KR20210116664A - 기초의 진동 타설 - Google Patents

Abstract

본 발명 주제는, 기초에 부착된 진동 장치에 의해 발생되는 진동을 접하게 함으로써 기초를 건물 지반 내로 진동으로 박는 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 진동은 건물 지반을 액화시킴으로써 기초가 건물 지반 내로 침투할 수 있게 한다.

Description

기초의 진동 타설

본 발명은 구조물 특히 해양 구조물을 세우고 및/또는 고정하기 하기 위한 기초 예를 들어 파일을 설치하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

구조물을 세우고 및/또는 고정하기 위해, 예를 들어, 진동하는 파일이 사용된다. 또한 진동에 의해 설치되는 파일은 타입 파일(driven pile)에 비해 축 방향 및 횡 방향 하중-지지 능력이 감소하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 파일은 일반적으로 마지막 몇 미터(예를 들어, 대응하는 파일 직경의 약 8배의 길이에 걸쳐) 동안에는 충격에 의해 박혀지게 된다.

육상 또는 해상 구조물의 기초 파일을 진동 파일 드라이버를 사용하여 건물 지반(building ground)에 설치할 때, 진동 장치가 비활성화 되어 파일 설치의 예정된 또는 예정되지 않은 진동 프로세스가 중단될 수 있다. 진동 프로세스를 계속하려면, 진동 장치를 다시 활성화해야 한다. 진동 프로세스가 중단되어 있는 중에, 파일에 작용하는 무게를 증가시키거나 또는 예를 들어 필요한 조정 작업이나 수리를 수행한다.

그러나 건물 지반에 의한 파일의 부분 구속과 진동 중에 액화되는 파일 케이싱에 가까운 토양층의 강화(consolidation)로 인해, 진동 거동이 변경되어 진동 구동에 의해 건물 지반 내로 더 가라앉게 하는 것이 어렵거나 더 이상 불가능하게 된다.

또한, 예를 들어 토양이 예상된 토양 밀도에서 크게 벗어나거나 또는 기술적인 파손으로 인해 해당 충격 해머를 사용할 수 없는 이유로, 마지막 수 미터에서 파일을 구동-진동할 수 없는(또는 더 이상 할 수 없는) 경우가 있을 수 있다.

단점은 파일이 진동할 때 건물 지반의 위험이 있으며, 이는 진동 과정이 중단되면 더 이상 계속할 수 없는 상황이 발생할 수 있기 때문이다. 이것에 대한 한 가지 이유는 예를 들어, 액화 층의 단순한 중단 및 재압밀 외에도, 간극수 과압 저하와 같은 설정 효과도 있지만 하나의 비제한적인 예를 들 수 있다.

진동으로 때려 박는 과정을 제어 및/또는 조절할 수 있는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 특히 해양 구조물용 기초 예컨대 파일을 진동으로 박을 때에 나타날 수 있는 주지의 단점을 줄이거나 방지하고, 또한 특히 파일을 진동으로 박는 것을 제어 및/또는 조절할 수 있음으로 인해 그러한 파일의 진동-박음을 개선하는 것이다.

본 발명의 제1 예시적인 측면에 따르면, 기초에 부착된 진동 장치에 의해 발생되는 진동을 접하게(initiating) 함으로써 건물 지반 내로 기초를 진동으로 박는 방법으로, 상기 진동은 건물 지반의 액화를 야기하여 기초가 건물 지반을 침투하게 되는, 기초를 진동으로 박는 방법에 있어서, 기초를 바로 둘러싸는 건물 지반의 액화 구역을 변경시킴으로써 건물 지반 내로 침투하는 기초의 침투 속도가 제어 및/또는 조절되고, 액화 구역의 크기를 변경시킴으로써 침투 속도가 변경되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법이 개시된다.

본 발명의 제2 예시적인 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 방법을 수행 및/또는 제어하도록 구성되거나, 또는 본 발명의 제1 측면에 따른 방법 단계들을 수행 및/또는 제어하는 각 수단을 포함하는 장치가 개시된다. 이와 관련하여, 방법의 모든 단계가 제어될 수 있거나, 방법의 모든 단계가 실행될 수 있거나, 하나 이상의 단계가 제어될 수 있고 하나 이상의 단계가 실행될 수 있다. 하나 이상의 수단은 또한 동일한 유닛에 의해 실행 및/또는 제어될 수 있다.

본 발명의 이들 2가지 측면은 특히 후술하는 -부분적으로 예시적인- 특징을 갖는다.

예를 들어, 특히 해양 구조물의 기초를 위한 파일 설치의 경우, 파일을 둘러싼 건물 지반의 액화가 예를 들어 모래 토양에서 진동으로 박힘으로도 호칭되는 진동에 의해 발생하는 것으로 이해된다. 이러한 액화로 인해 파일은 그 자체 무게로 인해 지면 내로 가라앉거나 지면을 침투할 수 있다. 따라서 파일을 둘러싼 액화 구역의 증가는 진동하는 동안 건물 지반으로의 파일의 삽입을 개선한다. 따라서 기초 삽입(예를 들어, 기초로 둘러싸인 파일 설치)의 제어 및/또는 제어 가능성도 이러한 프로세스의 제어를 통해 달성될 수 있다. 예컨대 기초(예컨대 파일)에 (외부) 질량을 부가함으로써 기초 하중(예를 들어, 파일 하중)을 증가시켜, 침투 속도를 더욱 높일 수 있다. 예를 들어 액화 구역의 마찰 계수를 변경하거나 및/또는 기초 외부와 내부 사이(예를 들어, 파일 내부와 외부 사이)의 정수 구배(hydrostatic gradient)를 변경함으로써 침투 속도가 추가로 변경된다.

