제630회 21세기 장성 아카데미(2009. 8. 6)

다리 이야기

강사 사진

백 이 호 전무

- 한국기술사회 -

강사 친필사인

주요 학력 및 경력

․ 1944년  生

․ 1967년  서울대학교 공과대학 토목과 졸

․ 1995년  서울대학교 공과대학 A.I.P과정 이수

․ 1970년  해군 시설장교 복무

․ 1985년  말레이시아 페낭대교 현대건설 소장

․ 1988년  캐나다 밴쿠버 스카이 교량 현대건설 소장

․ 1993년  나산건설 대표이사 사장

․ 1997년  서현건설 대표이사 사장

․ 2004년  홍콩컨테이너터미널 현대건설 소장

․ 한국기술사회 전무(現)

․ 국제기술사자격상호심사위원회 위원장(現)

<著> 「멋진 다리위의 세상」 外

다리 이야기

Ⅰ. 들어가는 말

여러분 반갑다. 사실 교량이라고 하면 일종의 공학이기 때문에 다소 딱딱하고 재미없는 주제다. 그래서 여러분들이 교량에 대해 기초적인 상식을 갖출 수 있도록 기본적인 내용을 중심으로 말씀을 드리겠다.

Ⅱ. 본론

이 교량은 말레이시아의 페낭대교다. 이 다리의 길이는 바다만 건너는 것이 8.5Km이고, 총 길이는 무려 14.5Km나 된다. 이 교량은 현대건설이 82년도에 시작해서 85년도까지 건설했는데, 그때 내가 현장 소장으로 근무했었다. 그 당시 현대건설 직원이 100명, 한국인 기능공들이 800명, 말레이시아 인력이 1,500명으로 약 2,400명이 한 곳에서 같이 생활하면서 4년 동안 공사를 했다. 이 공사를 하면서 말레이시아 엔지니어들 100명 정도가 감독을 했는데 이들은 대개 호주나 영국에서 공부를 하고 석사학위까지 받은 사람들이 많았다. 그런데 한국의 엔지니어들은 주로 서울대나 한양공대 등 국내 대학을 졸업한 인력들이었다. 그래서 말레이시아 엔지니어들이 자신들이 훨씬 고학력자이면서도 이런 교량 하나를 짓지 못하는데 한국 사람들은 어떻게 이게 가능한지 물어보고는 했다. 사실 해외에 나가보면 한국 사람처럼 순발력이 좋고 훌륭한 결과물을 만들어 내기 위해 끈기를 갖고 추진력을 발휘하는 민족도 드물다. 이러한 민족성 때문에 우리나라는 앞으로도 엄청나게 희망이 있다고 생각한다. 얼마 전에 미국 출장을 다녀왔는데 한국과 미국의 기술사들이 서로 자격을 인정함으로써 한국 기술사도 미국 현지에서 똑같이 대우를 받으며 설계와 공사를 할 수 있도록 협의했다. 사실 교량뿐만 아니라 전기․기계 등 공학 면에서 미국이 한국보다 엄청나게 발전되었지만 요즘은 그 격차가 많이 줄어들었다. 그래서 우리가 오히려 미국시장을 주도하면서 활동할 수 있을 것이라는 희망이 있기 때문에 이러한 교섭을 하고 있는 것이다.

그러면 다리란 무엇일까? 중국이나 일본에서는 한문으로 ‘교량(橋梁)’이라고 한다. 물론 우리나라에서도 한문으로는 그렇게 쓰지만 ‘교(橋)’라는 것이 주로 ‘높이 솟는다.’는 뜻으로 ‘높이 솟은 나무들보’라는 뜻에서 교량으로 쓰였다. 그리고 영어로는 ‘브리지(Bridge)’라고 하는데 무엇인가를 서로 이어준다는 뜻이다. 그리고 우리나라에서는 ‘다리’라고 하는데 예로부터 주로 기둥 부분을 생각했던 것 같다. 결국 다리는 이 세 가지 의미가 모두 포함된 다. 우리가 생활하면서 도로나 철도가 없다면 얼마나 불편하겠나? 그러나 도로나 철도를 건설할 때 가장 중요한 것은 다리다.

