< 표 1. 윤난지방의 연장 100m 가 넘는 교량 현황 >

⑤ 대부분의 모든 철근 콘크리트 아치교량이 비지지구조의 라멘형식을 채택하고 있다.

⑥ 철근 콘크리트 아치 박스 교량의 가설 순서에 따라 대부분의 모든 교량은 공장제작 아치 리브 와 케이블 크레인을 이용한 이동 및 2축방향의 현장 조립공법을 도입하여 아치리브를 건설하고 잇다.

⑦ 일반적으로 장대 아치교량의 주 경간장은 100m에서 150m 사이이며, 간헐적으로 150m를 넘는 경우도 있다.

Songyuan Jinshua 교량은 윤난지방의 철근 콘크리트 박스형식의 가장 긴 교량이다. 이 교량은 대단히 강한 지진 구역대에 위치하며 연약한 지반위에 가설되었다. 더욱이, 이 교량이 가설되던 시기인 1996년에 지진규모 8.0 Ms 의 지진이 이 지방에 발생하였다.

3. Songyuan Jinsha River 교

3.1 설계 개요

Songyuan Jinsha River 교(그림 4) 는 Jinsha 강을 횡단하는 윤난지방의 Xiaguan 에서 Zhongdian 간 고속도로에 위치한다. 이 교량은 윤난 지방 고속도로 조사 및 설계국에 의해서 설계되었으며 윤난 교량기술국에서 시공하였다. 이 교량의 가설은 1993년 12월 25일에 시작되었으며 1996년 10월 12일 완료되었다. 설계하중은 Vehicle-20 과 Trailer-120 이며 교폭 7m 와 양측의 1,5m 보도로 구성되었고 설계 홍수빈도는 재현기간 100년을 기준으로 하였고, 지진진도는 8 도의 강도에 견딜 수 있도록 설계되었다.

< 그림 4 : Songyuan JinSha River 교 >

이 Songyuan JinSha 교량의 총 연장은 264.81m 로서 주경간 170m를 가지고 있으며 라이즈 비 0.125의, 등단면의 케이터너리 철근 콘크리트 박스 아치교량이다. 장지간의 아치 교량으로서 복부는 개방단면을 채택하여 내부의 온도변화로 인한 과도한 응력을 감소시켰고, 이러한 방식으로 충복식 단면에서도 내부의 공간을 중공형식으로 채택하였다. 온도의 차이를 방지하기 위하여 교량의 종방향으로 공기순환 통로를 도입함과 동시에, 시공의 편의성을 위하여 콘크리트 가로보는 사전 제작하는 것으로 반영하였다.

10개의 사전 제작된 T-빔이 각 주 아치부재의 6개의 개구부에 거치되었는데, π 플레이트 빔이 거치된 이중 힌지 아치구조에 비해 이 방식이 훨씬 경량이며 경제적이다. 양쪽 연결도로의 선형에 맞추기 위해서 종방향으로 -1% 의 종단경사를 중앙아치에서 양측 교대까지 반영하였다. 이러한 종단 곡선반경은 4,000m 이며 40m 의 접선연장과 0.2m 의 접선거리를 갖도록 하였다. 아치 기둥의 높이와 가로보가 교량의 종방향 경사를 조정하는 조절 포인트로 활용하였다.

지진 다발지역을 감안하여 설계기간 동안 충분한 지진 내구성을 갖도록 설계에 반영하였다.

교량을 심플하게 만들기 위해 접속슬래브는 측경간 아치의 형식과 동일한 형식을 사용하도록 하였고, 교량이 수심이 깊고 빠른 JinSha 강변에 위치하는 것을 고려하여 접속 슬래브의 단부는 수평방향으로 곡선을 도입하였다. 시공의 편리성을 도입하기 위하여 보도부는 T-빔을 사용하여 확폭하지 않고 켄틸레버 구조를 택하여 평면 곡선에 대응하였다. 물론 모든 교대부분도 변화된 교폭과 맞추어서 넓게 계획하였다.

