KR101134025B1 - 우물통 기초 공법 - Google Patents

Abstract

우물통 기초 공법이 개시된다. 본 발명에 따른 우물통 기초 공법은 (a) 수심보다 높이가 작은 우물통 기초부를 수면에 떠 있는 플로터의 상하방향으로 개방된 개방구에 삽입하는 단계; (b) 우물통 기초부를 플로터에 설치된 드럼에 감긴 케이블에 연결하여 우물통 기초부의 하중에 의해 케이블에 장력을 인가하되, 드럼에서 풀리는 케이블의 길이를 조절하여 우물통 기초부의 상단부를 수면의 외부에 배치하고 우물통 기초부의 하단부를 수중에 배치하는 단계; (c) 우물통 기초부의 상단부에 콘크리트를 타설하여 일정 높이의 지지체를 형성하는 단계; (d) 케이블을 드럼에서 더 풀어서 우물통 기초부 및 지지체를 포함하는 우물통을 침하시키되, 지지체의 상단부를 수면의 외부에 배치하는 단계; (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계를 1회 이상 반복하여 우물통 기초부의 상단부에 상하방향으로 연속하는 복수의 지지체를 형성하되, 복수의 지지체 중 최상단에 배치된 지지체의 상단부를 수면의 외부에 배치하며 우물통 기초부의 하단부를 수중의 바닥면 또는 수중의 바닥면으로 일정 깊이 침하된 지중에 접촉 지지시키는 단계; 및 (f) 우물통 기초부 및 케이블 간의 연결을 해제하는 단계;를 구비한다.

우물통(open caisson), 도르래, 케이블, 콘크리트, 타설

Description

우물통 기초 공법{Method for constructing a foundation using a open caisson}

본 발명은 우물통 기초 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강이나 바다 등의 수중에 기초를 형성하기 위한 우물통 기초 공법에 관한 것이다.

우물통 기초 공법은 미리 제작된 우물통, 예를 들어 가운데가 비어있는 원통을 세운 모양의 콘크리트 구조체를 수중 바닥면의 아래 안전 지반까지 침하시켜 지지시키고 우물통의 상부에는 콘크리트 지지체를 수면 위까지 형성시킴으로써 수중 기초를 형성하는 공법을 말한다. 이러한 우물통 기초 공법은 강이나 바다 등의 수중에 교각 등 해상 구조물의 기초를 시공하는데 널리 사용되고 있다.

우물통 기초 공법을 이용하여 우물통 기초를 형성하는 방법 중에서 통상적으로 가장 많이 사용하는 방법은 비교적 수심이 깊지 않은 강이나 바다에서 사용하는 방법으로 우물통을 설치할 장소에 흙을 메운후 그위에서 우물통을 만들면서 침하시키는 방법이 있으나 수질보전 지역이나 수심이 깊어 흙을 메울 수 없는 장소에서는 다음과 같은 과정으로 우물통 기초를 시공하고 있다.

먼저, 우물통 선단부의 제작을 위하여 내부에 콘크리트를 채워넣을 수 있도 록 외부가 철판으로 이루어지며 내부에 공간이 형성된 철제 형틀이 지상에서 제작된다. 그리고, 제작된 철제 형틀은 바지선 위에 설치된 대형인양장치에 의해 인양되어 인양장치에 매달린 채로 우물통 기초가 형성될 설치 장소까지 운반된다. 철제 형틀은 운반된 장소에서 인양장치에 의해 수중의 바닥면까지 하강 되어야 하나 철제 형틀의 내부가 비어 있어 부력이 작용하며 이 부력에 의해 철제 형틀이 수중 바닥면까지 내려가지 않는다. 따라서, 철제 형틀을 인양장치로 인양한 채 철제 형틀의 내부에 콘크리트를 채워넣어 우물통의 무게를 증가시킴으로써 수중 바닥면에 내려놓는다. 이 때, 우물통은 그 높이가 설치 위치에서의 수심보다 일정 정도 더 크게 형성되어 있어서, 우물통의 하단부가 수중 바닥면에 일정 깊이 침하 되더라도 우물통의 상단부는 수면 위에 노출된다.

그 후, 수면 위에 노출된 우물통의 상단부에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 우물통의 길이를 증가시킨다. 이와 같이 우물통의 길이가 커지면, 우물통의 무게가 더 무거워진다. 그리고, 우물통 하단부가 접촉하는 수중 바닥면의 흙을 내부에서 굴착하면 우물통을 받치고 있던 바닥면이 무너지면서 우물통이 지면을 파고 들어 더욱 침하된다. 이 후, 우물통의 길이를 증가시키는 과정 및 굴착 과정을 반복적으로 수행함으로써 우물통을 계속해서 침하시킨다. 침하 깊이가 증가하면, 우물통의 무게만으로는 침하될 수 있는 한계가 있어 우물통의 상부에 강재등 무거운 물건을 올려놓아 그 하우징에 의해 침하를 촉진한다. 그리고, 우물통의 침하가 더 이상 이루어지지 않는 안전 지반, 예를 들어 기반암까지 침하시킨 후 우물통 내부를 채워넣어 우물통 기초를 완성한다.

그런데, 수질보존 지역이나 수심이 깊은 지역에 우물통 기초를 시공하는 경우에는, 우물통 선단부 제작용 철제 형틀은 하단부가 수중 바닥면에 닿았을 때 철제 형틀의 상단부가 수면 위로 돌출되어야 하므로, 철체 형트의 높이가 수심보다 더 크게 형성되어야 한다. 이와 같이, 형틀의 크기가 커지면 커질수록 무게가 무거워져 인양하는 인양장치가 대형화될 수 밖에 없는 한계가 있다.

