한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 안전한 방법으로 공사비와 공사기간 모두 10% 단축 가능한 PSC(Prestressed Concrete) U형 교량 제작 기술 개발에 성공했다고 10월27일 밝혔다.

거더교(Girder Bridge)는 슬래브교, 트러스교, 사장교, 현수교 등과 같은 교량 형식 중 하나이며, 거더는 교량의 지지점(기둥) 사이를 연결하는 주요 상부 구조를 말한다. 

최근 교량의 길이가 길어지는 추세와 함께 가벼우면서 기둥과 기둥 사이 간격(경간)이 긴 경우 PSC 거더 교량이 선호되고 있다. 

또 PSC 거더는 공장에서 제품화가 가능하고 강교(Steel Bridge)에 비해 경제성, 내구성 및 유지관리가 용이하다는 장점 때문에 PSC 거더 교량에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있다.

PSC 거더 교량은 긴장재(강선)를 통해 교량 양쪽에서 압축력을 추가하는 방식으로 외부에 대한 저항력을 확보한다.

예를 들면, 여러 권의 책을 수평으로 쌓아서 들어 올릴 때, 양쪽에서 강하게 압축할수록 더 많은 책을 들 수 있는 원리와 동일하다. 이때 PSC 거더 교량의 긴장 방식에 따라 콘크리트 타설 전(프리텐션)과 타설 후(포스트텐션)로 구분할 수 있다.

포스트텐션 긴장 방식은 현장에서 장(長)경간으로 제작이 가능하다는 장점이 있지만 프리텐션에 비해 무겁고, 강선 부식의 위험이 높다는 단점이 있다. 

구체적으로 포스트텐션 긴장 방식은 콘크리트 타설 후 강선을 콘크리트 내부에 배치해 압축력을 추가한다. 따라서 강선을 배치할 전용관과 이를 위한 공간을 확보해야 하며, 수분 침투를 방지하기 위해 시멘트와 같은 충전재로 그 공간을 채워야 한다.

한편, 지난 2016년 포스트텐션 긴장 방식이 적용된 서울의 일부 교량에서 부식에 의한 강선 끊어짐 현상이 발견됐다. 이후 충전재 채움 불량 및 강선 부식에 의한 손상 등에 대한 전수조사가 진행됐다. 이에 국가기관에서는 PSC 교량 긴장재 유지관리 방안을 긴급히 수립하고 있다. 

반면에 프리텐션 긴장의 경우 강선이 구조물과 직접 결합하는 방식이기 때문에 전용관 삽입 및 충전재를 채우는 그라우트 공정이 생략돼 하중이 비교적 가벼울 뿐만 아니라, 유지관리에 매우 효율적이다. 

그러나 프리텐션 긴장 방식은 별도의 긴장 시설이 필요하므로 주로 공장에서 제작되고 건설 현장까지 이동이 필요하기 때문에 길이(L=18m) 및 무게(W=30tonf)의 제한이 있다.

이에 건설연 구조연구본부 연구팀은(팀장 서동우 수석연구원) 제이이앤씨 주식회사(대표 장현옥)와 공동연구를 통해 공장 제작이 아닌 현장에서 제작할 수 있는 프리텐션 긴장 PSC U형 거더를 국내 최초로 개발했다. 

개발된 기술은 별도의 시설 없이 유압잭(Hydraulic Jack)과 콘크리트 파일로 현장에서 긴장 PSC 프리텐션 거더 제작이 가능하다. 개발된 기술은 거더 길이 최대 60m까지 제작이 가능하며, 40m의 실대형 실물 실험을 성공적으로 완료했다.

프리텐션 긴장 PSC U형 거더를 공장이 아닌 현장에서 제작할 경우, 크기의 제약에서 벗어날 수 있으며, 공장에서 현장까지의 운송비를 절약할 수 있다. 또 포스트텐션 긴장 방식에서 필요한 전용관 및 그라우트 공정을 생략할 수 있기 때문에, 무게 감소 및 교량 전체 거더 배치 개수를 줄일 수 있다. 

따라서 현재 시장에서 가장 보편적으로 활용되는 기술 대비 공사비와 공사기간을 10% 이상 절감할 수 있어, 경제성 확보로 건설 시장에서의 파급력이 높을 것으로 기대된다.

김병석 건설연 원장은 “개발 기술의 실용화를 통해 경제성과 안전성이 확보된 교량 건설 기술을 보급하고 국내 건설기술의 해외 진출을 위한 경쟁력을 확보하는 데 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 수요기반 주요사업 ‘신남방국가 맞춤형 고효율 도로교 기술 개발 및 현지 사업화 기반 구축(2021~2023)’ 과제를 통해 개발됐다.

세이프투데이 윤성규 기자(sky@safetoday.kr)