KR102185234B1 - 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트 및 이를 이용한 해상 구조물 설치 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트 및 이를 이용한 해상 구조물 설치 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 연결부재를 수용하도록 구성되어, 연결부재가 말뚝 가이드와 평행한 방향으로 슬라이딩 되도록 구동하는 승강모듈; 및 말뚝 가이드 및 승강모듈을 상호 연결하여 고정하는 프레임;이 제공될 수 있다.

Description

스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트 및 이를 이용한 해상 구조물 설치 방법{Pre-piling template using spudcan and installation method of offshore structure using thereof}

본 발명은 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트 및 이를 이용한 해상 구조물 설치 방법에 관한 것이다.

해상풍력 구조물, Oil 이나 Gas의 생산 구조물, 해양과학기지 구조물, 항만 구조물 등의 해양 구조물의 지지 구조물은 고정식 지지 구조물과 부유식 지지 구조물로 구분될 수 있다. 부유식 지지 구조물은 지반에 고정되지 않고 해수 위에 부유하는 방식의 지지 구조물로서 여러가지 개념이 제안되어 실증 단계에 있다. 특히, 수심 220m의 노르웨이 서해안에서 장착된 2.3MW 스파형 부유식 풍력발전기는 현재 가동중인 최초의 부유식 해상 풍력 발전 구조물이다.

고정식 지지 구조물은 해저 지반에 고정되어 해양 구조물을 지지하는 지지 구조물을 의미한다. 고정식 지지 구조물에는 자켓 지지 구조물, 모노파일, 트라이포드, 종력식 등과 같은 기초 구조물이 적용된다. 자켓형 지지 구조물은 해상 풍력 지지 구조물 중에서 고정식 석유 및 가스 채굴 설비로 가장 오랜 기간 동안 운영되어 왔고, 여타 지지 구조물에 비해 20m에서 50m 사이의 수심에서 설치되는 경우가 비교적 많다. 또한 자켓형 지지 구조물은 5MW 이상의 대형 풍력 발전기 또는 타워의 무게가 무거운 대형 해상 풍력 발전기의 지지 구조물로 가장 선호도가 높은 지지 구조물이다. 도 1은 자켓형 지지 구조물의 구조 예시를 도시한 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 자켓형 지지 구조물은, 일반적으로 4개의 레그(Leg) 및 레그 사이를 연결하는 복수개의 브레이스(Brace)로 구성되고, 이러한 레그는 말뚝(Pile)에 의해 지반에 지지되도록 구성될 수 있다.

이때 자켓 지지 구조물은 말뚝 시공의 시기에 따라 포스트파일링(Post-piling)과 프리파일링(Pre-piling)으로 분류되며, 포스트파일링은 자켓 거치 후 말뚝을 자켓의 레그 안에 삽입하여 항타와 굴착을 통해 말뚝을 시공하는 방식을 의미하고, 해상크레인 등을 이용하여 자켓을 해저면에 거치하는 제1단계, 해상크레인으로 거치한 상태에서 자켓의 레그 안쪽으로 자켓 파일을 항타하여 지반에 고정시키는 제2단계, RCD 공법 등을 이용하여 자켓파일 내부를 통해 자켓파일을 통과하여 암반까지 천공하는 제3단계, 핀파일(Pin Pile)을 삽입하고 그라우팅을 실시하여 핀파일, 자켓파일, 레그, 지반을 서로 고정하는 제4단계를 통해 시공될 수 있다.

프리파일링은 자켓 지지 구조물 시공 이전에 먼저 말뚝을 시공한 이후, 자켓을 거치하여 결합하는 방식을 의미하고, 해저면에 대한 평탄화 작업 등 준비 작업을 수행하는 제1단계, 해저면에 템플리트를 놓고 이를 가이드로 삼아 말뚝을 시공하는 제2단계, 시공 완료된 말뚝에 자켓을 거치한 후 그라우팅을 이용하여 말뚝과 자켓을 결합하는 제3단계를 통해 시공될 수 있다. 도 2는 프리파일링 공법에서 이용되는 템플리트의 예시를 도시한 사진이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 템플리트는 프리파일링 공법에서 말뚝 시공의 가이드를 수행하는 구성이다. 일반적으로 프리파일링 방식은 포스트파일링 방식에 비하여 전체적인 시공 속도가 빠르고 경제성이 우수하다.

이러한 프리파일링 방식을 적용하여 자켓 지지 구조물을 시공하기 위해서는 말뚝이 시공되는 위치와 수직도 등을 제어하기 위한 가이드로서 템플리트를 해저면에 거치하여야 한다.

대한민국 등록특허 10-1691968, 해양구조물의 스퍼드캔 안착위치 결정 장치 및 방법, 삼성중공업 주식회사 대한민국 공개특허 10-2016-0035816, 잭업리그의 스퍼드캔 및 이를 포함하는 선박 또는 해양구조물, 대우조선해양 주식회사

하지만, 이러한 프리파일링 템플리트는 말뚝에 대한 가이드인 슬리브 하단이 해저면에 거치되어 전체 구조물을 지지하므로 해저면의 경서나 굴곡에 대응하여 템플리트의 수평이나 높이를 조절하기가 어려우며, 매트 기초 형태로 지지되므로 지지력이 상대적으로 부족해지는 문제가 발생되고 있었다.

또한, 템플리트의 자중과 외력에 의하여 지지부가 침하될 수 있으며, 이러한 지지부 침하는 해저의 지반조건과 외력 조건에 의하여 유동적이므로 사전에 예측하거나 대비하기가 어려운 문제가 있었고, 슬리브 자체가 지반에 지지되면서 손상될 가능성이 존재하였다.

또한, 해저면에 호박돌이 존재하거나 자갈층, 암반층으로 구성되어 있을 경우에는 템플리트의 수평 조절이 매우 어려워지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은, 위의 문제를 해결하기 위해 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트 및 이를 이용한 해상 구조물 설치 방법을 제공하는 데에 있다.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.

본 발명의 목적은, 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 및 상기 말뚝 가이드 및 상기 연결부재를 상호 연결하는 프레임;을 포함하고, 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입되어 상기 프레임을 지지하고, 해상 구조물의 설치를 위한 상기 말뚝의 프리파일링 시공 시 상기 말뚝의 시공 방향을 가이드 하는 것을 특징으로 하는, 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트를 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 상기 연결부재를 수용하도록 구성되어, 상기 연결부재가 상기 말뚝 가이드와 평행한 방향으로 슬라이딩 되도록 구동하는 승강모듈; 및 상기 말뚝 가이드 및 상기 승강모듈을 상호 연결하여 고정하는 프레임;을 포함하고, 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 접하면 상기 연결부재가 하방으로 슬라이딩 되어 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입되도록 상기 승강모듈을 제어한 뒤, 상기 프레임의 수평 또는 높이가 조절되도록 상기 승강모듈의 상기 연결부재에 대한 상방 또는 하방 구동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트를 제공하여 달성될 수 있다.

