교량받침의 교체를 고려한 설계 및 시공

1 일반사항

(1) 이 지침은 받침의 교체를 고려한 교량의 설계 및 시공에 관한 것이다.

(2) 이 지침의 적용은 교량의 공용기간 중에 받침교체가 이루어질 것으로 예상되는 신설 교량을 대상으로 한다.

(3) 받침교체를 고려한 교량의 설계 및 시공은 교량 설계시 향후 받침교체를 위한 작업공간을 확보하고, 인상 위치에서의 상․하부구조물을 미리 보강하는 한편, 교체가 가능하도록 받침과 상․하부구조물을 연결하는 것을 모두 포함한다.

【해설】

(2) 교량받침은 관련 기술의 발전으로 인하여 과거에 비해 그 내구성이 많이 향상되었지만, 아직까지 교량 공용중에 예상치 못한 문제점이 발생하여 보수․보강 및 교체 등이 필요한 경우가 많다. 교량받침의 수명을 극대화하기 위해서는 교량의 거동 특성에 적합한 받침 형식 및 용량을 선정하고, 정밀 시공을 하는 것이 무엇보다도 중요하다. 또한, 외기에 노출되어 있어 유지관리가 취약한 받침의 특성을 감안하여 수시 점검이 가능하도록 접근로를 확보하는 것이 필요하다. 그럼에도 불구하고 받침 자체의 내구성의 한계로 인하여 교량의 사용기간 중에 받침교체가 불가피한 경우가 많이 있으므로 이를 위해서는 교량을 설계할 때 받침교체에 필요한 사항을 반영하므로써 교량의 상시적인 안전성을 확보하고, 효율적인 유지관리가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

(3) 교량받침의 교체를 위해서는 상부구조물의 인상이 불가피하다. 교량 설계시 이에 대한 고려를 하지 않은 경우에는 상부구조물을 인상할 때 교량의 안전성에 문제가 발생할 수 있으므로 잭업 위치에서의 상․하부구조물에 대한 적절한 보강이 필요하다. 또한, 상부구조물의 인상을 위해서는 잭을 설치할 공간이 필요한데 이를 고려하지 않고 설계된 교량에서는 받침교체 작업시 인상용 잭의 설치를 위한 공간 확보를 위해 브라켓을 설치하는 등 별도의 공정이 추가되어야 하는 문제점도 있다. 한편, 받침 교체를 위해서는 상․하부 구조물로부터 받침을 쉽게 분해할 수 있어야 하므로, 받침과 상․하부 구조물과의 연결에 대한 설계 및 시공시 이를 고려하여야 한다.

이와 같은 점들은 교량 최초 설계시에 고려하여야 가장 경제적이면서도 효과적인 대비를 할 수 있으므로, 신설되는 교량에 대해서는 잭업 위치 등을 미리 결정하여 상․하부구조물에 대한 구조를 검토한 후 보강을 수행하고 받침교체를 위한 작업공간을 확보해 두는 것이 바람직하다.

2 설계편

(1) 교량받침 및 받침부의 설계는 도로교설계기준의 관련 규정을 따른다.

(2) 교량받침과 상․하부구조물과의 연결은 유지관리를 고려하여 분해 및 조립이 쉽게 이뤄질 수 있도록 설계하는 것이 좋다.

(3) 받침부의 유지관리 및 교체 편의를 위하여 하부구조물 상단과 상부구조물 하단 사이의 공간(거더밑공간)은 40cm 이상이 되도록 하는 것이 좋다.

(4) 교량받침을 교체하기 위한 잭업 위치는 시공이 가능한 범위에서 지점부와 최대한 가깝게 하는 것이 좋다.

(5) 잭업 위치에 대해서는 적절한 방법으로 상․하부구조물을 구조 검토하고 보강하여야 한다.

(6) 교량 받침부의 연단거리는 받침교체를 고려하여 결정하여야 한다.

(7) 받침교체 공사에 따른 작업순서도 및 기타 관련 사항 등에 대한 내용을 설계도면에 포함시켜야 한다.

【해설】

(2) 받침과 교량 상․하부구조물과의 연결부는 분해 및 조립이 용이한 구조이어야 한다. 받침 상부판과 소울플레이트가 용접으로 연결된 경우에는 소울플레이트의 손상 우려가 있고, 작업성도 좋지 않으므로 가능한 한 볼트로 연결하여 손쉽게 분해, 조립을 할 수 있도록 하는 것이 좋다. 이때, 볼트의 크기 및 개수는 받침에 작용하는 수평반력을 충분히 견딜 수 있도록 결정해야 한다.

(3) 인체의 일부(머리 및 어깨)가 들어가서 받침을 조사하고, 유압잭을 설치하기 위하여 거더밑공간(하부구조물 상단과 상부구조물 하단 사이의 공간)을 40cm 정도 확보하는 것이 좋다. 특수교량을 제외한 중소규모 교량에 사용되는 받침의 높이는 대부분 40cm보다 작으므로 받침대 콘크리트(Bed Concrete)의 높이를 조절하여 필요한 공간을 확보하게 된다. 한편, 슬래브교나 PSC빔교와 같은 소규모 교량에서는 거더밑공간을 40cm이하로 하더라도 받침교체작업이 가능한 경우가 많으므로, 이와 같은 경우에는 미리 유압잭의 치수를 조사한 후, 이의 설치가 가능한 만큼의 높이만큼만 확보해도 좋다. 단, 이 경우에도 이물질 제거 등 받침의 유지관리가 가능한 최소한의 높이를 확보해야 한다.

