교량세굴의 문제점과 대책



1. 교량 세굴(洗掘) 현황
우리나라는 산악지역이 국토의 대부분을 차지하고 있어 전체유역을 놓고 볼 때 대하천이 차지하는 부분보다는 중·소하천이 차지하는 부분이 상대적으로 크고, 교량의 길이가 짧은 소교량이 수적으로 많은 부분을 차지하고 있다. 또한, 소교량을 가지고 있는 중·소 하천은 대부분 산악지대에 위치하여 하상경사가 크기 때문에 유속이 대체적으로 빠르고 평상시 흐름방향과 홍수시흐름방향이 현격히 차이나는 경우가 많다.
이러한 지형적 특성과 더불어 우리나라 연강우량의 2/3이상이 여름철에 집중되고 있을 뿐 아니라, 태풍 또는 국지적 호우도 짧은 기간에 강우가 집중적으로 내려 피해를 가중시키고 있다. 그 중에서도 특히 중·소 하천의 유량은 시간적으로 매우 빠르게 변화하며 유속 또한 급속히 빨라져 하상의 변형이 순식간에 일어나고 있다. 이와같은 시간적, 공간적인 호우특성과 지형특성으로 인하여 중·소 하천에 위치한 교량은 특히 세굴(1)에 매우 취약함을 보여주고 있다. 1995년의 충남서해안 지역, 1996년에 연천지역에서 발생한 집중호우 및 올 여름 전국을 강타한 1000년 빈도의 호우 등 최근에 나타나고 있는 기상이변 현상은 산사태나 세굴로 인한 위험성을 증대시키고 있으며 이에 대한 대책수립의 시급함을 보이고 있다.


2. 세굴원인
미국에서도 교량붕괴 원인 중 세굴의 비중이 40∼50%라는 보고가 있다. 이와 같이 교량안전 문제는 구조적 문제보다는 세굴의 영향이 더 크다. 그러나, 세굴이 발생되는 물리적 현상을 많은 인자들이 서로 복잡하게 연계되어 해석하기에 쉽지 않으며 실측된 자료 또한 찾아보기 힘들다.
세굴의 원인과 내용
원 인 내 용
위치선정 교량을 만곡부에 설치하므로써 만곡부외측은 세굴이 심하게 일어나고 내측은 퇴적이 일어남
교각방향 하천의 흐름방향을 고려하지 않고 교각의 방향을 위치시키므로써 세굴깊이 증대
인접구조물 도로확장시 기존 기초의 교각 및 방향을 전혀 감안하지 않고 새로운 교각을 위치시켜 상·하류에 심한 와류 발생
수공구조물 상·하류에 보등 수공구조물이 있어 도수가 발생되는 지점에 교량을 위치시키는 경우 발생
하천개발 상류지역 댐설치로 유사량 감소 및 하류부 종합개발에 따른 골재 재취로 인하여 하상고 저하로 발생



* 2000년 8월 27일 붕괴된 대만의 가오핑대교,
교각기초 하부 말뚝 기초가 2~3m노출될 정도로
세굴이 심각하게 진행되어 교각이 붕괴된 모습



3. 세굴의 종류
'교량 세굴'이란 흐르는 물의 침식작용에 의한 결과로 교대나 교각주위가 파여 물질이 이동되는 현상이다. 하상재료의 구성에 따라 서로 다른 세굴양상을 보여준다.
예로서 느슨한 입자의 토양은 유수에 의해 세굴이 급격히 일어나지만, 점착성이 있거나 다져진 토양은 세굴에 보다 잘 견딘다.
교량세굴 형태와 내용
세굴의 형태 내 용
장기 하상변동 - 하천의 흐름에 의해 발생되는 침식작용과 퇴적작용
- 장기적으로 하상의 형상을 변화
- 영향인자
* 유역토지 용도변화 (도시화, 산림개발)
* 수로와 및 물의 전환
* 굴곡부 제거 및 이동
* 하상 준설
단면축소 세굴 - 자연적으로나 혹은 인공적으로 유수단면이 축소됨으로 인해 흐름이 가속을 받게되어 발생되는 세굴
- 유수단면이 줄게 되면 평균유속이 증가하고 이에 따라 하상전단응력(bed shear stress)이 증가
- 축소단면에는 다른 곳에 비해 하상재료의 이동이 증가
- 하상재료의 이동이 증가하게 되면 당연히 하상고가 낮아지며 이는 또 유수단면을 증가시키고 유속과 전단응력을 감소시키게 되어 평형상태에 도달
국부 세굴 - 교각, 교대, 돌출부와 재방주위에서 생기고 흐름의 가속과 흐름의 방해에의해 야기된 와류의 발달에 의해 발생
- 영향인자
* 하천의 지형적 특성
* 하천을 가로지른 위치
* 홍수의 특성
* 하상과 제방물질의 특성


4. 대 책
미국에서는 1970년경부터 국가교량 점검계획을 수립하여 수상부의 교량점검 및 성능개선에 많은 발전이 있었으나, 수중부위에 대해서는 만족할 만한 성과를 얻지 못하였다. FHWA(2)에서는 1988년에 NBIS(3)를 제정하여 세굴 등의 수중부에 관한 조사기준을 수립하였고 최근에는 최소한 5년이내 마다 수중부를 점검토록 NBIS를 개정하였다.
국내에서는세굴에대한 연구가 미흡하고 설계기준도 없다. 교량의 안정성 검토도 홍수시의 조사자료가 아닌 평수시의 조사자료를 이용하므로 최악의 경우를 적용하는 것이 아니다. 더구나, 근래 이상기후에 의한 500∼100년 빈도의 강우가 빈번하므로 정확한 대책을 수립하는 것이 현실적으로 어려우나, 다음과 같은 대책수립이 필요하다.

- 교량설계시 수리전문가가 참여하여 세굴에 대한 검토를 반드시 실시토록 한다.
- 하천의 하상고를 저하시키고 유속을 증가시키는 무분별한 하천개발은 금지 토록한다.
- 세굴 방지공법의 장단점을 비교 제시하여 방지시설을 설계에 포함토록 한다.
- 중요 하천 및 교량에 대해서는 수리모형실험을 실시하여 교각형상, 간격, 교각과 기초
  와의 관계가 세굴에 미치는 영향을 연구 검토하여 설계에 반영토록 한다.
- 기존교량에 대해서도 안전진단을 실시하고 세굴방지시설을 보완토록 한다.



주) 1. 세굴 : 물의 흐름에 의하여 하상과 제방으로 부터 재료가 유실되는 침식작용
     2. FHWA : Federal Highway Administration 미국연방 고속도로 협회
     3. NBIS: National Bridge Inspection Standards
 ※ 수 록 처 : 건설교통Journal '98.12월호
 ※ 참고자료
    http://scour.myongji.ac.kr
    http://www.dot.gov
    http://iti.acns.nwu.edu



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