사람의 몸을 보면 얼굴, 몸통, 팔, 다리가 있는 것처럼 다리에도 구조가 있다. 제일 위가 상판, 그리고 주형, 주형과 교각 사이에 있는 것을 교좌라고 하며 영어로는 베어링이라고도 한다. 그리고 교각은 제일 끝에 있는 것을 교대라고 하고 중간에 있는 것들을 교각이라고 한다. 그리고 눈에 보이지는 않지만 밑에 들어가 있는 것을 기초라고 한다.

다리의 기초는 크게 다섯 가지 정도로 나누어 볼 수 있다. 일반적으로 제일 많이 쓰는 것이 확대 기초라고 해서 그냥 콘크리트로 조금 얕게 하는 기초가 있고, 파일을 박아서 하는 기초, Caisson, 콘크리트 블록, 우물통 기초 등이 있다. 한강을 잇는 다리들은 거의 다 우물통 기초로 건설되었다.

다리를 설계할 때 중요한 것은 힘이다. 다리에 작용하는 힘들을 계산해서 건설하는데 어떤 교량이든 건축물이든 구조물을 설계할 때는 반드시 인장력과 압축력, 그리고 휨 세 가지를 생각해야 한다.

그리고 옛날에는 다리를 만들 때 목재나 석재, 철근콘크리트 등을 썼지만 요즘은 프리스트레싱(prestressing) 공법을 통해 철근콘크리트 안에 강철선을 넣어 당겨 놓는다. 프리스트레스트 콘크리트라고 하는데 1900년대 Eugene Freyssinet이라는 프랑스 공학자가 개발한 것으로 요즘 많이 사용하고 있다. 부재가 날씬하면서도 덜 처지게 되어 다리들이 요즘은 점점 작아지고 날씬하게 변하고 있는 것이다.

그리고 옛날에는 주철이나 연철을 많이 썼지만 요즘은 강철을 많이 쓴다. 어제 미국 신문을 보니까 폐플라스틱을 교량을 만드는데 활용하고 있다고 한다. 또 최근에는 나노튜브를 사용해 케이블을 만드는데 사용하기도 한다. 이렇게 다리를 만드는데 들어가는 재료들도 점점 발달하고 있다.

다리 종류에는 거더교, 아치교, 트러스교, 사장교, 현수교, 부교, 엑스트라도즈드교 등이 있는데 요즘엔 사장교와 현수교가 많이 건설되고 있다. 사장교는 타워가 있는데 타워에서 바로 케이블이 나와서 상판을 들고 있는 것이다. 현수교는 메인 케이블이 타워 꼭대기와 꼭대기를 연결하고 있으며, 그 메인 케이블에서 밑으로 행어로프라는 것이 나와 상판을 들고 있다.

일반적으로 우리나라 고속철도는 대부분 콘크리트 거더교로 만들어져 있다. 그리고 서울의 반포대교와 청담대교도 거더교다.

아치교는 역사가 제일 오래 되었다. 아치교의 구조는 다리뿐만 아니라 일반 집이나 건축물에도 많이 활용된다. 근대 교량의 아버지라고 불리는 프랑스의 페로네가 아치교인 뇌이 브리지를 설계했는데 기둥 교각의 넓이와 경간의 길이가 예전에는 1:5밖에 안되었는데 이 사람이 새로운 원리를 발견해 10m, 그러니까 1:10으로 만들었다.

그 당시 경간의 길이를 10m로 늘인 것은 교량 역사에서는 엄청난 발전이었다. 이 사람은 힘의 분배를 계산해 아치의 경간을 넓힌 아주 유명한 사람이다. 서울의 서강대교와 방화대교가 아름다운 아치교로 되어 있다.

프랑스 가르강 다리도 아치교다. 그리고 이런 아름다운 교량 하나하나가 관광객들을 끌어들이는 하나의 명물이 되고 있다.

트러스교(truss bridge)는 시골에서 집 지을 때 주로 트러스의 기본구조를 많이 활용하는데 하우, 프랫, 활시위, 볼만 트러스 등 여러 종류가 있다. 새로 건설한 서울의 성수대교와 한강철교가 트러스교다.

그 다음 요즘 제일 많이 건설되고 있는 것이 사장교다. 말레이시아의 페낭브리지처럼 사장교는 타워가 있고 타워에서 케이블이 바로 나와 상판들을 매달고 있다.

내가 4년 동안 이 페낭브리지 공사를 했는데 KBS TV 신화창조의 비밀이라는 프로그램에서 방영할 정도로 좋은 교량으로 인정을 받았다.

