KR102392135B1

KR102392135B1 - 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치 및 시공 방법

Info

Publication number: KR102392135B1
Application number: KR1020200126961A
Authority: KR
Inventors: 김동준
Original assignee: 현대건설주식회사
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: KR20220043498A

Abstract

본 발명은 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치 및 시공 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 시공 시 가이드 역할과 작업대 역할을 수행하는 지그(Jig)로서, 잭업 바지(Jack-up Barge)의 메인 바지에 설치되고, 자켓 파일 시공 위치가 내부에 위치하도록 구성되는 수상 지그; 수상 지그의 상부의 자켓 파일 시공 위치에 대응되는 위치에 구성되고, 파일(pile)이 관통되는 삽입홀이 구성되는 파일 가이드인 케이싱 가이드; 케이싱 가이드의 삽입홀에 삽입되어 수상 지그에 수직하게 설치되는 중공의 원통형 구성으로서, 일단이 해저지반에 관입 시공되어 수상 지그에 수직하게 고정되는 케이싱;이 제공될 수 있다.

Description

해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치 및 시공 방법{Pre-filing construction apparatus and construction method of offshore jacket foundation structure}

본 발명은 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치 및 시공 방법에 관한 것이다.

기존의 해상 자켓 기초 구조물의 시공 시에는 자켓 기초구조물을 해저면에 거치한 뒤 말뚝을 시공하는 포스트 파일링(Post-piling) 공법이 주로 사용되고 있었다. 도 1은 포스트 파일링 공법의 시공 단계를 도시한 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 포스트 파일링 공법의 일반적인 시공 단계는 해상 크레인 등을 이용하여 자켓을 해저면에 거치하는 자켓 거치 단계, 해상 크레인으로 거치한 상태에서 자켓의 레그 내부를 통해 자켓 파일을 항타하여 지반에 고정시키는 자켓 파일 항타 단계, 자켓 파일 내부를 통해 자켓 파일을 통과하여 암반까지 굴착하는 암반 굴착 단계, 핀파일을 삽입하고 그라우팅을 실시하여 핀파일, 자켓 파일, 레그, 지반을 서로 고정하는 고정 단계를 포함한다. 이러한 포스트 파일링은 모든 공정이 연속적으로 시행되므로 다수의 자켓이 시공되는 동안 관련 장비들이 지속적으로 필요하므로 장비 동원 기간과 대기 시간이 상대적으로 긴 단점이 있다. 또한, 자켓 레그 내부로 말뚝을 시공하는 방식이므로, 자켓 레그와 말뚝의 독립적인 설계가 불가능한 문제가 있다.

이에, 최근 해상풍력발전 분야에서는 말뚝을 먼저 시공한 뒤에 자켓 기초 구조물을 거치하는 방식인 프리 파일링(Pre-piling) 공법이 새로 개발되어 적용되고 있다. 프리 파일링 공법의 일반적인 시공 단계는, 해저면에 대한 평탄화 등 준비 작업을 수행하는 준비 단계, 해저면에 템플리트를 놓고 이를 가이드로 삼아 말뚝을 시공하는 말뚝 시공 단계, 시공 완료된 말뚝에 자켓을 거치한 후 그라우팅을 수행하여 말뚝과 자켓을 결합하는 그라우팅 단계를 포함한다. 도 2는 프리 파일링 공법에서 사용되는 프리 파일링 템플리트 및 수평 측정 장치를 도시한 모식도, 도 3은 프리 파일링 공법에서 사용되는 프라 파일링 템플리트 설치 잭업 바지를 도시한 사진이다. 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 이러한 프리 파일링 방식은 포스트 파일링 공법에 비하여 공사기간 단축, 해상 장비 사용 기간 단축, 기초 구조물에 사용되는 재료 절감 등의 장점이 있지만, 해저면에 템플리트를 설치하여 수행되고 고정밀 수중 계측 장비 및 기계 장비가 사용되므로 장치 비용이 증가되는 단점이 있다.

또한, 해저면 경사에서 발생되는 프리 파일링 공법의 단점과 관련하여, 도 4는 각도 조절 장치를 구비하는 프리 파일링 템플리트를 도시한 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기존의 프리 파일링 템플리트는 해저면 경사에 대응하기 위해서 수중에서 작동하는 복잡한 기계 장치인 각도 조절 장치를 별도로 구비하여야 하는 단점이 있었다.

