연재 : 중국의 교량-도로교량
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연재 : 중국의 교량-도로교량
  • 이운주 기자
  • 승인 2009.12.14 10:15
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제3기 교량…중앙경간장 1,088m 귀주댐릉하교·1,176m 호남외한교케이블지지교량중국의 현대식 케이블지지교량기술은 1975년부터 점차적으로 발전하기 시작해 사장교는 200, 400, 600m의 세 가지 기록을 갖게 되었으나 현수교는 10년 동안에 450, 900, 1,350m의 기록을 갖게 되었다.
사장교지난 세기 말, 중국의 프리스트레스트 콘크리트주 거더사장교의 경간은 이미 500m에 달했고, 철근콘크리트조합식 주 거더 사장교의 경간은 605m에 이른다.
주 교량의 철강스팬구조의 사장교의 최대 경간은 628m에 달했다.
과거의 8년 동안, 사장교의 경간은 계속 발전해 현재 이미 건설된 것과 건설 중인 중앙경간장이 600m보다 큰 사장교는 모두 11기가 있으며 최대 경간은 1,000m를 돌파했다.
세기 초 착공 건설된 남경삼교는 미드 스팬이 648m인 twin pylon 5-span continuous cable-stayed bridge로, 중국의 제1기 강구조교탑방식을 채택한 교량이다.
215m높이의 교탑의 하탑기둥(높이 35m)및 하부대들보는 철근콘크리트구조이며, 180m 탑기둥과 삼도단대들보는 강구조이다.
‘인자형(人字形)’ 강탑은 곡선외형을 갖고 있어 21세기 세그먼트의 가공제작을 성공적으로 실현해 곡선용접변형통제문제를 해결했다.
북남양탑은 각각 90일과 58일의 시간을 통해 PC공법가설을 완성했다.
철답주강탑기둥의 하나의 세그먼트 중량은 110~160톤 사이이다.
최대 인양높이는 200m를 초과한다.
탑 주간에는 고강도나선연결을 적용했다.
탑 높이의 누적오차는 6mm, 탑 기둥방향전환오차의 최대치는 0.95mm일 뿐이다.
탑 몸체경사도는 1/4,000보다 적다.
정밀도는 일본의 현행표준에 달하고 대형 고정밀도 복합강구조기술의 진보를 실현했다.
30근 3m직경으로 구멍을 뚫고 기둥을 넣어 구성한 교탑의 수심은 50m에 달하고, 주추시공은 강구조플랫폼을 채택했다.
이것은 건기의 주 교량 심수기초시공에 유리한 조건을 창조했고, 중국의 말뚝기초시공공법의 더욱 진일보한 발전이었다.
남경삼교는 26개월의 짧은 기간으로 완공되었으며 중국대교건설속도의 신기원을 이룩했다.
공정은 2007년 미국국제교량회의인 ‘Gustav Lindenthal’상을 수상했으며 환경과 상호 조화를 이루는 걸출한 시범성 공정으로 표창 받았다.
2003년 6월 건설에 착공한 강소소통대교는 현재 세계에서 최대경간인 사장교공정으로, 중앙경간장 1,088m이고, 기술적으로 상당한 도전성을 가지고 있다.
대교의 전체 길이는 약 7.7km,그중 접속교의 총길이는 5.6km이다.
주교는 쌍탑쌍케이블면철강박스 거더사장교로써, 교량폭은 34.0m이고,6차도 고속도로표준에 따라 건설했다.
주교량의 경간배치는100+100+300+1088+300+100+100m인 7스팬 연속 주 거더구조는, 탑거더 연속설치를 채택해 탄력적인 반부유체계이다.
공정건설조건은 극히 어렵다.
첫째는 기후이다.
교량건설지역은 179일의 6급 이상 바람이 부는 날씨에 태풍, 계절풍, 토네이도의 위협이 있다.