액화 구역의 마찰 계수를 변경하는 것은 예를 들어 공기 및/또는 가스를 주입하는 방법에 의해 수행될 수 있으며, 또한 액화 정도는 공기 및/또는 가스의 주입을 각각 증가 감소시켜 변경될 수 있다. 기초의 외부와 내부 사이의 정수 구배의 변경은 예를 들어 기초의 외부로 또는 내부로 액체를 펌핑하는 수단에 의해 수행될 수 있다. 이와 관련된 더 자세한 사항은 본 명세서에서 아래에 개시되어 있다.

예를 들어, 기초는 하나 이상의 파이프 세그먼트를 포함하거나 하나 이상의 파이프 세그먼트로 구성된다. 하나 이상의 파이프 세그먼트는 예를 들어 파일(기초 파일 또는 모노파일이라고도 함)을 형성한다. 예를 들어, 기초는 아래쪽으로 개방되어 있다. 예를 들어, 건물 지반을 침투하는 기초의 단부는 예를 들어 건물 지반에 침투하는 방향으로 아래쪽으로 개방되어 있다. 기초는 예를 들어 파일이다.

기초는, 예를 들어, 시트 파일 벽, 시트 파일 프로파일의 형태, 파일 형태, 특히 모노파일용 기초 파일, 또는 임의의 디자인의 프로파일 형태일 수 있다.

특히 해양 기초의 설치에서, 예를 들어 소위 모노파일, 재킷 또는 기타 기초 유형의 기초를 위한 파일을 때려 박는 것은 예를 들어 관련 소음 발생으로 인해 해양 포유류의 손상을 야기할 수 있는 점에는 논쟁의 여지가 없기 때문에, 액화 구역을 변경하여 기초의 진동 설치 프로세스가 개선되고 이에 따라 이 저소음 설치가 더 매력적이라는 것을 예상할 수 있다.

건물 지반으로 침투하는 기초의 단부(예를 들어, 파일 단부)는, 예를 들어 기초 내부로(예를 들어, 중공형 파일 안으로) (예를 들어, 변위되는 기초 토양의 침투를 통해) 재료의 전달이 지지되도록, 설계된다.

대안적으로, 건물 지반을 침투하는 기초의 단부는 예를 들어 기초 내부로의 재료 이동이 감소되거나 방지되는 방식으로 설계된다.

진동 장치는 바이브레이터 또는 진동 베어(vibrating bear)라고도 한다.

본 목적의 의미에서의 진동은 예를 들어 기초가 건물 지반으로 옮겨지면 건물 지반의 표면 마찰과 피크 저항이 모두 극복되는 방식으로 건물 지반으로 전파될 수 있는 진동으로 이해되어야 하고, 기초(예를 들어, 파일)의 프로파일 피트 전방의 토양이 준 액화되어(quasi liquefied) 기초가 그 하중으로 인해 건물 지반을 침투하게 된다.

예를 들어, 본 주제의 의미 내에서 진동은 약 5Hz 내지 150Hz, 바람직하게는 10Hz 내지 50Hz의 주파수 대역 내 진동으로 이해되어야 한다.

기초가 건물 지반으로 침투하는 과정은, 기초가 의도한 최종 깊이까지 건물 지반에 삽입되는 과정(침투 과정이라고도 함)으로 이해된다.

모든 측면에서 기초의 유효 질량(effective mass)은 기초 내부로부터 또는 기초 내부로 유체를 펌핑함으로써 지반으로 침투하는 동안 증가하거나 감소한다.

예를 들어, 기초는 액체를 펌핑할 수 있도록 물을 추출하는 수단을 포함한다. 기초 내부에서 액체를 펌핑하는 것은 예를 들어 건물 지반으로 기초가 침투하는 동안 기초 내부로 들어가는 물에서 물을 추출할 가능성이 있는 방식으로 수행된다. 이것은 예를 들어 건물 지반에서 유래하는 해수 및/또는 지하수이다. 물을 추출하기 위한 수단은 예를 들어 기초로부터 삽입되거나 삽입 및 제거될 수 있는 파이프 및/또는 호스를 포함하여, 예를 들어 액체, 유체 및/또는 물이 기초 내부로부터 외부로 전달(예를 들어, 펌핑)될 수 있다. 그 결과, 예를 들어 기초 내부의 수위가 감소한다.

본 목적의 의미 내에서 기초의 유효 질량은 기초의 단부를 통해 건물 지반에 가해져서 기초의 표면 마찰을 극복하는, 기초로부터의 중량력(weight force)의 비율로 이해되어야 한다.

예를 들어 기초의 유효 질량을 변경하여, 기초의 진동 거동도 변경할 수 있다. 또한, 지면에 작용하는 기초의 질량과 무게를 변경함으로써 지면으로의 침투 속도를 변경하고, 주어진 또는 요구되는 요구사항에 맞게 조정할 수 있다.

예를 들어 기초 내부에서 액체를 펌핑하면 기초 내부에 존재하는 정수압을 변경할 수 있다.