또한, 프리 파일링 공법은 항타 강관 말뚝 공법에 적용되도록 개발되어서, 암반지반을 굴착하여 말뚝을 시공해야 하는 조건에서는 적용성이 저하되는 단점이 있었다. 도 5는 프리 파일링 수중 템플리트에 일반적으로 적용되는 말뚝 항타 작업을 도시한 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기존의 프리 파일링 템플리트에서 항타 강관 말뚝 시공 단계는 해저면에 템플리트를 거치하는 템플리트 거치 단계, 템플리트의 말뚝 가이드를 통해 강관 말뚝을 거치하는 말뚝 거치 단계, 항타 해머로 강관 말뚝을 관입시키며, 말뚝 머리가 수중의 예정 레벨에 도달할 때까지 관입 작업을 진행하는 말뚝 관입 단계, 항타 해머를 회수하는 회수 단계를 포함한다. 이때, 지반 조건 중 하나인 토사층의 두께와 강도가 충분하여 항타가 가능한 지층까지 말뚝을 시공하는 경우에는 적용성이 있으나, 토사층의 두께나 강도가 충분하지 못하여 암반층에 말뚝 근입이 필요한 경우에는 암반층을 굴착하고 말뚝을 설치하기 위한 장비와 시공 단계가 별도로 필요한 단점이 있다. 특히, 항타 해머의 경우에는 수중 항타 장비 수급이 가능하나, 암반 굴착 장비의 경우에는 보편화되지 않아 적절한 수급이 어려운 단점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1659783, 해상풍력발전 콘크리트 기초구조물 및 그 제조방법과 설치방법 영국 공개특허 GB2536228A, Apparatus and methods for installing a substructure, Owec Tower AS 미국 등록특허 US10316484B2, Pile driving guide, IHC IQIP UK Ltd, IHC Sea Steel Ltd

따라서 본 발명의 목적은, 프리 파일링 공법을 적용하면서도 수중 장비가 아닌 수상에 설치된 계측 장비 및 기계 장비를 활용하여 수중에서의 공정을 최소화하고, 암반지반을 굴착하여 말뚝을 시공해야 하는 조건에서도 적용이 가능한 프리파일링 공법을 구현할 수 있는 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치 및 시공 방법을 제공하는 데에 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 목적은, 시공 시 가이드 역할과 작업대 역할을 수행하는 지그(Jig)로서, 잭업 바지(Jack-up Barge)의 메인 바지에 설치되고, 자켓 파일 시공 위치가 내부에 위치하도록 구성되는 수상 지그; 상기 수상 지그의 측부에 수직으로 설치되고, 일단이 해저지반에 관입 시공되어 상기 수상 지그를 지지하는 파일(pile)인 지그 핀파일; 상기 수상 지그의 상부의 상기 자켓 파일 시공 위치에 대응되는 위치에 구성되고, 파일(pile)이 관통되는 삽입홀이 구성되는 파일 가이드인 케이싱 가이드; 상기 케이싱 가이드의 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 수상 지그에 수직하게 설치되는 중공의 원통형 구성으로서, 일단이 상기 해저지반에 관입 시공되어 상기 수상 지그에 수직하게 고정되는 케이싱; 및 상기 케이싱 내부로 시공되어 상기 해저지반에 관입되는 파일(pile)인 자켓 파일;을 포함하며, 상기 자켓 파일은, 내부에 절단기가 삽입되어 기설정된 특정 위치에서 절단되며, 절단된 상기 자켓 파일인 자켓 파일 절단부는 인양되고, 상기 해저지반에 고정된 상기 자켓 파일인 자켓 파일 고정부의 상단에 자켓 레그가 삽입되어 결합되고, 상기 케이싱은, 상기 자켓 파일 시공 시 위치 오차를 제한하고, 상기 자켓 파일의 절단면의 측량 시 가물막이 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는, 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치를 제공하여 달성될 수 있다.

