제3 편 시멘트 콘크리트 포장

구조 설계 ················· 111

제1장 설계입력변수 ············· 115

제2장 구조 해석 ·················· 127

제3장 공용성 해석 ·············· 131

제4장 경제성 분석 ·············· 137

제5장 설계등급 3 ··············· 141

제6장 연속철근 콘크리트 포장

설계 ························· 147

Ⅲ편 도로포장 설계 요령

 

/ 제 1장 /

설계입력변수

1.1 개설 ················································································· 115

1.2 설계등급 1 ······································································ 115

1.3 설계등급 2 ······································································ 118

 

- 115 -

1.1 개설

(1) 설계입력변수는 포장의 최적 두께 산정을 위한 기초자료이다.

(2) 설계입력변수는 설계등급 1, 설계등급 2 또는 설계등급 3으로 구분하여 적용한다. 단,

설계입력변수 중 교통특성 및 환경특성은 설계등급에 상관없이 동일하게 결정한다.

(3) 설계입력변수는 교통량, 환경특성, 하부구조 재료물성 및 시멘트 콘크리트 재료물성으로

구성된다.

【해 설】

설계입력변수는 공용기간 동안 예비 포장단면의 역학적 거동 및 공용성을 예측하는데 이

용되며, 설계등급에 의하여 그 정밀도가 변화한다. 교통량과 재료의 물성은 설계등급에 따

라 주어진 데이터베이스를 이용하거나 실제 실측 및 실험을 통하여 결정되지만, 환경변수

는 대상 구간의 기상관측소 데이터베이스를 이용하여 결정되므로 설계등급과 무관하게 동

일한 방법으로 적용한다.

1.2 설계등급 1

(1) 고속국도(설계AADT 150,000대 이상 또는 AADT 중 5종 이상의 중차량 대수가

50,000대 이상) 및 일반국도(설계AADT 35,000대 이상 또는 AADT 중 5종 이상의

중차량 대수가 12,000대 이상)에 적용된다.

(2) 교통량은 현장 교통량 조사를 통하여 차종별 축하중 분포를 측정하여 사용한다.

(3) 하부구조 및 시멘트 콘크리트 재료 물성은 실내시험을 통하여 결정하는 것이 원칙이나,

본 에 제시되어 있는 포장 재료에 한하여 도로포장 구조 설계 해석프로그램에 포함되어

있는 물성을 활용할 수 있다.

제1장 설계입력변수

- 116 -

1.2.1 교통량

(1) 도로포장 구조 설계에서는 교통량 산정을 위하여 차종별 축하중 분포를 이용한다.

(2) 설계등급 1에서는 원칙적으로 현장 조사를 통하여 차종별 축하중 분포를 결정하기 위한

입력값들을 결정한다.

(3) 차종별 축하중 분포에 따른 교통량을 결정하기 위한 입력값에는 초기년도

연평균일교통량(AADT), 차종별 구성비율, 방향분배계수, 차로분배계수, 시간별

교통량변동률, 월별교통량변동률, 차종별 축하중 분포, 교통량증가율이 포함된다.

(4) 초기년도 연평균일교통량(AADT)과 차종별 구성비율은 설계구간에 대한 교통수요 예측자료를 사용한다.

(5) 방향분배계수, 차로분배계수, 월별교통량변동률, 시간별교통량변동률은 인접지역 교통량

통계자료를 이용한다.

(6) 교통량증가율은 장래교통량 예측 증가율이나 각 연도별 예측값을 사용할 수 있다.

【해 설】

교통량 산정에 관한 설명은 본 요령 「Ⅱ편 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계 제1장

1.2.1 교통량」의 해설편을 참조한다.

1.2.2 환경특성

(1) 환경특성은 설계등급에 관계없이 동일하게 적용한다.

(2) 환경특성은 시멘트 콘크리트 포장층 내부온도와 노상 함수량 그리고 동결지수를 포함한다.

(3) 시멘트 콘크리트 포장층 내부온도는 대기온도를 기초로 하여 도로포장 구조설계의

온도예측모형을 통해 깊이별 분포 형태로 결정한다.

