현수교의 시공 - 주탑 공사, 케이블 공사, 보강형 공사 및 국내 시공 사례

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챠지를 해방하는 것에 의해 후사하중분에 상당하는 프리스트레스를 보강형에 도입하는 방법이 일반적으로 채용되고 있다.
이상의 작업에 따라 보강형의 가설공사로서의 작업은 일단 완료되지만, 현수교로서 완성시키기 위해서는 다시 주케이블의 가설 항에서 말했던 케이블 래핑작업, 캣워크 등의 임시설비 철거작업 및 교면공사로서의 포장공사, 조명공사, 부속설비공사 등이 필요하다.
4.7 국내시공사례
국내 시공 실적을 분석해 보기 위해 광안대교 현수교 보강형 트러스 가설 사례를 살펴보면 다음과 같다 (이석주, 2000).
광안리 해수욕장 전면 해상 중앙에 위치한 현수교는 중앙경간 500m, 측경간 200m의 3경간 2힌지 구조로서 보강형 트러스는 높이 9.45m, 폭 24m의 수직재를 갖는 평행현 와렌 트러스 형식이다. 보강형 트러스 가설은 Floating crane을 이용한 대블럭 가설공법과 Lifting Gantry를 이용한 소블록 가설공법을 병용 사용하였다.
보강형 공사를 수행하기 위해 여러 가지 가설 방안 별로 각각의 특징과 장, 단점 및 시공사례를 조사, 분석하였다.
먼저, 보강형 트러스 가설 방안 검토 중, 트러스 가설 개시 위치를 어디로 할 것인가에 대해 고찰하였다. 그 결과, 주경간 중앙에서부터 시작하는 방안과 주탑에서부터 시작하는 방안을 고려해볼 수 있는데, 주경간 중앙에서부터 시작하는 경우, Main cable의 변형이 가장 적으므로 Main cable에 발생되는 2차 bending stress를 줄일 수 있는 장점이 있다. 국외에서의 시공사례는 San Francisco Oakland Bay Bridge와 Tsing-Ma bridge가 있다. 그리고, 주탑에서부터 시작하는 경우에는 작업원이 쉽게 접근할 수 있는 장점이 있고, 주탑과 트러스가 초기에 연결되므로 비틀림 강성이 좋은 특징이 있었다.
다음으로, 보강형 가설 장비로써 무엇을 사용할 것인가에 대해 살펴보았는데, 가설 장비는 Traveling crane에 의한 가설, Vertical lift에 의한 소블록 가설, Floating crane에 의한 대블록 가설 그리고, Floating crane과 Vertical lift의 조합등을 고려해볼 수 있었다.
보강형 가설시 Block 연결방법은 어떻게 할 것인가도 중요한 사안이 되는데, 보강형 연결방안으로는 전힌지 공법과 강결공법 그리고 가설힌지 사용 강결공법을 고려해볼 수 있다.
보강형 트러스를 가설할 경우, 주탑의 휨에 대해 고려해야 하는데, 광안대교의 경우, 107.5m 높이의 주탑은 트러스를 가설하는 동안 발생되는 수평력의 차이로 인해 휘게 되며 탑정 변위는 최대 1.3m로 제한되도록 하였다.
또한, 케이블의 꺾임각이 발생할 수 있으며, 이러한 꺾임각은 최대 6~9도 이내가 되도록 하였다. 케이블의 slip은 탑정 saddle에서 케이블이 미끄러지지 않도록 해야 하며 케이블과 탑정 saddle 간의 최대 마찰계수는 0.15로 하고 sliding force와 마찰저항 force를 계산하여 비교하도록 하였다.
주탑 앵커 볼트 축력에 대한 검토도 필요한데, 앵커 볼트의 잔류 프리스트레스량은 350ton이며, 광안대교 가설시 발생되는 최대 볼트 축력은 325톤으로 산정되었다.
광안대교 행어의 허용장력은 423톤이며 가설시 발생되는 최대 행어 장력은 400톤이다 (풍하중 재하시).
케이블의 자중만 걸린 상태의 탑정 위치는 트러스 블록이 가설되고 포장 등 부가하중이 걸리면 중앙으로 0.42m의 변위가 발생한다.
완성 후 주탑이 수직이 되기 위해 주탑 가설 후 Anchorage 측으로 탑정을 0.42m Tie Back 시켜야 한다.
이때 탑정에 200톤의 수평력이 요구된다.
중앙경간 보강형 가설공법은 다음과 같이 결정되었다.
트러스 면재 단위로 축차강결하여 켄틸레버로 가설하는 공법이 계획되었으나 항로가 아니므로 해수면 사용에 크게 제한이 없고 보강형의 가설기간을 단축, 제작장에서 조립된 블록을 면재단위로 해체할 필요가 없는 블록 가설공법이 현장 적용성이 좋은 것으로 평가되어 소블록으로 제작하여 가설하는 전 힌지공법과 축차강결공법을 비교 검토한 결과, 가설도중 몇 단계에서 일부부재에서 허용력이 초과되어 축차강결공법을 그대로 채용할 수 없어 힌지가 있는 소블록 축차 강결공법을 가설공법으로 선정하였다.
가설시 Lifting Gantry 2대를 사용하였으며 가설 힌지는 주탑으로부터 5번째 블록에 설치하였다.
측경간 가설공법은 다음과 같이 결정되었다.
앵커리지 측 단부의 판넬은 가설 위치에 대선을 진입시킬 수 없고 행어로프의 길이가 짧아 행어 인입 작업이 곤란하기 때문에 L/G에 의한 직하 인양 가설공법과 F/C에 의한 대블록 가설공법을 비교한 결과 측경간을 3개의 대블럭으로 구분하여 3,000톤 및 2,000톤 Floating Crane을 이용하여 가설하였다.
각 Block의 가설중량은 각각 1,390톤, 1,860톤, 1,660톤으로 2,000톤 F/C로도 인양이 가능하나 주 케이블과의 간섭을 고려해서 앵커리지 측과 중앙 대블록은 3,000톤 F/C를 이용하여 주케이블 사이로 대블록을 인양, 가설하고 탑측 대블록은 주케이블 아래에서 가설 가능한 2,000톤 F/C로 가설하였다.
Lifting Gantry에는 Jack type과 Winch type이 있다.
Winch Type은 가설 위치 직상의 주케이블 위에 놓이는 Lifting Gantry에 주탑아래에 배치한 Winch에서 탑정을 통과하여 와이어링하고 Winch의 작동에 의해 블록을 인양 가설한다.
Jack type은 가설위치에서 주케이블 위에 놓이는 Lifting Gantry에 설치한 Center hole jack을 이용하여 블록을 인양 가설한다.
광안대교에서는 Winch type lifting gantry를 사용하였다.
Lifting Gantry는 2개의 Beam을 1조로 하여 800톤을 인양할 수 있도록 하였으며 윈치는 개별 구동 및 상호 조합 연동하여 가설환경에 대응 가능하도록 설계 하였다. L/G의 이동은 주탑 탑정의 주케이블 가설용 Winch에 의해 통제되고 블록 인양시에는 Clamp에 의해 주케이블에 고정하였다.

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