KR20210048939A - 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법 - Google Patents

긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

지반에 선단이 지지되도록 설치된 모노파일; 상기 모노파일의 내부에 상하로 긴장도입 및 긴장해제가 가능하도록 선단은 모노파일 내부에 고정정착되고, 두부는 모노파일의 상면에 정착설치되는 긴장재 및 상기 긴장재의 긴장도입에 의하여, 긴장재와 연결된 연결암이 수평돌출부를 모노파일의 내부로부터 해저지반(G2)로 수평이동시키고, 상기 긴장재의 긴장해제에 의하여, 긴장재와 연결된 연결암이 수평돌출부를 모노파일 내부로 복귀되도록 하는 마찰돌기부;를 포함하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법이 개시되어, 추후 모노파일을 해체 또는 회수할 필요가 있을 경우 긴장재를 이용하여 수평돌출부를 모노파일 내부로 복원시켜 해저지반에 근입된 모노파일의 인발이 가능하도록 하는 된다.

Description

긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법{MONO-PILE USING FRICTION BUMPS CONTROLLED BY TENDON AND CONSTRUCTIIN METHOD THEREFOR}
본 발명은 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 모노파일을 지반에 근입함에 있어서는 모노파일 외부로 돌출되는 수평돌출부에 의하여 충분한 지지력 확보가 가능하도록 하면서, 추후 모노파일을 해체 또는 회수할 필요가 있을 경우 모노파일 내부에 설치된 긴장재를 이용하여 수평돌출부를 모노파일 내부로 복원시켜 해저지반에 근입된 모노파일의 인발이 가능하도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 모노파일(Mono-Pile)은 해상풍력에서 상부의 터빈을 지지하기 위한 지지구조물의 한 종류로서, 해상풍력 지지구조물 분야에서 가장 많이 사용되는 해상풍력 지지구조물 형식이다. 예를 들면, 유럽의 경우, 모노파일은 해상풍력 지지구조물의 약 75~80%를 차지하고 있다.
이러한 모노파일은 터빈하중에 따른 축력, 모멘트 등에 대해여 충분한 저항력을 확보하여야 하므로, 해저면의 암반에 확실하게 근입시켜 고정된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 모노파일(40)을 시공 단면도를 도시한 것이다.
먼저, 도 1a는 종래의 기술에 따른 RCD 굴착에 의해 암반에 선단이 지지되도록 설치되는 모노파일(40)을 나타내는 시공 단면도이다.
이에 도 1a과 같이, 일반적으로, 모노파일(40)과 유사한 직경으로 암반(10)을 천공한 후, 모노파일(40)을 천공시켜 형성된 개구부(천공홀)에 거치하고, 상기 암반(10)과 모노파일(40) 내부 및 외부에 그라우트(G)를 주입하여 암반(10)과 모노파일(40)을 일체화시키는 방법이 사용된다.
이때, 암반(10)을 천공하기 위해서는 주로 RCD(Reverse Circulation Drill)장비가 사용된다. 구체적으로, 이러한 RCD장비를 이용한 RCD 공법은 굴착토사와 안정액 및 물의 혼합물을 파이프 내부를 통해 역순환시켜 밖으로 배출하는 현장타설 말뚝공법 가운데 하나인 역순환 굴착공법을 말한다.
나아가 상기 모노파일(40)이 선단을 암반(10)에 형성시킨 개구부에 거치하지 않고 암반(10) 위의 해저지반(G2)에 거치시키는 경우에는 RCD 장비를 굳이 이용하지 않을 수 있거나 사용하더라도 작업부하가 크지 않다는 장점이 있게 돈다.
이에 도 1b에 의하면, 해저지반(G2)에 형성시킨 개구부에 모노파일(40)의 선단을 거치하고, 역시 상기 해저지반(G2)과 모노파일(40) 내부 및 외부에 그라우트(G)를 주입하여 암반(10)과 모노파일(40)을 일체화시키는 방법이 사용될 수 있음을 알 수 있다.
결국, 종래 해상풍력 지지구조물은 주로 말뚝(모노파일)의 지지력(선단지지력 및 마찰지지력) 확보와 시공성에 초점이 맞추어지고 있음을 알 수 있으며, 특히 모노파일은 해저지반 또는 암반에 충분히 관입되거나 주변 지반에 그라우팅을 함으로써 지지력 확보하고 있음을 알 수 있다.
하지만 최근에는 지역사회의 민원 문제 등으로 인해, 연근해 지역(수심20~30m)에 추가적인 해상풍력 지지구조물 설치에 어려움이 발생하게 되었으며, 기존 풍력단지와 같이 연근해 지역의 풍자원이 풍부한 공간 활용은 포화상태이며 제한적이고, 이로 인해 연근해 해상풍력의 경제적, 사회적 어려움이 가중되고 있는 실정이다.
