KR20050110512A

KR20050110512A - 대심도용 케이슨 지지구조

Info

Publication number: KR20050110512A
Application number: KR1020040035693A
Authority: KR
Inventors: 배석동
Original assignee: (주) 선암기술연구소; 배석동
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: KR100645324B1

Abstract

본 발명은 심해에 설치되어 열악한 환경에서 견딜 수 있도록 케이슨의 지지력을 확보하며, 케이슨 내부로 침투되는 침출수를 완전 차단하기 위한 대심도용 케이슨 지지구조에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 복수개의 패널이 결합되며 내측패널과 외측패널 내부에 이중패널로 구성되고 복수개의 균형탱크가 형성되며 최 하측에 위치되는 패널의 하단에 수밀부가 구비된 공지의 케이슨에 있어서, 상기 케이슨의 내부에 천공되는 다수의 구멍에 매설되는 전단말뚝과, 상기 케이슨 내부의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 전단말뚝과 일체로 결합되도록 차수벽으로 이루어져, 상기 전단말뚝과 상기 차수벽에 의해 케이슨 하부를 지지층에 고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전단말뚝 사이에 암반층 절리선보다 더 깊게 다수개 천공된 보정구와, 상기 보정구에 그라우팅하여 암반층 절리선을 메꿔 케이슨 내측으로 침투되는 침출수를 차단하도록 하는 그라우팅재를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 복수개의 패널이 결합되며 내부에 균형탱크가 구비되고 최 하측에 위치되는 패널의 하단에 수밀부가 구비된 공지의 케이슨에 있어서, 상기 케이슨 하부에 콘크리트 타설되어 상기 케이슨을 지지층에 고정되도록 하는 차수벽과, 상기 케이슨의 내측에 매설되는 다수의 보강말뚝과, 상기 케이슨 내측의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 보강말뚝과 일체로 결합되며 상기 케이슨의 내측패널과 접하는 보강벽과, 상기 보강벽에 매설되어 상기 보강말뚝과 상기 케이슨의 내측패널 사이에 위치하여 상기 보강말뚝으로부터 상기 케이슨의 내측패널을 지지하도록 보강하는 보강빔으로 이루어져, 상기 보강말뚝과 상기 보강벽 및 상기 보강빔에 의해 상기 케이슨 하부를 지지층에 고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은 대심도에서의 케이슨을 지지층에 견고하게 고정되도록 보강하여 안정성을 확보할 수 있고, 수압에 의한 케이슨의 변형이 적으며, 연결부가 적어 누수가 발생되지 않아 차수효과가 크다. 또한, 토사를 축토하는 종래의 공법에서와 같이 과대한 차수벽체를 확보할 필요가 없고 공기가 단축되며 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또, 암반층 절리(규열)에서 침투되는 침출수를 차단함으로써 쾌적한 수중 작업공간을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

대심도용 케이슨 지지구조{Caisson Supporting Structure for Deep Water}

본 발명은 대심도에 사용되는 케이슨의 지지구조에 관한 것으로, 특히, 대심도에서의 열악한 환경에서도 지지층에 케이슨을 견고하게 고정될 수 있도록 하는 구조에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 수중구조물의 확장이나 개,보수를 위해서는 물막이 공법이 이용된다.

종래에 사용된 물막이 공법으로 강널말뚝을 이용한 셀(Sell)공법을 도 1에 단면도로 도 2에 평면도로 도시하였다.

도시된 바와 같이, 강널말뚝(101)을 박고 볼트와 같은 결합수단을 이용하여 이음부를 이은 다음 강널말뚝(101)의 내부에 토사(102)를 축토하여 물막이를 하게 된다. 이 강널막뚝(101)을 이용한 물막이 공법은 내부에 토사(102)를 메꾸고 외부에 토사(102)를 축토함으로써 차수벽(103)을 형성시키게 되므로, 점용면적이 넓어 안정성 측면은 양호하게 된다. 그러나, 물막이 대상규모에 비해 설치규모가 크며, 방대한 채움재의 확보가 어렵고, 토사 유용이 많아 환경피해가 우려되며, 설치기간이 장기간 소요되며 연결부(104)가 많아 비용에 비해 차수효과가 적은 단점이 있었다. 또한, 수압에 견디기 위해 말뚝(101)을 박아 지지함으로 지지층(105)을 손상시키며 차수를 위해 지지층(105)과 말뚝(101) 주변의 그라우팅 비용이 많이 소요되고 말뚝간 이음부(104) 틈새에 누수가 발생되는 문제점이 있다.