페낭 브리지 공사를 마치고 88년도에 캐나다에 가서 밴쿠버 브리지를 건설했는데 그 당시만 해도 캐나다나 미국과 같은 선진국에서는 한국의 건설 시공능력을 신뢰하지 않았다.

하지만 현대건설이 이 공사를 4,000만 불에 수주해 그 당시 현장소장으로 갔는데 어려움도 많았지만 성공적으로 공사를 마쳤다.

금년 10월경에 개통되는 인천대교도 사장교인데 경간장이 약 800m나 된다. 경간장이 800m나 된다는 것은 대단한 기술이다.

페낭대교 공사 당시 경간장은 불과 220m였다. 이처럼 우리나라 교량기술도 엄청나게 발전했다.

그 다음 현수교다. 현수교는 메인 케이블이 있고 메인 케이블에서 행어로프가 내려오는데 사장교는 바로 내려온다는 점에서 차이가 있다. 그리고 현수교는 끝에 앵커블록이 있다.

그래서 보통 경간장, 즉 기둥과 기둥 사이가 400m까지는 사장교로, 그 이상은 현수교로 건설하는 것이 경제적이라고 하는데 요즘은 기술이 발달해 사장교도 경간장을 1,000m로 많이 건설하고 있다.

그리고 현수교는 요즘 3,000m, 약 3.3Km 그러니까 10리 정도의 거리를 기둥 없이 다리를 건설하고 있다.

2008년도에 금문교를 다녀왔다. 샌프란시스코에 있는 골든게이트브리지라고 하는데 세계에서 모인 관광객들로 엄청 붐볐다.

덴마크에도 그레이트 벨트 브리지라고 하는 유명한 현수교가 있고, 부산에 있는 광안대교도 건설비용은 많이 들어갔지만 어쨌든 사람들이 즐겨 찾는 현수교 중의 하나다.

영종대교도 현수교인데 건설 당시 도로공사의 요청으로 기초공사 자문위원을 했는데 이 대교는 소위 교량공학을 하는 사람들 입장에서 볼 때는 너무 과하게 돈을 들여 국고를 낭비한 경우라고 이야기 하고 있다.

따라서 교량을 건설할 때는 안전하면서도 비용이 적게 들어가도록 구조물을 설계할 줄 알아야 한다.

요즘 개발된 것으로 엑스트라도즈드교라는 것이 있다. 경간이 200m 이하일 때 경제적이라고 한다. 위의 사진에서 보듯이 거더교와 사장교의 중간 정도로 만든 것인데 프랑스의 마티바라는 사람이 1988년에 소개해서 요즘 한국에 많이 들어오고 있다. 목포에 있는 무영대교, 그리고 무안과 신안간의 운남대교를 엑스트라도즈드교로 설계해서 시공 중인 것으로 알고 있다. 다소 작은 사이즈의 교량 건설에 적당하다.

마지막으로 부교라는 것이 있다. 말 그대로 떠 있는 다리다. 옛날에는 보트를 놔두고 보트 위에 상판을 놓아서 이런 교량을 썼다. 전쟁을 할 때 주로 많이 쓴다. 미국의 선셋레이크브리지, 그리고 시애틀의 포인트그린부교도 있다. 터키 이스탄불에 가면 갈라타 부교라고 있는데 우리 관광객들이 많이 찾아가는 곳이다.

그러면 실제로 다리는 어떻게 놓고 어떻게 유지보수를 할까? 다리를 놓으려면 구상, 타당성 조사, 설계, 입찰과 계약, 시공 및 유지보수 등을 해야 한다. 타당성 조사로는 제일 먼저 땅속을 파보는 것이다. 많은 사람들이 말하기를 토목쟁이라고 우습게 아는데 사실 직업으로서는 토목쟁이가 제일 좋다. 요즘 전자공학을 하시는 분들은 40세만 되어도 젊은 사람들에게 밀려 은퇴를 해야 할 상황이다. 그러나 토목의 경우 내가 지금 65세가 넘었는데도 내 친구들은 모두 일을 한다. 왜 그럴까? 토목은 눈에 안 보이는 땅속의 것들을 많이 다룬다. 그러다 보니까 경험에 의해서 판단을 해야 하는 경우가 많기 때문에 토목을 하는 사람들은 나이를 먹을수록 더 가치가 있는 것이다.