두 번째는 수문으로, 강폭은 6km이고, 수심은 급하며 평균유속이2.0m/초 이상이다.
세번째는 지질로 진흙과 모래의 주커버층의 두께는 270m에 달한다.
지탱층은 80m이하이다.
네번째는 취항문제로 취항밀도가 높고 일평균 통행 선박수는 2,300척 이며 가장 많을 때는 5,000척이다.
폭풍, 침식 및 선박충격 등의 영향을 고려해 케이블탑기초는 131근 직경 2.8m/2.5m의 단면천공기둥주입법를 채택했다.
북, 남의 주추길이는 각각 117m와 114m이다.
양탑기둥의 하부 지지대 사이는 아령형으로 연결되었다.
24개월을 걸려 기초와 지지대 시공을 완성했다.
기둥의 차이는 50mm보다 작다.
경사도는 1/350보다 작아 모두 우수한 품질의 기둥이다.
효과적으로 기둥하부 탑재능력을 발휘하고 기초침강을 감소하기 위해 기둥하부압력방식을 채택했다.
실제 검측은 주추의 탑재력을 20%이상 향상시킨 것으로 드러났다.
주교각기초의 안전성을 더욱 강화하기 위해 또한 항침식보호조치를 채택했다.
케이블탑의 전체 높이는 300.4m이다.
철근콘크리트 스팬형구조를 채택했다.
상탑기둥사장케이블고정구역에는 고정스팬을 사용해 사장케이블견인력을 지탱하고 전달하게 했다.
케이블탑은 모두 68개 시공단계로 나누어지며 표준세그먼트 높이는 약 4.5m이다.
케이블탑시공은 16개월이 소요됐다.
300m고탑의 탑꼭데기 편차는 7mm일 뿐이다.
케이블탑수직도오차는 1/42,000 이내에서 제어되고 있어 1/3,000인 설계요구보다 한참 양호한 수준이다.
대교는 평행철강사형 사장케이블로 이루어져 있으며,1,770Mpa의 직경7.0mm인 아연도금 고강도철강사는 중국에서 생산되고 있다.
사장케이블 설계수명은 50년으로 피로도 시험검사를 거쳤다.
272근 사장케이블 조정밀도는 전부 2만분의 1의 표준에 도달했고 피로도시험은 400만 차례 이상 실험했으며 철강사강도, 방향전환 등 13개 항목의 지표는 전부 요구에 부합했다.
소통대교의 최대 아암부분의 길이는 540m에 달한다.
시공기의 바람에 대비한 안전조치는 대교건설의 핵심과제이다.
주 거더는 aerodynamic streamline shape 박스 거더(41m, 4m高)을 채택했고, 구조는 좋은 공기압안정성을 갖추고 있다.
스틸박스거더의 사이드 스팬은 임시교각지지, 기중기선을 설치한 시공방법을 채택하였고 기중기선설치거더의 최대 치수는 60m길이며, 중량은 1,250톤이다.
2007년4월23일, 스팬의 아암길이는 444.8m에 달했고, 일본의 多多大가 보유하고 있는 8년의 대경간사장교의 아암pc공법길이인 435m의 세계기록을 경신했다.
나머지 13편, 총 길이 198.4m의 철강박스 거더는 6월 9일 pc공법을 완료하고 연결했다.
교면의 전체 선형은 평면이며 케이블력의 상대적 오차는 5%보다 작아 분포가 균일하고 스팬연결고도오차는 1mm보다 작아 완전히 맞물렸다.
6년 간의 건설과정을 거쳐 대교는 2008년 6월30일에 개통되었다.
2008년 미국 국제교량회의는 소통대교에 ‘조지·리차드슨상’의 걸출공정상을 수여했다.
장강입구에서 현재 건설 진행중인 상해푸동과 종명도의 전체 길이 25.5km인 상해과강통도공정이다.