또한 사용연한이 경과한 해상풍력 지지구조물은 해체 또는 회수가 되지 않아 모노파일(40)을 현장에서 사장시키는 경우가 대부분이었다.
이에 사장된 모노파일(40)은 설치 지역의 풍부한 풍자원의 재활용 시 장애물로 작용할 뿐만 아니라, 환경오염의 원인이 되고 있다는 문제점이 있었다.
도 1c는 종래 해상풍력 지지구조물(A)을 해저지반에 설치함에 있어 말뚝과 기초판을 이용하는 경우의 시공도가 도시되어 있다.
즉, 해상풍력 지지구조물의 하단에 기초판(50)을 말뚝(60)을 이용하여 시공하는 방식인데 이 경우에는 기초판(50)을 해저지반(G2)에 고정시키기 위하여 말뚝(60)의 두부를 기초판(50)과 일체화시키는 문제가 중요 시 된다.
이에 말뚝(60)의 두부에 힌지두부정착장치(30)을 추가로 설치하고, 말뚝(60)의 두부가 기초판에 형성시킨 상단확장관통홀 내부에서 정착될 수 있도록 힌지두부정착장치(30)를 이용하여 파일과 해상풍력기초부를 서로 정착 시키고 있음을 알 수 있다.
이에 상기 힌지두부정착장치(30)는 수직봉(31)을 상,하로 이동시킴에 따라 힌지두부정착장치(30)를 구성하는 확장봉(32)이 말뚝(60) 내부에 삽입(하강), 말뚝(50)의 두부에 형성된 슬릿형태의 관통홀(33)에 확장 관입(상승)될 수 있도록 하고, 상기 힌지두부정착장치(30)는 기초판(50)에 매립되도록 하게 된다.
하지만 종래 말뚝(60)의 정착을 위한 힌지두부정착장치(30)는 기초판(50)과의 영구 정착을 통해 말뚝(60)과 기초판(50)의 일체화를 위해 이용되고 있을 뿐, 말뚝(60)의 추후 회수, 해체를 위해 사용할 수 없는 형태임을 알 수 있다.
도 1d는 종래 해상풍력 지지구조물에 사용되는 말뚝이 아니라, 지반에 관입 시공되는 강관의 마찰지지력 증진을 위해 진출쐐기(80) 사용되는 경우의 시공도가 도시되어 있다.
즉, 상기 진출쐐기(80)는 말뚝의 내부에 접혀진 상태로 삽입되도록 하고, 회전강봉에 의하여 말뚝의 외주면에 형성된 관통공을 통해 주위 지반에 진출되어 연장됨으로서 말뚝의 주변마찰력을 진출쐐기(80)에 의하여 확보할 수 있도록 한 것이다.
하지만 이러한 진출쐐기(80)는 역시 말뚝 내부에 역시 영구적으로 진출되어 확장된 상태가 유지되도록 한 것이고, 말뚝의 회수에 필요한 기능을 가진 것은 아니라는 한계가 있음을 알 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-1656691호, 발명의 명칭: 힌지두부정착장치를 이용한 해상풍력기초부 시공방법, 공개일: 2016년09월13일) 대한민국 공개특허 제10-2009-0110399호, 발명의 명칭: 선단마찰력이 강화된 마이크로파일, 공개일: 2009년10월22일) 대한민국 등록특허 제10-1051428호, 발명의 명칭: 건설공사용 말뚝 및 인장부재를 위한 천공 확대 콘크리트물의 보강구조물, 공개일: 2011년07월22일) 대한민국 등록특허번호 제10-1181899호, 발명의 명칭: 기초말뚝의 지지력을 강화하는 말뚝부재, 공개일: 2011년03월30일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 해저지반을 포함하는 지반에 모노파일을 시공한 후, 시간이 경과한 후 인발이 가능하도록 함으로서, 기존 풍력단지와 같이 연근해 지역의 풍자원이 풍부한 공간 활용을 극대화시킬 수 있는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한 본 발명은 모노파일과 지반과의 마찰력, 쐐기 작용에 의하여 모노파일을 지지력을 증시시킬 수 있어 보다 효율적이고 경제적인 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일은,
지반에 선단이 지지되도록 설치된 모노파일; 상기 모노파일의 내부에 상하로 긴장도입 및 긴장해제가 가능하도록 선단은 모노파일 내부에 고정정착되고, 두부는 모노파일의 상면에 정착설치되는 긴장재 및 상기 긴장재의 긴장도입에 의하여, 긴장재와 연결된 연결암이 수평돌출부를 모노파일의 내부로부터 해저지반(G2)로 수평이동시키고, 상기 긴장재의 긴장해제에 의하여, 긴장재와 연결된 연결암이 수평돌출부를 모노파일 내부로 복귀되도록 하는 마찰돌기부;를 포함하도록 하게 된다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법은,
(a) 해저지반(G2)에 형성시킨 천공홀(H)을 통해 선단이 지지되도록 하되, 상면이 해저지반(G2) 상방으로 연장되어 해수면(G3)을 거쳐 외부에 노출되도록 모노파일을 설치하는 단계; (b) 상기 모노파일의 내부에 상하로 긴장도입 및 긴장해제가 가능하도록 선단은 모노파일 내부에 고정정착되고, 두부는 모노파일의 상면에 정착설치되는 긴장재와 상기 긴장재와 연결된 연결암이 수평돌출부를 모노파일의 내부로부터 해저지반(G2)로 수평이동시켜 모노파일을 해저지반(G2)에 설치하는 단계; 및 (c) 상기 긴장재의 긴장해제에 의하여, 긴장재와 연결된 연결암이 수평돌출부를 모노파일 내부로 복귀되도록 하는 마찰돌기부를 이용하여 모노파일을 해저지반(G2)으로붙 인발시키는 단계;를 포함하도록 하게 된다.
