교량 가설공법 다섯 가지: 설계 대상은 다리가 아니라 다리를 만드는 기계다

교량 가설공법은 완성된 다리를 만드는 방법이 아니라, 다리를 만드는 동안 쓸 임시 구조물을 고르는 일이다. ILM은 압출장치와 압출노즈를, FCM은 작업차(Form Traveller)를, FSM은 동바리를, MSS는 이동식 비계를, PSM은 런칭거더와 겐츄리크레인을 쓴다. 표준시방서는 이 다섯 가지를 각각 별도의 기준으로 두고 있다.

그리고 다섯 기준이 모두 같은 절로 끝난다 — 처짐관리다. 공법이 달라도 결국 확인하는 것은 완성된 다리가 계획한 선형에 오는가이고, 그 오차를 만드는 요소만 공법마다 다르다.

세 가지 상황에서 확인한다. ① 공법 선정 — 지형, 교각 높이, 하부 통과 조건이 후보를 좁힌다. ② 시공계획 승인 — 임시 구조물의 구조검토가 본체 설계만큼 요구된다. ③ 단계별 계측 — 각 단계의 실측값을 설계 계산값과 비교해 조정한다.

이 글은 KCS 24 20 05 ILM, 24 20 10 FCM, 24 20 15 FSM, 24 20 20 MSS, 24 20 25 PSM의 조문을 인용한다.

1. 다섯 공법은 다섯 개의 다른 임시 구조물이다

공법임시 구조물기준

ILM (Incremental Launching Method)가설받침(마찰이 작은 임시받침)과 압출노즈, 압출장치KCS 24 20 05

FCM (Free Cantilever Method)작업차(Form Traveller)와 주두부 동바리KCS 24 20 10

FSM (Full Staging Method)거푸집과 동바리 전체KCS 24 20 15

MSS (Movable Scaffolding System)교각 브래킷과 이동대차, 주 거더KCS 24 20 20

PSM (Precast Segment Method)런칭거더와 겐츄리크레인, 스프레더빔KCS 24 20 25

용어 정의가 그 차이를 그대로 보여 준다.

압출노즈(압출코) — "교량을 압출하는 동안 상부구조의 휨모멘트를 감소시키기 위하여 압출되는 상부구조의 선단에 부착한 가설용 강재부재"(ILM 1.3). 거더 끝이 다음 교각에 닿기 전까지는 내민보이므로, 가벼운 강재를 앞에 붙여 그 길이를 대신 감당한다.

가설받침 — "ILM공법으로 가설할 때 설치하는 마찰이 작은 임시가설용 받침". 거더가 그 위를 미끄러져 지나가야 하므로 영구 받침과 요구가 정반대다.

런칭거더 — "겐츄리크레인의 주행로를 제공하기 위하여 교각 사이에 설치되는 이동식 거더"(PSM 1.3).

스프레더빔 — "콘크리트 세그멘트는 집중하중에 취약하므로 인양하중의 분산과 그 작용방향에 대한 관리가 필요하다. 이를 위해 … 인양 보조부재"(PSM 1.3).

2. 임시 구조물이 본체를 상하게 하지 않아야 한다

가설공법의 조문 상당수는 임시 구조물을 본체에 붙였다 떼는 문제를 다룬다.

교각을 관통하거나 또는 요철 부위에 H형강 등을 매립하여 동바리 받침으로 사용할 경우, 주두부 시공 완료 후 H형강을 빼내고 콘크리트로 충전시켜야 한다. 교각에 앵커 또는 강봉을 매립한 뒤 브래킷을 설치하여 동바리 받침으로 사용하는 경우 앵커의 매입길이, 직경, 개수에 대한 구조 검토 후에 설치하여야 한다. — KCS 24 20 10 (FCM), 3.1 (3)

교각을 관통하거나 또는 요철 부위에 H형강 등을 매립하여 동바리 받침으로 사용할 경우, 주두부 시공 완료 후 H형강을 빼내고 콘크리트로 충전시켜야 한다. 교각에 앵커 또는 강봉을 매립한 뒤 브래킷을 설치하여 동바리 받침으로 사용하는 경우 앵커의 매입길이, 직경, 개수에 대한 구조 검토 후에 설치하여야 한다. — KCS 24 20 10 (FCM), 3.1 (3)

MSS에도 같은 요구가 있다 — "교각에 개구부 또는 요철을 설치하여 교각 브래킷을 설치하는 경우 압축력이 작용하는 부위의 압괴에 대한 검토 및 전체 교각의 안전성을 검토한 후에 시공하여야 하며, 공사완료 후에는 개구부 및 요철 부위는 원상복구를 하여야 한다"(MSS 3.1 (2)).