또한, 상기 케이싱의 상단에 구성되며, 상기 자켓 파일의 상기 절단면을 수상에서 측량할 수 있는 측량기가 설치되는 거치대; 를 더 포함하고, 상기 거치대는, 해수면 대비 특정 각도로 경사진 판상으로서 설치되는 상기 측량기의 광학모듈이 상기 케이싱의 중심에 위치되도록 상기 케이싱의 내측에 위치하는 경사부, 상기 케이싱과 결합되어 상기 경사부을 지지하는 결합부 및 상기 경사부과 상기 결합부를 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 특정 각도는 상기 측량기가 직하방과 주변 기지점들을 동시에 시준하는 각도를 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 케이싱의 하단부 외측에 구성되고, 상기 케이싱의 직경방향으로 돌출구성되는 보강재;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 케이싱의 하단부 내측에 구성되고, 상기 케이싱의 내측 직경방향으로 돌출 구성되는 내측 가이드;를 더 포함하고, 상기 내측 가이드에 의해 형성되는 내부 공간의 직경은 상기 자켓 파일이 삽입될 수 있도록 상기 자켓 파일의 외경보다 크게 구성되며, 상기 내측 가이드의 상단에는 상기 내측 가이드에 의해 형성되는 상기 내부 공간의 직경이 하단으로 갈수록 점진적으로 감소하는 경사부가 형성되어, 삽입되는 상기 자켓 파일의 위치 오차가 조정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치를 이용한 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법과 관련하여, 잭업 바지를 자켓 파일 시공 위치에 이동시키고 메인 바지에 설치한 레그 스퍼드를 순차적으로 하강시켜서 상기 레그 스퍼드의 하단을 해저지반에 밀착시킨 뒤, 상기 레그 스퍼드를 하강시켜서 상기 메인 바지를 수면 위로 승강시키는 잭업 바지 이동 및 설치 단계; 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 수상 지그를 상기 메인 바지에 거치하고 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 지그 핀파일을 항타하여 상기 해저지반에 고정한 뒤, 상기 수상 지그와 상기 지그 핀파일을 고정결합하여 상기 수상 지그를 고정하는 지그 거치 및 핀파일 항타 단계; 상기 수상 지그의 상부면의 상기 자켓 파일 시공 위치에 대응되는 위치에 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 케이싱 가이드를 설치하는 케이싱 가이드 설치 단계; 상기 케이싱 가이드를 관통하여 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 케이싱을 삽입한 뒤, 상기 케이싱을 항타하여 상기 해저지반에 관입시키는 케이싱 항타 단계; 상기 케이싱의 내부에 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 자켓 파일을 삽입하고, 상기 자켓 파일을 항타하여 상기 해저지반에 관입시키는 자켓 파일 항타 단계; 상기 자켓 파일의 내부를 통해 상기 해저지반 중 상기 자켓 파일의 관입 구간을 굴착하는 굴착 단계; 상기 자켓 파일의 내부를 통해 절단기를 삽입하여 기설정된 특정 위치에서 상기 자켓 파일을 절단하고, 상기 절단기 및 상기 자켓 파일의 절단부인 자켓 파일 절단부를 인양하며, 상기 케이싱 내부를 양수하는 자켓 파일 절단 단계; 상기 수상 지그의 상부면의 상기 케이싱에 구성된 측량기로 상기 자켓 파일의 절단면의 레벨 및 위치를 측량하는 절단면 측량 단계; 상기 케이싱을 인발하는 케이싱 인발 단계; 상기 수상 지그를 해체하고, 상기 지그 핀파일을 인발하는 지그 해체 단계; 상기 자켓 파일에서 상기 자켓 파일 절단부가 인양된 나머지 부분인 자켓 파일 고정부의 상단에 자켓 레그가 삽입되도록 하여 자켓을 거치하는 자켓 거치 단계; 및 상기 자켓 파일 고정부의 내측과 삽입된 상기 자켓 레그 사이의 공간을 그라우팅하여 상기 자켓과 상기 자켓 파일 고정부를 고정결합하는 자켓 결합 단계;를 포함하는, 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법을 제공하여 달성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존 프리 파일링 공법 대비 수중에 설치되는 템플리트와 계측 장비를 수상에 설치되는 지그와 일반 측량 장비로 대체하여 비용 절감, 작업성 증대, 정확도 향상되는 효과가 발생된다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존 프리 파일링 공법이 암반 굴착 말뚝에 직접 적용이 어려웠던 반면, 암반 굴착 말뚝이 필요한 자켓 기초 구조물에도 적용 가능해지는 효과가 발생된다.

셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존의 포스트 파일링 공법 대비하여 프리 파일링 공법의 장점을 온전히 확보할 수 있는 효과가 발생된다.

넷째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자켓 본체와 트랜지션피스를 일체화 시공하여 분리시공 대비 제작, 운반, 현장설치 공정 단순화가 가능해지는 효과가 발생된다.

다섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자켓 레그 내부로 말뚝을 시공하는 방식 대비 말뚝을 자켓 레그 외부에 별도로 시공하여 자켓 레그와 말뚝의 독립적인 설계를 통해 최적화 가능해지는 효과가 발생된다.

여섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 말뚝 설치 공정과 자켓 설치 공정 각각에 대한 최적화 작업 계획이 가능해지는 효과가 발생된다.

일곱째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자켓 리드타임 이전에 말뚝 시공이 가능하므로 현장 작업에 조기 착수할 수 있는 효과가 발생된다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.