Zhongdian 쪽 강변의 교량 거더의 하면이 강물과 인접하고 지반조건도 열악하여 날개벽을 추가 도입하여 교대가 휩쓸려 나가지 않도록 방지하였다. 첫 번째 측경간 기둥과 진입부 기둥은 설계 수면 아래에 위치하기 때문에 횡방향 슬래브를 도입하여 부유물에 의해 걸리지 않도록 반영하였다. 동시에 강성의 강봉을 첫 번째 아치리브구조에 도입하여 강물에 떠내려 오는 부유목 등의 충돌하중에 견디도록 하였다.

교량의 기초상황은 다음과 같다 : 퇴적층자갈, 자갈섞인 점토 및 이회암으로 구성되어 있다. 따라서 이러한 지반상황을 고려하여 교대는 미끄럼 방지공을 도입한 말뚝 기초로 설계되었고, 추가적으로 3m 두께의 횡방향 벽체를 기초판에 가설함과 동시에 U자 형상의 교대를 도입하여 아치리브의 횡방향력에 저항하도록 하였다.

실제 사용된 시공 물량은 강재 403 ton, 시멘트 6075 ton 800m³ 의 목재 및 17,000m³ 의 콘크리트 및 7,000m³ 의 석재가 사용되었다. 총 공사비는 17,928,000 RMB 가 소요되었다.

3,2 시공방법

본 교량은 사전 제작 세그먼트의 인양 조립 방법으로 시공되었다. 주 아치는 5개의 격실로 구성되었는데, 각 2.6m 의 높이와 8.86m 의 넓이를 가진다. 아치 링은 C40의 철근 콘크리트 구조로 되어 있으며, U 자형상의 아치리브는 먼저 7개의 부분으로 분할하여 사전 제작이 되도록 하였다. 단일 세그먼트의 최대 인양하중은 59.6 ton 에 달하였다.

이 교량의 아치리브는 1995년 12월 30일 인양작업이 시작되었고 1996년 2월 2일 종료되었다.

이 공사기간 1996년 2월 3일 중 진도 7 에 해당하는 지진이 Lijiang 지역에 19:20 분에 발생하였다. 진앙지와 본 교량과의 거리는 불과 20Km 였으며 지진 발생시 인부들이 아치리브의 용접작업을 수행하고 있었다. 아치박스는 큰 충격을 받아서 변위가 최대 50cm 까지 발생하였다. 지진 발생 다음날인 2월 4일 조사결과는 다음과 같다.

① 아치리브의 횡방향 변위는 발생하지 않음

② 아치복부의 3L/8 지점에 발생한 약간의 수직변위를 제외하면 L/8, L/4 위치의 심각한 변위는 발생되지 않았음

③ 아치 리브의 설치작업 중 연결부 부분에 심한 충격으로 인한 균열이 발생 되었는데, 지진 발생시 이 균열이 확대되어 최대 5cm 나 발생하였음

④ 정밀진단 및 해석결과 아치리브의 설치공사는 성공적이라는 평가를 받음, 아치박스 구조물, 변위 및 기타 수치들은 지진 발생 후에도 정상 수치를 나타냄. 결국 본 교량은 진도 8의 내진설계로 건설되었으며 이번 지진으로 인해 내진 실험을 하게 된 것으로 봄

본 교량은 U 자형태의 리브로 둘러써야 있는데, 설계 종방향 안정계수는 K=5.025>[K]=4 이며 횡방향 안정계수는 K=0.948<[K]=4 이다. 즉, 자료 분석결과는 단일 리브의 횡방향 안정계수가 1.0 미만으로 분석되었다. 이러한 상황 하에서 기술자들은 아치리브의 횡방향 안정을 확보하기 위해서 풍압저항 케이블의 도입을 추천하였다. 결국 6개의 2중 케이블이 전체 아치에 도입되었고 이 케이블과 아치리브의 각도는 30° 미만이 되도록 하였다. 총 5개의 U 형 박스리브가 시공되고 종방향 연결 강봉 과 연결부가 용접된 후 가로 슬래브가 가설 되면 최종적으로 이 케이블 들은 철거될 것이다.

