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문제 정의
- 본 특집기사에서는 국내 최초로 시공된 Edge girder 형식의 콘크리트 사장교인 제2돌산대교의 시공에 대하여 소개하고자 한다.
가설 설정
- 케이블은 Master Strand를 HDPE에 삽입한 후 이를 타워크레인으로 인양하고 주탑측 및 보강형 측에 임시 고정한다. 그리고 사전에 작성된 ISO-Tension계획에 따라 Master Strand 및 일반 strand를 가설한다.
제안 방법
- 1.25m의 측경간 Key Seg는 F/T를 사용하지 않고 측경간에 설치된 강재동바리를 연장하여 강재빔 상에 시스템 동바리를 조립한 후 거푸집을 설치하여 시공하였다. FCM으로 시공되는 일반교량에서와달리 제2돌산대교에서는 측경간 Key Seg부분에 텐던이 배치되어 있지 않으므로 사실상 H-Prop의 역할이 중요하지 않다.
- 하지만 Key Seg 타설후 콘크리트가 소정의 강도발현 전에 교축방향 온도변화에 저항하기 위해 H-Prop(H200×200×8×12)을 Edge Girder당 4개소, 총 8개소에 설치하였다. FCM 구간과 FSM 구간의 레벨조정이 가능하도록 Leveling Beam을 설치하였으나 실제적으로는 FCM 구간의 케이블을 재인장하여 레벨을 조정하였다. 마지막으로 Key Seg 타설 전후의 교직방향 풍하중에 저항할 수 있도록 X-bar를 설치하였다.
- Heavy Lifting 과정에서는 무수축 모르타르 등을 사용하여 연결부를 견고히 하고 편심이 발생하지 않도록 수평을 유지하여 설치한다. Lifting Device 안정성 검토시 사용된 중량과 부합되는지 Lifting 즉시 중량을 확인하였다.
- PY1측 FCM 구간은 대부분이 해상에 위치하여 측경간 Key Seg 폐합 전까지는 Setting Barge에 펌프카를 위치시키고 Moving Barge에 레미콘 상차후 해상으로 이동하여 시공하였고 측경간 Key Seg 폐합 후에는 펌프카를 직접 보강형에 위치시켜 현장타설을 수행하였다. PY2 측 FCM 구간은 육상접근이 가능하여 펌프카를 사용하여 현장타설을 수행하였다.
- PY1측 FCM 구간은 대부분이 해상에 위치하여 측경간 Key Seg 폐합 전까지는 Setting Barge에 펌프카를 위치시키고 Moving Barge에 레미콘 상차후 해상으로 이동하여 시공하였고 측경간 Key Seg 폐합 후에는 펌프카를 직접 보강형에 위치시켜 현장타설을 수행하였다. PY2 측 FCM 구간은 육상접근이 가능하여 펌프카를 사용하여 현장타설을 수행하였다. 측경간 폐합 후 주경간 FCM 구간 타설시 펌프카와 레미콘을 시공해야 할 Seg까지 이동할 경우 보강형 상연에 부모멘트가 발생하여 유해한 균열 발생이 예상되어 주두부까지만 펌프카 및 레미콘 차량을 운행하고 주경간 방향으로 배관타설을 수행하였다.
- 주탑 가로보는 강재거푸집을 브라켓으로 지지하는 방식으로 시공하였고, 공기단축을 위해 주탑 Leg와 병행하여 시공되었다(공사기간, PY01: 2007년 03월부터 8개월, PY02: 2008년 09월부터 7개월). 공기 상의 특성과 공사비 절감을 고려하여 PY1 주탑 시공종료 후 ACS Form을 전용하여 PY2를 시공하였다. PY02의 시공 시에는 작업 숙련도 향상 및 ACS Form 조립 기간 단축으로 인해 PY01보다 약 1개월의 공기가 단축되었다.
- 탄성받침의 Pre-Setting 을 위해 주경간 Key Seg시공 전 가고정장치를 유압잭으로 대체 후 Set Back을 수행하였다. 공용기간동안 발생할 수 있는 Creep 및 건조수축량을 산정하여 총 수축량에 절반에 상응하는 값을 받침 Pre-Setting량으로 적용하였다.
- 교량의 지지는 Floating 방식을 도입함으로써 연직받침 생략에 의한 유지관리성이 우수하고 주두부 가설에 대한 시공성 및 공기단축, 주두부 부모멘트 감소에 따른 적정한 동일형고 계획이 가능하였다. 기초의 규모를 최소화하기 위해 PY01에는 분리식 2열 우물통을 적용하였으며 일체 거동을 위해 가로보로 연결하는 것으로 계획하였고 PY02에는 지반조건을 고려하여 현장타설 말뚝으로 시공하였다. 이러한 주경간 사장교에 대한 보강형, 케이블, 주탑, 기초에 대한 구조제원은 표 1과 같다.
