1. 서 론

교량 시설물은 하천이나 바다 등으로 지리적 단절을 극복하여 지역 간 이동과 물류, 문화 및 경제 활동을 가능하게 하는 현대사회의 핵심 기반 시설이다. 우리나라에서는 산업화와 더불어 교량 건설이 본격화되었고, 1990년대 중반 이후 “시설물의 안전 및 유지관리 특별법” 제정을 통하여 교량을 포함한 사회기반시설의 안전성 및 지속성 확보와 재해 예방을 목적으로 정기적인 교량 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 체계를 운용해 왔다^{(MOLIT, 2021)}. 안전점검의 효율적 수행을 위하여 교량은 최대 경간장이나 연장, 교량 형식에 따라 제1종, 제2종, 제3종 및 종외 시설물로 구분되며, 이에 따른 점검 주기와 점검 방법이 세부지침으로 규정되어 있다^{(Lee et al., 2009; MOLIT and KALIS, 2024)}. 해당 법령과 세부지침에 근거하여 정기 점검과 정밀안전진단을 수행하며 부재별 결함도와 가중치의 가중평균으로 상태평가 등급을 산정하고 있다. 하지만 최근 10∼20년 사이 기후변화로 인한 이상 강우의 빈발, 홍수 빈도, 강도의 증가, 한랭 및 폭염, 강풍 및 폭풍해일 등 극한 환경이 잦아지면서, 시설물의 안전성을 평가하기 위한 고정적 가중치 체계가 실제 위험도를 충분히 반영하지 못할 수 있다.

자연재해에 의한 교량 사고 원인은 집중호우나 태풍 등과 같이 강우에 의한 기초의 세굴 및 교각의 전도 등이 매우 높은 비중을 차지하고 있으며^{(Yeo and Gang, 1999; Zhang et al., 2022)}, 이외의 사고 원인으로는 폭염이나 내구성 저하 등이 있다. 이러한 사례를 통하여 강우강도 증가와 같은 기상현상에 의한 하중 변화와 설치 환경의 변화가 교량의 안전성에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있으며, 교량의 평가과정 및 평가체계에서 환경적 요인 반영이 필요함을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 2000년대 이후 국내에서 발생한 교량의 사고사례를 조사하여 최근 발생한 교량 사고의 원인을 확인하였으며, 교량 형식별 전체 안전등급을 구성하는 주요 부재의 가중치 비율을 확인하였다. 이를 통하여 부재 및 점검항목별 가중치 수준을 고려한 안전등급 평가체계의 특성을 분석하고, 이에 따른 평가체계 개선의 필요성을 확인하고자 하였다.

2. 교량 시설물의 상태평가와 안전등급 결정방법

3. 교량 사고사례 분석

2000년 이후부터 최근까지 발생한 총 23건의 국내 교량 사고사례를 주요 결함 발생 부위를 기준으로 세분화하여 Fig. 1에 정리하였다. 분석 결과, 하부구조에서 발생한 사고가 전체의 약 47.8%로 가장 높은 비율을 차지하였으며, 이는 교량의 구조적 안전성 측면에서 하부구조의 중요성을 보여주는 결과로 볼 수 있다. 하부구조의 손상은 상부구조의 변형이나 받침부의 손상으로 연계되어 교량 전체의 안정성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 다음으로 교량 사고 발생 요인을 분석하여 Fig. 2에 정리하였다. 집중호우로 인한 사고가 전체의 약 65%로 가장 높은 비중을 차지하였으며, 그 외 요인으로는 노후화 17.39%, 폭염 8.70%, 염화물 및 설계시공 결함이 각각 4.35%로 나타났다.

또한, 기상청에서는 1973년 이후 전국 56개 지점의 강수량을 분석한 결과, 시간당 50 mm 이상의 호우 발생 빈도는 1970년대 연평균 8.4회에서 2020년대 23.6회로 약 3배 증가한 것으로 보고되었다^{(KMA, 1973-2025)}. 이러한 변화는 교량 사고의 주요 원인인 집중호우와 같은 강우강도 증가와 함께 잠재적 위험성이 확대되고 있음을 시사한다. 집중호우에 의한 교량 피해 양상을 살펴보면, 상부구조에서는 홍수의 월류, 월류로 인한 난간 및 상부 유수압 증가, 교대 및 교각의 손상, 구조체의 부실 등이 주요 요인으로 작용하여 상부 슬래브 침하 및 붕괴, 난간 파손, 포장 손상 등이 발생할 수 있다. 하부구조는 기초부 세굴, 교대 및 교각의 유수압 증가, 제방 및 주변 옹벽의 세굴 및 붕괴 등이 손상과 함께 부등침하 및 유실로 인한 교량 전체의 기능 상실로 직결될 수 있다^{(Lee, 2008)}. 특히 집중호우에 의한 세굴은 기초 하상토 유실을 유발하여 단기간 내 구조적 지지력을 상실시킬 수 있으며, 침하로 인한 편심하중은 상부구조 변형 및 받침부 손상으로 이어져 교량 전체의 안정성에 큰 영향을 미친다.