또한, 프레임은, 다각 형태의 빔 구조를 가지며, 상기 다각 형태의 모서리를 구성하는 외측 빔 및 상기 다각 형태의 꼭지점과 중심점을 잇는 내측 빔을 더 포함하고, 상기 승강모듈, 상기 연결부재 및 상기 스퍼드캔 기초는 상기 내측 빔의 일측에 구성될 수 있다.

또한, 상기 말뚝 가이드의 상단을 밀폐하고, 상기 말뚝 가이드의 상단에 상기 제어 수단에 의해 개폐 가능하도록 구성되는 상단 리드; 상기 말뚝 가이드의 하단을 밀폐하고, 상기 말뚝 가이드의 하단에 상기 제어 수단에 의해 개폐 가능하도록 구성되는 하단 리드; 해수가 상기 말뚝 가이드의 내부 공간에 유입되도록 상기 상단 리드 또는 상기 하단 리드를 관통하는 유입구; 및 상기 상단 리드 또는 상기 하단 리드에 구성되는 상기 유입구를 상기 제어 수단에 의해 개폐 가능하도록 상기 유입구에 구성되는 개폐부재;를 더 포함하고, 상기 상단 리드 및 상기 하단 리드가 폐쇄되면 상기 말뚝 가이드의 상기 내부 공간에 의해 부력이 발생할 수 있다.

또한, 상기 스퍼드캔 기초에 구성되어 상기 스퍼드캔 기초의 기울기 정보인 스퍼드캔 기울기 정보를 생성하는 스퍼드캔 센서 모듈; 및 상기 프레임에 구성되어 상기 프레임의 기울기 정보인 프레임 기울기 정보를 생성하는 프레임 센서 모듈;을 더 포함하고, 상기 제어 수단이 상기 스퍼드캔 기울기 정보와 상기 프레임 기울기 정보를 수신하고, 상기 스퍼드캔 기울기 정보와 상기 프레임 기울기 정보의 시계열적인 변화를 기초로 상기 스퍼드캔 기초의 펀치 스루(Punch Through) 발생 여부를 판정할 수 있다.

또한, 상기 스퍼드캔 기초를 상하로 관통하도록 구성되는 관통구이고, 폐쇄된 상태로 유지되다가 상기 스퍼드캔 기초가 인발되면 개방되도록 구성되는 그라우트 유출구; 상기 스퍼드캔 기초의 상부에 구성되어 내부에 그라우트를 수용하는 백(Bag)의 형태로 구성되고, 상기 그라우트 유출구와 연결되어 상기 그라우트 유출구의 개방과 함께 상기 스퍼드캔 기초의 하방으로 상기 그라우트가 유출되도록 구성되는 그라우트 백;을 더 포함하고, 상기 스퍼드캔 기초가 인발되면 상기 그라우트 유출구가 개방되어 상기 그라우트 백의 내부에 수용된 상기 그라우트가 상기 스퍼드캔 기초의 하방으로 유출될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 및 상기 말뚝 가이드 및 상기 연결부재를 상호 연결하는 프레임;을 포함하는 프리파일링 템플리트를 상기 해저 지반에 하강시키는 프리파일링 템플리트 하강 단계; 상기 해저 지반에 상기 스퍼드캔 기초를 관입 시키는 스퍼드캔 기초 관입 단계; 상기 프리파일링 템플리트의 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입 된 이후에, 말뚝 관입 장치를 이용하여 상기 말뚝 가이드을 관통하여 상기 해저 지반에 상기 말뚝을 시공하는 말뚝 시공 단계; 상기 말뚝의 시공이 완료된 이후에 상기 스퍼드캔 기초를 인발하는 스퍼드캔 기초 인발 단계; 및 상기 스퍼드캔 기초의 인발이 완료된 이후에 상기 프리파일링 템플리트를 인양 및 제거하는 프리파일링 템플리트 제거 단계;를 포함하고, 상기 프리파일링 템플리트 제거 단계 이후에 프리파일링 된 상기 말뚝을 기초로 해상 구조물을 설치하는 것을 특징으로 하는, 프리파일링 템플리트를 이용한 해상 구조물 설치 방법을 제공하여 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 상기 연결부재를 수용하도록 구성되어, 상기 연결부재가 상기 말뚝 가이드와 평행한 방향으로 슬라이딩 되도록 구동하는 승강모듈; 및 상기 말뚝 가이드 및 상기 승강모듈을 상호 연결하여 고정하는 프레임;을 포함하는 프리파일링 템플리트를 상기 해저 지반에 하강시키는 프리파일링 템플리트 하강 단계; 상기 해저 지반에 상기 스퍼드캔 기초가 접한 뒤에 상기 승강모듈을 구동하여 상기 스퍼드캔 기초를 상기 해저 지반에 관입 시키는 스퍼드캔 기초 관입 단계; 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입 설치 된 뒤에 상기 프리파일링 템플리트의 수평 기울기 또는 높이에 따라 상기 승강모듈을 제어하여 상기 프리파일링 템플리트의 수평 또는 높이를 조절하는 조절 단계; 상기 프리파일링 템플리트의 수평 또는 높이가 조절된 이후에, 말뚝 관입 장치를 이용하여 상기 말뚝 가이드을 관통하여 상기 해저 지반에 상기 말뚝을 시공하는 말뚝 시공 단계; 상기 말뚝의 시공이 완료된 이후에 상기 스퍼드캔 기초를 인발하는 스퍼드캔 기초 인발 단계; 및 상기 스퍼드캔 기초의 인발이 완료된 이후에 상기 프리파일링 템플리트를 인양 및 제거하는 프리파일링 템플리트 제거 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프리파일링 템플리트를 이용한 해상 구조물 설치 방법을 제공하여 달성 될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 스퍼드캔에 의해 템플리트가 해저지반에 견고하게 지지되며, 템플리트 사용 완료 이후 템플리트의 인발이 용이해지는 효과가 발생된다.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 해저지반의 굴곡과 최초 안착 이후 발생하는 추가 침하에 대응하기 위한 수평, 높이 조절이 용이해지는 효과가 발생된다.

