대교
대교(大橋)는 보통 강을 건너는 큰 다리를 뜻한다. 교량 중에서 규모가 크고 길이가 긴 다리를 대교라고 부른다. 이 때 어느 정도가 크고 긴 다리인지 명확한 구별 기준은 없다. 사람들은 보통 바다를 가로지르는 큰 다리라야 '대교'라는 말을 붙인다고 알고 있지만, 꼭 그렇지는 않다. 다리 규모가 커도 대교가 아닌 연륙교 등으로 이름이 붙여지는 사례도 있다. 또 다리가 2차로냐 4차로냐도 대교를 붙이고 안 붙이는 데 기준이 된다. 시설물관리에 관한 특별법 시행령에는 총 길이 500m 이상의 교량과 현수교, 아치교, 사장교 등 기둥 사이 거리가 최소 50m가 넘는 특수교량을 1종 시설물로 규정하고 있다.
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다리의 정의[편집]
다리는 어떠한 것을 넘어가기 위한 고가 구조물이다. 여기서 어떠한 것에는 냇가, 골짜기, 계곡, 강, 바다와 같은 자연지형부터 도로, 철로, 건물 등 위로 건너갈 수 있을 법한 것들이 거의 들어간다.
교량을 시공할 때는, 해당 구역을 메우는 것보다 교각을 세워 건너가는 것이 더 경제성이 있을 때 시공을 결정하게 된다. 여기서 경제성이란 단순히 직접 현금으로 환산되는 가치 뿐 아니라 생태계 보존과 심미성 등의 가치도 포함된다.
다리를 구성하는 부분은 다음과 같다. 물론 다리의 종류에 따라 이 밖의 다른 구조물들이 추가될 수 있다.
- 상판 (床版, Deck): 실제로 다리 위를 지나갈 대상을 직접 지지하는 부분.
- 교각 (橋脚, Pier): 상판의 무게를 땅으로 전달하는 부분 중 다리의 중간에 설치되는 것을 칭한다.
- 교대 (橋臺, Abutment): 상판의 무게를 땅으로 전달하는 부분 중 다리의 양 끝에 설치되는 것을 칭한다. 아치교의 경우 다리의 끝이 아니라도 아치의 양끝에서 무게를 지탱하는 기반 또한 교대라고 부르는데, 이 경우는 해당 교대 위에서 아치교 구간이 끝나고 앞뒤로 접속하는 다른 형식의 다리가 이어서 시작된다고 보면 될 것 같다. 아치의 경우 그 끝이 어디인지가 명확하기 때문에 가능한 해석.
다리에 적용되는 추가적인 개념은 다음과 같다.
- 경간 (徑間, Span): 인접한 두 교각/교대 사이의 공간.
- 경간장 (徑間長, Span Width): 인접한 두 교각/교대 사이의 거리.
- 최대경간장 (Longest Span (Width)): 한 다리를 구성하는 여러 경간 중 최대의 경간장을 가진 경간의 경간장. 일반적으로 다리의 규모를 가늠하는 척도로 많이 사용된다. 주경간장이라고도 한다. 또 현수교/사장교의 경우 주탑 사이의 경간이 최대경간장이 되는 경우가 잦아, 최대경간장 대신 주탑 간 거리라고도 부른다. 엄밀히 말하자면 '장'을 떼고 '주경간 1,545m' 등으로 표현하는 것은 틀렸다고 할 수도 있겠으나, 영어 한국어를 가리지 않고 그냥 주경간/최대경간으로 말하는 경우가 잦다. 아니, 영어 위키피디아의 경우 'Length'를 모두 떼고 'Main Span' / 'Longest Span'으로 표현을 통일한 상태이다. 어차피 어떻게 말해도 알아들을 거, 쓸데없는 내용을 줄이자고 생각했을지도 모른다.
역사[편집]
다리의 시초는 인류가 어로 활동을 하거나 이동할 때 시내나 늪을 건너기 용이하게 하기 위해 통나무나 큰 돌을 놓으면서였다. 징검다리는 가장 원시적인 형태의 다리이다. 아치형 다리는 기원전 4000년 경 메소포타미아 지방에서 발견되었다.
