장의 활주로 설치할 해저면 지형의 수심이 깊은 장소로써 혼성식 케이슨을 설치하기가 곤란한 지역에서 해상 교각식으로 벽식구조 코어(core)를 수중 및 해상에서 설치가 용이한 P.C(Precast Concrete)로 제작한 좌우연결형 블럭을 연결, 적층하여 중앙기둥을 중심으로 한 방사형의 독립벽체 케이슨을 만들어 구조물 지지기둥으로 조성하고 각 벽체케이슨간을 연결하는 공법이며, 또 기둥과 보, 슬래브를 강접한 라멘구조방식으로 해상활주로의 상판을 설치하는 것임으로 혼성식 케이슨으로써 축조된 계류장과 연결이 용이하며 입지선정의 폭이 넓고 내진적응력 및 각종 환경외력에 대응력이 우수한 해상활주로 건설에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 중앙기둥을 중심으로 방사형으로 연결된 구조체로 기반암에 쇼켓팅된 현장타설말뚝과 결합된 확대기초의 하부후팅 마운드부를 침설시키 고; 하부후팅 마운드부상에 말뚝보강 지지대를 설치하고, 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트로 제작된 좌우연결형 블럭과 원형블럭, 칸막이 P.C, 지주기둥으로 구성된 상하좌우단계별 블럭을 조합하며, 상기 단계별 블럭을 3 개씩 쌓고 말뚝보강 지지대와 결합하여 지주기둥을 조성할 수 있는 패널존과 상하결합형 블록내의 격자공간에 철근, 콘크리트를 타설하여 지주기둥과 수중연속벽을 타설한 상하결합형 블럭을 1 구역으로 구분하고, 구역별로 그 내부에 쇄석 및 토사를 충진하여 해수면위 1 개 상하결합형 블럭의 높이까지 적층하여 독립벽체 케이슨을 만드는 것을 그 특징으로 한다.

Description

해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물{CORE WALL STRUCTURE OF INDEPENDENT CASSION FOR OFFSHORE RUNWAY}
본 발명은 해상비행장 활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상비행장의 활주로 설치할 해저면 지형의 수심이 깊은 장소로써 혼성식(매립식 + 직립식) 케이슨을 설치하기가 곤란한 지역에서 해상 교각식으로 벽식구조 코어(Core)를 수중 및 해상에서 설치가 용이한 P.C(Precast Concrete)로 제작한 좌우연결형 블럭을 연결, 적층하여 중앙기둥을 중심으로 한 방사형의 독립벽체 케이슨을 만들어 구조물 지지기둥으로 조성하고 각 벽체케이슨간을 연결하는 공법이며, 또 기둥과 보, 슬래브를 강접한 라멘구조방식으로 해상활주로의 상판을 설치하는 것임으로 혼성식 케이슨으로써 축조된 계류장과 연결이 용이하며 입지선정의 폭이 넓고 내진적응력 및 각종 환경외력에 대응력이 우수한 해상활주로 건설에 관한 것이다.
항공기의 이착륙 문제로 발생하는 소음과 피해보상 문제는 많은 갈등과 비용이 따르고, 항공수요의 증대와 항공기의 대형화로 인해서 비행장을 확장하거나 증설할 경우 수용지역 보상비와 비행기 이착륙에 따른 비행구역상의 진입, 수평, 원추표면상의 안전을 확보하기 위해서 구역내의 장애물 제거를 위한 비용, 그에 따른 건축물 고도 제한등은 환경훼손 및 여러 가지 민원을 야기시키고 있다. 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있는 해상비행장의 필연성은 날로 증대되고 있으며, 여객기를 이착륙할 수 있는 공항은 계류장, 정비시설, 여객 및 화물터미널 주차장, 격납고 등 부대시설과 활주로를 구비해야 한다.
해상활주로는 이륙하는 항공기의 양력을 받기 위해서는 이륙 가용거리가 보장되어야 하며, 해당 공항은 등급에 따라 차이가 있으나, 예컨데 최소 50 인승 여객기를 운용하는 E 등급 이상 공항에서는 이륙하는 항공기의 양력을 받기 위해서 필요한 이륙 가용거리와 착륙대는 이설시단, 블래스트 패드를 포함하여 폭은 최소 45 m, 길이는 1,200 m 이상이 되어야 하며, 평행 착륙시(시계 비행) 활주로간 이격거리는 210m 이상 되어야 한다.
해상 활주로를 조성하는 방법으로는 매립식, 교각식, 부유식 3가지로 대별되고 있는 바, 먼저 부유식은 구조형식이 간단하고 입지선정의 자유로움이 있는 장점이 있으나, 부체 흘수에 따른 구조물의 제한 등으로 대형항공기의 이착륙은 제한되며 파랑에 의한 요동은 완전히 극복할 수 없는 한계를 지니고 있다. 또한, 부체의 고정을 위한 계류시설과 항공기의 대형화로 구조물의 크기가 확장될 때, 반잠수식으로 전환될 수 밖에 없으며 이에 따른 수제시설인 방파제 건설이 불가피하다.
따라서, 해상 비행장을 축조하는 방법으로서, 해상 수심 20m까지는 매립식이 시공성이 우월하나, 해상 수심이 깊어지는 해안지역에서 매립식으로 진행하기에는 경제성이 결여되고 있으며, 이와 달리 케이슨을 설치하기에는 해저면 지형이 부적합한 것으로 직립식 케이슨으로 축조된 계류장과 연결시공이 가능한 해상 활주로를 설치하는 방법인 바, 즉 혼성식으로 구조물지지대를 형성하는 방법으로써 해저면에 기초사석부를 조성하고 직립재인 케이슨(통상 20 ~ 40 m)을 설치하는 방법을 채택하고 있는 실정이다.
한편, 박스형 케이슨은 자체하중으로 외력에 저항하므로 구축하고자 하는 영역의 길이 방향을 따라 단위 케이슨을 나란히 연속구조체로 작용할 수 있도록 연결하여, 외해로부터 진입하는 수평력에 대응할 수 있도록 파력을 평활화시켜 구조물의 안정성을 확보할 수 있다.
박스형 케이슨 설치구역의 기초사석부에서 부등침하가 일어날 경우에는, 케이슨은 그 자체가 하나의 강체로 작용하기 때문에, 단위 케이슨에 위상차를 가지고 작용하는 파랑에너지는 국부적인 에너지 집중을 일으킬 수 있어, 어떤 부분에 불규칙적인 파력이 집중될 때 설치연결된 케이슨의 어느 한지점에 응력이 집중되어 인접케이슨이 한쪽으로 밀리면서 인터로킹을 유지하지 못하고 파손되는 현상이 발생한다.
또한, 박스형 케이슨은 예컨데 폭이 25 m, 높이가 35 m를 초과할 때에는 그 크기와 중량때문에 제작, 운반, 진수 및 운용장비에 의한 많은 제약 요건들이 상존하므로 그 크기를 초과해서는 설치가 어렵다. 최근, 50년 출현빈도 설계 최대 파고치(19.4 m)를 고려하면, 수심이 30 m를 초과하는 지역에서의 설치는 구조물의 높이가 50 m 를 상회해야 한다 것을 고려할 건설사항이다.
이상과 같이 해안에서 긴 길이가 요구되는 해상비행장의 활주로 건설에서는, 해저면 지형의 경사도가 어느 정도 이상되면 시점과 종점의 단차가 커져서 기초지반부 사석포설량이 증가될 수 밖에 없고, 해안선의 굴곡이 심하거나 요철이 심한 지역 또는 협곡이나 활주로 폭방향으로 경사도가 심한 지역에서는 설치가 곤란하게 되어 있는 것이다.
그렇기 때문에 해저면 수심이 깊은 지역에서는 기초사석부를 그 높이만큼 높여야 하고, 경사도가 높아 단차가 심하거나 요철이 심한 구역에서는 마운드 조성을 위한 평탄함을 유지하기 위한 잡석지정 또는 연약지반 처리를 하기 위하여 많은 노력과 비용이 소요되고 있다.
