일체형 교량 (Integral Bridge)

1. 일체형 교량이란?

일체형 교량은 필요에 의해 상부 구조와 교각/교대(pier/abutment)가 일체화된 교량을 말합니다. 상부구조와 하부구조의 일체화는 두 구조물 사이의 힘이나 변위를 전달하는 베어링이존재하지 않음을 의미합니다.

교각이 상부구조와 일체화된 교량은, 요구되는 경간 길이에 의해 시공방법이 정해지는 경우에 많이 사용됩니다. 예를 들어, 균형잡힌 캔틸레버 방법(balanced cantilever method(or free cantilever method, FCM))으로 시공되는 장간교에서 사용되는 구조형식입니다. 교각와상부구조가 단단하게 연결된 강성 프레임형식이기 때문에 설계단계에서 외부요인과, 내부요인에 의해 발생하는 문제들을 정확히 고려해야 하는 어려움이 있지만, FCM만의 장점이 있기 때문에 꾸준히 사용되고 있습니다.

- 콘크리트 교량와 철제 교량 모두에 적용 가능합니다.

- 열팽창과 수축에 의해 발생하는 변위가 교대와 기초 말뚝에 직접 전달되기 때문에 변위제한이 필요합니다.

- 교대와 구조물을 둘러싸고 있는 토양 사이의 상호작용이 복잡하기 때문에 정확한 평가가 어렵습니다.

- 콘크리트 거더의 경우, 크리프와 수축의 영향을 고려해야 합니다.

- 교대뒷면 보충하는 재료와 시공방법이 중요합니다.

- 프리캐스트 거더를 사용할 수 있지만 모멘트 연결을 위한 상세 보강, 크리프과 수축에 의한 보의 끝단부 회전(beam-end rotation)이 반드시 고려되어야 합니다.

2. 일체형 교량의 종류

교량이 놓이는 위치나, 구조형식 그리고 지반의 특성에 따라 다른 형태의 일체형 교량을 사용할 수 있습니다. 그 중에서 대표적인 네 가지 종류는 다음과 같습니다.

A. 프레임 교대(Frame Abutment)

- 프레임 교량(Frame abutment)는 다른 종류에 비해 경계 지지벽의 높이가 높습니다. 상부 구조와 일체화 되면서 포털 프레임(portal frame)구조를 이루고, 효율적으로 하중을 지지할 수 있습니다.

- 벽체가 높은 만큼 작용하는 백필(backfill)의수평토압(horizontal earth pressure)가 큽니다.

B. 뱅크 패드 교대(Bank pad abutment)

- 경사면으로 교량이 설치되는 위치의 지반이 높아지면 높은 벽이 필요하지 않기 때문에 사용할 수 있는 형식입니다.

- 기초 말뚝을 사용하지 않는 경우 구조물과 지반 사이의 인터페이스에서 열팽창과 수축에 의한 미끄러짐과 데크 보의 휨에 의한 회전을 수용할 수 있어야 합니다.

C. 임베디드 월 교대(Embedded wall abutment)

- 프레임 교대(Frame abutment)와 같이 전체 높이에 강화된 콘크리트 다리 유형입니다.

- 임베디드 월(Embedded wall)은 다이어프램 벽(diaphragm wall)처럼 보강토 아래 까지 설치됩니다.

- 벽체의 강성이 크기 때문에 큰 토압에 견딜 수 있고, 지반 침하와 같은 주변 지반에 대한 영향이 적습니다.

D. 유연한 교대(Flexible support abutment)

- 기초 말뚝으로 전달되는 온도 변화나 종방향 힘에 의한 변위를 효율적으로 저항하기 위해 만들어진 방법입니다.

- 말뚝 주변에 사전 주형 콘크리트 슬리브(sleeve)을 배치해서 변위에 의해 이동할 수 있는 공간을 확보하는 방법입니다.

- 뱅크 패드 교대(Bank pad abutment)에 유연한지지 시스템(flexible support system)을 사용하기 위해 보강토로 지지된 지탱벽(reinforced earth retaining wall)을 교대의 앞이나 뒤에 배치할 수 있습니다.

3. 반일체형 교량(Semi-Integral Bridge)

엔드 스크린 어버트먼트(End screen abutment)라고도 불리는 반일체형 교대의 교량(semi-integral abutment bridge)은 일체형 교량의 장점을 이용하고 단점을 보완하기 위해 만들어졌지만 구조형식에서는 차이가 있습니다. 이 교량에서 데크는 교대 벽(abutment wall)과 일체화 되지만, 거더(ex. 콘크리트 보, 강철 보)와는 일체화 되지 않습니다. 수평 변위를 수용할 수 있는 베어링이 거더를 지지하기 위해 사용되기 때문에 일체형 교량과 같이 상부구조와 하부구조가 하나로 움직이지 않습니다.

반일체형 교량의 형식은 프레임 교대(frame abutment)나 뱅크 패드 교대(bank pad abutment)모두에 사용될 수 있습니다.