대한민국에서 다리 기술이 본격적으로 발전하기 시작한 것은 삼국시대부터이다. 413년 《삼국사기》 신라본기의 〈실성이사금조〉(實聖履師今條)에 따르면 '신성 평양주 대교'라는 한국의 다리에 대한 최초의 기록이 나온다. 고려 시대의 다리는 선죽교, 진천 농다리가 대표적이다. 조선 시대에는 다양한 재료와 다양한 용도로 다리가 만들어졌다. 하폭이 넓은 강에는 나룻배를 이어 만드는 배다리도 놓았다. 대표적인 다리는 수표교가 있다.
구조에 따른 종류[편집]
거더교 - 형교(桁橋; Girder Bridge)[편집]
흔히 아무런 구조물이 없는, 그냥 다리라고 생각하면 된다. 다릿발(교각)을 촘촘히 세우고 거기다가 대들보(Girder)를 놓고 그 위에 상판을 올려놓는 방법이다. 다리 밑으로 가서 보면 상판과 다릿발 사이 구조물이 바로 그것. 싸고 쉽게 만들 수 있으나 모양새가 밋밋하기에 멋이 없다. 또한, 다릿발 간격이 좁고 교량의 높이가 낮은 편이라 선박운행에 제한이 따르기 쉽다. 수심이 깊고 유속이 빠른 곳과 같이 다릿발 만들기 까다로운 지역도 존재한다. 대표적인 교량으로는 부산의 남항대교, 잠실대교를 비롯한 한강의 대부분의 교량들을 들 수 있다. 공학적으로는 가장 안정적인 모양새라 유지보수 비용도 가장 적다. 즉 다리 아래쪽 공간에 뭔가 큰 게 지나가야 하는 경우나 랜드마크를 만들어야 하는 경우 또는 다릿발을 세우는 비용이 지나치게 높은 경우가 아니라면 무조건 거더교.
거더 단면 모양에 따라 주로 박스거더와 I-Beam 거더로 나뉘며, 사용 기술 또는 재료에 따라 PSC 거더, 철근 콘크리트 거더, 강 거더로 나뉘고, 합쳐서 강박스거더, PSC 박스거더 등으로 불리기도 한다. 다만 박스거더의 경우 철근 콘크리트를 이용한 경우는 극히 드믈며, 강재를 I-Beam에 적용하는 경우도 드물다. 우리 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 PSC거더교를 꼽자면 역사 KTX. 고속철도 선로를 올려놓은 다리가 이것이다.
시골 기찻길에서 흔히 볼 수 있는 붉은색 철도교가 바로 이 형교다. 소래철교(위키피디아 링크) 붉은색의 철제 거더 위에 철로만 깔아놓은 심플한 형태로, 현재는 해당 노선들이 직선화/복선화로 이설이 되거나 도상이 있는 PC교량으로 교체되고 있는 등의 이유로 점차 사라지고 있다.
트러스교(Truss bridge)[편집]
주로 철재 막대기를 삼각형으로 엮어 구조물을 만든 것을 트러스(Truss)라고 하는데 교량에 트러스를 이용해 다리의 하중을 견디게끔 만든 것이다. 한강철교를 떠올리면 된다. 트러스를 크게 만들기 어렵기 때문에 교각 수는 거더교와 아래 서술하는 교량의 중간 정도. 비틀림 등의 이유로 상판의 폭을 넓게 벌리기 어렵기 때문에 도로용 교량보다는 철도 교량으로 많이 만들어진다. 한강철교, 동호대교, 성수대교, 마곡대교, 성산대교가 트러스교다.
이외에도 재건축 전의 성수대교와 당산철교도 트러스교였다. 이렇게 보면 트러스교가 별로 튼튼한 것 같아보이지 않지만 잘 관리된 트러스교는 100년도 넘게 쓴다. 부실시공과 부실관리의 문제였을 뿐이다. 애초에 한강철교가 새로 지은지도 70년이 다 되어간다.
트러스교 중 주탑 간 길이가 가장 긴 교량은 일본의 이키츠키 다리로 주탑 간 길이가 400m에 이른다.
철교를 트러스교로 건설하면 열차가 지나갈 때 쇠 긁는 소리가 아주 진품명품급으로 시끄럽게 난다. 철과 철이 철 위에서 만나서 서로 긁어대는 소리가 아주 명품. 과장 좀 보태서 손톱으로 칠판 긁는 소리를 100dB 증폭하면 철교 소음이 난다. 경부선 안양철교를 2016년에 재건축한 이유가 바로 이 트러스교의 소음 때문이다.
