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문제 정의
- 2000년대 이후 벨기에에서는 노후 포장에 있어 콘크리트 포장을 이용한 몇 차례 대규모 재포장 사업을 진행하였다. 본 기사에서는 그 중 기존 아스팔트 포장 형식에 연속철근 콘크리트 재포장과 노후 콘크리트 포장의 줄눈 콘크리트 재포장에 대한 두 가지 사례를 소개하고자 한다.
- 본 기사에서는 벨기에의 재포장 시 콘크리트 포장의 적용 사례를 살펴보았다. 벨기에 정부가 연속철근콘크리트 포장을 선호하는 이유는 1970년대 이후에 신설 및 덧씌우기 공법으로서 연속철근콘크리트 포장을 집중적으로 적용하여 상당부분 성공적인 성과를 거두었고 이 후 도로운영 과정을 통해 연속철근콘크리트 포장의 유지관리비용이 저렴하다는 것을 경험했기 때문이다.
- 채취된 코어시편을 통해 포장층 구성과 기층의 상태를 확인하였다. 특히, 시편의 아스팔트 포장층에서 타르의 존재에 대한 조사를 시행해 기존 아스팔트층의 재활용 가능여부를 확인하였다. 포장상태조사결과 재포장 작업 후 설계수명이 35년임을 고려할 때, 아스팔트 포장층만 교체하기 보다는 기존 포장구조를 전반적으로 재건하는 것이 타당하다고 결론지었다.
제안 방법
- 로레인로의 재포장 사업은 78년된 노후 포장에게 새로운 길을 열어 주었다. 20cm 두께의 다웰바 보강 줄눈 콘크리트 덧씌우기 공법으로 유지보수를 결정하였고 약 3km에서 14일 동안 수행되었다. 이 같이 짧은 유지보수 공사기간은 인근 도로망의 교통 체증을 완화하므로 콘크리트 유지보수의 좋은사례가 되었다.
- 앵커러그는 슬래브 끝단에 포장층 하부로 종방향 또는 횡방향의 앵커를 설치하는 방법이며 터미널조인트는 슬래브 끝단에서의 움직임을 허용하되 이로 인한 파손을 방지하기 위해 교량과 유사한 팽창줄눈을 설치하는 방법이다. R1 도로에는 두 가지 방법을 모두 적용했는데 그림 11 과 같이 본선에서는 터미널 조인트를 설치하였으며 진출입램프 끝단에는 4개의 앵커러그를 설치하였다.
- 본선 포장형식에 대해서는 아스팔트 포장과 연속철근 콘크리트 포장에 대한 검토를 진행하였다. 경제적인 측면에 대해서는 각각의 포장형식에 대한 생애주기비용분석(life cycle cost analysis)을 실시하였다. 그 결과, 건설비는 아스팔트 포장이 연속철근 콘크리트 포장보다 경제적이나 장기적인 유지관리비용을 고려하면 종합적으로 연속 철근 콘크리트 포장이 보다 경제적 대안인 것으로 나타났다.
- 또한, 도로주변에 2개의 시공 플랜트를 건설하여 재료생산의 과부하를 줄이고 콘크리트의 생산과 파쇄재료의 재활용 작업을 원활하게 진행하였다. 공사기간 중 통행하는 차량들의 안전을 위하여 중앙 분리대 위에 블라인드 스크린을 설치하여 공사차로와 통행차로를 시각적으로 분리시켰다.
- 경제적 부분을 제외한 소음, 재활용, 쾌적성, 안전성, 소요기간, 동절기 도로관리 등 다양한 요소들에 대해 다기준분석을 시행하였다. 다기준분석에서 R1 도로가 갖는 여러 특수성을 고려하여 각 항목에 대한 가중치를 선정하여 적용하였다. 그 결과, 장기적인 관점에서 상대적으로 적은 유지보수와 이로 인한 사회적 손실비용이 적은 연속철근 콘크리트 포장이 아스팔트 포장보다 높은 점수를 얻어 재건사업의 포장형식으로 적합한 것으로 나타났다.
