공주 촌이 고향인 기자가 15년 전 부산역에 내려 바라본 부산항은 눈부신 수은등 아래로 수십만개의 컨테이너가 쌓여 있는 압도적인 광경이었다. 대형 컨테이너 트레일러가 경적을 울리며 질주하고, 저 멀리 초대형 컨테이너선이 부산앞바다에서 도도하게 떠 있었다. 게다가 북항이 보안지역이라 외벽위로 철책이 쳐져 외부인의 통제를 막았던 탓에 일반인들로써는 위압감마저 느낄 수 있는 풍경이었다.

45개 선석, 연간 13,250TEU급으로 97년부터 건설에 들어간 부산신항이 운영에 들어가면서 국내 제1의 항구였던 북항은 대규모 재개발이 한창이다. 금단의 영역이었던 북항을 부산시민에게 환원하는 북항재개발의 핵심 아이콘이자 최대 상징성을 품고 있는 SOC시설물은 단연코 북항대교라 할 수 있다.

민자사업으로 추진된 3,497억원 규모의 북항대교는 유신이 기본및실시설계 그리고 감리까지 총괄하고 시공은 현대산업개발이 수행하고 있다.

다이아몬드 주탑, 경간장 540m 늘려

북항대교의 교량형식은 다이아몬드 주탑 5경간 강합성사장교로 중앙경간장이 540m, 총연장 1,114m에 달하고 있다. 하지만 계획단계에서는 경간장 480m에 H형 주탑 수준으로 제시됐다. 북항대교 설계PM인 유신 구조부 정태원 상무는 “480m의 경간장으로도 선박 입출입에는 큰 문제가 없었지만, 선박의 극단적인 좌초 등 최악의 상황까지 다각적으로 고려해 경간장을 늘릴 수 있는 다이아몬드 주탑을 채택했다”면서 “강화된 주탑의 장점은 경간장뿐만 아니라 태풍, 지진 등 극단의 자연재해에도 완벽하게 대처할 수 있는 것”이라고 설명했다.

다이아몬드 주탑은 북항대교가 부산의 랜드마크로 자리매김할 수 있는 상징성까지 부여했다. 북항대교에 오르면 부산역을 주축으로 남포동, 영도 등 부산도심을 한눈에 조망할 수 있다. 반대편은 빼곡히 쌓여 있는 컨테이너박스와 남해바다가 절묘하게 조화를 이루며 눈을 즐겁게 한다. 자갈치시장에서 북항대교를 바라보면 그 웅장한 스케일에 가슴이 뛸 정도다.

경관설계의 정점은 Loop형으로 설계된 접속램프다. 원형으로 ‘빙글’ 돌 듯 설계된 Loop 램프는 주행시 경관 그리고 영도측에서 바라본 조망 모두를 충족하고 있는 것. 기술적 측면에서는 6,000TEU 이상의 대형 컨테이너선박이 통행을 위해 통항로 폭350m와 항로고 60m를 확보해야 했기 때문이다.

정 상무는 “높은 계획고로 인해 영도측 진입로 종단경사는 8.0%를 적용하고도 접속길의 부족으로 인해 해상부에 반경 60m의 원형교량을 채택했다. 원형곡선 교량의 교량받침 부반력을 제어하기 위해 3경간으로 설계했고, 8%의 편경사로 인해 좌우측 형고를 달리하는 강박스 형상을 적용했다”고 했다.

안전과 경제성 두 마리 토끼 잡도록 설계

북항대교 보강거더는 경사I형 거더를 채택하고 있다. 다이아몬드형의 주탑에 연결된 2면 케이블에서 전달되는 하중 보강거더로 원활히 전달될 수 있도록 복부판을 1:10으로 기울여 계획했다. 보강거더의 중요부인 케이블정착구는 복잡한 응력집중문제를 해소하기 위해 복부판에 직접 용접연결하는 웨브확장형식을 적용해 하중 전달경로를 명확하게 했다. 또한 케이블 정착부는 커다란 케이블 장력이 작용하는 사장교의 핵심부이기 때문에 국부적인 응력집중과 응력교란을 확인하기 위해 실시설계시 유한요소해석 등을 이용한 상세검토를 수행했다.

태풍시의 내풍안정성 확보를 위해 ‘ㄱ’형 extension을 주경간 좌우측에 적용했다. 특히 한계풍속내에서 플러터현상이 발생하지 않는 적정형상 결정 및 공기력계수를 측정함으로서 설계의 안정성을 확인했다.

단부앵커케이블의 부반력제어에 유리한 5경간연속 사장교로 계획된 북항대교는 강합성교의 특성상 발생할 우려가 있는 콘크리트바닥판의 균열의 제어가 필요했다. 때문에 일반적으로 적용되는 인위적인 강선긴장은 최소화하고 보강형의 강성과 케이블의 간격 조정했다.