중력의 압력 또는 중력 압력이라고도 하는 정수압(hydrostatic pressure)은 중력의 영향으로 기초 내부의 액체 가스와 같은 정지 유체 내부에 우세한 압력이다. 기초 내부의 정수압 변화는 기초가 지면으로 침투하는 동안 작용하는 질량의 변화를 초래할 수 있다.

따라서 위에 개시된 액체의 펌핑은 기초가 건물 지반으로 침투하는 속도를 변경하는 데 사용될 수 있다.

기초의 건물 지반으로의 침투 속도는 기초의 유효 질량을 변화시킴으로써 변할 수 있기 때문에, 결과적으로 건물 지반에 배치되는 기초의 횡 하중 능력도 증가할 수 있고, 액화 영역은 최종 깊이에 도달할 때까지 마지막 미터에서 감소하므로 기초가 지면으로 (매우) 천천히 침투하는 것만이 가능하다.

기초에 하나 이상의 구멍이 있는 경우, 액체를 펌핑하거나 배수할 수 있도록 이러한 구멍을 예를 들어 적절한 수단으로 적어도 일시적으로 닫을 수 있다. 기초의 그러한 구멍은 예를 들어, 케이블 진입 구멍 및/또는 다른 2차 개구일 수 있다. 이는 비-제한적인 예시이다. 이러한 구멍은 예를 들어 고무 플러그로 일시적으로 닫힐 수 있다. 예를 들어 기초가 설치된 후에 고무 플러그를 제거할 수 있는 적절한 제거 수단 예를 들어 와이어 등으로 고무 플러그를 제거할 수 있다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 기초에서 공기 및/또는 가스의 주입에 의해 액화 구역이 수정되는 것을 제공한다.

공기 및/또는 가스의 주입은 예를 들어 기초에서 공기 및/또는 가스를 주입하는 수단에 의해 수행된다. 공기 및/또는 가스를 주입하기 위한 수단은 예를 들어 주입 랜스 및/또는 호스이다. 공기 및/또는 가스의 주입은 예를 들어 기초 근처(예를 들어, 파일 근처)의 지반을 느슨하게 한다. 공기 및/또는 가스 주입 수단에 의한 공기 및/또는 가스 주입의 결과로, 기초가 건물 지반(예를 들어, 토양)으로 진동으로 박히는 동안 진동(예를 들어, 파일 진동)이 더 잘 전달되며, 이는 액화를 더 크게 하는 데에 기여한다. 건물 지반 내로의 기초의 삽입을 위해 극복되어야 하고, 기초의 외벽과 건물 지반 주위 사이에 존재하는 마찰 계수가 변경되기 때문에, 이것은 또한 공기 및/또는 가스 주입의 증가 또는 감소를 통해 액화 정도를 변화시킨다(예를 들어 증가 또는 감소).

공기 및/또는 가스를 주입하기 위한 이러한 수단은, 예를 들어 기초(예를 들어, 파일) 내부에 공기 및/또는 가스를 주입할 수 있다. 공기 및/또는 가스를 주입하기 위한 이러한 수단은 예를 들어 하나 이상의 (공기) 랜스 및/또는 호스로 형성된다. 이러한 랜스 및/또는 호스 중 하나 이상은 예를 들어 (예를 들어, 몇 가지 비제한적인 예를 들자면 접착 또는 용접 또는 유사한 수단에 의해) 연결되거나, 몇 가지 비제한적인 예를 들자면 지지 프레임을 통해 기초(예를 들어, 파일) 자체에 부착되거나 또는 파일 벽에 직접 부착된다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 공기 및/또는 가스가 건물 지반을 침투하는 기초의 단부 위에 적용되는 것을 제공한다.

예를 들어 공기 및/또는 가스를 주입하기 위한 수단에 의해 생성된 공기 및/또는 가스의 주입은 예를 들어 건물 지반(예를 들어 해저) 안쪽으로 기초의 하부 가장자리 위(예를 들어 파일의 하부 가장자리 위)에서 특히 약 0.1m, 0.2m, 0.3m, 0.4m, 0.5m 이상에서 발견되는 공기 및/또는 가스 기포를 생성한다. 따라서 예를 들어, 랜스 및/또는 호스를 사용하여 공기 및/또는 가스가 기초의 아래쪽 가장자리 위(예를 들어, 파일의 아래쪽 가장자리 위) 약 0.5m에서 건물 지반(예를 들어, 해저)에 적용된다. 공기 및/또는 가스 기포를 생성하기 위한 공기 및/또는 가스 압력이 예를 들어　 압축기에 의해 생성된다. 예를 들어, 그러한 압축기는 설치 용기에 포함될 수 있다. 이러한 방식으로, 공기 및/또는 가스 기포 상승의 결과로 기초 내부(예를 들어, 파일 내부) 기초 구조(예를 들어, 토양 구조)를 약화시켜서, 기초(예를 들어, 파일)를 건물 지반에 단순한 방식으로 설치할 수 있다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 공기 및/또는 가스가 기초의 내부에 추가로 적용되는 것을 제공한다.

공기 및/또는 가스의 주입, 또는 공기 및/또는 가스를 주입하기 위한 수단은, 예를 들어 특히 기초의 하부 가장자리 위로 약 0.5m 및 기초 내부 예를 들어 기초가 파일인 경우에는 파일 내부에 공기 및/또는 가스 기포를 생성한다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 기초에서 공기 및/또는 가스 압력을 증가 또는 감소시켜, 공기 및/또는 가스의 주입에 의해 액화 구역의 크기가 변경되는 것을 제공한다.