특히, 대형인양장치는 물에 띄어서 수상 운반하고 있으나 하천이나 강 등의 이동경로에 댐 등의 장애물이 있을 경우 수상이동이 불가능하며, 대형인양장비를 투입하려면 그 장치를 분해하여 육로로 운반한 후 다시 조립하여 사용해야하므로 대형인양장비의 투입에 많은 비용이 발생한다는 문제점이 있다.

게다가, 상술한 우물통 기초 공법에서는 우물통을 바닥에 내려놓는 과정에서 수중 바닥면이 평평하지 않으면 우물통이 수직으로 세워지지 않기 때문에 수중 바닥면의 굴착이 필수적이나, 수중 바닥면의 굴착은 수중 오염을 수반할 수 밖에 없다. 따라서, 수질 보호지역으로 지정된 강이나 하천 등에서 우물통 기초 공법을 사용하려면 오탁방지 시설 등의 수질오염을 방지하는 특별한 조치가 추가로 필요하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 대형장비가 투입되기 어려운 장소에 대형장비 대신 소규모의 인양장치로도 우물통 기초를 정밀하게 시공할 수 있으며 나아가 수중 오염의 발생을 최소화할 수 있는 우물통 기초 공법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 우물통 기초 공법은 (a) 수심보다 높이가 작은 우물통 기초부를 수면에 떠 있는 플로터의 상하방향으로 개방된 개방구에 삽입하는 단계; (b) 상기 우물통 기초부를 상기 플로터에 설치된 드럼에 감긴 케이블에 연결하여 상기 우물통 기초부의 하중에 의해 상기 케이블에 장력을 인가하되, 상기 드럼에서 풀리는 케이블의 길이를 조절하여 상기 우물통 기초부의 상단부를 수면의 외부에 배치하고 상기 우물통 기초부의 하단부를 수중에 배치하는 단계; (c) 상기 우물통 기초부의 상단부에 콘크리트를 타설하여 일정 높이의 지지체를 형성하는 단계; (d) 상기 케이블을 상기 드럼에서 더 풀어서 상기 우물통 기초부 및 지지체를 포함하는 우물통을 침하시키되, 상기 지지체의 상단부를 수면의 외부에 배치하는 단계; (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계를 1회 이상 반복하여 상기 우물통 기초부의 상단부에 상하방향으로 연속하는 복수의 지지체를 형성함으로써 상기 우물통의 상하방향으로의 크기를 증가시키되, 상기 복수의 지지체 중 최상단에 배치된 지지체의 상단부를 상기 수면의 외부에 배치하며 상기 우물통 기초부의 하 단부를 상기 수중의 바닥면 또는 상기 수중의 바닥면으로 일정 깊이 침하된 지중에 접촉 지지시키는 단계; 및 (f) 상기 우물통 기초부 및 케이블 간의 연결을 해제하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플로터는 방사형으로 배치되며 상호 착탈 가능하게 결합되는 복수의 부상체를 포함하며, 상기 개방구는 상기 복수의 부상체에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 플로터에는 복수의 제1도르래유닛이 결합되며, 상기 우물통 기초부에는 상기 제1도르래유닛과 동일한 개수의 제2도르래유닛이 결합되며, 상기 케이블은 상기 복수의 제1도르래유닛 및 복수의 제2도르래유닛 모두에 가이드되어 지지되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 제1도르래유닛 및 복수의 제2도르래유닛은 방사형으로 배치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 복수의 제1도르래유닛 각각은 상기 복수의 제2도르래유닛 각각과 쌍을 이루어 복수의 도르래유닛 쌍이 형성되며, 상기 케이블은 상기 복수의 도르래유닛 쌍의 배치 방향을 따라 상기 복수의 도르래유닛 쌍에 각각 순차적으로 가이드되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 제1도르래유닛은, 상기 플로터에 고정되는 제1하우징; 상기 제1하우징에 회전 가능하게 결합되며, 상기 케이블이 가이드되는 홈부가 외주면에 형성되며, 서로 평행한 한 쌍의 제1도르래; 및 상기 제1하우징에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제1도르래의 회전중심축과 직교하는 회전중심축을 가지며, 상기 케이 블이 가이드되는 홈부가 외주면에 형성되며, 서로 평행하게 배치되는 복수의 제2도르래;를 구비하며, 상기 각 제2도르래유닛은, 상기 우물통 기초부에 결합되는 제2하우징; 및 상기 제2하우징에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제1도르래의 회전중심축과 직교하는 회전중심축을 가지며, 상기 케이블이 가이드되는 홈부가 외주면에 형성되며, 서로 평행한 복수의 제3도르래;를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2도르래유닛은 상기 우물통 기초부에 착탈 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 우물통 기초부에는 상기 제2도르래유닛과 동일한 개수의 러그가 형성되며, 상기 각 제2도르래유닛 및 각 러그에 삽입되는 핀부재; 및 상기 각 핀부재가 상기 제2도르래유닛 및 러그 중 어느 하나로부터 이탈되도록 상기 각 핀부재를 구동하는 구동수단;을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동수단은, 상기 각 핀부재가 결합되는 피스톤을 가지는 유압액츄에이터; 상기 수면 위에 배치되며, 상기 각 피스톤을 구동하는 유압을 인가하는 유압펌프; 및 상기 각 유압액츄에이터 및 유압펌프를 연결하는 유압라인;을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따르면, (g) 상기 우물통 기초부로부터 분리된 케이블을 상기 복수의 지지체 중 어느 하나의 지지체에 연결하는 단계; (h) 상기 플로터의 내부에 물을 채우는 단계; 및 (i) 상기 드럼에서 풀리는 케이블의 길이를 조절함으로써 상기 플로터에 채워진 물의 하중을 상기 우물통에 인가하여 상기 우물통을 침하시키는 단계;를 더 구비하는 것이 바람직하ㄷ. 여기서, 상기 (i)단계 이후에도 상 기 수면의 위쪽에는 상기 지지체의 적어도 일부가 배치된다.