(4) 보조기층 및 노상 함수량은 월평균 대기온도, 월평균누적강수량 및 노상 재료의

입도특성을 이용하여 도로포장 구조 설계의 함수비 예측모형을 통해 결정한다.

(5) 환경특성을 결정하기 위한 대기온도 및 강수량 자료는 도로포장 구조 설계

해석프로그램에 저장되어 있는 기상관측소 기상자료 데이터베이스를 이용하여 가장

인접한 1개 기상관측소 자료 또는 인접한 3개 기상관측소의 평균값을 사용한다.

- 117 -

【해 설】

환경특성에 관한 설명은 본 요령 「Ⅱ편 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계 제1장 1.2.2

환경특성」의 해설편을 참조한다.

1.2.3 하부구조(입상) 재료물성

(1) 포장 하부구조(노상, 보조기층 및 쇄석기층)의 재료물성은 탄성계수와 포아송비로 한다.

(2) 설계등급 1에서는 하부구조 재료의 탄성계수를 반복 삼축 압축시험을 수행하여 구한다.

반복 삼축 압축시험에 대한 자세한 시험절차는 <부록 3>의 “포장 하부구조 재료의

설계입력변수 평가 시험법”을 참조한다.

(3) 하부구조 재료의 품질기준은 국토교통부의 「KCS 44 00 00 도로공사(국토교통부)」를

따른다.

(4) 도로포장 구조 설계에서는 동상방지층의 두께를 노상 동결관입 허용법을 사용하여

결정하며, 성토고가 노상 최종면을 기준으로 2m 이상인 성토구간에서는 노상토의

품질기준 중 #200체 통과량이 25% 이하이고 소성지수가 10 이하인 경우 동상방지층을

생략할 수 있다. 다만 이외 적용대상 구분은 다음 해설을 따른다.

(5) 설계등급 1에서 사용하는 포아송비는 본 요령에서 제시한 대표값을 선택하여 사용한다.

【해 설】

하부구조 재료물성에 관한 설명은 본 요령 「Ⅱ편 아스팔트 콘크리트 포장 구조 설계 제

1장 1.2.3 하부구조(입상) 재료물성」의 해설편을 참조한다.

1.2.4 시멘트 콘크리트 포장 재료물성

(1) 시멘트 콘크리트 포장 슬래브의 재료물성으로 탄성계수, 압축강도, 휨강도, 포아송비,

열팽창 계수, 건조수축, 단위중량을 사용한다.

(2) 설계등급 1의 재료 물성은 원칙적으로 모두 시험을 통하여 결정해야 한다.

- 118 -

【해 설】

시멘트 콘크리트 포장 슬래브의 재료물성으로 탄성계수와 포아송비를 사용한다.

설계등급 1로 시멘트 콘크리트 포장을 설계 할 경우, 다음 <표 1-1>의 각 항목에 대하

여 제시되어진 시험방법으로 물성을 측정한 후, 그 결과를 이용하여 설계한다. 열팽창계수

는 “시멘트 콘크리트 열팽창계수 측정 방법(안)”을 이용하여 도출 된 콘크리트 열팽창계수

를 설계 해석 프로그램에 입력한다(부록 8 참조). 그리고 건조수축은 “시멘트 콘크리트 건

조수축 측정 방법(안)”을 이용하여 종결시간 이후 시간에 따라서 시멘트 콘크리트 공시체

의 건조수축 변형율을 측정하고 결과 분석 후, 1.3.4에 제시된 건조수축 모형의 매개변수

를 도출하여 설계 해석 프로그램에 입력한다(부록 9 참조).

<표 1-1> 설계등급에 따른 시멘트 콘크리트 슬래브 물성 측정항목 및 방법

구분 설계등급 1

탄성계수 KS F 2438

압축강도 KS F 2405

휨강도 KS F 2407

할렬인장강도 KS F 2423

포아송비 KS F 2438

열팽창계수 <부록 3>

건조수축 <부록 4>

단위중량 KS F 2409

1.3 설계등급 2

(1) 고속국도(AADT 150,000대 미만), 일반국도(AADT 7,000대 이상 50,000대 미만), 및

지방도/국가지원지방도/기타도로(AADT 7,000대 이상)에 적용된다. 여기서 기타도로라

함은 「도로법(국토교통부)」에 명시된 특별시도, 광역시도, 시도, 군도 및 구도를 의미한다.

