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케이블교량 정착부 내구성 향상 방안 구조물처-1162

(2023.04.17.)

1 추 진 배 경

o 케이블교량의 정착구 부식은 케이블 파단 및 교량 붕괴의 주요원인*으로

설계‧시공 품질확보 및 예방적 유지관리가 중요

* 케이블 정착구 부식으로 인한 주요손상사례

이탈리아 Morandi교

붕괴(‘18년)

미얀마 Myaungmya교

붕괴(‘18년)

일본 Yukisawa교

케이블 파단(‘11년)

o ’22년 특별점검 및 개방조사에서 확인된 케이블 정착구 및 주변부

손상분석을 통해 개선방안 도출 및 내구성능 확보 추진

2 추 진 경 위

o ’22. 8월~ 9월 : 케이블교량 거더측 정착구 특별점검 시행(자체‧용역)

- 공용교량 5개교 정착구 351개소 외관조사

- 정착구 누수‧누유 및 바닥판 체수 확인

o ’22. 10월 : 야로대교 누수의심 정착구 1개소 개방조사 시행(용역)

- 정착구 내부체수 및 강관내벽 부식 발생

o ’22. 12월 : 케이블 정착구 유지관리 전문가 자문회의 실시

- 손상원인 및 조치방안 검토

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【참고】 케이블 정착부 구조 및 해외 손상사례

케이블 정착부 구조(러버부츠 타입)

거더측 정착구

① 러버부츠 ③ 디비에이터 ⑤ 정착단 배수홈(홀)

일본 유키자와교(엑스트라도즈교) 케이블 파단(‘11년)

ㅇ (손상) 케이블 1본 파단, 다수 케이블 부분부식(공용년수 10년)

ㅇ (원인) 바닥판 체수, 케이블 정착구 틈으로 우수 및 염분(제설제) 침투

파단발생 정착구 파단케이블 잔존케이블 부분부식

ㅇ (보수) 케이블 교체 및 틈새 방청테이핑, 교면 배수경사 조정 등

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3 야로대교* 조사결과 및 손상분석

* 2주탑 1면 PSC Box거더 ED교(‘15년 준공, 연장 760m)

 정착구* 이음부 틈을 통해 내부 우수유입 및 부식 발생

* 정착구 상단 덮개가 ‘러버부츠(Rubber Boots)’ 형식

o (손상현황) 정착구 외관-내관 사이에 체수 및 외관내벽 부식

내관

(d=180㎜)

외관

(d=318㎜)

내시경 조사 사진

o (손상원인) ① 시공시 유입된 이물질로 정착구 배수관 막힘 발생

② 공용중 연결부 씰런트가 케이블 진동으로 찢어짐 손상

⇨ 벌어진 틈으로 우수 유입 및 체수, 주변 부식 유발

① 배수관 막힘(정상부는 유출과다) ② 러버부츠 이탈 및 씰런트 찢어짐

유출과다

(배수기능

정상)

배수관 막힘

(d=15㎜)

※ 美TRB『NCHRP SYNTHESIS 353 보고서(‘05)』도 우수유입 문제 지적

※ 유사한 구조형식의 국도 특수교에서도 체수로 인한 손상 발생중

삼도대교(‘17준공, ‘20점검) 칠산대교(‘19준공, ‘20점검)

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 분리형중분대 구간 바닥판* 배수불량으로 하면 백태 발생

* 고속도로 케이블교량 12개소 중 9개소(75%)가 양방향 분리형중분대 PSC거더 형식

o (손상현황) 바닥판 저점부(주탑 주변) 물고임, 바닥판 하면 균열부

에서 누수 및 백태 발생

바닥판 상면 물고임 바닥판 하면 균열부 누수 및 백태

종단경사

(–2.15%)

주탑

중분대

중분대

집수구

* 바닥판 하면 손상수량(‘22년 정밀점검)

↓광주 ↑대구

① ② ③

구 분 계 ① 광주측 ② 중앙부 ③ 대구측

균열(m) 2484 972 517 995

백태(m2) 6.1 0 6.1 0

o (손상원인) 바닥판 저점부 배수관 미설치 및 배수시설 주변 이물질

퇴적으로 배수기능 저하 및 체수 발생

⇨ 설계시 중분대 배수시설 검토* 및 공용중 주기적 배수시설 정비 필요

* 야로대교는 곡선교(횡단경사: 2%)로 중분대 내측에 대구방향 차로면(폭 11.7m)

