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서해대교
서해대교(西海大橋)는 서해안고속도로 구간 중 충청남도 당진시 송악읍과 경기도 평택시 포승읍을 연결하는 황해상의 다리이다. 서해안시대 국가 물동량의 수송을 원활하게 해주어 지역경제 활성화에 도움을 주고 있다. 교량 건설시 신공법 채택에 따른 전문기술 축적으로, 교량 기술을 한층 더 높일 수 있게 되었다.
한국도로공사가 서해권 교통망과 물류기반 확충을 위해 1993년 11월 착공하여 2000년 11월 10일 개통되었으며, 도로는 6차로(31.4m)이다. 총 연장은 7310m로, 대한민국에서 총 연장은 세 번째로, 교량의 길이만으로는 두 번째로 긴 다리이다.
휴게소, 호텔 등이 건설되어 관광지로 조성되고 있는 행담도를 가로지른다.
주탑의 외형은 보물 제537호 아산 읍내동 당간지주를 본떠 설계했다.
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개요[편집]
서해대교는 본격적으로 서해안 시대를 연 서해안고속도로의 백미와 같은 교량으로. 기술적으로는 대한민국 사장교의 모범을 제시한 대표 케이블 교량이다.
21세기 서해안 시대의 상징이자 동북아 시대를 이끌어 갈 서해 교역의 관문인 서해대교는 국토의 균형 발전과 국가 경쟁력을 제고하기 위해 건설된 서해안고속도로(인천~목포, 353km) 중 아산만을 횡단하여 경기도 평택시 포승면과 충청남도 당진시 송악읍을 연결하는 총 연장 7,310m의 교량으로 완공 시(2000년 11월) 기준으로 국내 최대 규모이자 세계에서 아홉 번째로 긴 교량이었다.
서해대교의 건설로 아산만을 가로질러 갈 수 있게 됨으로써 당진을 비롯한 서산, 대산, 홍성 예산 지역의 수도권 연결 교통이 획기적으로 개선됐으며, 경부고속도로 교통 수요의 상당 부분을 처리하게 되어 서해안 물류 기반 확충에 크게 기여했다.
서해대교의 백미라고 할 수 있는 182m 높이의 주탑을 가진 사장교와 FCM(Free Cantilever Method)교는 열악한 해상 조건을 극복하고 성공적으로 건설돼 지역의 항구적 랜드마크로서 기능을 발휘하고 있으며, 국내 기술 수준을 한 단계 도약시켜 기술 경쟁력을 강화시켰을 뿐만 아니라, 교량 자체의 아름다움은 행담도 휴게소와 더불어 관광 명소로 활용되고 있다.
다리의 특징[편집]
경간 구성[편집]
서해대교는 당시로서는 최신 형식인 프리캐스트 바닥판을 사용한 에지 거더(Edge Girder)구조를 적용했으며, 시공 과정에서 발생할지 모르는 문제점들을 사전에 해소하고자 국내외 전문 업체에 설계 검증을 실시했다. 또한 설계 당시에 적용했던 도로교 표준 시방서(현재의 도로교 설계 기준)가 개정됨에 따라 바닥판 최소 두께 및 하중 계수 규정에 적합하도록 바닥판 두께와 이와 연관된 구조를 보완했다.
특히 원 설계에서와 같이 5경간이 모두 연속이 되는 구조는 케이블 배치가 자유롭고, 신축이음 개수가 줄어 주행성과 유지 관리가 좋은 반면, 내부 교각 위 거더에 부모멘트가 발생해 콘크리트 바닥판에 많은 프리스트레싱(Prestressing)을 도입해야 하는 단점이 있다. 최종적으로는 내부 교각 위에서 신축 이음을 두어 부모멘트를 없애는 것이 전체 구조계에 유리하다는 판단에 따라 60m 구간을 단순교 형태로 분리해 전체적인 외관은 유지하되 구조적으로는 3경간 (200+470+200=870m) 연속 사장교로 설계가 변경됐다.