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 자켓형 지지 구조물의 구조 예시를 도시한 예시도,
도 2는 프리파일링 공법에서 이용되는 템플리트의 예시를 도시한 사진,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트를 도시한 정면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 해상 구조물 설치 방법을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시에에 따른 프리파일링 템플리트 하강 단계를 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초(30) 관입 단계(S12)를 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 말뚝 시공 단계(S13)를 도시한 모식도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초 인발 단계(S14)를 도시한 모식도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 프리파일링 템플리트 제거 단계(S15)를 도시한 모식도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 경사진 해저 지반에서의 S11 단계를 도시한 흐름도,
도 12는 본 발명의 제1변형예에 따른 프리파일링 템플리트의 평면을 도시한 모식도,
도 13은 본 발명의 제2변형예에 따른 프리파일링 템플리트의 평면을 도시한 모식도,
도 14는 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)의 운송을 도시한 모식도,
도 15는 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)의 구체적인 구성을 도시한 모식도,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 말뚝 관입이 시공되는 경우에 발생되는 전단력과 프리파일링 템플리트(1)의 기울기 변화를 도시한 모식도,
도 17은 본 발명의 제7변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)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.

스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트

본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트와 관련하여, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트를 도시한 평면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트를 도시한 정면도이다. 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트(1)는, 프레임(10), 말뚝 가이드(20), 스퍼드캔 기초(30)를 포함할 수 있다.

프레임(10)은, 평면이 사각형이나 삼각형과 같은 다각 형상이고, 각각의 면은 복수개의 크로스 빔 부재로 보강된 2개 이상의 평행 빔 구조를 갖는 프레임 부재로 구성될 수 있다. 프레임(10)의 구체적인 구성은 설명의 편의를 위하여 크로스 빔 부재로 보강된 적어도 2개의 평행 빔 구조로 기재되었으며, 본 발명에서 프레임 부재 형태의 범위는 도 3, 4 또는 상세한 설명의 프레임 부재의 구조에 한정되지 않는다. 본 발명의 일실시예에 따른 다각 형상의 프레임(10)의 각 꼭지점에는 파일링 가이드 역할을 수행하는 말뚝 가이드(20)가 구성될 수 있다. 이러한 다각 형상의 프레임(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 외측 빔(11) 및 내측 빔(12)으로 구성될 수 있으며, 외측 빔(11)은 다각 형상의 외측 모서리를 구성하는 빔 부재를 의미할 수 있고, 내측 빔(12)은 다각 형상의 꼭지점를 잇는 내측 보강 프레임을 구성하는 빔 부재를 의미할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 외측 빔(11) 또는 내측 빔(12)은 크로스 빔 부재(100)로 보강된 적어도 2개의 평행 빔(101) 구조로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 프레임(10)의 모서리 일측에는 템플리트 인용을 위한 인양 고정부(13)가 구성될 수 있다. 인양 고정부(13)에 의해 템플리트의 하강과 인양이 수행된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 프레임(10)의 일측에는 템플리트의 수평, 각속도, 가속도, 해저지반에서의 높이 또는 수심을 계측하는 센서 모듈(40)이 더 포함될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 센서 모듈(40)에는 가속 센서, 자이로 센서가 포함되어 수평 정보를 생성할 수 있고, 지자기 센서, 수심 측정 센서, 음파 거리 센서 등이 포함되어 수심 정보 또는 해저 지반 대비 높이 정보를 생성할 수 있다. 센서 모듈(40)에서 생성된 수평 정보, 수심 정보 또는 높이 정보는 센서 모듈(40)과 연결된 통신 모듈에 의해 해상 또는 지상의 제어부로 송신되거나, 스퍼드캔 기초(30)의 승강모듈(33)의 제어에 이용될 수 있다. 또한, 센서 모듈(40)에는 적어도 하나 이상의 카메라 모듈이 포함되어 수중 시각 정보를 생성할 수 있다. 이러한 수중 시각 정보도 통신 모듈에 의해 해상 또는 지상의 제어부로 송신되거나 스퍼드캔 기초(30)의 승강모듈(33)의 제어에 이용될 수 있다.

말뚝 가이드(20)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상하가 개방된 중공의 원통형 부재로 구성될 수 있으며, 프리파일링 템플리트(1)가 설치된 이후에 말뚝이 삽입되어 말뚝 관입 방향을 가이드하는 구성이다. 말뚝 가이드(20)의 상부에 위치한 말뚝 도입부는 파일(Pile)의 수용 가능성을 높이기 위해 말뚝 가이드(20)의 직경보다 넓은 직경을 갖는 깔대기 형태의 슬리브(21)가 구성될 수 있다.

스퍼드캔 기초(30)는 해저 지반에 접하는 단부가 반전된 원뿔 형태로 구성되어 해저 지반에 관입되는 기초 구성으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면 프레임(10)에 적어도 1개 이상, 바람직하게는 3개 내지 4개의 스퍼드캔 기초(30)가 구성될 수 있다. 스퍼드캔 기초(30)는 프레임(10)과 말뚝 가이드(20)의 하단보다 하부로 돌출되어 해저면과 접촉하고, 해저 지반과 프리파일링 템플리트(1) 사이의 상대적인 거리를 조절하도록 구성될 수 있다. 또한, 스퍼드캔 기초(30)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 스퍼드캔 기초(30)는 프레임(10)의 내측에 구성되는 것도 가능하며, 프레임(10)의 외측에 구성되는 것도 가능하지만, 효과 상에 차이는 발생할 수 있다. 스퍼드캔 기초(30)가 프레임(10)의 내측 빔(12)에 구성되는 경우에는 특정 스퍼드캔 기초(30)의 펀치 스루(Punch Through)가 발생된다고 하더라도 프리파일링 템플리트(1)의 기울기가 지나치게 크게 변동되지 않는 효과가 발생된다. 또한, 스퍼드캔 기초(30)가 프레임(10)의 외측 빔(11)에 구성되는 경우에는 하나의 말뚝 가이드(20)에 적어도 2개의 스퍼드캔 기초(30)가 지지하도록 구성되어, 말뚝 시공 시에 말뚝 가이드(20)의 수평 지지력이 향상되는 효과가 발생된다.

