[논문]평창 동계 올림픽 대비 도로개량 사업 - 기존 콘크리트 포장의 덧씌우기 시 문제점 고찰 -

이재수; 이익배; 이경하

평창 동계 올림픽 대비 도로개량 사업 - 기존 콘크리트 포장의 덧씌우기 시 문제점 고찰 - 원문보기

이재수 (한국도로공사 도로개량사업단) , 이익배 (한국도로공사 도로개량사업단 품질환경팀) , 이경하 (한국도로공사 도로개량사업단)

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문제 정의

이러한 악순환을 방지하기 위하여 다소의 교통정체를 감수하더라도 장기적으로 1개 차로를 차단하여 도로를 리모델링하는 것이 필요하다. 도로 개량 사업은 노후된 도로를 안전하게 리모델링하는 사업으로 본 기사에서는 지난 호에 이어서 콘크리트 포장 위 덧씌우기 시 고려사항에 대하여 기술하고자 한다.

가설 설정

아스팔트 포장의 온도가 1시간에 160℃에서 80℃로 감소하고, 이어서 12시간 동안 25℃로 선형 감소하는 것으로 가정하였다. 포장 해석 결과, 단부 최대전단응력은 열팽창계수에 따라 약 7~11MPa로 발생되며, 단부에서 가장 크게 전단응력이 발생되었고, 아스콘으로 덧씌우기 시에는 단부에서 응력집중이 발생하는 것으로 나타났다.

제안 방법

교량 접속부 조사결과, 날개벽 뒷채움부 재료가 유실되어 공동이 발생되어 있고, 교량 접속부의 침하로 차량의 충격에 의한 타이어흔이 발생되었다. 날개벽 부근의 공동을 그라우팅으로 보수를 하고, 접속슬래브 내부의 공동은 코아링을 실시하여 공동의 존재 및 규모를 파악한 후, 그라우팅을 실시한다. 교량 접속부 침하에 의한 평탄성 불량은 절삭 덧씌우기로 평탄성을 개선한다.
바닥판 콘크리트 열화부 제거 후 단면보수를 실시하고, 매립용 철제앵글은 제거하도록 하였다. 열화부는 방수 공사 후 드래인 파이프를 방수막 위에 설치하고, 두께 8cm로 교면포장(상부층 4cm는 공극률 2~3%, 하부층 4cm는 공극률 1~2%)을 실시한다.
바닥판을 콘크리트로 보수한 후 아스팔트 포장을 하였을 때 아스팔트 혼합물의 높은 온도로 인하여 보수한 콘크리트에 문제가 없는지 확인하여야 한다. 바닥판을 깊이 5cm까지 보수한 후 아스팔트 덧씌우기를 하는 경우에 열 응력에 의해 문제가 없는지 검토하였다.
보수방안으로 기존 아스팔트 포장을 깊이 10cm로 절삭한 후, 1, 2차로의 횡방향 균열 발생부분은 균열방지막을 시공하고, 표층(t=5cm)은 SMA(PG 76-22)로 하며, 중간층(t=5cm)은 밀입도 개질 아스팔트(WC-1, PG 76-22)로 시공한다.
보수방안으로는 그림 12와 같이 줄눈을 중심으로 융기가 발생된 구간의 SMA 포장 12m와 콘크리트 포장 줄눈 전후 구간 6m를 제거하고, 조속한 교통개방을 감안하여 초속경 LMC로 전단면을 보수한다. 콘크리트 포장 경계부에는 팽창줄눈을 설치하고, 콘크리트 포장 전단면 보수 후 두께 SMA 포장을 시공한다.
포장 손상 구간은 콘크리트 열화가 발생되었으며, 콘크리트 열화는 줄눈부에서 특히 심하며, 콘크리트 열화 깊이는 최대 8cm까지 발생되었다. 보수방안으로는 기존의 아스팔트 포장(t=10cm)과 콘크리트 열화부를 제거한 후, 절삭된 포장 단면을 제 1층은 밀입도 WC-1(PG64-22), 제 2층은 SMA 하부층(PG 76-22, 공극률 1~2%), 제 3층은 SMA 상부층(PG 76-22, 공극률 2~3%)으로 덧씌우기 보수를 하도록 하였다.
보수방안으로는 포장 융기 구간에 체류수가 없고 공극만 발생하였으므로 불리스터링이 발생된 구간에 공극을 천공한 후, 유화아스팔트 등을 채워 넣고 다짐하여 보수를 실시한다.
워터젯 사용 시 열화부는 전체깊이를 제거하고, 건전부는 최소 13mm 깊이를 제거토록 설정한다. 작업 전 보정을 통한 수압, 유량, 장비의 종방향 진행속도 등을 설정한다. 소규모 열화부는 바닥판의 손상 방지를 위하여 소형브레이커(13.
중부내륙선 229.0~231.0km(양평방향)에서는 콘크리트 포장의 줄눈부 파손이 심하여 콘크리트 포장의 FWD(Falling Weight Deflectometer; 포장구조진단기) 조사를 그림 1과 같이 실시하였다. 대상 구간은 거의 모든 줄눈에 단면보수가 수행된 상태이나 근본적인 열화부 보수 미흡으로 임시보수를 추가 수행하거나 보수단면이 재파손중인 부분도 존재하는 상태이다.
중부선 및 영동선의 덧씌우기 완료 구간 1, 2차로에서 원형으로 부풀어 오르는 솟음 현상이 발생하여 그 원인을 파악하고 보수 및 개선 방안을 검토하였다.
이 구간의 포장상태는 그림 6과 같이 콘크리트 포장 위에 아스콘 덧씌우기를 한 구간으로 백태 및 거북등 균열이 다수 발생되었고, 줄눈부에서 포장 파손이 많이 발생되었으며, 잦은 포장 파손 등으로 팻칭 보수가 되어 있다. 포장파손 구간에 대하여 코아링 후 콘크리트 열화 깊이를 측정하였다.

