석션파일 관입시 수직도 제어 리프팅 시스템의 구조안전성 검토

Abstract

수중 구조물의 기초 공법 종류 중 하나인 석션파일은 파일 내부의 유체를 외부로 배출시켜 파일의 내부와 외부의 압력차를 이용하여 설치되는 파일이다. 이러한 석션파일은 자침을 이용하여 기초지반에 파일을 안착 시킨 이후 석션압을 가하여 시공이 이루어진다. 지반환경 및 석션압 분포 등 시공환경에 따라 파일의 부등 관입이 발생할 수 있으며, 현재는 작업자의 판단으로 파일의 관입과 인발을 반복하여 수직도를 제어하고 있는 실정이다. 하지만 대구경 석션 파일을 시공하거나 대량의 석션 파일을 효과적으로 시공하기 위해서는 수직도 제어 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 석션 파일 관입 시 파일에 연결되는 와이어의 변위를 조절하여 수직도를 제어할 수 있는 리프팅 시스템을 개발하고 수치해석을 이용하여 시스템에 필요한 프레임의 구조안전성을 검토하였다. 석션 파일의 직경과 작업환경에 따라 리프팅 시스템에 필요한 프레임의 크기와 형상을 결정할 수 있으며, 본 연구에서는 20m 직경의 원형강관을 기준으로 프레임의 크기와 단면형상을 달리하여 각 조건에 따른 프레임의 구조안전성을 평가하였다. 해석 결과, 원형강관의 직경보다 작은 크기의 사각프레임을 사용하는 경우 원형강관의 변형이 발생할 수 있어 원형강관의 직경과 동일한 크기의 사각프레임을 사용하는 경우에 비해 안전성이 저하되는 것을 확인하였다. 프레임의 단면은 I형과 박스형을 적용하여 비교·검토 하였으며, I형 단면의 프레임에서 박스형 단면 프레임에 비해 15%정도 큰 응력이 발생하는 것으로 나타났다. 하지만 두 단면 모두 와이어와의 연결부에서 발생하는 집중응력 이외에 프레임의 휨, 전단에 의한 파괴는 발생하지 않았다.