[논문]울돌목 시험조류발전소의 기초 시공 사례

권오정; 오명학; 박진순; 이광수

문제 정의

5m/sec) 및 Jacket 형식 구조물의 특성으로 인해 울돌목 시험조류발전소 건설 당시 시험발전소 구조물을 설치하는데 많은 어려움이 있었다. 이에 본 연구에서는 시험조류발전소 주변의 지반 및 해역특성과 기초 시공 사례에 대해 살펴보기로 한다.

제안 방법

2009년 5월에 준공된 울돌목 시험조류발전소는 jacket 형식의 구조물로 현재 다양한 조건에서의 현장실증시험이 진행 중이다. Jacket 형식의 시험발전 구조물을 설치하기 위해 주변 지역의 지반 및 해역특성을 분석하여, 이를 토대로 시험조류발전소 구조물의 안정성을 위해 보통암층 또는 절리군이 없는 연암층까지 8m 정도의 깊이로 RCD 천공을 실시한 후 pile을 삽입하고 콘크리트를 타설하는 방법을 적용하여 기초를 시공하였다. 향후 jacket 형식 이외의 부유식 등 다양한 구조형식에 대한 연구를 수행할 예정이며 이때 각 구조형식 별 지반과 구조물의 상호작용에 대한 보다 정밀한 조사가 요구된다.
따라서 jacket 구조물의 기초가 절리군이 발견된 연암층까지만 근입될 경우 구조물의 안정성에 심각한 영향을 미칠 우려가 있기 때문에, 보통암층 혹은 기초가 절리군이 없는 연암층까지 기초가 근입하도록 구조물을 설계하였다.
육상 시공에서의 안정성확보를 위해 jacket 설치 후 데크 프레임을 가설치하고, 상부에 900ton의 콘크리트 블록을 재하하였다. 또한, jacket의 상부에 데크 프레임을 상재한 일괄식 lifting 공법으로 신속하고 정확하게 자켓구조물 설치하였고, 데크 프레임과 말뚝의 간섭을 피하기 위하여 데크 프레임을 약 50도 회전하고 간섭부위를 가절단하였으며, 중량물 확보방안으로 콘크리트 슬라브를 타설하여 설치하는 방법을 적용하였다.
설치 중 안정성을 확보하기 위하여 거치 후 빠른 시간 내에 중량물을 재하하여 수평력에 대하여 구조물의 활동(sliding) 및 전도(overturning)에 대한 안정성을 확보하도록 하였다. 이후 지반특성 및 해역특성 조사결과를 바탕으로 기초를 보통암층 또는 절리군이 없는 연암층까지 근입하기 위하여, jacket leg 강관의 안쪽에서 8m 깊이로 RCD 천공을 실시하여 기초 pile을 삽입한 후 콘크리트를 타설하여 기초공사를 완료하였다.
시추조사는 Fig. 3에 나타낸바와 같이 Fig. 2의 조사위치 중 해상의 2공에서(BH-1, BH-2) 표준관입시험 및 지반시추(NX)를 실시하였고, 조사 결과로 구한 시추주상도 및 지층평면도를 각각 Fig. 4 및 Fig. 5에 나타내었다.
육상 시공에서의 안정성확보를 위해 jacket 설치 후 데크 프레임을 가설치하고, 상부에 900ton의 콘크리트 블록을 재하하였다. 또한, jacket의 상부에 데크 프레임을 상재한 일괄식 lifting 공법으로 신속하고 정확하게 자켓구조물 설치하였고, 데크 프레임과 말뚝의 간섭을 피하기 위하여 데크 프레임을 약 50도 회전하고 간섭부위를 가절단하였으며, 중량물 확보방안으로 콘크리트 슬라브를 타설하여 설치하는 방법을 적용하였다.
이러한 지반 및 해역특성을 바탕으로 jacket 구조물이 해상에 설치될 때 구조물의 안정성을 위해 보통암층 또는 절리군이 없는 연암층까지 8m 정도의 깊이로 RCD 천공을 실시한 후 pile을 삽입하고 콘크리트를 타설하는 기초 시공 방법을 제안하였다.
설치 중 안정성을 확보하기 위하여 거치 후 빠른 시간 내에 중량물을 재하하여 수평력에 대하여 구조물의 활동(sliding) 및 전도(overturning)에 대한 안정성을 확보하도록 하였다. 이후 지반특성 및 해역특성 조사결과를 바탕으로 기초를 보통암층 또는 절리군이 없는 연암층까지 근입하기 위하여, jacket leg 강관의 안쪽에서 8m 깊이로 RCD 천공을 실시하여 기초 pile을 삽입한 후 콘크리트를 타설하여 기초공사를 완료하였다. jacket 구조물 설치가 완료된 후 상부하우스 및 잔교 설치, 육상변전소 건축, 헬리컬 터빈 및 기전설비 설치 등의 후속공정을 수행하여 2009년 5월에 울돌목 시험조류발전소가 완공되었다.
조사지역에 대한 지층의 분포상태 및 층후를 파악하고 암석의 물리적, 역학적 특성을 파악하여 경제적이고 안전한 설계 및 시공이 이루어 질수 있도록 지반공학적 자료를 획득하기 위하여 Fig. 2의 조사위치에서 지반조사를 실시하였다.