>;그림 3.2.1<; 거더밑공간의 정의 및 유지관리를 고려한 받침부 설계 예(강교)

(4) 상부구조물의 잭업 위치(유압잭 설치 위치)를 지점부에 가깝게 할수록 여러 가지 면에서 유리하다. 즉, 상부구조물을 인상하면 지점 위치의 변화에 따라 구조계의 거동에 변화가 발생하는데, 지점 위치의 변화가 작을수록 그 영향은 감소하게 된다. 이외에도 인상용 잭의 설치를 위해 하부구조물의 두부가 커져야 하는 경우, 그 증가량을 최소화할 수 있는 이점이 있으므로 받침의 분해 및 조립, 소울플레이트의 설치 등이 가능한 범위 내에서 인상위치를 지점부에 가능한 한 가깝게 하는 것이 좋다.

(5) 유압잭이 설치되는 위치에서의 상․하부구조물은 인상 하중에 대한 구조 검토를 수행한 후 적절한 보강을 미리 해 두어야 한다. 이는 향후 받침 교체시 상․하부구조물에 대한 별도의 보강 없이도 작업이 가능하도록 하기 위함이다. 한편, 설계도면에는 잭업 위치를 명확히 표기하고, 구조물 완공 후에는 외관상 잭업 위치를 구분할 수 있도록 해당 위치에 적절한 표시를 하는 것이 바람직하다.

(6) 철근콘크리트 교각 또는 교대에서는 받침교체를 위한 잭업 위치에서 명확한 하중저항구조를 갖추어야 한다. 이를 위해서는 소정의 연단거리를 확보해야 하는데, 도로교설계기준 5.4.2절 “교좌의 설계” 편에서는 하부구조 정부(頂部)에 있어서 교축방향의 받침 연단과 하부구조 정부 연단 사이의 거리, (cm)를 다음 값 이상으로 하도록 하고 있다.

>;그림 3.2.2<;에서 보는 바와 같이 고무받침과 강제(鋼製)받침에 대한 연단거리에 대한 기준은 서로 다르다. 강제받침의 경우 받침이 교좌부에 직접 설치되어 있고 받침 단부에서 교좌부에 균열이 발생할 가능성이 크므로, 받침 단부에서 하부구조물 연단까지의 거리를 연단거리로 한다. 고무받침의 경우에는 받침을 고정시키기 위한 앵커볼트의 중심에서 하부구조물 연단까지의 거리가 연단거리이다. 이는 받침부의 파괴형상의 차이에서 비롯된 것이다. 사교 혹은 곡선교의 경우에는 >;그림 3.2.3<;과 같이 하부구조 정부 연단과의 최단거리 방향으로 연단거리를 확보해야 한다.

한편, 이와 같이 산정된 연단거리는 도로교설계기준 내진설계편의 6.4.8절에 제시된 최소받침지지길이와의 비교를 통해 큰 값을 적용해야 한다. 교축직각방향에 대해서도 교축방향과 동일한 방법으로 연단거리를 산정한다.

(a) 고무받침 (b) 강제(鋼製)받침

>;그림 3.2.2<; 연단거리의 정의

>;그림 3.2.3<; 사교 및 곡선교의 연단거리

>;그림 3.2.4<; 상부구조 인상을 위한 유압잭의 설치 예

받침교체를 위해 사용되는 유압잭은 >;그림 3.2.4<;와 같이 받침 또는 받침대 콘크리트 옆에 설치하는 것이 일반적이므로, 교량 설계시 미리 유압잭의 치수를 조사하여 유압잭의 설치가 가능한지 검토해야 한다. 도심지의 고가교량과 같이 주위 여건 등으로 유압잭의 설치에 필요한 충분한 연단거리를 확보하기 어려운 경우에는 별도의 조치를 취하여 필요시 손쉽게 유압잭을 설치할 수 있도록 해야 한다.

(7) 교량의 설계도면에 받침교체와 관련된 사항을 추가하므로써 향후 유지관리에 이용하기 위하여 이 조항을 마련하였다. 받침교체와 관련한 설계도면에는 유압잭의 용량 및 제원, 설치 위치 등을 명기하여야 하며 상부구조물의 인상량과 잭업위치에서의 소울플레이트 및 지압판의 치수, 재료 등에 대해서도 언급하여야 한다. 또한, 실제로 받침교체공사를 할 경우를 가정하여 작업 순서도를 미리 작성하여 설계 의도대로 공사가 가능한지를 검토해야 한다.

한편, 하부구조물에 작업공간이 확보되지 못한 경우에 대해서는 향후 받침교체공사시에 작업공간의 확보할 수 있는 방안을 구체적으로 작성하여 설계도서로 명문화하여야 한다.

2.1 인상하중 및 설계안전율

(1) 상부구조물을 인상하는 경우에 작용하는 설계 하중은 교량의 형식 및 인상방법, 인상 높이 등을 고려하여 구조해석을 수행한 후 그 결과에 따라 결정하는 것이 바람직하다.

(2) (1)항과 같이 인상하중을 구하지 않은 경우 잭업 위치에서 작용하는 인상하중의 크기는 상시하중(고정하중+활하중)에 의한 반력의 1.5배를 취할 수 있다.

(3) 인상하중에 대한 보강재를 설계할 때는 부재의 허용응력을 25% 증가시켜서 적용해도 좋다.

【해설】

(1) 상부구조물을 인상하려면, 받침에 작용하는 반력보다 더 큰 힘이 필요하다. 이러한 인상력은 지점의 위치(교량 단부 또는 중간지점부 등)와 인상방법(동시인상 여부), 인상높이, 공사중 차량통행 허용 여부 등에 따라 달라지게 된다. 이외에도 유압잭의 설치 위치 및 상부구조물의 휨강성 등도 인상력에 영향을 미치는 요인이 된다. 따라서, 이와 같은 점들을 모두 고려하여 구조해석을 수행한 후, 그 결과를 이용하여 인상하중을 구하는 것이 바람직하다. 이 결과는 인상용 유압잭의 용량을 결정하는 데에도 유용한 자료가 된다.