배수시설만 검토하여 설치

※ 공용중인 타교량(낙동강대교, 내린천교)에서도 유사손상 발생

바닥판 물고임(낙동강대교) 중분대배수관막힘(낙동강대교) 바닥판균열부백태(내린천교)

중분대 배수관

(d=50mm)

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4 조치 및 개선방안

【공용교량】

 (누수점검) 정착구 전수 개방조사로 내부 우수유입 여부 확인

o (대 상) 러버부츠가 적용된 교량(4개교, 206개소)

o (점검방법)

- 상부 : 러버부츠 및 디비에이터 해체 후 내시경 조사(체수, 부식 등)

- 하부 : 정착구 단부의 그라우트 주입홀 개방, 체수여부 조사*

* 강연선 부식이 의심되는 구간은 정착구 단부 캡 개방 후 초음파탐사(UT) 시행

 (하자보수) 정착부 우수유입 및 체수발생 교량 보수 실시

o (우수차단) 러버부츠 고정장치 추가 및 씰런트 재시공, 내부 방청제

도포 및 배수관 막힘부 천공, 정착구 차수판 추가설치

* 하자보수 전 보수보강계획 적정성 기술자문 시행

o (균열보수) 바닥판 균열 폭에 따라 주입보수 또는 표면처리

o (바닥판 체수) 주탑 저점부는 중분대 하부 횡배수관(폭 100㎜) 추가설치

* 상습 체수부 및 배수로는 방수재 도포

 (관리강화) 주기적 케이블 손상조사 및 배수시설 정비 시행

o (장력관리) ED교 케이블 손상감지를 위한 장력 변화량 이력관리

- 초기치 확보 및 정밀안전진단 시 장력측정 시행

* 케이블교량 점검 및 진단 용역은 전문업체 선정 시행(별도검토)

o (배수시설) 연 2회 이상 중분대 배수시설* 점검 및 청소

* 중분대 하부 배수관, 집수정, 배수로

- 정기점검, 우기전 배수상태 확인(점검결과 정보시스템 입력)

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【신설교량】

 (누수점검) 정착구 내부 배수상태 조사 및 차수시설 보완

o (배수상태) 배수관 막힘여부* 및 정착구 캡 내부 체수** 확인

* 살수 또는 에어건 이용, 내시경 조사 등

** 배수관 볼트 해체, 내시경 조사 등

o (차수시설) 러버부츠 설치 시 고정장치 및 정착구 차수판 추가

러버부츠 고정장치 이음부 고무패킹 설치 정착구 차수판(예시)

 (수리검토 시행) 1면 케이블로 설계시 중분대 배수시설 반영

o 배수시설 설치를 위한 설계 가이드라인(안) 제시 [붙임5]

* 국가건설기준(KDS 24 10 12, ‘23) 내 ‘정착구 배수검토’ 조항 반영 제안(기시행)

 (품질관리 강화) 케이블 시스템 현장시험 추가 시행

o (사장교등) 케이블 감쇠시험은 『FIB 기준』* 적용

* Acceptance of cable systems using prestressing steels(FIB Bulletin-89, ‘19)

o (ED교) 피로 및 수밀성 시험은 『케이블공사 표준시방서(KCS 24 71 00)(안)』의

사장교 시험방법 또는 『FIB 기준』의 ED교 시험방법 한시적용

o (시공중) 정착구 보호시설 설치상태 및 내부체수 여부 확인

※ 정착구 시공 중 하자사례

(시공중) 보호비닐 파손 내부 이물질 유입 정착구 캡 내부 체수

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5 향 후 계 획

 러버부츠 적용 공용교량 정착구 개방조사 (6월) 【구조물처】

o (대 상) 낙동강대교, 내린천교, 야로대교, 범서대교(4개교)

o (발주방법) 케이블 전문업체 통한 조사용역 시행(통합발주)

o (소요예산) 500백만원(운영계획 변경)

※ 조사결과에 따라 하자보수 및 체수부 배수관 추가 등 보수시행

 ED교 케이블 자체 장력측정 (8월) 【구조물처】

o (대 상) 내린천교, 야로대교, 범서대교(3개교)

