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구조물공

교량 접속부 평탄성 향상 방안 설계처-1462

(2015.05.28)

1 검 토 배 경

□ 산악지 통과노선 다수에 따른 교량 증가추세로 접속부 주행 쾌적성

및 안전성에 대한 고객 요구수준이 지속적으로 향상함에 따라

□ 교량 접속부 침하 최소화 및 접속슬래브 구조안정성 향상을 통하여

교량 접속부 평탄성을 향상하고자 함

※ 新국민행복 100約추진과제 : 교량 접속구간 단차발생 방지

2 추진경위 및 관련기준

 추진경위

□ 교량뒤채움 보강용 그라우팅 호스의 적정성 검토 (구조점11209-37, 2004.12.29)

o 접속슬래브 하부(동상방지층 완료면 상부)에 그라우팅 호스 설치

o 노출단부 보호캡 설치 및 파손되지 않는 재질로 변경

□ 고속도로 포장 평탄성 관리기준 개선 (건설계획처-270, 2009. 1.21)

o 받침슬래브 설치(완충+포장) 및 접속․완충슬래브 포장장비(Paver) 포설

o 평탄성 관리기준 강화 (10cm/km 이하)

□ 교대 뒤채움부 침하경감 방안 (연구개발실-3132, 2010. 4.23)

o 뒤채움부 받침 슬래브(접속+완충) 추가 설치

o 뒤채움 시멘트 혼합 등 재질개선 및 포장 더돗기 방안 강구

□ 접속슬래브 설계도서 개선방안 (연구개발실-1287, 2009. 8.19)

o 힌지철근 연결을 통한 접속슬래브 일체화

□ 보강슬래브 설계기준 검토 (기술심사처-1184, 2012. 6.29)

o 접속슬래브 두께 개선 (40→45cm)

o 콘크리트 강도 개선 (fck=27MPa→ fbk=4.5MPa)

구조물공 ❙ 209

구조물공

 관련기준

□ 개요도

종 단 면 도 평 면 도

교대 접속부(다웰바 접속) 접속+완충슬래브(힌지화, 받침con'c)

□ 접속슬래브 설계기준

구 분 콘크리트포장 아스팔트포장

두 께 (㎜) 450 450

사용피복

(㎜)

상부 150 80

하부 80 80

재료

강도

콘크리트 fbk = 4.5MPa fck = 27MPa

철 근(fy) 400MPa 400MPa

설계방법

유효지간 0.7L 단순보 설계

* L : 6~10m

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3 원인분석 및 문제점

 원인분석 (도로교통연구원, 2012, 2014)

□ 접속부 침하유형

o 공용 중 교량 118개소 침하유형 분석

일반

성토

구간

① 접속슬래브, 완충슬래브, 성토부 일정 침하 (94개소, 79.7%)

일반

성토

구간

② 접속슬래브, 완충슬래브 오목침하, 성토부 일정 침하 (11개소, 9.3%)

절성

경계

구간

③ 접속슬래브, 완충슬래브 오목침하 (13개소, 11.0%)

o 분석결과

- 침하유형 빈도는 ① 〉③ 〉② 순으로 나타났으며, ①의 경우가

79.9%로 가장 많음

- 접속슬래브 뿐만 아니라 완충슬래브에서도 침하 발생

구조물공 ❙ 211

구조물공

□ 뒤채움 시험시공 추적조사 결과 (도로교통연구원, 2015)

노선 교량명 방향 적용 공법 경사도 침하량 분석결과

당진

대전

해월교 대전(A2) 상향캠버(3cm) 1/160 50㎜

경사도 : 불량

침하량 : 보통

평택

제천

칠장천교

제천(A2)

평택(A1)

받침슬래브 1/240 65㎜

경사도 : 양호

침하량 : 불량

서천

공주

용봉2교 서천(A2) 보강슬래브 1/300 30㎜

양호

(교통량 적어

분향교 서천(A2) 보강슬래브 1/300 20㎜ 분석대상 제외)