- 신속한 시공을 위해 공사에 필요한 부지제공과 긴급차량의 통행을 위한 가설로가 전체 구간에 건설되었다. 또한, 도로주변에 2개의 시공 플랜트를 건설하여 재료생산의 과부하를 줄이고 콘크리트의 생산과 파쇄재료의 재활용 작업을 원활하게 진행하였다. 공사기간 중 통행하는 차량들의 안전을 위하여 중앙 분리대 위에 블라인드 스크린을 설치하여 공사차로와 통행차로를 시각적으로 분리시켰다.
- 높은 교통량으로 인해 발생하는 소음을 저감하기 위하여 소입경(5~10mm) 골재노출공법이 적용되었다. 또한, 중차량 비율이 높아 콘크리트 슬래브 단부에서 펀치 아웃의 파손발생 위험이 크다는 점을 고려해 슬래브 폭을 기존 포장보다 0.7m 넓혀서 시공하였다. 이와 함께, 향후 교통량 증가에 따른 차로확장 필요성과 유사시 비상차로로의 활용성을 고려해 길어깨까지 연속철근 콘크리트 포장을 적용했다.
- 또한, 포장층의 두께와 손상구간을 파악하기 위해 GPR 장비를 이용한 조사와 FWD를 이용한 포장층의 지지력 평가, 포장 하부층의 탄성계수 추정이 진행되었다. 노면상태조사와 GPR 조사결과를 토대로 도로 본선과 진출입부에서 코어시편 채취를 진행하였다.
- 재건사업의 포장형식을 선정하는 과정에서 진출입 램프는 차로의 개방상태가 유지되어야 함과 적은 회전반경으로 인한 공간적 제약을 고려하여 아스팔트 포장으로 결정되었다. 본선 포장형식에 대해서는 아스팔트 포장과 연속철근 콘크리트 포장에 대한 검토를 진행하였다. 경제적인 측면에 대해서는 각각의 포장형식에 대한 생애주기비용분석(life cycle cost analysis)을 실시하였다.
- 이후 진행될 R1도로 내부쪽은 150일로 계획되었다. 본선의 경우 일일 16시간, 주 7일 연속해서 공사를 진행하였으며 케네디 터널은 특수성을 고려하여 24 시간 공사를 진행하였다.
- 시공된 콘크리트의 적정 경화 후 슬래브 단면의 1/3 깊이로 횡방향 줄눈절삭을 수행하였다. 줄눈 절삭 후 양생 비닐을 제거하고 경화되지 않은 표면 몰탈을 브러쉬가 달린 장비를 이용해서 제거했다.
- CBAR은 일반적으로 강도발현과 탄성계수는 시멘트 안정처리 기층과 유사하나 혼합된 아스팔트의 영향으로 온도에 대해 약간의 점탄성 거동을 보인다. 아스팔트 층의 재활용뿐만 아니라 기존의 린콘크리트 기층과 콘크리트 시설물에서 생산된 콘크리트를 활용하여 보조기층으로 재활용하였다.
- 두 번째는 일반적으로 사용되는 아스팔트나 연속철근콘크리트와 같은 단순 덧씌우기 공법이 아닌 안정처리한 기존 콘크리트 포장 위에 덧씌우기 하는 방식의 기술이 포함되어 있다. 약 3km의 기존 콘크리트 포장에 대한 덧씌우기 공법은 시공기간을 줄이기 위하여 밤낮으로 시공계획을 수립하였고 총 14일 동안 수행되었다. 첫 번째 공정은 기존 슬래브의 파쇄다.
- 연속철근 콘크리트 포장의 철근보강을 위해 길이 14m, 직경 20mm의 이형철근이 18cm 간격으로 배근되었으며 70cm 길이로 겹이음을 실시하였다. 횡방향 철근으로는 직경 12mm의 이형철근이 70cm 간격으로 설치되었다.
- 따라서 노후 콘크리트 포장의 재포장 설계는 그림 19와 같다. 유지보수의 준비 단계로 기존 콘크리트 슬래브를 파쇄하고 롤러를 이용하여 슬래브의 안정화를 위해 다짐을 실시한다. 파쇄와 안정화로 인해 매끄럽지 않은 기존 포장 표면의 평탄성을 위해 폭 8m, 두께 5cm의 아스팔트 레벨층을 시공한다.
- 이 중 포장의 구조적·기능적 상태를 정량화하고 보수방법과 범위를 결정하기 위해 ARAN을 이용해 포장의 파손상태를 조사하였다.
