I-35W Bridge 붕괴

2007년 8월 1일 러시아워 시간인 오후 6:05분에 미네소타주 미네아폴리스시의 미시시피강 세인트앤서니폭포(Saint Anthony Falls)를 횡단하는 8차선의 트러스아치 구조로 건설된 I-35W교량(공식적으로는 ‘No.9340 교량’으로 알려짐)이 갑작스럽게 붕괴되어 13명이 사망하고 145명이 부상을 당하는 사고가 발생하였다.

교량이 붕괴되면서 모두 111대의 차량이 같이 추락하였는데, 물에 빠진 차량은 17대인 것으로 나타났다.

붕괴된 I35W교는 3경간 연속 데크 트러스 교량(Deck Truss Bridge)으로 건설되어 1967년 개통하였는데, 이러한 형식의 교량은 미국에서 아이젠하워 대통령이 1956년 연방지원고속도로법(Federal Aid Highway Act) 제정을 통해 아이젠하워 고속도로라고 불리는 주간(州間) 고속도로 시스템(Interstate Highway System)을 구축하던 1950년대와 60년대에 강재(鋼材)가 적게 소요된다는 이유로 많이 건설되었지만, 그 이후 건설 및 유지보수가 어렵다는 점과 더 좋은 공법의 등장으로 인해 쇠퇴한 형식의 교량이다.

1967년에 본 교량이 개통될 당시에 상판의 콘크리트 두께는 6.5인치(16.5cm)로 철근 상단의 콘크리트 피복 두께는 1.5인치(3.8cm)로 설계·시공이 되었는데 미네소타와 같이 혹독한 환경에서는 이 정도의 피복 두께로 시공된 교량의 경우 철근에 부식이 발생하는 사례들이 있어 1977년에 주정부에서 피복두께를 3인치(7.2cm)로 늘려 교량수명을 근본적으로 연장하고자 하는 결정을 하고 이에 따른 교량 개수 작업을 시행하였다.

교량붕괴사고 이후 조사결과, 이러한 작업으로 인해 하중이 약 3백만 파운드(약 1,024톤)이 늘어났는데 이는 당초 하중의 13.4%에 해당되는 것이다.  1998년에는 당시 안전규정에도 맞지 않고 부식과 차량충돌 등으로 훼손된 중앙분리대와 가드레일을 새롭게 교체하였는데, 이 작업으로 인해 교량에 다시 당초하중의 6.1%에 해당하는 1.13백만 파운드(약 512톤)의 추가하중이 작용하게 되었다. 

건설 당시에는 강교에 작용하는 반복하중의 영향에 대한 이해가 전반적으로 부족하여 그 당시에 건설된 많은 교량들이 피로파괴에 대해 취약하게 건설되었다. 미네소타 주 교통국에서도 주에서 관리하고 있는 교량들에 발생할 수 있는 피로균열에 대해 수년전부터 우려를 하고 있었는데, 하중경로에 여유도가 없는 교량(non-load-path- redundant bridges), 즉 피로균열로 인해 인장력을 받고 있는 어떤 하나의 부재가 파손될 경우 전체 교량의 붕괴를 초래할 수 있는 교량에 대해 특별한 관심을 갖고 있었다. 1975년부터는 I-35W 교량을 포함해 점검결과 피로균열이 발생한 것으로 확인된 7개의 교량에 대해 피로에 대한 검토를 수행하고 있었다.

I-35W 교량에 대해서는 1993년 이전에는 2년에 1회, 1993년 이후에는 매년 1회씩 정기적으로 안전점검을 수행하였고, 사고 약 1년 전인 2006년 6월 15일에 시행한 안점점검에서는 등급 4를 받아 교량상태가 불량(poor)한 것으로 판정을 받았는데, 본 교량은 이미 1990넌 이후에 구조적 결함(structurally deficient)이 있는 것으로 판정을 받았고, sufficieny rating도 50점에 불과해 교량의 상태가 좋지 않았음을 나타내고 있었다.

정기안전점검과 병행하여 붕괴유발부재에 대한 정밀점검도 별도의 점검 팀이 매년 시행하였다. 2006년 9월에 9일 간에 걸쳐 시행한 점검에서 결함을 보수한 부분에 대해 지속적인 관리가 필요한 것으로 지적받은 바 있다.

