시공 중 교량 붕괴

본문내용

공 마무리 단계에서 돌풍에 의해 파괴되었다.
그림 8. 팔당대교 붕괴 사고
경기도 구리시에서 하남시를 연결하기 위하여 6년째 건설 중이었던 팔당대교가 완공 5개월을 앞두고 사장교 부분 196m가 강풍을 견디지 못하여 붕괴하였다. 당시 붕괴 상황은 밤새도록 강풍이 불어 다리 위에 있던 교판이 심하게 진동하는 바람에 교판을 지탱하던 철제 빔이 무너지면서 사고가 일어났다고 알려졌다.
팔당대교는 지형적인 상습돌풍지역으로 붕괴사고 당시 풍속 15m/sec 이상으로 추정되었고, 높이가 30m나 되는 Bent의 강재 지보공을 연결하는데 따른 구조적 결함으로 인한 수평력, 수직력, 동적하중 등의 외력하중에 대한 저항이 약화된 것으로 조사 분석되었다. 바닥판 콘크리트 타설이 부분적(Segment별)으로 타설되어 있는 상태에서는 돌풍 등에 따른 공기동력학적 외력에 의해 편심과 비틀림 변형이 일어나기 쉬운 상태로서 붕괴사고가 발생된 것으로 분석되었다. 결론적으로, 팔당대교 붕괴 당일은 이상 기상 상태에서 지형적 특성에 따른 바람의 여울현상 및 돌풍에 의해, 가설 중에 있는 장대교가 공기의 소용돌이와 와류에 의해, 공기 동역학적 진동현상이 발생하게 되었고, 시공 시 지보공 Bent구조상단부와 교량상판 거푸집의 연결부의 취약한 원인 요소들이 복합적으로 동시다발적으로 상승 작용되어 붕괴 사고와 재해가 일어날 것으로 사료되며, 근본 붕괴원인은 공기의 소용돌이 또는 와류에 의한 진동(Vortex0induced Vibration)에 따른 것으로 판단하였다.
한편, 가설 Bent구조검토 결과 계산된 외력 하중의 구조해석에 따른 정역학적 안전성에는 만족하는 것으로 나타났으나, 기초 Pile과 Bent구조의 접합부는 일반 Mild Bolt접합으로 연결상태가 미흡할 때 구조해석시 적용한 힌지지점 조건을 충족시키지 못할 경우 정역학적 및 동역학적으로 취약한 저항요소가 될 수도 있다고 보고되었다.
(2) 신행주대교, 1992
1992년 7월 31일 오후 7시경 준공을 불과 5개월 앞둔 신행주대교가 무너졌다. 당시 신행주대교는 우리나라 공로(空路)의 관문인 김포공항을 출입하려면 우선적으로 바라보이는 시각입력요인의 하나였다. 우리나라를 찾는 외국인들에게 첫 인상을 심어주기 위해 <그림 9>와 같이 시대적으로 신선하고 시각적으로도 아름다운 콘크리트 사장재를 이용한 사장교라는 새로운 형식을 도입하려했지만 그 시도는 실패로 돌아갔다.
신행주대교는 교폭이 14.5 m, 전체 길이 1,460 m의 프리스트레스 콘크리트 박스거더 교량으로 중앙경간 320 m 구간은 콘크리트 사장교로 설계되었다. 콘크리트 사장교 구간은 두 주탑 사이의 120 m 지간과 양쪽의 100 m 지간으로 이루어져 있으며, 상부구조 가설을 위한 가교각이 두 주탑 사이의 중앙과 각 주탑 양쪽에 가설되었다. 주탑의 기초는 우물통으로 지지하게 되어있으며 나머지 교각들은 바렛트 파일로 시공되었다. 사고당시 하부구조와 ILM(Incremental Launch Method) 공법을 적용한 상부 박스거더는 건설이 완료된 상태였으며, <그림 2>에서 보는 바와 같이 남측 주탑의 콘크리트 사장재가 가설되어 프리스트레스를 가하기 직전이었고 북측 주탑에는 사장재가 가설되지 않은 상태였다.