또한, 본 발명에 따르면, (j) 상기 플로터의 내부에 서로 격리되게 형성된 복수의 밸런스탱크부 중 하나 이상의 밸런스탱크부에 물을 채워 상기 우물통의 침하시 상기 플로터의 상면을 상기 수면에 대해 평행하게 유지하는 단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따르면, (k) 상기 플로터와 우물통 기초부 사이에 복수의 가이드파일을 설치하는 단계; 및 (l) 상기 지지체를 형성하기 전에 상기 우물통 기초부의 내부에 콘크리트를 타설하는 단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

종래의 우물통 기초 시공방법에서는 우물통 하단부를 수중 바닥면에 내려놓았을 때 우물통 상단부가 항상 수면 밖으로 돌출되어야 하므로, 우물통 기초부, 예를 들어 우물통 선단부 제작용 철제 형틀의 크기는 수심보다 커야 하며 또한 수심이 깊어질수록 그 크기가 커지게 된다. 이에 따라 수심이 어느 정도 이상 깊어지면 철제 형틀의 크기가 너무 커지게 되어 적용할 수 없게 된다. 그러나, 본 발명에서는 종래와는 달리 수심에 상관없이 우물통 기초부, 즉 철제 형틀의 높이를 작게 제작하여도 우물통 기초를 형성하는데 아무런 어려움이 없게 되므로, 철제 형틀의 제작 및 운반이 용이하며 나아가 우물통 기초 시공시 수심에 영향을 받지 않는다.

또한, 종래와 달리 우물통 기초의 설치 위치에서도 우물통을 인양할 인양장치가 필요하지 않게 되므로, 우물통 기초 시공이 쉽고 경제적으로 이루어질 수 있 게 된다.

또한, 우물통과 인접하여 있는 수중 바닥면을 굴착할 필요가 없어 우물통 기초 시공시 환경오염을 최소화할 수 있다.

또한, 케이블을 우물통 상단부에 연결하고 플로터의 내부에 물을 적절하게 채우고 케이블을 당기면, 우물통 선단부에 하중을 인가할 수 있게 되게 된다. 따라서, 종래와 같이 하중을 추가하기 위하여 무거운 물건을 올려놓는 작업을 생략할 수 있으며 하중 인가를 손쉽게 할 수 있다.

그리고 종래의 방식은 우물통의 자중으로 땅속을 파고 들어 가게 되어있어 지지되는 지반이 약한 쪽으로 깊이 들어가게 되므로 지반의 상태에 따라 하강하면서 비뚫어지기 쉬운 단점이 있으나, 본 발명에 따르면 우물통을 하강시킬때에 케이블에 매달려 내려가게 되므로 위치를 정확하게 유도시킬 수 있어 우물통 기초를 원하는 수준의 수직도로 쉽게 시공할 수 있다.

본 실시예에 따른 우물통 기초 공법을 구체적으로 설명하기 이전에, 우물통, 플로터 그리고 우물통 및 플로터를 케이블로 연결하는 구성의 일례를 도 11 내지 도 14를 참조하면서 설명하기로 한다.

플로터(10)는 지상에서 미리 제작되며, 상호 착탈 가능하게 결합되는 복수의 부상체(11)를 포함한다. 복수의 부상체(11)는 방사형으로 배치되며, 서로 연결되어 전체적으로 폐곡선을 이룬다. 복수의 부상체(11)에 의해서 상하방향으로 개방된 개방구(12)가 형성된다. 그리고, 복수의 부상체(11)는 볼트 결합 등 다양한 공 지의 결합구조에 의해 결합될 수 있다. 각 부상체(11)의 내부에는 밸런스탱크부(111) 및 하중인가탱크부(112)가 서로 격리되게 형성된다. 밸런스탱크부(111) 및 하중인가탱크부(112)에는 필요에 따라 물이 충전된다.

우물통 기초부(20)는 철재로 이루어지며 지상에서 미리 제작된 것으로서 철재 형틀로 불리운다. 우물통 기초부(20)는 내벽(21) 및 외벽(22)을 가지는 이중벽 구조로 이루어지며, 내벽(21) 및 외벽(22) 사이에는 환형의 공간이 형성된다. 우물통 기초부(20)의 하단부는 물이 유입되지 않도록 폐쇄되어 있으며 우물통 기초부(20)의 상단부는 개방되어 있다. 또한, 우물통 기초부(20)의 하단부는 뾰족하게 형성되어 있다. 우물통 기초부(20)의 외주면에는 복수의 러그(23)가 방사형을 이루면서 형성된다. 그리고, 각 러그(23)에는 관통공(231)이 관통 형성된다.

그리고, 케이블 연결구조는 복수의 제1도르래유닛(30), 복수의 제2도르래유닛(40) 및 케이블(50)을 포함한다.

복수의 제1도르래유닛(30)은 플로터(10)에 각각 방사형을 이루도록 고정된다. 각 제1도르래유닛(30)은 제1하우징(31)과, 한 쌍의 제1도르래(32)와, 복수의 제2도르래(33)와, 한 쌍의 보조도르래(34)를 포함한다.

제1하우징(31)은 플로터(10)에 볼트 결합된다.

한 쌍의 제1도르래(32)는 제1하우징(31)에 각각 회전 가능하게 결합된다. 한 쌍의 제1도르래(32)는 동일한 회전중심축을 중심으로 회전하며, 그 회전중심축을 따라 서로 이격되게 배치된다. 각 제1도르래(32)는 동일한 크기로 형성되며, 각 제1도르래(32)의 외주면에는 홈부가 형성된다.