(2) 교통량은 본 요령에서 제시한 값을 이용하여 차종별 축하중 분포를 결정한다.

(3) 하부구조 및 시멘트 콘크리트 혼합물 재료 물성은 간단한 실내실험을 통해 재료의

기본적인 물성을 구하고, 이 값들을 설계 프로그램에 입력하여 설계 해석 프로그램에

포함되어 있는 예측식으로부터 결정한다.

- 119 -

1.3.1 교통량

(1) 본 설계에서는 교통량 산정을 위하여 차종별 축하중 분포를 이용한다.

(2) 차종별 축하중 분포별 교통량을 결정하기 위한 입력값의 종류는 본 요령 「Ⅲ편 시멘트

콘크리트 포장 구조 설계의 제1장 1.2.1에 (3)항」과 동일하다.

(3) 초기년도 연평균일교통량 및 차종별비율은 인접지역 교통량 통계자료를 사용한다.

(4) 방향분배계수 및 차로분배계수는 국내 평균값을 사용한다.

(5) 차종별축하중, 차량속도, 시간별교통량변동률 및 월별교통량 변동률는 도로 등급별로 본

요령에서 제시한 값을 적용한다.

(6) 교통량증가율은 장래교통량 예측 증가율이나 각 년도별 예측값을 사용할 수 있다. 또한

본 요령에서 제안하는 교통량 증가계수를 이용할 수도 있다.

(7) 원더링분포, 축간격 및 타이어간격, 타이어압력은 설계등급과 관계없이 본 요령에서

제시한 값을 사용한다.

【해 설】

교통량 산정에 관한 설명은 본 요령 「Ⅱ편 아스팔트 콘크리트 구조 설계 제1장 1.3.1

교통량」의 해설편을 참조한다.

1.3.2 환 경

본 요령 「Ⅲ편 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계의 제1장 1.2.2」와 동일하게 적용한다.

1.3.3 하부구조 재료물성

(1) 본 요령 「Ⅲ편 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계의 제1장 1.2.3」과 동일하게 적용한다.

다만, 설계등급 2에서는 하부구조(입상) 재료의 탄성계수를 기본 물성시험과 설계 해석

프로그램에 포함되어 있는 상관모형을 통해 결정한다.

- 120 -

【해 설】

하부구조 재료물성에 관한 설명은 본 요령 「Ⅱ편 아스팔트 콘크리트 구조 설계 제1장

1.3.3 하부구조 재료물성」의 해설편을 참조한다.

1.3.4 시멘트 콘크리트 포장 재료물성

(1) 본 요령 「Ⅲ편 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계의 제1장 1.2.4에 (1)항」과 동일하게 적용한다.

(2) 설계등급 2에서 탄성계수, 휨인장강도, 건조수축은 시멘트 콘크리트 재료 중 굵은 골재의

종류에 따라 본 요령에서 제공하는 예측 방정식을 통해 설계 해석 프로그램에서 입력되어

결정된다.

(3) 설계등급 2에서 포아송비, 열팽창 계수, 단위중량은 시멘트 콘크리트 재료 중 굵은

골재의 종류에 따라 설계 해석 프로그램에 입력되어 결정된다.

(4) 여기에서 정의되지 않은 새로운 시멘트 콘크리트 포장 재료는 기존 시멘트 콘크리트 포장

구조 설계 입력변수와 비교하여 유사하면 설계등급 1에 해당하는 시험만 수행하고 현

설계 해석 프로그램에 도입한다.

(5) 여기에서 정의되지 않는 새로운 시멘트 콘크리트 포장 재료는 기존 시멘트 콘크리트 포장

구조 설계 입력변수와 비교하여 상이하면 설계등급 1에 해당하는 시험을 수행할 뿐만

아니라, 모형 제안 보고서를 제출, 설계를 운영하는 기관의 검증을 통해 설계 해석

프로그램에 모형추가 작업을 거쳐서 도입한다.