스퍼드캔 기초(30)의 구동을 위하여 모터, 전선, 배터리, 유압펌프, 호스 등의 기계 장치, 계측 장치 및 제어 장치가 구비될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초(30)는 연결부재(32)와 결합부재(31)를 통해 결합 구성될 수 있고, 연결부재(32)는 프레임(10)의 일측에 구성되는 승강모듈(33)에 결합되어 승강모듈(33)에 의해 상하 방향으로 슬라이딩 또는 구동되도록 구성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 연결부재(32)는 크로스 빔 보강 부재가 포함되는 래티스 구조(Lattice structure)의 빔 부재로 구성되거나, 단일 빔 구조의 부재로 구성될 수 있다. 도 3, 4에는 연결부재(32)가 단일 빔 구조의 부재로 표현되었으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 승강모듈(33)은 이동/고정 핀(Moving and stationary pins)을 구비한 유압 실린더(Hydraulic cylinders)의 구조로 구성되거나, 피니언 기어(Pinion gear)를 이용한 구조로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초(30)와 프레임(10)의 연결 관계와 관련하여, 스퍼드캔 기초(30)는 각각의 내측 빔(12) 일측에서 프레임(10)의 평면과 수직 방향을 향하도록 구성될 수 있다. 구체적으로는, 내측 빔(12)에서 프레임(10)의 꼭지점과 프레임(10)의 중심 사이의 일측에 구성될 수 있다. 이에 따르면, 최소 개수의 스퍼드캔 기초(30)를 이용하여 프레임(10)을 지지할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

이에 따르면, 스퍼드캔에 의해 템플리트가 해저지반에 견고하게 지지되며, 템플리트 사용 완료 이후 템플리트의 인발이 용이해지는 효과가 발생된다. 특히, 해저면 표면에 매트 기초 형태로 거치하는 경우 대비, 스퍼드캔 기초(30)가 해저 지반 내로 관입되므로 지지력이 증가하여 프리파일링 템플리트(1)가 외력에 저항하고 말뚝 시공 시 가이드 성능이 향상되는 효과가 발생된다.

또한, 템플리트 하강 이전에 진행해야 하는 평탄화 작업의 중요도가 낮아지며, 해저지반의 굴곡과 최초 안착 이후 발생하는 추가 침하에 대응하기 위한 수평, 높이 조절이 용이해지는 효과가 발생된다. 즉, 불규칙적이고 경사진 해저면 조건에서 각각의 스퍼드캔 기초(30)의 높이 및 돌출량과 작용하는 하중을 조절할 수 있다. 이에 따라, 해저면의 고르기 작업 등 사전 작업을 최소화 할 수 있으며, 말뚝 시공을 용이하게 하고 시공 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 프리파일링 템플리트(1)의 수평과 높이를 조절하기 위한 별도의 동작 부재를 대체하여 생략하거나 최소화 할 수 있는 효과가 발생된다.

또한, 말뚝 가이드(20) 자체가 지반에 지지되는 경우와 비교하여, 본 발명의 일실시예에 따르면 말뚝 가이드(20)와 스퍼드캔 기초(30)의 역할이 분리되므로, 지지와 인발의 용도에 최적화하여 단순화 할 수 있으며, 지지와 인발 용이성을 향상시킬 수 있는 효과가 발생된다. 기존의 방식과 같이 말뚝 가이드(20) 자체가 지반에 지지되는 경우에는 장치가 복잡하고 말뚝 가이드(20)가 지반에 함몰될 수 있어서 말뚝 시공 시에 문제가 발생될 수 있다.

또한, 스퍼드캔 기초(30)와 프레임(10)을 연결하는 연결부재(32)의 길이를 상대적으로 자유롭게 설정할 수 있어서, 스퍼드캔 기초(30)의 수직 작동 범위를 증가시킬 수 있는 효과가 발생된다. 이에 따라, 다양한 현장 지반 조건, 작업 여건에 따라 스퍼드캔 기초(30)을 이용하여 최적의 기능을 수행할 수 있게 된다. 또한, 말뚝 시공 작업이 종료된 이후에는 스퍼드캔 기초(30)를 인발, 프리파일링 템플리트(1)를 인발하여 제거하고 다른 위치에 즉시 재사용이 가능해지는 효과가 발생된다.

프리파일링 템플리트를 이용한 해상 구조물 설치 방법

프리파일링 템플리트를 이용한 해상 구조물 설치 방법과 관련하여, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 해상 구조물 설치 방법을 도시한 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 해상 구조물 설치 방법은, 프리파일링 템플리트 하강 단계(S10), 스퍼드캔 기초 관입 단계(S12), 수평 및 높이 조절 단계(S13), 말뚝 시공 단계(S14), 스퍼드캔 기초 인발 단계(S15), 프리파일링 템플리트 제거 단계(S16)를 포함할 수 있다.

프리파일링 템플리트 하강 단계(S10)는, 인양 고정부(13)에 리프팅 와이어를 고정하고 해상크레인 등을 이용하여 프리파일링 템플리트(1)를 해저 지반에 하강시키는 단계이다. 도 6은 본 발명의 일실시에에 따른 프리파일링 템플리트 하강 단계를 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, S10은 인양 고정부(13)에 리프팅 와이어를 고정하고 해상크레인 등을 이용하여 프리파일링 템플리트(1)를 해저 지반에 하강시키도록 구성될 수 있다.

스퍼드캔 기초 관입 단계(S11)는, 해저 지반에 스퍼드캔 기초(30)가 접한 뒤에 승강모듈(33)을 이용하여 스퍼드캔 기초(30)를 해저 지반에 관입 시키는 단계이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초(30) 관입 단계(S12)를 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, S11은 승강모듈(33)을 이용하여 스퍼드캔 기초(30)를 해저 지반에 관입 설치하게 된다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 해저 지반에 스퍼드캔 기초(30)에 의한 관통구가 형성되게 된다. 관통구는 해저 지반의 속성에 따라 Back flow 정도, 형태, 깊이 및 직경이 다르게 형성되게 된다.

수평 및 높이 조절 단계(S12)는, 스퍼드캔 기초(30)가 해저 지반에 관입 설치 된 뒤에 말뚝 시공의 최적화를 위하여, 센서 모듈(40)에서 센싱되는 프리파일링 템플리트의 수평 기울기 및 높이에 따라 승강모듈(33)을 제어하여 프리파일링 템플리트(1)의 수평 및 높이를 조절하는 단계이다.

말뚝 시공 단계(S13)는, 프리파일링 템플리트(1)의 수평 및 높이가 조절된 이후에 해머 등의 말뚝 관입 장치를 이용하여 말뚝 가이드(20)을 관통하여 해저 지반에 말뚝을 시공하는 단계이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 말뚝 시공 단계(S13)를 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 해머 등의 말뚝 관입 장치를 이용하여 말뚝 가이드(20)을 관통하여 해저 지반에 말뚝을 시공하게 된다.

스퍼드캔 기초 인발 단계(S14)는, 말뚝 시공이 완료된 이후에 스퍼드캔 기초(30)를 인발하는 단계이다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초 인발 단계(S14)를 도시한 모식도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 승강모듈(33)을 제어하여 스퍼드캔 기초(30)를 해저 지반에서 인발하는 단계이다.