본 발명에 따르면, 긴장재를 이용하여 모노파일의 지지력 확보 및 인발이 가능하도록 하되 긴장재의 긴장해제 작업이 수면위에 노출되기 때문에 작성성 및 시공성을 확보할 수 있어 보다 효과적인 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한 긴장재에 의한 수평돌출부의 수평이동을 위하여 별도의 동력수단을 요구하지 않기 때문에 보다 경제적이고, 효율적인 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 모노파일을 시공 단면도,
도 1c는 종래 해상풍력 지지구조물(A)을 해저지반에 설치함에 있어 말뚝과 기초판을 이용하는 경우의 시공도,
도 1d는 종래 지반에 관입 시공되는 강관의 마찰지지력 증진을 위해 진출쐐기 사용되는 경우의 시공도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일의 구성사시도 및 작용도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 긴장재(210)를 이용하여 인발이 가능한 모노파일(100)]
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 긴장재(210)를 이용하여 인발이 가능한 모노파일(100)의 구성사시도 및 작용도를 도시한 것이다.
상기 모노파일(100)은 지반에서도 특히 해저지반(G2)에 형성시킨 해상풍력 지지구조물을 지지하는 말뚝으로서 주로 강관을 이용하게 되며, 선단이 해저지반(G2)에 형성시킨 천공홀(H)에 마찰돌기부(200)에 의하여 정착되어, 그라우팅재는 사용하지 않으며, 상방으로 연장되어 상면이 수면 위로 연장되도록 시공되는 일종의 말뚝부재이다.
이에 상기 모노파일(100)은 기초판 시공없이 해상풍력 지지구조물의 트랜지션 피스(Transition Piece: 통상 TP)로 기능하게 되며, 해저지반(G2)에 형성시킨 천공홀(H) 없이 항타등의 방법을 이용해도 상관은 없다.
이에 모노파일(100) 내부에는 도 2a 및 도 2b와 같이, 마찰돌기부(200)가 장착되어 있다.
이때, 마찰돌기부(200)의 긴장재(210)를 상방 인장(긴장도입)시킴에 따라 수평돌출부(220)가 모노파일(100 내부로부터 외부의 해저지반(G2)으로 돌출되고, 긴장재(210)에 도입된 프리스트레싱을 해제(긴장해제)하여 수평돌출부(220)가 외부의 해저지반(G2)으로부터 모노파일(100) 내부로 다시 복원되면서, 해저지반(G2)으로부터 인발이 가능하도록 하게 된다.
이에 본 발명은 해저지반(G2)과 모노파일(100)을 그라우팅재로 서로 일체화시키지 않도록 하게 된다.
이에 상기 모노파일(100)은 도 2a 및 도 2b와 같이, 강관을 이용하도록 이용하면 되고, 외주면에는 후술되는 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)가 수평으로 돌출될 수 있는 개구부(110)가 형성되어 있다.
이러한 개구부(110)는 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220) 형성 개수에 대응하는 위치에 형성시키게 된다.
이러한 모노파일(100)은 암반(G1)의 상부에 위치하는 해저지반(G2)에 선단이 천공홀(H)에 삽입되도록 하게 된다.
이에 선단지지력 및 모노파일과 주위의 해저지반과의 마찰력에 의하여 전달되는 하중을 지지하게 되는데 상기 마찰력을 확보하도록 모노파일(100)을 정착시키면서, 특히 모노파일(100)의 사용연한이 지난 후, 인발이 가능하도록 하는 것이 본 발명의 마찰돌기부(200)이다.
