5

2. 사전 설계절차

도로포장 구조 설계 요령

2. 사전 설계절차

2.1 적용범위

(1) 도로포장의 설계구간 연장 결정에 적용한다.

(2) 도로포장의 형식 결정에 적용한다.

(3) 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계등급 결정에 적용한다.

(4) 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계대안 단면결정에 적용한다.

2.2 설계구간 길이 결정

(1) 설계구간 길이는 교통량을 우선으로 결정, 동일 교통량 구간 내에는 노상재료

의 탄성계수에 기초하여 결정한다.

(2) 최소 포장설계구간 길이는 750m로 한다. 최소 포장설계구간은 성토부를 기준

으로 한다. 단, 절토부는 성토부의 포장단면을 연장하는 것을 원칙으로 한다.

(3) 포장설계구간 길이 결정을 위해서는 포장두께 결정이 선행되어야 하며, 포장

두께 결정은 설계등급에 따라 이루어진다.

【해 설】

일정두께의 포장단면을 유지하는데 필요한 포장설계구간 연장을 결정한다. 포장단

면은 교통량 또는 하부구조의 탄성계수가 급격히 변하지 않는 한 동일단면을 유지한

다. 포장단면을 짧은 구간에서 여러 번 변화시키는 것은 시공을 번잡하게 하고 시공단

가를 상승시키며 시공불량을 초래할 수 있다. 포장설계구간 연장은 교통량을 우선으로

결정하며, 동일 교통량 구간내에서는 설계입력물성치인 노상재료의 탄성계수에 기초하

여 결정한다. 입상 보조기층 및 입도조정 쇄석기층 재료는 선별된 재료원으로부터 획

득함으로 동일 생산된 재료의 탄성계수 차이가 크지 않다.

단면두께를 일정하게 유지하는 최소 포장설계구간 연장(기본구간)은 750m로 한다.

최소 포장설계구간은 성토부를 기준으로 하며, 절토부는 성토부의 포장단면을 적용하

는 것을 원칙으로 한다.

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Ⅱ. 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계

포장설계구간 연장 결정을 위해서는 포장두께 결정을 위한 절차가 선행되어야 한다.

포장두께 결정은 설계입력값으로서 노상과 입상보조기층 및 입도조정 쇄석재료에 대한

탄성계수 결정(설계등급 1 및 설계등급 2만 해당)을 통해 이루어진다. 여기에서 노상

의 탄성계수 결정을 위해 예상 도로선형 통과구간 지역 또는 토취장에서 노상재료로

사용할 수 있는 흙 시료를 필요한 수량만큼 채취하여야 한다. 노상재료를 사용하여 탄

성계수를 결정하기 위해서는 시험굴(Test Pit)조사를 통해 충분한 양의 교란된 흙 시

료를 확보하고, 탄성계수 결정에 필요한 시험을 부록 2. 「포장 하부구조 재료의 설계

입력변수 평가 시험법」에 따라 계획적으로 실시하여야 한다. 시험굴 조사는 예정 토

취장에서 최소 5개소 또는 예상 도로선형 통과구간 지역의 절토부에서 250m 간격으로

실시한다. 시험굴 조사에 대한 상세한 내용은 「도로공사 지반조사 기준」을 참조한다.

설계등급 1에서는 시험굴 당 최소 6개의 삼축압축시험을 위한 시편을 제작할 수 있

는 양의 흙 시료를 확보하여야 하며, 설계등급 2에서는 탄성계수 결정을 위한 기초물

성시험에 사용할 충분한 양의 흙 시료를 채취하여야 한다. 충분한 양의 흙 시료를 확

보하지 못할 경우 시편수의 감소에 따라 단면의 증가를 초래하여 비경제적인 도로설계

를 초래할 수 있음에 유의하여야 한다. 시험용 흙 재료로부터 시험굴 당 1개씩의 평균

설계 탄성계수(Eavg)가 확보되면 서로 인접한 시험굴 위치에서의 평균 설계 탄성계수를

비교하여 단면변화 여부를 결정한다.

설계등급 1에서는 아래의 절차에 따라 포장설계단면과 포장단면연장을 결정한다.

1) 하부구조 설계입력 물성 평가

① 설계대상 구간에서 선정 채취된 노상토 및 예상 재료원으로부터 획득된 입상 보조

기층, 입도조정기층인 쇄석기층 재료에 대하여 삼축압축시험을 실시한다.