 중분대 배수시설 점검 및 정비 (정기점검, 우기전) 【본부, 지사】

 신설교량 정착구 자체조사 및 중분대 배수시설 검토 【건설처】

o (대 상) 시공중인 교량(7개교)*

* 현충사대교, 고덕대교, 회암천교, 의령낙동대교, 광암교, 고삼교, 삼천교

※ 러버부츠 적용교량은 차수시설 추가 설치 반영

 케이블 시스템 품질시험 추가반영

o (케이블 감쇠시험) 건설중인 교량*부터 적용 【건설처, 설계처, 연구원】

* (추가) 회암천교․의령낙동대교, (기반영) 고덕대교․현충사대교

- 케이블 댐퍼 설치 시 시행, 기술자문 시행 후 결과통보(→구조물처)

o (ED교 피로․수밀성시험) 설계중인 교량부터 반영 【건설처, 설계처】

* 건설중인 교량은 시험성적서 확인

o (시험기준)『건설공사 현장 품질시험기준』개정 【품질환경처】

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붙 임

1. 케이블교량 현황(별첨)

2. 공용교량 케이블 정착구 및 배수 형식(별첨)

3. 러버부츠 적용 정착구 차수시설 설치 예시도

4. 분리형중분대 배수시설 현황(별첨)

5. 중분대 배수시설 설치 가이드라인(안)

6. 케이블교량 정착구 특별점검 및 개방조사 결과(별첨)

7. 케이블 및 케이블시스템 시험기준

8. 고속도로 건설공사 현장품질시험기준 개정(안) (별첨)

9. 러버부츠 적용 정착구 관련 보고서(NCHRP, ‘05) (별첨)

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붙임 3 러버부츠 적용 정착구 차수시설 설치 예시도

내부 탄성씰재 충진 방수 테이핑

물끊기용 차수판(캡) 설치 배수용 링 설치

배수용 링

배수경로

* (출처) 일본 국토기술정책종합연구소, 국토교통성 도호쿠 지방 정비국

116 ❙ 구조물공

붙임 5 (1면 케이블 형식 교량) 중분대 배수시설 설치 가이드라인(안)

ㅇ 별도 배수시설이 없는 경우 노면 배수시설로 검토하되, 종단‧횡단

경사와 정착블록 설치구간의 통수단면 감소, 부착시설물의 설치위치를

고려하여 배수가 용이하고 청소가 쉬운 구조여야 함

ㅇ 바닥판 배수를 위한 횡단경사는 2% 이상으로 편측 또는 양측 설치

- 횡단경사와 단차는 보호콘크리트로 조정

ㅇ 중분대 하부에 횡배수관 설치시

- 규격은 100mm×100mm 이상의 사각단면

- 설치간격은 수리검토로 설정하고 다음의 위치는 추가 설치

․정착블럭 전면 등 종방향 통수단면 폭이 300mm 미만인 경우

․주탑 전면(저점부)

- 최소설치간격은 1m 이상

- 차로부 배수시설 설계시 중분대 측 유출유량을 고려

ㅇ 통수단면 높이는 정착구의 연결부 위치보다 낮아야함

ㅇ 다음의 경우는 통수단면에 표면보호재(방수재) 시공

- 분리형중분대 내측에 집수구를 설치하는 경우

- 횡단경사 2% 미만 등 체수우려가 있는 구간

ㅇ 통수단면 내에는 경관조명, 배관 등의 장애물 설치 지양

2% 2%

중분대

교면

횡배수관

(100㎜×100㎜) 거더

정착블록

횡단경사

통수단면

보호콘크리트 (폭300㎜이상)

교면

[설치예시도(횡단면도)]

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붙임#7 케이블 및 케이블시스템 시험기준

【케이블공사 표준시방서(KCS 24 71 00)(제정안)】

□ 소선 및 연선

시험항목

시험단위

관련조항

소선 연선

기하학적 특성

동일 차지*에서 생산된 코일

20개마다 한 개의 코일의

양단에서 1개씩(총 2회)

동일 신선공정으로 생산된

코일 20개마다 한 개의

코일의 양단에서 1개씩(총

2회)

2.2.1

인장강도 2.2.2(1)