소음 문제에도 불구하고 철교는 대부분 트러스교를 채택하는데, 트러스교는 콘크리트 교량에 비해 설계축중이 매우 커지기 때문이다. 자동차보다 기차가 더 무거운 것이 사실이고, 열차 1대 당 수백~수천명의 사람을 싣거나, 전차(탱크) 등 온갖 무거운 화물들을 실어서 넘기는 데에 트러스교를 사용한다.
아치교(Arch Bridge)[편집]
흔히 무지개 다리, 홍예교(虹霓橋)로 부르는 고대부터 아치형의 구조를 띈 다리이다.
현대의 아치교는 주로 철제로 만든 아치(arch) 구조물로 하여금 하중을 견디게 만든 교량이다. 때문에 트러스교와 일정정도 혼재된 형태이기도 하며 쉽게 말하자면 크고 둥근 구조물에 얹힌 다리. 유명한 시드니 하버브릿지가 바로 아치교다. 한강대교, 동작대교, 부산대교, 신호대교를 예로 들 수 있다. 미적으로 아름다운 모양새가 나오지만 하버브릿지같이 상판 아래로 아치가 내려온다면 수로의 가장자리를 지나는 선박이 아치에 충돌할 위험이 있고 교량의 길이에 제한이 가해지는 단점이 있다. 억지로 크게 만들면 사장교 수준의 초장대 경간도 달성할 수는 있지만 비용이 많이 들게 된다. 부분적으로 아치교 형식을 띄는 곳도 있는데, 방화대교, 서강대교가 대표적이며 양화대교도 한강 르네상스 프로젝트에 따른 개조로 부분적으로 아치교가 되었다.
다만 아치구조의 경우 구조역학적으로 봤을 때 힘의 작용각도만 잘 맞춰줄 경우 부재에 거의 축력만 작용하도록 할 수 있다는 장점이 있다. 즉 힘의 집중이 잘 된다.
엑스트라도즈교(Extradosed bridge)[편집]
굳이 말하면 짧은 사장교. 상부구조와 하부구조를 결합한 것. 줄여서 ED교라고도 한다.
전체적 외관은 사장교와 비슷하지만 주탑이 낮고 경간이 짧은 교량에 적용하는 것이 특징이다. 주로 케이블에 의해 지지되는 사장교에 비해 비교적 보강거더가 받는 힘이 큰 편. 사실상 보강거더라는 용어가 거더에게 실례될 정도다. 주로 70%는 거더, 30%는 케이블에 지지된다.
케이블이 차지하는 비중이 비교적 적다보니 케이블을 시공한 뒤 통째로 콘크리트 판으로 덮어버리는 ED교가 있는데 이를 사판식이라고 한다. ED교의 시초인 스위스의 Ganter교가 그 예시이다. 국내 첫 ED교인 양근대교 또한 이 형식을 적용했다.
이와 달리 케이블을 노출시키는 형식을 사장외케이블 방식이라고 한다. 국내에선 여수 평여2교가 최초로 적용되었다. 현재 많은 ED교는 모두 이 방식으로 건설되고 있다. 동해고속도로 범서대교, 2번 국도 무영대교, 43번 국도 평택대교, 여수 안도대교 등이 있다.
경간은 PSC 거더교와 사장교 사이 정도가 경제성이 있다고 판단되는 것이 특징이다. 따라서 그 위치가 굉장히 애매하다. 또한 미관상으로도 사장교에 비해 주탑이 짜리몽땅하고 케이블 수도 적어서 역시 애매하다.
다만 사장교에 비해 규모가 작아 현장 사정에 따라 달라질 수 있지만 대부분의 경우에서 경제성이 좋고, 심미적으로는 거더교에 비해 뛰어난 편이다 보니 선택되는 경우가 있다. 또는 갑자기 수심이 깊어지는 구간이 있는데 교각을 놓기 애매하다보니 엑스트라도즈교로 설계되는 경우도 더러 있다.
중부내륙선의 공사중인 교각 중 19번 국도와 3번 국도가 만나는 지점에 위치한 설운1교가 이 방식으로 건설 중에 있다.