공기 및/또는 가스가 적용되는 (절대) 깊이에 따라, 예를 들어 공기 및/또는 가스 주입에 의해 액화 구역의 크기를 변경시키는 데에 공기 및/또는 가스 압력의 증가가 사용되어야 한다. 액화 구역의 확장은 공기 및/또는 (다른) 가스의 취입에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 이루어진다.

예를 들어, 수심 30 mLAT(자기 위도)에서 기초로 둘러싸인 파일이 건물 지반(예를 들어, 해저)으로 35m 밀어 넣었다면, 예를 들어 65m(30m 수심 + 35m 토양 깊이에 해당)에 대응하는 수압 약 6.5 바(bar) 또는 깊이 35m의 토양 압력이 존재하며, 이들로부터 다음 공식을 사용하여 지배 압력을 추론할 수도 있다. 토양 깊이 35m * 20kN/m3 대략적으로 700kN/m2 = 7 바. 따라서, 이 예에서 공기 및/또는 가스를 불어넣는 수단에 의해 적용되고, 예를 들어 전술한 랜스 및/또는 호스를 통해 적용되는 최소 공기 및/또는 가스 압력은 7 바보다 훨씬 큰 압력으로 설정되어야만 한다. 따라서 공기 및/또는 가스를 주입하기 위한 수단은 예를 들어 최대 30 바로 적용되는 (최대) 공기 및/또는 가스 압력을 발생시킨다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 공기 및/또는 가스가 기초 내부 및/또는 기초의 외벽에 주입되는 것을 제공한다.

기초 내부(예를 들어, 기초로 둘러싸인 파일) 내부에 공기 및/또는 가스를 적용하거나 주입하면, 공기 및/또는 가스 기포가 상승하여 기초가 건물 지반으로 침투함으로 인해 기초 내부의 토양 구조가 연화된다. 이렇게 하면 기초를 건물 지반에 더 쉽게 삽입할 수 있게 된다. 대안적으로 또는 추가로, 공기 및/또는 가스가 기초(예를 들어, 기초로 둘러싸인 파일)의 외벽에 적용되거나 주입될 수 있으며, 이는 또한 공기 및/또는 가스 기포가 상승한 결과로, 기초의 건물 지반 내로의 침투로 인한 기초의 외벽 상에 존재하는 토양 구조가 약화되게 한다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 설치 동안 기초의 건물 지반으로의 침투가 중단되지 않음을 제공한다.

침투 속도를 변경하기 위해 질량(기초 외부)을 변경하기 위해 침투 과정을 중단할 필요가 있는 종래 기술과 달리, 침투 과정이 중단되지 않도록 의도된다. 따라서 기초가 지면 내로 진동으로 박히기 시작하면, 기초가 의도한 최종 위치에 도달했을 때만 프로세스가 중지된다.

기초가 건물 지반으로 침투하는 것이 중단되지 않도록 하기 위해, 위에서 이미 설명한 것처럼 기초의 유효 질량을 변경할 수 있다. 특히, 진동 장치를 비활성화 했다가 다시 활성화하는 것은 피해야 한다. 본 주제는 기초가 건물 지반으로 침투하는 것을 중단하지 않고도 기초의 유효 질량을 변경할 수 있도록 한다.

본 발명의 모든 측면들에 따른 예시적 실시형태는 진동으로 박는 것이 느려지는지 여부를 감지하는 침투 진행 감지 수단을 제공하여, 느려지는 경우 기초의 유효 질량이 증가되고 및/또는 액화 구역이 확장된다.

건물 지반 내로 기초가 진동으로 박히는 속도가 느려지는 지 여부를 검출하기 위해, 하나 이상의 삽입 파라미터를 검출하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 기초에서의 주파수, 바이브레이터의 주파수, 파워, 온도, 기초 내부의 수위, 기초 외벽에서의 수위, 물을 배출하기 위한 수단 내부에서의 액체(및/또는 유체 및/또는 물)의 유속과 같은 파라미터들이 검출될 수 있다. 위 파라미터들은 몇 가지 비제한적인 예이다. 따라서, 각각의 검출을 위한 수단이 그에 따라 제공될 수 있고, 기초의 침투 속도를 제어 및/또는 조절하기 위해 검출된 정보가 추가로 평가될 수 있다.

또한, 삽입 파라미터를 검출하기 위한 수단은 기초의 외벽과 건물 지반 사이의 지배적인 마찰 및/또는 압력을 검출하도록 설계될 수 있다. 이것은 예를 들어 정의된 강성으로 설치할 기초에 연결된 CPT(Cone Penetration Test)일 수 있다. CPT는 건물 지반에서 압력 탐지(probing)를 가능하게 한다. 압전 측정법 또는 변형률-종속 측정 방법과 같은 다른 압력 측정 및/또는 힘 측정 방법이 또한 가능하고, 전술한 바에 따라 삽입 파라미터를 수집하기 위한 객관적인 수단으로서 적합하다는 것이 이해된다.

예를 들어, 기초가 건물 지반으로 침투하는 속도는 액화 구역의 크기를 변경함으로써 달라지는데, 이는 기초가 진동으로 박히는 중에 발생한다. 건물 지반으로의 기초의 침투는 지정된 최종 깊이에 도달할 때만 중단되거나 정지된다. 그 후, 토양 압밀 또는 토양 다지기가 가능하거나 필요하다면, 토양을 압밀하거나 다지기 위해 기초는 선택적으로 최종 미터에 대해 최종 깊이까지 때려 박을 수 있다. 이것은 기초의 측면 하중 지지 능력을 증가시킬 수 있다. 또는, 기초가 최종 몇 미터 동안 (매우) 느린 속도로 진동하거나, 캐비테이션으로 다시 진동할 수 있다.