② 삼축압축시험 결과를 이용하여 하부구조 구성재료의 탄성계수를 결정한다.

2) 포장설계구간 연장 결정

① 노상토와 입상 보조기층 및 입도조정 쇄석기층 재료의 대표탄성계수를 이용하

여 해당 기본구간(750m)에서의 포장단면을 결정한다.

② 노상토와 입상 보조기층 및 입도조정 쇄석기층 재료의 탄성계수 변화를 검토하

여 하나의 포장단면으로 설계하는 구간 연장을 아래의 순서에 따라 결정한다.

- 연접 설계구간과 해당 설계구간 사이 노상의 평균 탄성계수비가 세 배 미만

이면 탄성계수가 작은 구간의 포장 단면을 연접구간까지 연장한다.

- 만일 연접 두 구간에서의 평균 탄성계수가 세 배 이상 차이가 발생하면 두

7

2. 사전 설계절차

도로포장 구조 설계 요령

구간의 평균 탄성계수를 이용하여 포장단면을 각각 달리 설계한다.

- 평균 탄성계수가 세 배 이상 차이가 발생하는 경우라도 하나의 구간 연장이

750m 이하이면 별도의 설계구간으로 구분하지 않는다.

③ 예외조항

- 구조물과 토공 구간의 접속부 또는 흙쌓기와 흙깎기 경계 구간 등은 시공성

을 고려하여 단면두께를 달리할 수 있다.

- 불연속구간에 대한 포장단면 결정은 별도로 규정한다 (「노면 불연속구간 설

계지침」 참조).

- 터널구간의 포장단면 결정은 별도로 규정한다(「터널내 포장설계지침」참조).

설계등급 2에서는 아래의 절차를 이용하여 포장설계 단면과 포장단면 연장을 결정한다.

1) 하부구조 설계입력 물성 평가

① 설계대상 구간에서 선정 채취된 노상토 및 예상 재료원으로부터 획득된 입상 보조

기층, 입도조정 쇄석기층 재료에 대하여 다짐시험과 체가름 시험 등 기초 물성시

험을 수행한다.

② 기초 물성시험 결과를 이용하여 하부구조의 모델계수 k1, k2, k3를 결정한다.

③ 하부구조 모델계수와 20개의 응력조합(부록 2.「포장 하부구조 재료의 설계입력변

수 평가 시험법」참조)을 이용하여 평균 설계 탄성계수를 결정한다.

2) 포장단면 연장 결정

① 노상토와 입상 보조기층 및 입도조정 쇄석기층 재료의 평균 설계 탄성계수를

이용하여 해당 기본 구간(750m)에서의 포장단면을 결정한다.

② 노상토와 입상 보조기층 및 입도조정 쇄석기층 재료의 탄성계수 변화를 검토하

여 하나의 포장단면으로 설계하는 구간 연장을 아래의 순서에 따라 결정한다.

- 연접 설계구간과 해당 설계구간 사이의 평균 탄성계수비가 세 배 미만이면

탄성계수가 작은 구간의 포장단면을 연접구간까지 적용한다.

- 만일 연접 두 구간에서의 평균 탄성계수가 세 배 이상 차이가 발생하면 두

구간의 대표 탄성계수를 이용하여 포장단면을 각각 달리 설계한다.

- 평균 탄성계수가 세 배 이상 차이가 발생하는 경우라도 하나의 구간 연장이

750m 이하이면 별도의 설계구간으로 구분하지 않는다.

③ 예외조항

- 구조물과 토공 구간의 접속부 또는 흙쌓기와 흙깎기 경계 구간 등은 시공성

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Ⅱ. 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계

을 고려하여 단면두께를 달리할 수 있다.

- 불연속구간에 대한 포장단면 결정은 별도로 규정한다 (「노면 불연속구간 설

계지침」참조)

- 터널구간의 포장단면 결정은 별도로 규정한다(「터널내 포장설계지침」참조).

<그림 2.1> 포장설계구간 연장 결정 절차

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2. 사전 설계절차

도로포장 구조 설계 요령

2.3 포장형식 결정

도로포장 구조 설계 초기에 적합한 포장 형식(아스팔트 콘크리트 포장 또는 시멘

트 콘크리트 포장)을 선정하도록 한다. 포장 형식 선정을 위해 공용성을 고려한

생애주기비용분석을 통해 비용 효율적인 포장형식을 결정한다.

