세계 최초 비대칭 리버스 아치교 만경대교

▪프로젝트 개요

새만금 남북도로 1단계 사업은 새만금의 중심지인 산업‧연구권역, 국제협력권역 및 관광‧레저권역 등 3대 권역을 남북방향으로 연계하고, 새만금 내부간선 기능 확보를 목적으로 하는 사업이다. 이중 만경대교가 시공된 3공구는 만경강을 횡단하는 왕복 8차로 (폭원 38.3～50.0m)이고, 총 연장은 3km인 사업이다. 총 연장 1,970m인 만경대교는 주교량 723m (=115m+3@170m+98m)와 접속교 1.247km (시점부 571m, 종점부 676m)로 구성되어 있으며, 만경대교 시점부에 동서도로 입체 교차에 따른 램프교 6개소 (약 2km), 토공구간은 1,030m (시점 938m, 종점 92m)이다.

만경대교 주교량은 군공항이지만 민항기가 현재 운영 중인 군산공항과 향후 새만금 국제공항의 운영을 고려하여 주교량의 높이를 결정하는데 있어서 민항기 기준을 적용하였다. 만경대교 주교량 위치에서 민항기 기준을 적용하는 경우 적용 가능한 구조물 높이는 74m미만이 적용되어야 하는 것으로 검토되었고, 이를 바탕으로 주교량 종점부는 72m, 시점부는 50m를 적용하였으며, 여기에 교량 형식에 대한 생각의 반전 통해 새만금의 발전과 비상을 이미지화 한 세계최초 비대칭 리버스 아치교를 최종 대안으로 적용하였다. 만경대교 주교량의 중앙 경간장은 향후 건설될 새만금-군산 철도 통과 (폭고려)에 필요한 경간장 163m, 통수능확보를 위한 준설구간 (～2019.06), 기본계획 시 수상 보조간선의 요구 경간장 (100m 이상)을 고려하여, 중앙경간은 3연속 170m를 적용하였고, 노즈부 주교량 분리를 고려한 시점부 115m, 구조적 효율성을 고려한 종점부 98m를 적용하였다.

▪구조 효율을 고려한 부재와 케이블 배치

만경대교 주교량의 리버스 아치리브는 축력을 분담하며, 단부 및 중간 지지재는 압축 전담부재, 행어케이블은 인장 전단부재 역할을 하도록 계획하였다. 리버스 아치리브의 중앙 경간은 아치리브와 보강형 간의 간격이 좁아 케이블 꺾임 등이 발생할 우려가 있어 강박스 형태의 행어를 적용하여 안전성을 확보하였다. 만경대교는 총 80개의 케이블이 적용되었다 (약 92ton). Multi-Strand Type케이블이 적용되었으며, 케이블 강도는 1860Mpa이 적용되었다. 측경간 Cable은 2면으로 배치하여 면외안정성 (보강형 비틀림과 아치리브 자유단 변위)에 대응하도록 하였고, 2․4경간에 적용된 케이블은 보강형 처짐과 단면력 (응력)에 대해 효과적으로 제어하기 위해 1면으로 배치하였으며, 파단에 대한 안전성확보를 위해 2면으로 적용하였다. Cable은 경사형 배치를 적용하였는데, 보강형의 단부지지재 부근에서 시․종점 방형으로 밀려서 발생하는 인장을 Cable분력을 통해 저감하도록 하였다. 이와 같이 아치리브와 케이블이 적용됨에 따라 보강형의 휨모멘트는 약 35% 저감할 수 있었다.

▪고성능 교량용 강재(HSB)가 적용된 보강형과 아치리브

HSB 600이 적용된 보강형은 왕복 8차로인 폭원 38.8.m, 높이는 중앙부에서 3.23m (측면부 3.00m)가 적용되었다. 5개의 보강형 사이에 다이아프램과 하부폐합단면을 적용하여, 횡방형 처짐량을 제어하고, 처짐각이 기준에 적합하도록 하였으며, 이를 통해 내풍 안전성 또한 확보할 수 있었다. HSB 800이 적용된 아치리브 단면은 구조효율과 미관을 고려한 변단면 강박스를 적용하였다. 아치의 단면은 자유단 부분이 약 7.8m (상부플랜지 폭 4.00m)에서 변화되어 지지재간 중앙부 약 2.9m (상부플랜지 폭 5.77m), 교량 중앙부 약 3.48m (상부플랜지 폭 3.48m)으로 설계되었다.

[2] 보강형과 아치리브의 정밀시공

3분할로 나누어진 보강형은 설치 전에 가설벤트를 설치 후 650ton 크롤러 크레인으로 인양/거치하였으며 (최대 인양중량 약 270ton), 각각의 보강형은 횡방향 이음부는 볼트, 종방향 이음부는 용접이 적용되었다. 아치리브 또한 크롤러 크레인과 보강형 위에 설치된 가설벤트를 이용하여 설치되었으며, 각각 연결부는 용접이 적용되었다. 중앙경간 아치리브는 보강형 상단에 설치된 행어박스 하단부와 아치리브와 연결된 행어박스 상단 및 아치리브를 용접으로 연결 하였다. 만경대교의 시공에서 가장 어려운 부분 중에 하나는 단부지지재와 아치리브가 만나는 구간의 설치과정이었다. 해당구간은 연결점이 2개소이므로 기 설치된 강교의 측량과 반입된 부재의 실측, 시공단계해석을 통해 경사진 단부지지재의 설치단계부터 최종설치 시 예상되는 변위를 미리 산정하여 현장팀과 교신 하면서 정밀하게 설치하였다.

[3] 윈치와 최소화한 장비를 이용한 케이블 시공

중간경간부(단부지지재～중앙지지재 구간)는 1면 2열 케이블이 보강형 수직보강재와 볼트로 연결된 프레임, 측경간(아치리브 자유단부)은 2면 케이블이 보강형에서 돌출된 외측박스에 동일하게 설치된 프레임에 소켓타입 정착구를 이용하여 정착되도록 하였다. 또한 Cable은 아치리브 돌출된 러그에 연결되며, 포켓 Type의 정착구와 핀으로 정착되도록 하였다. 아치리브측의 Cable은 정착러그 주변에 추가적으로 설치된 설치용 러그에 윈치케이블 (용량 5ton)을 이용하여 기조립된 Cable을 인양하여 설치하였으며, 작업대를 인양하기 위한 크레인 1대를 적용하였다. 보강형은 전형적인 ISO tension방법으로 긴장하였다. 보강형은 벤트에 거치된 상태에서 케이블이 시공되고 밴트 제거시 장력이 도입되는 방식이기 때문에 Cable wedge의 최소장력 이하가 나오는 경우가 확인되었다. 따라서 보강형측 정착구에는 추가적으로 리테이닝 플레이트를 적용하여 Cable Wedge의 탈락을 방지하였다.

▪결언

`만경대교 주교량은 세계 최초 리버스 아치교로 이를 성공적으로 준공할 수 있었던 데에는 DL이앤씨가 보유한 현장 노하우와 엔지니어링 기술력이 있었기에 가능했다고 판단한다. 새만금의 랜드마크인 만경대교를 통해 DL이앤씨는 한 단계 더 향상된 노하우로 향후 국내의 토목기술력의 위상에 이바지할 것을 약속 드린다.