프리파일링 템플리트 제거 단계(S15)는 스퍼드캔 기초의 인발이 완료된 이후에 리프팅 와이어와 인양 고정부(13)를 이용하여 프리파일링 템플리트를 인양 및 제거하는 단계이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 프리파일링 템플리트 제거 단계(S15)를 도시한 모식도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 리프팅 와이어와 인양 고정부(13)를 이용하여 프리파일링 템플리트를 인양 및 제거하게 되고, 해저 지반에는 프리파일링 템플리트에 의해 정교하게 시공된 말뚝만이 존재하게 된다. S15 단계 이후, 프리파일링 시공된 말뚝 위에 자켓 기초가 설치되게 된다.

경사진 해저 지반에서는 S11의 단계가 아래와 같이 진행될 수 있다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 경사진 해저 지반에서의 S11 단계를 도시한 흐름도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, S10 단계에서 프리파일링 템플리트(1)가 하강하여 특정 위치의 스퍼드캔 기초(30)가 먼저 해저 지반에 착지되는 경우, 먼저 착지되는 스퍼드캔 기초(30)부터 S11 단계를 수행하여 해저 지반으로의 관입이 실시될 수 있다. 이후에 나머지 스퍼드캔 기초(30)가 해저 지반에 착지되는 경우, 후순위 착지되는 기초들도 연달아 S11 단계를 수행하여 해저 지반으로의 관입이 실시될 수 있다.

제1변형예

본 발명의 제1변형예와 관련하여, 본 발명의 제1변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)의 프레임(10)이 스퍼드캔 기초(30), 연결부재(32) 및 승강모듈(33)을 안정적으로 지지하도록 내측 빔(12)이 2개 이상의 평행 빔으로 설계될 수 있다. 도 12는 본 발명의 제1변형예에 따른 프리파일링 템플리트의 평면을 도시한 모식도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 내측 빔(12)이 2개 이상의 평행 빔으로 구성될 수 있으며, 내측 빔(12)의 보강을 위해 크로스 빔이 더 포함될 수 있다.

제2변형예

본 발명의 제2변형예와 관련하여, 본 발명의 제2변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)의 스퍼드캔 기초(30), 연결부재(32) 및 승강모듈(33)은 프레임(10)의 외측 빔(11)에 구성될 수 있다. 도 13은 본 발명의 제2변형예에 따른 프리파일링 템플리트의 평면을 도시한 모식도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 스퍼드캔 기초(30), 연결부재(32) 및 승강모듈(33)이 프레임(10)의 외측 빔(11)에 구성될 수 있다. 이에 따르면, 하나의 말뚝 가이드(20)에 대해 인접한 2개의 스퍼드캔 기초(30)가 지지력을 부여하기 때문에, 말뚝 시공 시 수평 지지력이 향상되는 효과가 발생된다.

제3변형예

본 발명의 제3변형예와 관련하여, 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)는 말뚝 가이드(20)의 상하단 개방구에 제어부에 의해 전자동으로 개폐되는 상단 전자동 개폐 리드(Lid) 및 하단 전자동 개폐 리드가 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 제3변형예에 따른 하단 전자동 개폐 리드에는 제어부에 의해 개폐가 제어되는 유입구가 구성되어 전자동 개폐 리드가 폐쇄된 상태에서 해수가 말뚝 가이드(20) 내에 유입되는 것을 조절 할 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명의 제3변형예에 따르면, 전자동 개폐 리드의 폐쇄 상태에서 말뚝 가이드(20)에 작용되는 부력을 이용하여 인양선으로 프리파일링 템플리트(1)를 운송할 수 있게 되고, 유입구의 개폐로 말뚝 가이드(20)의 부력을 조절하여 프리파일링 템플리트(1)의 수평 및 높이를 조절할 수 있게 되어 해상 크레인의 역할이 축소되거나 해상 크레인이 필요하지 않게 되는 효과가 발생된다.

제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)를 이용한 말뚝 시공과 관련하여, 도 14는 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)의 운송을 도시한 모식도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)는 말뚝 가이드(20)의 부력에 의해 인양선으로 운송할 수 있게 된다.

도 15는 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)의 구체적인 구성을 도시한 모식도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)는 말뚝 가이드(20)의 상단에 상단 리드(22)가 슬리브(21)의 일측에 힌지(24)를 통해 특정 방향으로 회동 가능하도록 연결 구성될 수 있다. 또한, 말뚝 가이드(20)하단에 하단 리드(23)가 힌지(24)를 통해 특정 방향으로 회동 가능하도록 연결 구성될 수 있다. 특히, 상단 리드(22) 또는 하단 리드(23)에는 해수가 유입되는 유입구(25)가 구성될 수 있으며, 이러한 유입구(25)는 개폐부재(26)에 의해 개폐될 수 있다. 유입구(25)가 개폐부재(26)에 의해 폐쇄되면 해수가 말뚝 가이드(20)의 내측으로 유입되지 않고, 유입구(25)가 개폐부재(26)에 의해 개방되면 해수가 말뚝 가이드(20)의 내측으로 유입되어 말뚝 가이드(20)에 의한 부력이 감소하게 된다. 본 발명의 제3변형예에 따른 프리파일링 템플리트(1)는 말뚝 시공 위치에 운송된 후 제어부의 개폐부재(26) 제어에 의해 수평 및 높이가 조절될 수 있다. 특히, 말뚝 가이드(20)의 하단이 해저 지반에 닿지 않도록 말뚝 가이드(20)의 부력을 조절할 수 있게 된다.

개폐부재(26)가 개방되어 유입구(25)로 해수가 유입되게 되면 말뚝 가이드(20)의 부력이 감소되어 프리파일링 템플리트(1)가 하강하게 되고, 프리파일링 템플리트(1)의 수평을 조절하기 위해 각 말뚝 가이드(20)의 개폐부재(26)의 개폐 여부가 결정될 수 있다. 센서 모듈(40)에서 특정 수심이 계측되면 개폐부재(26)가 폐쇄되어 유입구(25)로 해수가 유입되지 않도록 구성될 수 있다. 이후 승강모듈(33)의 제어에 의해 스퍼드캔 기초(30)가 하강하여 해저 지반에 관입되게 되고, 각 말뚝 가이드(20)의 상단 리드(22) 및 하단 리드(23)를 모두 개방하도록 각 힌지(24)를 제어한 뒤 말뚝 시공이 수행된다. 말뚝 시공이 완료된 이후 승강모듈(33)의 제어에 의해 스퍼드캔 기초(30)가 상승하여 해저 지반에서 이탈하게 되고, 각 말뚝 가이드(20)의 상단 리드(22) 및 하단 리드(23)를 모두 폐쇄하도록 각 힌지(24)를 제어한 뒤 각 말뚝 가이드(20)의 내부 공간에 존재하는 해수를 석션하여 부력을 형성하게 된다. 부력이 형성된 말뚝 가이드(20)에 의해 말뚝 시공 후의 프리파일링 템플리트(1)는 제거되도록 구성될 수 있다.