(2) 인상하중은 받침에 작용하는 반력의 크기와 밀접한 관계가 있으므로 교량의 설계 과정에서 구해진 반력을 이용하여 인상하중을 구하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 국내 도로교설계기준에는 인상하중과 관련된 규정이 제시되어 있지 않은 상태이며, 다만 1997년에 건설교통부에서 발간한 “강도로교 상세부 설계지침”에 “3.4.3 Jack-up용 보강재”의 설계와 관련하여 다음과 같은 규정이 있다.

“보강부재의 설계시의 설계반력은 평상시 지점반력(고정하중+활하중)의 50%를 할증한 값을 사용하여 허용응력을 25% 할증시켜 검토한다(차량통행시에도 교체가 가능하도록 배려한 것임).”

한편, 미국의 “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications(1998)”에서는 인상하중과 관련하여 다음과 같이 규정하고 있다.

“교량 관리주체가 특별히 규정하지 않는 한, 인상을 위한 설계하중은 인상 지점에 가까이 있는 받침에서 고정하중 반력의 1.3배 이상을 취해야 한다. 만약, 상부구조의 인상 작업중에 차량 통행을 통제하지 않는 경우에는 여기에 하중계수를 곱한 활하중 반력을 포함시켜야 한다.”

이상과 같은 규정들을 종합해 볼 때, 받침교체 공사중에 차량 통행을 허용할 수 있도록 상․하부구조물을 보강하는 것이 바람직하며, 타 지침과의 규정의 일관성을 감안하여 강도로교 상세부 설계지침에 제시된 바와 같이 상시하중에 의한 반력의 1.5배를 취하도록 하였다.

(3) 인상하중은 일시적으로 작용하는 하중으로서 가설시 하중과 유사한 특성을 지니고 있으므로 도로교설계기준에 제시된 가설시 하중에 대한 증가계수 1.25를 적용하기로 한다.

2.2 상부구조물

2.2.1 일반사항

(1) 교량받침과 상부구조물의 연결은 상부구조물의 형식을 고려하여 받침의 교체 및 유지관리가 용이하도록 설계하여야 한다.

(2) 교량받침과 연결되는 부위에서의 상부구조물에는 집중력이 작용하므로 도로교설계기준에 따라 충분한 보강을 하여야 한다.

(3) 유압잭이 설치되는 위치에서의 상부구조물은 인상하중에 대응하여 충분한 보강을 하여야 한다.

(4) 유압잭의 설치 위치는 가능한 한 주거더에 설치하는 것이 좋으며, 부득이하게 가로보에 유압잭을 설치한 경우에는 가로보를 충분히 보강해야 한다.

(5) 한 개의 지점에 여러 개의 유압잭이 설치된 경우에는 동시에 잭업을 실시하여 상부구조물의 부등 인상이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하지만, 여러 가지 요인에 의하여 불균등인상이 될 경우를 감안하여 불균등인상이 상부구조물에 미치는 영향을 검토해야 한다.

【해설】

(1) 교량받침의 상부판을 교량 상부구조물에 연결하는 방법은 상부구조물의 형식에 따라 달라진다. 즉, 강교의 경우에는 주형에 부착시킨 소울플레이트를 이용하여 받침의 상부판과 연결하게 되며, 콘크리트교에서는 강판을 콘크리트 거더의 지점부에 매입한 후 이를 받침의 상부판과 연결한다. 이때, 받침과 상부구조물이 손쉽게 분해 및 조립될 수 있도록 소울플레이트와 받침 상부판의 연결은 볼트 연결로 하는 것이 바람직하다.

(3) 잭업 위치에서의 상부구조물에 대해서는 3.2.1의 규정에 따라 구한 인상하중에 대하여 해당 지점부와 유사한 방식으로 보강을 하여야 한다.

(4) 일반적으로 주거더의 지점부는 충분한 보강이 되어 있으며, 다른 부재에 비하여 강성도 큰 편이므로 주거더에 유압잭을 설치하는 것이 여러 가지 면에서 유리하다. 하지만, 하부구조물의 공간 제약 등으로 주거더에 유압잭을 설치할 수 없는 경우에는 부득이하게 가로보 또는 격벽에 유압잭을 설치하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 인상하중에 대해 충분히 저항할 수 있도록 가로보의 단면을 확대하고, 잭업 위치에 대한 보강을 해야 한다.

(5) 슬래브교나 다주형교와 같이 한 지점에 받침 개수가 많은 경우에는 받침 개수만큼의 유압잭을 설치한 후 지점을 동시에 인상하는 것이 일반적이다. 그러나, 유압잭의 기계적인 오차 등으로 인하여 불균등 인상될 확률이 있으므로 이에 대한 검토를 하는 것이 좋다. 한편, 인상하는 높이가 낮을수록 불균등 인상에 의해 발생하는 단면력이 감소하므로 받침교체에 필요한 최소한의 높이만 인상하는 것이 중요하다.

2.2.2 강교의 경우

(1) 받침부의 소울플레이트와 잭업 위치에서의 소울플레이트는 도로교설계기준 2.4.2.5절에 따라 설계해야 한다.

(2) 잭업 위치에서의 상부구조물에는 인상하중에 대한 보강재를 설치해야 한다.

(3) 상부구조물 인상시 지점 위치의 이동에 따른 각 부재의 응력 변동에 대하여 검토하고 필요시 보강을 실시하여야 한다.

【해설】

(1) 도로교설계기준에서는 소울플레이트 및 받침판의 두께를 22mm 이상으로 하도록 규정하고 있다. 잭업 위치에서의 소울플레이트도 이 규정을 따라야 한다. 한편, 소울플레이트를 설계할 때는 다음 사항을 추가로 고려하여야 한다.

① 소울플레이트는 받침에 작용하는 수평력에 충분히 저항할 수 있도록 용접이나 볼트 연결에 의해 상부구조물에 고정시킨다.

② 잭업 위치의 소울플레이트는 유압잭의 두부의 치수보다 크게 해야 하며, 인상하중에 의한 집중력을 분산시킬 수 있는 충분한 치수로 설치해야 한다.