특히, 수심이 깊을 경우 수압에 의한 말뚝의 변형이 많아 다수의 버팀대 설치가 필요하고 안전성이 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 암반층 절리(규열)에서의 침출수 차단이 어려워, 쾌적한 수중 작업공간의 확보가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대심도에서의 케이슨을 견고하게 고정되도록 보강하여 안정성을 확보하고 암반층 절리(규열)에서 침투되는 침출수를 차단할 수 있도록 하는 대심도용 케이슨 지지구조를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수개의 패널이 결합되며 내측패널과 외측패널 내부에 이중패널로 구성되고 복수개의 균형탱크가 형성되며 최 하측에 위치되는 패널의 하단에 수밀부가 구비된 공지의 케이슨에 있어서, 상기 케이슨의 내부에 천공되는 다수의 구멍에 매설되는 전단말뚝과, 상기 케이슨 내부의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 전단말뚝과 일체로 결합되도록 차수벽으로 이루어져, 상기 전단말뚝과 상기 차수벽에 의해 케이슨 하부를 지지층에 고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 복수개의 패널이 결합되며 내부에 균형탱크가 구비되고 최 하측에 위치되는 패널의 하단에 수밀부가 구비된 공지의 케이슨에 있어서, 상기 케이슨 하부에 콘크리트 타설되어 상기 케이슨을 지지층에 고정되도록 하는 차수벽으로 구성되며, 추가보강이 필요할시 케이슨 내부 배수작업후 상기 케이슨의 내측에 매설되는 다수의 보강말뚝과, 상기 케이슨 내측의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 보강말뚝과 일체로 결합되며 상기 케이슨의 내측패널과 접하는 보강벽과, 상기 보강벽에 매설되어 상기 보강말뚝과 상기 케이슨의 내측패널 사이에 위치하여 상기 보강말뚝으로부터 상기 케이슨의 내측패널을 지지하도록 보강하는 보강빔으로 이루어져, 상기 보강말뚝과 상기 보강벽 및 상기 보강빔에 의해 상기 케이슨 하부를 지지층에 고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은 대심도에 사용되는 케이슨을 지지층에 견고하게 고정할 수 있고, 변형 발생을 방지할 수 있으며, 암반층 절리를 통해 케이슨 내부로 침투되는 침출수를 차단할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조의 실시예로 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 차수부의 상세도이며, 도 5는 도 3의 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조는 케이슨(1) 하부의 지지층(2)에 매설되는 전단말뚝(3)과, 케이슨(1) 내부의 하부에 콘크리트 타설되는 차수벽(4)과, 케이슨(1) 내측으로 침투되는 침출수를 차단하도록 하는 보정구(5)를 메꾸는 그라우팅재(6)로 구성된다.

상기 케이슨(1)은 복수개의 패널(7)이 결합되며 내측패널(7a)과 외측패널(7b) 내부에 이중패널(7c)로 구성되고, 복수개의 균형탱크(12)가 구비되며, 최 하측에 위치되는 패널(7)의 하단에 수밀부(8)가 구비되어 있다. 상기 케이슨(1)은 작업하고자하는 작업구(30) 둘레에 설치된다.

상기 수밀부(8)는 패킹재(9)가 내측패널(7a)과 외측패널(7b)의 하부에 각각 설치되어 있으며, 이 패킹재(9)는 케이슨(1)의 자중에 의해 압착되어 케이슨(1) 내부를 실링하게 된다.

상기 전단말뚝(3)은 상기 케이슨(1)의 내부에 천공되어 매설되며 상기 케이슨(1)을 지지층(2)에 견고하게 고정시키는 역할을 한다. 상기 전단말뚝(3)은 콘크리트(3a)로 되며 내부에는 철근(3b)이 설치되어 압축 및 인장력에 견딜 수 있도록 되어 있다.