또한 최근의 이상기상 현상은 단기간에 설계홍수량을 초과하는 유량을 발생시켜 세굴 위험을 더욱 증대시키고 있으며, 이에 따라 세굴 대응의 중요성은 더욱 강조되고 있다. 국토연구원은 기후변화로 인해 집중호우와 태풍의 강도가 증가함에 따라 하천의 홍수량 및 홍수위가 상승하고, 이에 따라 기존 교량의 여유고 및 경간장 등이 부족하여 교량의 붕괴 위험이 증가할 수 있음을 보고하였다^{(KRIHS, 2023)}. 또한, 국토안전관리원 연구에 따르면 기후변화로 태풍과 집중호우가 빈발할 경우, 10년 후 교량의 약 50%가 노후시설로 분류될 것으로 전망하였다^{(KALIS, 2021)}. 이러한 결과는 동일한 하부구조 형식을 가진 교량이라 하더라도, 기후 위기 이전보다 현재의 구조적 취약도가 실질적으로 증가하고 있음을 의미하여, 하부구조에 대한 가중치 상향의 필요성을 뒷받침하는 근거로 해석될 수 있다.

Fig. 1. Primary locations of defects in bridges

Fig. 2. Major causes of bridge failures

4. 부재 및 점검항목별 가중치 변화에 대한 안전등급 변화 수준 검토

본 연구에서는 앞서 조사한 교량 사고 요인과 발생 부위를 참고하여, 부재 및 점검항목별 가중치 변화에 따른 평가체계 개선의 적용 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 먼저, 2025년 10월 기준 “시설물 안전 및 유지관리 실시 세부지침(안전점검⋅진단 편)”에 따라 일반교량과 케이블교량의 각 부재와 점검항목별 가중치를 확인하였으며, 주요 부재의 가중치 상향 수준에 따른 부재 및 점검항목별 가중치 비율(총점 100점 기준)을 검토하였다. 가중치 변화를 위한 교량형식별 각 부재의 구분은 다음과 같이 정의하였다. 일반교량의 상부구조는 바닥판, 주형, 2차 부재로 구성되며, 하부구조는 교대/교각, 기초로 구분하였다. 기타 부재는 받침, 신축이음, 교면포장, 배수시설, 난간/연석으로 구분하였으며, 내구성은 탄산화 및 염화물로 구분하여 정의하였다. 케이블 교량의 상부구조는 케이블, 바닥판, 거더, 2차 부재로 구분하였고 하부구조는 주탑, 보조주탑, 교대, 교각, 기초로 구분하였으며, 기타 부재와 내구성은 일반교량과 동일하게 정의하였다. 이와 같이 구분된 상부구조와 하부구조 그리고 기타 부재는 Fig. 3에 정리하여 나타내었으며 앞서 구분한 교량 형식에 따른 부재 및 점검항목별 가중치 비율은 Tables 4와 5에 정리하였다.

Fig. 3. Bridge category details (Ordinary girder bridge)