원칙적으로, 기초의 침투 속도는 진동 장치의 주파수와 기초의 유효 중량을 통해 조정될 수 있다. 액화 구역의 변경 및/또는 액체의 펌핑 외에도, 기초의 침투 속도를 제어 및/또는 조절하기 위해 이것이 고려될 수도 있다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는, 건물 지반으로의 기초의 침투 속도가 기초에 분리 가능하게 연결된 침투 속도를 변경하기 위한 수단, 특히 공기 및/또는 가스 압력을 발생시키는 펌프 및/또는 압축기를 통해 가변되는 것을 제공한다.

본 발명의 모든 측면에 따른 다른 예시적인 실시형태에 따르면, 침투 속도를 변경하기 위한 수단은 캐리어 장치(예를 들어, 지지 프레임)에 포함된다.

침투 속도를 변경하기 위한 수단(예를 들어, 하나 이상의 랜스 및/또는 호스)은 예를 들어 적어도 일시적으로, 영구적으로 설치될 수 있다. 기초가 완전히 설치된 후, 예를 들어 하나 이상의 랜스 및/또는 호스를 포함하는 지지 프레임을 제거함으로써 하나 이상의 랜스 및/또는 호스를 제거할 수 있다.

공기 및/또는 가스 압력을 높이거나 낮추어 적용되는 공기 및/또는 적용되는 가스를 변경하는 것은 예를 들어 다음과 같이 실현될 수 있다. 첫째, 예를 들어 기초를 건물 지반 내로 진동으로 설치하는 중에, 예를 들어, 적어도 수압보다 큰 공기 및/또는 가스 압력이 가해지며, 이에 따라 하나 이상의 랜스 및/또는 호스가 예를 들어 입자로 막히는 것을 주로 방지하기 위한 것이다. 기초의 설치 진행이 느려지는 한, 예를 들어 기초가 건물 지반으로 침투하는 속도가 느려지면, 공기 및/또는 가스 공급이 증가하여 기껏해야 기초 내부에 난류가 생성되어 액화 구역이 확장되거나 확장된다.

랜스 및/또는 호스가 지지 프레임에 설치된 경우, 지지 프레임을 예컨대 플랜지에서 또는 고정 러그를 통해 기초(예를 들어, 파일)에 단단히 연결할 수 있다. 진동하는 중에 설치가 이루어진 결과로, 파일이 있는 프레임이 지속적으로 지면에 삽입된다. 이 경우 막힘의 위험은 예를 들어 랜스 및/또는 호스에 지속적으로 공기 및/또는 가스 압력을 가하여 공기 및/또는 가스를 지속적으로 공급하여 상쇄되어야 한다. 다시 말하자면, 설치 진행이 느려지면, 그에 따라 이에 대응하기 위해 공기 및/또는 가스 압력을 꾸준히 증가시켜야 한다. 유입되는 공기 및/또는 가스의 양에 대한 상한선은 압축기 용량에 의해서만 제한된다.

기초(예를 들어, 파일)가 계획된 최종 깊이에 도달하면, 공기 및/또는 가스 압력을 유지하면서 지지 프레임을 기초(예를 들어, 파일)에서 분리할 수 있으며, 필요한 경우 지지 프레임에 부착된 바이브레이터와 함께 잡아당길 수 있다. 지지 프레임 전체가 건물 지반(예를 들어, 토양) 밖에 있을 때까지 공기 및/또는 가스 압력을 끄면 안 된다. 이러한 방식으로 지지 프레임을 제거하는 데 필요한 견인력을 최소로 할 수 있다.

기초(예를 들어, 파일)가 구동 방식으로 설치되고, 설치 진행이 불충분한 경우, 이 방법을 사용하려면 압입에 사용되는 해머를 제거하고 압력을 가하거나 작은 바이브레이터를 사용하여 공기 및 /또는 가스 압력 랜스를 구비하는 지지 프레임은 파일 단부 위 약 0.5m까지 지면으로 밀어 넣어야 한다. 여기서도 파일 내 토양을 느슨하게 하기 위해, 공기 및/또는 가스 압력을 크게 높여야 한다. 마지막으로 전술한 바와 같이 지지 프레임을 풀고 당길 수 있다.

토양을 느슨하게 하기 위해 랜스 및/또는 호스에 공기 및/또는 가스 압력을 가하는 것은 예를 들어 후자의 경우에 적어도 30분의 기간에 걸쳐 달성될 수 있다. 예를 들어 진동 파일의 경우, 공기 및/또는 가스 압력은 파일 설치 파워가 감소하면서 연속적으로 증가할 수 있다.

본 발명의 모든 측면에 따른 예시적인 실시형태는 기초를 침투하는 기초의 단부에서 우세한 물 및/또는 토양 압력보다 더 큰 공기 및/또는 가스 압력에서 공기 및/또는 가스가 적용되는 것을 제공한다.

본 발명에 따른 목적은 위에 개시된 바와 같이 본 발명의 모든 측면에 따른 방법을 실행 및/또는 제어하도록 구성된, 기초를 건물 지반 내로 진동으로 박기 위한 장치에 의해 추가로 해결된다.