이에 상기 마찰돌기부(200)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 긴장재(210), 수평돌출부(220), 수직수평운동변환부(230), 두부정착부(240), 선단정착부(250)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 긴장재(210)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 모노파일(100)을 관통하여 수평이동하는 수평돌출부(220)에 장착된 수직수평운동변환부(230)를 상하로 관통하도록 배치된다.
또한, 긴장재(210)의 선단은 모노파일(100) 내부에 선단에 형성된 선단정착부(250)에 고정되어 있고, 두부는 모노파일(100) 상면에 형성된 두부정착부(240)에 긴장 후 정착된다.
이러한 긴장재(210)는 강연선을 이용하는 것이 바람직하며 부식되지 않도록 비부탁강연선을 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 수평돌출부(220)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 모노파일(100)과 주위의 해저지반(G1)과의 마찰력 확보를 위한 것으로서 모노파일(100) 내부로부터 주위의 해저지반(G2)으로 돌출되어 쐐기기능을 가지는 것이다.
이러한 수평돌출부(220)는 수평으로 모노파일(100) 내부에 위치한 상태에서 주위의 해저지반(G2)으로 수평으로 돌출되는 과정에서 쐐기기능을 가지게 되며,
다시 주위의 해저지반(G1)으로부터 모노파일(100) 내부로 복귀하는 과정에서 쐐기기능이 해제되면서 모노파일(100)의 인발이 가능하도록 하는 기능을 가지게 된다.
이에 상기 수평돌출부(220)는 강재블록을 이용할 수 있으며 수평이동을 가능하도록 하는 것이 수직수평운동변환부(230)이다.
상기 수직수평운동변환부(230)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 수평돌출부(220)의 수평이동을 긴장재(210)의 긴장후 정착 및 긴장해제를 통해 가능하도록 하는 장치이다.
즉, 긴장재(210)를 상방 인장(긴장도입)함에 따라 수평돌출부(220)가 모노파일(100)이 외부로 수평 이동하도록 하고, 긴장재(210)에 도입된 프리스트레싱을 해제(긴장해제)함에 따라 수평돌출부(220)가 다시 모노파일(100) 내부로 이동하도록 하는 역할을 하게 된다.
이를 위해 상기 수직수평운동변환부(230)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 긴장재(210)를 관통하여 일체로 긴장재(210)와 함께 이동하는 고정블록부(231), 수평돌출부(220)의 양 측면에 형성된 회전풀리(233), 고정블록부(231)와 회전풀리(233)와 양 단부가 연결되는 연결암(232) 및 수평돌출부(220)가 모노파일(100)에 형성된 개구부(110)에 수평으로 삽입되어 용이하게 수평이동할 수 있도록 베어링부(234)가 내측면에 형성된 가이드부(235)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 가이드부(235)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 수평관 형태로서 모노파일(100)에 형성된 개구부(110)에 노출되도록 세팅되며, 수평돌출부(220)가 수평이동하는 경로를 가이드하면서, 내측면에는 수평돌출부(220)의 수평이동이 용이하도록 베어링부(234)가 형성되어 있다.
이에 베어링부(234)가 외주면에 접하도록 세팅된 수평돌출부(220)는 가이드부(235)를 따라 보다 적은 힘으로도 수평이동이 가능하고, 긴장재(210)의 긴장해제에 따라 작용하는 수직력에 의하여 위치변동과 같은 오작동의 우려를 감소시킬 수 있게 된다.
이러한 가이드부(235)는 모노파일(100) 외주면으로부터는 돌출되지 않도록 하게 되고 모노파일(100) 내부로 연장되어 있음을 알 수 있다.
이에 수평돌출부(220)는 가이드부(235) 내측에 위치하고 있다가 가이드부(235)를 따라 모노파일(100) 외부로 수평이동하면서 모노파일(100)이 모노파일(100)을 마찰력 및 주위 지반에 일체화시키는 역할을 하게 된다.
다음으로 베어링부(234)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 가이드부(235) 내측면에 장착된 베어링이 다수 수평으로 형성된 것으로서 가이드부(235) 내측면에 삽입되어 끼워 설치하는 방식으로 설치하면 된다.
이로서 수평돌출부(220)의 수평이동이 자유롭게 되고, 베이링부(234)와 수평돌출부(220)의 접촉면은 오일링에 의하여 수밀성을 가지도록 하면서 시간이 경과함에 따른 수평돌출부(220)가 가이드부(235)에 고착되지 않도록 하는 역할도 하게 된다.
다음으로서 상기 회전풀리(233)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 수평돌출부(220) 양 외측면에 회저이 가능하도록 힌지 고정된 것으로서 원형판형태로 형성된다.
