282 ❙ 포장공

66

포 장 공

고속도로 콘크리트 포장 종방향 타이닝구간

횡방향 떨림 개선방안

설계처-2870

(2016.09.30)

1 검 토 목 적

콘크리트 포장 종방향 타이닝 시행구간에서 횡방향 떨림으로 인한

주행 안전성 민원 및 부정적인 언론보도가 발생함에 따라 원인분석

및 대책을 강구하고자 함

2 추진경위 및 현실태

 추진경위

□ 시멘트콘크리트포장의거친면마무리개선방안수립(설계처, ‘03. 9)

o 종방향 타이닝최초 도입(횡방향타이닝 병행적용)

□ 평택제천선(안성~음성) 종방향 타이닝 전면 적용(2007 ~ 2008년)

□ 콘크리트 포장 소음 저감방안 통보 (설계처, ‘08. 12)

o 종타이닝확대적용(기준:순간격18mm,깊이3mm이상),횡타이닝삭제

□ 국정감사 질의(최규성 의원) (2010. 10)

□ 국정감사 질의(강기정 의원, 이찬열 의원) (2011. 9)

□ 콘크리트 포장 종방향 타이닝 최적 시공 방안 수립 (녹색환경처, 2011. 9)

o 시방기준 준수 및 현장 배합관리 철저

o 타이닝 장비 개선(흔들림방지, 간격유지 고정장치, 인상장치 등)

□ 종방향 타이닝 규격개선 (고속도로공사전문시방서, 2012. 10)

o 시방기준(W×D×S) : 3±0.5 × 3±1.5 × 19±1.0mm(중심간격)

폭 : 3mm ± 0.5mm

깊이 : 3mm ± 1.5mm

중심간격 : 19mm ± 1.0mm

설계행정

포장공 ❙ 283

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

 현실태

□ 횡방향 떨림 민원발생 (별첨)

개통연도 노 선 연장(km) 민원건수

2008 평택제천(남안성～북진천) 85 7

2009 순천완주선 등 5개 노선 608 55

2012 남해선(목포광양) 등 2개 노선 302 6

2013 평택제천(대소～동충주) 182 0

2014 중앙지선(김해～대동) 36 0

2015 광주대구선 등 2개 노선 315 0

* 민원건수는 홈페이지(고객의 소리) 접수민원이며 연장은 1차로 기준으로 산정

o 2009년 개통 노선에서 민원이 81%로 가장 많으며, 2012년 이후

개통노선에서는 민원발생 감소 추세 (전화민원 간헐적 제기)

* 종방향 타이닝 시공정밀도 향상 및 이용차량 적응에 기인한 것으로 추정

□ 종방향 타이닝 하자보수

개통연도 2008년 2009년

구 분 계 평택제천

(남안성~북진천)

동해선

(현남~하조대)

서울양양

(춘천~동홍천)

순천완주

(순천~완주)

중부내륙

(여주~북여주)

호남선

(논산~삼례)

보수금액

(억원)

167 32 4 5 94 10 22

보수/시공

(km/1차로)

237/693 45/85 5/8 7/15 134/471 14/68 32/46

o ‘08~’09년 개통 6개 노선 비교결과 종방향 타이닝 시공연장의

약 34%인 237km/차로 하자보수 시행 (167억원 소요)

□ 부정적 언론보도

전북연합신문(‘11.7) 소비자고발(‘11.8) KBS뉴스(‘16.4) 연합뉴스(‘16.5)

284 ❙ 포장공

3 해외사례 및 원인분석

 해외사례

□ 미 국

o 주별 콘크리트 포장 표면처리 적용현황 조사결과 18개 주 중

8개(44%) 주에서 종방향 타이닝을 적용할 수 있도록 규정(별첨)

o 종방향 타이닝 구간 안전성 검토 (도교원 연구결과, ‘11. 10)

- 종․횡방향 타이닝 구간 연평균 발생 교통사고가 유사(42건,

1991~1998)하므로 안전성에 큰 문제없음(Alex D. 외 연구, 2007)