따라서 해저면에 설치될 구조물의 높이가 예컨데 50 m 를 초과하는 지역에서 해상활주로를 건설(예컨데 수심 80 m, 해상 20 m ; 100 m 까지 가능)할 수 있는 구조물로써 구조물지지대가 집약된 형태로 존재하며, 내력적 구조체로서 외곽이 내진벽 역할을 할 수 있으면서 해저면 지반의 경사가 급하거나 요철이 많은 지역이나 협곡에서도 설치가 가능하며 환경외력에 대응할 수 있는 구조체가 필요한 것이다.
이러한 제반 사정을 고려한 본 발명자는 고층건축물에서 많이 사용하고 있는 코어(core)구조 방식을 도입, 응용, 보완하여 해상 수중에서도 건설할 수 있는 해상활주로 건설공법을 제공하고자 한다. 이를테면, 통상적으로 해상 구조물의 높이가 높아지면 기둥과 보의 부재단면이 축하중에 저항할 수 있는 단면이 훨씬 커져야하는 문제가 발생하므로, 이러한 문제점을 해결하기 위한 구조방식으로 코어 벽체 구조방식을 많이 사용하고 있다.
공용구간인 엘리베이터, 계단실 등을 기능적으로 한데 묶어 콘크리트 파이프처럼 만든 코어를 형성하고, 여기에다 기둥과 보의 라멘구조가 합성되어 서로 힘을 합쳐 상재하중을 감당하는 방식으로, 코어에 횡력을 전달하는 해상부재는 구조물내부의 바닥판 슬래브와 상부에 설치되는 코어 외부의 슬래브로 감당하며, 축하중은 기둥과 보를 통하고 수평하중은 하단의 벽체를 타고 내려가 기초사석부로 전달되어 최종적으로 지반으로 전달되는 것이다.
본 발명은 상기와 같이 제반 사정을 감안하여 코어벽체 구조물을 발명한 것으로, 코어형태의 좌우연결형 블록을 연결, 적층하여 설치된 독립벽체 케이슨의 코어벽체 구조물을 설치하고 코어벽체 구조물간을 연결하는 연속보와 슬래브로 해상활주로를 건설하는 공법이고, 활주로 구간해저면이 점차 깊어져 혼성식으로 구축하기가 곤란한 지형이거나 활주로 폭방향으로 요철이 심한 구역으로 박스형 케이슨으로 설치함에 많은 제약요건이 따르는 지형조건에도 설치가 가능하며, 기설치된 혼성식 케이슨과 연결시공이 구조물을 구성하는 방식임으로 기둥과 보, 벽식구조로 형성된 코어를 연속보와 슬래브로 강접한 라멘구조의 독립케이슨 코어 벽체 구조물을 수중 및 해상에 건설할 수 있는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 편재하중과 우력에 대한 저항력이 우수한 중앙기둥을 중심으로 방사형으로 연결된 구조체로 기반암에 쇼켓팅(socketing)된 현장타설말뚝과 결합된 확대기초의 하부후팅 마운드부를 침설시킬 수 있는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하부후팅 마운드부상에 말뚝보강 지지대를 설치하고 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete)로 제작된 좌우연결형 블럭과 원형블럭, 칸막이 P.C, 지주기둥으로 구성된 상하좌우단계별 블럭이 조합되면 상기 단계별 블럭을 3 개씩 쌓고 말뚝보강 지지대와 결합하여 지주기둥을 조성할 수 있는 패널존과 상하결합형 블록내의 격자공간에 철근, 콘크리트를 타설하여 지주기둥과 수중연속벽을 타설한 상하결합형 블럭을 1 구역으로 구분하여 구역별로 그 내부에 쇄석 및 토사를 충진하여 해수면위 9 m ~ 12 m 지점으로 1 개 상하결합형 블럭의 높이까지 적층하여 독립벽체 케이슨의 코어벽체 구조물을 만들수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 독립벽체 케이슨의 코어벽체 구조물 위에 연속보를 설치하여 각 코어간을 라멘구조로 강접하고 플랫 슬래브를 보위에 설치해서 하부슬래브를 만들어 지하시설 공간으로 사용하고 그 상부에 다시 연속보와 슬래브로 해상 활주로를 건설구축하는 것을 제공할 수 있다.
이를 위한 본 발명은, 중앙기둥을 중심으로 방사형으로 연결된 구조체로 기반암에 쇼켓팅된 현장타설말뚝과 결합된 확대기초의 하부후팅 마운드부를 침설시키고; 하부후팅 마운드부상에 말뚝보강 지지대를 설치하고, 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트로 제작된 좌우연결형 블럭과 원형블럭, 칸막이 P.C, 지주기둥으로 구성된 상하좌우단계별 블럭을 조합하며, 상기 단계별 블럭을 3 개씩 쌓고 말뚝보강 지지대와 결합하여 지주기둥을 조성할 수 있는 패널존과 상하결합형 블록내의 격자공간에 철근, 콘크리트를 타설하여 지주기둥과 수중연속벽을 타설한 상하결합형 블럭을 1 구역으로 구분하고, 구역별로 그 내부에 쇄석 및 토사를 충진하여 해수면위 1 개 상하결합형 블럭의 높이까지 적층하여 독립벽체 케이슨을 만드는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구체적인 특징은, 중앙기둥을 중심으로 방사형으로 연결된 구조체로 기반암에 쇼켓팅된 현장타설말뚝과 결합된 확대기초의 하부후팅 마운드부를 침설시키고; 하부후팅 마운드부상에 말뚝보강 지지대를 설치하고, 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트로 제작된 좌우연결형 블럭과 원형블럭, 칸막이 P.C, 지주기둥으로 구성된 상하좌우단계별 블럭을 조합하며, 상기 단계별 블럭을 3 개씩 쌓고 말뚝보강 지지대와 결합하여 지주기둥을 조성할 수 있는 패널존과 상하결합형 블록내의 격자공간에 철근, 콘크리트를 타설하여 지주기둥과 수중연속벽을 타설한 상하결합형 블럭을 1 구역으로 구분하고, 구역별로 그 내부에 쇄석 및 토사를 충진하여 해수면위 1 개 상하결합형 블럭의 높이까지 적층하여 코어벽체로써 독립벽체 케이슨을 만드며; 상기 독립벽체 케이슨의 위에 연속보를 설치하여 각 코어벽체간을 라멘구조로 강접하고 플랫 슬래브를 보위에 설치해서 하부슬래브를 만들어 지하시설 공간으로 사용하고 그 상부에 다시 연속보와 슬래브로 해상 활주로를 구축하는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 현장타설로 결합된 박스형 독립벽체 케이슨으로 이루어진 지주대가 기반암에 접속되어져 구조적으로 안정되고 격자식으로 설치될 수 있음으로 투입되는 충진재를 절감할 수 있으며, 조류의 변화를 감소시키고 환경훼손을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 수심이 깊은 구역에서도 설치가 가능하므로 활주로 입지선정의 폭이 확대되며, 지주기둥간 연결하는 상부슬래브는 주차장 및 부대 시설공간으로 활용할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 그 하부공간은 대규모의 그늘진 어패류 서식장이 형성되어져 인근 어장의 소득증대를 기할 수 있어 민원해소에 도움이 된다,
이와 더불어 준설, 토공사로 편중되어 있는 해상 매립공정에서 탈피하여 철강산업, 콘크리트산업, 수중 건설장비산업, 로봇, 유무인 잠수정 산업 시장이 동반 성장할 수 있으며, 대수심 현장의 적용 및 응용기술이 발전될 수 있는 교두보를 확보할 수 있을 뿐 아니라, 부가가치가 높은 해양플랜트 산업, 즉 대륙붕 석유 및 가스시추 플랫폼(Plat form) 및 심해로의 진출을 위한 저변이 확대되어, 4차 산업의 다양한 분야를 접목시켜 발전시킬수 있는 가능성이 충분한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 직립식 케이슨과 연결된 독립케이슨 코어벽체 구조물의 해상활주로를 설명하기 위한 사시도,
도 2 는 도 1 에 도시된 독립케이슨 코어벽체 구조물의 해상활주로를 도시해 놓은 평면도,
도 3 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 직립식 케이슨과 연결된 독립케이슨 활주로의 단면도,
도 4 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 하부후팅 마운드부의 조성을 위한 하부후팅용 조립식 케이슨과 그 내부에 들어가는 쟈켓, 하부후팅 보강용 철근망 사시도,
도 5 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 좌우연결형 블럭 단면도,
도 6 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 좌우연결형 블럭을 연결하는 연결판 사시도,
도 7 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 칸막이 P.C 사시도,
도 8 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 원형블럭 사시도,
도 9 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 좌우연결형 블록과 원형블럭, 칸막이 블럭의 사시도 및 연결 상세도,
도 10 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 단계별블럭 평면도,
도 11 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 말뚝보강 지지대 사시도,
도 12 는 연결형 블럭 격자공간내에 들어가는 좌우상하 결합형 블록, 원형블럭, 지주기둥 철근망 사시도,
도 13 은 좌우상하 결합형 블럭내에 충진토 투입과 고결화를 위한 그라우팅 단면도,
도 14 는 하부후팅 마운드부로부터 좌우상하 결합형 블럭을 연결하는 요약 상세도,
도 15 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 P.C 빔과 P.C 판넬 사시도,
도 16 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 연속보 사시도,
도 17 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 연속보와 P.C 빔 연결 단면도,
도 18 은 지주기둥과 연속보, P.C 빔, P.C 판넬과 플랫 슬래브를 설치하는 상세도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 직립식 케이슨과 연결된 독립케이슨 코어벽체 구조물의 해상활주로를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2 는 도 1 에 도시된 독립케이슨 코어벽체 구조물의 해상활주로를 도시해 놓은 평면도이며, 도 3 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 직립식 케이슨과 연결된 독립케이슨 활주로의 단면도이다.