2001년과 2006년 2회에 걸쳐 피로파괴에 관련된 정밀안전진단도 수행하였다. 2001년 3월 미네소타대학 토목공학과에서 하중 재하시험과 SAP2000에 의한 3차원 구조해석 등을 통해 상판 트러스가 피로파괴에 대해 안전한지 여부를 평가하였는데, 일부 트러스 구조부분에 피로에 취약한 부분이 있지만 피로균열의 위험이 없고 따라서 피로균열로 인해 교량을 조기에 교체할 필요가 없는 것으로 결론을 지었다. 2003년부터 2006년 7월까지 URS corporation에서 피로에 대한 안정성과 교량의 여유도를 다시 평가하였는데, 2001년의 재하시험 결과와 GTSTRUDL에 의한 정밀구조해석을 시행하였고, 구조해석을 통해 붕괴유발부재를 판별하였다. 진단결과 세 가지의 관리방안을 제시하였다.

이를 살펴보면 1) 붕괴유발부재의 파단을 막기 위해 52개소의 붕괴유발부재 모두에 강재판(steel plate) 덧대기 공사 시행, 2) 붕괴유발부재의 피로취약부분 전수 비파괴검사 및 보수, 3) 1,2 조합: 위치별로 강재판 덧대기 또는 비파괴시험 시행 등인데, 1)의 강재판 덧대기 공사가 비용이 많이 들고 쉬운 작업이 아니었다. 미네소타 교통국에서는 2007년 초에 일부 비파괴시험을 하였으나 결함이 없는 것으로 나타나 강재판 덧대기 공사를 하지 않았다.

사고 당일 부분 보수작업 중이었는데, 보수작업을 위해 전체 8개 차선 중에서 북행(northbound) 차선은 4개 차선 중 외측 2차선, 남행(southbound) 차선은 4개 차선 중 내측 2차선을 차량 통제하고, 오후 2시 30경 건설장비와 자갈과 모래 등 콘크리트를 만들기 위한 자재를 남행차선의 폐쇄된 내측 2차선에 운반하여 적치하였다.

사고 직후 미연방교통안전위원회(NTSB; National Transportation Safety Board)는 사고원인에 대해 조사를 착수하였다. 2008년도에 발간된 사고 보고서에 따르면, 사고원인은 붕괴가 처음 시작된 트러스의 상단부 열 번째 결절점(U10 node)의 연결판(Gusset Plate)의 하중 재하 능력이 부족하였기 때문인 것으로 나타났다고 하면서, 이러한 현상은 당초 설계회사의 설계 실수와 1) 두 번의 교량 개수작업에 따른 하중의 상당한 증가, 2) 붕괴사고 당일 교통하중과 보수공사용 장비와 자재로 인한 집중하중의 작용 등이 겹쳐지면서 교량이 붕괴되었다고 결론지었다.

설계회사의 품질관리 절차(quality control procedures)가 I-35W 교량의 트러스 연결판에 대한 구조계산을 적절하게 수행하는데 적합하지 않았을 뿐만 아니라, 미연방과 미네소타주 소속 공무원들에 의한 설계검토도 적절하지 않았던 것으로 드러났다.

또한, 안전점검 과정에서 연결판에 발생한 휨과 같은 변형상태에 대해 충분한 관심을 기울이지 않고, 교량의 내하능력 평가(load rating analyses)시에 연결판을 배제하는 것 같이 미연방과 미네소타주 공무원들 사이에 일반화되어 있는 관행도 사고 발생에 영향을 미친 것으로 나타났다. 또한 미연방교통안전위원회는 사고조사 과정에서 안전과 관련된 몇 가지의 중요한 문제를 다음과 같이 확인하여 제시하였다.

 1. 교량 설계에 대한 설계회사의 품질관리절차와 함께 미연방과 주정부의 교량설계 계획 및 구조계산을 검토하고 승인하는 절차 부적절
 2. 보수공사 및 유지관리 작업시 교량에 시공하중의 배치를 위한 가이드라인의 부재
 3. 교량의 내하력 평가 가이드라인에 연결판에 대한 조항 누락
 4. 연결판의 변형상태에 대한 점검 가이드라인의 부재(不在)
 5. 데크 트러스 교량의 연결판 상태에 대한 정밀한 평가를 위한 기술의 미흡

사고 초기 교량 붕괴에 영향을 미쳤을 것으로 제기되었던 트러스 하부 11번째 결절점(L11 node)의 연결판의 부식으로 인한 손상, 바닥판 트러스의 파손, 기존의 균열, 온도의 영향이나 교각의 변위 등은 교량의 붕괴에 크게 영향을 미치지는 않은 것으로 결론을 지었다.