이에 상기 회전풀리(233) 표면에 일단부가 고정연결되고 후술되는 고정블록부(231)에 타단부가 고정연결된 연결암(232)이 고정블록부(231)에 의해 상,하이동함에 따라 회전풀리(233)는 수평돌출부(220)를 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평으로 이동시키는 수평 이동시키는 역할을 하게 된다.
다음으로 상기 연결암(232)은 도 2a 및 도 2b와 같이, 고정블록부(231)와 회전풀리(233) 사이에 양단이 고정 설치된 연결부재로서 경사진 상태에서 수평으로 배치되면서 고정블록부(231)의 상하이동에 의하여 수평돌출부(220)가 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평이동으로 변환시키는 역할을 하게 된다.
다음으로 고정블록부(231)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 긴장재(210)가 관통되도록 하면서 물려져 있어, 긴장재의 긴장정착 및 긴장해제에 의하여 상하이동함에 따라 함께 상하이동되도록 하여 연결암(232)이 수평으로 펴지면서 수평돌출부(220)를 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평으로 이동시킬 있도록 하게 된다.
이로서 수직수평운동변환부(230)는 긴장재(210)의 긴장도입 및 긴장해제에 의한 고정블록부(231)를 상하이동시키고, 고정블록부(231)는 회전풀리(233)와 연결암(232)에 의하여 수평돌출부(220)를 수평이동시킬 수 있게 된다.
나아가 상기 두부정착부(240)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 모노파일(100)의 상면에 형성되어 긴장재(210)를 수직으로 긴장후 정착되도록 하는 역할을 하는 일종의 정착대로서 두부캡(241) 상면에 정착구(242)가 형성되도록 하여, 긴장재(미도시)에 의하여 긴장재(210)의 두부를 긴장후, 정착시키는 역할을 하게 된다.
이러한 두부정착부(240)는 모노파일(100)의 TP의 일부로서 형성되도록 하면 된다.
다음으로 상기 선단정착부(250)는 도 2a 및 도 2b와 같이, 모노파일(100)의 선단 내부에 긴장재(210)의 하단이 고정정착되어 긴장재(210)의 두부를 상방으로 긴장기킬 때, 긴장재 선단이 고정정착 되도록 함으로서 긴장력이 도입될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
[ 긴장재(210)를 이용하여 인발이 가능한 모노파일(100) 시공방법]
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 긴장재(210)를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법 순서도이다.
상기 모노파일(100) 내부에는 도 2a 및 도 2b와 같이, 긴장재(210), 수평돌출부(220), 수직수평운동변환부(230), 두부정착부(240), 선단정착부(250)를 포함하는 마찰돌기부(200)가 장착되어 있다.
이에 모노파일(100)을 해저지반(G2)에 설치하여 해상풍력 지지구조물을 지지하도록 한 이후, 해상풍력 지지구조물의 사용연한이 도래하면, 상기 모노파일(100)을 인발시키게 된다.
즉, 마찰돌기부(200)의 긴장재(210)를 상방 인장(긴장도입)시킴에 따라 수평돌출부(220)가 모노파일(100 내부로부터 외부의 해저지반(G2)으로 돌출되고, 긴장재(210)에 도입된 프리스트레싱을 해제(긴장해제)하여 수평돌출부(220)가 외부의 해저지반(G2)으로부터 모노파일(100) 내부로 다시 복원되면서, 해저지반(G2)으로부터 인발이 가능하도록 하게 되며 이는 위에서 살펴본 바와 같다.
이에 도 3a에 의하면, 먼저 암반(G1) 상부에 해저지반(G2)이 형성된 상태이고, 본 발명의 모노파일(100)은 해저지반(G2)에 형성시킨 천공홀(H)을 통해 선단이 지지되도록 먼저 시공하게 된다.
이때 상기 모노파일(100)은 원형강관을 이용할 경우, 해저지반(G2)에 삽입된 깊이에 대응하여 마찰돌기부(200)가 6개 세팅된 상태가 도시되어 있으나 설치위치 및 개수는 조정이 가능하다.
또한 상기 모노파일(100)은 상면이 해저지반(G2) 상방으로 연장되어 해수면(G3)을 거쳐 외부에 노출되도록 하고 있음을 알 수 있다.
또한 마찰돌기부(200)는 모노파일(100) 수직중앙축을 기준으로 양 측방으로 서로 대향되도록 세팅하고, 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220) 수평돌출이 가능하도록 개구부(110)가 형성된 것을 이용하게 된다.
또한 마찰돌기부(200)의 긴장재(210)의 상단은 외부에 노출된 모노파일(100)의 상면에 설치된 두부정착부(240)에 관통되도록 설치되고, 하단은 모노파일(100)의 선단내측에 설치된 선단정착부(250)에 고정 정착되도록 설치된다.