본 발명은 해상비행장의 활주로 설치할 해저면 지형의 수심이 깊은 장소인 협곡(121), 요철 심한 곳(122) 및 경사 급한 곳(123)으로 혼성식(매립식 + 직립식) 박스형 조립케이슨(401)을 설치하기가 곤란한 지역에서 해상 교각식으로 벽식구조 코어(Core)를 수중 및 해상에서 설치가 용이한 프리캐스터 콘크리트(Precast Concrete)로 제작한 좌우연결형 블럭을 연결, 적층하며 중앙기둥을 중심으로 한 방사형의 독립벽체 케이슨(105)을 현장타설말뚝(106)과 결합하여 만들며 하부후팅 마운드부(104)상의 구조물 지지기둥을 조성하고 다수 벽체케이슨간을 연결하는 공법인 것이다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명을 이용하면 기둥과 보, 슬래브를 강접한 라멘구조방식(도 15 내지 도 18 참조)으로 해상활주로(101)의 상판슬래브를 설치하는 것임으로, 혼성식 케이슨으로써 축조된 계류장(102)과 연결이 용이하며 입지선정의 폭이 넓고 내진적응력 및 각종 환경외력에 대응력이 우수한 해상활주로 (101)를 건설할 수 있는 것이다.
먼저, 해저면 케이슨 코어(core)의 지반안정을 위하여, 본 발명자의 특허등록 10 - 1256274와 10 - 1211811은 직접기초방식의 확대기초로 사용하는 하부후팅 마운드부(104)를 해저면에 설치함으로 연직 또는 수평방향의 지지력과 휨 모멘트, 편심하중을 상쇄시킬 수 있으며, 지반반력에 의한 응력은 말뚝기초로 상재하중의 경감에 따른 대응력을 증가시킬수 있는 조립케이슨 및 쟈켓을 이용한 R.C.D공법을 제공하고 있다.
즉, 하부후팅 마운드부(104)의 설치지역을 크람쉘 버켓을 사용하여 풍화암 상단까지 준설하여 연약지반 생성을 사전에 제거하기 위하여 수중굴착기를 사용하여 사각형 구조체의 거치장소를 정지한 다음, 하부후팅용 조립식 케이슨을 연결하여 수중 콘크리트를 타설할 수 있다.
이는 해저면 구조물 지지층에 밀착되고 기반암에 접속된 현장타설 말뚝(106)과 하부후팅의 확대기초로 결합한 마운드부(104)를 조성함으로써 해저면 지반의 안정성을 높여 부등침하를 예방하고, 내진적응력이 우수한 기초지반부를 제공함으로 천재지변에 의한 투입재 유실과 캔틸레버 거동을 하는 코어의 전도 모멘트에 대응할 수 있다.
이와 더불어, 본 발명자는 특허등록 10 - 1650231과 10 - 1650232에서는 박스형 조립케이슨(401) 설치지역을 구분하여 구역별로 하부후팅 마운드부(104)위에 조립식 판넬을 쌓아 현장타설말뚝(106)의 박스형 케이슨을 만들어 그 내부를 쇄석 및 토사로 충진시켜 그라우팅하여 고결화시킴으로 충진재의 압축하중을 균등한 분포하중으로 변환시켜 자중을 늘려 안정성을 증진시킬 수 있는 독립벽체 케이슨 (105)을 제공할 수 있다.
이러한 독립벽체 케이슨(105)의 다수 배열 시공은, 각 구성품(106, 104, 105)과의 결합을 단순화하고 지내력을 증진시킨 현장타설말뚝(106)의 박스형 케이슨 내부에 중앙기둥을 중심으로 방사형 구조체로, 후술할 독립벽체 케이슨(105)을 만든 코어벽체 구조물을 만들어 우력과 편재하중에 대응할 수 있게 하고, 상재하중을 기반암 및 해저면 지지층에 전달할 수 있는 해상활주로(101)의 건설공법을 제공할 수 있다.
그러므로, 해상활주로 길이대로 매립하여 부지를 조성하려면 많은 양의 매립재나 케이슨이 소요되므로 이를 절감하고 그 목적에 부합한 하부슬래부(103)의 부대시설공간(108)이 있는 해상활주로(101)를 조성하고자 하는 것이다. 따라서, 본 발명의 해상활주로(101)는 이륙하는 항공기의 양력을 받기 위해서 이륙 가용거리가 보장될 수 있으며, 하부후팅 마운드부(104)와 현장타설말뚝(106)의 독립벽체 케이슨(105)을 설치함에 있어 전면 매립하지 않고 일부분만 매립하는 다수개의 독립벽체 케이슨(105)을 사용하여 해상활주로(101)를 구축하는 공법인 것이다.
도 4 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 하부후팅 마운드부의 조성을 위한 하부후팅용 조립식 케이슨과 그 내부에 들어가는 쟈켓, 하부후팅 보강용 철근망 사시도이고, 도 5 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 좌우연결형 블럭 단면도이며, 도 6 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 좌우연결형 블럭을 연결하는 연결판 사시도이고, 도 7 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 칸막이 P.C 사시도인 것이다.
도 8 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 원형블럭 사시도이고, 도 9 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 좌우연결형 블록과 원형블럭, 칸막이 블럭의 사시도 및 연결 상세도이며, 도 10 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 단계별블럭 평면도이고, 도 11 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어 (core)벽체 구조물에서 말뚝보강 지지대 사시도이며, 도 12 는 연결형 블럭 격자공간내에 들어가는 좌우상하 결합형 블록, 원형블럭, 지주기둥 철근망 사시도이고, 도 13 은 좌우상하 결합형 블럭내에 충진토 투입과 고결화를 위한 그라우팅 단면도인 것이며, 도 14 는 하부후팅 마운드부로부터 좌우상하 결합형 블럭을 연결하는 요약 상세도인 것이다.
해상 비행장 및 해상구조물 구축시 병렬로 다수개 배열 설치되는 독립벽체 케이슨(105)을 그 목적에 적합한 길이대로 전체적으로 전부 설치하지 않고 지주기둥 설치구간과 해수 유통부(124)간을 구분해서 배열하고, 상기 지주기둥 설치구간은 해저면 지지층과 밀착된 하부후팅 마운드부(104)와 현장타설말뚝(106)을 설치할 수 있다.