Tables 4와 5에 나타낸 것과 같이, 대부분의 교량 형식에서 상부구조의 가중치가 가장 높았으며, 기타 부재, 하부구조, 내구성 순으로 높은 비율이 나타났다. 기타 부재는 교량의 사용성과 유지관리 측면에서 중요한 역할을 수행하지만, 교량 전체의 하중을 직접 지지하거나 구조적 안정성에 기여하는 정도는 상대적으로 낮다. 하지만 하부구조는 기초부, 교각 및 교대로 구성된 일체형 지지체계로서, 각 부재의 구조적 거동은 상호 밀접하게 연관되어 있다. 따라서 기초부 세굴 등으로 인한 손상은 교각의 전도나 교대의 변형 그리고 침하 등으로 전이되어 교량 전체의 안정성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다^{(Park et al., 2008; Lee et al., 2020)}. 특히 강우나 해안 작용에 민감한 하천 및 해상교량의 하부구조와 기초부는 세굴, 유실, 기초 노출 등의 손상이 단기간 급격히 진전될 수 있으며, 이에 따른 하부구조의 전도 및 침하, 접속부 붕괴 등에 의한 교량 붕괴의 위험을 초래할 수 있다^{(Kim et al., 2013)}. 하지만 현행 세부지침에서는 기타 부재의 가중치가 하부구조보다 높게 설정되어 있다. 이에 본 연구에서는 앞서 확인된 사고 원인별 영향과 현재 교량 평가체계를 고려하여, 교량 전체 안전등급에 대한 부재 및 점검항목의 영향을 평가하고자 하였으며, 하부구조, 기타 부재, 내구성 항목을 중심으로 교량 전체 등급에 대한 영향성을 고려하여 부재 및 점검항목의 가중치 재배분 시뮬레이션을 수행하였다. 한편, 상부구조는 모든 교량 형식에서 가장 높은 가중치를 차지하고 있어, 구조적 안정성에 대한 영향이 이미 평가체계 전반에 충분히 반영되어 있으므로 본 연구의 시뮬레이션 대상에서는 제외하였다. 또한 일반교량과 케이블교량의 총 17개 형식에 대해 시뮬레이션을 수행하였으며, 그중 가장 대표적인 형식인 일반거더교를 예시로 분석 결과를 제시하였다. 일반거더교의 기존 가중치 배분 비율은 Fig. 4에 제시하였으며, 하부구조의 가중치 비율을 기존 대비 5∼20% 범위에서 단계적으로 상향 조정한 결과는 Figs. 5∼8에, 기타 부재의 가중치 비율을 동일 조건에서 하향 조정한 결과는 Figs. 9∼12에 나타내었다. 또한, 내구성의 경우 상대적으로 낮은 비율로 설정되어 있어 이를 3∼10% 범위에서 상향 조정하였으며, 그 결과는 Figs. 13∼15에 정리하여 나타내었다.

Fig. 4. Weighting factor of the current evaluation system

Fig. 5. Weighting factor with a 5% increase applied to the substructure

Fig. 6. Weighting factor with a 10% increase applied to the substructure

Fig. 7. Weighting factor with a 15% increase applied to the substructure

Fig. 8. Weighting factor with a 20% increase applied to the substructure

Fig. 9. Weighting factor with a 5% decrease applied to the other components

Fig. 10. Weighting factor with a 10% decrease applied to the other components

Fig. 11. Weighting factor with a 15% decrease applied to the other components

Fig. 12. Weighting factor with a 20% decrease applied to the other components

Fig. 13. Weighting factor with a 3% increase applied to the durability

Fig. 14. Weighting factor with a 7% increase applied to the durability

Fig. 15. Weighting factor with a 10% increase applied to the durability

Figs. 5∼15에 정리하여 나타낸 것과 같이, 하부구조와 내구성 가중치 비율을 상향한 경우 타 항목의 가중치 비율이 동일 수준으로 감소하는 경향을 보였으며, 반대로 기타 부재의 가중치 비율을 하향할 경우 타 항목의 가중치 비율이 동일 수준으로 증가하는 경향을 확인하였다. 교량 주요 구성요소에 대한 부재 및 점검항목별 가중치 비율 변화에 따른 안전등급 변화 수준을 검토한 결과, 사고사례 조사에서 상대적으로 사고 발생 빈도가 높게 나타난 기초의 가중치 비율은 7%로 구조적 중요도에 비해 상대적으로 가중치가 낮게 설정되어 있음을 확인하였다. 이는 실제 사고 발생 경향을 고려할 때, 기초부의 가중치에 대한 재검토가 필요함을 알 수 있다. 하지만 본 연구의 시뮬레이션 결과에서 확인된 바와 같이, 기초부의 가중치를 상향할 경우 상부구조를 포함한 타 부재의 가중치 비율이 상대적으로 감소하여 전체 평가의 균형성이 훼손될 가능성이 존재한다. 교량의 결함도지수가 부재 및 점검항목별 가중치의 가중평균 방식으로 산정되는 구조적 특성상, 특정 부재나 결함 항목의 가중치 비율을 상향하면 해당 부재의 안전등급에 대한 영향력은 증가하지만, 상대적으로 다른 부재나 결함의 영향력은 감소하게 된다. 따라서 부재별 구조적 중요도와 사고 발생 가능성을 함께 고려하더라도 단일 지표 체계 내에서 가중치 조정만으로는 평가의 균형성을 충분히 확보하기 어려우며, 과도한 상향⋅하향 조정은 평가의 왜곡을 초래할 수 있다.