제4변형예

본 발명의 제4변형예와 관련하여, 본 발명의 제4변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에는 제어부와 통신하는 가속 센서, 자이로 센서 등의 센서 모듈인 스퍼드캔 센서 모듈이 더 구성될 수 있으며, 스퍼드캔 센서 모듈에 의해 스퍼드캔 기초(30)의 기울기 정보인 스퍼드캔 기울기 정보가 생성될 수 있다.

본 발명의 제4변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에 구성된 스퍼드캔 센서 모듈에 따르면, 해상, 선상, 지상 또는 프레임(10)에 구성되는 제어부가 스퍼드캔 기울기 정보와 센서 모듈(40)에서 생성되는 프레임(10)의 기울기 정보를 이용하여 연결부재(32)의 편심 정보 또는 휨 정보를 계측할 수 있으며, 연결부재(32)의 편심 정도 또는 휨 정도가 작을수록 해저 지반의 지지력이 낮은 것으로 판정하여 말뚝 시공 시 설계 심도를 더 깊게 수정할 수 있다. 이에 따르면, 스퍼드캔 기초(30)의 시공에 의해 말뚝 시공 위치의 정밀한 토양 정보를 생성하여 더욱 효과적인 말뚝 시공을 수행할 수 있게 되는 효과가 발생된다.

제5변형예

본 발명의 제5변형예와 관련하여, 본 발명의 제5변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에는 제어부와 통신하는 가속 센서, 자이로 센서 등의 센서 모듈인 스퍼드캔 센서 모듈이 더 구성될 수 있으며, 스퍼드캔 센서 모듈에 의해 스퍼드캔 기초(30)의 기울기 정보인 스퍼드캔 기울기 정보가 생성될 수 있다.

본 발명의 제5변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에 구성된 스퍼드캔 센서 모듈에 따르면, 해상, 선상, 지상 또는 프레임(10)에 구성되는 제어부가 스퍼드캔 기울기 정보와 센서 모듈(40)에서 생성되는 프레임(10)의 기울기 정보의 시계열적인 변화를 기초로 특정 스퍼드캔 기초(30)에서의 펀치 스루(Punch Through) 발생 여부를 판정하도록 구성될 수 있다. 스퍼드캔 기초(30)의 관입 작업 과정에서 해저 지반의 강도(Stiffness)가 급변하는 경우 관입 저항을 갖는 지점까지 스퍼드캔 기초(30)가 급격한 하강을 하게 되는 것을 펀치 스루(Punch through)라 한다. 프리파일링 템플리트(1)에 구성된 복수개의 스퍼드캔 기초(30) 중 하나에 펀치 스루가 발생하게 되면 프리파일링 템플리트(1)의 수평이 급격하게 변동되는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명의 제5변형예에 따른 제어부는 스퍼드캔 기울기 정보와 프레임(10)의 기울기 정보가 시계열적으로 크게 변화하는 구간에서 특정 스퍼드캔 기초(30)에 펀치 스루가 발생되었다고 판정할 수 있다.

본 발명의 제5변형예에 따른 제어부는, 제어부에서 특정 스퍼드캔 기초(30)에 펀치 스루가 발생되었다고 판정되는 경우, 펀치 스루가 발생된 스퍼드캔 기초(30)는 하강하도록 승강모듈(33)을 제어하고 다른 스퍼드캔 기초(30)는 상승하도록 승강모듈(33)을 제어할 수 있다. 제어부는 프레임(10)의 센서 모듈(40)에서 계측되는 프레임(10)의 기울기 정보가 수평을 유지하는 것으로 계측 되는 때까지 펀치 스루가 발생된 스퍼드캔 기초(30)는 하강하도록 승강모듈(33)을 제어하고 다른 스퍼드캔 기초(30)는 상승하도록 승강모듈(33)을 제어할 수 있다.

제6변형예

본 발명의 제6변형예와 관련하여, 스퍼드캔 기초(30)의 관입이 완료되어 프리파일링 템플리트(1)의 시공이 완료된 이후, 말뚝 시공이 수행되어 특정 말뚝 가이드(20)에 말뚝이 시공되는 경우, 말뚝이 해저 지반에 관입되는 것에 의해 스퍼드캔 기초(30)에 전단력(Shear Force)이 발생하여 스퍼드캔 기초(30)에 변위가 발생하거나, 변형이 발생될 수 있다. 도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 말뚝 관입이 시공되는 경우에 발생되는 전단력과 프리파일링 템플리트(1)의 기울기 변화를 도시한 모식도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 말뚝 관입에 의한 스퍼드캔 기초(30)의 변위 또는 변형은 프리파일링 템플리트(1)의 기울기 변화를 야기한다.

본 발명의 제6변형예에 따르면, 말뚝 관입 시 센서 모듈(40)에서 프리파일링 템플리트(1)의 기울기 변화를 계측하고, 특정 수준 이상의 기울기 변화가 계측되면 제어부가 각 말뚝 가이드(20)의 승강모듈(33)을 제어하여 말뚝이 관입된 말뚝 가이드(20)와 가까운 스퍼드캔 기초(30)인 관입측 스퍼드캔 기초(30)는 높이를 고정하고, 나머지 스퍼드캔 기초(30)를 하강시켜서 프리파일링 템플리트(1)의 수평을 조절한 뒤, 프리파일링 템플리트(1)의 수평이 맞춰지면 다른 말뚝의 시공을 수행하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 제6변형예에 따르면 관입측 스퍼드캔 기초(30)는 높이를 고정하기 때문에 기관입된 말뚝에 변위나 지지력 변동이 발생되지 않으면서 프리파일링 템플리트(1)의 수평을 조절할 수 있는 효과가 있다.

제7변형예

본 발명의 제7변형예와 관련하여, 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼드캔 기초 인발 단계(S14)에서 스퍼드캔 기초(30) 인발 이후에 스퍼드캔 기초(30)가 관입되었던 말뚝과 말뚝 사이의 공간에 지지력이 상실되면서 프리파일링 템플리트(1)의 내측 방향으로 파일링된 말뚝에 전단력이 발생되거나, 말뚝을 지지하고 있는 지반이 침하되는 문제가 발생될 수 있다.