③ 받침 위의 소울플레이트는 받침 상부판과의 연결을 위한 볼트 구멍을 미리 뚫어두어야 한다.

(2) 강교의 경우, 인상 위치에서 상부구조물을 보강하지 않았을 경우 받침 교체시에 현장에서 수직보강재를 설치한 후 인상을 하게 된다. 이 경우, 작업조건이 좋지 않기 때문에 품질관리에 문제가 발생할 수 있으며, 기존 부재에도 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서, 교량 최초 시공시에 이를 미리 설치해 두는 것이 좋다.

>;그림 3.2.5<;와 >;그림 3.2.6<;에서는 일반적으로 많이 적용되고 있는 강교 형식인 플레이트거더교와 강박스거더교에서의 잭업 위치에 대한 보강재의 설치 예를 보여주고 있다.

(3) 받침교체시에는 지점 위치의 이동으로 인하여 전체 구조계에 변화가 발생하며, 특히 교축직각방향에 대해서는 지점 위치가 많이 달라지는 경우가 있으므로 이에 대해서는 별도의 검토를 통해 각 부재의 안전성을 확인해야 한다. 특히, 한 지점의 상부구조물을 동시에 인상하는 계획을 수립한 경우에도 여러 가지 요인에 의하여 불균등 인상의 가능성이 있으므로 이에 따른 부재의 응력 변동을 검토하는 것이 좋다. 한편, 교량 단부에는 지점 위치의 변화로 인하여 교축방향 모멘트가 추가로 발생하게 되므로 이를 고려해야 한다.

(a) 신축이음부 (b) 연속부

>;그림 3.2.5<; 플레이트거더교의 인상위치에 대한 보강 예

(a) 1개의 박스거더에 1개의 받침이 있는 경우

(b) 1개의 박스거더에 2개의 받침이 있는 경우

>;그림 3.2.6<; 강박스거더교의 인상위치에 대한 보강 예

2.2.3 콘크리트교의 경우

(1) 받침의 교체 및 유지관리의 편의성을 제공하기 위하여 지점부는 받침을 분리하기 쉬운 구조로 설계해야 한다.

(2) 받침 교체를 위한 잭업 위치에는 소울플레이트를 설치하는 것이 좋으며, 잭업 위치의 상부구조물에는 인상하중에 대응한 보강철근을 배치하여야 한다

(3) 상부구조물 인상시 지점 위치의 이동에 따른 각 부재의 응력 변동에 대하여 검토하고 필요시 보강을 실시하여야 한다.

【해설】

(1) 기존의 콘크리트 교량에서는 받침을 상부구조물에 고정할 때 받침 상부판을 콘크리트 거더에 직접 고정시킴으로써 받침 교체시 상부구조물을 손상시켜야 하는 경우가 많았다. 이는 공사비 및 공사기간을 증가시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 교량의 안전성에도 문제가 될 수 있으므로 받침 상부판 위에 별도의 강판을 추가하여 상부구조물과 받침 상부판을 연결하는 구조로 해야 한다. 상부구조물을 받침 위에 거치할 때 시공상 큰 어려움이 없는 경우에는 미리 볼트 구멍을 뚫어 둔 강판(소울플레이트)을 상부구조물 지점부에 매입시킨 후 이를 받침 상부판과 볼트 연결하는 구조로 하는 것이 좋다(그림 3.2.7 (a) 참조).

(a) 상부구조물과 받침의 체결이 쉬운 경우

(b) 상부구조물과 받침의 체결이 어려한 경우

>;그림 3.2.7<; 콘크리트교에서의 받침과 상부구조물의 연결부 설계 예

그러나, 시공상의 어려움이 있는 경우에는 매입플레이트(Soffit Plate)를 미리 상부구조물에 매설한 후, 받침 거치시 현장에서 소울플레이트와 용접으로 연결하는 방법도 있다(그림 3.2.7 (b) 참조). 이때 소울플레이트에는 받침 상부판과의 연결을 위한 볼트 구멍을 미리 뚫어 두고, 받침을 고정하고 수평력을 전달하기 위한 앵커 및 스터드 등은 매입플레이트(Soffit Plate)에 부착시키는 구조로 하게 된다. 한편, 앵커볼트 및 스터드는 받침에 작용하는 수평력에 충분히 저항할 수 있도록 설계해야 한다.

(2) 콘크리트교의 잭업 위치에서의 소울플레이트는 교량 설계시 미리 설치해 두는 것이 좋다. 이 소울플레이트는 받침의 조립 및 분해가 가능하도록 받침 단부에서 일정 거리를 떨어뜨려야 한다.

인상위치의 상부구조물에는 인상 하중에 의한 집중하중이 작용하므로 지점부와 유사한 보강이 필요하다. >;그림 3.2.8<;에서는 PSC빔교의 잭업 위치 및 단부보강 철근의 배치 예를 보여주고 있다. PSC빔교의 단부는 지점부 보강 및 정착부 보강 등으로 인하여 이미 많은 철근이 배치되어 있으므로, 인상하중에 대한 구조 검토후 필요한 경우에만 철근을 추가로 배치하면 된다. 한편, 일반적으로 도로교에 적용되는 PSC빔교의 단부 길이는 60cm 정도로 여기에 받침과 유압잭을 동시에 설치하는 것이 어렵기 때문에, 단부 길이를 좀 더 확장하여 유압잭이 PSC빔 단부 내에 설치되도록 하는 방법도 있다. 하지만, 소울플레이트의 설치가 가능하고 인상하중에 대하여 충분히 보강된 상태라면 굳이 단부를 확대할 필요는 없을 것이다.

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>;그림 3.2.8<; PSC 빔교에서의 잭업 위치 및 단부 보강 예

>;그림 3.2.9<;에서는 PSC 박스거더교에서의 단부 및 중간 지점부에서의 인상 위치를 보여주고 있다. 이 경우 상부구조물 인상시의 지점 조건에 대해 격벽부의 구조검토를 수행한 후, 필요시 보강하여야 한다. PSC 박스거더교의 경우 반력이 크기 때문에 유압잭의 치수가 커져서 유압잭의 위치가 격벽 중앙부에 가깝게 될 가능성이 높다. 이 경우 박스거더의 단면이 횡방향 처짐이 발생하여 상부슬래브에 인장력이 발생하게 되므로 이에 대한 보강을 추가해야 한다.