【해 설】

(1) 강도 및 탄성계수

설계등급 2로 시멘트 콘크리트 포장을 설계할 경우, 강도 및 탄성계수에 대

한 재료물성은 <식 1.1>와 <표 1-2> 및 <표 1-3>을 이용하여 원하는 재령에

서의 각 물성을 추정한다.

- 121 -

<표 1-2> 굵은 골재별 시멘트 콘크리트 슬래브의 강도 및 탄성계수 예측상수

구분 굵은 골재 종류

강도 예측상수

a b

휨강도

화강암 0.81 1.00

석회암 1.72 0.91

사암 1.42 0.93

일반 1.32 0.95

할렬인장강도

화강암 1.33 0.96

석회암 2.39 0.89

사암 1.86 0.93

일반 1.88 0.95

탄성계수

화강암 0.93 0.97

석회암 1.32 0.95

사암 0.95 0.97

일반 1.07 0.96

할렬인장강도를 추정하기 어려운 수준 2의 경우, <표 1-6>에 보인 각 물성

간의 상관관계식을 이용하여, 측정되지 않은 항목의 물성을 추정한다.

fck(t) = fck,28 × t / (a + b × t) <식 1.1>

여기서,

fck(t) = 재령 t에서의 강도 (강도, 및 탄성계수) (MPa)

fck,28 = 재령 28일 설계강도 (MPa) ; 탄성계수는 압축강도 기준

t = 재령 (일)

a, b = 상수

- 122 -

<표 1-3> 강도관련 물성간의 상관관계식 (기본 단위: MPa)

항목 상관관계식

압축강도 → 휨인장강도 휨인장강도 = 0.7851× 압축강도

압축강도 → 할렬인장강도 인장강도 = 0.5932× 압축강도

압축강도 → 탄성계수 탄성계수 = 4968× 압축강도

휨인장강도 → 할렬인장강도 할렬인장강도 = 0.757×(휨인장강도)

(2) 포아송비와 단위중량

설계등급 2로 시멘트 콘크리트 포장을 설계할 경우, <표 1-4>에 제시된 포

아송비 및 단위 중량을 사용한다.

<표 1-4> 굵은 골재별 시멘트 콘크리트 슬래브의 일반적 포아송비와 단위중량

물성 골재 종류 제안값 범위

포아송비

화강암 0.182

석회암 0.176 0.176~0.182

사암 0.178

일반 0.180

단위중량

  

화강암 22.526

석회암 21.918 21.918~23.252

사암 23.252

일반 22.570

(3) 열팽창계수

설계등급 2로 시멘트 콘크리트 포장을 설계할 경우, 열팽창계수는 <표 1-5>

와 같이 골재별로 제안된 값을 사한다.

- 123 -

<표 1-5> 굵은 골재별 시멘트 콘크리트 슬래브의 일반적 열팽창계수

굵은 골재 종류 열팽창계수  

범위 제안값(실험값)

화강암 8.6~12.3 10.7

석회암 7.2~11.3 9.3

사암 11.0~14.3 11.0

일반 8.3~12.6 10.4

(4) 시멘트 콘크리트 슬래브의 건조수축

설계등급 2로 시멘트 콘크리트 포장을 설계할 경우, 건조수축은 형상비 및

골재 종예측하여 설계에 사용한다.

<표 1-6> 굵은 골재별 시멘트 콘크리트 슬래브의 건조수축 예측상수

골재 a1 a2 a3 a4

석회암 362.9 36.71 1.613 0.0372

사암 431 33.3 2.204 0.0194

화강암 397 35 1.2 0.0194

일반 388.5 30 1.908 0.0251

     



× ×   ×exp  ×  <식 1.2>

여기서,

 : 건조수축 변형률(μstrains)

t : 재령 (일)

a1, a2, a3, a4 : 건조수축 예측상수

V/S : 형상비 (mm)