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 포스트 파일링 공법의 시공 단계를 도시한 모식도,
도 2는 프리 파일링 공법에서 사용되는 프리 파일링 템플리트 및 수평 측정 장치를 도시한 모식도,
도 3은 프리 파일링 공법에서 사용되는 프라 파일링 템플리트 설치 잭업 바지를 도시한 사진,
도 4는 각도 조절 장치를 구비하는 프리 파일링 템플리트를 도시한 모식도,
도 5는 프리 파일링 수중 템플리트에 일반적으로 적용되는 말뚝 항타 작업을 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치를 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 거치대(42)를 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 보강재를 도시한 모식도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소섬유 피복을 도시한 모식도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 내측 가이드를 도시한 모식도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘의 구성을 도시한 모식도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법를 도시한 흐름도,
도 13은 잭업 바지 이동 및 설치 단계(S10)를 도시한 모식도,
도 14는 지그 거치 및 핀파일 항타 단계(S11)를 도시한 모식도,
도 15는 케이싱 가이드 설치 단계(S12)를 도시한 모식도,
도 16은 케이싱 항타 단계(S13)를 도시한 모식도,
도 17은 자켓 파일 항타 단계(S14)를 도시한 모식도,
도 18은 굴착 단계(S15)를 도시한 모식도,
도 19는 핀파일 근입 단계(S16)를 도시한 모식도,
도 20은 자켓 파일 절단 단계(S17)를 도시한 모식도,
도 21은 절단면 측량 단계(S18)를 도시한 모식도,
도 22는 케이싱 인발 단계(S19)를 도시한 모식도,
도 23은 지그 해체 단계(S20)를 도시한 모식도,
도 24는 자켓 거치 단계(S21)를 도시한 모식도,
도 25는 자켓 결합 단계(S22)를 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, 특정 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, 특정 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치를 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치(1)는 수상 지그(10), 핀파일(20), 케이싱 가이드(30), 케이싱(40), 자켓 파일(50), 핀파일(60)을 포함할 수 있다.

수상 지그(10)는, 자켓 파일(50) 시공 시 가이드 역할과 작업대 역할을 수행하는 지그(Jig)로서, 잭업 바지(Jack-up Barge)의 메인 바지에 설치되는 수상 구조물이다. 수상 지그(10)의 설치는 자켓 파일(50)의 시공 위치를 수상 지그(10)가 포함하도록 설치되며, 예를 들면 해상 자켓 기초 구조물의 단면적보다 크게 구성될 수 있다. 수상 지그(10)는 항타 해머, 진동 해머, 말뚝 굴착 장비(RCD 등), 그라우팅 장비, 크레인 등의 기초 구조물 시공에 필요한 장비를 지지하도록 구성될 수 있다.

이때, 잭업 바지의 설치 공법은 예를 들어, JB COS(Jack-up Barge to Construct Offshore Structure)이 적용될 수 있고, 메인 바지에 설치한 레그 스퍼드를 순차적으로 하강시켜서 레그 스퍼드의 하단을 해저 지면에 밀착시키는 레그 스퍼드 설치 단계, 레그 스퍼드를 하강시켜서 메인 바지를 수면 위로 승강시키는 바지의 안착 단계를 포함할 수 있다.

지그 핀파일(20)은, 상기 수상 지그(10)의 측부에 수직으로 설치되고, 일단이 해저지반의 토사에 관입 시공되어 수상 지그(10)를 지지하는 파일(pile)이다. 지그 핀파일(20)은 자켓 파일(50)의 절단이 완료되고 케이싱(40)이 인발되며 수상 지그(10)가 해체된 이후에 인발될 수 있다.

케이싱 가이드(30)는, 상기 수상 지그(10)의 상부에 케이싱(40)을 삽입할 수 있도록 삽입홀이 구성되고, 자켓 파일(50) 삽입 위치에 대응되는 수상 지그(10)의 위치에 구성되는 가이드이다.

케이싱(40)은, 상기 케이싱 가이드(30)의 삽입홀에 삽입되어 수상 지그(10)에 수직하게 설치되는 중공의 원통형 구성으로서, 자켓 파일(50) 시공 시 위치 오차를 제한하고 측량 시 가물막이 역할을 수행하는 구성이다. 케이싱(40)의 일단이 해저지반의 토사에 관입 시공되어 수상 지그(10)에 수직하게 고정된다.

또한, 케이싱(40)의 상단에는 절단기에 의해 절단된 자켓 파일(50)의 절단면을 수상에서 측량할 수 있는 측량기(41)가 설치되는 거치대(42)가 구성될 수 있다. 측량기(41)는 3D 스캐너, 토탈스테이션 등의 일반 측량 장비를 의미할 수 있다.

거치대(42)와 관련하여, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 거치대(42)를 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 거치대(42)는 수면 대비 특정 각도로 경사진 판상으로서 설치되는 측량기(41)의 광학모듈이 케이싱(40)의 중심에 위치되도록 케이싱(40)의 내측에 위치하는 경사부, 상기 경사부과 결합부를 연결하는 연결부, 케이싱(40)과 결합되어 경사부과 연결부를 지지하는 결합부를 포함할 수 있으며, 상기 특정 각도는 측량기(41)가 직하방과 현장 내의 주변 기지점들을 동시에 시준할 수 있도록 하는 각도를 의미한다.