부재 및 점검항목별 가중치 변화에 따라 각 부재가 교량 전체 안전등급 결정에 미치는 영향 수준도 변화하게 되므로 이에 따른 교량의 전체 안전등급 변화 수준도 비교하여 분석하였다. 앞서 고려된 특정 부재의 가중치 상향 또는 하향 시나리오에 따른 교량 전체 안전등급 변화 수준을 확인한 결과, 하부구조의 가중치를 5∼20% 상향하였을 때, Fig. 16과 같이 상부구조와 내구성의 등급에 따른 전체 교량 안전등급 수준의 변화는 일어나지 않았다. 하부구조의 가중치 비율을 10∼20% 상향하였을 때, 하부구조가 B등급인 경우 교량의 전체 안전등급은 A등급에서 B등급으로 하향되었으며 하부구조가 D등급인 경우 교량의 전체 안전등급은 B등급에서 C등급으로 하향되었다. 또한, 하부구조의 가중치 비율을 5∼20% 상향 조정하였을 경우, 기타 부재가 B등급인 경우 교량의 전체 안전 등급은 B등급에서 A등급으로 상향되었으며, 기타 부재가 D등급일 때 교량의 전체 안전등급은 C등급에서 B등급으로 상향하는 것으로 나타났다. 이를 통하여 하부구조의 가중치 상향이 교량 평가체계에서 기타 부재의 상대적인 영향을 감소시켰다는 것을 알 수 있다. 또한, 기타 부재의 가중치 비율을 5∼20% 하향 조정하였을 경우 Fig. 17과 같이 각각의 항목의 등급 변화로 인한 교량 전체 안전등급 변화는 일어나지 않았다. Fig. 18과 같이 내구성 등급을 상향조정하였을 경우, 상부구조와 하부구조의 등급 변화에 따른 전체 교량의 등급 변화는 일어나지 않았으며 내구성의 가중치 비율을 3∼10% 상향하였을 때, 기타 부재가 B등급인 경우, 교량의 전체 안전등급은 B등급에서 A등급으로 상향되었다. 또한, 내구성 가중치 비율을 3∼10% 상향하였을 때 내구성이 C등급인 경우, 교량의 전체 안전등급은 A등급에서 B등급으로 하향하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 종합해보면, 내구성은 기존의 점수가 낮게 설정되어 있기 때문에 가중치 비율을 기존의 두 배 수준으로 상향하더라도 전체 안전 등급에는 큰 변화가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 그러나 기타 부재와 내구성 등급이 중간 수준일 때 전체 등급이 상⋅하향하는 것을 고려하면, 내구성의 영향력이 증가하고 있음을 확인할 수 있다. 이는 내구성이 다른 평가결과와 조합되어 전체 안전등급을 산정할 때 구조적 손상뿐만 아니라 재료적⋅환경적 열화를 고려한 내구성 측면에서 보수적인 평가가 가능함을 보여준다.

본 연구에서 검토된 것과 같이 교량의 평가체계에서 사용되고 있는 부재 및 점검항목별 가중치는 각 부재나 항목별 상호 관계가 있으므로 부재 및 점검항목별 가중치의 상향이나 하향에 제한적인 것으로 평가되었다. 또한, 하부구조와 기타 부재를 비교하는 경우 실질적인 구조적 안전성에 미치는 영향 수준은 기타 부재보다는 하부구조가 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 하지만, 교량의 안전등급 평가체계에서는 기타 부재가 교량에 미치는 영향 수준이 상대적으로 크게 고려되는 것으로 평가되고 있으므로 교량 상태평가에서 부재 및 점검항목별 가중치 조정을 통하여 이를 합리적으로 결정하거나 검토할 필요가 있는 것으로 판단되었다. 또한, 이러한 평가 체계의 특성을 고려하여 하부구조와 상부구조같이 직접 구조적 안전성에 영향을 미치는 부재들을 중심으로 교량 상태평가를 실시하고 이를 종합적으로 판단하는 방법 등도 교량의 구조적 안전성 측면에서 합리적인 평가방안일 수 있을 것으로 판단되며, 향후 이러한 방안 마련을 위하여 기존의 방법과의 비교를 통한 검토 등이 필요할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 16. Impact of increased substructure weighting factor on Overall bridge grade