상기 차수벽(4)은 상기 케이슨(1) 내부의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 전단말뚝(3)과 일체로 결합된다. 상기 차수벽(4)은 상기 수밀부(8)의 패킹재(9)와 같이 케이슨(1) 내부를 실링하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 상기 전단말뚝(3)과 함께 상기 케이슨(1)을 지지층(2)에 견고하게 고정시키는 역할을 하게 된다.

상기 보정구(5)는 상기 전단말뚝(3)들 사이에 다수개를 천공하여 암반층 절리선(침운선, 암반층에 물이 통과하는 선)(10)보다 더 깊게 천공된다.

상기 그라우팅재(6)는 상기 보정구(5)에 그라우팅(Grouting)하여 암반층 절리선을 메꿔 암반층 절리선(10)을 통해 침투되는 침출수를 차단하게 된다. 상기 그라우팅재(6)를 상기 보정구(5)에 그라우팅하게 되면 상기 보정구(5)에 근접한 암반층 절리선(10)의 일부를 메꿈으로써 상기 케이슨(1) 내부로 침투되는 침출수를 차단할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 상기 그라우팅재(6)와 상기 차수벽(4) 및 수밀부(8)의 패킹재(9)에 의해 상기 케이슨(1) 내측으로 침투되는 모든 침출수를 차단함으로써 케이슨(1) 내측에서의 쾌적한 작업공간을 확보할 수 있게 된다.

심해물막이의 특성상 자연재해에 대비해야 하는바 케이슨(1) 지지력 증가를 위해 케이슨(1) 설치가 완료되면 균형탱크(12)나 중공부(13) 내부공간에 모래 등을 충진하여 파랑이나 파압에 대한 지지력을 증대시키며, 공사를 완료한 후에는 케이슨(1) 철거전에 충진모래를 제거한다.

도 6은 끝날 압착케이슨을 이용한 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6의 차수부의 상세도이다.

도시된 바와 같이, 케이슨(1)의 일례로 케이슨(1)의 최하부가 끝날(11)로 되어 있으며, 케이슨(1)의 내부 중공부(13)에 매설되는 전단말뚝(3)과 상기 전단말뚝(3)과 일체로 콘크리트 타설하는 차수벽(4)에 의해 상기 케이슨(1)을 지지층(2)에 견고하게 고정된 상태를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도이고, 도 9는 도 8의 평면도이다.

도시된 바와 같이, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 대심도용 케이슨 지지구조에서 케이슨(1) 내측에 접하여 설치되는 보강벽(14)과, 집수정(15), 배수유도로(16), 배수펌프(17), 수위측정센서(18), 배수관(19) 및 로 구성된 배수설비(20)가 더 포함되어 있다.

상기 보강벽(14)은 상기 케이슨(1)의 내측에 접하도록 설치되어 케이슨(1) 내측에서 외부 수중 압력을 견딜수 있도록 보강하게 된다.

상기 배수설비(20)는 상기 케이슨(1) 내부로 침투되는 우수 등을 상기 집수정(15)으로 유도하는 배수유도로(16)와 케이슨(1) 내부로 침투되는 우수 등을 집수하는 집수정(15)과 상기 집수정(15) 하부에 설치되는 배수펌프(17)와 상기 집수정(15) 내에 설치되어 집수정(15)에 집수된 물이 일정량 모이면 상기 배수펌프(17)를 가동시키는 수위측정센서(18)와 상기 배수펌프(17)와 연결되어 집수된 물을 배수하는 배수관(19)으로 이루어져 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도이고, 도 11은 도 10의 차수부의 상세도이며, 도 12는 도 10의 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조는 케이슨(1) 내부의 하부에 콘크리트 타설되는 차수벽(4)과, 케이슨(1) 내측 하부의 지지층(2)에 매설되는 보강말뚝(21)과, 케이슨(1) 내측의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 보강말뚝(21)과 일체로 결합되어 상기 케이슨(1)을 지지하는 보강벽(22)과, 상기 보강벽(22)에 매설되어 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a)을 지지하도록 보강하는 보강빔(23)으로 구성된다.