교각에 구멍을 뚫는 것이 시공 편의가 아니라 구조 문제라는 것이 두 조문의 공통점이다. 임시로 뚫은 구멍이 영구 구조물에 남는다.

거푸집과 프리스트레스의 관계에도 조문이 있다 — "주두부 콘크리트에 프리스트레스를 도입할 경우 거푸집 및 동바리는 콘크리트의 탄성변형을 구속하지 않도록 시공하여야 한다"(FCM 3.1 (6)). 프리스트레스를 도입하면 콘크리트가 줄어드는데, 거푸집이 그것을 붙잡고 있으면 계획한 압축이 들어가지 않고 거푸집에 힘이 걸린다.

ILM에서는 제작장의 오차가 누적된다 — "동일 장소에서 세그먼트를 반복하여 제작하고 압출하므로 제작장의 위치오차는 주거더가 제작될수록 누적되어 전체 교량의 선형에 영향을 미치므로 슬라이딩 레일 설치 시 오차가 발생되지 않도록 하여야 한다"(ILM 3.1 (6)). 한 곳에서 만들어 밀어내는 공법이므로, 제작대의 오차가 모든 세그먼트에 복사된다.

슬라이딩 패드에도 방향이 있다 — "슬라이딩 패드의 교체작업은 상·하가 바뀌지 않도록 하여야 한다"(ILM 3.3 (3)). 가설받침 표면의 스테인리스 강판은 "압출공정 시 작용하는 마찰력에 대해 충분한 표면조도와 두께를 유지"해야 하고, 압출이 끝나면 영구받침으로 교체한다.

3. 다섯 기준이 모두 처짐관리로 끝난다

ILM을 제외한 네 기준이 3장의 마지막 절을 처짐관리에 배정하고, ILM도 "압출 시 상부구조의 형상관리를 위하여 처짐, 경사 및 비틀림 등을 검사"하도록 한다(ILM 3.4 (9)).

공통 문장은 같다 — "처짐관리에 영향을 주는 요소들의 측정값을 현장에서 실측하여 설계 계산값과 비교 평가를 한 후 검토하여 조정하여야 한다"(FSM 3.3, MSS 3.5). 그런데 고려할 요소의 목록이 공법마다 다르다.

FSM (동바리)MSS (이동식 비계)

① 지반의 침하① 주 거더의 자중에 의한 처짐

② 동바리 부재의 좌굴 및 탄성변형② 교량 상부 시공하중에 의한 주 거더의 처짐

③ 동바리 철거 후 교량 상부구조물의 변형③ 후방지지 현수재 지점반력에 의한 주 거더의 처짐

④ 콘크리트 크리프 등의 소성변형④ 분할 시공 시 상부구조 자중에 의한 처짐

⑤ 포스트텐셔닝 및 크리프에 의한 처짐

FSM은 땅에서 올라오는 오차(지반침하, 동바리 좌굴)를 먼저 세고, MSS는 이동식 비계 자체의 처짐을 센다. 같은 콘크리트 상부구조를 만들지만 오차의 출처가 다르므로 관리 항목이 다르다.

FCM은 처짐관리에 사람을 지정하게 한다.

계약상대자는 처짐관리를 위하여 별도의 처짐관리 전담기술자를 지정하여야 하며, 과다 처짐이 발생하는 경우 자격을 갖춘 전문기술자의 자문을 받아 원인을 조사하고, 대책을 강구하여야 한다. — KCS 24 20 10 (FCM), 3.3 (1)

계약상대자는 처짐관리를 위하여 별도의 처짐관리 전담기술자를 지정하여야 하며, 과다 처짐이 발생하는 경우 자격을 갖춘 전문기술자의 자문을 받아 원인을 조사하고, 대책을 강구하여야 한다. — KCS 24 20 10 (FCM), 3.3 (1)

이유는 FCM의 구조에 있다. 양쪽에서 캔틸레버로 내밀어 가운데서 만나는(키 세그먼트) 공법이므로, 처짐이 어긋나면 두 캔틸레버가 접합되지 않는다. 조문도 "계획 종단선형과 키 세그먼트의 접합 등 종합적인 시공상황을 고려"하라고 쓴다. 그리고 "곡선교의 경우에는 반드시 비틀림 변형에 대하여 고려하여야 한다".

PSM은 반대로 솟음을 두지 않는다 — "세그먼트는 고정하중 및 긴장력에 의한 연직방향의 변위가 매우 미소하므로 세그먼트 자체의 수직 솟음은 두지 않으며, 세그먼트 가설 시 런칭거더 위에서 위치를 조정하여 설치하여야 한다"(PSM 3.5 (1)). 공장에서 만들어 굳힌 세그먼트는 이미 변형이 끝난 상태이므로, 선형은 조립할 때 맞춘다.