거더[편집]
경간장(지지하는 교각 중심 간의 거리)이 긴 사장교 형식은 케이블력에 의한 수평력으로 인해 거더에 큰 압축력이 작용하기 때문에 압축에 대해 저항력이 큰 콘크리트가 유리하다. 그렇지만 콘크리트는 중량이 커서 경간장을 길게 하는 데 어려움이 있다. 순수 강재 거더의 경우는 경간장을 길게 할 수는 있지만 강성이 상대적으로 작고, 진동에 약해 해상 교량에 적용 시에는 유선형 박스 형식을 적용할 수밖에 없으며, 그럴 경우 공사비가 많이 드는 문제가 있다. 그런 측면에서 볼 때, 경간장 300~600m 정도의 중장경간 사장교에서는 콘크리트 바닥판과 강재 거더를 합성시킨 강합성 거더가 최적이다.
주경간장 470m인 서해대교의 거더로 적용된 에지 거더 형식은 단면 양측에 강성이 큰 강재 I형 거더와 4.1m 간격으로 배치된 강재 가로보로 격자를 구성한 후 그 위에 미리 제작해놓은 콘크리트 바닥판을 얹고 이음부 콘크리트를 타설해 강재 거더와 콘크리트 바닥판을 합성시키는 구조로, 압축에 강한 콘크리트와 가볍고 유연한 강재를 효율적으로 배치한 것이다.
특히 콘크리트 바닥판을 프리캐스트로 제작해 합성시키는 것은 당시로서는 최신의 기술로, 강합성 거더의 문제점인 건조 수축과 크리이프로 인해 유발되는 내적 부정 정력을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 이 기술은 서해대교 바로 직전에 시공된 캐나다 안나시(Annacis, Alex-Fraser) 교량에서 처음 도입된 것으로, 서해대교 시공 시에는 안나시 교량에서 발견된 몇 가지 문제점들을 개선해 업그레이드함으로써 서해대교 이후 국내의 많은 사장교에 적용됐다.
케이블 및 정착구[편집]
거더의 양쪽 끝에 케이블을 설치하는 2면 케이블 배치를 적용했으며, 거더에서의 케이블 정착간격은 12.3m, 주탑에서는 2~4.5m로 배치한 세미-팬 타입(Semi-Fan Type) 케이블 배치를 계획했다. 케이블 수는 주탑 1기당 한 면에 32개, 좌우측에 72개로 총 144본을 배치했다.
사용된 케이블은 높은 탄성 계수와 극한 강도를 가지고 작은 장비로 설치가 가능한 멀티-스트랜드 타입(Multi–Strand Type)을 도입했으며, 케이블 1본당 부담 하중은 700~800tonf으로서, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, Hign Density Poly-Ethylene)로 스트랜드를 피복해 부식 방지효과를 증진시켰다.
사장교 구간을 원 설계의 5경간 연속에서 3경간 구조로 변경하면서, 외측 4개의 케이블을 앵커 교각에 집중적으로 배치해 앵커링의 역할을 확실히 하여 전체 구조 시스템을 앵커 케이블로 견고히 지탱해줌으로써 전체적인 강성을 향상시켰다. 즉 확실한 앵커링으로 주탑의 변위가 작아지고, 그에 따라 거더의 처짐도 줄일 수 있게 되었다. 특히 거더 측 케이블 정착 방식을 거더 측면에 부착하는 방식이 아닌 거셋판으로 복부판에 볼트로 완전 밀착시켜 거더에 걸리는 편심 문제와 피로 문제를 해소했다.
그러나 이와 같은 상부 노출식은 크기가 작지 않은 케이블 앵커부가 거더 위로 노출되어 미관을 해치는 경향이 있으며, 케이블 정착 작업이 불가능한 단점이 있다. 그럼에도 불구하고 복부판과 일체로 하거나 복부판 상면에 직접 용접하는 방식은 구조적인 장점이 크기 때문에 에지 거더를 갖는 거의 모든 사장교에 적용되고 있다.
주탑과 기초[편집]
서해대교의 원 설계 주탑 형상은 좀 더 입체적이고 변화가 많은 단면이었는데, 시공 관리 및 품질 관리가 어렵고 또한 공사 기간이 많이 소요될 것으로 판단해, 원 설계의 기본 골격은 유지하되 단면 변화는 줄이고, 주탑의 내부 공간을 확대해 케이블 긴장 작업을 용이하게 하고, 유지 관리를 위해 엘리베이터와 각종 점검 장치를 설치할 수 있도록 하였다.