기초를 건물 지반 내로 진동으로 박는 이러한 장치는, 예를 들어 진동을 발생시키는 진동 장치; 및 기초의 건물 지반을 직접 둘러싸는 액화 구역을 변경시키기 위한 수단을 포함하되, 이에 의해 기초의 건물 지반 내로의 침투 속도가 제어될 수 있고 및/또는 조절될 수 있다.

본 발명의 모든 측면에 따른 다른 예시적인 실시형태에서, 이 장치는 기초로부터 및/또는 기초 내부로 유체를 펌핑하기 위한 수단(예를 들어, 하나 이상의 유체/액체 펌프); 기초(예를 들어, 파일과 같은 기초의 내부 및/또는 파일과 같은 기초의 외벽)에 공기 및/또는 (기타) 가스를 주입하기 위한 수단(예를 들어, 하나 이상의 압축기); 지면을 침투하는 기초의 단부에서 및/또는 기초의 내부 및/또는 외벽에서 압력을 감지하기 위한 수단; 및/또는 기초의 외벽과 지면 사이의 마찰을 검출하기 위한 수단을 추가로 포함한다.

본 발명의 모든 측면에 따른 다른 예시적인 실시형태에서, 이 장치는 기초에 의해 포함된 하나 이상의 파일을 위해 구성된다. 예를 들어, 본 주제에 따른 장치는 해양 구조물(예를 들어 풍력 터빈, 석유 굴착 장치, 생산 플랫폼, 변전소 및/또는 연구 플랫폼, 파이프라인, 또는 이들의 조합 등, 다만 이들은 몇 가지 비제한적인 예임)을 위한 것이다. 예를 들어, 본 주제에 따른 장치는 기초를 건물 지반인 해저에 배치하기 위한 것이다.

본 방법은 해양 기초와 육상 기초를 구분하지 않는다.

추가적인 유리한 예시적인 실시형태는 특히 도면과 관련된 일부 예시적인 실시형태의 다음의 상세한 설명에서 발견될 수 있다. 그러나 도면은 설명의 목적으로만 사용되며 보호 범위를 결정하기 위한 것은 아니다. 도면은 축척에 맞춰지지 않았고, 단지 예로서 일반적인 개념을 반영하기 위한 것이다. 특히, 도면에 포함된 특징은 반드시 필요한 부분으로 간주되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명 주제에 따른 방법에 의해 건물 지반으로 진동되는 본 발명 주제에 따른 기초의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 2는 본 발명 주제에 따른 방법에 의해 건물 지반으로 진동되는 본 발명 주제에 따른 기초의 또 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.

이하에서 예시적인 실시형태를 참고하여 본 발명의 주제를 설명한다.

도 1은 본 발명 주제에 따른 방법에 의해 건물 지반으로 진동되는 본 발명 주제에 따른 기초의 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 1에서 기초는, 기초에 의해 포함되거나 또는 기초인 파일(1)로 도시되어 있다. 파일은 건물 지반 내로, 본 경우에서는 해저(MB)에 삽입된다. 따라서 도 1의 기초는 풍력 터빈과 같은 해양 구조물에 대한 것이다.

액화 구역(2)은 해저(MB)를 침투하고 있는 파일(1)의 단부(6)를 둘러싸는 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 기초에 부착된 진동 장치(도 1에 도시되지 않음)에 의해 발생되는 진동을 접할 때, 해저(MB)를 침투하는 파일(1)의 단부(6) 주변에서 해저(MB)의 액화가 즉시 발생한다. 이것은 본 명세서에서 액화 구역(2)으로 지칭되고, 빗금으로 도시되고 파선으로 윤곽이 그어져 있다.

액화 구역(2) 내에서, 파일(1)을 통해 해저(MB)로 전달되는 발생 진동에 의해 구조가 부드러워져 해저(MB)가 느슨해진다. 예를 들어 공기 및/또는 가스를 분사함으로써, 액화 구역(2) 내에서의 해저(MB)의 느슨해짐이 개선될 수 있다. 이것은 액화 구역(2)을 확대시키고, 이에 의해 파일(1)이 해저(MB)를 보다 쉽게 침투할 수 있게 된다. 또한, 액화 구역(2)을 변화시킴으로써, 파일(1)이 해저(MB)로 침투하는 속도가 제어 및/또는 조절될 수 있다.

액화 구역(2)의 크기 조정은 공기를 불어넣음으로써 가능하게 되며, 이에 의해 액화 구역(2) 또는 그 크기는 공기 압력을 증가 또는 감소시킴으로써 변화된다. 공기는 예를 들어 호스를 통해 하나 이상의 에어 랜스(3)에 연결된 압축기(9)에 의해 주입된다. 압축기는 예를 들어 도 1에 도시되어 있지 않은 설치 용기 상에 위치한다. 에어 랜스는 파일(1) 내로 연장되고, 적어도 파일(1)이 해저(MB)로 진동으로 박히는 동안 파일(1)에 분리 가능하게 배열된 지지 프레임(8)에 배열된다. 파일(1)을 해저(MB)에 진동으로 박은 후, 예를 들어 지지 프레임(8)을 제거할 수 있다. 하나 이상의 에어 랜스(3)가 해저(MB)를 침투하는 파일 팁(6)까지, 또는 파일 바닥 가장자리(6) 위로 약 0.5m까지 연장된다.