또한 개구부(110)에는 수직수평운동변환부(230)가 설되는데 긴장재(210)를 관통하여 일체로 긴장재(210)와 함께 이동하는 고정블록부(231), 수평돌출부(220)의 양 측면에 형성된 회전풀리(233), 고정블록부(231)와 회전풀리(233)와 양 단부가 연결되는 연결암(232) 및 수평돌출부(220)가 모노파일(100)에 형성된 개구부(110)에 수평으로 삽입되어 용이하게 수평이동할 수 있도록 베어링부(234)가 내측면에 형성된 가이드부(235)를 포함하여 구성되어 있음은 살펴본 바와 같다.
이로서 상기 도 3a에서는 긴장재(210)가 모노파일(100) 내부에 선단만 선단정착부(250)에 고정 정착되어 있고, 두부는 두부정착부(240)에 긴장도입 이전의 상태에서는 수직수평운동변환부(230)의 수평돌출부(220)가 모노파일(100) 내부에 위치한 상태로 세팅되어 있음을 알 수 있다.
이에 상기 모노파일(100)을 해저지반(G2)의 천공홀(H)에 선단이 지지되도록 한 상태에서 긴장재(210)를 상방으로 인장시켜 두부정착부(240)에 최종 정착시키게 되면 즉, 긴장재(210)에 긴장도입 상태가 되면 긴장재(210)와 고정블록부(231)는 함께 상방으로 이동하게 되고, 연결암(232)이 수평으로 펼쳐지면서 수평돌출부(220)가 가이드부(235)를 통하여 외부로 수평이동하면서 돌출되게 된다.
수직수평운동변환부(230)의 수평돌출부(220)가 모노파일(100) 외부로 돌출하여 해저지반(G2)에 박혀 쐐기작용을 하게 되면 최종 모노파일(100)은 해저지반(G2)에 정착되면서, 마찰력 확보가 가능하여 시공이 간단하게 완료된다.
이에 모노파일(100)을 해저지반(G2)에 설치하여 해상풍력 지지구조물을 지지하도록 한 이후, 해상풍력 지지구조물의 사용연한이 도래하면, 상기 모노파일(100)을 인발시필 필요가 발생하게 된다.
종래에는 모노파일(100)을 해저지반(G2)에 설치하는 경우 그라우팅재를 이용하여 서로 일체화시켰기 때문에 해저에서 이러한 일체화상태를 제거하지 못하고 사장시킬 수 밖에 없었다.
하지만 본 발명은 도 3b와 같이, 수직수평운동변환부(230)의 수평돌출부(220)가 모노파일(100) 외부로부터 모노파일(100) 내부로 복원시키게 되면 최종 모노파일(100)을 해저지반(G2)으로부터 인발이 가능하게 된다.
이에 상기 긴장재(210)를 두부정착부(240)에서 긴장 해제(긴장재 커팅등)시키게 되면 긴장재(210)와 고정블록부(231)는 함께 하방으로 이동하게 되고, 연결암(232)이 접혀지면서 수평돌출부(220)가 가이드부(235)를 통하여 내부로 수평이동하면서 복귀하게 되므로 쐐기작용이 해제되면서 모노파일(100)의 인발 시공이 역시 간단하게 완료된다.
이에 도 3b와 같이, 인발되어 남겨진 해저지반(G2)의 천공홀(H)은 별도로 해저지반이 함몰되도록 하거나, 콘크리트등을 충진시켜 마감할 수 있음을 알 수 있다.