그러므로, 케이슨 코어를 해상활주로 폭만큼 전면 구축하지 않고, 그 설치구역을 축소하여 이격해서 설치할 수 있는 혼성식 케이슨으로 축조된 계류장과 연결시공이 가능한 해상활주로(101)를 축조할 수 있는 것이다.
도 14 에 도시된 바와 같이, 기반암에 접속한 선 시공한 현장타설말뚝(106)에 확대기초로 결합한 하부후팅 마운드부(104)에 단면성능을 확장한 지주기둥 (210)을 만들어 세장비를 높여 좌굴내력과 하중분담비를 높인 것이다.
또한, 케이슨 코어의 전단벽에 작용하는 수평력에 의한 캔틸레버 거동으로 인한 전도모멘트에 대응할 수 있는 것으로, 벽두께를 키워 파력에 대한 저항력과 내력벽을 보강할 수 있는 내부가 비어있는 박스형 철근, 콘크리트블럭을 사용할 수 있다.
도 10 에 도시된 바와 같이, 블럭의 높이보다 넓은 폭의 구조로 파력에 의해 전도되지 않는 박스형 벽체를 구성하는 코어벽체로서 그 벽체의 내부를 상, 하부로 연결될 수 있는 박스형 공간(109)을 형성하여 철근, 콘크리트를 타설할 수 있게 하여 수직하중과 수평하중을 잘 감당하는 지내력이 증진된 내력벽을 설치할 수 있는 것이다.
도 14 에 도시된 바와 같이, 벽, 지붕, 바닥 등의 연직하중과 구조물에 가해지는 파력등 수평하중을 받는 코어벽체로서, 전단벽 역할을 동시에 수행하는 내력벽의 결합형 블럭(409)이 수평하중을 받으면 전단작용과 휨 모멘트를 동시에 받게 된다.
상기 휨 모멘트는 상하결합형 블럭(409) 벽체의 단부와 상하결합형 블럭(409)과, 도 18 에서의 결합된 지주기둥(210)과 연속보(801, 812), 말뚝보강 지지대(601)가 분담하고, 전단력은 코어벽체가 수용하는 것이다.
이렇게 만들어진 코어벽체의 폭을 넓힐 수 있는 독립벽체 케이슨(105)으로, 보와의 접합면적을 넓혀 수직부재(409, 410, 210)의 단면성능을 확장시킬 수 있는 수중연속벽(310)을 타설하여 전단벽 및 내력벽의 강성을 보강할 수 있다.
한편, 기반암에 쇼켓팅(socketing)된 현장타설말뚝(106)과 각 상하결합형 블럭(409)과 결합되어진 말뚝보강 지지대(610)를 구역(상하결합형 블럭 높이와 동일)마다 설치함으로 코어벽체의 구조 및 역학적 안정성을 유지하고, 전도모멘트 및 벽체에 가해지는 파력의 수평력에 저항하며, 상하결합형 블럭(409), 원형블럭(410)내 도 10에 도시된 격자공간(109), 패널존(111)에 타설되는 수중 콘크리트에 의한 압축력과 내부 충진재 및 수동압에 대한 인장력을 발휘하여 수직부재(지주기둥 (210), 결합형 블럭(409), 칸막이 P.C(406))의 부등변위를 최소화하여 부등축소량을 제어할 수 있도록 되어 있다.
이상과 같이 두터운 피막으로 구성된 독립벽체 케이슨(105)의 중앙기둥(410)을 중심으로 삼각형으로 분할되어진 칸막이 P.C(406)와 말뚝보강지지대(601)로 방사선 형태의 방향성이 보강된 전단벽을 설치함으로 수직 및 수평하중의 분담과 벽체와 파력에 대한 버팀보 기능을 수행함으로, 상하결합형 블럭(409) 벽체의 응력을 균등화시킴으로 편심하중의 대응력과 추가의 수평강성을 얻을 수 있다.
도 15 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 P.C 빔과 P.C 판넬 사시도이고, 도 16 은 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 연속보 사시도이며, 도 17 는 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에서 연속보와 P.C 빔 연결 단면도이고, 도 18 은 지주기둥과 연속보, P.C 빔, P.C 판넬과 플랫 슬래브를 설치하는 상세도이다.
도 18 에 도시된 바와 같이, 해수면위 상하결합형 블럭(409)상부에 설치되는 연속보(801, 812)는 강한 휨강성과 넓은 단면성능으로 단위면적당 수직부재에 작용하는 하중을 줄여 그 축소량을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
각 상하결합형 블럭(409) 하단에 압축된 고무판등 코킹재를 넣은 연결부분을 두어 상재하중의 수직적으로 누적된 하중이 하부층으로 전달되는 것을 방지하며, 캔틸레버 거동을 하는 내벽체에 생기는 과도한 전단응력을 방지하면서 응력을 수직적으로 전이시키지 않게 하고, 누적하중으로 인한 응력집중이 완화되어 각 연결부분에서부터 연결된 전단벽의 곡률이 달라지게 하여 전체적인 수평강성을 크게 높일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물에 의하면, 현장타설로 기반암에 접속되어진 확대기초의 하부후팅 마운드부(104)는 압축 및 부착강도, 연성, 내하성능 등 구조성능과 내진적응력이 우수한 C.F.T(concrete filled steel tube)의 현장타설말뚝(106)과 해저면 지지층에 밀착, 접합되어 코어벽체 기초지반부 내의 침전물을 제거하여 연약지반 생성소지를 사전에 제거하여 부등침하를 예방할 수 있다.
도 10 에 도시된 바와 같이, 좌우연결형 블럭(407)으로 조합된 패널 존 (pannel zone ; 111)을 확보하여 도 12 에 도시된 철근망(510)과 수중 콘크리트를 타설함으로 말뚝의 수평단면적이 확장된 지주기둥(210)을 만들어, 말뚝의 세장비를 키워 좌굴내력을 높이고 지지말뚝이 마찰말뚝으로 변환되어져 주면마찰력이 증가되어, 부마찰력을 감소시킴과 수직부재의 접합 단면적을 확장하여 상재하중에 대한 축하중 분담률을 높일 수 있다.
도 14 에 도시된 바와 같이, 각 단위 상하결합형 블럭(409)에 결합된 말뚝보강지지대(601)는 현장타설말뚝(106)에 결합되어, 각 상하결합형 블럭(409)마다 설치되어 기반암에 쇼켓팅(socketing)되어 있으므로 구조 및 역학적인 안정성을 유지할수 있다.
본 발명의 좌우연결형 블럭(407) 조립을 도 5 의 스터드 볼트(707), 도 6 의 넛트와 연결판, 도 9 의 연결고리(705)와 스테인레스 크립밴드(701)로 단순화시켜 연결을 용이하게 하고, 시공성을 높여 공기를 줄일 수 있으며 좌우연결형 블럭(407)내 도 10의 격자공간(109)에 수직, 수평강성을 증강시킨 내력벽과 전단벽 성능을 동시에 보강, 발휘할 수 있는 수중연속벽(310)을 타설하여 복합케이슨 내력벽체를 강화함으로, 연직하중과 횡방향으로 작용하는 수평하중의 대응력을 높일 수 있으며, 코어벽체 설치구간을 제외한 곳은 해수를 통과시킴으로 외해로부터 진입하는 파력의 대항면적을 줄이고 조류의 변화를 감소시킬 수 있다.
도 18 에 도시된 바와 같이, 해수면위 독립케이슨 연속보(801, 812)위에 설치되는 상부슬래브는 횡하중 분담성능을 증진시킬 수 있으며, 해상에서 자재, 장비를 적치하고 작업을 할 수 있는 넓은 공간을 확보할 수 있으므로 각종 부재의 연결 및 설치에 편리함을 제공하여 시공성을 높여 공기를 단축할 수 있다. 수중건설장비의 발달과 산업잠수부의 활동이 가능한 수심 - 80 m까지 시공이 가능하므로 해상활주로 입지선정의 폭을 넓힐 수 있다.