생성된 공기는 파일(1)의 침투 단부(6) 위의 하나 이상의 에어 랜스(3)를 통해 적용되어, 특히 파일(4) 내부의 토양 구조는 상승하는 기포(7)에 의해 약화된다. 그 결과, 파일(1)의 단순화된 설치가 가능하다.

또한, 펌프(10)가 제공되어 특히 유체가 파일 내부(4) 밖으로 펌핑될 수 있다. 이를 위해, 지지 프레임(8)은 예를 들어 하나 이상의 에어 랜스(3)와 유사하게 파일 내로 연장되는 하나 이상의 파이프 및/또는 호스를 포함하여, 파일 내부(4)로부터 액체 및/또는 유체를 퍼낼 수 있다.

도 2는 본 발명주제에 따른 방법에 의해 건물 지반으로 진동되는 본 발명 주제에 따른 기초의 또 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 1과 대조적으로, 예를 들어 하나 이상의 에어 랜스(3)를 포함하는 지지 프레임(8)은 파일(1) 내부에 동심으로 배열된다. 지지 프레임(8)은 이동 가능하게 특히 수직으로 이동 가능하게 설계되어서, 파일 내부(4) 안팎으로 이동할 수 있다.

해저(MB)를 침투하는 파일 팁(6)은, 파일(1)이 파일 내부(4)로 침투하는 동안 토양(예를 들어, 해저(MB))의 재료 이동을 지원하도록 추가로 구성된다. 이는 파일 팁(6)을 (가상의) 수평선에 대해 경사지게 함으로써 가능해진다.

파일(1)의 외벽(5) 위에 압력 프로브(12)가 추가로 배열된다. 도시된 압력 프로브(12)에 더하여, 더 많거나 더 적은 그러한 압력 프로브(12)가 파일의 외벽(5)에 배열될 수 있는 것으로 이해된다. 압력 프로브(12)는 설치될 파일(1)에 고정 연결(또는 정의된 강성으로 연결)되는 변형 CPT와 같은 압력 및/또는 마찰을 감지하는 데 적합하다. 또한, 압력 프로브(12)는 침투 속도를 검출하기 위한 수단에 연결되어, 침투 속도를 검출하기 위한 수단이 예를 들어 압력 프로브(12)로부터 측정 데이터를 평가할 수 있다.

대안적으로, 압력 프로브(12) 자체가 침투 속도를 검출하기 위한 수단을 포함하거나 침투 속도를 검출하기 위한 수단을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 감지된 압력이 증가하는 경우, 해저 내로 침투하는 파일(1)의 침투 속도가 감소하는 것으로 가정할 수 있다. 침투 속도를 검출하기 위한 수단(11)은 추가적으로 예를 들어 펌프(10) 또는 압축기(9)에 하나 이상의 제어 신호를 보낼 수 있으므로, 예를 들어 하나 이상의 에어 랜스(3)를 통해 공기 압력이 증가된 공기가 파일 내부(4)로 적용 되거나 또는, 대안적으로 또는 부가적으로 파일(1)의 외벽(5)으로 적용된다. 후자의 경우, 하나 이상의 에어 랜스(3)는 공기를 파일(1)의 외벽(5)까지 적용할 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 하나 이상의 에어 랜스(3)가 파일(1) 상에서 외부로 이어지는 방식으로 지지 프레임(8)에 배열될 수 있다. 그러나 이는 도 2에 도시되어 있지 않다.

예를 들어, 침투 속도를 감지하는 수단(11)이 펌프(10)에 제어 신호를 보내는 경우, 유체가 파일(4) 내부로부터 펌핑될 수 있다. 파일(1) 내부의 액체 또는 물 레벨이 수위(W)보다 더 낮은 경우, 파일(1)의 해저(MB)로의 침투 속도(침투율)가 증가할 수 있게 파일(1)의 유효 질량이 증가한다.

파일이 설치된 후, 예를 들어 하나 이상의 에어 랜스가 위치하는 지지 프레임을 제거함으로써, 에어 랜스들이 제거될 수 있다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 실시형태들 및 이들 실시형태들에 관하여 각각의 경우에 표시되는 선택적 피처 및 특징들은 또한 서로의 모든 조합으로 개시되는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 실시형태에 의해 포함되는 피처의 설명은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 그 피처가 실시형태의 기능에 필수 불가결하거나 필수적임을 의미하는 것으로 이해되어서도 안 된다. 개별 순서도에서 본 명세서에 설명된 방법 단계의 순서는 정해진 것이 아니고, 방법 단계들의 다른 순도도 가능한 것으로 생각할 수 있다. 방법 단계는 다양한 방식으로 구현될 수 있는데, 예를 들어 소프트웨어(프로그램 명령에 의해), 하드웨어 또는 이 둘의 조합으로 구현하여 방법 단계를 구현하는 것이 가능하다.

