계획부터 설계까지(기본 및 실시설계 절차와 각 단계별 교량 관련 고려사항)

1. 개요

▪ 기본 및 실시설계를 진행하면 여러 가지 단계가 있다. 구조분야 설계에서 고려해야 하는 사항을 간략히 알아보고자 한다. 이를 통해 설계 흐름을 파악하여 원활한 설계가 진행할 수 있기를 기대한다.

2. 설계절차

2.1 개요

▪ 발주처에 따라서 절차의 명칭이나 단계 등은 차이가 발생한다. 하지만 큰 흐름은 비슷하게 진행된다. 여기서는 기본 및 실시설계의 흐름과 중요한 단계에서 결정되는 것들에 대해서 알아보고자 한다.

2.2 설계 절차

1) 노선결정(노선 자문)

▪ 타당성 조사 등에서 결정된 노선을 기반으로 하여 공사비, 주변 여건 및 교통량 등을 고려하여 노선을 결정한다.

2) 노선 VE(기본설계 VE, 기본설계 자문 등)

▪ 선정된 노선에 대해서 노선(평면선형, 종단선형) 및 교량 형식의 적정성 등에 대해서 VE 또는 자문위원의 의견을 반영하여 결정한다.

3) 특정공법(상부)

▪ 선정된 교량 형식 중 특정공법이 필요한 경우 이에 대한 공법을 선정한다.

예) 교량 상부 형식(PSC 거더, 강거더, 프리플렉스 거더), 합성형 라멘, 프리캐스트 교각 등

▪ 설계 진행에 필수적인 특정공법(교량 상부 형식 등)만을 먼저 선정하고, 나머지 부분에서 특정공법이 필요한 경우 설계가 어느 정도 진행된 후에 따로 선정하는 경우도 많이 있다.

4) 특정공법(부대공)

▪ 특정공법(상부)에서 선정하지 않은 기타 부분에 대한 공법을 선정한다.

예) 복합(또는 합성)말뚝, 두부보강, 가교 등

5) 성과품 VE

▪ 최소의 생애주기비용으로 최상의 가치를 얻기 위한 절차로서, 시설물의 필요한 기능을 확보하기 위하여 설계내용에 대한 경제성 및 현장적용의 타당성을 기능별, 대안별로 검토한다.

▪ 총공사비 100억원 이상인 건설공사의 기본설계, 실시설계 사업에 적용된다.

6) 마무리 자문 또는 심의

▪ 최종 성과품의 이상 유무 및 설계 적정성을 확인하는 절차이다.

3. 설계절차별 구조분야 업무

3.1 노선결정(노선 자문)

▪ 구조분야에서는 검토되는 노선에 교량 적용성을 검토한다. 이때, 교량 설계 가능성을 확인하여 노선결정에 반영할 수 있도록 해야 한다. 검토에 많은 시간이 필요하지 않지만, 반드시 검토가 필요함.

▪ 검토해야 하는 항목은 다음과 같다.

▫ 교량내에 오목구간이 발생하는지 여부 검토. 오목구간이 발생할 경우 교면 배수가 원활하지 않아 빙판길이 발생할 수 있음. 오목구간이 발생할 경우 종단선형 변경을 요청해야 함.

▫ 지장물 등으로 인해 교량 장경간이 필요한 경우. 장경간 교량을 위한 특수교 등의 형식을 적용할 것인지, 아니면 일반형식의 교량을 적용하고 평면 선형을 변경할 것인지 협의가 필요함.

3.2 노선 VE(기본설계 VE, 기본설계 자문 등)

▪ 결정된 노선에 맞는 교량 계획(교량 형식, 경간장 구성 등).

▪ 검토해야 하는 항목은 다음과 같다.

▫ 교대 위치 검토 : 교량 연장

▫ 지장물 및 하천 최소 경간장을 고려한 경간 구성

▫ 선형의 평면 곡선반경, 종단(형하공간) 및 경간장을 고려한 교량 형식 계획

▫ 선정된 교량별 개략 공사비 산정(기존 사업 개략 공사비, 교통시설투자 평가지침 단가 등 참조)

3.3 특정공법

▪ 결정된 교량 형식 적용을 위하여 특정공법심의를 통해 공법을 선정한다.

▪ 설계 초기에 결정이 필요한 특정공법은 상부형식에 관련된 공법이다.

▫ PSC Beam 거더 : I형 거더에 강연선 긴장을 하는 공법, 30~55m 구간에 가장 많이 사용되는 형식.