한편, F 등급이상 여객기를 운용하는 공항의 활주로는 이륙거리와 착륙대는 이설시단, 블래스트 패드, 과주대를 포함하여 폭은 최소 60 m, 길이는 1,800 m 이상 되어야 하므로, 해상비행장 부지중 그 길이의 상당부분을 차지하는 해저면 활주로의 입지여건을 충족시키기 곳은 극히 드물다.
그러므로, 본 발명은 해저면 경사도가 심한 곳(122)이나 요철이 심한 곳(123), 협곡(121)에서도 설치가 가능하며, 혼성식 박스형 케이슨으로 축조된 계류장(102)과도 연결시공이 용이하고 해상활주로(101)를 확장하거나 증설이 용이하므로 해상비행장 입지선정시 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
해상활주로(101)의 설치구역 전구간을 독립 벽체케이슨(105)으로 현장타설말뚝(106)의 하부후팅 마운드부(104)상에 교각식으로 이격해서 설치하며, 각 독립 벽체케이슨(105)간에는 도 18 의 연속보(801, 812)와 슬래브로 라멘구조 방식으로 강접하여 해상활주로(101)를 구축함으로 투입재를 대폭 절감할 수 있고, 해상활주로 하부공간은 부대시설공간(108)으로 활용할 수 있으며, 그 하부는 해수를 유통시켜 조류차단을 방지하고 환경훼손을 줄일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물은 크게 3 단계로 나눌 수 있는 바. 도 14가 에 도시된 바와 같이 1 단계로써 하부후팅 마운드부(104) 설치단계, 2 단계로 코어 설치단계(도 14나 참조) 및, 도 18 에 도시된 3 단계로써 보와 슬래브 설치단계로 구분할 수 있다.
상기 하부후팅 마운드부(104)의 설치단계는, 해상 활주로(101) 구축시 설치되는 복합케이슨의 코어(core)벽체를 그 목적에 적합한 길이대로 전체적으로 전부 설치하지 않고, 코어벽체 설치구간(105)과 해수 유통구간(124)을 구분해서 배열하고 외해로부터 진입하는 파랑을 일부 관통시키므로, 진입파랑의 첨두를 분할시켜 코어벽체의 파력 대항면적을 축소시켜 조류의 변화를 감소시킬 수 있다.
구체적으로 도 4 에 도시된 바와 같이, 하부후팅 마운드부(104)의 설치지역을 크람쉘 버켓, 준설펌프 등으로 구역내를 준설하고, 수중굴착기를 사용하여 풍화암상단까지 굴착하므로 연약지반 생성소지를 사전에 제거한 후 사각형태로 하부후팅용 조립식 케이슨(402)을 조립한다.
해저면 지형의 경사로 인해 단차가 생기는 곳은 하부후팅용 조립식케이슨 (402)을 2 ~ 3 단으로 쌓고 돌망태(214)와 고일목(212), 모래주머니(213)로 그 틈새를 메우고 평탄하게 하며 그 높이를 맞춘 후 각 조립식 P.C(403, 404, 405)의 내, 외측에 부착되어 있는 연결고리(705)를 통해 스테인테스 크립밴드(704)를 끼워넣고 인장, 결속을 단순, 용이하게 하여 하부후팅용 조립식 케이슨(402)을 만든다.
그 속에 다수개의 유도강관(207)과 다수개의 그라우팅 파이프(206)가 부착되어진 H 비임(304)과 ㄱ 형강(305)으로 제작된 쟈켓(709)을 하부후팅용 조립식케이슨(402)안에 집어넣고, 후팅보강용 철근망(505)를 덮고 볼트, 넛트로 결합한 후 트레미 파이프를 사용하여 수중 콘크리트를 타설하여 지반에 밀착, 접합된 확대기초를 형성한다.
유도강관(207)속에 근입강관(208)을 집어넣고 유압햄머로 항타한 후 R.C.D.장비를 장착하여 기반암 까지 굴착하고, 그 내부에 철근망을 근입하여 콘크리트를 타설하여 도 14 에 도시된 현장타설말뚝(106)을 기반암과 접속(Sockting)시킨다.
이때 조립식케이슨 원형구멍(710)내에도 같이 타설한 후, 도 13 에 도시된천공 및 주입장비(202)를 사용하여 하부후팅용 조립식케이슨(402)의 그라우팅 주입구 (204)와 하부후팅의 그라우팅 파이프(206)을 통해 하부후팅 하단 1 ~ 2 m(104 : 도 13 참조)까지 천공한다.
그 후 코어벽체 설치지반과 하부후팅 마운드부(104)의 하단사이를 그라우팅하여 하부후팅 주변지반의 공극을 충진하여 해저면 지반의 안정성을 높이고, 기반암에 접속된 현장타설말뚝(106)과 확대기초가 결합된 하부후팅 마운드부(104)는 연직 또는 수평방향의 지지력과 휨 모멘트, 편심하중을 상쇄시킬 수 있다.
지반반력에 의한 응력과 부등침하에 대한 저항력은 말뚝기초로 상재하중의 경감에 따른 대응력을 증가시킨 내진 적응력이 우수한 기초지반부를 제공함으로, 캔틸레버 거동을 하는 코어의 전도모멘트에 대한 대응력과 우수한 내진 적응력을 유지할 수 있다. 상기 현장타설말뚝(106)과 하부후팅 마운드부내에 지반의 요철이 심할수록 지반과의 마찰단면적이 확대되어 마찰저항력이 증가되므로 구조물의 순방향기능으로 작용할 수 있다.
하부후팅 마운드부(104)와 결합되어 기반암에 쇼켓팅된 현장타설말뚝(106)은 콘크리트 충진된 강관기둥으로 원주방향의 압력이 콘크리트를 효율적으로 구속함으로, 콘크리트의 체적팽창을 억제하고 강관내부에 콘크리트 압축강도가 상승되어 강관의 국부좌굴이 방지되는 뛰어난 변형능력이 발휘되어 횡변위가 감소된 높은 강성을 유지할 수 있다.
이는 지진발생시 적응력이 우수한 C.F.T(concrete filled steel tube)구조로서 안정성 측면에서 뛰어난 성능을 보인 예는, 1995년 일본 고베 대지진에서 C.F.T를 사용한 건축물들은 거의 피해사례가 없는 것으로 밝혀져 그 안정성이 입증된바 있다.
이상과 같은 하부후팅 마운드부(104) 설치단계에서 코어 설치단계로는, 도 14 에 도시된 말뚝보강 지지대(601)와 같이 하부후팅 마운드부(104)위에 각 현장타설말뚝 (106)과 결속된 말뚝보강 지지대(601)를 설치한다. 상기 말뚝보강 지지대( 601)와 같이 외곽 쪽에는 도 9 및 도 11 에 도시된 3 개의 원형부 (603)와 3 개의 직선부(604)가, 중앙기둥쪽에는 도 10 에 도시된 4 개의 원형부 (603)와 4 개의 직선부(604)가 들어갈 수 있게 설치한다.
여기서, 재질은 내해성이 강한 티타늄이나 철, 니켈 합금강이나 아연도금강을 사용한다. 예컨데 두께는 50 mm 이상, 폭은 400 ~ 600 mm, 직선부 길이는 10 ~ 20 m, 원형부는 현장타설말뚝(106) 직경에 비례해서 제작하며, 연결부는 500 ~ 800 mm로 연결은 볼트, 넛트로 한다.
폐쇄형 평면구조의 코어벽체는 지반을 기점으로 한 캔틸레버 거동을 하므로 코어벽체만으로 수평하중을 저항하려면 파랑의 수평력에 대응하기 위해 넓은 벽두께가 설치되어야 한다.
그러므로, 도 9 에 도시된 바와 같이 그 방법으로서 코어 벽체의 두께를 키우기 위해 프리캐스터 콘크리트(precast concrete)로 내부가 비어있는 박스형으로 높이보다 폭이 넓은 좌우연결형 블럭(407)을 제작하여 좌, 우로 연결하고, 내부에는 도 10 의 원형블럭(410)과 칸막이 P.C(406)를 연결하여 도 10 의 상하좌우 단계별 블럭(408)을 설치한다.
