인디아나 존스와 현수교의 비밀

[도로 이야기] 눈에 띄는 대형 교량이 설치되는 이유

[박찬희 기자]

▲ 현수교의 개녕도 '현수의 뜻은 아래로 늘어뜨린다' 뜻으로 주 케이블이 원호를 그리며 구성된다. ⓒ 국토교통부_도로설계편

영화 〈인디아나 존스〉를 보면, 출렁다리 위에서 인디아나 존스가 큰 칼을 들어 줄을 끊는 장면이 나온다. 그러자 양쪽에서 쫓아오던 적들이 그대로 강물로 떨어진다. 이때 인디가 끊은 줄은 구조적으로 보면 현수교의 주케이블을 끊은 것과 같은 원리다. 다만 규모가 작을 뿐, 기본적인 구조는 같다.

줄이 양쪽으로 자연스럽게 늘어지며 형성하는 곡선을 '현수곡(懸垂曲)'이라고 한다. 경복궁의 지붕 용마루를 보면 오목하게 휘어진 선이 있는데, 이를 현수곡선이라 부르며, 원리가 동일하다. 출렁다리도 마찬가지로 두 개의 주 케이블(줄)을 길게 늘어뜨리고, 그 위에 보도용 판자를 매단 구조다. 영화 속에서 보이는 다리의 양쪽 기둥은 오늘날의 주탑에 해당한다고 볼 수 있다. 출렁다리는 사람이 지나는 보행교이므로, 나무기둥이나 돌기둥만으로도 충분히 하중을 지탱할 수 있다.

'현수교'라고 하면 인천의 영종대교나 부산의 광안대교를 떠올릴 수 있다. 이러한 교량은 거대한 주탑을 세우고, 주케이블을 연결한 뒤 세로로 행어를 달아 상부 구조를 매달고 교대에 연결한다. 즉, 영화 속 출렁다리와 현대의 현수교는 기본적인 원리가 같다. 다만, 하중을 잡아주는 역할이 단순한 기둥에서 주탑으로 발전했을 뿐이다. 현수교는 방식에 따라 자정식과 타정식으로 구분되지만, 설계 목적이 아니라면 이 정도 이해로도 충분하다.

영종대교나 광안대교는 영화로 치면 블록버스터급 대형 공사다. 일반적으로 섬과 섬을 연결하는 연륙교를 계획할 때 주로 현수교 형식을 채택한다. 강보다 바다에 설치하는 경우가 많은데, 이는 깊은 수심과 조류, 파랑 등으로 인해 교각(기둥)을 여러 개 세우기 어렵기 때문이다. 또한 선박 통항을 위해 주탑 간의 간격이 충분히 넓어야 한다. 보통 주탑 간 거리는 300m 이상, 대형 교량의 경우 800~1500m를 넘기도 한다. 이러한 이유로 바다 위 대형 교량에는 현수교 형식이 적합하다.

강 위에 일반적인 강교를 설치하는 것도 가능하지만, 60m 간격으로 교각을 세우면 시야를 가리고 선박의 통행에도 불편을 초래할 수 있다. 현수교는 초기 건설비가 많이 들더라도, 관광이나 통항 측면에서 보면 오히려 경제성 면에서 효율적일 수 있다.

또한 이러한 초대형 교량은 지역의 랜드마크로 자리 잡으며 지자체의 상징이 되기도 한다. 그만큼 경관 심의가 의무화되어 있으며, 최근에는 구조적 안정성뿐 아니라 미적 요소까지 함께 고려된다. 조명 설계 역시 초기 단계에서부터 포함된다.

한편, 주탑에서 여러 개의 줄이 방사형으로 뻗어 있는 교량이 있다. 바로 '사장교(斜張橋)'다. 얼핏 현수교와 비슷해 보이지만 원리는 다르다.

▲ 사장교의 원리의 예 딸이 잡아당기는 힘과 엄마의 힘이 똑같을 때 사장교의 원리와 같다. ⓒ 박찬희 ChatGPT 활용

사장교는 주탑과 상부 거더가 직선으로 연결되어 하중을 직접 지탱한다. 이를 비유하자면 아이(교량 상부)가 일어나기 싫어 바닥에 누워 있을 때, 엄마(주탑)가 아이의 팔을 잡아 일으켜 세우는 모습과 같다. 현수교가 곡선의 케이블로 하중을 분산시키는 반면, 사장교는 직선 케이블이 직접 상부를 지탱한다.

▲ 사장교의 예 케이블이 현수교와 다르게 상부거더에 바로 연결된다. ⓒ 국토교통부

사장교는 대체로 현수교보다 경간장이 짧고, 강교보다 길게 필요한 구간, 예를 들어 큰 강이나 깊은 계곡을 넘는 구간에 주로 계획한다. 그래서 최근 지어지는 한강의 주요 교량 중에는 이러한 사장교 형식이 많이 보인다. 구조적 효율성과 미관, 시공성 모두를 고려한 결과다. 요즘 기술력이 좋아져 주탑이 1개인 경우도 많다.

지금까지 교량을 계획할 때 고려 사항에 따라 결정되는 교량의 형태를 간단히 살펴보았다. 여러 종류의 교량이 있지만, 대체로 일상에서 눈에 띄는 것은 전편에서 이야기했던 아치교, 현수교, 그리고 사장교들이다.

이러한 교량들이 특히 눈에 띄는 이유는 제약 조건(홍수위, 교량 하부의 교통, 파랑, 너울, 통과 높이 등)이 클수록 그만큼 특수한 형태의 교량이 계획되기 때문이다.