거치대(42)의 결합부의 케이싱(40)과의 결합 방식은 볼트-너트 결합, 암수결합, 집게부 결합, 핀 결합, 리벳 결합 등의 다양한 기계 결합 방식을 포함할 수 있고, 케이싱(40), 자켓 파일(50) 및 핀파일(60)이 시공된 이후에 케이싱(40)과 고정결합 될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 측량기(41)가 거치대(42)에 의해 케이싱(40)의 상단에 구성되므로, 수상에서 케이싱(40) 내부 하단의 자켓 파일(50) 절단면을 스캔 및 측량할 수 있는 효과가 발생된다. 특히, 측량기(41)가 토탈스테이션인 경우에는 통상적으로 직하방의 측량이 불가능하여 본 발명의 자켓 파일(50) 절단면을 측량하는데 이용할 수 없으나, 본 발명의 일실시예에 따른 거치대(42)에 의하면 측량기(41)로서 토탈스테이션도 적용할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

케이싱(40)의 부가 구성과 관련하여, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 보강재를 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 케이싱(40)의 하단부 외측에는 케이싱(40)의 직경방향으로 돌출되는 보강재(43)가 더 구성될 수 있다. 보강재(43)는 수직 판형, 막대형, 나선형 등의 형태로 구성된다. 보강재(43)의 구성에 따르면 케이싱(40)의 휨강성이 향상되고 진동이 저감되며, 지반 내 근입 부분에서는 횡방향 투영 면적이 증가되어 수평지지력이 향상되고 설치 시 정밀도가 향상되는 효과가 발생된다. 보강재(43)가 구성되는 경우에는 보강재(43)의 높이가 케이싱 가이드(30)의 삽입홀 내에 케이싱(40) 및 보강재(43)가 삽입될 수 있는 높이로 구성되거나, 케이싱 가이드(30)의 삽입홀에 별도로 보강재(43)가 삽입되어 통과될 수 있는 홈이 구성될 수 있다.

케이싱(40)의 다른 부가 구성과 관련하여, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 탄소섬유 피복을 도시한 모식도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 케이싱(40)의 하단부 외측에는 탄소섬유(44)가 피복되도록 구성될 수 있다. 케이싱(40) 하단부 외측의 탄소섬유(44) 피복에 따르면 최소한의 무게 증가로 강도 및 강성이 향상되어 시공성이 향상되는 효과가 발생된다.

케이싱(40)의 다른 부가 구성과 관련하여, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 내측 가이드를 도시한 모식도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 케이싱(40)의 하단부 내측에는 내측 가이드(45)가 케이싱(40)의 내측 직경방향으로 돌출 구성될 수 있다. 내측 가이드(45)에 의해 형성되는 내부 공간의 직경은 자켓 파일(50)이 삽입될 수 있도록 자켓 파일(50)의 외경보다 크게 구성된다. 특히, 내측 가이드(45)의 상단에는 내측 가이드(45)에 의해 형성되는 내부 공간의 직경이 하단으로 갈수록 점진적으로 감소하는 경사부가 형성되어 삽입되는 자켓 파일(50)의 위치 오차가 조정되도록 구성될 수 있다.

자켓 파일(50)은, 케이싱(40) 내부로 시공되어 해저지반의 풍화암에 관입되는 파일(pile)이다. 핀파일(60) 근입 및 그라우팅 이후 자켓 파일(50)의 내부에 절단기가 삽입되어 기설정된 특정 위치에서 절단되며, 절단된 자켓 파일(50)인 자켓 파일 절단부(51)는 인양된다. 케이싱(40) 인발 및 수상 지그(10) 해제 이후, 해저지반에 고정된 자켓 파일(50)인 자켓 파일 고정부(52)의 상단에 자켓 레그가 삽입되어 결합된다.

자켓 파일 고정부(52)의 절단면에는 측량기(41)를 위한 프리즘이 설치될 수 있다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 프리즘의 구성을 도시한 모식도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 케이싱(40)의 내측, 자켓 파일 고정부(52)의 절단면 상단에는 프리즘(53)이 구성될 수 있으며, 프리즘(53)에 의하면 측량기(41)로서 토탈스테이션이 활용되는 경우에 오차가 저감되는 효과가 발생될 수 있다. 자켓 파일 고정부(52)의 절단면이 평면이 아닌 경우에는 삼각형 거치대로 측점의 위치를 바꾸어가며 다수 측정할 수 있고, 절단면이 평면인 경우에는 4개 이상의 프리즘을 장착하여 1회 측정하도록 구성될 수 있다. 프리즘(53)은 케이블 릴을 통해 케이싱(40) 내부로 인양되거나 하강될 수 있다.

핀파일(60)은, 자켓 파일(50) 내부로 시공되어 해저지반의 연암에 관입되는 파일(pile)이다. 핀파일(60)은 시공된 이후 자켓 파일(50)과의 내부 공간이 그라우팅되어 자켓 파일(50)과 고정결합 될 수 있다.