이는 좌우연결형 블럭(407)이 그 내부공간의 부피만큼의 해수를 수용하고 있으므로, 그 체적만큼 대응수압이 작용하여 충진재가 채워지기 전까지 내습하는 파력에 전도되는 것을 방지할 수 있다.
모듈식이나 P.C 하우스, 프리캐스터 콘크리트 패널 등의 조립체를 사용해서 구조물을 구축할 경우, 기둥이나 벽체의 수직부재는 건물의 자체하중, 수직부재간의 하중 분담비(응력비)의 차이, 콘크리트 재료특성에 기인하는 크리프 변형, 건조, 수축변형 등으로 인한 장기적인 비탄성 수축변형 등으로 인해 일정 기간 동안 수축, 변형되어 수직부재들간에 부등축소 현상이 발생한다.
이를 테면, 도 1 에 도시된 독립벽체 케이슨(105)은 도 10 의 중앙지주기둥 (410)을 중심으로 삼각형으로 분할되어진 칸막이 P.C(406)와 도 14 의 말뚝보강지지대(601)로 방사형태의 방향성이 보강된 전단벽을 설치함으로, 벽체와 파력에 대한 버팀보 기능을 수행함과 내부 충진재의 수동압을 분할하여 편재하중을 감소시키며, 연결부재의 부등변위를 최소화하고 상하결합형 블럭(409) 벽체의 응력을 균등화시킴으로 추가의 수평강성을 얻을 수 있다.
상기 중앙지주기둥(410)을 중심으로 사방에서 가해지는 파력에 효율적으로 대응할수 있는 중앙지주기둥(410)을 중심으로 내부가 삼각형태의 트러스(truss)구조로 구성되어 있다. 상기 칸막이 P.C(406)는 상재하중의 분담과 내부에 충진된 충진재의 수동토압을 균등하게 배분시키기에 가장 이상적인 형상으로 구성되어 있다.
상기 말뚝보강지지대(601)위에 설치되는 도 5 의 좌우연결형 블럭(407)은 좌측, 우측 연결형 블럭끼리 연결시키기 위해 양단에 내해성이 강한 스터트 볼트 (stud bolt)가 부착되어 있다. 즉 상, 하 연결을 위해서는 하부에는 말뚝보강 지지대 (601)가 들어갈 수 있는 연결홈(602)과 상부에는 블럭 연결키(501)와 연결홈 (502)이 있으며, 콘크리트 타설시 말뚝보강 지지대(601)와의 결합을 위한 연결홈(602)이 있다.
또한, 그 내부에 수중연속벽(310)을 조성을 위한 격자공간(109)이 있으며, 콘크리트 타설시 시멘트 페이스트 유출을 막고 도 13 의 내부 그라우팅(205)을 할 때 현탁액이 유출되지 않도록 압축된 도 5 및 도 9 의 무독성 발포스펀지(309)가 부착되어 있다. 상기 스터트볼트는 직경 100 mm 이상 짜리를 사용한다.
상기 좌우연결형 블럭(407)과 원형블럭(410), 칸막이 P.C(406)는 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트로 좌우연결형 블럭(407)벽체 두께는 800 m/m ~ 1,000 m/m으로 하여 높이는 3 ~ 4 m, 길이는 10 m ~ 20 m로 폭은 4 ~ 6 m로 제작한다.
해당 블럭을 연결할 때, 외해쪽 방향으로 긴 부분이 도 8 의 현장타설말뚝 (106)바깥쪽으로 위치시키고, 인접 블럭은 같은 방법으로 배열하며, 곡각부분에서는 코어벽체 폭이 나란히 조합되게 하여 하부후팅 마운드부(104)위에 설치된 말뚝보강지지대 (601)에 좌우연결형 블럭의 연결홈(602)이 들어가게 거치한다.
그러면, 현장타설말뚝(106)을 감싸고 도 8 의 중앙에 위치한 현장타설말뚝 (106)에 들어가는 원형블럭(410)은 4 방향의 현장타설말뚝(106)과 연결하는 말뚝보강 지지대(601)가 들어갈 수 있는 도 7 의 연결홈(602)과 4 개의 칸막이 P.C(406)와 연결할 수 있는 도 8 의 연결키(508)가 있으며, 내부직경은 현장타설말뚝(106)보다 300 ~ 400 mm크게 하며 두께는 1,000 ~ 1,500 mm, 칸막이 P,C(406)는 두께 1 ~ 1,5 m 로 하며 높이는 상하연결형 블럭(407) 높이와 같게 한다.
도 7 의 칸막이 P.C(406)는 도 10 과 같이 돌출부분운 상하연결형 블럭(407)코너쪽으로, 그 반대편은 원형블럭(410)쪽으로 연결한다. 도 6 의 곡각 연결판 (702)과 원형 연결판(703)을 연결구(706)를 통해 상하연결형 블럭양단에 부착되어져 있는 스터트 볼트(707)에 끼워 넣고, 와샤, 너트로 조립하여 블럭의 결속과 거푸집 역할을 동시에 수행한다.
그 옆에 부착된 도 9 의 연결고리(705)에 스테인레스 크립밴드(701)로 인장하여 체결하면, 도 10 과 같은 현장타설말뚝을(106)을 감싸서 지주기둥(210)을 형성할 수 있는 패널 존(111)과 수중연속벽(310)을 타설할 수 있는 도 10 의 격자공간(109)이 형성되어 진다. 그러므로 상하좌우 단계별 블럭(408)으로 완성된다.
도 14 에 도시된 바와 같이, 각 결합형케이슨(409) 하단에 고무판등 코킹재를 넣은 연결부분을 두어 상재하중의 수직적으로 누적된 하중이 하부층으로 전달되는 것을 방지하기 위함이며, 캔틸레버거동을 하는 내벽체에 생기는 과도한 전단응력을 방지하면서 응력을 수직적으로 전이시키지 않게 하고, 누적하중으로 인한 응력집중이 완화되어 각 연결부분에서부터 연결된 전단벽의 곡률이 달라지게 하여 전체적인 수평강성을 크게 높일 수 있다.
이상과 같이 3 개의 단계별 블록(408)을 적층해서 연결하고 상하결합형 블럭 (409)를 형성한다. 패널 존(111)에 지주기둥 철근망(504)을 원형블럭(410)안에 원형철근망(504)과 격자공간(109)속에 결합형블럭 철근망(503)을 넣고 트레미파이프(203)를 사용하여 수중 콘크리트를 타설하면 지주기둥(210)과 수중연속벽(310)이 조성된 도 18 의 독립케이슨 결합형블럭이 완성되는 것이다.
상하결합형 블럭(409)상부면에 말뚝보강지지대(601)를 설치한 그 여백부분에 압축된 고무판 코킹제를 설치하여 상하결합형 블럭을 적층하여 독립벽체 케이슨으로 완성된다
상기 말뚝보강지지대(601)는 기반암에 접속되어진 현장타설말뚝(106)과 결합되어져 있는 각 결합형 블럭(409)에 가해지는 파력에 의한 수평력과 우력 그 속에 채워지는 도 13 의 충진재(506)에 의한 수동압에 대한 저항력을 유지함과 동시에 그 상단에 설치되는 좌우연결형 블럭(407)과 원형블럭(410)내의 격자공간(109)과 패널존(111)에 타설되는 수중 콘크리트에 의한 압축력과 인장력을 발휘하여 수직부재(지주기둥, 연결형블럭, 칸막이P.C)의 부등변위를 최소화하여 부등축소량을 제어할수 있다.
따라서, 각 결합형 블럭(409)마다 설치되어져 기반암에 접속된 현장타설말뚝 (106)간의 결합을 공고히 하여 구조적, 역학적 안정성을 증진시키는 것이다.
지지말뚝인 현장타설말뚝(106)의 수평 단면적이 2 배 이상 증가된 지주기둥 (210)은 패널존(111)에 들어가는 지주기둥 철근망(510)은 패널 존(111)과 좌우연결형 블럭(407)과의 부착능력을 증진시킴과 동시에 지주기둥에 응집되는 축력을 하부후팅 마운드부(104)에 유도하여 응력의 재분배를 유발시킬 수 있다.