Fig. 17. Impact of Decreased other components weighting factor on Overall bridge grade

Fig. 18. Impact of Increased durability weighting factor on Overall bridge grade

5. 결 론

본 연구에서는 시설물안전법에 따라 교량 시설물의 안전점검 방법 및 안전등급 평가방법을 확인하였으며, 2000년대 이후 발생했던 교량의 주요 사고사례를 조사하여, 사고 발생 부재와 사고 원인 비율을 확인하였다. 또한, 교량 안전등급 평가체계의 특성 분석을 위하여 세부지침에 규정된 교량 형식에 따른 부재 및 점검항목별 가중치를 고려하여 부재 및 점검항목별 가중치 변화의 적용 가능성을 확인하였다. 이를 위하여 각 부재의 가중치 변화 시나리오에 따른 부재 및 항목별 가중치 비율 변화와 전체 교량 안전등급 변화 수준을 검토하였다.

교량 사고사례 분석 결과, 전체사고 중 하부구조에서 발생한 사고는 전체의 교량 사고사례의 약 47.8%를 차지하는 것으로 분석되었으며, 하부구조 사고사례의 주요 원인으로는 집중호우에 의한 하천의 유속이나 수위 증가에 의하여 기초의 세굴 발생이나 교각의 전도 등이 주요 원인으로 확인되었다. 이에 따라 교량시설물 안전등급 평가체계의 각 부재의 가중치와 중요도 수준을 확인하였다.

교량 안전등급 평가체계 분석을 위하여 하부구조의 가중치를 5%씩, 5∼20% 상향하는 경우와 기타 부재의 가중치를 동일한 방식으로 하향하는 경우, 내구성을 3∼10% 상향한 경우를 고려하여 총 11가지 시나리오에 따른 영향을 검토하였다. 하부구조 가중치 상향 시, 타 부재의 가중치 비율은 동일하게 약 6%에서 25%까지 감소하였다. 반면, 기타 부재의 가중치 하향 시, 타 부재의 가중치 비율은 약 7%에서 28%까지 증가하였으며, 내구성의 가중치 상향 시, 타 부재의 가중치 비율은 약 3%에서 10%까지 감소하였다. 이는 가중평균 기반의 현행 평가체계 특성상 특정 부재의 가중치 조정 시 타 부재의 상대적 영향 감소를 피할 수 없음을 의미한다. 따라서 특정 부재의 가중치 비율에 따라 교량의 등급에 영향을 주게 되므로 각 부재나 부위의 가중치 비율을 전체 교량에 대한 상대적인 영향 수준을 확인하여 결정하는 것이 필요함을 알 수 있다.

이에 따라 교량 안전등급 평가체계의 부재 및 점검항목별 가중치 변화가 교량 전체 안전등급에 미치는 영향을 분석한 결과, 각 부재나 점검항목의 가중치가 차지하는 비율에 따라 전체 안전등급도 변화하는 것을 확인하였다. 특히, 하부구조 상향 시 하부구조에 의한 전체 안전등급은 하향되는 결과가 나타났지만, 타 부재는 상향되는 수준이 상대적으로 낮아 전체 안전등급이 변하지 않는 경우도 확인되었다. 기타 부재의 하향 시에도 기타 부재에 의한 전체 안전등급이 상향되는 결과가 나타났지만, 타 부재의 하향되는 수준이 상대적으로 낮아 전체 안전등급이 변하지 않는 경우도 확인되었다.

이러한 결과를 바탕으로 하부구조의 손상빈도 및 중요도에 비해 현행 가중치 비율이 낮게 설정되어 있어, 집중호우 및 세굴 등 기후 영향에 민감한 부재의 위험도가 충분히 반영되지 못할 가능성이 있음을 확인하였으며, 향후 교량 평가체계는 부재 간 구조적 중요도와 환경적 요인 상호 관계를 보다 적절히 고려하여 가중치를 합리적으로 조정⋅보정할 수 있는 평가모델을 구축하거나, 상⋅하부구조를 분리 평가한 뒤 통합 등급을 산정하는 방식 등으로 평가체계를 재구성할 경우, 교량의 실제 상태를 보다 정확하게 반영할 수 있는 현실적인 평가체계로의 개선이 가능할 것으로 판단된다. 나아가 본 연구의 분석 결과는 이러한 합리적 평가체계 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.