최근 신재생에너지에 대한 수요가 많아짐에 따라 풍력발전에 대한 관심이 많아지고 있다. 특히 풍력발전의 경우 대형화로 인해 내륙보다는 해상에 건설되는 경향이 많다. 해상에 건설됨에 따라 풍력타워를 지지하기 위해 다양한 기초형식들이 적용되고 있다. 기초형식으로는 중력식 확대기초, 모노파일기초, 부유식 기초, 석션버켓기초 등이 적용되고 있다. 해상풍력발전의 대형화는 해상풍력발전 구조물의 기초시공 비용의 증가로 경제적인 기초형식을 결정하는 것이 중요하다. 또한 해상풍력발전 구조물의 경우 풍력과 파력 등으로 인해 구조물의 수평저항력 및 휨모멘트에 대한 중요도가 크다. 따라서 수평하중으로 인해 발생 가능한 해상풍력구조물의 활동, 특히 전도에 대한 안정성을 확보할 수 있는 방안의 강구, 필요성이 제기되고 있다. 이와 같이 해상풍력구조물의 대형화로 인한 경제성과 수평저항력에 대한 안정성을 높이기 위해 본 연구에서는 풍력기초의 단면을 축소하여 기초와 암반지반 사이를 말뚝으로 보강하는 새로운 공법이 검토되었다. 이 공법은 최근 말뚝으로 보강된 Tiecell 공법과 유사한 공법이다. Tiecell 공법은 기존 블록식공법에 말뚝을 관입하여 활동에 대한 저항력을 극대화시킨 공법이다. 즉 말뚝을 통해 블록간 결합과 그리고 블록과 지반사이 인장력을 구현한 것이다. 기존 블록식공법은 블록자체 자중과 블록간 존재하는 마찰력이 수평하중에 저항하는 형태를 가지고 있고 블록과 지반 사이의 결합이 존재하지 않는다(Tsinker, 1997). 현재 Tiecell 공법의 경우 방파제나 안벽 등에 적용된 연구(Kang et al., 2021) 및 시공사례가 있으나 해상풍력 기초구조물에 적용된 경우는 아직까지 사례가 없는 상태이다.해상풍력의 기초는 우선적으로 지지력 확보가 중요하므로 지반조건에 따라 기초형식이 달라지게 된다. 지반 상태가 좋은 암반지반이나 조밀한 모래지반의 경우 중력식확대기초 적용이 가능하나, 그렇지 않은 경우 모노파일 또는 석션버켓과 같은 기초공법을 적용한다(Negro et al., 2014; Esteban et al., 2015). 예를 들어 석션버켓 해상풍력기초의 경우 Houlsby et al. (2005)와 Kelly et al. (2006)는 점토와 사질토에서 수평 및 수직하중에 대한 버켓 기초의 동적응답을 예측하기 위해 현장실험을 수행하는 등 점토와 사질토 지반에서의 풍력기초들에 대한 연구들이 다수 진행되었다. 또한 기초를 통해 해상풍력구조물의 하중이 지반으로 직접적으로 전달되는 중력식확대 해상풍력기초에 대한 연구도 진행 되었다(Esteban et al., 2019). 본 연구에서는 실내모형시험을 통해 암반지반에서 말뚝으로 보강된 해상풍력발전 기초구조물의 적용성 검토를 수행하였다.

본 연구는 암반지반에서 말뚝으로 보강된 풍력발전기초의 수평저항력 및 말뚝의 위치별 휨모멘트를 검토하기 위해 실내모형실험을 수행하였고 그 결과는 아래와 같다.