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>;그림 3.2.9<; PSC 박스거더교에서 잭업 위치 예시

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>;그림 3.2.10<; 지점부 및 잭업 위치에서의 격자보강철근 예 (D13 600×600)

(3) 받침교체시의 인상하중에 의해 콘크리트 상부구조물에 발생하는 인장응력에 대해서는 별도의 검토가 이루어져야 한다. 특히, 박스거더 단면인 경우에는 지점 위치의 이동에 의한 횡방향 해석을 별도로 실시하여 필요한 경우 추가의 보강철근을 배치해야 한다. 잭업 위치에서의 응력 집중에 대한 보강은 지점부와 유사하게 격자철근을 배치한다(그림 3.2.7 참조). 이 경우, 격자철근은 소울플레이트의 길이 및 폭보다 10cm 정도 넓게 배치하는 것이 좋다.

2.3 하부구조물

(1) 받침부를 설계할 때는 도로교설계기준 2.4.2.5절과 5.4.2절을 따라야 한다.

(2) 받침부에 받침대 콘크리트를 설치하는 경우에는 받침에 작용하는 반력이 충분히 전달될 수 있도록 받침대의 높이를 제한하여야 한다.

(3) 받침부 및 유압잭 하단부는 반력 및 인상하중에 대한 구조 검토 후 지압응력 및 인장응력에 대해 충분한 철근 보강을 하여야 한다.

(4) 상부구조물 인상시 지지점의 변화 및 불균등 인상 등에 따른 하부구조물 지지부의 안전성을 검토해야 한다.

(5) 하부구조물에는 받침교체에 필요한 작업공간을 확보해야 하며, 여건상 작업공간의 확보가 어려운 경우에는 별도의 조치를 취해야 한다.

【해설】

(2) 거더밑공간의 확보 또는 유지관리 등의 이유로 받침 하단에 받침대 콘크리트를 설치하는 경우에는 >;그림 3.2.11<;과 같이 받침대의 높이를 받침대부의 받침지지거리 이하로 제한하여 받침부에 충분한 지압이 전달되도록 해야 한다.

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>;그림 3.2.11<; 받침대 콘크리트의 높이 제한

(3) 받침 하단부는 반력에 의한 집중하중을 직접 받는 부분이므로 지압응력, 할렬응력, 파열응력 등에 의해 발생하는 국부응력에 대한 보강을 하여야 한다. 마찬가지로 유압잭 하단에서는 인상하중에 의한 집중력에 대한 구조 해석을 수행한 후 지압 및 인장에 대한 충분한 보강을 추가하여야 한다.

>;그림 3.2.12<;에서는 연속교에서 중간 지점부를 인상하기 위해 받침 양쪽으로 유압잭을 설치하여 상부구조를 인상하는 경우의 교각에 대한 보강 예를 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 지점부와 함께 잭업 위치에서도 인상하중에 대한 검토 후에 할렬응력(Spalling stresses)과 파열응력(Bursting stresses)에 대해서 충분한 인장보강철근을 배치해야 하며, 유압잭의 하단에는 지압에 견딜 수 있도록 격자 보강철근 등을 배치해야 한다.

4 >;그림 3.2.12<; 교좌부 및 잭업 위치에서의 철근 보강 예

(4) 교대나 신축이음부 등 교각 단부에서는 잭업시 지지점의 변화에 따른 추가의 교축방향 모멘트가 발생하게 된다. 한편, 한 지점을 동시에 인상하는 경우에도 불균등 인상으로 인한 교축직각방향 모멘트가 발생할 수 있다. 이 경우, 하부구조물 단부에 응력의 증가가 발생하게 되므로 이에 대한 검토를 해야 하며, 필요시에는 2축 재하에 따른 응력을 검토해야 한다. 이때 작용 하중으로는 인상하중을 고려해야 하며, 편심에 의해 추가되는 모멘트는 도로교설계기준 5.3.2절에 의거하여 산정하고, 필요시 적절한 보강을 하여야 한다.

(5) 기존의 교량에서 교량 받침을 교체하고자 할 때 공사비와 공사기간의 증가를 유발시키는 가장 큰 요인은 하부구조물 상단에 유압잭을 설치할 공간이 부족하다는 점이었다. 따라서, 하부구조물을 설계하면서 받침지지거리를 결정할 때 상부구조물 인상을 위해 사용할 유압잭의 제원을 미리 조사한 후 이 유압잭이 올라갈 수 있는지를 검토하여야 한다. 그러나, 인접한 구조물 등의 영향으로 하부구조물 두부의 치수에 제한이 있어서 부득이 유압잭을 설치할 공간을 확보하지 못한 경우에는 교량 설계단계에서 상부구조 인상 계획을 미리 수립하고, 설계 단계에서 이를 반영함으로써 필요시 손쉽게 유압잭을 설치할 수 있도록 해야 한다.

2.4 교량받침

(1) 교량받침을 상부구조물 및 하부구조물과 연결할 때는 분해 및 조립의 편의성을 고려하여 볼트연결을 하는 것이 좋다.

(2) 교량받침과 상․하부구조물을 볼트 연결할 때에는 수평력을 충분히 전달할 수 있도록 설계해야 한다.

(3) 콘크리트교에서 앵커볼트가 받침 상․하부판에 용접으로 연결되었거나 수평력의 전달을 위해 받침 하부판에 스터드를 설치해야 되는 경우에는 받침 하부판 아래에 별도의 강판을 두고 여기에 앵커볼트 또는 스터드를 용접하고, 이 강판과 받침 상․하부판은 볼트로 연결해야 한다.