무안

광주

서광산

IC육교

본선진입

(A2)

시멘트혼합공법 1/160 40㎜

경사도 : 불량

침하량 : 양호

o 받침슬래브를 설치(현 설계적용 중)한 경우 경사도는 양호하나,

침하량이 다소 큰 것으로 분석

o 시멘트혼합공법이 상대적으로 침하량이 작은 것으로 분석

□ 평탄성 불량원인 분석

o 성토부와 교대간의 부등침하에 의한 단차충격(Bumps)

접속부 부등침하 발생 평탄성 불량 원인

급격한 기울기의 변화

212 ❙ 구조물공

- 침하는 흙의 고유한 성질로 장기간에 걸친 침하발생 불가피

- 침하크기는 성토고의 약 0.2~0.5% 발생 (예, H=10m, s≒5cm)

※ 외국 침하사례 : 성토높이의 0.5～1.0%(日本), 0.2～0.4%(미국)

성토체의 부등침하 원인

☞ 성토체의 일정부분 침하는 허용하되, 주행에 불쾌감이 없는

접속부 기울기(1/200*) 이내로 설계 필요

* 노면불연속 구간 포장파손저감 잠정지침(2011.9, 국토해양부) 및 외국의

Long(1998), Wahls(1990) 등이 주행에 불쾌감이 없는 수치로 제시함

 문제점

□ 침하저감을 위한 뒤채움 재질개선 노력 미흡

o 교량 뒤채움재 설계 시 일률적으로 SB-1* 적용

* SB-1 : 최대입경 75mm의 보조기층재(Sub Base)

o 다수의 뒤채움 침하저감 공법을 시험시공*하였으나 추적조사를

통한 검증 미흡으로 새로운 재료의 설계적용 미흡

* 당진～대전선 해월교 등 5개교에 포장 더돗기, 받침슬래브, 보강슬래브,

시멘트혼합공법 등 시험시공 (2008년 도로교통연구원 주관)

□ 접속부 하부 공동발생에 따른 뒤채움 침하 가속화

o 뒤채움재 및 성토체의 압축침하, 배수불량에 의한 접속부 하부

공동 발생 ☞ 접지면적 감소에 따른 침하 가속

※ 공용 중 교량 54개소 코어채취 조사결과(도로교통연구원, 2014)

코어채취 결과 공동분포 공동부 사진

공동깊이 분포 : 대부분 1~2cm 발생(76%)

구조물공 ❙ 213

구조물공

□ 접속슬래브 설계형상 및 연결부 구조적 불합리

o 계산지간과 실 구조거동상 지간 상이 ☞ 과소설계 발생

- 사각이 있는 접속슬래브의 경우 주응력 방향과 철근배근 방향 상이

구조해석 결과 응력방향 지간계산

※ 현행방식 계산지간 7m(10m×0.7), 실제 구조거동상 지간 12.1m(17.3m×0.7)

o 구조적으로 불필요한 헌치 설치(콘크리트 포장용) ☞ 다짐불편

콘크리트 포장 아스팔트 포장

o 교대와 접속슬래브 힌지접합 ☞ 회전발생 및 중앙부 모멘트 집중

- 신축이음 후타와 단차발생 및 교대부 신축이음 파손원인 제공

- 접속슬래브 중앙부 모멘트 집중에 따른 파손우려 및 철근량 과다

접속부 단차발생 힌지접합에 따른 모멘트 분포

중앙부 모멘트 최대 299.3kN

214 ❙ 구조물공

4 개 선 방 안

 침하저감을 위한 뒤채움 공법 변경

□ 접속부 뒤채움 재질 및 공법 개선

설치 개념도 세 부 내 용

o 교대배면 EPS블럭(T=10cm) 설치

o 시멘트혼합층(시멘트 6%) 뒤채움

3단마다 타설

o 받침슬래브 및 좌우 맹암거

(φ=200mm) 설치

o 교대 뒷굽 하부 맹암거 설치

※ 교대 1개소 당 공사비 증액 14백만원 (단가산출서 별첨)