- 미국 주 교통국 전문가 의견 청취* 결과 횡방향 떨림에 대한

민원이 제기되었으나 지속적이지 않았음

* California DOT, Washington DOT, IOWA DOT 전문가 의견청취

□ 일 본

o 고속도로는 횡방향 그루빙*을 표준으로 채택하고 있으며, 소음

저감이 필요한 개소에 대하여 골재노출공법**을 시험 적용

* 횡방향 그루빙 : 지름 3mm의 피아노선을 횡단방향으로 3cm 간격 정도로

횡행시키고, 깊이 1～2mm의 그루빙을 시공

** 골재노출공법 : 콘크리트를 타설하고 지연제 살포 후 골재를 노출

시키는 방법

□ 유 럽

국가 적용공법 특 성

벨기에, 프랑스

오스트리아

골재노출공법

- 콘크리트 포장 저소음 관점에서

소립경(8~4mm) 골재노출공법 적용

영국, 포르투갈 횡방향 그루빙 - 소음이 다른 마감방법에 비해 높음

스페인, 독일

종방향 조직면

마감

- 연한 플라스틱 브러쉬 등을 이용

하여 종방향 마감

설계행정

포장공 ❙ 285

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

 원인분석

□ 횡방향 떨림 발생 메커니즘

o (횡방향 떨림이란?) 노면과 타이어 홈과의 맞물림으로 인해

차량 주행중에 횡방향으로 순간 밀리는 느낌의 현상이며 연속적이

아닌 간헐적으로 발생 (그루브 원더링, Groove Wandering)

o (발생원인) 주행시 타이어의 홈이 노면의

홈에 미끌리거나 부딪치면서 순간적인

횡가속력에 의해 차량이 일시적으로 한쪽

으로 쏠림 <횡방향 떨림 메커니즘>

* 타이어패턴의종그루브인자에따른그루브원더링및소음특성연구(한국기계가공학회지, 2011)

※ 국내․외 타이어 제조社횡방향 떨림 분석방법

구 분

홈 맞물림 이론(1977년)

(Tread Element Trapping Theory)

횡응력 이론(2000년)

(Lateral Stress Theory)

기 본

개 념

·노면 홈과 타이어 홈 사이의 최단거리

계산(항상 홈 왼편 기준)

·인접한 두 개의 홈이 동시에 빠지면

횡방향 떨림 발생 확률 높음

·타이어 블록부분이 노면 홈에 빠지는

경우의 횡력 계산(좌우방향 고려 가능)

·노면 홈 간격 내에서 1mm 씩 옮겨가며

횡력 산출

판 정

기 준

·이격거리가5.0 이상시횡방향떨림없음

·값이 작을수록 횡방향 떨림 발생률 높음

(인접한 홈에 동시에 빠짐)

·표준편차 2.0 이하 시 횡방향 떨림 없음

·표준편차 분산도가 클수록 횡방향 떨림

발생률 높음(좌우 횡력변화 큼)

286 ❙ 포장공

□ 종방향 타이닝의 시공불량

o 종방향 타이닝의 간격, 홈깊이, 선형 등 정밀시공 미흡

간격 미 준수 홈 깊이 불량 선형 불량

※ 최근 개통노선 샘플 측정결과

- 평택제천선 81.38km(제천방향, 1차로), 2015년 개통

최대 38mm

최소 8mm

- 광주대구선 1.5km(대구방향, 1차로), 2015년 개통

최대 29mm

최소 12mm

□ 기 타

o 주행속도, 선형무늬로 인한 심리적 요인, 노면 평탄성 등에 따른 영향

□ 분석결과

o 노면과 타이어 홈과의 맞물림, 타이닝 규격 정밀시공 미흡 등

다양한 원인으로 발생하며 정확한 원인분석 및 개선방안 강구를

위하여 세부 연구 추진 필요

설계행정

포장공 ❙ 287

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

4 문 제 점

□ 횡방향 떨림 원인분석 및 최적 타이닝 규격 등 세부연구 미흡

o 기존 해석이론을 통한 개략적인 원인분석 및 횡방향 떨림 평가는

가능하나 근본적인 원인분석 및 최적규격에 관한 세부연구 미흡

o 횡방향 떨림 측정방법, 허용기준 등 객관적, 정량적 판단기준 미정립

☞ 민원발생 시 대응 곤란 및 하자관리 어려움

□ 타이어 제조 시 횡방향 떨림에 대한 검증제도 미정립

o 타이어의 중점기능에 따라 패턴 설계 ☞ 홈의 형상, 규격 다름

* 에너지 절감형 → 노면 접지부 최소화 및 접지압을 낮게 하기 위한 홈 설계

※ 타이어 제품 및 종방향 홈의 종류

- 국내 시판중인 타이어제품은 약 2,631종이며,

대부분 홈의 형상과 규격이 다름

* 김천 타이어매장(한국, 금호)의 전제품(126종) 확인결과

홈(형상, 규격)이 같은 제품은 2종류(2%)로 조사됨

- 국산 1,135종(점유율 90%) + 외산 1,496종

(한국, 금호, 넥센) (미쉐린, 굳이어, 던롭, 피렐리, 브리지스톤)