4. 움직이는 장비에는 속도와 풍속 조건이 붙는다

PSM의 겐츄리크레인과 런칭거더에는 운전 조건이 규정되어 있다(PSM 3.6).

"겐츄리크레인의 이동속도는 5 km/hr 이하로 제한하고 단부에는 스토퍼를 설치하여 안전구간을 이탈하지 않도록 한다."

"이동한 후에는 움직이지 않도록 브레이크를 반드시 체결하여야 한다."

"강풍으로 인한 런칭거더의 전도붕괴 방지를 위해 풍속별로 안전조치 계획을 수립하여야 한다."

"유압장치, 모터, 볼트, 용접부위 등 주요장치는 주기적으로 육안검사, 비파괴검사 등을 실시하여 점검하도록 한다."

"전방지점(front leg)은 추진 시 교각과 충돌 등 간섭이 발생하지 않도록 높이 조절을 충분히 할 수 있어야 하며, 후방지점에 받침을 설치하여 높이를 조절하는 등의 작업은 피하여야 한다."

"곡선부 가설 시 전·후방 지점 및 왜건의 위치를 조정하여 런칭거더의 편심발생을 최소화하여야 한다."

ILM의 압출작업에도 지휘 체계가 규정된다 — "압출잭 작동자는 압출 총책임자의 통제를 반드시 따라야 하며, 압출노즈나 교각 등에 이상이 발생한 경우 압출작업을 중단하고 자격을 갖춘 전문기술자의 자문을 받아 원인을 조사하고 대책을 강구하여야 한다"(ILM 3.4 (8)). 그리고 "압출 시 각 교각에는 비상시를 대비하여 비상연락장치를 설치"한다.

여러 지점에서 동시에 밀어야 하는 작업이므로 한 사람의 통제가 필요하고, 이상을 발견한 사람이 즉시 알릴 수단이 있어야 한다. 압출장치 자체에도 요구가 붙는다 — "압출 시의 계산 외에 비틀림 및 휨 모멘트가 작용하지 않도록 압출 시의 받침 높이를 조정할 수 있는 기능을 가지고 있어야 한다"(ILM 3.4 (2)).

FSM의 동바리에는 현장 조건이 붙는다 — 기초는 "지반이 양호하더라도 지반과 기초의 접촉부 시공이 불량할 경우 침하를 일으킬 우려가 있으므로 특별히 시공에 유의"하고, "동바리 기초 주변에 측구 등을 설치하여 장마철 등의 배수에 유의"하며, "하천 내 도로근접부의 동바리는 유수의 저항 및 차량의 충돌 등의 현장조건에 대비한 대책을 강구"한다(FSM 3.2). 동바리 해체 시의 콘크리트 압축강도는 가설공사 기준을 따른다.

5. 정리

다섯 공법은 다섯 개의 임시 구조물이다 — ILM은 압출노즈와 가설받침, FCM은 작업차, FSM은 동바리, MSS는 교각 브래킷과 주 거더, PSM은 런칭거더와 겐츄리크레인.

압출노즈는 휨모멘트를 줄이기 위한 선단 강재이고, 가설받침은 마찰이 작아야 하며 압출 후 영구받침으로 교체한다.

교각에 뚫은 구멍은 원상복구한다 — FCM의 H형강은 빼내고 콘크리트로 충전하며, MSS의 개구부는 압괴 검토 후 시공하고 완료 후 복구한다.

프리스트레스를 도입할 때 거푸집이 탄성변형을 구속하면 안 된다.

ILM은 제작장의 위치오차가 누적된다 — 같은 자리에서 반복 제작해 밀어내기 때문이다.

다섯 기준이 모두 처짐관리로 수렴하되 요소 목록이 다르다 — FSM은 지반침하와 동바리 좌굴, MSS는 주 거더의 자중과 시공하중.

FCM은 처짐관리 전담기술자를 지정하고 곡선교는 비틀림을 반드시 고려한다. PSM은 세그먼트에 솟음을 두지 않고 런칭거더 위에서 위치로 맞춘다.

겐츄리크레인은 5 km/hr 이하로 운전하고 스토퍼와 브레이크를 두며, 런칭거더는 풍속별 안전조치 계획을 수립한다.

이 다섯 기준을 나란히 읽으면 가설공법의 설계 대상이 다리가 아니라 다리를 만드는 기계임이 분명해진다. 압출장치, 작업차, 동바리, 이동식 비계, 런칭거더는 모두 시공하중을 받는 임시 구조물이고, 완성된 다리보다 불리한 상태를 여러 번 거친다. 그래서 조문은 그 기계의 구조검토·이동속도·풍속·통제 체계를 규정하고, 마지막에는 항상 실측값을 계산값과 비교하라고 요구한다.