이로서 본 발명은 긴장재(210)의 긴장도입 및 긴장해제를 통해 모노파일(100)의 마찰력 및 쐐기작용을 기대할 수 있으면서도 인발이 가능하여 별도의 동력수단없이 모노파일 시공 및 회수가 가능하여 보다 경제적이고 효율적인 해상풍력 지지구조물 시공이 가능하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 모노파일
110: 개구부 200: 마찰돌기부
210: 긴장재 220: 수평돌출부
230: 수직수평운동변환부
231: 고정블록부 232: 연결암
233: 회전풀리 234: 베어링부
235: 가이드부 240: 두부정착부
250: 선단정착부

Claims (16)

  1. 지반에 선단이 지지되도록 설치된 모노파일(100);
    상기 모노파일(100)의 내부에 상하로 긴장도입 및 긴장해제가 가능하도록 선단은 모노파일(100) 내부에 고정정착되고, 두부는 모노파일(100)의 상면에 정착설치되는 긴장재(210); 및
    상기 긴장재(210)의 긴장도입에 의하여, 긴장재(210)와 연결된 연결암(232)이 수평돌출부(220)를 모노파일(100)의 내부로부터 해저지반(G2)로 수평이동시키고, 상기 긴장재(210)의 긴장해제에 의하여, 긴장재(210)와 연결된 연결암(232)이 수평돌출부(220)를 모노파일(100) 내부로 복귀되도록 하는 마찰돌기부(200);를 포함하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모노파일(100)은
    외주면에는 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)가 수평으로 돌출될 수 있는 개구부(110)가 형성되며, 상기 개구부(110)는 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220) 형성 개수에 대응하는 위치에 형성되도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모노파일(100)은 해저지반(G2)에 형성된 천공홀(H)에 선단이 지지되도록 설치되며, 상면이 해저지반(G2) 상방으로 연장되어 해수면(G3)을 거쳐 외부에 노출되도록 하며, 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)가 해저지반(G2)으로 수평으로 돌출되도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 긴장재(210)는
    모노파일(100)의 상면에 형성되어 긴장재(210)를 수직으로 긴장후 정착되도록 하는 두부캡(241) 상면에 정착구(242)에 의하여 두부정착부(240)에 의하여 긴장후 정착되도록 하여 긴장재(210)에 의한 긴장도입이 되도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 긴장 후 정착된 긴장재(210)는,
    모노파일(100)의 선단 내부에 설치된 선단정착부(250)에 긴장재(210)의 하단이 고정정착되어 긴장재(210)의 두부를 상방으로 긴장시킬 때, 긴장재(210)의 선단이 고정정착되도록 함으로서 긴장력이 도입되고, 두부정착부(240)에 긴장후 정착된 긴장재(210)를 해제하여 긴장재의 긴장해제가 되도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)는 모노파일(100)과 주위의 해저지반(G1)과의 마찰력 확보와 모노파일(100) 내부로부터 주위의 해저지반(G2)으로 돌출되어 쐐기기능을 가지는 것으로서, 강재블록을 이용하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 연결암(232)은 긴장재(210)를 관통하여 일체로 긴장재(210)와 함께 이동하는 고정블록부(231)에 일단부가 연결되고, 타단부는 수평돌출부(220)에 연결되는 고정블록(231)과 회전풀리(233) 사이에 양단이 고정 설치된 연결부재로서, 경사진 상태에서 수평으로 배치되면서 고정블록부(231)의 상하이동에 의하여 수평돌출부(220)가 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평이동으로 변환시키는 역할을 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 회전풀리(233)는 수평돌출부(220) 양 외측면에 회전이 가능하도록 힌지 고정된 것으로서 원형판형태로 형성된 것을 이용하며, 상기 회전풀리(233) 표면에 일단부가 고정연결되고 후술되는 고정블록부(231)에 타단부가 고정연결된 연결암(232)이 고정블록부(231)에 의해 상,하이동함에 따라 회전풀리(233)는 수평돌출부(220)를 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평으로 이동시키는 수평 이동시키는 역할을 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  9. 제 8항에 있어서,
    수평관 형태로서 모노파일(100)에 형성된 개구부(110)에 노출되도록 세팅되며, 수평돌출부(220)가 수평이동하는 경로를 가이드하면서, 내측면에는 수평돌출부(220)의 수평이동이 용이하도록 베어링부(234)가 더 형성되며,
    상기 가이드부(235)는 모노파일(100) 외주면으로부터는 돌출되지 않도록 하게 되고 모노파일(100) 내부로 연장되어 있어, 수평돌출부(220)는 가이드부(235) 내측에 위치하고 있다가 가이드부(235)를 따라 모노파일(100) 외부로 수평이동하면서 모노파일(100)이 모노파일(100)을 마찰력 및 주위 지반에 일체화시키는 역할을 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 베어링부(234)는 가이드부(235) 내측면에 장착된 베어링이 다수 수평으로 형성된 것으로서, 가이드부(235) 내측면에 삽입되어 끼워 설치하는 방식으로 설치되며, 수평돌출부(220)의 수평이동이 자유롭게 되고, 베이링부(234)와 수평돌출부(220)의 접촉면은 오일링에 의하여 수밀성을 가지도록 하면서 시간이 경과함에 따른 수평돌출부(220)가 가이드부(235)에 고착되지 않도록 하는 역할도 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  11. (a) 해저지반(G2)에 형성시킨 천공홀(H)을 통해 선단이 지지되도록 하되, 상면이 해저지반(G2) 상방으로 연장되어 해수면(G3)을 거쳐 외부에 노출되도록 모노파일(100)을 설치하는 단계;