【해설】

기존 교량에서 받침교체 작업을 할 때 발생하는 문제점 중 하나는 교량 구조물에서 손상된 받침을 분리해 내는 것이 어렵다는 점이다. 강교의 경우에는 소울플레이트와 받침 상부판이 용접으로 연결되어 있고, 콘크리트교의 경우에는 받침 상부판에 직접 부착된 앵커볼트가 상부구조물에 매설되어 있어서 받침을 상부구조물에서 분리하는 것에 많은 문제점이 발생하였다. 또한, 받침 하부판과 받침 지지용 앵커볼트가 직접 연결되어 있는 경우에는 받침을 분리시키기 위해 하부구조물에 손상을 입히는 것이 불가피하였다. 따라서, 이러한 문제점을 해소시키기 위해서는 받침을 상․하부구조물에 고정시키는 부분을 설계할 때 특히 주의를 기울여야 하며, 손쉽게 이들간의 분리 및 조립이 가능하도록 하는 것이 좋다.

>;그림 3.2.13<;에서는 받침과 상․하부구조물을 볼트로 연결하는 경우에 대한 예를 보여주고 있다. 이때 볼트의 개수 및 직경 등은 지점에 작용하는 수평반력을 충분히 전달할 수 있도록 설계해야 한다. 또한, 소울플레이트와 받침 상부판을 볼트로 연결할 때 너트를 사용하지 않는 구조에서는 차량하중 등에 의해 볼트가 풀릴 우려가 높으므로 이에 대한 별도의 대책을 수립해야 한다. 한편, 받침 상․하부판과 연결되는 소울플레이트에는 미리 볼트구멍을 뚫어둔 후 받침 설치시 받침 상․하부판과 볼트로 연결될 수 있도록 해야 하며, 지진력 등에 의한 수평력에 대해 연결부위가 안전한지를 검토해야 한다.

>;그림 3.2.13<;의 (a)에서는 받침 상부판과 소울플레이트만 볼트로 연결하는 방법과 주거더까지 한꺼번에 볼트로 연결하는 방법을 보여주고 있다. 좌측 연결부의 경우에는 소울플레이트에 볼트 구멍을 미리 만든 상태에서 받침 상부판에 볼트를 끼운 후 소울플레이트에 체결하는 방법으로 차량 하중에 의한 진동 등으로 인하여 볼트가 풀릴 염려가 크기 때문에 별도의 조치를 취해서 볼트가 풀리지 않도록 해야 한다. 우측 연결부는 주거더의 하부플랜지와 소울플레이트, 받침 상부판을 일직선으로 관통하는 구멍을 뚫은 후, 볼트와 너트를 이용하여 한꺼번에 이들을 체결하는 방법으로 수평력에 대한 저항성이 좋고, 상대적으로 볼트가 풀릴 확률이 낮다. 이와 같은 방법으로 받침을 연결하기 위해서는 주거더에 받침 상부판을 미리 연결한 상태에서 거치시켜야 시공이 가능하게 되므로 설계시 이 점을 고려하여 시공순서를 제시해야 한다.

한편, 받침 상부판과 소울플레이트의 연결부를 설계할 때는 작용 수평력에 충분히 저항할 수 있도록 볼트 개수 및 치수 등을 결정하여야 한다.

그림 (b)에서는 콘크리트교에서의 연결 방법을 보여주고 있다. 콘크리트교에서는 받침의 고정 및 수평력의 전달을 위하여 앵커소켓을 설치하는 것이 좋으며, 수평력이 큰 경우에는 스터드를 설치하여 수평력에 대한 보강을 한다.

받침과 하부구조물과의 연결은 >;그림 3.2.13<;에서 보여주는 바와 같이 받침 하부판 아래에 추가 강판을 설치하여 여기에 앵커볼트를 부착시키고, 추가 강판과 받침 하부판은 볼트로 연결하여, 추후에 받침 교체 작업시 받침 본체만 교체할 수 있도록 해야 한다. 이때, 받침 하부판과 추가 강판을 연결하는 볼트는 설계시 계산된 수평력에 대해 충분히 안전하도록 설계해야 하며, 진동 등에 의해 풀리지 않도록 별도의 조치를 취해야 한다.

한편, 여기에 제시된 방법은 연결 방법으로서의 하나의 예시에 불과하며, 각 교량 형식에 따라 시공성, 경제성 등을 종합적으로 분석한 후 가장 적합한 방법을 사용하여 받침과 상․하부구조물을 연결하면 된다. 단, 모든 경우에 있어서 받침의 분해 및 조립이 가능하도록 연결 방법을 선택해야 하며, 특히 수평력에 대한 검토를 통해 연결 볼트가 충분하게 힘을 전달할 수 있도록 설계해야 한다.

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(a) 강교의 경우

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(b) 콘크리트교의 경우

>;그림 3.2.13<; 교량받침과 상․하부구조물과의 연결 예

3 시공편

3.1 일반사항

(1) 교량받침 및 받침부의 시공은 도로교표준시방서를 따른다.

(2) 받침교체를 고려한 시공은 설계 의도를 충분히 반영해야 한다.

【해설】

(1) 기존 교량의 보수․보강 사례에 의하면 교량받침에 결함이 발생하는 주요 원인으로는 받침의 편기설치, 받침의 경사설치, 부품누락, 받침의 작동불량, 받침대 콘크리트의 파손 등 주로 시공 오류에 의한 것이다. 이는 교량받침의 설치 전에 상부구조물의 제작 및 가설 공정과 충분한 연계를 통한 검토, 확인이 미흡하였고 교량받침의 시공정밀도가 부족한 점이 주요 원인이었다. 따라서, 상부구조물을 시공할 때는 교량받침 및 받침부의 시공과 충분한 연계성을 확보할 수 있도록 공정을 수립하여야 하며, 소정의 시공정밀도를 확보할 수 있도록 하여야한다. 이와 관련하여 교량받침의 제작 및 설치, 받침부의 시공은 도로교표준시방서의 관련 규정에 따른다.