복수의 제2도르래(33)는 제1하우징(31)에 각각 회전 가능하게 결합된다. 복수의 제2도르래(33)는 동일한 회전중심축을 중심으로 회전하며, 그 회전중심축을 따라 서로 이격되게 배치된다. 제2도르래(33)의 회전중심축은 제1도르래(32)의 회전중심축과 직교한다. 그리고, 각 제2도르래(33)는 동일한 크기로 형성되며, 각 제2도르래(33)의 외주면에는 홈부가 형성된다.

한 쌍의 보조도르래(34)는 제1도르래(32) 및 제2도르래(33) 사이에 배치된다. 각 보조도르래(34)는 제1하우징(31)에 회전 가능하게 결합된다. 각 보조도르래(34)의 회전중심축은 제2도르래의 회전중심축과 평행하다. 각 보조도르래(34)는 동일한 크기로 형성되며, 각 보조도르래(34)의 외주면에는 홈부가 형성된다.

복수의 제2도르래유닛(40)은 복수의 제1도르래유닛(30)과 일대일로 대응되도록 구비된다. 복수의 제2도르래유닛(40)은 우물통 기초부(20)의 주위에 방사형으로 배치된다. 각 제2도르래유닛(40)은 제2하우징(41)과, 복수의 제3도르래(42)를 포함한다.

제2하우징(41)은 우물통 기초부(20)에 착탈 가능하게 결합된다. 제2하우징(41)에는 러그의 관통공(231)과 동축적으로 연결되는 관통공(411)이 형성된다. 그리고, 핀부재(43)는 제2하우징의 관통공(411) 및 러그의 관통공(231)에 각각 삽입된다. 핀부재(43)가 러그의 관통공(231)으로부터 이탈되면, 제2하우징(41)은 우물통 기초부(20)로부터 분리된다.

복수의 제3도르래(42)는 제2하우징(41)에 회전 가능하게 결합된다. 복수의 제3도르래(42) 각각의 회전중심축은 제1도르래의 회전중심축과 직교한다. 복수의 제3도르래(42)는 그 회전중심축을 따라 서로 이격되게 배치된다. 각 제3도르래(42)는 서로 동일한 크기로 형성되며, 각 제3도르래(42)의 외주면에는 홈부가 형성된다.

케이블(50)은 복수의 제1도르래유닛(30) 및 복수의 제2도르래유닛(40)에 모두 연결되어 지지된다. 구체적으로 살펴보면, 케이블(50)은 제1도르래(32)의 홈부, 보조도르래(34)의 홈부, 제2도르래(33)의 홈부 및 제3도르래(42)의 홈부 각각의 적어도 일부분에 감겨 있다. 특히, 케이블(50)은 도 12 및 도 13에 도시되어 있는 바와 같이 제1도르래유닛(30) 및 제2도르래유닛(40)에 각각 번갈아가면서 가이드된다. 즉 제1도르래유닛(30) 및 제2도르래유닛(40)은 각각 쌍을 이루어 도르래유닛 쌍이 복수 형성되며, 케이블은 도 11 및 도 13에 도시되어 있는 바와 같이 도르래유닛 쌍의 배치 방향, 즉 우물통 기초부(20)의 반경방향을 따라서 도르래유닛 쌍에 순차적으로 가이드된다. 그리고, 케이블(50)이 제1도르래유닛(30) 및 제2도르래유닛(40)에서 가이드되는 모양을 케이블의 길이방향을 따라가면서 살펴보면, 케이블(50)은 제1도르래(32) 및 보조도르래(34)의 홈부와 접촉하며 복수의 제2도르래(33) 및 복수의 제3도르래(42)의 홈부에 각각 번갈아가면서 접촉 지지된 후에 다시 보조도르래(34) 및 제1도르래(32)의 홈부에 접촉 지지된다. 특히, 케이블(50)은 하나의 제1도르래(32) 홈부의 아래쪽 및 하나의 보조도르래(34) 홈부의 위쪽에 지지되며 다른 하나의 제1도르래(32) 홈부의 위쪽 및 다른 하나의 보조도르래(34) 홈부의 아래쪽에 지지되며 전체적으로 측면에서 바라볼 때에 도 12에 도시되어 있는 바와 같이 서로 엇갈리게 보인다.

케이블(50)은 플로터(10)에 설치된 윈치드럼(51)에 감겨 있다. 그리고, 윈치드럼(51)을 회전시켜 케이블을 감거나 풀면, 윈치드럼(51)에서 풀리는 케이블(50) 길이를 조절할 수 있다. 본 실시예에서는 윈치드럼(51)이 한 쌍 구비되며, 케이블(50)의 양단부는 각각 윈치드럼(51)에 연결된다. 따라서, 한 쌍의 윈치드럼(51)의 작동을 각각 제어함으로써 한 쌍의 윈치드럼(51) 사이의 케이블(50) 길이를 조절할 수 있게 된다. 여기서, 케이블(50)은 로프나, 와이어나 벨트 등 윈치드럼에 감기거나 풀릴 수 있으며 장력이 인가될 수 있는 것이라면 그 소재나 형상에 무관하다.

그리고, 우물통 기초부(20)가 케이블(50)에 의해 연결되어 지지되는 것을 해제하기 위해서는 도 14에 도시되어 있는 바와 같이 별도의 구동수단이 구비된다.

구동수단은 유압액츄에이터(61)와, 유압펌프(62)와, 유압라인(63)을 포함한다.