북측 주탑 높이는 179.9m, 남측은 182.3m이며, 각 주탑은 3개의 가로보로 연결돼 수평 방향으로의 강성을 높였다. 주탑 단면의 폭은 슬래브에서 주탑 최상단까지 8m에서 6.6m로 완만하게 줄였으며, 반대로 상부 슬래브에서 주탑 기초까지는 8m에서 16m까지 확대시켰다.
사장교 주탑의 기초는 폭 28m, 길이 66m의 직접 기초 형식을 적용해 기초 기반까지 굴착하여 지지력을 확보할 수 있도록 하였다.
내풍 설계[편집]
서해대교와 같은 강합성 에지 거더는 휨 강성과 비틀림 강성이 작고 측면에서 부는 바람을 직벽 형태의 거더가 받기 때문에 강한 바람이 불 때 심하게 진동할 수 있으므로 이를 풍동 실험(Wind Tunnel Test)이라는 기법을 통해 동적 안정성을 확인했다. 풍동 실험은 세계적인 권위를 지닌 캐나다 온타리오대학교에서 수행했으며, 단면의 안정성을 실험하는 2차원 실험(1992년 5월~6월)과 전체 교량 모형의 안정성을 검증하는 3차원 실험(1992년 10월~11월)으로 두 번에 걸쳐 진행됐다. 3차원 실험을 통해 1) 2차원 단면 모형 실험 결과의 확인 및 보완, 2) 완공 상태에 대한 교량의 내풍 안전성 검토, 3) 시공 단계에 대한 거더의 내풍 안전성 검토, 4) 가설 중 내풍 안전성 등을 확인했다.
실험 결과 시공 단계에서는 정상류 혹은 난류에서 40m/sec 풍속까지는 불안정성이 나타나지 않았고, 시공 중 바람의 설계 속도가 38m/sec이므로 시공 중에는 플러터나 와류 진동은 발생하지 않을 것으로 검토됐다. 완성계의 경우는 100년 빈도의 풍속을 기준으로 자체의 안성성이 안전율 약 2.5 이상을 유지함으로써 매우 안정한 것으로 입증됐으며 와류 진동도 보이지 않음으로써 바람에 안전한 것으로 확인됐다.
사장교처럼 케이블이 설치되는 교량은 교량 자체의 내풍 안전성도 중요하지만 케이블이 비나 바람에 떨리는 현상이 자주 발생되므로 이에 대한 대책 수립이 중요한데, 서해대교에서는 이를 방지하기 위해서 거더 측 케이블 가이드 튜브(Guide Tube) 내에 진동을 억제할 수 있는 감쇠기(DGD, Damping Guide Deviator)를 설치했다.
사고[편집]
1996년 기초 철근 전도[편집]
1996년 6월 4일 오전 8시경(한국 표준시) 서해대교 시공구간에서 설치 중이던 높이 6m의 철근이 전도되어 작업하던 인부 10명이 중경상을 입었다.
1999년 5월 교각 작업대 사고[편집]
1999년 5월 7일 오후 2시 40분경(한국 표준시) 서해대교 시공구간에서 작업 발판이 추락해 인부 4명이 50여m 아래로 떨어져 모두 숨졌다.
1999년 8월 태풍에 의한 교량 가시설 붕괴[편집]
1999년 8월 4일 저녁 7시 50분경(한국 표준시) 태풍 올가가 동반한 강풍에 의해 시공중인 서해대교의 교량 가설 트러스와 그 위에 올려져 있던 상판 일부가 지상에 추락하는 사고가 발생했다. 다행히 이 사고로 인한 인명피해는 없었다.
2006년 연쇄 추돌 사고[편집]
2006년 10월 3일 오전 7시 50분경 (한국 표준시) 짙은 안개로 인한 29중 연쇄 추돌 사고가 발생하여, 12명이 사망하고 50명이 부상하는 인명피해를 냈다. 기상 상황 뿐만 아니라 운전자들의 과속, 일부 운전자들의 갓길 주행도 피해의 원인이었다. 피해액은 약 40억원으로, 한국의 자동차보험 역사상 가장 큰 사고로 기록되는 불명예를 안았다. 사고 이후, 서해대교 여러 구간의 안전시설이 보강되었다.