케이블[편집]
'n경간 현수교/사장교': 다리의 경간 중 몇 개의 구간이 케이블에 의해 실제로 지지되고 있는지를 나타낸다. 이순신대교나 천사대교 사장교 구간의 경우 두 주탑 사이의 상판만이 케이블에 의해 지지되고 있어 단경간 현수교/사장교라고 지칭하며, 광안대교, 인천대교등의 경우 두 주탑 사이의 공간뿐만 아니라 주탑과 앵커리지(케이블을 지상에 고정하는 구조물)/다음 교각 사이의 상판도 케이블에 의해 지지되어 3경간 현수교라고 한다. 주탑 개수가 달라진다면 2경간 현수교/사장교(세 주탑이 있고 주탑 사이만이 케이블에 의해 지지될 경우 / 한 주탑이 있고 주탑 양쪽이 케이블에 의해 지지될 경우, 대부분의 단일주탑 사장교가 이에 해당한다고 볼 수 있다), 4경간 현수교(세 주탑이 있고 주탑과 앵커리지 사이까지 케이블에 의해 지지될 경우, 천사대교 현수교 구간이 이 형식이다.), 또는 그 이상도 가능하다.
사장교(斜張橋; Cable-Stayed Bridge)[편집]
커다란 주탑을 세우고 상판을 케이블로 주탑에 직접 비스듬하게 매단 교량. 일종의 현수교의 변형이라고 전해진다. 외관상 현수교와 비슷하지만, 상판을 지지하는 케이블이 교각 구조물(주탑)에 직접 붙어있다는 차이점이 있다. 현수교 처럼 주탑 간 거리를 멀리 띄울 수 있고 상판높이도 높여 대형선박이 지나가기도 좋다. 요즘 대한민국 대형교량의 대세. 세계적으로도 선박이 통행해야 하는 수로나 넓은 바다 위에 다리를 놓을 경우 첫번째로 고려하는 방식이다. 현재 세계 최장 사장교는 루스키 대교로, 주경간장은 1,104m이다.
현수교보다 유지보수도 용이하고 강성도 비교적 뛰어나지만, 1km 이상의 경간거리에 있어서는 현수교에 비해 확실히 불리하다. 그래도 현수교를 제외하고 경간 거리를 가장 길게 만들 수 있는 방식이다. 경간장 200m부터 400m까지는 다른 공법에 비해 경제적이며, 400m부터 1km까지는 현수교와 비교해 어느 쪽이 경제적인지 논란이 있는 편. 비용을 생각하지 않을 경우에는 사실 아치교도 이론상으론 사장교처럼 극한으로 경간을 늘리는 것도 가능하긴 하지만 경제성은 물론 실질적 내구성까지 포기해야 하기 때문에 넓지 않은 강이나 만, 내해에 걸쳐주는 용도로 지을 뿐이다.
1km 이하의 장대경간에 적합하기 때문에 한강 같은데 걸쳐주면 교각을 최소화할 수 있어 가장 좋은 형식이지만 의외로 서울 시내에선 월드컵대교나 올림픽대교 같은 200m 이하의 소규모 사장교를 제외하곤 보기 힘들었으나, 현재 강동구와 구리시를 잇는 고덕대교가 지어지고 있어 곧 서울에서도 주경간 540m의 대형 사장교를 볼 수 있게 된다.
1992년 노후화한 행주대교를 사장교 타입으로 옆에 새로 짓다가 공사 중에 상판이 무너져 내린 사고가 발생하였다. 이 당시 KBS에서 국내 방송치고는 드물게 현수교와 사장교 등을 공학적으로 다룬 특집을 보도 프로그램으로 내보내기도 하였다.
2016년 7월 8일 오전 11시경, 공사중인 칠산대교의 구조물 상판이 기운 사고가 발생하였다.
참고로 일산에 있는 한국건설기술연구원 본관 1동과 본관 2동(신관)을 잇는 구름다리를 사장교로 만들어놨다. 초고강도 콘크리트(UHPC)를 이용한 장수명(200년 이상) 초고강도 교량의 시제품 격으로 연구원 안에 테스트베드를 만들어놓은 것. 실제로 보면 벤츠 삼각뿔 모양으로 1개의 주탑과 3개의 경간을 갖고 있으며, 2개의 경간이 양쪽 건물을 잇고 나머지 반대쪽의 1부분은 마치 테라스처럼 뚝 끊어져 있다.
이 기술은 2019년 한국공학한림원이 선정한 10대 선도기술 및 미국 UHPC 어워드를 쟁취하였으며, 춘천의 레고랜드 진입 교량인 춘천대교도 이 방식으로 지어졌다.
GS건설에서 신공법 사장교 기술을 개발했다. 주경간을 무려 1800m까지 늘릴 수 있는 초대형 '인장형 사장교' 기술로, 그림을 보면 현수교처럼 양끝에 앵커리지를 설치하고 측경간 케이블을 전부 앵커리지 하나에 묶어버리는 개념인 듯. 케이블을 튼튼한 지형에 직접 설치한다는 점에서 기존 현수교처럼 해협에 설치하기에 적합할 듯하며, 같은 경간일 경우 사장교가 현수교보다 유지보수가 용이하다는 점을 고려하면 현수교를 상당부분 대체 가능할 것으로 보인다.