본 발명의 제7변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에는 그라우트 유출구 및 그라우트 백이 더 포함될 수 있다. 도 17은 본 발명의 제7변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)를 도시한 모식도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제7변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에는 그라우트 유출구(34), 그라우트 백(35)이 더 구성될 수 있다. 그라우트 유출구(34)는 스퍼드캔 기초(30)를 상하로 관통하도록 구성되는 관통구이며, 제어부에 의해 개폐가 제어되도록 구성되는 방식, 그라우트 백(35)에 작용하는 압력에 의해 개폐되도록 구성되는 방식, 또는 승강모듈(33)의 연결부재(32) 인발과 함께 개폐되도록 구성되는 방식으로 구성 될 수 있다. 그라우트 백(35)은 스퍼드캔 기초(30)의 상부에 구성되어 그라우트 유출구(34)와 연결될 수 있으며, 그라우트 유출구(34)의 개방과 함께 스퍼드캔 기초(30)의 하방으로 그라우트가 유출되도록 구성될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 스퍼드캔 기초(30)가 인발되게 되면 그라우트 유출구(34)가 개방되게 되면서 그라우트 백(35)의 내측에 구비된 그라우트가 그라우트 유출구(34)를 통해 스퍼드캔 기초(30)의 하방으로 유출되게 된다. 스퍼드캔 기초(30)의 하방으로 그라우트가 유출되게 되면, 스퍼드캔 기초(30)의 관입에 의해 형성된 관통구가 그라우트에 의해 메워지게 되고, 관통구를 지지하게 되는 효과가 발생된다.

본 발명의 제7변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)에 따르면, 말뚝의 관입을 완료하고 스퍼드캔 기초 인발 단계(S14)에서 스퍼드캔 기초(30)의 인발을 수행하게 되면 스퍼드캔 기초(30)이 상승하면서 그라우트 유출구(34)가 개방되게 되고 그라우트가 스퍼드캔 기초(30)의 하방으로 유출되게 된다. 스퍼드캔 기초(30)의 관입으로 인해 형성된 해저 지반의 관통구가 유출된 그라우트에 의해 지지되고 침하가 방지되게 된다. 그라우트에 의해 해저 지반이 안정화 된 이후, 프리파일링 템플리트(1)를 인양하여 제거하고, 프리파일링 된 말뚝에 해상 구조물을 시공하게 된다.

본 발명의 제7변형예에 따른 스퍼드캔 기초(30)의 구동에서, 특히 그라우트 유출구(34)가 그라우트 백(35)에 작용하는 압력에 의해 개폐되도록 구성되는 방식으로 구동되는 경우에는 승강모듈(33)의 연결부재(32) 인발에 따라 스퍼드캔 기초(30)의 상부면에 작용하는 연직 상방의 상승 압력과, 스퍼드캔 기초(30)의 관입에 의해 스퍼드캔 기초(30)의 상부면에 누적된 해저 지반의 Back Flow의 자중에 의해 스퍼드캔 기초(30)의 상부면에 작용하는 연직 하방의 자중 압력이 그라우트 백(35)을 통해 그라우트 유출구(34)에 작용하도록 구성될 수 있고, 스퍼드캔 기초(30)의 상승 압력과 Back Flow 자중 압력의 합에 의해 그라우트 유출구(34)가 개방되도록 구성될 수 있다. 이에 따르면, 별다른 기계 장치나 제어 장치 없이도 스퍼드캔 기초(30)의 관입에 의해 발생된 관통구의 그라우팅이 가능해지는 효과가 발생된다.

제8변형예

본 발명의 제8변형예와 관련하여, 본 발명의 제8변형예에 따른 스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트(1)는 승강모듈 없이 연결부재(32)와 스퍼드캔 기초(30)만으로 프레임(10)이 지지될 수 있다. 이러한 경우, 프레임(10)의 내측 빔 또는 외측 빔에는 연결부재(32)가 고정되도록 결합될 수 있고, 프리파일링 템플리트(1)가 하강되면서 프리파일링 템플리트의 자중에 의해 스퍼드캔 기초(30)가 해저 지반에 관입되어 지지력을 가지도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제8변형예의 경우, 말뚝의 시공 방향 또는 각도 조절을 위해 말뚝 가이드(20)가 복수의 각도와 방향으로 회동되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 제8변형예에 따르면, 말뚝 가이드(20)의 회동을 위해 말뚝 가이드(20)와 연결된 프레임(10)의 빔이 각각 유니버셜 조인트로 연결될 수 있고, 프레임(10)의 빔이 적어도 2개 이상의 슬라이딩 빔으로 구성되어 빔의 슬라이딩에 의해 길이가 조절되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제8변형예에 따르면, 프레임(10)의 각 빔의 길이조절을 통해 프레임(10)의 꼭지점에 위치하는 말뚝 가이드(20)의 각도와 방향이 조절되도록 구성될 수 있다.

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: 프리파일링 템플리트
10: 프레임
11: 외측 빔
12: 내측 빔
20: 말뚝 가이드
21: 슬리브
22: 상단 리드
23: 하단 리드
24: 힌지
25: 유입구
26: 개폐부재
30: 스퍼드캔 기초
31: 결합부재
32: 연결부재
33: 승강모듈
34: 그라우트 유출구
35: 그라우트 백
40: 센서 모듈

Claims (8)

1. 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드;
   상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초;
   일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 및
   상기 말뚝 가이드를 상호 연결 및 고정하는 프레임;
   을 포함하고,
   상기 스퍼드캔 기초는 상기 프레임과 상기 말뚝 가이드의 하단보다 하부로 돌출되고,
   상기 연결부재는 상기 말뚝 가이드와 상기 프레임의 중심 사이의 일측에 구성되며,
   상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입되어 상기 프레임을 지지하고, 해상 구조물의 설치를 위한 상기 말뚝의 프리파일링 시공 시 상기 말뚝의 시공 방향을 가이드 하는 것을 특징으로 하는,
   스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임은, 다각 형태의 빔 구조를 가지며, 상기 다각 형태의 모서리를 구성하는 외측 빔 및 상기 다각 형태의 꼭지점과 중심점을 잇는 내측 빔을 더 포함하고,
   상기 연결부재 및 상기 스퍼드캔 기초는 상기 내측 빔의 일측에 구성되는 것을 특징으로 하는,
   스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트.
   
3. 제1항에 있어서,
   제어 수단;
   상기 말뚝 가이드의 상단을 밀폐하고, 상기 말뚝 가이드의 상단에 상기 제어 수단에 의해 개폐 가능하도록 구성되는 상단 리드;
   상기 말뚝 가이드의 하단을 밀폐하고, 상기 말뚝 가이드의 하단에 상기 제어 수단에 의해 개폐 가능하도록 구성되는 하단 리드;
   해수가 상기 말뚝 가이드의 내부 공간에 유입되도록 상기 상단 리드 또는 상기 하단 리드를 관통하는 유입구; 및
   상기 상단 리드 또는 상기 하단 리드에 구성되는 상기 유입구를 상기 제어 수단에 의해 개폐 가능하도록 상기 유입구에 구성되는 개폐부재;
   를 더 포함하고,
   상기 상단 리드 및 상기 하단 리드가 폐쇄되면 상기 말뚝 가이드의 상기 내부 공간에 의해 부력이 발생하는 것을 특징으로 하는,
   스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트.
   