상기 케이슨(1)은 본 발명의 실시예에서와 같이 복수개의 패널(7)이 결합되며 최 하측에 위치되는 패널(7)의 하단에 수밀부(8)가 구비되어 있다. 또한, 상기 케이슨(1)의 내부에는 균형탱크(12)가 형성되어 상기 케이슨(1) 하상 설치시에 균형탱크(12)에 물이나 모래를 채워 자중증가시켜 케이슨(1)의 하상을 용이하게 한다.

상기 차수벽(4)은 지지층(2)에 콘크리트 타설되어 상기 케이슨(1)을 지지층(2)에 고정시키는 역할을 한다. 또한 상기 차수벽(4)은 상기 수밀부(8)의 패킹재(9)와 같이 상기 케이슨(1) 내부를 실링하는 역할을 수행하게 된다.

상기 보강말뚝(21)은 상기 케이슨(1)의 내측에 다수개 매설되어 상기 보강벽(22)과 상기 보강빔(23)과 함께 상기 케이슨(1)을 지지층(2)에 견고하게 고정시키는 역할을 한다.

상기 보강벽(22)은 상기 케이슨(1) 내측의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 보강말뚝(21)과 일체로 결합되며 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a)과 접하여 상기 케이슨(1)을 지지고정하게 된다.

상기 보강빔(23)은 상기 보강벽(22)에 매설되어 상기 보강말뚝(21)과 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a) 사이에 위치하여 상기 보강말뚝(21)으로부터 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a)을 지지하도록 상기 보강벽(22)을 보강하는 역할을 한다. 따라서, 상기 보강말뚝(21)과 상기 보강벽(22) 및 상기 보강빔(23)에 의해 상기 케이슨(1) 하부 내측을 지지층(2)에 견고하게 고정되도록 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조도 본 발명의 실시예에서와 같이, 상기 보강말뚝(21)들 사이에 보정구(5)를 다수개 천공하고 상기 보정구(5)에 그라우팅하여 암반층 절리선(침운선, 암반층에 물이 통과하는 선)(10)을 메꿔 암반층 절리선(10)을 통해 침투되는 침출수를 차단할 수도 있다(도 4,5 참조).

도 13a 내지 도 13k는 본 발명에 따른 대심도용 케이슨 설치공정을 나타낸 도면이다.

상기와 같은 구성으로 된 본 발명에 따른 대심도용 케이슨 지지구조는 다음과 같은 과정으로 설치된다.

먼저, 수중현황을 측량하고 수중에 축적된 토사를 제거하고 지지층(2) 암반을 평탄하게 한다(도 13a). 이어서, 케이슨(1)을 제작하고 케이슨(1) 하부에 패킹재(9)를 부착하여 수상에서 진수하고 현장으로 이동시킨다(도 13b). 이동시킨 케이슨(1)을 침설위치 주변에 가이드 파일(31)을 박고 케이슨 균형탱크(12) 내부에 물을 주입하여 이 가이드 파일(31)에 의해 가이드하여 케이슨(1)을 침설한다(도 13c). 이어서, 2열의 균형탱크 압착케이슨의 경우에는 케이슨(1) 내부 중공부(13)를 통하여 케이슨(1) 하부에 전단말뚝(3)을 시공한다(도 13d). 이때, 케이슨(1)의 내부가 균형탱크로만 된 경우에는 파압에 의한 케이슨(1)의 전도방지용 보강말뚝(21)을 케이슨(1) 내측에 시공하고(도 13g), 보강말뚝(21)과 결합되는 보강벽(22)을 케이슨(1) 내측에 시공한다(도 13h). 이어서, 케이슨 내부에 시공된 전단말뚝(3) 사이에 보정구(5)를 시공한다(도 13e). 이어서, 케이슨 내측을 차수하고 시공한 보정구(5)에 그라우팅재(6)를 채운다. 이어서, 2열의 균형탱크 압착케이슨의 경우에는 케이슨(1) 내부의 하부 지지층(3)에 상기 차수벽(4)을 시공한다(도 13f). 이러한 상태는 케이슨(1) 설치가 완료가 된 상태가 된다. 이어서, 케이슨(1) 내측에 집수정(15), 배수유도로(16), 배수펌프(17) 등의 배수설비(20)를 설치한다(도 13i). 이어서, 케이슨(1) 내측에서 지지층(2)을 굴착하고 및 구조물을 시공한다(도 13j). 마지막으로 균형탱크(12) 내부의 물을 배수하여 케이슨(1)을 부상하고 이동시킨다(도 13k).