<타이어 부위 및 기능>

❶ 마모한계선 ❷ 블 록 (제동력)

❸ 홈(배수) ❹ 사이프 (접지력)

o 타이어 신제품 출시 전 고속도로 횡방향 떨림 발생여부에 대한

확인이 미흡한 상태로 제품 출시

□ 종방향 타이닝 시공환경 불량으로 간격 등 규격유지 곤란

o 설계반영 된 종방향 타이닝 장비의 사양 낮음 (센서 無, 휠 방식)

o 타이닝 장비 강선손료 및 전담인력 설계 미반영

o 길어깨측 린 콘크리트 포장 여유폭 부족으로 인한 타이닝 장비

주행성 불량 (린 콘크리트 여유폭 : 0.1m)

288 ❙ 포장공

□ 국내 여건에 맞는 타이닝 규격 개발 노력 부족

o 국내 시공 및 환경 특성이 다름에도 미국 종방향 타이닝 규격

도입 후 변경없이 지속 사용 (차량및타이어의규격, 과속등운전습관차이)

o 다양한 종방향 타이닝 규격 시험시공을 통한 경험 및 노하우

축적 노력 부족

* 횡방향 떨림에 관한 체계적 이론 미정립에 따른 경험공학적 접근 필요

5 개선방안 검토

중 기 추 진 과 제 (2017~2018)

▣ (연구분야) 횡방향 떨림 원인분석 및 대책 수립을 위한 세부연구 추진

단 기 추 진 과 제 (2016)

▣ (제도개선) 타이어 제조社와의 업무협약 체결 추진

▣ (설계분야) 종방향 타이닝 정밀시공을 위한 시공환경 개선

▣ (시험시공) 경험공학적 접근을 통한 최적규격 개발 추진

 원인분석 및 대책 수립을 위한 공동연구 추진(도교원, 설계처, 타이어사)

□ 연구내용

o 횡방향 떨림 영향인자* 상관관계 분석을 통한 원인분석

* 타이어 및 차량의 규격, 타이닝의 규격 및 선형, 주행속도, 평탄성, 시각효과 등

o 횡방향 떨림 방지를 위한 종방향 타이닝 최적규격 연구

* 시험시공 결과분석, 유한요소해석을 통한 최적 타이닝 규격 개발

o 횡방향 떨림 측정방법 및 허용기준 제시

o 종방향 타이닝 대체공법 연구 (골재노출포장 등)

□ 시행방법 : 도로교통연구원 연구과제로 추진 (2017~2018)

설계행정

포장공 ❙ 289

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

 타이어 제조社와의 업무협약 체결 추진 (설계처, 도교원)

□ 협약내용

o (타이어 社) 신제품 출시 전 횡방향 떨림 검증제도 도입

․고속도로 종방향 타이닝 표준규격에 대한 횡방향 떨림 발생

여부 검토 (홈 맞물림 이론, 횡응력 이론, 유한요소해석 등)

․전문 테스트 드라이버에 의한 시험주행 실시 의무화

o (도공) 시험주행을 위한 테스트베드 조성 (건설처, 도교원) (별첨)

․건설 중 노선(안동~영덕 사업단), 시험도로 각 1개소 조성

* 그루빙 공법 시행(정확한 규격 준수) 및 최소연장 0.5km 시행

․횡방향 떨림에 관한 공동 연구 및 정기적인 기술 교류

□ 협약체결 대상社: 금호, 넥센, 한국타이어 (2016년)

* 한국산업표준규격(KS)에 시험주행 등 검증과정 도입 검토

 종방향 타이닝 정밀시공을 위한 시공환경 개선 (설계처)

□ 최신 자주식 종방향 타이닝기 설계 반영

☞ 장비 정밀도 향상으로 종방향 타이닝 설계규격 형성 가능

구 분 당 초 개 선

개 요

자주식 타이닝기(TCM 950) 자주식 타이닝기(TCM 1800)

특 징

- 센서 無, 휠 방식으로 장비

주행성 저하

- 센서 有, 무한궤도 방식으로

장비 주행성 향상

단 가 2,859원/㎥ 3,170원/㎥(311원↑, 11%)

