바다 위 공항, 침하 막는 기술

일본 간사이공항은 개항 이후 현재까지 누적 14m의 침하를 기록하며 아파트 4개 층 높이만큼 바다 쪽으로 내려앉았다.

이에 공항 터미널 건물 밑에는 유압잭이 설치되어 있어, 건물이 특정 방향으로 기울어지거나 높이가 낮아지면 유압잭을 작동시켜 최대 5cm씩 건물을 들어 올려 수평을 맞추고 전체 높이를 유지한다.

해상공항 건설 기술은 섬나라인 일본이 가장 먼저 확보했다.

이는 미국처럼 땅이 넓은 대륙 국가들은 바다 위에 공항을 지을 필요성이 적었기 때문이다. 일본은 1975년 나가사키 공항을 개항하며 본격적인 해상공항 시대를 열었다.

육지를 두고 바다에 공항을 짓는 가장 큰 이유는 도심지 비행기 소음으로 인한 민원 때문이었다.

두 번째는 활주로와 계류장을 확보할 넓은 평지가 부족했기 때문이며, 마지막으로는 미래 항공 수요 증가에 대비해 끊임없이 확장할 수 있는 가능성을 바다에서 찾았기 때문이다.

바다 매립 시에는 파도에 의한 토사 유실을 막기 위해 테트라포트나 둑으로 가두는 울타리 작업이 선행되어야 한다.

바다를 호수처럼 만든 뒤 내부를 매립하고, 매립이 완료되면 그 안에 있는 물을 빼내는 공정이 반드시 필요하다.

물 묻은 스펀지 위에 무거운 책을 올려놓으면 스펀지가 줄어들면서 물이 빠져나가는 것처럼, 연약 지반 위에 건물이 들어서면 땅속의 물이 빠져나가면서 지반이 침하하는 현상을 압밀침하라고 부른다.

간사이공항과 인천공항은 이러한 연약 지반 문제를 해결하기 위해 샌드 드레인 공법을 도입했다.

이 공법은 땅에 큰 관을 박아 뻘을 빼낸 뒤 모래를 채워 넣어 땅속의 물을 효과적으로 빨아들여 지반을 다지는 방식이며, 간사이공항에만 약 100만 개의 모래 기둥이 설치됐다.

페이퍼 드레인은 종이가 물을 빨아들이는 원리를 이용하는 것으로, 최근에는 기술 발전으로 PVD 공법도 활용하고 있다.

간사이공항은 건설 이후 현재까지 누적 14m의 침하가 발생했으며, 이는 아파트 4개 층에 달하는 높이다.

공항 터미널 건물 밑에는 900개의 유압잭이 설치되어 있어, 지반이 기울어지면 유압잭을 통해 특정 부분을 최대 5cm씩 들어 올려 건물의 수평을 유지한다.

이는 지반 침하를 원천적으로 막는 것이 아니라, 침하가 계속될 것을 전제로 건물 높이를 조절하여 운영하는 전략이다.

인천공항의 침하량은 개항 이후 현재까지 2~3cm 수준으로, 간사이공항에 비해 현저히 적다.

이는 두 공항의 지형적 특성 차이 때문이다. 인천공항이 위치한 영종도는 본래 영종도, 용유도, 삼목도, 신불도 등 네 개의 섬 사이를 방조제로 막아 만든 간척지로, 지반 조건이 간사이공항보다 유리했다.

초기 22개 후보지에서 7개로, 다시 3개로 압축되는 과정을 거쳤으며, 영종도, 송도, 송산, 이천, 파란, 시화 등이 후보지에 포함되었다.

영종도 일대는 수심이 얕아 매립에 필요한 비용과 공사 기간을 줄일 수 있었다.

또한, 교통 접근성이 우수하고 항공기 운항에 적합한 기상 조건을 갖춰 공항 입지로 매우 유리했다.

인천공항 매립에는 약 6,500만 입방미터의 방대한 토사가 필요했다.

이 중 약 5,200만 입방미터는 주변 해저에서 채취했으며, 나머지 1,300만 입방미터는 인근 구릉지를 깎아 조달하여 공사 비용과 운송 효율을 높였다.

인천공항도 개항 이후 조금씩 침하가 발생하고 있으나, 그 정도는 미미하다.

2001년부터 현재까지 누적 침하량은 약 3cm에 불과하며, 이는 설계 당시 예상했던 침하치인 7.5cm보다 훨씬 낮은 수치다.

일본 하네다 공항 D활주로의 약 1km 구간은 매립 방식이 아닌 잔교(다리) 형태로 건설됐다.

이는 활주로가 다마강 하구에 위치해 강물의 자연스러운 흐름을 방해하지 않기 위함이다. 만약 인공섬으로 완전히 매립할 경우 수질 오염과 퇴적물 문제 발생이 우려됐기 때문이다.

해상 시설물은 바닷물에 의한 부식을 막기 위해 각 부위에 맞는 특수 기술이 적용된다.

파도에 자주 노출되는 해수면 부위에는 내해수성 스테인리스 강이 사용되며, 대기에 노출되는 부분은 티타늄 커버 플레이트와 습도 조절로 부식을 방지한다. 바닷물 속에 잠기는 부위는 음극 방식을 이용해 희생 양극재로 부식을 유도하여 주요 구조물을 보호한다.

대규모 공항 시설을 모두 바다 위에 띄우는 부유식 공항은 건설 비용이 과도하며, 여러 활주로 간의 연결 문제와 태풍 등 자연재해 대응에도 어려움이 따른다.

반면 간척 방식은 경제성과 토지 활용성 측면에서 훨씬 우수하므로, 현재 대부분의 해상공항은 간척지로 건설되고 있다.