북항주항도교는 92+258+730+258+92m의 쌍탑쌍케이블면사장교로, 228m높이의 주탑은 ‘인(人)’자형탑으로, 주 거더는 분리식철강박스 거더형식을 채택해 교면넓이는 51.5m이고, 거더높이는 4m이다.
주교량은 이미 2008년에 연결되었다.
이외에도 경간 926m인 액동장강대교와 816m인 형악장강대교도 현재 건설 중에 있다.
중국은 또한 몇 기의 다탑프리스트레스트 콘크리트사장교를 건설하고 있다.
그 중2×348m경간의 삼탑단케이블면사장교와 2×310m경간의 삼탑쌍케이블면사장교 모두 중요한 기술적 성과로 인정받아 국내 상을 수상했다.
현수교중국의 현대식 현수교는 20년이 채 못되는 역사를 갖고 있다.
지난 20세기 90년대에 3기의 상징적 의의가 있는 현수교를 건설해 Spanning capacity능력의 ‘삼급도약’을 실현했다.
1995년 완공된 3경간 프리스트레스트 콘크리트보강형현수교는 중앙경간장 길이가 452m로 세계 동류의 교량형 중 1위를 점하고 있으며 역시 중국 최초의 현대적 대경간 현수교이다.
1997년 완공된 중앙경간장 888m의 광동주강구호문대교는 주 거더에 중국 최초의 6차도로 상의 현대식 철강박스 거더 현수교이다.
1999년 완공된 장강 하류를 넘나드는 최초의 현수교인 강소강음대효는 그 중앙경간장이 1,385m로 20세기 중국에서 개축된 최초의 중앙경간장이 1,000m를 초과하는 교량이다.
이 세 교량의 건설은 중국 현수교의 대대적인 발전을 성공적으로 이끌었다.
2008년말까지 중국은 이미 600m와 1,000m 이상 경간의 현수교를 각각 20기를 완공하고 현재 10기를 건설 중에 있다.
강소윤양대교북차교는 중앙경간장이 406m인 쌍탑쌍케이블면철강박스 거더사장교로, 남차현수교의 중앙경간장은 1,490m이며, 중앙경간장은 중국에서 1위, 세계 3위이다.
현수교 남측고정의 기초평면치수는 70.5×52.5m으로, 기본갱도깊이는 29m이다.
동결방식을 채택하여 시공하고 수분을 머금은 지층동결로 장막식 벽체를 형성해 기본 갱도의 봉수(封水)구조를 형성, 내지지시스템으로 물과 흙의 압력에 저항한다.
기본갱도는 위에서 아래까지 흙을 파고 콘크리트내부지지의 구조로 시공하고 기본갱도는 흙을 파서 내부공간에 콘크리트로 보충한다.
북측고정의 기초평면치수는 69×50m로 기본갱도깊이는 50m이고, 지하연속창공법을 선택했다.
땅과 벽의 연결 두께는 1.2m이고, 평균깊이는 52m이다.
남, 북의 기본갱도굴착공정 중 엄격한 제어조치를 취했다.
벽연결, 기둥, 지지대와 기본갱도 안팎으로 상응하는 감측부품을 균등하게 매설하고(총량은 1,000감측점에 달한다), 수시로 관련 위치이동, 변형과 압력정황 및 기본갱도 내외 흙의 변화상황을 파악해 기본갱도의 굴착과 구조의 안전을 확보하고 정보화시공을 구현했다.
대교는 4년 반의 건설과정을 거치고 공정품질은 무결손을 달성해 사고율 0의 안전생산을 달성했으며, 가격통제 또한 달성해 중국교량건설관리의 새로운 수준을 대표하게 되었다.
그 후에 건설된 1,280m경간의 호북양로대교와 중앙경간장 1,108m의 광주황포대교의 고정기초는 원형지하연속창시공법을 채택했다.
전자의 직경은 60m이고, 입토 깊이는 50m이며 후자의 직경은 70m이고, 입토 깊이는 43m이다.