그러나, 본 교량은 Huitao Gorge 로부터 불과 25Km 밖에 떨어져 있지 않아서 풍하중의 영향을 고려해 볼 때 기술자들은 최종 리브가 폐합되어도 안정성을 담보할 수 없다고 주장하였다. 따라서 시공담당자들과의 협의 결과 파고다 형상의 저면 리브를 부착하도록 하여 2개의 솟음 세그먼트를 양쪽 중앙 세그먼트에 장착하고 그 후에 중앙 리브를 가설하였다. 이렇게 함으로서 아치리브의 자유단이 감소되어 안정성이 향상되었다. 더욱이, 시공 중 시공부문에서 리브의 폐합을 위해 단일 리브를 추가로 장착하는 용감한 시도가 성공하여 교량의 안정성이 추가로 향상되었다. 이러한 기술적 경험들은 향후의 비슷한 공종에 소중한 기술자료로 활용되었다.

인양장비의 효율적인 사용과 공정진도의 단축을 위해서 주 아치리브, 측경간 아치리브 기둥, 측경간 기둥, 벤트빔, T 빔, 내부 구멍의 슬래브 등이 사전 제작되어 가설되었다. 이로서 상당한 기간의 공기가 단축되었으며 구조물의 품질도 향상되었다.

수년간의 교통통행을 통한 시험결과 요구되었던 사용성이 만족되었고, 모든 설계 요구 목표들이 충족되었음을 확인하였다.

4. 평면 곡선이 반영된 강경간 아치교량의 연구

지형적 제약조건 및 고속도로의 선형적인 문제점으로 인하여 윤남지방의 도로들은 다음과 같은 특성을 가지고 있다 : 작은 곡선반경, 종단곡선의 빈번한 변화, 복잡한 단면형상. 따라서 작은 곡선반경과 급격한 종단선형은 장지간의 아치교량의 건설을 힘들게 하고 이들의 발전이 어렵게 하도록 하는 장애가 되었다. 이러한 이유로 인해 윤난지방의 전문가들은 이 문제를 해결하기 위한 연구를 수행하였는데, 일명 “V-형상의 협곡에 적용하는 큰 곡선구조의 적용” 이라는 명칭으로 불렀다. 다음은 이로 인한 주요 결과 내용이다:

① V-형상의 계곡의 특성으로 인하여 작은 곡선반경을 갖는 교량을 단면이 변화하는 3격실의 단일 박스 구조를 개발하여 어떤 상황 하에서도 적용할 수 있도록 한다.

② 콘크리트 박스구조의 교량에 대한 일련의 체계적인 연구와 해석결과 적절한 켄틸레버 길이를 규명하였으며 이에 상응하는 여러 가지의 곡선반경에 최적인 바닥판 시스템을 도출하는 공식을 구하였다.

③ 충분한 연구를 통하여 구조해석, 이론적인 계산 및 적정성 검토 등 이 세 분야가 변화되는 평면형상에 맞는 교량 건설에 매우 중요한 인자라는 사실을 규명하였다.

5. 결 론

윤난지방에는 다수의 유명한 강이 있으며, 고속도로의 선형도 매우 빈번히 변경되고 있다 따라서 장경간의 아치교를 건설하는 것은 이러한 제약조건에 비추어 볼 때 상당히 어렵다. 그러나 윤난은 대규모의 지진이 발생하는 지역임을 감안할 때 아치교량은 대단히 내진안전성이 높은 교량 형식이다.

이와 동시에 아치 형식의 교량은 V-형태의 협곡에 적용하기에 가장 좋은 형식의 교량이며 다양한 재료를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 더욱이, 윤난지방 사람들은 역사적으로 석조 아치교량에 대한 인양가설 기술을 발전시켜 왔고 충분히 습득하고 있어서 이러한 아치교의 가설은 충분히 시기적으로 적절하다고 판단할 수 있다. 최근에 강지간의 교량을 평면 곡선구간에 가설하는 연구가 수행되고 채택이 되고 있는데, 고속도로의 게속적인 건설투자를 예상할 때 이러한 장지간 아치교량의 기술은 계속 발전할 것이 분명하다.