- 본선구간 시공 후 차량의 통행을 위한 교차구간의 시공이 진행되기까지 평균 7일이 소요되기 때문에 본선구간 양 끝단에 설치된 시공줄눈에 온도변화에 따른 거동이 발생할 수 있다. 이러한 거동을 최소화하는 방법으로 앞서 설명한 것과 같은 터미널조인트나 앵커러그를 설치할 수 있으나 공사비 절감을 위해 끝단에서 50m 구간을 약 50cm 두께로 젖은 모래로 덮어두는 방법을 적용하였다. 이 모래층은 매일 물을 뿌려 젖은 상태를 유지한 결과 포장층과 대기층을 분리시켜 대기층의 온도변화가 포장층에 전달되는 것을 막아주어 온도변화에 따른 거동을 성공적으로 억제할 수 있었다.
- 7m 넓혀서 시공하였다. 이와 함께, 향후 교통량 증가에 따른 차로확장 필요성과 유사시 비상차로로의 활용성을 고려해 길어깨까지 연속철근 콘크리트 포장을 적용했다.
- 재건사업으로 인해 발생하는 교통정체를 최소화하기 위해 공사일정을 최적화하여 공사기간은 최대한 짧게 계획하였다. 시공은 R1도로의 외곽쪽에서 먼저 진행하였으며 공사기간은 140일로 계획되었다.
- 재포장 설계에 앞서 주변 도로 네트워크와 대상 노선간의 기능과 도로특성을 분석하여 재포장 형식을 선정하였다. 그림 18과 같이 로레인로는 도로 양옆으로 가로수가 식재되어 있어 아름다운 길을 연출 한다.
- R1도로 재건사업계획에서 가장 중요한 목표 중 하나는 기존 포장층을 최대한 재활용하는 것이다. 재포장의 설계수명을 고려해 적용할 수 있는 재활용 방법에 대해 폭넓게 조사가 진행하였으며 그 결과 기존 아스팔트 포장은 파쇄된 아스팔트를 시멘트 안정처리 기층의 골재로 활용(CBAR, cement bound asphalt rubble)했다. 모래와 골재(파쇄된 아스팔트), 물, 바인더(시멘트)로 구성된 CBAR층은 시멘트 함량을 5%로 할 경우, 7일 강도는 3MPa, 28일 강도는 5MPa가 넘어 기층으로서 충분한 강도를 발휘한다.
- 표면의 골재노출이 완료되면 표면의 건조수축 균열을 방지하기 위해 양생제를 살포하였다. 줄눈 실링시 줄눈부를 깨끗이 청소하고 가열한 후 줄눈 실링을 실시하였다.
- 노면상태조사와 GPR 조사결과를 토대로 도로 본선과 진출입부에서 코어시편 채취를 진행하였다. 채취된 코어시편을 통해 포장층 구성과 기층의 상태를 확인하였다. 특히, 시편의 아스팔트 포장층에서 타르의 존재에 대한 조사를 시행해 기존 아스팔트층의 재활용 가능여부를 확인하였다.
- 5m는 다공성 블록포장을 시공하여 배수 효과를 부여하였다. 최상층 콘크리트 포장은 운전자의 쾌적함뿐만 아니라 주변이 산림지역과 주택지역임을 감안해서 주행소음을 고려하여 골재노출 포장공법으로 선정하였다.
- 종방향 줄눈에는 타이바로 직경16mm의 이형철근을 80~85cm 간격으로 배치하였다. 콘크리트의 물-시멘트비는 0.45 이하, 시멘트 함량은 400kg/m3 이며 공기 연행제를 첨가하였다.
- 아스팔트 레벨층은 기존 콘크리트의 파쇄로 형성된 스폴링과 거친면에 있어 평탄성을 회복하여 상부 콘크리트 슬래브의 거동을 자유롭게 하고 구조적으로 방수층 역할을 한다. 파쇄된 기존 콘크리트와 아스팔트 레벨층의 부착을 위하여 택코트를 도포하였다. 그림 22는 아스팔트 레벨층을 포설하고 다짐하는 모습이다.