- 단위 공정 중 케이블 정착구(Stay blister) 설치 공종에서 보강형의 Stay blister 일부를 모든 케이블에 대해 Precast하였다. 이는 현장타설 보다는 Precast 제작장에서 정확한 각도로 제작이 가능하기 때문이었다.
- 제2돌산대교의 주두부 가설 및 F/T 설치는 중량이 매우 큰 구조물을 인양, 하강하는 Heavy Lifting 방법을 사용하였다. 이러한 Heavy Lifting은 주두부 및 Seg 1가설을 위한 F/T, 일반 Seg 가설을 위한 F/T에 대하여 총 3번의 Heavy Lifting을 실시하였다.
- 전방 F/T 자중 및 콘크리트 타설하중에 의해 발생하는 영구케이블의 수평력으로 인한 F/T의 좌굴을 방지하기 위해 F/T의 부재 및 보강재가 증가하여 설계당시 약 120ton이었던 F/T 중량이 259ton으로 증가되었다. 전술한 케이블의 수평력은 Reaction Bracket을 통하여 보강형으로 전달되도록 설계되었다. 보강형의 양생이 완료된 후에는 임시정착구 블록에서 보강형 영구정착 구로 하중전이가 필요하다.
- 제2돌산대교는 Nth Seg 콘크리트 타설시 이전 Seg 상연에 발생하는 부모멘트에 취약한 것으로 검토되어 부모멘트 저감을 위해 설계단계에서는 Edge Girder 타설 후 슬래브를 타설하는 분할타설로 계획되었다. 현장 개설 후 보강형 공기단축을 위해 콘크리트 타설 전에 영구케이블을 F/T의 임시정착구에 정착함으로서 F/T자중 및 타설하중을 부담하는 방식의 F/T를 적용하였다.
- 주경간 Key Seg는 PY2 측에서 진행되어 온 F/T를 사용하여 시공하였으며, PY1측 Segment 12와의 연결은 케이블 임시정착구 블록을 연직으로 회전시켜 강연선으로 고정하였다. 탄성받침의 Pre-Setting 을 위해 주경간 Key Seg시공 전 가고정장치를 유압잭으로 대체 후 Set Back을 수행하였다.
- PY2 측 FCM 구간은 육상접근이 가능하여 펌프카를 사용하여 현장타설을 수행하였다. 측경간 폐합 후 주경간 FCM 구간 타설시 펌프카와 레미콘을 시공해야 할 Seg까지 이동할 경우 보강형 상연에 부모멘트가 발생하여 유해한 균열 발생이 예상되어 주두부까지만 펌프카 및 레미콘 차량을 운행하고 주경간 방향으로 배관타설을 수행하였다.
- 주경간 Key Seg는 PY2 측에서 진행되어 온 F/T를 사용하여 시공하였으며, PY1측 Segment 12와의 연결은 케이블 임시정착구 블록을 연직으로 회전시켜 강연선으로 고정하였다. 탄성받침의 Pre-Setting 을 위해 주경간 Key Seg시공 전 가고정장치를 유압잭으로 대체 후 Set Back을 수행하였다. 공용기간동안 발생할 수 있는 Creep 및 건조수축량을 산정하여 총 수축량에 절반에 상응하는 값을 받침 Pre-Setting량으로 적용하였다.
- Seg 콘크리트 타설시 이전 Seg 상연에 발생하는 부모멘트에 취약한 것으로 검토되어 부모멘트 저감을 위해 설계단계에서는 Edge Girder 타설 후 슬래브를 타설하는 분할타설로 계획되었다. 현장 개설 후 보강형 공기단축을 위해 콘크리트 타설 전에 영구케이블을 F/T의 임시정착구에 정착함으로서 F/T자중 및 타설하중을 부담하는 방식의 F/T를 적용하였다. 전방 F/T 자중 및 콘크리트 타설하중에 의해 발생하는 영구케이블의 수평력으로 인한 F/T의 좌굴을 방지하기 위해 F/T의 부재 및 보강재가 증가하여 설계당시 약 120ton이었던 F/T 중량이 259ton으로 증가되었다.
대상 데이터
- PY01 우물통 기초는 Floating Dock에서 2열 우물통을 동시 제작 후 1,300톤 Floating Crane으로 거치 하였다(공사기간, 제작 및 거치:2006년 03월부터 7개월, 캡 콘크리트 시공 및 우물통 가로보 시공종료: 3개월 소요). 한편 PY02의 말뚝기초는 기반암 심도가 깊어 시공성이 우수하고 축도로 육상시공이 가능한 현장타설 말뚝을 적용 하였으며 공벽 붕괴방지를 위해 주름관이 적용되었다(공사기간, RCD말뚝시공: 2008년1월부터 약 5.