2015년 서해대교 케이블 화재 사고[편집]
2015년 12월 3일 오후 6시 10분경 주탑에 연결된 와이어에서 화재가 발생해 이를 진압하던 소방관 1명이 끊어진 와이어에 맞아 순직하고 2명이 부상을 입었다. 이 사고로 인하여 주탑과 와이어 복구작업으로 인해 12월 18일까지 송악 나들목부터 서평택 나들목까지 상하행 양방향을 통제하였다. 2015년 12월 19일 전면 재개통 되었다. 프랑스 출신의 낙뢰 사고 전문가 알랭 루소씨는 서해대교 케이블 절단 사고 현장을 조사한 뒤 "서해대교 사고의 원인은 '작은 낙뢰'"라는 의견서를 제출했다.
유지 관리 시스템[편집]
서해대교는 국내 최초로 세계적 규모의 사장교를 국내 기술로 설계 · 시공한 것으로, 이 과정을 통해 국내 사장교 건설 기술이 큰 진보를 이루었다. 그러나 겉으로는 잘 안보이지만 매우 중요한 발전을 이룬 것이 또 하나 있는데, 바로 특수 교량의 유지 관리 시스템(Bridge Management System, BMS) 부분이다. 서해대교의 유지 관리 시스템은 시공 초기부터 완공 후 공용 시까지 효과적으로 구조물을 유지 관리할 수 있도록 체계적으로 설계된 시스템으로 이후 영종대교, 광안대교 등 특수 교량 유지 관리 방향의 가이드가 됐다.
서해대교를 구성하는 사장교, FCM교, PSM(Precast Span Method)교의 주요 구조 부재에는 각종 계측 센서가 설치되어 있고, 이를 중앙 제어실에서 자동으로 통제할 수 있는 자동 계측 시스템이 구축되어 있다. 이들 데이터를 토대로 교량과 관련해 발생하는 모든 자료들을 관리하고 이를 바탕으로 교량의 점검 및 보수 보강에 관한 결정 사항을 전산화하여 교량의 보수 보강 및 개축 등에 대해 효율적인 의사 결정을 하도록 하는 자체적인 유지 관리 체계가 작동하고 있다.
또한 점검을 쉽게 할 수 있도록 주탑 내부 엘리베이터 4대, 주탑 외부 점검용 360° 회전이 가능한 곤돌라 4대가 설치 운영 중에 있다. 거더에는 이동식 점검차 및 그 부대시설 등이 설치돼 있어 상시 점검이 가능하도록 되어 있다.
교통체증[편집]
2010년 11월 개통한 서해대교 1일 평균 통행량은 8만9329대로 이미 포화상태에 달했다. 주말과 여름 피서철·연말연시 등에는 심각한 체증이 빚어진다. 앞으로 서해대교 통행량은 더 늘어날 것으로 전망되지만, 확장이 불가능해 대체 또는 우회도로 건설이 현실적 대안으로 제기되고 있다.
서해대교는 개통 이후 두 차례 전면통제가 이뤄졌다. 2015년 12월 교량 케이블 화재로 16일간, 2006년 10월 29중 추돌사고로 하루 동안 통제된 적이 있다. 2019년 9월에는 태풍 링링 여파로 강풍이 불면서 차량통행이 시속 50㎞ 이하로 제한되기도 했다. 서해대교는 10분간 초속 25m의 강풍이 불편 차량통행이 전면 통제된다.
서해대교를 대체할 4가지 방안은 아래와 같다. 1안은 충남 당진 석문국가단지~경기 화성 궁평항(18.9㎞), 2안은 당진 성구미포구~화성 봉화교차로(16.2㎞), 3안은 당진 안섬포구~화성 남양호(8.4㎞), 4안은 당진 한진포구~서평택IC 사거리(10.6) 등이다.[1]
각주[편집]
- ↑ 신진호 기자, 〈툭하면 막히는 서해대교...그 옆에 국내 최장 '해저터널' 추진〉, 《중앙일보》, 2022-01-11
참고자료[편집]
- 〈서해대교〉, 《나무위키》
- 〈서해대교〉, 《위키백과》
- 〈서해대교〉, 《세계다리명백과》
- 신진호 기자, 〈툭하면 막히는 서해대교...그 옆에 국내 최장 '해저터널' 추진〉, 《중앙일보》, 2022-01-11
같이 보기[편집]