- 시멘트의 강알카리 성분은 주변 식물들에 악영향을 미치므로 콘크리트의 줄눈과 표면 청소는 물을 사용하지 않고 건조한 상태를 유지하여 슬러리를 제거해야 한다. 표면의 골재노출이 완료되면 표면의 건조수축 균열을 방지하기 위해 양생제를 살포하였다. 줄눈 실링시 줄눈부를 깨끗이 청소하고 가열한 후 줄눈 실링을 실시하였다.
대상 데이터
- 또한, 포장층의 두께와 손상구간을 파악하기 위해 GPR 장비를 이용한 조사와 FWD를 이용한 포장층의 지지력 평가, 포장 하부층의 탄성계수 추정이 진행되었다. 노면상태조사와 GPR 조사결과를 토대로 도로 본선과 진출입부에서 코어시편 채취를 진행하였다. 채취된 코어시편을 통해 포장층 구성과 기층의 상태를 확인하였다.
- 서유럽의 북해에 접해있는 벨기에는 서비스 산업이 주를 이루고 있으며 1인당 GDP가 4만 달러가 넘는 부국이다. 전체 도로연장은 약 134,000km이며 이중 약 1%에 해당하는 1,700km가 자동차 전용 도로로 구성되어 있고 그 중 약 40%가 콘크리트 포장이다. 콘크리트 포장은 1925년 벨기에에서 최초 시공된 이후 유럽 전역에서 주요 포장형식으로 사용되고 있다.
데이터처리
- 경제적 부분을 제외한 소음, 재활용, 쾌적성, 안전성, 소요기간, 동절기 도로관리 등 다양한 요소들에 대해 다기준분석을 시행하였다. 다기준분석에서 R1 도로가 갖는 여러 특수성을 고려하여 각 항목에 대한 가중치를 선정하여 적용하였다.
이론/모형
- 골재노출 표면의 골재노출도는 샌드패칭 시험방법으로 평가하였으며 평균 0.98mm을 얻었다. 골재노출의 표면 상태는 그림 26과 같다.
- 연속철근 콘크리트 포장의 설계과정에서 일반적인 설계요소 이외에 소음저감, 높은 중차량 비율, 포장면 확장, 기존 포장의 재활용이 고려되었다. 높은 교통량으로 인해 발생하는 소음을 저감하기 위하여 소입경(5~10mm) 골재노출공법이 적용되었다. 또한, 중차량 비율이 높아 콘크리트 슬래브 단부에서 펀치 아웃의 파손발생 위험이 크다는 점을 고려해 슬래브 폭을 기존 포장보다 0.
- 따라서, 로레인로의 재포장 형식은 다웰바가 보강된 줄눈 콘크리트 덧씌우기 포장공법으로 선정되었다.
- 기존 노후포장의 균열과 줄눈에 의해 발생되는 반사균열을 고려하여 덧씌우기 공법의 종류를 선택해야 한다. 이러한 반사균열을 억제하기 위한 방법은 여러 가지가 있지만 그 중 파쇄와 안정(break and seat)화 공법을 선정하였다. 단, 강성이 강한 콘크리트계 덧씌우기 포장공법으로 시공될 경우 반사균열에 대한 저항성이 크므로 기존 포장의 파쇄와 안정화 공정은 파쇄의 강도를 약하게 실시하여 파쇄율을 작게 하여도 무방하다.
성능/효과
- 그 결과, 장기적인 관점에서 상대적으로 적은 유지보수와 이로 인한 사회적 손실비용이 적은 연속철근 콘크리트 포장이 아스팔트 포장보다 높은 점수를 얻어 재건사업의 포장형식으로 적합한 것으로 나타났다. 경제적 측면과 비경제적 측면에 대한 종합적인 검토결과를 토대로 R1 도로의 재포장형식은 연속철근 콘크리트 포장으로 결정되었다. 케네디 터널은 기존 포장의 형식과 연속철근 콘크리트 포장 적용 시 발생하는 문제점 (초기의 높은 공사비)을 고려하여 줄눈 콘크리트 포장을 적용하는 것으로 결정됐다.
- 경제적인 측면에 대해서는 각각의 포장형식에 대한 생애주기비용분석(life cycle cost analysis)을 실시하였다. 그 결과, 건설비는 아스팔트 포장이 연속철근 콘크리트 포장보다 경제적이나 장기적인 유지관리비용을 고려하면 종합적으로 연속 철근 콘크리트 포장이 보다 경제적 대안인 것으로 나타났다.
