교량 상하부 확장을 위한 방안 및 설계방법

1. 개요

1.1 개요

▪ 도심지 교통량 증가로 인해 도로개선 사업을 시행하게 되면 도로폭 확장하는 경우가 많이 발생하고 있다. 이런 경우, 기존 교량을 확장해야 하는 경우가 많이 발생하고 있으므로 이런 경우 설계시 주의사항에 대한 이해가 필요하다.

2. 설계절차

2.1 설계 자료 확보

1) 기존교량 성과품(도면, 계산서 등)

▪ 도면

▫ 상부 거더 제원 : 확장교량에 가능하면 동일 거더 적용

▫ 상부 EL : 기존교량 계획고 적용시 고려(측량에서 확인 필요)

▫ 하부 제원 : 기초 하단 EL 확인 및 기초 형식(직접 또는 말뚝) 파악

▫ 슬래브 철근 배근 : 슬래브 강결 접합시 동일한 철근 배근 필요, 종방향 조인트 적용시 방호벽 구간에 활하중 재하로 인한 켄틸레버부 안전성 확인 필요

▫ 기존교량 교면포장 종류(아스콘 또는 콘크리트) 확인

▪ 계산서

▫ 강결 확장시 기존 교량 하중 및 안전성 검토 내용 확인 필요함. 확장으로 인한 기존교량의 안전성 검토 필요.

2) 안전진단 보고서

▪ 기존교량의 안전진단 보고서를 확인하여 확장시 안전성 여부 고려.

▪ 기존교량의 보수 및 보강 이력 확인 필요.

3) 측량

▪ 기존교량 슬래브 상단 EL. 확인

▪ 기존교량 평면 좌표 확인

4) 지반조사

▪ 확장교량 교대 및 교각 위치의 지층 및 지반정수 확인

2.2 슬래브 확장 방안 검토

1) 종방향 신축이음 적용을 통한 확장

▪ 기존교량 신축이음과 일치하지 않는 확장 계획시

▪ 하천 교량의 경우 기존교량과 동일한 상부 형식을 적용할 경우 홍수 여유고를 맞추기 어려운 경우

▪ 강결확장시 기존교량 안전성 확보가 어려운 경우.
예) 지진시 기존교량 받침 허용치 초과, 교각 안전성 미확보, 기초 안정성 미확보 등

▪ 종방향 신축이음이 계획 도로 횡단에서의 위치 검토 필요. 차선 내에 있을 차량 하중으로 인해 유지관리 불리함.

2) 강결확장

▪ 기존교량 신축이음과 일치하는 확장 계획시.

▪ 기존교량과 동일한 상부 형식 적용이 가능한 경우.

▪ 확장을 고려한 상부 및 하부 구조물 안전성 확보가 가능한지 검토 필요함.

▪ 안전성 확보가 어려운 경우 이를 보수 보강을 통해 안전성을 확보 방안과 종방향 신축이음 확장 방안에 대한 장단점을 고려하여 확장방안 결정이 필요함.

▪ 기존교량이 포트받침으로 되어 있을 경우 대부분의 경우 지진시 받침 안전성 확보가 어려우므로 이에 대한 대책 필요.

2.3 하부 확장 방안 검토

▪ 기존교량 기초 형식 및 지층현황을 고려한 하부 확장 방안 검토

2.4 설계기준 검토

▪ 강결확장의 경우 기존교량 설계시 적용된 설계기준 적용.
예) 기존교량 강도설계법 으로 설계된 경우 ⇒ 확장교량 동일 설계법 적용

▪ 종방향 신축이음 적용시 최신 설계기준(한계상태설계법) 적용

3. 상세 설계

3.1 상부 설계

▪ 개요

구분	강결시공	분리시공(종방향 조인트)
개요도
개요	▫기존슬래브 철근을 이음하여 슬래브 연결한 후 확장교량 콘크리트 타설	▫기존교량과 별개로 시공후 종방향 조인트 설치
주의사항	▫유지관리 양호 ▫교량사이 단차 발생 없음 ▫주행성 양호 ▫공사중 교통차단기간 장기	▫종방향 조인트 유지보수 필요 ▫교량사이 단차 발생 ▫주행성 저하 ▫공사중 교통차단기간 단기

▪ 강결시공시 고려사항

▫ 신축이음부~신축이음부를 확장해야 함.