유압액츄에이터(61)는 제2도르래유닛(40)과 동일한 개수만큼 복수 구비되며, 각각 제2하우징(41)에 결합된다. 각 유압액츄에이터(61)는 실린더(611) 및 실린더에 왕복 직선 이동 가능하게 결합되는 피스톤(612)을 포함한다. 피스톤(612)의 왕복 이동은 실린더(611)에 인가되는 유압에 의해 가능하며, 이러한 유압액츄에이터(61)의 구성은 이미 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 피스톤(612)에는 브라켓(613)을 매개로 핀부재(43)가 결합된다.

유압펌프(62)는 수면 위, 특히 플로터(10)의 상면에 설치된다. 유압펌프(62)는 유압액츄에이터(61)에 유압을 인가하여 피스톤(612)을 왕복 직선 구동하 기 위한 것이다. 유압액츄에이터(62)를 작동시켜 핀부재(43)를 러그의 관통공(231)으로부터 이탈시키면 제2하우징(41) 및 러그(23)가 서로 분리된다. 유압펌프는 유압액츄에이터(61)의 개수에 대응되게 복수 구비될 수도 있으며, 하나만 구비되어 복수의 유압액츄에이터를 동시에 구동시킬 수도 있다.

유압라인(63)은 각 유압액츄에이터(61) 및 유압펌프(62)를 연결하여 유압펌프(62)로부터 인가되는 유압을 유압액츄에이터(61)로 전달한다.

이하에서는, 위에 설명된 플로터, 우물통 및 케이블 연결구조를 이용하여 우물통 기초를 형성하는 공법을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 일 실시예에 따른 우물통 기초 공법의 개략적인 순서도이고, 도 2 내지 도 10은 도 1에 도시된 우물통 기초 공법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예의 우물통 기초 공법은 플로터 및 우물통 기초부 고정단계(S100)와, 콘크리트 타설단계(S110)와, 가이드파일 설치단계(S120)와, 지지체 형성단계(S130)와, 케이블 해제단계(S140)와, 하중 인가단계(S150)와, 우물통 지지단계(S160)와, 가이드파일 철거단계(S170)를 구비한다.

플로터 및 우물통 기초부 고정단계(S100)에서는, 복수의 부상체(11)를 지상에서 제작한 후 지상 근처에서 띄우고 수상에서 조립하여 플로터(10)를 완성한다. 그리고, 한 쌍의 윈치드럼(51) 및 복수의 제1도르래유닛(30)을 플로터(10)에 설치한다.

그리고, 복수의 제2도르레유닛(40)을 각각 복수의 제1도르레유닛(30)과 마주 하도록 배치하고 윈치드럼(51)에서 케이블(50)을 풀어서, 도2 에 도시되어 있는 바와 같이 케이블(50)을 제1도르래유닛(30) 및 제2도르래유닛(40)에 연결한다. 이와 같이 케이블(50)이 연결되면, 케이블(50)은 도 12 및 도 13에 도시되어 있는 바와 같이 제1도르래(32), 보조도르래(34), 제2도르래(33) 및 제3도르래(42)에 각각 가이드된다.

또한, 우물통 기초부(20)도 적절한 높이로 제작한다. 이 때, 우물통 기초부(20)의 높이는 종래와 달리 우물통이 설치된 수심보다 작게 제작하여 우물통의 제작 및 운반이 간편하게 이루어질 수 있도록 한다.

이와 같이 플로터(10) 및 우물통 기초부(20)가 제작되면, 플로터(10)를 지상 근처에 띄우고, 지상에 설치된 인양장치(1)를 이용하여 우물통 기초부(20)를 인양하여 플로터의 개방구(12)에 삽입한다. 그리고 나서, 우물통(20)에 복수의 제2도르래유닛(40)을 결합한다. 이와 같이 케이블(50)이 연결된 후에 인양장치(1)에서 우물통 기초부(20)를 내려놓으면 케이블(50)에는 장력이 인가되어 우물통 기초부(20)는 케이블(50) 장력에 의해 지지되며, 플로터(10)는 일정 정도 잠기게 되어 플로터에는 부력이 작용한다. 그 후, 인양장치(1) 및 우물통 기초부(20) 간의 연결을 해제한다. 이 때, 후속 작업을 위해서는 케이블(50)이 풀리는 길이를 적절하게 조절함으로써 우물통 기초부(20)의 상단부는 반드시 수면의 외부에 배치되도록 한다.

콘크리트 타설단계(S110)에서는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 우물통 기초부(20)의 내부에 콘크리트(71)를 타설한다. 이와 같이 콘크리트가 타설되면 우 물통 기초부(20)의 하중은 증가하면 이에 따라 케이블(50)에 인가되는 장력도 증가한다. 그 후, 콘크리트가 타설된 우물통 선단부(20)를 견인 보트 등을 이용하여 설치 장소로 이동시킨다.

가이드파일 설치단계(S120)에서는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 플로터(10)와 우물통 선단부(20) 사이에 가이드파일(70)을 복수 설치한다. 가이드파일(70)은 플로터(10)의 위치를 가이드하는 역할을 한다. 가이드파일(70)은 수중 바닥면에 박히도록 설치한다. 가이드파일(70)의 설치시에는 공지된 하중재하방법, 예를 들어 바이브레이터나 유압잭 등을 이용하여 가이드파일에 하중을 인가하는 방법이 이용된다.