- 제2돌산대교의 주경간 교량은 5경간 콘크리트 사장교로써 주경간장이 230m이다. 본 교량은 내구성 및 경관적으로 우수한 Edge Type 콘크리트 보강형을 적용하였다. 교량의 지지는 Floating 방식을 도입함으로써 연직받침 생략에 의한 유지관리성이 우수하고 주두부 가설에 대한 시공성 및 공기단축, 주두부 부모멘트 감소에 따른 적정한 동일형고 계획이 가능하였다.
- 본 특집기사에서는 제2돌산대교 주요 시공사례를 소개하였다. 제2돌산대교는 국내 최초로 시공되는 Edge Girder Type의 콘크리트 사장교로써 강상형 및 강합성 사장교에 비해 경제적 우수성이 입증되어 이후 많은 콘크리트 사장교가 설계 또는 시공중에 있다.
- 주두부(561.2 ton) 및 F/T 인양(259×2=518 ton)을 위해 4개의 SMU-120 JACK(용량: 150 ton/Ea, Lifting속도: 10m/hr)이 사용되었다.
- 제2돌산대교 케이블은 MS형식으로 Mono Jack을 사용하여 케이블을 긴장하였다. 케이블은 Helical Rib가 설치된 HDPE 관으로 보호되어있으며 11.75m 단위로 현장에 반입되며 Mirror Welding을 통해 소요되는 길이로 제작되었다. 케이블은 Master Strand를 HDPE에 삽입한 후 이를 타워크레인으로 인양하고 주탑측 및 보강형 측에 임시 고정한다.
- 타설 높이는 2.5m∼3.9m로 하였으며, 주탑 콘크리트는 타워크레인과 2m3의 버켓을 사용하여 타설하였다.
- 하지만 Key Seg 타설후 콘크리트가 소정의 강도발현 전에 교축방향 온도변화에 저항하기 위해 H-Prop(H200×200×8×12)을 Edge Girder당 4개소, 총 8개소에 설치하였다.
이론/모형
- 제2돌산대교의 주두부 가설 및 F/T 설치는 중량이 매우 큰 구조물을 인양, 하강하는 Heavy Lifting 방법을 사용하였다. 이러한 Heavy Lifting은 주두부 및 Seg 1가설을 위한 F/T, 일반 Seg 가설을 위한 F/T에 대하여 총 3번의 Heavy Lifting을 실시하였다.
- 주탑은 주탑의 축선변화에 대한 적용성, 경제성, 품질 확보 및 콘크리트 공급에 대한 공기조절이 가능한 이동식 거푸집 공법(Auto Climbing System:이하 ACS Form)을 적용하였다(그림 4. 참조). 타설 높이는 2.
성능/효과
- 본 교량은 내구성 및 경관적으로 우수한 Edge Type 콘크리트 보강형을 적용하였다. 교량의 지지는 Floating 방식을 도입함으로써 연직받침 생략에 의한 유지관리성이 우수하고 주두부 가설에 대한 시공성 및 공기단축, 주두부 부모멘트 감소에 따른 적정한 동일형고 계획이 가능하였다. 기초의 규모를 최소화하기 위해 PY01에는 분리식 2열 우물통을 적용하였으며 일체 거동을 위해 가로보로 연결하는 것으로 계획하였고 PY02에는 지반조건을 고려하여 현장타설 말뚝으로 시공하였다.
- 현장 개설 후 보강형 공기단축을 위해 콘크리트 타설 전에 영구케이블을 F/T의 임시정착구에 정착함으로서 F/T자중 및 타설하중을 부담하는 방식의 F/T를 적용하였다. 전방 F/T 자중 및 콘크리트 타설하중에 의해 발생하는 영구케이블의 수평력으로 인한 F/T의 좌굴을 방지하기 위해 F/T의 부재 및 보강재가 증가하여 설계당시 약 120ton이었던 F/T 중량이 259ton으로 증가되었다. 전술한 케이블의 수평력은 Reaction Bracket을 통하여 보강형으로 전달되도록 설계되었다.
후속연구
- 콘크리트 사장교는 경제성 면에서 매우 매력적이며 중소지간에 있어 구조적으로 합리적인 교량이나 설계시 크리프 및 건조수축 고려, 가설시 균열, 선형관리 및 가설장비 고려 등 설계 및 시공에서 특히 세심한 주의를 기울여야 하는 민감한 교량이다. 본 특집기사에서 소개한 Edge Girder 형식 콘크리트 사장교는 중소경간의 강사장교를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 향후 UHPC와 같은 고기능성 콘크리트를 활용하여 장경간의 많은 강사장교를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
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