또한 현장 배합설계시 고성능 폴리칼본산계 혼화재를 첨가한 무수축콘크리트 타설해 품질 확보하고, 보강형 가설완료후 단부구간에서 잭업을 통해 지점부의 부모멘트감소 및 압축력을 도입했다.

항로부에 시공되는 교량특성상 선박충돌에 대한 안정성 확보를 위해 인공섬식 사석채움형의 충돌방지공을 적용했다. 그 설계방법은 미국의 설계기준인 AASHTO LRFD(1994)의 Design Method II에 의거했는데, 설계선박의 선정, 선박충돌 위험도 분석을 수행했고, 충돌시뮬레이션을 통해 선박 충격력을 결정했다. 이를 통해 주탑부의 선박에 의한 직접 충격을 예방 가능하도록 인공섬의 규모를 결정했다.

북항대교에 적용된 사장케이블은 PWS케이블로서 아연도금강선은 국제적으로 품질의 우수성을 인정받은 국내업체에서 생산했다. 고피로수명 소선의 품질확인을 위한 0.1%항복하중 및 비틀림시험(12회이상)과 굴곡시험 등을 추가로 실시하여 품질을 확보했다.

민자사업 도로의 통행료 징수를 위한 요금소를 국내 두 번째로 교량 상부에 계획했다. 요금소 구간의 교량은 차량진동에 의한 영향을 최소화 할 수 있는 현장타설 3-CELL PSC BOX교로 계획했다.

정 상무는 “하부도로의 차량소통장애의 최소화하기 위해 한 경간씩 시공 후 동바리를 이동 설치하는 단계별 시공법을 적용했다”면서 “시공이음부 외측 웨브 정착단중 50%는 연결정착구를 적용해 정착부를 최소화하고, 강선의 효율적인 사용을 위해 연결정착구를 제외한 모든 정착구는 양단긴장으로 계획했다”고 말했다.

 

풍랑과 싸우며 북항대교 건설 감독

해상에 시공되는 북항대교는 자재 반입을 위한 접근로 확보가 필요했다. 이를 위해 기존 부두의 안벽과 기능 상실한 방파제를 보강해 육상 접근로를 마련했다.

굴착심도 12m인 주탑기초 가물막이의 버팀보를 당초 H-beam에서 직경 1,200mm 강관 파이프로 변경해 작업공간을 확보했다. 주탑 콘크리트기초는 1회 타설량이 최대3,534㎥로 감리단의 주도하에 초유동 무다짐 콘크리트로 변경 타설해 타설시간 30%절감 등 시공비 절감 및 품질을 향상시켰다.

박기태 감리단장은 “콘크리트 주탑의 케이블 정착부는 보강철근과 강봉, 케이블정착구의 간섭이 예상되어 시공전 모형제작 및 3D 모델링을 통해 사전 확인 후 시공을 진행했다”면서 “다만 사장교의 보강형제작시 강교 공장에서의 블록별 지조립시 캠버관리가 힘들고 주탑 내부의 접근통로의 부족으로 향후 관리자의 접근성에 어려움이 예상된다. 하지만 북항대교 내년 3월 사장교 보강형의 마지막인 중앙키세그 접합을 앞두고 정밀 안전시공하고 있다”고 말했다.

동북아시대 부산의 랜드마크 북항대교

내년 4월 완공예정인 북항대교는 단순한 해상 교량 이상의 의미를 지난다. 산으로 막혀 있는 부산의 지형 탓에 부산역, 해운대, 영도 등 도심주요부를 이동할 경우 교통난이 불가피해 경제적 손실이 크다.

북항대교가 내년에 완공될 경우 2008년 건설된 남항대교와 연결되며 부산의 핵심교통망인 내부순환로, 외부순환로 그리고 항만배후도로의 기능을 수행할 수 있을 것이다. 즉 부산교통망의 화룡점정을 찍는 셈이다.

북항대교는 압도적인 위용을 자랑하는 덩치덕에 광안대교와 함께 부산의 최대 랜드마크로 자리매김할 전망이다. 때문에 교통해소로 인한 경제성과 함께 관광자원으로 인한 부가가치가 더 크다는 평가다. 북항대교가 제대로 조망되는 아파트의 가격이 뛴다는게 부산부동산가의 정설이다.

정 상무는 “북항대교는 안정성, 경제성 그리고 상징성까지 심혈을 들여 설계한 내 생애 최고의 프로젝트였다”면서 “철저한 시공과 감리과정을 통해 최상의 결과물이 도출된 북항대교가 부산의 제일의 랜드마크가 되길 바란다”고 말했다.