지지체 형성단계(S130)에서는, 우물통 기초부(20)의 상단부에 거푸집을 설치하고 거푸집에 콘크리트를 타설함으로써 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 지지체(80)를 형성한다. 지지체(80)는 우물통 기초부와 마찬가지로 환형으로 이루어지며, 지지체(80)를 적절한 높이로 형성하고 거푸집을 제거한다. 이와 같이 지지체(80)가 적절한 높이로 구획되면서 형성되면, 윈치드럼(51)을 작동시켜 케이블(50)을 푼다. 이와 같이 케이블(50)이 풀리면 우물통 기초부(20) 및 지지체(80)를 포함하는 우물통은 하강한다. 이 때, 우물통 기초부(20)의 하단부가 수중 바닥면에 닿지 않으면 윈치드럼(51)의 작동을 제어하여 지지체의 상단부를 수면 위에 배치시킨다. 그리고, 앞서 지지체(80)를 형성한 것과 마찬가지로 지지체(80)의 상단부에 콘크리트를 다시 타설하여 지지체(80)를 추가로 형성하여 우물통의 전체 높이를 증가시킨다.

이와 같이 우물통 기초부(20)의 상단부에 지지체(80)를 형성한 후에 케이블(50) 길이를 조절하여 우물통을 하강시키는 과정을 적절한 횟수만큼 반복하면, 우물통 기초부(20)의 상단부에 복수의 지지체(80)를 형성할 수 있게 되며, 결국 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 우물통 기초부(20)의 하단부를 수중의 바닥면에 접촉 지지시키며 최상단에 형성된 지지체(80)의 상단부를 수면 위에 배치시킬 수 있게 된다. 그리고, 케이블(50)을 윈치드럼(51)으로부터 더 풀어서 케이블에 장력이 인가되지 않도록 하면, 우물통 기초부(20) 및 지지체(80)의 하중에 의해 우물통의 하단부가 수중 바닥면을 뚫고 들어가 수중 바닥면으로부터 일정 깊이 들어간 지중에 접촉 지지된다. 물론, 케이블(50)에 장력이 인가되지 않을 때에도 가장 위쪽에 배치된 지지체(80)의 상단부는 수면 위에 배치되어야 한다. 이와 같이 우물통 기초부(20)의 상단부에 상하방향으로 지지체(80)를 복수 개 형성하고 케이블(50)에 장력이 인가되지 않도록 하면, 우물통 기초부(20) 및 복수의 지지체(80)가 스스로의 하중에 의해 수중 바닥면에 박히며, 이 때에 지지체(80)의 상단부는 후속작업을 위해서 수면 위로 노출되어야 한다.

특히, 지지체 형성단계(S130)에서는, 우물통 기초부(20) 및 지지체(80)가 수직방향, 즉 수면에 직교하는 방향으로 하강할 수 있도록 우물통 기초부(20)의 침하방향을 제어하는 것이 중요하다. 이를 위해서 플로터(10)를 구성하는 각 부상체의 밸런스탱크부(111)에 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 물을 적절하게 채워서, 플로터(10)의 상면을 수면에 대해 평행하게 유지시키는 것이 필요하다. 이 때, 각 부상체의 밸런스탱크부(111)에 채워지는 물의 부피는 서로 다를 수 있다. 그리고, 밸런스탱크부(111)에 물을 채워 플로터(10)의 수평도를 유지하는 과정은 지지체(80)를 형성한 후에 우물통(20)을 하강시키는 과정과 동시에 진행될 수도 있으며, 경우에 따라서는 우물통(20)을 하강시킨 후에 우물통(20)이 하강 전에 비해 비뚤어진 정도를 측정하고 우물통의 재하강이 이루어지기 전에 이루어질 수도 있다.

케이블 해제단계(S140)에서는, 제2도르래유닛(40)을 우물통 기초부(20)로부터 분리함으로써 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 우물통 기초부(20)가 더 이상 케이블(50)에 의해 지지되지 않도록 한다. 구체적으로 살펴보면, 플로터(10)에 설치된 유압펌프(62)를 작동시켜 유압을 유압라인(63)을 통해 유압액츄에이터(61)에 인가하면, 유압액츄에이터의 피스톤(612)을 도 14에 실선으로 도시된 상태에서 가상선으로 도시된 상태로 직선이동시킬 수 있게 되므로, 제2도르래유닛의 제2하우징(41) 및 우물통 기초부의 러그(23) 간의 결합이 해제된다. 따라서, 케이블(50)은 우물통 기초부(20)로부터 완전히 분리된다. 그리고, 분리된 제2도르래유닛(40)은 후속 단계(S150)을 위해서 회수하여 플로터(10)에 놓는다.

하중 인가단계(S150)에서는, 지지체(80)에 하중을 인가함으로써 우물통 기초부(20)를 더욱 침하시킨다. 앞서 설명한 바와 같이 우물통 기초부(20) 및 복수 지지체(80)의 구조물은 그 하중이 우물통 기초부(20)의 선단부 선단지지력 및 주면 마찰력보다 더 작은 지점에서는 더 이상 자중에 의해 침하되지 않는다. 따라서, 하중을 적절하게 인가함으로써 우물통 기초부(20)를 안전 지반까지 더 침하시켜야 한다. 이를 위해서, 먼저 플로터의 하중인가탱크부(112)에 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 물을 가득 채운다. 물론 밸런스탱크부(111)에도 물을 가득 채울 수도 있으며, 경우에 따라서는 각 밸런스탱크부(111)에 채워지는 물의 양을 조절하여 우물통 기초부(20)가 수직으로 박힐 수 있도록 한다. 그리고, 지지체(80)에 관통공이 형성된 러그(90)를 복수개 결합한다. 여기서, 복수의 러그(90)는 우물통 기초부(20)에 형성된 러그(23)의 개수와 동일하며, 최상단부에 형성된 지지체(80)에 결합하는 것이 바람직하다. 또한, 각 러그(90)는 지지체(80)에 앵커볼트 등의 결합수단을 이용하여 고정하나, 경우에 따라서는 콘크리트 타설시에 미리 각 러그(90)의 일정 부분을 매립하여 지지체(80)와 한 몸체를 이루도록 형성할 수도 있다.