상기한 바와 같이 본 발명은 대심도에서의 케이슨을 지지층에 견고하게 고정되도록 보강하여 안정성을 확보할 수 있고, 수압에 의한 케이슨의 변형이 적으며, 연결부가 적어 누수가 발생되지 않아 차수효과가 크다. 또한, 토사를 축토하는 종래의 공법에서와 같이 과대한 차수벽체를 확보할 필요가 없고 공기가 단축되며 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또, 암반층 절리(규열)에서 침투되는 침출수를 차단함으로써 쾌적한 수중 작업공간을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래에 사용된 물막이 공법의 일례로 강널말뚝을 이용한 물막이 공법을 나타낸 단면도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도.

도 4는 도 3의 차수부의 상세도.

도 5는 도 3의 평면도.

도 6은 끝날 압착케이슨을 이용한 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도.

도 7은 도 6의 차수부의 상세도.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도.

도 9는 도 8의 평면도.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 대심도용 케이슨 지지구조를 나타낸 단면도.

도 11은 도 10의 차수부의 상세도.

도 12는 도 10의 평면도.

도 13a 내지 도 13k는 본 발명에 따른 대심도용 케이슨 설치공정을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 케이슨 2: 지지층

3: 전단말뚝 3a: 철근

3b: 콘크리트 4: 차수벽

5: 보정구 6: 그라우팅재

7: 패널 7a: 내측패널

7b: 외측패널 7c: 이중패널

8: 수밀부 9: 패킹재

10: 암반층 절리선 11: 끝날

12: 균형탱크 13: 중공부

14: 보강벽 15: 집수정

16: 배수유도로 17: 배수펌프

18: 수위측정센서 19: 배수관

20: 배수설비 21: 보강말뚝

22: 보강벽 23: 보강빔

30: 작업구 31: 가이드 파일

Claims

복수개의 패널(7)이 결합되며 내측패널(7a)과 외측패널(7b) 내부에 이중패널(7c)로 구성되고 복수개의 균형탱크(12)가 구비되며 최 하측에 위치되는 패널(7)의 하단에 수밀부(8)가 구비된 공지의 케이슨에 있어서,

상기 케이슨(1)의 내부에 천공되어 매설되는 다수개의 전단말뚝(3)과,

상기 케이슨(1) 내부의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 전단말뚝(3)과 일체로 결합되도록 차수벽(4)으로 이루어져,

상기 전단말뚝(3)과 상기 차수벽(4)에 의해 케이슨(1) 하부를 지지층(2)에 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 대심도용 케이슨 지지구조.
제 1 항에 있어서,

상기 전단말뚝(3) 사이에 암반층 절리선(10)보다 더 깊게 다수개 천공된 보정구(5)와, 상기 보정구(5)에 그라우팅하여 암반층 절리선(10)을 메꿔 케이슨(1) 내측으로 침투되는 침출수를 차단하도록 하는 그라우팅재(6)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대심도용 케이슨 지지구조.
복수개의 패널(1)이 결합되며 내부에 균형탱크(12)가 구비되고 최 하측에 위치되는 패널(7)의 하단에 수밀부(8)가 구비된 공지의 케이슨에 있어서,

상기 케이슨(1) 하부에 콘크리트 타설되어 상기 케이슨(1)을 지지층(2)에 고정되도록 하는 차수벽(4)과,

상기 케이슨(1)의 내측에 매설되는 다수의 보강말뚝(21)과,

상기 케이슨(1) 내측의 하부에 콘크리트 타설되어 상기 보강말뚝(21)과 일체로 결합되며 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a)과 접하는 보강벽(22)과,

상기 보강벽(22)에 매설되어 상기 보강말뚝(21)과 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a) 사이에 위치하여 상기 보강말뚝(21)으로부터 상기 케이슨(1)의 내측패널(7a)을 지지하도록 보강하는 보강빔(23)으로 이루어져,

상기 보강말뚝(21)과 상기 보강벽(22) 및 상기 보강빔(23)에 의해 상기 케이슨(1) 하부를 지지층(2)에 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 대심도용 케이슨 지지구조.