현수교(懸垂橋; Suspension Bridge)[편집]
영국의 이삼바드 킹덤 브루넬이 고안한 방식으로, 미국의 금문교, 베이 브릿지, 브루클린 교같이 주탑과 앵커에 주 케이블을 늘어지게 달고 교량을 주케이블에 수직 케이블로 매단(suspension) 형태의 교량. 계곡 사이에 놓은 구름다리 역시 현수교의 일종이라 할 수 있다.
크기도 하거니와 주탑간 거리가 가장 긴 교량이다. 일본의 아카시 해협 대교의 주탑간 거리는 1,991m이고 대한민국의 이순신대교만 해도 1,545m로 2017년 현재 세계 4위이다. 800m인 인천대교(사장교)의 주탑 거리보다도 2배 가까이 길다. 이런 주탑간 거리는 건설기술의 상징과도 같아서 관심도가 높은 부분이다.
2017년에 착공하여 2022년 3월에 완공된 터키 다르다넬스 해협의 차나칼레 현수교는 주탑간 거리가 2,023m로 인류가 건설한 건축물로는 최초로 경간 2km를 넘어서는 구조물이 되며, 세계 최장 현수교에 이름을 올렸다.
대한민국의 대표적 현수교는 광안대교, 울산대교, 남해대교, 이순신대교, 영종대교가 있다. 단점은 주케이블을 놓는 비용이 사장교에 비해 비싸다. 그래서 요즘에는 어지간해서는 사장교를 건설하는 추세. 유지보수 측면에서도 사장교는 케이블에 문제가 생기면 그것만 교체가 가능하지만 현수교는 만에 하나 주 케이블에 문제가 생길 경우 공사하는 동안 다리 자체를 포기해야 한다. 바람의 영향을 가장 많이 받는 교량 형태이기 때문에 공학적인 난이도가 가장 높다. 이 바람 때문에 무너진 다리가 그 유명한 미국의 타코마 다리.
이론적으로나 현실적으로나 가장 경간을 길게 가져갈 수 있는 교량 형식으로서 현재 최장 현수교들은 경간이 2km에 달하고 있으며, 이론상 주탑간 거리 4km 이상의 교량도 현재 기술로 건설이 가능하다. 다만 이쯤 되면 주탑이 장난아니게 커지고, 케이블도 굵어져야 하는 만큼 같은 거리의 해저터널보다도 건설비가 많아지기 때문에 시도되지 않고 있을 뿐. 그런 위엄넘치는 외형에 걸맞게 다른 교량에 비하여 설계가 어렵다.
장자제 유리대교[편집]
유리로 만든 교량이다. 바닥이 유리라서 자동차는 못 지나다니고 인도교로 짓는다. 대놓고 관광용으로 만들기 위해 아주 높은 곳에 지어서 추락공포를 통한 스릴을 느끼기 위해 만든 교량이다. 세계 최초로 중국에서 시작했고, 한국에도 여러 산에 지으려고 계획중이나 진척이 더디다. 300m높이의 양쪽절벽을 잇고 있는 유리대교의 길이는 430m에 달한다. 바닥이 99개의 투명 판유리로 되어 있어 다리아래의 경치를 감상할 수 있다. 2015년 12월에 완공됐고 그 후 8개월 동안 안전 검사가 진행됐다. 유리다리는 망치로 내려치거나, 차량이 지나가도 안전하다.
이런 유리대교에서는 점프 금지, 달리기 금지, 100kg 중량제한이 명문화되어 있다. 비만인 사람들은 접근 금지다. 그리고 하루에 8,000명 이상 이용하지 못한다. 교량의 안전에 영향을 미치지는 않지만 신체건강 혹은 정신건강을 위해 심장질환이나 고소공포증이 있는 사람도 유리교에 가지 말아야 한다.
참고자료[편집]
- 〈다리(시설)〉, 《나무위키》
- 〈교량〉, 《위키백과》
- 이균석 기자, 〈[idomin.com/news/articleView.html?idxno=208953 '대교'와 '다리'사이엔 무엇이 있나]〉, 《경남도민일보》, 2007-01-25
같이 보기[편집]