"포함하다", "구비하다", "가지다", "함유하다" 등과 같이 특허 청구범위에 사용된 용어는 추가 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. "적어도 부분적으로"라는 문구는 "부분적으로"의 경우와 "전체적으로"인 경우를 모두 포함한다. "및/또는"이라는 문구는 대안 및 조합 모두를 개시하는 것으로 이해되어야 하므로, "A 및/또는 B"는 "(A) 또는 (B) 또는 (A 및 B)"를 의미한다. 부정관사의 사용은 복수를 배제하지 않는다. 단일 장치가 청구항에 기재된 다수의 유닛 또는 장치의 기능을 수행할 수 있다. 특허 청구범위에 표시된 참조부호는 사용된 수단 및 단계를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

1　　　　　　파일(pile)
2　　　　　　액화 구역(liquefaction zone)
3　　　　　　에어 및/또는 가스 랜스(air and/or gas lance)
4　　　　　　파일 내부(interior of the pile)
5　　　　　　파일 외벽(external wall of the pile)
6　　　　　　건물 지반으로 침투하는 파일의 단부(end of the pile penetrating into the building ground)
7　　　　　　공기 및/또는 가스 기포(air and/or gas bubble)
8　　　　　　지지 프레임(support frame)
9　　　　　　압축기(compressor)
10　　　　　펌프(pump)
11　　　　　침투 속도를 감지하기 위한 수단(means for detecting the rate of penetration)
12　　　　　압력 프로브(pressure probe)
MB　　　　　해저(seabed)
W　　　　　　수위(water level)
V　　　　　　지지 프레임의 이동성(movability of the support frame)

Claims (16)

1. 기초(1)에 부착된 진동 장치에 의해 발생되는 진동을 접하게 함으로써 건물 지반(MB) 내로 기초(1)를 진동으로 박는 방법으로, 상기 진동은 건물 지반(MB)의 액화를 야기하여 기초(1)가 건물 지반(MB)을 침투하게 되는, 기초(1)를 진동으로 박는 방법에 있어서,
   기초(1)를 바로 둘러싸는 건물 지반(MB)의 액화 구역(2)을 변경시킴으로써 건물 지반(MB) 내로 침투하는 기초(1)의 침투 속도가 제어 및/또는 조절되고, 액화 구역(2)의 크기를 변경시킴으로써 침투 속도가 변경되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   기초(1)의 내부로부터 액체를 펌핑하거나 기초(1)의 내부로 액체를 펌핑함으로써, 기초(1)가 건물 기반(MB) 내로 침투하는 중에 기초(1)의 유효 질량이 증가 및 감소되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
3. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   기초(1)에서 공기 및/또는 가스의 주입에 의해 액화 구역(2)이 변경되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   기초(1)에서 공기 압력 및/또는 가스 압력을 증가 또는 감소시키는 공기 및/또는 가스의 주입에 의해 액화 구역(2)의 크기가 변경되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   공기 및/또는 가스가 기초(1) 내부(4)에서, 및/또는 기초(1)의 외벽(5)에서 주입되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   기초(1) 건물 기반(MB) 내로 진동으로 박히는 동안에 기초(1)의 건물 기반(MB) 내로의 침투가 중단되지 않는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   기초(1) 건물 기반(MB) 내로 진동으로 박히는 동안에, 기초(1)의 건물 기반(MB) 내로의 침투가 가속, 감속 또는 중단되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   침투 진행 감지 수단이 제공되고, 상기 감지 수단은 기초(1)의 침투가 느려지는 지를 검출하며, 기초(1)의 침투가 느려지는 경우, 기초(1)의 유효 질량이 증가되고 및/또는 액화 구역(2)이 확대되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
9. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   침투 속도를 변경시키는 수단 특히 공기 및/또는 가스 압력을 발생시키는 압축기(9) 및/또는 펌프(10)에 의해 기초(1)의 건물 지반(MB) 내로의 침투 속도가 변경되되, 상기 수단은 기초(1)에 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
10. 제9항에 있어서,
    침투 속도를 변경시키는 수단은 캐리어 장치(8)에 의해 포함되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    건물 지반(MB) 내로 침투하는 기초(1)의 단부 위로 공기 및/또는 가스가 적용되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
12. 제11항에 있어서,
    공기 및/또는 가스가 기초(1)의 내부(4)로 추가로 적용되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
13. 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    건물 지반(MB)을 침투하는 기초(1)의 단부(6)를 지배하는 토양 및/또는 물 압력보다 더 큰 공기 압력 및/또는 가스 압력으로 공기 및/또는 가스가 적용되는 것을 특징으로 하는 기초를 진동으로 박는 방법.
14. 건물 지반(MB) 내로 기초(1)를 진동으로 박는 장치로,
    - 진동을 발생시키는 진동 장치; 및
    - 기초(1)의 건물 지반(MB)을 바로 둘러싸는 액화 구역(2)을 변경시키기 위한 수단(9, 10)으로, 상기 수단(9, 10)에 의해 기초(1)가 건물 지반(MB) 내로 침투하는 속도가 제어 및/또는 조절될 수 있는 수단(9, 10)을
    포함하는 것을 특징으로 하는 건물 지반 내로 기초를 진동으로 박는 장치.
15. 제14항에 있어서,
    - 기초(1) 내부로부터 또는 기초(1) 내부로 액체를 펌핑하는 수단(10),
    - 기초(1)에서 공기 및/또는 가스를 주입하는 수단(9),
    - 건물 지반(MB) 내로 침투하는 기초(1)의 단부에서 및/또는 기초(1)의 내벽(5) 및/또는 기초(1)의 내측에서 압력을 검출하는 수단, 및
    - 기초(1)의 외벽(5)과 건물 지반 사이에서 마찰을 검출하는 수단,
    중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 지반 내로 기초를 진동으로 박는 장치.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    기초(1)가 파일이고, 및/또는 기초(1)가 해양 구조물용이고, 및/또는 건물 지반(MB)이 해저인 것을 특징으로 하는 건물 지반 내로 기초를 진동으로 박는 장치.

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