I-35W 교량에는 겨울에 매우 춥고 세인트 앤서니 폭포 근처에 위치한 지역적 특성 때문에 노면에 결빙이 자주 발생하여 차량 충돌사고가 잦았는데, 이 때문에 기온이 떨어지면 센서에 의해 이를 감지하여 38개의 밸브와 76개의 노즐을 통해 초산칼륨(potassium acetate)을 자동으로 분사하는 융설 시스템(anti-icing system)을 1998년도 교량개수 작업시 설치하였는데, 이 시스템에 의해 교량에 분사된 초산칼륨이 교량의 붕괴에 영향을 미쳤을 수도 있다는 의문이 제기되기도 한다.

다른 대형교량의 붕괴사고도 미국 사회에 적지 않은 충격을 주었던 것도 사실이지만, I-35W 교량 붕괴의 경우 시신 수습 등 사고의 초기 수습에만 약 3주 이상이 걸렸기 때문에 미국의 언론에서는 다른 교량 사고보다도 훨씬 더 깊은 관심을 보였고, 특히 교량의 취약점이 발견된 이후 관련규정에 따라 엄격하게 관리하고 있는 중에 붕괴사고가 발생하였다는 점과 붕괴된 I-35W 교량과 같은 데크 트러스 형식의 교량이 미국 전역에 750개가 존재하는데 그 중 1/3이 붕괴된 교량과 같은 구조적 결함(Structurally deficient) 등급으로 판정받았다는 점에서 충격이 컸다.

미국 정부에서는 유사교량에 대해 긴급점검을 시행하여 750개의 유사 교량 중 특히 결함에 취약한 470개 교량에 대해 긴급점검 및 점검·진단보고서를 재검토하도록 지시하였고, 노후된 미조리주의 Old Gravis교 등은 폐쇄되었다. 또한 교량점점시스템에 대한 전면적인 재검토를 추진하였고 미네소타 교통국은 교량 안전점검 및 안전진단 등 관련 자료를 홈페이지를 통해 모두 공개하였다.

I-35W 교량 붕괴를 통해 언론과 정부 홈페이지 자료 등을 통해 드러난 미국의 교량관리 현황을 살펴보면 한 마디로 ‘교량 등 인프라 시설의 노후화가 심각한 반면, 유지보수를 위한 재원이 부족하다’는 것으로 요약할 수 있다.

2007년 당시 전체 607,363개의 교량 중 73,533개(12.1%)가 구조적 결함 등급으로 판정을 받았는데, 향후 20년간 보수비용이 최소 1,880억 달라(약 180조원)가 소요되는데, 1993년 휘발유 1갤런 당 18.3센트씩 연방고속도로 펀드로 적립되도록 한 규정이 그 동안 물가 상승에도 불구하고 2007년 당시까지 인상되지 않아 재원확보에 애로가 많은 것으로 나타났다.

이런 노후화 현상은 교량에만 그치지 않고 도로, 댐 등 사회기반시설 전반에 걸쳐 심각한 상태에 있음에도, 때로 시설물 유지보수보다는 정치적으로 인기 있는 신규 사업에만 관심을 가져 노스캐롤라이나 주의 경우 1/3에 달하는 교량이 안전기준에 적합하지 않음에도 이를 외면하고 신규 도로사업에 1억 달라의 예산을 사용하고, 거주자가 50명에 불과한 알라스카에 교량을 건설하느라고 398백만 달러(약 4,000억원)의 돈을 투자하는 것에 대해 비난이 일기도 하였다

시설물 관리 수준도 지역별로 수준차이가 극심하여 교량노후도의 편차도 각 주별로 차이가 많은 것으로 드러났다. 구조적 결함등급 판정을 받은 교량은 주별로 최저 6%에서 최대 50%까지로 나타났고 일부 주에서는 국가표준보다 기준을 강화하여 운영하는 것으로 나타나기도 했다.