세계에서 제일 긴 다리를 이야기 할 때 그 기준은 무엇일까? 다리의 기둥과 기둥 사이의 경간이나 전체 길이로 이야기 할 수 있을 것이다. 전체 길이로 봤을 때 제일 긴 다리는 미국 루이지애나주에 있는 폰차트레인대교로 호수를 건너가는 다리 길이가 38Km나 된다. 중국도 금년에 상해와 닝보을 연결하는 36Km의 항저우만 대교를 만들었다. 그런데 공학을 하는 사람들은 다리 길이를 경간장의 길이로 종종 따지는데, 사장교 중에서 제일 긴 다리는 금년에 중국에서 개통된 수통대교로 무려 1,088m다. 한강을 교각 없이 바로 건너는 것과 마찬가지다. 또 타워 높이가 306m, 다리 밑이 60m로 배가 지나다니게 했다.

이 수통대교의 기초는 파일공법으로 건설했다. 파일을 먼저 박고 그 위에 상판을 만들고 작업대 위에서 크레인을 통해서 강관을 박는다. 그리고 강관 내부를 전부 굴착하고 그 뒤에 철근망을 설치하고 철근 넣은 곳에 콘크리트 타설을 한다.

다음에 이를 둘러싼 물막이 공사를 하고 그 밑바닥에 실 콘크리트를 친다. 그러면 물이 안 들어온다. 그 다음 기초 작업을 한다. 이런 공법으로 수통대교의 기초를 만들었다.

현재 현수교 중에서 제일 긴 다리는 일본의 아카시해협대교인데 이 길이가 1,991m다. 그러니까 5리를 기둥 없이 케이블로 들고 있는 것이다. 일본에 오사카부터 고베까지 가는 길은 다리 전시장이라고 할 수 있다. 교량의 종류가 앞서 말씀드린 다리들 가운데 부교만 없고 다 이어져 있다. 그래서 일본 사람들은 자기 나라의 국부를 그 다리들로 자랑을 하고 있다.

아카시해협대교는 1988년에 공사를 시작했는데 중간에 지진이 나서 중단을 했었지만 결국 10년 만에 완공을 했다.

이 대교의 기초는 우물통 공법을 사용했다. 우물통을 미리 만들어서 아주 대형 크레인으로 바다에 띄워 끌고 가서 정치시켰다. 그 다음 그 위에 철근을 설치하고 콘크리트를 타설해 주탑을 설치하는 공법을 썼다.

교량을 만들 때 일반적인 거더교나 아치교는 사실 그렇게 어렵지 않기 때문에 별로 논의를 하지 않지만 사장교나 현수교는 상당히 어려운 공법이다. 그래서 기초가 중요하고 기둥을 세우는 것은 큰 문제가 없는데 기둥 위에 상판을 어떻게 설치하느냐에 따라서 교량 상부를 연결하는 공법이 여러 가지가 있다.

여러분들이 직접 보지 않으면 잘 모르겠지만 일단 FSM, MSS, ILM, FCM, PSM 등의 공법이 있다는 정도만 아시면 될 것 같다.

이 사진은 프랑스에서 스페인으로 가는 사이에 있는 미요브리지(Millau Bridge)다. 사람마다 관점이 다르겠지만 나는 이 미요브리지가 세계에서 가장 아름다운 다리라고 생각한다.

사진과 같이 미요브리지는 교각의 높이가 높기로 유명하다. 건설방법을 살펴보면, 교각을 먼저 설치하고, 상판을 밖에서 만들고 잭으로 민다. 그 다음 어느 정도 되면 그 위에 타워를 세운다. 타워를 다 세우고 나면 이것을 또 민다. 밀어서 여기서 민 것과 반대에서 민 것이 만나면 그곳을 연결해서 콘크리트를 친다. 그림으로는 간단해 보이지만 실제로는 매우 어렵다. 하루 24시간을 30분 단위로 쪼개 각 과정마다 크레인에 사람이 몇 명 올라가고 크레인은 몇 대 올라가며 자재는 무엇을 놓을지 무게까지 모두 계산한다. 컴퓨터가 없으면 불가능하다. 이처럼 시간과 그 위에 올라가는 하중들을 계산하고 인장력, 압축력, 휨 등을 모두 계산하면서 해야만 사고가 안 난다.