탄성계수 2.2.2(2)

연신율 2.2.2(3)

단면감소율 2.2.2(4)

직선성시험 2.2.2(5)

비틀림시험

시험대상 제외

2.2.2(6)

역전굽힘시험 2.2.2(7)

굴절인장시험 시험대상 제외

동일신선공정으로생산된한개

코일의양단에서각2개이상씩(총5회)

2.2.2(8)

릴렉세이션시험** 동일 차지*에서 생산된 2개의

코일에서 1개씩

(총 2회)

동일 신선공정으로 생산된

2개의 코일에서 1개씩(총 2회)

2.2.2(9)

피로시험 2.2.3

응력부식시험 동일신선공정으로생산된연선, 6회 2.2.2(10)

* 단일 전로에서 한 번에 생산된 물량(약 100～300톤), ** 저릴렉세이션 강선만 대상

□ 내부 부식방지층

시험항목 시험단위 관련조항

염수분무시험 교량마다 1회 2.6.1(1)

도금 부착량,

부착성 시험

동일 차지에서 생산된 코일 20개마다 임의의 한 코일의

양단에서 1개씩(총 2개)

2.6.2(1)

□ 외부 부식방지층

구 분 시험항목 시험단위 관련조항

HDPE 화학적/기하학적/

역학적 특성

구조물에 공급된 피복 10,000 kg마다 3개, 여러 크기의

외피가 사용될 경우는 대표적인 대․중․소에서 각 1개씩

2.7.1

개별피복 화학적/기하학적/

역학적 특성 구조물에 공급된 개별피복 10,000 kg마다 3개 2.7.3

□ 사장재 케이블 시스템

시험항목 시험단위 관련조항

역학적

성능시험

피로시험

대표적인 최소, 최대, 중간 크기의 케이블 시스템 각 1개씩

(총 3개) ※감독원승인을받아기존시험성적으로갈음가능

피로시험 후 2.10.1

인장시험

수밀성 시험

대표적인 정착구 형식을 포함한 케이블 시스템 1개

※ 기존 시험성적으로 갈음 가능

2.10.2

118 ❙ 구조물공

【FIB bulletin 89(‘19), Acceptance of cable systems using prestressing steels】

□ 케이블 시스템 피로 및 인장시험 (관련조항 : 6.2.1, 6.4.1)

ㅇ (시험개요) 정착구를 포함한 케이블 전체 구조계에 반복하중 재하 후

파손여부 확인, 피로시험 수행 후 인장시험 실시

ㅇ (시험횟수) 3회 이상

* ED교 케이블 시스템 시험은 사장교와 시험방법은 동일, 시험조건 상이

※ 시험조건

구 분

사장교 ED교

초기승인시험 현장확인시험 초기승인시험 현장확인시험

하중범위(Δf) 200MPa 250MPa 140MPa 180MPa

최대하중 45% GUT* 55% GUT*

* Guaranteed Ultimate Tensile Strength(공칭인장강도)

□ 케이블 시스템 수밀성 시험 (관련조항 : 6.2.3)

ㅇ (시험개요) 시간에 따른 시험조건을 변화 시 케이블과 정착구 사이의

밀봉이 정착구 누수 방지에 적절한지 확인

* ED교 케이블 시스템 시험은 사장교와 시험방법은 동일, 시험조건 상이

ㅇ (시험횟수) 1회

※ 시험조건(초기승인시험)

구 분 사장교 ED교

최대/최소하중 45% / 20% GUT 60% / 40% GUT

지속하중 30% GUT 50% GUT

회전각 ±25 mrad 10 mrad

온도변화 20℃～60℃ (ΔT=40℃) 20℃～60℃ (ΔT=40℃)

□ 케이블 감쇠 시험 (관련조항 : 6.5)

ㅇ (시험개요) 케이블 진동 제어를 위한 댐퍼의 설계성능 확보여부 확인

ㅇ (시험방법) 케이블을 가진하여 진동가속도를 측정하고 고유진동수 및 감쇠비 산정

* 각 케이블은 댐퍼 설치 전․후 상태에서 각 2회 시험

ㅇ (시험횟수) 댐퍼가 설치된 케이블의 10% 이상

* 최소 3개, 가장 긴 케이블과 가장 짧은 케이블 포함