위와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치(1)에 따르면, 기존 프리 파일링 공법 대비 수중에 설치되는 템플리트와 계측 장비를 수상에 설치되는 지그인 수상 지그(10)와 일반 측량 장비인 측량기(41)로 대체하여 비용 절감, 작업성 증대, 정확도 향상되는 효과가 발생된다. 또한, 기존 프리 파일링 공법이 암반 굴착 말뚝에 직접 적용이 어려웠던 반면, 암반 굴착 말뚝이 필요한 자켓 기초 구조물에도 적용 가능해지는 효과가 발생된다. 또한, 기존의 포스트 파일링 공법 대비하여 프리 파일링 공법의 장점을 온전히 확보할 수 있는 효과가 발생된다. 또한, 자켓 본체와 트랜지션피스를 일체화 시공하여 분리시공 대비 제작, 운반, 현장설치 공정 단순화가 가능해지는 효과가 발생된다. 또한, 자켓 레그 내부로 자켓 파일(50)을 시공하는 기존의 방식 대비 자켓 파일(50)을 자켓 레그 외부에 별도로 시공하여 자켓 레그와 자켓 파일(50)의 독립적인 설계를 통해 최적화 가능해지는 효과가 발생된다. 또한, 자켓 파일(50) 설치 공정과 자켓 설치 공정 각각에 대한 최적화 작업 계획이 가능해지는 효과가 발생된다. 또한, 자켓 리드타임 이전에 자켓 파일(50) 시공이 가능하므로 현장 작업에 조기 착수할 수 있는 효과가 발생된다.

해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법를 도시한 흐름도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법은, 잭업 바지 이동 및 설치 단계(S10), 지그 거치 및 핀파일 항타 단계(S11), 케이싱 가이드 설치 단계(S12), 케이싱 항타 단계(S13), 자켓 파일 항타 단계(S14), 굴착 단계(S15), 핀파일 근입 단계(S16), 자켓 파일 절단 단계(S17), 절단면 측량 단계(S18), 케이싱 인발 단계(S19), 지그 해체 단계(S20), 자켓 거치 단계(S21), 자켓 결합 단계(S22)를 포함할 수 있다.

잭업 바지 이동 및 설치 단계(S10)와 관련하여, 도 13은 잭업 바지 이동 및 설치 단계(S10)를 도시한 모식도이다. 도 13에 도시된 바와 같이 잭업 바지 이동 및 설치 단계(S10)는, 잭업 바지를 자켓 파일(50) 시공 위치에 이동시키고 세팅하는 단계이다. 잭업 바지 이동 및 설치 단계(S10)는 메인 바지에 설치한 레그 스퍼드를 순차적으로 하강시켜서 레그 스퍼드의 하단을 해저 지면에 밀착시키는 레그 스퍼드 설치 단계, 레그 스퍼드를 하강시켜서 메인 바지를 수면 위로 승강시키는 바지의 안착 단계를 포함할 수 있다.

지그 거치 및 핀파일 항타 단계(S11)와 관련하여, 도 14는 지그 거치 및 핀파일 항타 단계(S11)를 도시한 모식도이다. 도 14에 도시된 바와 같이 지그 거치 및 핀파일 항타 단계(S11)는, 수상 지그(10)를 메인 바지에 거치하고 지그 핀파일(20)을 항타하여 해저지반에 고정한 뒤, 수상 지그(10)와 지그 핀파일(20)을 고정결합하여 수상 지그(10)를 고정하는 단계이다.

케이싱 가이드 설치 단계(S12)와 관련하여, 도 15는 케이싱 가이드 설치 단계(S12)를 도시한 모식도이다. 도 15에 도시된 바와 같이 케이싱 가이드 설치 단계(S12)는, 수상 지그(10)의 상부면의 자켓 파일(50) 시공 위치에 대응되는 위치에 케이싱(40)의 시공 시 가이드를 위한 케이싱 가이드(30)를 설치하는 단계이다.

케이싱 항타 단계(S13)와 관련하여, 도 16은 케이싱 항타 단계(S13)를 도시한 모식도이다. 도 16에 도시된 바와 같이 케이싱 항타 단계(S13)는, 케이싱 가이드(30)를 관통하여 케이싱(40)을 삽입한 뒤, 케이싱(40)을 항타하여 해저지반에 관입시키는 단계이다.

자켓 파일 항타 단계(S14)와 관련하여, 도 17은 자켓 파일 항타 단계(S14)를 도시한 모식도이다. 도 17에 도시된 바와 같이 자켓 파일 항타 단계(S14)는, 케이싱(40)의 내부에 자켓 파일(50)을 삽입하고, 자켓 파일(50)을 항타하여 해저지반에 관입시키는 단계이다.