(2) 교량을 시공하기 전에 받침교체를 위한 유압잭 설치 위치에서의 상․하부구조물의 보강 부분과 유압잭의 위치가 정확하게 일치하는지 여부와 인상 작업에 필요한 작업공간의 확보 여부를 확인하여야 한다.

3.2 상부구조물

(1) 지점부 및 잭업 위치에서의 보강은 주거더 제작시 반영해야 한다.

(2) 소울플레이트는 받침 상부판과 볼트 연결을 위한 구멍을 미리 뚫어 두는 것이 좋다.

(3) 잭업 위치에서의 소울플레이트는 주거더 제작시 함께 설치해야 한다. 단, 강교의 경우에는 받침교체 공사시에 소울플레이트를 설치해도 되며, 이 경우에는 소울플레이트를 설치할 위치를 주거더의 외부에 표시하여 외관상 잭업 위치의 인식이 가능하도록 해야 한다.

【해설】

(1) 강교의 경우 지점보강재는 주거더와 일체로 제작하는 것이 일반적이다. 하지만, 잭업 위치에서의 보강재는 받침교체공사 시점에서 설치할 수도 있으나, 작업 조건 및 품질 확보 면에서 주거더와 일체로 제작하는 것이 유리하다.

콘크리트교의 경우에는 일단 구조물이 완성된 후에는 추가 보강이 어려우므로, 주거더를 시공할 때 지점부 및 잭업 위치에 대한 보강 철근을 함께 배치한 후 콘크리트를 타설해야 한다.

이와 같은 보강을 주거더의 시공시에 미리 반영하면 추가 비용의 증가가 작지만, 주거더의 완성 후에 별도로 보강하는 경우에는 많은 비용과 기간이 소요되기 때문에 주거더 제작시 지점부 및 잭업 위치에 대한 보강을 동시에 하도록 하였다.

(2) 받침부의 소울플레이트는 주거더에 설치되기 전에 구멍을 뚫어 두어 받침 위에 상부구조물을 거치시킬 때 받침 상부판과 볼트 연결이 가능하도록 해야 한다. 이때, 상부구조물은 온도의 영향 및 제작오차, 콘크리트교의 경우에는 추가로 크리프 및 건조수축에 따른 신축이 발생하므로 이 점을 충분히 검토하여 소울플레이트와 받침 상부판의 볼트 구멍의 위치가 일치하도록 정밀 시공해야 한다. 강교의 경우에는 이러한 점을 감안하여 주거더를 받침에 거치하기 직전에 소울플레이트를 연결하는 것이 좋다. 이때, 소울플레이트 위치는 설계도면에 제시된 위치에서 허용오차 이내의 범위에 놓일 수 있도록 해야 한다.

콘크리트교의 경우에는 소울플레이트를 미리 설치해야 되므로, 받침 상부판과의 볼트 연결이 가능하도록 특히 정밀하게 시공해야 한다. 콘크리트교의 경우, 매입플레이트(Soffit Plate)를 미리 매입하도록 설계된 경우에는 강교의 경우와 크게 다르지 않다.

강교의 경우, 주거더와 소울플레이트, 받침 상부판을 관통하여 볼트 연결하기 위해서는 기존의 시공 방법과는 다른 접근이 필요할 것이다. 즉, 받침과 교량 상부구조물을 연결할 때, 먼저 받침의 위치를 설정한 상태에서 상부구조물을 거치하는 방식을 취하게 되면 시공 오차 등에 의하여 각 부재에서의 볼트 구멍의 위치를 맞추는 것이 거의 불가능할 것이다. 그러나, 받침을 미리 상부구조물에 설치한 상태에서 받침 하부에 있는 앵커볼트의 위치를 조절하면서 그 오차를 줄이는 방식으로 시공하게 되면 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 이를 위해서는 하부구조물에 앵커소켓을 크게 만들고, 상부구조물을 인상한 상태에서 앵커볼트의 위치를 결정한 후 충진재를 타설하여 앵커볼트를 고정시키는 과정을 거치게 된다. 따라서, 받침 위에 상부구조물을 거치하는 동안에 크레인 또는 유압잭 등을 이용하여 상부구조물을 인양해야 한다.

(3) 콘크리트교에서 잭업 위치에서의 소울플레이트는 주거더 시공시 함께 설치해야 한다. 하지만, 강교의 경우에는 필요한 시점에서 잭업 위치에 소울플레이트를 설치해도 상관없다. 단, 현장 여건상 현장작업을 최소화하는 것이 좋다고 판단되면 미리 소울플레이트를 설치해 두어도 좋다. 잭업 위치에서의 소울플레이트를 미리 설치하지 않을 경우에는 향후 필요한 시점에서 손쉽게 그 위치를 확인할 수 있도록 잭업 위치를 표시해 두어야 한다. 특히, 강박스거더교와 같이 외관상 보강재의 위치를 확인하기 힘든 경우에는 외관상의 특징으로 잭업 위치를 판별할 수 있도록 별도의 조치를 취해 두는 것이 좋다.

3.3 하부구조물

(1) 받침부 및 잭업 위치에서의 보강은 설계도면에 의거하여 정밀 시공해야 한다.

(2) 하부구조물을 시공하기 전에 받침의 유지관리를 위한 거더밑공간과 상부구조물의 인상을 위한 유압잭의 설치 공간이 충분한지를 확인해야 한다.

(3) 받침이 설치되는 교좌면은 받침의 방청 등을 위해 배수에 유의해야 한다.

【해설】

(2) 교량을 시공하기 전에 받침교체를 위한 유압잭 설치 위치에서의 상․하부구조물의 보강 부분과 유압잭의 위치가 정확하게 일치하는지 여부와 인상 작업에 필요한 작업공간의 확보 여부를 확인하여야 한다.