4. 제1항에 있어서,
   제어 수단;
   상기 스퍼드캔 기초에 구성되어 상기 스퍼드캔 기초의 기울기 정보인 스퍼드캔 기울기 정보를 생성하는 스퍼드캔 센서 모듈; 및
   상기 프레임에 구성되어 상기 프레임의 기울기 정보인 프레임 기울기 정보를 생성하는 프레임 센서 모듈;
   을 더 포함하고,
   상기 제어 수단이 상기 스퍼드캔 기울기 정보와 상기 프레임 기울기 정보를 수신하고, 상기 스퍼드캔 기울기 정보와 상기 프레임 기울기 정보의 시계열적인 변화를 기초로 상기 스퍼드캔 기초의 펀치 스루(Punch Through) 발생 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는,
   스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 스퍼드캔 기초를 상하로 관통하도록 구성되는 관통구이고, 폐쇄된 상태로 유지되다가 상기 스퍼드캔 기초가 인발되면 개방되도록 구성되는 그라우트 유출구;
   상기 스퍼드캔 기초의 상부에 구성되어 내부에 그라우트를 수용하는 백(Bag)의 형태로 구성되고, 상기 그라우트 유출구와 연결되어 상기 그라우트 유출구의 개방과 함께 상기 스퍼드캔 기초의 하방으로 상기 그라우트가 유출되도록 구성되는 그라우트 백;
   을 더 포함하고,
   상기 스퍼드캔 기초가 인발되면 상기 그라우트 유출구가 개방되어 상기 그라우트 백의 내부에 수용된 상기 그라우트가 상기 스퍼드캔 기초의 하방으로 유출되는 것을 특징으로 하는,
   스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 연결부재를 수용하도록 구성되어, 상기 연결부재가 상기 말뚝 가이드와 평행한 방향으로 슬라이딩 되도록 구동하는 승강모듈;
   을 더 포함하고,
   상기 프레임은 상기 말뚝 가이드 및 상기 승강모듈을 상호 연결하여 고정하도록 구성되며,
   상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 접하면 상기 연결부재가 하방으로 슬라이딩 되어 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입되도록 상기 승강모듈을 제어한 뒤, 상기 프레임의 수평 또는 높이가 조절되도록 상기 승강모듈의 상기 연결부재에 대한 상방 또는 하방 구동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   스퍼드캔 기초를 이용한 프리파일링 템플리트.
   
7. 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 및 상기 말뚝 가이드를 상호 연결 및 고정하는 프레임;을 포함하고 상기 스퍼드캔 기초는 상기 프레임과 상기 말뚝 가이드의 하단보다 하부로 돌출되고, 상기 연결부재는 상기 말뚝 가이드와 상기 프레임의 중심 사이의 일측에 구성되는 프리파일링 템플리트를 상기 해저 지반에 하강시키는 프리파일링 템플리트 하강 단계;
   상기 해저 지반에 상기 스퍼드캔 기초를 관입 시키는 스퍼드캔 기초 관입 단계;
   상기 프리파일링 템플리트의 상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입 된 이후에, 말뚝 관입 장치를 이용하여 상기 말뚝 가이드을 관통하여 상기 해저 지반에 상기 말뚝을 시공하는 말뚝 시공 단계;
   상기 말뚝의 시공이 완료된 이후에 상기 스퍼드캔 기초를 인발하는 스퍼드캔 기초 인발 단계; 및
   상기 스퍼드캔 기초의 인발이 완료된 이후에 상기 프리파일링 템플리트를 인양 및 제거하는 프리파일링 템플리트 제거 단계;
   를 포함하고,
   상기 프리파일링 템플리트 제거 단계 이후에 프리파일링 된 상기 말뚝을 기초로 해상 구조물을 설치하는 것을 특징으로 하는,
   프리파일링 템플리트를 이용한 해상 구조물 설치 방법.
   
8. 해저 지반에 관입되도록 시공되는 말뚝의 방향을 가이드하기 위한 말뚝 가이드; 상기 해저 지반에 관입되어 지지력을 발생시키기 위한 스퍼드캔 기초; 일단에 상기 스퍼드캔 기초가 결합 구성되고, 상기 말뚝 가이드와 평행하게 구성되는 연결부재; 상기 연결부재를 수용하도록 구성되어 상기 연결부재가 상기 말뚝 가이드와 평행한 방향으로 슬라이딩 되도록 구동하는 승강모듈 및 상기 말뚝 가이드를 상호 연결 및 고정하는 프레임;을 포함하고 상기 스퍼드캔 기초는 상기 프레임과 상기 말뚝 가이드의 하단보다 하부로 돌출되고, 상기 연결부재를 수용하는 상기 승강모듈은 상기 말뚝 가이드와 상기 프레임의 중심 사이의 일측에 구성되는 프리파일링 템플리트를 상기 해저 지반에 하강시키는 프리파일링 템플리트 하강 단계;
   상기 해저 지반에 상기 스퍼드캔 기초가 접한 뒤에 상기 승강모듈을 구동하여 상기 스퍼드캔 기초를 상기 해저 지반에 관입 시키는 스퍼드캔 기초 관입 단계;
   상기 스퍼드캔 기초가 상기 해저 지반에 관입 설치 된 뒤에 상기 프리파일링 템플리트의 수평 기울기 또는 높이에 따라 상기 승강모듈을 제어하여 상기 프리파일링 템플리트의 수평 또는 높이를 조절하는 조절 단계;
   상기 프리파일링 템플리트의 수평 또는 높이가 조절된 이후에, 말뚝 관입 장치를 이용하여 상기 말뚝 가이드을 관통하여 상기 해저 지반에 상기 말뚝을 시공하는 말뚝 시공 단계;
   상기 말뚝의 시공이 완료된 이후에 상기 스퍼드캔 기초를 인발하는 스퍼드캔 기초 인발 단계; 및
   상기 스퍼드캔 기초의 인발이 완료된 이후에 상기 프리파일링 템플리트를 인양 및 제거하는 프리파일링 템플리트 제거 단계;
   를 포함하고,
   상기 프리파일링 템플리트 제거 단계 이후에 프리파일링 된 상기 말뚝을 기초로 해상 구조물을 설치하는 것을 특징으로 하는,
   프리파일링 템플리트를 이용한 해상 구조물 설치 방법.
   

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