굴착 단계(S15)와 관련하여, 도 18은 굴착 단계(S15)를 도시한 모식도이다. 도 18에 도시된 바와 같이 굴착 단계(S15)는, 자켓 파일(50)의 내부를 통해 해저지반 중 자켓 파일(50) 및 핀파일(60)의 관입 구간을 굴착하는 파일 굴착 단계이다.

핀파일 근입 단계(S16)와 관련하여, 도 19는 핀파일 근입 단계(S16)를 도시한 모식도이다. 도 19에 도시된 바와 같이 핀파일 근입 단계(S16)는, 자켓 파일(50)의 내부에 굴착된 구간까지 핀파일(60)을 근입시키고, 핀파일(60) 내측 공간, 핀파일(60) 외측과 지반 사이 공간, 핀파일(60) 외측과 자켓 파일(50) 내측 공간을 그라우팅하는 단계이다.

자켓 파일 절단 단계(S17)와 관련하여, 도 20은 자켓 파일 절단 단계(S17)를 도시한 모식도이다. 도 20에 도시된 바와 같이 자켓 파일 절단 단계(S17)는, 자켓 파일(50)의 내부를 통해 절단기를 삽입하여 기설정된 특정 위치에서 자켓 파일(50)을 절단하고, 절단기 및 자켓 파일 절단부(51)를 인양하며, 케이싱(40) 내부를 양수하는 단계이다. S17 이후, 해저지반에는 자켓 파일 고정부(52)와 핀파일(60)이 남아있게 된다.

절단면 측량 단계(S18)와 관련하여, 도 21은 절단면 측량 단계(S18)를 도시한 모식도이다. 도 21에 도시된 바와 같이 절단면 측량 단계(S18)는, 수상 지그(10) 상부면의 케이싱(40) 상단 거치대(42)에 구성된 측량기(41)로 자켓 파일 고정부(52)의 절단면의 레벨 및 위치를 측량하는 단계이다. 자켓 파일 고정부(52)의 절단면의 레벨 및 위치가 적정 수준일 때 S19로 진행한다.

케이싱 인발 단계(S19)와 관련하여, 도 22는 케이싱 인발 단계(S19)를 도시한 모식도이다. 도 22에 도시된 바와 같이 케이싱 인발 단계(S19)는, 크레인을 통해 케이싱(40)을 인발하는 단계이다.

지그 해체 단계(S20)와 관련하여, 도 23은 지그 해체 단계(S20)를 도시한 모식도이다. 도 23에 도시된 바와 같이 지그 해체 단계(S20)는, 수상 지그(10)를 해체하고, 크레인을 통해 지그 핀파일(20)을 인발하는 단계이다.

자켓 거치 단계(S21)와 관련하여, 도 24는 자켓 거치 단계(S21)를 도시한 모식도이다. 도 24에 도시된 바와 같이 자켓 거치 단계(S21)는, 설치된 자켓 파일 고정부(52)의 상단에 자켓 레그가 삽입되도록 하여 자켓을 거치하는 단계이다.

자켓 결합 단계(S22)와 관련하여, 도 25는 자켓 결합 단계(S22)를 도시한 모식도이다. 도 25에 도시된 바와 같이 자켓 결합 단계(S22)는, 자켓 파일 고정부(52) 내측과 삽입된 자켓 레그 사이의 공간을 그라우팅하여 자켓 레그와 자켓 파일 고정부(52)를 고정결합하는 단계이다.

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: 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치
10: 수상 지그
20: 지그 핀파일
30: 케이싱 가이드
40: 케이싱
41: 측량기
42: 거치대
43: 보강재
44: 탄소섬유
50: 자켓 파일
51: 자켓 파일 절단부
52: 자켓 파일 고정부
53: 프리즘
60: 핀파일