타설된 콘크리트로 인해 지지말뚝인 현장타설말뚝(106)에 마찰말뚝의 기능이 부가되어 지주기둥(210)의 세장비를 키워 좌굴하중을 낮추고, 말뚝의 주면 마찰력이 증대되어 부마찰력을 감소시키므로 지주기둥(210)의 축하중 분담력을 높일 수 있다.
지내력을 증진시킬 수 있는 수중 연속벽(310)은 지중연속벽(slurry wall) 과 달리, 하부후팅 마운드부(104)위에 설치되는 상하결합형 블럭내에 격자공간이 형성되어지므로, 벽체 자립을 위한 근입장과 판넬벽체 연결을 위한 조인트(joint)처리가 필요없고, 연결된 상하결합형 블럭(409) 벽체가 일체화될 수 있는 구조로 되어 있다.
따라서, 지중연속벽과 같이 벽체형성을 위한 안내벽(guide wall)설치 및 트렌치(trench) 조성을 위한 굴착작업등 시공을 위한 제반 플렌트설비가 불필요하다. 단지 철근망근입과 콘크리트 타설만으로 연속벽체를 조성할 수 있으므로, 공기와 시공비가 절감되고 벤토나이트(bentonite)를 사용하지 않아 품질좋은 수중연속벽을 조성할 수 있다.
연속벽은 건축 구조물의 본벽으로서 지내력과 그 내구성이 입증되어 내력벽으로 톱다운(top down) 공법의 내력벽으로 많이 사용하고 있다. 상하결합형 블럭의 적층시공이 어느정도 진행되면 그 내부공간은 직경 1.5 m 이하의 쇄석 및 토사로 투하지역을 집중적으로 용이하게 조정할 수 있는 연결식 케이싱과 대구경용 오실레이터로 구성된 도 13 의 집중투하장비(201)로 충진재로 도 13 의 독립케이슨(411)내부를 1 구역씩 충진시킨다.
상하결합형 블럭을 단위로 하여 단계별로 수중 진동로룰러로 지정작업을 한다. 콘크리트 부착성능 향상과 항복강도, 인장강도를 높여 균열을 제어하고, 재하하중의 고른 분산효과를 기하기 위해 와이어 매쉬(307)를 포설하고, 도 13 에 도시된 300 mm 이상 버림 콘크리트(303)을 타설하여 충진재(쇄석, 토사)의 흐트러짐을 예방하며, 콘크리트를 관통할 수 있는 비트를 장착한 천공장비(202)로 천공하여 그 내부를 그라우팅(205)하여 내부에 채워지는 충진재(쇄석, 토사)의 전단강도를 높여 지내력을 안정화시킬 수 있다.
이와 동시에 압축하중을 분포하중으로 균등하게 하부후팅 마운드부로 전달케하여 구조적 안정성을 더할 수 있다.
이렇게 하여 보강된 지주기둥(210)과 수중연속벽(310)으로 강성을 높이고 폭을 넓힌 독립케이슨의 코어벽체는 수직적으로 누적된 하중이 하부층으로 전달되는 것을 방지하고, 캔틸레버 거동을 하는 내벽체에 생기는 과도한 전단응력을 방지하면서 응력을 수직적으로 전이시키지 않기 위한 것이다.
수평하중을 감당하는 도 18 의 연속보(801, 802, 812)와 P.C 빔(803), 슬래브(101,103)는 수직부재와 접합단면적이 확장되고 결합형 블럭간 연결부는 상재하중의 수직적으로 누적된 하중이 하부층으로 전달되는 것을 방지하기 위함이다.
캔틸레버거동을 하는 내벽체에 생기는 과도한 전단응력을 방지하면서 응력을 수직적으로 전이시키지 않게 하고, 누적하중으로 인한 응력집중이 완화되어 각 연결부분에서부터 연결된 전단벽의 곡률이 달라지게 되어 전체적인 수평강성을 높일 수 있으며, 환경외력에 대한 충분한 대응력을 발휘할 수 있다.
그리고, 케이슨설치 및 기타 공법은 시공기간중 도래하는 천재지변에 대처하는 대피방법 및 수단이 극히 제한되어 있고, 기초지반부의 마운드 조성을 위한 시공중 내습하는 태풍에 투입재의 유실은 피할수 없는 반면. 본 발명은 기반암에 접속된 하부후팅 마운드부로부터 단계적으로 결합형 블럭을 접합하여 완성시켜나가는 시공법과 각 조립체의 연결고리(705)와 도 14 의 좌, 우연결밴드(701)와 상, 하 연결밴드(711) 등을 사용하여 상하좌우 단계별블럭(408)을 고정시켜 적층하는 방식으로, 시공중 도래하는 태풍등 각종 환경외력으로 인한 기상상황에 유연하게 대처할 수 있으므로 재난에 대한 우월한 적응력을 발휘할수 있다.
도 18 에 도시된 바와 같이 보와 슬래브 설치단계로는, 해수면위 9 ~ 12 m,즉 1 개단의 결합형 블럭(409) 높이위에 연속보(801, 802, 812)를 설치하고, 그 위에 플랫슬래브(101, 103)를 설치하는 것이다.
설치장소는 해수면위 9 ~ 12 m 지점(1 개단의 결합형 블럭의 높이)의 하부슬래브(103)와 상판의 해상활주로(101)에 설치하며, 지주기둥(210)간 외곽쪽에 연결되는 연속보(801)는 내부에 공간이 형성되어 있는 도 16 의 중공보(812)를 설치하고 있다.
경간간 설치되는 연속보(802)는 도 15 의 P.C 빔(803)이 설치될 수 있게 요철화하여 설치한다. 상기 P.C 빔(803)은 곡각부분이 연속보(802)에 걸리게 설치하며, 보의 폭과 높이는 결합형 블럭의 폭과 같게 하고, 중공보의 벽체 두께는 1.2 ~ 1.5 m로 한다,
부등축소량을 제어할 수 있는 넓은폭의 연속보는 코어벽체의 일체화를 통한 수직하중을 블록을 통해 균등하게 분산한다. 즉, 강한 휨강성과 수평부재의 단면성능으로 수직부재에 가해지는 하중을 흡수하게 함으로, 수직부재에 작용하는 하중을 줄여 그 축소량을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 넓은 폭의 연속보(801, 802, 812)와 상,하부슬래브(101,103)는 각종 부재를 연결할 수 있는 방법과, 각종 장비, 자재를 적치할 수 있는 공간을 제공할 수 있는 수상 작업발판을 마련할 수 있으므로, 해상작업 가능일수 증가 및 작업의 효율성을 높여 공기를 단축할 수 있다,
경간위에 설치하는 P.C 빔(801, 802, 812)은 도 16 의 요철화된 부분(805)에 끼워 넣고, 도 18 의 경간쪽 연속보 연결고리(705)에 크립밴드(701)로 인장, 결속하고 독립벽체 케이슨(105)위에 설치되는 P.C 빔(803)과의 빈공간(308)은 콘크리트를 타설하여 각 독립벽체 케이슨(105)간 결속을 공고히 하므로 보의 비틀림을 막고 상부에 설치되는 슬래브의 판좌굴을 막을 수 있다.
상기 P.C 빔(803)의 폭과 높이의 비율은 1 ; 2로 하며 길이는 경간과 같게 한다. 이렇게 P.C 빔(803)설치가 완료되면 그 위에 P.C 판넬(804)을 설치한다. 상기 P.C 판넬(804)은 상기 P.C 빔(803)과 접속될 수 있는 도 15 의 연결핀(811)이 부착되어져 있다.
스터트 볼트로 제작된 P.C 빔(803)의 연결핀(811)이 결속될 수 있는 P.C 판넬(804)의 연결구(706)는 볼트. 와샤. 넛트로 체결되고 있으며, 상기 P.C 빔 연결핀(811)에 맞게 P.C 판넬(804)의 연결구(706)를 맞추어 끼운다.