대상 데이터

시험조류발전소의 크기는 가로, 세로 및 높이가 각각 16m, 36m, 50m이고, jacket의 중량은 약 1,000톤 정도이다. 기초 시공을 위해 DL(-) 17.00m부터 DL(-) 25.00m까지의 8m 부분이 RCD 천공 이후 지반에 삽입되도록 제작하였다.
7은 울돌목 시험조류발전소의 Jacket 구조물 단면도를 나타낸 것이다. 시험조류발전소의 크기는 가로, 세로 및 높이가 각각 16m, 36m, 50m이고, jacket의 중량은 약 1,000톤 정도이다. 기초 시공을 위해 DL(-) 17.

성능/효과

시추조사 결과를 살펴보면, 조사부지에 분포되어 있는 지층은 입도분포가 불량한 자갈(GP)로 이루어진 퇴적토층이 상부에 약 0.3 ~ 0.6m 정도 분포하고 그 하부로 풍화암층이 약 1.1~2.0m의 두께로 분포하고 있는 것을 확인하였다. 또한 그 하부로는 1.
울돌목의 지질특성은 백악기의 분류산성암층으로 하부의 산성분류암질응회암 상부로 장석반암과 석영반암이 분포하며, 제4기의 충적층이 이를 부정합으로 피복하면서 주변 해안지대에 광역적으로 분포하고 있는 것으로 조사되었다.

후속연구

향후 jacket 형식 이외의 부유식 등 다양한 구조형식에 대한 연구를 수행할 예정이며 이때 각 구조형식 별 지반과 구조물의 상호작용에 대한 보다 정밀한 조사가 요구된다. 또한 기초 시공에 많은 어려움을 겪은 울돌목 현장과 같이 빠른 유속조건을 가진 해상 현장에서의 보다 신속하고 정밀한 기초시공공법의 개발이 필요하다고 판단된다.
Jacket 형식의 시험발전 구조물을 설치하기 위해 주변 지역의 지반 및 해역특성을 분석하여, 이를 토대로 시험조류발전소 구조물의 안정성을 위해 보통암층 또는 절리군이 없는 연암층까지 8m 정도의 깊이로 RCD 천공을 실시한 후 pile을 삽입하고 콘크리트를 타설하는 방법을 적용하여 기초를 시공하였다. 향후 jacket 형식 이외의 부유식 등 다양한 구조형식에 대한 연구를 수행할 예정이며 이때 각 구조형식 별 지반과 구조물의 상호작용에 대한 보다 정밀한 조사가 요구된다. 또한 기초 시공에 많은 어려움을 겪은 울돌목 현장과 같이 빠른 유속조건을 가진 해상 현장에서의 보다 신속하고 정밀한 기초시공공법의 개발이 필요하다고 판단된다.

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