▫ 신축이음부에서는 종방향 모멘트가 0이고, 내부 지점부(교각부)는 부모멘트가 발생한다. 그런데 확장교량과 기존교량의 단부위치가 다르면 기존교량은 바닥판에는 부모멘트가 발생하는데 확장교량은 모멘트가 0이 되므로 슬래브 안전성 확보가 어려움.

▫ 기존교량 슬래브 철근 배근을 확인하여 간격을 확인하여 이에 맞도록 확장교량 슬래브 철근 배근이 필요함.

▫ 가능하면 기존교량의 거더와 동일한 강성의 거더를 적용하는 것이 거동을 일치시킬 수 있음. 예) PSC 거더의 경우 동일한 강성(공법)을 적용.

▪ 종방향 조인트 적용시 고려사항

▫ 신축이음부~신축이음부가 아닌 경우 적용 가능.

▫ 종방향 조인트 적용으로 별개 교량으로 거동하므로 기존교량과 신설교량의 거동이 달라도 적용 가능.

▫ 기존교량 방호벽 절단하므로 이 부분에 차량 활하중이 재하되므로 슬래브 안전성 검토 필요.

▫ 종방향 조인트 설치를 위해 콘크리트 블럭이 필요하므로 기존교량의 슬래브 상단을 철거해야 하므로 기존교량 슬래브 두께가 얇은 경우에는 인력 철거를 통해 정밀한 철거 후 종방향 조인트를 설치하거나, 슬래브를 일부 구간을 철거 후 설치하도록 해야 한다. 슬래브 일부 구간을 철거 할 경우 이를 고려한 동바리, 거푸집 및 콘크리트 수량일 설계에 반영해야 함.

▫ 종방향 조인트 위치를 가능하면 차량이 지나지 않도록 차선 구분이 가능하면 이를 고려하여 차선 조정을 하는 것이 유지관리 측면에서 좋음.

▪ 배수시설

▫ 편구배를 고려하여 확장교량부쪽에 배수시설이 있는 경우 기존 배수시설을 철거 후 신설해야 함.

▫ 이럴 경우 기존 및 확장 구간을 고려하여 배수용량을 설계하여야 함.

▪ 점검시설

▫ 기존교량 점검시설 존재여부와 확장교량 교각과의 간섭을 고려하여 일부 철거 후 신설이 필요함.

3.2 하부 설계

(1) 교대 확장

▪ 개요

구분	앵커바 연결 시공	스치로폴 분리 시공
개요도
공법개요	▫기존 교대측면에 앵커바 설치로 일체 거동이 가능하도록 함.	▫기존 교대와 신설 교대 사이에 스치로폴 설치로 분리 시공함.
적용조건	▫토사층에 기초가 설치되어 부등침하나 잔류침하의 우려가 있는경우	▫직접기초, 파일기초가 풍화암 이상지반에 지지된 경우
적용시 고려사항	▫파일기초는 교대수평변위가 허용된(1.5cm) 구조로 예상되어 접속부가 단차가 발생될 우려가 있으므로 앵커바로 적용	▫직접기초의 2차로이상시 분리시공 적용 ▫직접기초 1차로만 확장하는 경우에는 교량접속부 단차가 발생 할 우려가 있으므로 제외함

▪ 설계시 절차

▫ 기존교량 기초 유형(직접 또는 말뚝) 확인

▫ 기초 하단 EL 확인

▫ 계획 교량의 기초 EL 및 유형 결정

▫ 연결방안 결정(앵커바 또는 스치로폴 분리)

▪ 기초 계획

▫ 기존교량과 같은 기초 적용 가능할 경우 동일 기초 적용.

▫ 기존교량과 다른 경우 가능하면 말뚝 기초 적용으로 기존교량에 영향을 최소화하는 방향으로 설계 필요. 특히 기존교량이 직접기초인 경우 주의가 필요함.

▫ 기존교량이 직접기초인 경우에 조사된 지층 현황상 기존교량 기초 하단 EL. 보다 약간 아래에 있을 경우 주의가 필요함. 신설교량도 직접기초를 적용할 경우 터파기에 의해 기존교량의 안정성 확보가 어려울 수 있음.

About the Editor

별빛 소나무

구조 엔지니어 경력 15년 이상

다양한 교량 설계 경험을 가지고 있지만,

아직도 교량 설계에 대해 모르는게 많아 계속해서 배우고 있는 구조 기술자.

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