사고발생은 1992년 7월 31일 18시 59분에 갑작스럽게 붕괴되었으며 두 주탑사이의 상판이 내려앉으면서 주탑 양쪽의 상부구조물 전체가 주탑을 향하여 일시에 연쇄적으로 밀리면서 교각과 함께 붕괴되었다.
처음 사고를 조사한 92년 12월의 토목학회의 보고서에 의하면 신행주대교 붕괴의 직접적인 원인은 시공 이음부의 전단슬립과 가교각 자체의 결함과 편심재하에 의한 것으로 밝혀져 있다. 또한 그 후에 복구공사를 하면서 추가적으로 밝혀진 바에 따르면 중앙 가교각의 설계상 작용외력보다 큰 하중이 작용했고 이에 따라 가교각의 바렛트(Barrette) 말뚝 기초가 최대 49 ㎜의 침하가 발생했다. 이 경우 지점 침하 허용이 5 ㎜이하인 연속 박스 거더가 파괴되는 것은 불가피했던 것이다. 이렇듯 여러 연구를 통해 사실상 과도한 하중이 파괴의 직접적인 원인으로 밝혀졌으나 온도에 의해 팽창한 콘크리트 사장재가 가하는 하중의 영향은 그다지 크게 고려되지 않았다. 하지만 사장재 거치 후 콘크리트를 타설하여 연결하면 사장재는 주탑과 상부구조에 구속되므로 대기온도 상승 및 햇빛에 의한 복사열에 의하여 부재가 팽창되어 상부구조에 추가하중이 발생하게 된다. 이러한 점을 종합적으로 고려했을 때, 신행주대교 붕괴에서 콘크리트 사장재의 열팽창에 의한 응력유발 효과를 보다 정밀하게 재검토해볼 필요성이 있다.
(3) 소록도 연도교, 2007
2007년 4월경에는 고흥군 소록도 연도교 공사 현장에서 교량 상판 일부가 붕괴되면서 상판 위에서 작업을 하던 인부 12명이 부서진 상판 콘크리트 덩어리 및 철근과 함께 22ｍ 아래로 추락하는 사고가 있었다. 소록도 연도교는 V형 각주 PSC 슬래브교로서, 콘크리트를 타설하고 상부 마감 작업을 시행하던 중 붕괴사고가 발생하였다. 붕괴의 원인은 하부지반이 침하되며 동바리 좌굴로 인한 것으로 추정되었다. 동바리 설치를 위하여 하부에 암버럭으로 성토한 점을 감안할 때 지지력 확보에는 문제가 없는 것으로 보였다. 그러나, 단면이 상대적으로 큰 교량 중앙부나 작은 노견부나 동일하게 같은 간격으로 동바리를 설치한 점, 그리고 교량중심선측으로 동바리 좌굴이 발생한 점을 감안할 때, 동바리 설치간격의 과대와 좌굴저항에 가장 중요한 역할을 담당하는 사재의 미설치가 또 다른 사고원인으로 추정되는 것으로 알려졌다.
그림 10. 소록도 연도교 시공 중 붕괴 모습
(4) 죽암교, 2007
올해 9월 25일 오전 10시45분께 경남 마산시 내서읍 마산대학 앞 지방도 확장공사 죽암교 건설공사 현장에서 교량 상판 붕괴사고가 발생하였다. 정확한 붕괴원인이 알려지지는 않았지만, 강풍에 교량 상판 8개 중 1개가 넘어지면서 연쇄적으로 나머지 상판을 쳐 붕괴됐을 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 순간적인 강풍으로 상판의 이음매가 충분히 고정되지 않은 상태에서 붕괴된 것으로 추정되었다.
그림 11. 죽암교 상판의 붕괴모습

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