(3) 교량받침의 원활한 기능유지를 위해 받침이 설치되는 교좌면의 모르터 표면은 우수 등이 고이지 않도록 미장 마무리하여 배수 구배를 유지하도록 한다.

3.4 교량받침

(1) 받침은 설치 후 기능을 원활히 할 수 있도록 설계도면에 따라 정밀하게 하게 설치하여야 한다.

(2) 받침을 설치하기 전에 받침을 교량 상․하부구조물로부터 쉽게 분리시킬 수 있는 구조인지를 확인해야 한다.

(3) 받침 하부판 또는 추가 강판(하부 지압판) 등을 설계도면대로 위치를 고정시킨 후 무수축 모르터를 타설한다.

【해설】

(1) 교량받침을 설치하기 전에 도로기준선 상의 계획노면까지의 높이, 교량의 종․횡단구배, 경사각 또는 곡률반경, 받침의 평면배치, 교좌부의 무수축 모르터의 두께 등에 대한 사전 검토가 필수적이며, 교량받침은 각 제작사별로 일부 제원이 다소 상이하므로 반드시 교량받침 제작사의 최종 공급원 승인도면을 확인하여 그에 맞는 시공을 하여야 한다.

교량받침 설치위치의 블록아웃은 설계도면에 따라 정확하게 마감 처리되어야 하며, 받침부의 철근작업시 앵커볼트 또는 스터드볼트의 위치가 표시된 탁본(Template) 등을 사용하여 철근과의 간섭이 일어나지 않도록 미리 배려한다.

블록아웃의 표면은 치핑(Chipping)하여 우툴두툴하게 마감하여야 하며, 교량상부구조에 경사가 있을 경우 경사진 소울플레이트로 경사를 보정하여 교량받침은 항상 수평을 유지할 수 있도록 시공한다.

(2) 교량의 사용기간 중에 발생할 수 있는 받침의 교체를 고려하여 받침의 하부판과 하부구조물에 매입된 하부지압판의 체결과 받침 상부판과 소울플레이트의 체결이 볼트 연결 구조인지를 재확인하여야 한다. 또한, 실제로 받침교체를 할 때 받침의 분해 및 조립 작업이 쉽게 될 수 있는지를 확인해야 한다.

(3) 무수축모르터의 재료와 배합은 현장의 시방기준을 작성하고 그에 따라야 한다. 받침하부에 사용되는 그라우트재료는 수직하중을 하부구조물로 전달하는데 충분한 강도를 가져야 하며, 동시에 확실한 충전이 가능해야 한다. 무수축모르터는 시멘트모르터에 비수축성, 유동성, 조강성 등을 개량하기 위한 혼화재를 넣은 것이며, 초기양생 단계에서 다소의 건조수축 현상이 나타나므로 양생에 주의해야 한다.

무수축모르터의 시공순서는 다음과 같다.

① 미리 블록아웃부를 확인하고, 필요한 경우에는 해당 부분을 수정한다.

② 블록아웃부의 치핑상태를 확인한 후 청소를 하고 습윤상태를 유지한다.

③ 거푸집은 무수축모르터의 시공높이보다 5cm 정도 높게 견고히 설치한다.

④ 혼합은 모르터믹서, 핸드믹서 등을 사용하며, 믹서혼합은 재료 투입후 5분 이내에 소요 품질을 갖춘 모르터를 중단없이 연속 공급한다.

⑤ 재료의 투입순서는 프리믹서 형식의 경우 적정량의 물에 그라우트재료를 넣어가며 혼합한다.

⑥ 혼합시간은 1분 이상으로 하고, 혼합물의 온도는 10～30℃ 정도로 하여 균질한 모르터를 얻는다.

⑦ 모르터는 혼합후 20분 이내에 주입하며, 기온이 5℃ 이하일 때는 주입작업을 해서는 안 된다.

⑧ 모르터의 주입은 호퍼를 이용하여 자중식(1m 이상)으로 하는 것을 원칙으로 한다. 주입량이 적을 경우에는 버킷, 많을 경우에는 진동 펌프 등을 사용해도 좋으나, 이 경우에는 진동을 최소화해야 한다.

⑨ 버킷, 호퍼에 전 주입량을 넣어, 한쪽으로부터 반대측으로 넘쳐 나올 때까지 연속적으로 주입한다.

⑩ 주입중에 거푸집을 치거나 바이브레이터 등에 의한 진동을 주지 않도록 주의해야 한다.

⑪ 무수축모르터의 시공면은 하부판 바닥면에서 1cm 정도 높게 해두는 것이 좋다.

⑪ 모르터 표면은 배수구배를 유지하여 흙손으로 고르게 마무리한다.

⑫ 시공면은 적어도 3일간 충분한 습윤상태로 유지하여 양생한다.

3.5 차량통행시 교체작업

받침교체 작업시 차량통행을 허용할 경우에는 차량하중에 의한 충격효과 및 온도하중 등을 고려하여 임시지지장치와 상부구조물 사이에 충격 흡수 및 신축 이동을 원활하게 하기 위한 조치를 취해야 한다.

【해설】

상부구조물의 인상하중을 줄이고, 인상된 상태에서의 안전성 및 받침의 교체 작업을 원활하게 하기 위해서는 받침교체 공사중에 차량 통행을 제한하는 것이 바람직하다. 하지만, 차량통행 제한에 따른 교통 혼잡 및 사회 간접비용 등을 고려하면, 차량 통행을 허용하면서 받침 교체를 해야 하는 경우도 많다. 따라서, 받침 교체작업 중에 차량 통행을 허용할 경우에는 상부구조물 인상에 따른 차량 통행의 안전성을 고려하여 인상 높이를 최소화해야 한다. 또한, 차량 통행에 따른 충격 및 지점부의 이동 등에 대해 별도의 검토를 수행한 후, 필요시 임시 지점부에 대한 적절한 조치를 취해야 한다.

출처 : 유지관리를 고려한 교량의 설계 및 시공지침(국토해양부)

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