기본갱도는 위에서 아래로 내부지지대가 없다.
두 교량은 모두 2008년에 완공되었다.
건설중인 태주장강대교(아래로는 강음대교와 57km 거리이며 위로는 윤양대교와 66km 떨어져 있다)는 세계 최초의 수천m급 경간의 삼탑더블스팬연속현수교로, 경간배치는 390+1,080+1,080+390m이다.
힘을 받기가 복잡한 중탑은 95m높이의 세로 ‘인(人)’자형 철강교탑을 채택했고 남북의 두개의 교량은 콘크리트탑이다.
현재 하부구조의 기초시공은 모두 이미 완공되었다.
그 중 중탑과 남북의 두개의 고정기초는 모두 케이슨공법을 채택하였다.
십여 년 전 장음대교(평면 70×50m, 매장깊이 58m)의 성공적인 건설은 이 공법을 위해 귀중한 경험을 축적하게 된 계기였다.
강 중간에 건설 중인 중탑케이슨 기초는 대단히 어려웠다.
평면58×44, 총높이76m(하부38m는 double-wall steel-shelled concrete structure, 상부 38m는 a reinforced concrete structure)이다.
공장제조, 하수, 육지 연결, 전체 운수, 위치, 정확한 시공, 콘크리트 연결, 가라앉음, 바닥밀폐시공을 거쳐 건설자는 조류영향, 항운간섭과 지질문제, 침식 등의 불리한 조건을 극복하고 이미 작년 9월에 완성했다.
주산군도와 대륙의 연결공정의 총길이는 50km로, 그 중 교량의 길이가 반 이상을 점유한다.
이미 3기의 연도교량(그 중 2기 형교와 1기의 중앙경간장 580m인 철강박스 거더사장교)를 건설 한 후 현재 다른 2기의 규모가 더욱 크고 기술난이도가 더욱 높은 교량을 건설 중에 있다.
그 중 1기는 서호문대교로, 중앙경간장은 1,650m인 현수교(경간배치는 578+1,650+485m이다)이고 건설 후엔 세계 2번째 경간을 보유한 교량이 된다.
교량의 위치는 태풍의 영향을 빈번하게 받고 풍속이 빠르며 바람의 변화가 복잡해 진동 풍속은 78.2m/초이다.
항풍안정성은 본 교량의 핵심기술문제로서 보강형단면선형은 구조의 항풍성능에 착안했다.
설계단계는 3종류의 철강박스 거더 단면형식에 비교연구를 진행했다.
분리된 더블박스단면, 개방식구조의 더블박스단면과 박스단면의 거더 높이는 각각 3.5, 3.5, 5m였다.
최종적으로 3.5m거더 높이의 분리식 더블박스단면방안을 채택했으며 그 진동임계풍속은 88m/초이다.
이것은 중국이 최초로 채택한 분리식 더블박스구조이다.
이와 동시에 또한 분리식의 5, 6, 6.5m의 세 가지 폭에 대해 수치풍동공기압선형을 실시해 최종적으로 분리식 중 거리가 6m인 것을 선정하였다.
더블박스의 사이에 강력한 가로연결을 채택하고, 보강형의 안정성을 확보하였다.
동 연결은 박스형구조를 채택하고 높이와 보강형은 상동해 3.5m이고, 넓이는 3.6m이며, 중심판과 박스의 가로막은 연결되어 통하고 있다.
두 연결 간에 ‘공(工)’형 연결을 증설했다.
북측박스와 박스 주 거더연속 길이는 2,228m이며, 중국철강박스 거더 연결의 최장길이를 기록했다.
이외에도 산간지역의 필요에 따라 3기의 large span suspension bridges가 현재 건설 중에 있다.
이 3기의 교량은 중앙경간장 900m의 호북사도교, 중앙경간장 1,088m인 귀주댐릉하교와 중앙경간장 1,176m인 호남외한교이다.

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