Claims

시공 시 가이드 역할과 작업대 역할을 수행하는 지그(Jig)로서, 잭업 바지(Jack-up Barge)의 메인 바지에 설치되고, 자켓 파일 시공 위치가 내부에 위치하도록 구성되는 수상 지그;
상기 수상 지그의 측부에 수직으로 설치되고, 일단이 해저지반에 관입 시공되어 상기 수상 지그를 지지하는 파일(pile)인 지그 핀파일;
상기 수상 지그의 상부의 상기 자켓 파일 시공 위치에 대응되는 위치에 구성되고, 파일(pile)이 관통되는 삽입홀이 구성되는 파일 가이드인 케이싱 가이드;
상기 케이싱 가이드의 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 수상 지그에 수직하게 설치되는 중공의 원통형 구성으로서, 일단이 상기 해저지반에 관입 시공되어 상기 수상 지그에 수직하게 고정되는 케이싱; 및
상기 케이싱 내부로 시공되어 상기 해저지반에 관입되는 파일(pile)인 자켓 파일;
을 포함하며,
상기 자켓 파일은, 내부에 절단기가 삽입되어 기설정된 특정 위치에서 절단되며, 절단된 상기 자켓 파일인 자켓 파일 절단부는 인양되고, 상기 해저지반에 고정된 상기 자켓 파일인 자켓 파일 고정부의 상단에 자켓 레그가 삽입되어 결합되고,
상기 케이싱은, 상기 자켓 파일 시공 시 위치 오차를 제한하고, 상기 자켓 파일의 절단면의 측량 시 가물막이 역할을 수행하며,
상기 케이싱의 상단에 구성되며, 상기 자켓 파일의 상기 절단면을 수상에서 측량할 수 있는 측량기가 설치되는 거치대;를 더 포함하고,
상기 거치대는, 해수면 대비 특정 각도로 경사진 판상으로서 설치되는 상기 측량기의 광학모듈이 상기 케이싱의 중심에 위치되도록 상기 케이싱의 내측에 위치하는 경사부, 상기 케이싱과 결합되어 상기 경사부을 지지하는 결합부 및 상기 경사부과 상기 결합부를 연결하는 연결부를 포함하며,
상기 특정 각도는 상기 측량기가 직하방과 주변 기지점들을 동시에 시준하는 각도를 의미하는 것을 특징으로 하는,
해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이싱의 하단부 외측에 구성되고, 상기 케이싱의 직경방향으로 돌출구성되는 보강재;
를 더 포함하는,
해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이싱의 하단부 내측에 구성되고, 상기 케이싱의 내측 직경방향으로 돌출 구성되는 내측 가이드;
를 더 포함하고,
상기 내측 가이드에 의해 형성되는 내부 공간의 직경은 상기 자켓 파일이 삽입될 수 있도록 상기 자켓 파일의 외경보다 크게 구성되며,
상기 내측 가이드의 상단에는 상기 내측 가이드에 의해 형성되는 상기 내부 공간의 직경이 하단으로 갈수록 점진적으로 감소하는 경사부가 형성되어, 삽입되는 상기 자켓 파일의 위치 오차가 조정되는 것을 특징으로 하는,
해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치.
제1항에 따른 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치를 이용한 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법과 관련하여,
잭업 바지를 자켓 파일 시공 위치에 이동시키고 메인 바지에 설치한 레그 스퍼드를 순차적으로 하강시켜서 상기 레그 스퍼드의 하단을 해저지반에 밀착시킨 뒤, 상기 레그 스퍼드를 하강시켜서 상기 메인 바지를 수면 위로 승강시키는 잭업 바지 이동 및 설치 단계;
상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 수상 지그를 상기 메인 바지에 거치하고 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 지그 핀파일을 항타하여 상기 해저지반에 고정한 뒤, 상기 수상 지그와 상기 지그 핀파일을 고정결합하여 상기 수상 지그를 고정하는 지그 거치 및 핀파일 항타 단계;
상기 수상 지그의 상부면의 상기 자켓 파일 시공 위치에 대응되는 위치에 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 케이싱 가이드를 설치하는 케이싱 가이드 설치 단계;
상기 케이싱 가이드를 관통하여 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 케이싱을 삽입한 뒤, 상기 케이싱을 항타하여 상기 해저지반에 관입시키는 케이싱 항타 단계;
상기 케이싱의 내부에 상기 해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 장치의 일구성인 자켓 파일을 삽입하고, 상기 자켓 파일을 항타하여 상기 해저지반에 관입시키는 자켓 파일 항타 단계;
상기 자켓 파일의 내부를 통해 상기 해저지반 중 상기 자켓 파일의 관입 구간을 굴착하는 굴착 단계;
상기 자켓 파일의 내부를 통해 절단기를 삽입하여 기설정된 특정 위치에서 상기 자켓 파일을 절단하고, 상기 절단기 및 상기 자켓 파일의 절단부인 자켓 파일 절단부를 인양하며, 상기 케이싱 내부를 양수하는 자켓 파일 절단 단계;
상기 수상 지그의 상부면의 상기 케이싱에 구성된 측량기로 상기 자켓 파일의 절단면의 레벨 및 위치를 측량하는 절단면 측량 단계;
상기 케이싱을 인발하는 케이싱 인발 단계;
상기 수상 지그를 해체하고, 상기 지그 핀파일을 인발하는 지그 해체 단계;
상기 자켓 파일에서 상기 자켓 파일 절단부가 인양된 나머지 부분인 자켓 파일 고정부의 상단에 자켓 레그가 삽입되도록 하여 자켓을 거치하는 자켓 거치 단계; 및
상기 자켓 파일 고정부의 내측과 삽입된 상기 자켓 레그 사이의 공간을 그라우팅하여 상기 자켓과 상기 자켓 파일 고정부를 고정결합하는 자켓 결합 단계;
를 포함하는,
해상 자켓 기초 구조물의 프리파일링 시공 방법.
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