교량붕괴 사고를 살펴보면, 지난 1994년도에 성수대교 붕괴 사고가 있었는데 그 때 32명이 사망했다. 사고원인은 무엇일까? 성수대교는 트러스교인데 여기 상부와 하부를 연결하는 핀이 있다. 핀 용접을 잘못 한 것이다. 그리고 용접한 것을 제대로 검사하지 않았다. 설계도 일본에서 트러스형식의 설계를 그대로 복사 해왔다. 설계, 시공, 유지보수 모두 제대로 하지 않았기 때문에 사고가 발생한 것이다. 이 사고 이후 시설안전에관한특별법이 제정되었는데 처음에는 이런 사고를 발생시키는 기술자들을 사형까지 시킬 수 있도록 했지만 지금은 무기징역까지 처벌이 가능하도록 되어있다.

2007년도 8월 1일 미국 미네소타주의 미니애폴리스라는 곳에서 교량사고가 발생했는데 12명이 사망했다. 이 사고도 사소한 것에서 발생한 것이다. 이것도 트러스교인데 이 가셋 플레이트에 쓰이는 철판이 품질 불량이었다. 사실 교량이라고 하는 것은 사람에게 아주 유용하고 필요한 시설이지만 이러한 사고들이 나기 때문에 흉기로 변할 수도 있다는 것을 알아야 한다. 따라서 교량을 만드는 사람도 중요하지만 유지보수를 하는 사람들도 사명감을 가지고 일을 해야 한다.

지금 홍콩에 스톤커터브리지(Stonecutters Bridge)라고 있는데 이것도 거의 완공 되었다. 중국의 수통대교보다는 70m가 짧지만 이것도 엄청나게 긴 사장교다. 여기 보면 교량이나 케이블 등에 모두 센서를 붙여 차량이 지나다니면 교량이 어떻게 반응하는지 사무실로 전부 전송되게 만들어 놨다. 결국 사무실에 앉아서 용접부위가 잘못되거나 케이블이 너무 많이 늘어나거나 하는 것을 모두 알 수 있기 때문에 훨씬 더 안전하게 교량을 관리할 수 있다.

Ⅲ. 맺음말

오늘 내가 630회 장성아카데미 강사로 강의를 하지만 아마 공학에 대해서 강의를 한 분은 별로 없을 것 같다. 일반인들이 공학에 관심을 별로 갖지 않기 때문이다. 우리는 예로부터 공학하는 사람들을 천대했다. 역사를 봐도 다리를 건설한 사람, 좋은 건축물을 지은 사람들은 별로 역사에 남지도 않고 부각도 되지 않았다. 그 만큼 우리나라 역사가 공학에 대해서 인정을 해주지 않았다. 다행히 최근에 들어와서는 공학자들에 대한 인식이 많이 달라지고 있다.

지금 세계에서 제일 화두가 되고 있는 것이 에너지다. 석유도 고갈되고 이산화탄소 배출로 기후변화도 생기고 있다. 그 결과 이러한 에너지 문제를 어떻게 해결하느냐가 큰 관심사가 되고 있다. 우리 자손들이 앞으로 잘 살기 위해서는 이 문제를 해결해야 하는데 정치하는 사람들이 다 할 수는 없다. 바로 과학자와 공학자가 공동으로 노력해야 한다. 부탁하건데 과학자와 공학자에게 조금 더 관심을 가져주기 바란다. 또한 여러분 자녀들도 공학도로 키워주셨으면 한다. 사실 공학을 하는 사람들이 일반인들에게 공학을 흥미롭게 소개하는 등 노력을 기울여야 하는데 그렇게 하지 못한 점도 아쉬운 점이다.

요즘 미국도 변호사, 의사, 펀드매니저와 같은 직업으로 학생들이 몰린다. 그래서 공대를 졸업한 사람이 많이 부족하다. 이러한 현실은 우리에게 아주 좋은 기회다. 공대생들을 많이 배출해 미국의 엔지니어링 업계를 주도한다면 우리나라를 부강하게 하는 방법 중에 하나가 되지 않을까 생각해 본다. 앞으로 많은 젊은이들이 공과대학에 진학해 우리나라를 행복하고 부강한 나라로 키워나갈 수 있도록 여러분들이 일익을 담당해 주셨으면 한다.