이와 같이 각 러그(90)가 결합된 후에는, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 제2도르래유닛(40)의 제2하우징의 관통공(411) 및 러그(90)의 관통공을 서로 동축적으로 배치한 후에 유압펌프(62)를 작동시켜 핀부재(43)를 제2하우징의 관통공(411) 및 러그(90)의 관통공에 삽입한다. 그 후, 윈치드럼(51)을 회전시켜 케이블(50)이 풀리는 길이를 조절한다. 이 때, 케이블(50)을 감아서 플로터(10)가 수면으로부터 완전히 이격되면 플로터(10)에 채워진 물의 하중 전체가 우물통에 인가된다. 이와 같이 플로터(10)가 수중에 전혀 잠기지 않으면, 우물통 기초부(20)에는 하중이 최대로 인가되며 이에 따라 우물통 기초부(20)를 최대 한도로 침하시킬 수 있으며 경우에 따라서는 안전 지반에까지 박히도록 할 수도 있다. 물론, 우물통 기초부(20)가 최대로 침하되는 경우라도 수면 위에는 항상 지지체(80)의 일부라도 노출될 수 있도록 해야 하며, 이를 위해서는 우물통의 침하 정도에 따라 콘크리트를 타설하여 지지체(80)를 형성할 수도 있다. 이와 같이 우물통 기초부(20)를 최대한 침하시킨 후에는, 케이블(50)에 장력이 인가되지 않도록 윈치드럼(51)을 풀 고, 제2도르래유닛(40)을 분리한다.

그 후, 조립된 환형의 플로터(10)를 해제하여 우물통의 주변에서 이동될 수 있게 하여 다음 우물통의 시공에 사용된다.

우물통 지지단계(S160)에서는, 우물통 기초부(20)를 안전 지반까지 침하시켜 지지시키기 위해서 수중 바닥면을 굴착한다. 굴착을 위해서는 굴착장비(2)를 바지선(4)에 싣고, 굴착장비의 버킷(3)을 이용하여 우물통 기초부의 하단부 부근을 굴착한다. 이렇게 우물통 기초부의 가운데 흙을 파내면 우물통 기초부(20)의 지지력이 약해져 우물통은 다시 침하하게 된다. 이 때, 우물통(20)의 침하량에 따라서, 수면 위에 지지체(80)가 적어도 일부 노출될 수 있도록 지지체(80)를 추가로 형성하는 작업을 병행할 수 있다. 이와 같이 우물통(20)을 추가로 침하시키고 지지체(80)를 추가로 형성함으로써, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 우물통(20)을 안전 지반, 즉 기반암에 지지시킴과 동시에 수면 위에 최상단의 지지체(80)를 노출시킬 수 있게 된다.

물론, 우물통 지지단계(S160)에서의 굴착은 우물통 기초부가 안전 지반까지 침하되지 않은 경우에 이루어진다. 다만, 굴착은 우물통의 자중에 의한 침하가 더 이상 이루어지지 않은 경우에 이루어질 수 있다. 예를 들어 굴착은 하중 인가단계(S150) 이전에 이루어질 수도 있다.

가이드파일 철거단계(S170)에서는, 우물통 기초가 완성되면 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 가이드파일(70)을 모두 제거한다.

상술한 바와 같이 구성된 우물통 기초 공법에 있어서는, 우물통 기초부(20) 의 높이가 수심과 상관 없이 작게 제조할 수 있다. 따라서, 우물통 기초부(20)의 제작 및 운반이 보다 용이해 진다. 또한, 우물통 기초부(20)가 케이블(50)에 의해 플로터(10)에 연결되어 지지되므로, 종래와 달리 별도의 인양장치를 이용하여 형틀(20)을 원하는 위치까지 인양해 갈 필요가 없다. 따라서, 하천이나 강 등 협소한 장소에서도 대형 인양장비를 사용하지 않으므로 우물통 기초를 경제적으로 시공할 수 있다. 그리고, 대규모 인양장치가 필요 없게 되므로, 우물통 기초 시공이 매우 경제적으로 이루어질 수 있다.

또한, 플로터(10)에 물을 채워서 우물통에 하중을 인가할 수 있게 되므로, 우물통 기초부(20)를 보다 쉽게 하강시킬 수 있다. 또한, 수중 바닥면이 경사지거나 지지력이 달라도 우물통을 수직으로 설치할 수 있으므로, 사전에 우물통 설치 위치를 평평하게 굴착할 필요가 없어 우물통 기초 시공시 환경오염의 발생을 최소화할 수 있다.

그리고, 각 부상체의 밸런스탱크부(111)에 물을 적절하게 채우면, 우물통을 침하시킬 때에 우물통을 수면에 대해 수직으로 하강시킬 수 있게 되므로, 우물통을 원하는 수준의 수직도로 설치할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 본 발명이 일 실시예에 따른 우물통 기초 공법의 개략적인 순서도이다.

도 2 내지 도 10은 도 1에 도시된 우물통 기초 공법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 11은 도 3에 도시된 우물통 기초부가 케이블에 의해 플로터에 지지된 상태를 도시한 개략적인 평면도이다.

도 12는 도 11에 도시된 제1도르래유닛 및 제2도르래유닛의 개략적인 측면도이다.

도 13은 도 11에 도시된 제1도르래유닛 및 제2도르래유닛의 개략적인 확대도이다.