대상 데이터

0km(양평방향)에서는 콘크리트 포장의 줄눈부 파손이 심하여 콘크리트 포장의 FWD(Falling Weight Deflectometer; 포장구조진단기) 조사를 그림 1과 같이 실시하였다. 대상 구간은 거의 모든 줄눈에 단면보수가 수행된 상태이나 근본적인 열화부 보수 미흡으로 임시보수를 추가 수행하거나 보수단면이 재파손중인 부분도 존재하는 상태이다.

성능/효과

FWD 시험 결과, 하중전달율은 일부 낮게 나타나는 지점을 제외하고 양호한 상태이고, 줄눈처짐은 일부 높게 나타나는 지점을 제외하고 특이사항은 없는 것으로 나타났다. 하중전달율이 낮거나 줄눈처짐이 높게 나타나는 일부 지점은 단면보수의 파손으로 인한 것으로 추정된다.
CRCP 위에 아스팔트 포장으로 덧씌우기할 때는 균열응력이 분산되어 반사균열에 대한 저항성이 JCP보다 유리하다고 할 수 있다. 따라서, CRCP 위 덧씌우기는 현행 설계대로 상부층은 SMA(PG 76-22, 공극률 2~3%), 하부층은 SMA(PG 76-22, 공극률 1~2%)로 시공하는 것이 타당하다.
원인분석을 위해 융기가 발생한 아스콘 하부층(5cm)과 파손이 발생된 콘크리트 포장 깊이 5~10cm를 제거한 결과, 그림 11과 같이 콘크리트 줄눈부에서 블로우업이 발생한 것이 확인되었으며, 과거에 줄눈 주위로 콘크리트가 열화되어 단면을 보수한 흔적이 발견되었다.
그에 따라 콘크리트 포장의 열화와 줄눈부 파손이 많이 발생되었다. 콘크리트 포장 덧씌우기를 위해서 기존 콘크리트 포장의 지지력을 평가한 결과, 콘크리트의 구조 지지력은 양호한 것으로 나타났다. 콘크리트 포장의 파손은 구조 지지력에 의한 문제보다는 줄눈부와 같은 기능적 손상에 의한 파손이 주를 이루고 있다.
아스팔트 포장의 온도가 1시간에 160℃에서 80℃로 감소하고, 이어서 12시간 동안 25℃로 선형 감소하는 것으로 가정하였다. 포장 해석 결과, 단부 최대전단응력은 열팽창계수에 따라 약 7~11MPa로 발생되며, 단부에서 가장 크게 전단응력이 발생되었고, 아스콘으로 덧씌우기 시에는 단부에서 응력집중이 발생하는 것으로 나타났다. 그리고, 교면포장 덧씌우기에 대한 단부구속 상태가 양호하게 유지되도록 하여 응력집중이 최소화되도록 해야 한다.
줄눈 처짐은 아침 4시~8시에 최대값을, 정오~오후 4시에 최소값을 나타내었고, 줄눈 처짐의 범위는 약 110~250×10-6m를 나타내었다. 하중전달율은 아침 4시~8시에 최대값을, 정오 근처에서 최소값을 나타내었고, 하중전달율의 범위는 약 85~95%를 나타내었다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

도로 개량 사업의 주 목적은 무엇인가?

도로 개량 사업의 주 목적은 노후화된 콘크리트 포장이나 조기에 파손된 콘크리트 포장을 파손이 심화되기 전에 단면보수를 하고 그 위에 아스팔트 포장으로 덧씌우기를 하는 것이다. 콘크리트 포장의 파손이 심화된 구간은 포장의 구조 지지력 조사를 통하여 슬래브의 내구성과 줄눈의 건전성을 확인하여야 한다.

블리스터링 현상이 발생하는 원인은 무엇인가?

블리스터링은 아스팔트 포장의 표면이 시공중 또는 공용시 발생되며 특히 여름철에 발생되고, 원형으로 부풀어 오르는 현상이다. 강상판이나 콘크리트 슬래브 위 포장의 내부에 남아있는 수분, 오일분이 온도상승에 의해 기화하여 증기압이 원인이 되어 발생한다. 도로 개량 사업의 콘크리트 포장 위 덧씌우기에서는 덧씌우기 하부층을 배합설계 공극률이 1~2%인 수밀성 하부층으로 시공되어 공극이 거의 없는 상태에서 교면방수와 같이 콘크리트 포장에 남아 있는 수분이 갇혀서 블리스터링이 발생된 것으로 판단된다.

절삭 덧씌우기의 문제점은 무엇인가?

고속도로에서 콘크리트 포장의 보수는 긴급 보수의 개념으로, 주로 야간에 줄눈부 부분 절삭 덧씌우기 방식으로 보수를 하여 왔다. 그렇지만 절삭 덧씌우기는 비절삭 덧씌우기에 비하여 조기에 포장이 파손되고, 보수 시 절삭을 더 깊이 해야 하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 악순환을 방지하기 위하여 다소의 교통정체를 감수하더라도 장기적으로 1개 차로를 차단하여 도로를 리모델링하는 것이 필요하다.

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