    (b) 상기 모노파일(100)의 내부에 상하로 긴장도입 및 긴장해제가 가능하도록 선단은 모노파일(100) 내부에 고정정착되고, 두부는 모노파일(100)의 상면에 정착설치되는 긴장재(210)와 상기 긴장재(210)와 연결된 연결암(232)이 수평돌출부(220)를 모노파일(100)의 내부로부터 해저지반(G2)로 수평이동시켜 모노파일(100)을 해저지반(G2)에 설치하는 단계; 및
    (c) 상기 긴장재(210)의 긴장해제에 의하여, 긴장재(210)와 연결된 연결암(232)이 수평돌출부(220)를 모노파일(100) 내부로 복귀되도록 하는 마찰돌기부(200)를 이용하여 모노파일(100)을 해저지반(G2)으로붙 인발시키는 단계;를 포함하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 모노파일(100)은
    외주면에는 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)가 수평으로 돌출될 수 있는 개구부(110)가 형성되며, 상기 개구부(110)는 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220) 형성 개수에 대응하는 위치에 형성되도록 하며, 해저지반(G2)에 형성된 천공홀(H)에 선단이 지지되도록 설치되며, 상면이 해저지반(G2) 상방으로 연장되어 해수면(G3)을 거쳐 외부에 노출되도록 하며, 마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)가 해저지반(G2)으로 수평으로 돌출되도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 긴장재(210)는, 모노파일(100)의 상면에 형성되어 긴장재(210)를 수직으로 긴장후 정착되도록 하는 두부캡(241) 상면에 정착구(242)에 의하여 두부정착부(240)에 의하여 긴장후 정착되도록 하여 긴장재(210)에 의한 긴장도입이 되도록 하며, 상기 긴장 후 정착된 긴장재(210)는, 모노파일(100)의 선단 내부에 설치된 선단정착부(250)에 긴장재(210)의 하단이 고정정착되어 긴장재(210)의 두부를 상방으로 긴장시킬 때, 긴장재(210)의 선단이 고정정착되도록 함으로서 긴장력이 도입되고, 두부정착부(240)에 긴장후 정착된 긴장재(210)를 해제하여 긴장재의 긴장해제가 되도록 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서,
    마찰돌기부(200)의 수평돌출부(220)는 모노파일(100)과 주위의 해저지반(G1)과의 마찰력 확보와 모노파일(100) 내부로부터 주위의 해저지반(G2)으로 돌출되어 쐐기기능을 가지는 것으로서, 강재블록을 이용하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능하도록 하며, 상기 연결암(232)은 긴장재(210)를 관통하여 일체로 긴장재(210)와 함께 이동하는 고정블록부(231)에 일단부가 연결되고, 타단부는 수평돌출부(220)에 연결되는 고정블록(231)과 회전풀리(233) 사이에 양단이 고정 설치된 연결부재로서, 경사진 상태에서 수평으로 배치되면서 고정블록부(231)의 상하이동에 의하여 수평돌출부(220)가 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평이동으로 변환시키는 역할을 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 회전풀리(233)는 수평돌출부(220) 양 외측면에 회전이 가능하도록 힌지 고정된 것으로서 원형판형태로 형성된 것을 이용하며, 상기 회전풀리(233) 표면에 일단부가 고정연결되고 후술되는 고정블록부(231)에 타단부가 고정연결된 연결암(232)이 고정블록부(231)에 의해 상,하이동함에 따라 회전풀리(233)는 수평돌출부(220)를 베어링부(234)에 의하여 가이드부(235)에 수평으로 이동시키는 수평 이동시키는 역할을 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 베어링부(234)는 수평관 형태로서 모노파일(100)에 형성된 개구부(110)에 노출되도록 세팅되며, 수평돌출부(220)가 수평이동하는 경로를 가이드하면서, 내측면에는 수평돌출부(220)의 수평이동이 용이하도록 형성되며,
    상기 가이드부(235)는 모노파일(100) 외주면으로부터는 돌출되지 않도록 하게 되고 모노파일(100) 내부로 연장되어 있어, 수평돌출부(220)는 가이드부(235) 내측에 위치하고 있다가 가이드부(235)를 따라 모노파일(100) 외부로 수평이동하면서 모노파일(100)이 모노파일(100)을 마찰력 및 주위 지반에 일체화시키는 역할을 하며, 상기 가이드부(235) 내측면에 장착된 베어링이 다수 수평으로 형성된 것으로서 가이드부(235) 내측면에 삽입되어 끼워 설치하는 방식으로 설치하는 베어링부(234)가 설치되어 수평돌출부(220)의 수평이동이 자유롭게 되고, 베이링부(234)와 수평돌출부(220)의 접촉면은 오일링에 의하여 수밀성을 가지도록 하면서 시간이 경과함에 따른 수평돌출부(220)가 가이드부(235)에 고착되지 않도록 하는 역할도 하는 긴장재를 이용하여 인발이 가능한 모노파일 시공방법.
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