도 14는 제2도르래유닛이 우물통 기초부로부터 이탈되는 과정을 설명하기 위한 제2도르래유닛 및 러그의 개략적인 결합도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...플로터 11...부상체

12...개방구 20...우물통 기초부

23,90...러그 30...제1도르래유닛

31...제1하우징 32...제1도르래

33...제2도르래 34...보조도르래

40...제2도르래유닛 41...제2하우징

42...제3도르래 50...케이블

51...윈치드럼 61...유압액츄에이터

62...유압펌프 63...유압라인

70...가이드파일 71...콘크리트

80...지지체

Claims (12)

1. (a) 수심보다 높이가 작은 우물통 기초부를 수면에 떠 있는 플로터의 상하방향으로 개방된 개방구에 삽입하는 단계;

   (b) 상기 우물통 기초부를 상기 플로터에 설치된 드럼에 감긴 케이블에 연결하여 상기 우물통 기초부의 하중에 의해 상기 케이블에 장력을 인가하되, 상기 드럼에서 풀리는 케이블의 길이를 조절하여 상기 우물통 기초부의 상단부를 수면의 외부에 배치하고 상기 우물통 기초부의 하단부를 수중에 배치하는 단계;

   (c) 상기 우물통 기초부의 상단부에 콘크리트를 타설하여 일정 높이의 지지체를 형성하는 단계;

   (d) 상기 케이블을 상기 드럼에서 더 풀어서 상기 우물통 기초부 및 지지체를 포함하는 우물통을 침하시키되, 상기 지지체의 상단부를 수면의 외부에 배치하는 단계;

   (e) 상기 (c)단계 및 (d)단계를 1회 이상 반복하여 상기 우물통 기초부의 상단부에 상하방향으로 연속하는 복수의 지지체를 형성함으로써 상기 우물통의 상하방향으로의 크기를 증가시키되, 상기 복수의 지지체 중 최상단에 배치된 지지체의 상단부를 상기 수면의 외부에 배치하며 상기 우물통 기초부의 하단부를 상기 수중의 바닥면 또는 상기 수중의 바닥면으로 일정 깊이 침하된 지중에 접촉 지지시키는 단계;

   (f) 상기 우물통 기초부 및 케이블 간의 연결을 해제하는 단계;

   (g) 상기 우물통 기초부로부터 분리된 케이블을 상기 복수의 지지체 중 어느 하나의 지지체에 연결하는 단계;

   (h) 상기 플로터의 내부에 물을 채우는 단계; 및

   (i) 상기 드럼에서 풀리는 케이블의 길이를 조절함으로써 상기 플로터에 채워진 물의 하중을 상기 우물통에 인가하여 상기 우물통을 침하시키는 단계;를 더 구비하며,

   상기 (i)단계 이후에도 상기 수면의 위쪽에는 상기 지지체의 적어도 일부가 배치되는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   (j) 상기 (b) 단계 이후 상기 플로터의 내부에 서로 격리되게 형성된 복수의 밸런스탱크부 중 하나 이상의 밸런스탱크부에 물을 채워 상기 우물통의 침하시 상기 플로터의 상면을 상기 수면에 대해 평행하게 유지하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
4. 제 1항에 있어서,

   (k) 상기 (b) 단계 이후 상기 플로터와 우물통 기초부 사이에 복수의 가이드파일을 설치하는 단계; 및

   (l) 상기 지지체를 형성하기 전에 상기 우물통 기초부의 내부에 콘크리트를 타설하는 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 플로터는 방사형으로 배치되며 상호 착탈 가능하게 결합되는 복수의 부상체를 포함하며,

   상기 개방구는 상기 복수의 부상체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 플로터에는 복수의 제1도르래유닛이 결합되며,

   상기 우물통 기초부에는 상기 제1도르래유닛과 동일한 개수의 제2도르래유닛이 결합되며,

   상기 케이블은 상기 복수의 제1도르래유닛 및 복수의 제2도르래유닛 모두에 가이드되어 지지되는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 복수의 제1도르래유닛 및 복수의 제2도르래유닛은 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 복수의 제1도르래유닛 각각은 상기 복수의 제2도르래유닛 각각과 쌍을 이루어 복수의 도르래유닛 쌍이 형성되며,

   상기 케이블은 상기 복수의 도르래유닛 쌍의 배치 방향을 따라 상기 복수의 도르래유닛 쌍에 각각 순차적으로 가이드되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 제1도르래유닛은,

   상기 플로터에 고정되는 제1하우징;

   상기 제1하우징에 회전 가능하게 결합되며, 상기 케이블이 가이드되는 홈부가 외주면에 형성되며, 서로 평행한 한 쌍의 제1도르래; 및

   상기 제1하우징에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제1도르래의 회전중심축과 직교하는 회전중심축을 가지며, 상기 케이블이 가이드되는 홈부가 외주면에 형성되며, 서로 평행하게 배치되는 복수의 제2도르래;를 구비하며,

   상기 각 제2도르래유닛은,

   상기 우물통 기초부에 결합되는 제2하우징; 및

   상기 제2하우징에 회전 가능하게 결합되며, 상기 제1도르래의 회전중심축과 직교하는 회전중심축을 가지며, 상기 케이블이 가이드되는 홈부가 외주면에 형성되 며, 서로 평행한 복수의 제3도르래;를 포함하는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 제2도르래유닛은 상기 우물통 기초부에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 우물통 기초부에는 상기 제2도르래유닛과 동일한 개수의 러그가 형성되며,

    상기 각 제2도르래유닛 및 각 러그에 삽입되는 핀부재; 및

    상기 각 핀부재가 상기 제2도르래유닛 및 러그 중 어느 하나로부터 이탈되도록 상기 각 핀부재를 구동하는 구동수단;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 구동수단은,

    상기 각 핀부재가 결합되는 피스톤을 가지는 유압액츄에이터;

    상기 수면 위에 배치되며, 상기 각 피스톤을 구동하는 유압을 인가하는 유압펌프; 및

    상기 각 유압액츄에이터 및 유압펌프를 연결하는 유압라인;을 구비하는 것을 특징으로 하는 우물통 기초 공법.

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