▫ 강합성 거더 : 강박스 및 I형 거더에 콘크리트 바닥판을 적용한 공법, 50~100m 경간장 및 평면의 곡선반경이 작을 경우 많이 사용되는 형식. 예) 램프교 등

▫ 프리플렉스 거더 : 강재를 굽힌 상태로 콘크리트 타설을 통해 콘크리트에 압축력을 도입한 형식, 교량 형고를 최소화 해야 할 경우 사용되는 형식. 예) 기존도로와 연결해야 하는 하천횡단 교량 등

▫ 합성형 라멘교 : 상부슬래브를 PSC Beam 거더 또는 강재 거더를 사용하여 일반적인 RC 라멘교보다 긴 경간장이 가능한 형식, 16~50m 구간에 사용되는 형식.

▪ 설계 초기에 필요하지는 않지만, 설계에 필요한 특정공법은 다음과 같다.

▫ 가교 : 하천 및 수로 등을 횡단하는 교량의 경우 가설을 위해 필요.

▫ 복합말뚝 : 말뚝길이가 15m 이상일 경우 경제성을 고려하여 복합말뚝을 적용.

▫ 말뚝 두부보강 : 일반 두부보강 방식은 시공이 복잡하므로 시공이 편리하게 개선된 특정공법을 적용.

▫ 프리캐스트 바닥판 : PSC 거더 사이의 바닥판과 강합성 교량의 바닥판을 프리캐스트 바닥판을 적용하여 거푸집 및 동바리를 최소화하는 공법. 현장에서는 공중에서 작업을 해야 하므로 안전을 고려하여 적용여부 검토가 필요.

▫ 강재가로보 : PSC 거더 사이의 가로보를 강재를 적용하여 시공성을 개선한 공법으로 프리캐스트 바닥판과 동일하게 현장에서의 안전을 고려하여 적용여부 검토가 필요.

▫ 면진받침 : 장대교량이거나 교각 길이가 길 경우 지진시 단면력 및 변위가 크게 발생하여 탄성받침으로 설계가 어렵거나 하부 규모가 커져야 할 경우 적용.

▪ 특정공법은 지자체, 청, 공사 등 조금씩 다르게 진행된다.

▫ 지자체의 경우 특정공법을 공고하여 공법사가 관련내용(공법 소개, 견적가)을 제출하고, 심의시 직접 설명을 통해 공법심의가 진행됨.

▫ 지방국토관리청의 경우 6개 이상의 공법을 선정한 후 이에 대해서 심의를 진행함. 6개 공법 중 2개 이상은 신기술 공법을 적용. 신기술 공법이 없을 경우 특허공법 6개로 진행.

▫ 공사의 경우 공사에 따라서 위의 2가지 방법 중 한 가지 방법과 유사한 방법으로 특정공법심의를 진행함.

3.4 성과품 VE

▪ 생애주기 비용을 고려하여 가치 및 비용이 적절한지 파악하고, 대안을 검토함.

▪ 대부분의 경우 비용을 절감하는 방안으로 검토가 진행됨.

▪ 성과품 VE를 위한 성과품은 100% 수준의 설계성과품이 아니므로 일부 상세한 설계가 고려되지 않은 부분이 있음. 그러나 공사비는 산정해야 하므로 이런 부분은 수량 및 공사비를 충분하게 고려하는 경향이 있음. 이런 부분을 VE를 진행하면서 최적화 함.

▪ VE 의견을 반영하여 성과품을 수정해야 하므로 VE 성과품으로 100% 수준의 성과품을 작성할 것인가에 대해서는 고려가 필요함.

3.5 마무리 자문 또는 심의

▪ VE 의견이 반영된 성과품 또는 VE 성과품으로 진행된다. 설계의 안전성이 적절한지, 비용이 적절하게 반영되어 있는지 등을 검토한다.

▪ 설계에 고려되지 않은 부분이 없는지, 수량 및 내역이 적절한지 상세하게 검토하여야 한다. 설계단계에서 수정할 수 있는 거의 마지막 단계이므로 누락된 부분이 없도록 해야 한다. 이때 반영하지 못할 경우 시공시 의견이 제시되면 이미 시공된 부분이 많아 설계 수정도 어렵고, 공사비가 반영되지 않은 경우 이를 반영하기도 어렵다. 수정사항이 클 경우 발주처로부터 벌점을 부가 받을 수도 있다.

▪ 심의쯤 되면 설계자가 여러번 수정했었으므로 내용을 가장 잘 알고 있다. 충분한 시간을 들여 안전하고 경제적인 설계 성과품이 될 수 있도록 해야 하는 단계이다.

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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