 접속부 하부 그라우팅 시행을 통한 침하 최소화

□ 접속부 그라우팅 범위 조정

o (당초) 접속슬래브 하면 → (변경) 접속 + 완충슬래브 하면

※ 침하패턴 분석결과 완충슬래브까지 침하되는 것으로 분석

□ 개통 전 그라우팅 시행 및 물량 설계반영

o (당초) 유지관리 시 → (변경) 시공 시 + 유지관리 시

구 분 시 공 시 유지관리 시

시행시기 개통 1개월 전

(탄력적 조정 가능)

접속부 침하발생 시

물량(㎥)

성토고의 0.3% ×

접속 및 완충슬래브 면적

유지관리부서 별도 산출

주입호스 PVC(φ16mm) 스테인레스(φ16mm)

※ 교대 1개소 당 공사비 증액 7백만원 (단가산출서 별첨)

구조물공 ❙ 215

구조물공

- 그라우팅 호스 배치 : (당초) PVC(φ16mm) 1열 →

(변경) PVC, 스테인레스(φ16mm) 각 1열

- 시공 시 주입한 그라우팅 호스는 주입 후 절단 및 밀봉

o 유지관리용 주입호스(스테인레스)는 별도 함체 설치 후 함체 내로

인입하여 파손 및 열화 방지

※ 접속부 그라우팅 호스 배치도

 접속슬래브 형상개선을 통한 구조적 안정성 증대

□ 사각이 있는 접속슬래브 형상변경

o 주응력 방향과 실 구조거동에 적합하도록 접속슬래브 형상 변경

- (당초) 사다리꼴 → (개선) 평행사변형

평행사변형 접속슬래브 주철근 배근도

o 철근량 25% 감소 및 공사비 절감 (27백만원/교량 1개소)

216 ❙ 구조물공

□ 콘크리트 포장용 접속슬래브 헌치 삭제

o 헌치 하부 토공 및 콘크리트 다짐효과 증대로 시공효율 향상

당 초 변 경

□ 교대와 접속슬래브 접합방법 변경 (힌지 ⇒ 고정)

※ 시험시공 후 확대적용 방안 검토

o 회전발생 예방으로 신축이음 파손 방지 및 중앙부 모멘트 분배

주철근 조립도 모멘트도

중앙부 모멘트 299.3kN→191.3kN(감 36%)

o 철근량 13% 절감 및 공사비 절감 (4백만원/교량 1개소)

5 결론 및 적용방안

□ 결 론

◦ 침하저감을 위한 뒤채움 공법 변경

- 교대배면 EPS, 시멘트혼합층(시멘트 6%), 맹암거 추가 설치

◦ 접속부 하부 그라우팅 시행을 통한 침하 최소화

- 그라우팅 범위 조정 : 접속슬래브 → 접속+완충슬래브

- 그라우팅시행시기변경: 유지관리시→시공 시(개통1개월전) + 유지관리시

- 유지관리용 그라우팅 호스 개선(스테인레스) 및 함체 설치

구조물공 ❙ 217

구조물공

◦ 접속슬래브 형상개선을 통한 구조적 안정성 증대

- 사각이 있는 접속슬래브 형상변경 : 사다리꼴 → 평행사변형

※ 접속슬래브 표준도(변경)는 7월 중 작성 송부 예정

- 콘크리트 포장용 접속슬래브 헌치 삭제

- 교대와 접속슬래브 접합방법 변경 : 힌지 → 고정

※ 시험시공 후 확대적용 방안 검토

□ 적용방안

◦ 설계중인 노선 : 본 기준 적용

◦ 공사중인 노선 : 공사주관(시행)부서에서 적용여부 판단

별 첨 : 단가산출서 1부.