290 ❙ 포장공

□ 타이닝 장비 강선 손료 및 시공관리 전담인력 반영

☞ 주기적인 타이닝 강선 교체(2회/년) 및 시공관리를 위한 전담

인력 배치로 품질 향상 도모

구 분 당 초 개 선

개 요

- 강선 손료 미반영

- 타이닝 전담인력 설계

미반영

- 강선 손료 반영

- 타이닝 전담인력(특별인부 1인)

반영

특 징

- 강선 교체없이 장기간 사용

으로 녹발생 및 변형 과다

- 실제 시공 시 전담인력 1인

투입하나 설계 미반영

- 강선 손료(280만원) 반영으로

규격 지속 유지

- 타이닝 시공관리 전담인력 배치

(녹색환경처-3542, ‘11.9.23)

단 가 3,170원/㎥ 3,364원/㎥(194원↑, 6%)

□ 길어깨측 린 콘크리트 포장 여유폭 확대

☞ 장비 주행성 향상으로 포장 평탄성 및 타이닝 규격 유지

구 분 당 초 개 선

개 요

린 콘크리트 여유폭 : 0.1m 린 콘크리트 여유폭 : 0.9m

특 징

- 포설 및 타이닝 장비 트랙의

선택층 또는 노상 주행

- 포설 및 타이닝 장비 트랙의

린 콘크리트 주행

공사비 1,266백만원/km 1,271백만원/km (5백만원↑)

설계행정

포장공 ❙ 291

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

 시험시공을 통한 경험축적으로 최적규격 개발 (설계처, 건설처, 도교원)

□ 종방향 타이닝 시험시공 규격 검토

o 타이닝 홈 폭 : 2mm 시험시공

* 기존 이론분석(홈 맞물림 및 횡응력이론) 결과 횡방향 떨림에 가장 안전

※ 홈의 폭 변화에 따른 기존이론 연구결과 (도교원, 2011. 10)

중형(소나타급) 준중형(아반테급) 소형(마티즈급)

- 노면 홈 폭이 커질수록 횡방향 떨림 발생 가능성 높아짐

- 노면 홈 폭 2mm 경우 모든 차종에서 횡방향 떨림 발생 가능성 없음

o 타이닝 홈 간격 : 16mm 시험시공

* 양북1터널(3×3×16mm) NGCS 시험시공 결과 금성터널(4×4×18mm)

시공 규격보다 쾌적성 더 우수

□ 시험시공 계획

o 시험시공 위치 및 규격

사업단 공구 이 정 차로 규 격

안동영덕

11 STA.3+900~4+840(영덕방향) 1, 2 2×3×19mm

13 STA.0+000~0+930(양방향)

1 2×3×16mm

2 3×3×16mm

o 시험시공 시기 : ‘16. 10

o 추적조사(도로교통연구원 합동 조사) 후 확대시행 여부 검토

* 미끄럼저항성, 소음저감 효과, 횡방향 떨림 발생여부 추적조사

홈폭 홈폭 홈폭

292 ❙ 포장공

6 결론 및 적용방안

 결 론

□ 종방향 타이닝 구간 횡방향 떨림 근본적 원인분석 및 대책

수립을 위한 공동연구 추진 (도교원, 설계처, 타이어사)

o 도로교통연구원 연구과제로 추진 (2017~2018)

□ 타이어 제조社와의 업무협약 체결 추진 (설계처, 도교원)

o (타이어社) 신제품 출시 전 횡방향 떨림 검증제도 도입

o (도공) 시험주행을 위한 테스트베드 조성 (2016년, 건설처, 도교원)

□ 종방향 타이닝 정밀시공을 위한 시공환경 개선 (설계처)

o 최신 자주식 종방향 타이닝기 설계 반영 (센서 有, 무한궤도 방식)

o 타이닝 장비 강선 손료 및 시공관리 전담인력 반영

o 길어깨측 린 콘크리트 포장 여유폭 확대 (0.1m→0.9m)

□ 시험시공을 통한 경험축적으로 최적규격 개발 (설계처, 건설처, 도교원)

o 타이닝 홈 폭 2mm, 간격 16mm로 조정하여 시험시공

o 추적조사 후 확대시행 여부 검토

 적용방안

□ 설계중인 노선 : 본 기준 적용

□ 공사중인 노선 : 공사주관(시행)부서에서 적용여부 판단

별 첨 1. 종방향 타이닝 구간 민원발생 현황

2. 미국 주별 콘크리트 포장 표면처리 적용현황

3. 시험주행을 위한 테스트베드 조성계획

4. 종방향 타이닝 단가산출서(변경)

설계행정

포장공 ❙ 293

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

별첨 4 종방향 타이닝 단가산출서(변경)