도 15 에 도시된 인접판넬과 연결할 수 있는 연결키(809)와 연결홈(810)으로 구성되어져 있으며, 두께는 300 ~ 400 mm, 폭은 4 ~ 6 m, 길이는 경간길이와 같게 한다. 도 11 에 도시된 바와 같이 설치할 때는 P.C 빔(803)과 직각방향으로 맞추어 설치한다.그 위에 철근, 콘크리트를 타설하여 하부슬래브(103)를 완성함으로 슬래브의 두께를 키워 횡하중 대응력을 증가시킴과 동시에 플랫슬래브의 판좌굴을 예방할 수 있다.
이는 상부에 설치되는 해상활주로(101)로 사용되는 상부슬래브도 같은 방법으로 시공하여 거푸집과 써포트, 동바리가 필요 없으므로, 그에 대한 작업공정이 생략되고 노동력과 비용이 절감된다. 여기서, 슬래브 콘크리트두께는 300 ~ 600 mm로 한다.
따라서, 상판(활주로)조성시 복합케이슨 내부는 와이어 매쉬(307)을 깔고 버림 콘크리트(303)을 타설한 후 300 ~ 400 mm의 보조기층(311)과 200 ~ 300 mm의 쇄석기층(312)을 다짐한 후 300 ~ 400 mm의 아스콘 표층으로 포장을 한다.
이는 동결, 응해에 따른 콘크리트 구조물의 팽창, 수축에 따른 균열현상을 예방하고, 생애주기 연장을 위한 지주기둥내의 충진토의 고결화를 위한 보강그라우팅 작업을 용이하게 함과, 주기적(3 ~ 5 년)으로 독립벽체 케이슨(105)내부에 채워져 있는 충진토의 고결화를 보강하기 위한 것이다.
콘크리트로 포장을 할 경우에는 각경간 구역별로 충분한 신축이음장치를 설치해서 철근, 콘크리트를 타설하며, P,C 판넬(804)을 포함한 슬래브의 총 두께는 800 ~ 1,100 mm로 한다.
이렇게 하여 형성한 수평부재는 기반암에 접속된 하부후팅 마운드부(104)의 현장타설말뚝(106)과 각 지주기둥(210)간과 상하결합형 블럭(409)과 결합된 말뚝보강지지대(601)와 결합되어, 역학적, 구조적 안정성을 지닌 독립케이슨 코어벽체로서 수직하중 및 수평하중에 우수한 대응성능을 발휘할 수 있다.
도 3 에 도시된 해상 활주로(101)의 상판과 하부슬래브(103)사이에 형성된 부대시설공간(108)은 별도의 공정이나 건축비가 소요됨 없이 자동적으로 생성되어져 공항의 부대시설과 주차장등으로 활용할 수 있다.
독립벽체 케이슨은 기존의 교각개념에서 탈피하여 결합형 블럭을 본벽으로 활용하여 그 크기만큼 교각을 넓힘으로서 상재하중의 분담력을 극대화 시킴과 동시에, 해상작업시 제일 애로를 겪는 해상작업발판을 선 구축하여 후속공사를 원활하게 진행할수 있는 작업거점을 곳곳에 마련할 수 있다.
매립식과 연결시 해안선에서부터 매립해 나오는 통상적인 방법과 달리 매립식의 종점부분에 선시공된 독립벽체 케이슨을 설치함으로, 매립고착점이 형성됨으로 작업의 효율성을 기할 수 있다. 그러므로, 공기가 단축될 수 있고, 태풍내습 및 기타 천재지변으로 인한 매립제의 유실을 경감시킬 수 있으며, 추후 발생할 수 있는 해상활주로 폭확장 및 증설시에도 유리한 공법인 것이다.
그 하부공간은 대규모의 그늘진 어패류 서식장이 형성되어져 인근어장의 소득증대를 기할 수 있어 민원해소에 도움이 된다.
본 발명의 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물을 실시하기 위한 구체적인 내용에는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 당업자라면 후술 될 특허청구 범위에 기재된 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변형시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101 : 해상활주로
102 : 계류장
103 : 하부슬래브
104 : 하부후팅 마운드부
105 : 독립벽체 케이슨
106 : 현장타설말뚝
107 : 기초사석부
108 : 부대시설공간
109 : 격자공간
111 : 패널존
124 :해수유통부
401 : 박스형 조립케이슨

Claims (6)

  1. 중앙기둥을 중심으로 방사형으로 연결된 구조체로 기반암에 쇼켓팅된 현장타설말뚝과 결합된 확대기초의 하부후팅 마운드부를 침설시키고;
    상기 하부후팅 마운드부상에 말뚝보강 지지대를 설치하고, 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트로 제작된 좌우연결형 블럭과 원형블럭, 칸막이 P.C, 지주기둥으로 구성된 상하좌우단계별 블럭을 조합하며, 상기 단계별 블럭을 3 개씩 쌓고 말뚝보강 지지대와 결합하여 지주기둥을 조성할 수 있는 패널존과 상하결합형 블록내의 격자공간에 철근, 콘크리트를 타설하여 지주기둥과 수중연속벽을 타설한 상하결합형 블럭을 1 구역으로 구분하고, 구역별로 그 내부에 쇄석 및 토사를 충진하여 해수면위 1 개 상하결합형 블럭의 높이까지 적층하여 독립벽체 케이슨을 만드는 것을 특징으로 하는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 독립벽체 케이슨을 현장타설말뚝과 결합하여 만들며 하부후팅 마운드부상의 구조물 지지기둥을 조성하고 다수 벽체케이슨간을 연결하는 것을 특징으로 하는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물.
  3. 중앙기둥을 중심으로 방사형으로 연결된 구조체로 기반암에 쇼켓팅된 현장타설말뚝과 결합된 확대기초의 하부후팅 마운드부를 침설시키고;
    상기 하부후팅 마운드부상에 말뚝보강 지지대를 설치하고, 증기 양생된 프리캐스트 콘크리트로 제작된 좌우연결형 블럭과 원형블럭, 칸막이 P.C, 지주기둥으로 구성된 상하좌우단계별 블럭을 조합하며, 상기 단계별 블럭을 3 개씩 쌓고 말뚝보강 지지대와 결합하여 지주기둥을 조성할 수 있는 패널존과 상하결합형 블록내의 격자공간에 철근, 콘크리트를 타설하여 지주기둥과 수중연속벽을 타설한 상하결합형 블럭을 1 구역으로 구분하고, 구역별로 그 내부에 쇄석 및 토사를 충진하여 해수면위 1 개 상하결합형 블럭의 높이까지 적층하여 코어벽체로써 독립벽체 케이슨을 만드며;
    상기 독립벽체 케이슨의 위에 연속보를 설치하여 각 코어벽체간을 라멘구조로 강접하고 플랫 슬래브를 보위에 설치해서 하부슬래브를 만들어 지하시설 공간으로 사용하고 그 상부에 다시 연속보와 슬래브로 해상 활주로를 구축하는 것을 특징으로 하는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부후팅 마운드부와 현장타설말뚝의 독립벽체 케이슨을 설치함에 있어 전면 매립하지 않고 일부분만 매립하는 다수개의 독립벽체 케이슨을 사용하여 해상활주로를 구축하는 것을 특징으로 하는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 독립벽체 케이슨의 중앙기둥을 중심으로 삼각형으로 분할되어진 칸막이 P.C와 말뚝보강지지대로 방사선 형태의 방향성이 보강된 전단벽을 설치하고, 상하결합형 블럭 벽체의 응력을 균등화시킴으로 편심하중의 대응력과 추가의 수평강성을 얻는 것을 특징으로 하는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 해상활주로의 설치구역 전구간을 독립 벽체케이슨으로 현장타설말뚝의 하부후팅 마운드부상에 교각식으로 이격해서 설치하며,
    각 독립벽체 케이슨간에는 연속보와 슬래브로 라멘구조 방식으로 강접하여 해상활주로를 구축함으로 투입재를 절감하고, 상기 해상활주로의 하부공간은 부대시설공간으로 활용하는 것을 특징으로 하는 해상활주로용 독립케이슨의 코어(core)벽체 구조물.
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