- 다기준분석에서 R1 도로가 갖는 여러 특수성을 고려하여 각 항목에 대한 가중치를 선정하여 적용하였다. 그 결과, 장기적인 관점에서 상대적으로 적은 유지보수와 이로 인한 사회적 손실비용이 적은 연속철근 콘크리트 포장이 아스팔트 포장보다 높은 점수를 얻어 재건사업의 포장형식으로 적합한 것으로 나타났다. 경제적 측면과 비경제적 측면에 대한 종합적인 검토결과를 토대로 R1 도로의 재포장형식은 연속철근 콘크리트 포장으로 결정되었다.
- 골재노출의 표면 상태는 그림 26과 같다. 마지막 공정인 포장 가장자리의 투수블럭은 강우시 포장 표면에서의 유출수를 배수시키고 럼블스트립 형상을 하고 있어 졸음운전으로 인한 사고예방으로 안전성을 높였다.
- 콘크리트의 이러한 요소는 자연환경과 잘 어울린다고 평가된다. 마지막으로 골재노출공법과 슬리폼 페이버의 시공은 평탄성을 향상시키고 저소음을 가능하게 하였다. 이 같은 표면 상태는 도로 사용자에게 최적의 쾌적함을 제공 하고 어떤 기후에서도 좋은 포장상태를 유지한다.
- 연속철근 콘크리트 포장의 설계과정에서 일반적인 설계요소 이외에 소음저감, 높은 중차량 비율, 포장면 확장, 기존 포장의 재활용이 고려되었다. 높은 교통량으로 인해 발생하는 소음을 저감하기 위하여 소입경(5~10mm) 골재노출공법이 적용되었다.
- 이러한 거동을 최소화하는 방법으로 앞서 설명한 것과 같은 터미널조인트나 앵커러그를 설치할 수 있으나 공사비 절감을 위해 끝단에서 50m 구간을 약 50cm 두께로 젖은 모래로 덮어두는 방법을 적용하였다. 이 모래층은 매일 물을 뿌려 젖은 상태를 유지한 결과 포장층과 대기층을 분리시켜 대기층의 온도변화가 포장층에 전달되는 것을 막아주어 온도변화에 따른 거동을 성공적으로 억제할 수 있었다.
- 경제적 측면과 비경제적 측면에 대한 종합적인 검토결과를 토대로 R1 도로의 재포장형식은 연속철근 콘크리트 포장으로 결정되었다. 케네디 터널은 기존 포장의 형식과 연속철근 콘크리트 포장 적용 시 발생하는 문제점 (초기의 높은 공사비)을 고려하여 줄눈 콘크리트 포장을 적용하는 것으로 결정됐다.
- 특히, 시편의 아스팔트 포장층에서 타르의 존재에 대한 조사를 시행해 기존 아스팔트층의 재활용 가능여부를 확인하였다. 포장상태조사결과 재포장 작업 후 설계수명이 35년임을 고려할 때, 아스팔트 포장층만 교체하기 보다는 기존 포장구조를 전반적으로 재건하는 것이 타당하다고 결론지었다.
후속연구
- 경제성을 고려하여 재포장을 통한 장기적인 수명 연장이 필요하다면 콘크리트 덧씌우기 공법에 대한 기술적 논리와 연구가 필요하며 공사기간 동안에 발생할 교통정체에 대한 우려를 해결해야 할 것이다. 앞서 소개된 앤트워프 순환도로 재건사업 계획당시 앤트워프 도로의 이용자들은 공사기간 중 발생할 교통 혼잡과 이로 인한 경제적 손실을 우려하여 크게 반발하였다.
- 선진국에서는 오랜 시공경험과 연구를 통해 콘크리트 덧씌우기 공법에 대한 많은 기술력을 축적하여 활발히 사용하고 있는 반면 국내에서는 복잡한 시공 과정, 상대적으로 긴 공사기간 등을 이유로 적용되지 못하고 있다. 노후 콘크리트 포장의 수명연장을 위해 대규모 공사가 필요한 국내 상황을 고려할 때 벨기에에서 시행된 재포장 사례와 같이 기술적인 측면에 대한 노력은 물론 콘크리트 포장을 이용한 재포장 사업의 우려와 불신을 설득시킬 수 있는 기술 외적인 노력이 필요할 것으로 판단된다.
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