【해 설】

포장형식 결정에 관한 설명은 본 요령 「Ⅰ편 아스팔트 콘크리트 구조 설계요령 2.3

포장형식결정」의 해설편을 참조한다.

2.4 설계등급 결정

(1) 도로포장 구조 설계에서는 도로의 중요도와 교통량 등에 따라 설계등급을 결

정한다.

(2) 설계등급은 설계등급 1, 설계등급 2 및 설계등급 3으로 구분하여 각각의 설계

등급에 따라 재료물성 및 교통량을 결정한다.

(3) 필요에 따라 설계입력변수 중 일부를 상위등급의 방법으로 결정하여 사용할

수 있다.

【해 설】

설계등급 결정에 관한 본 요령 「Ⅰ편 아스팔트 콘크리트 구조 설계요령 2.4 설계등

급 결정」의 해설편을 참조한다.

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Ⅱ. 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계

2.5 설계대안 단면 결정

(1) 포장형식 선정 후 각 포장의 기본설계 단면으로부터 설계대안 단면을 최소 3

개 이상 결정한다.

(2) 기본단면은 고속국도, 일반국도, 지방도로 구분하여 <그림 2.1>과 같이 적용한다.

(3) 설계대안 중 표층 재료는 시멘트 콘크리트 혼합물을 사용한다. 표층에 사용되

는 시멘트 콘크리트 혼합물용 골재는 40mm 또는 32mm를 사용할 수 있으며

포틀랜드 시멘트(1종~5종), 특수시멘트, 혼합시멘트를 사용할 수 있다.

(4) 설계대안 중 기층 재료는 빈배합 콘크리트 골재의 표준입도를 사용한다.

(5) 설계대안 중 보조기층 재료는 입도번호 SB-1, SB-2를 사용할 수 있다.

(6) 포장재료 물성과 교통량은 “제3장 설계입력변수”에 의해 결정한다.

(7) 설계대안 단면에 대한 구조해석(제4장)과 공용성해석(제5장)을 통해 기준에

적합한 설계대안 단면들을 선정한다.

(8) 선정된 설계대안 단면들의 경제성 분석(제6장)을 통해 최적의 단면을 결정한다.

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2. 사전 설계절차

도로포장 구조 설계 요령

【해 설】

가. 기본단면 설정

포장형식이 선정되면 각 형식의 기본 단면으로부터 설계대안 단면을 결정한다. 각각

의 기본단면은 <그림 2.1>과 같다. 기본단면으로부터 각 포장형식별 대안설계 방법을

통해 다양한 대안을 수립할 수 있다.

<그림 2.2> 시멘트 콘크리트 포장의 기본 설계 단면

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Ⅱ. 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계

나. 대안단면 결정

임의로 결정한 기본단면의 두께를 <그림 2.3>에서 나타난 절차에 따라 포장층 두께

를 변화시켜 대안을 결정한다. 이 때 각 층의 기본 물성을 설계 해석 프로그램에 입력

한 결과로 얻어진 공용성 데이터를 바탕으로 대안을 작성한다.

<그림 2.3> 대안 단면에 대한 해석 절차

앞 절의 포장형식선정 논리를 통하여 포장의 형식이 시멘트 콘크리트 포장으로 선정

되었을 경우, 주어진 예비단면에 대한 구조해석과 공용성 해석을 반복적으로 수행하면

서 최적의 단면을 찾는 과정을 거치게 된다.

1) Step 0. 시멘트 콘크리트 구조해석 및 공용성 평가를 통한 수명산정

① 초기 설계단면을 이용하여 각 층의 두께, 물성 등을 산정한다.

② 산정된 두께와 물성을 이용하여 시멘트 콘크리트 포장설계 해석 프로그램을 이

용하여 공용성을 평가한다.

③ 공용성 평가결과에 따라 합리적인 시멘트 콘크리트 포장 구조체 설계단면을 산정한다.

③-1 <그림 2.4>의 왼쪽 그림과 같이 공용성 평가결과로부터 산정된 수명이 실제

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2. 사전 설계절차

도로포장 구조 설계 요령

설계수명보다 클 경우, Step 1.로 이동하여 단면을 감소시킨다.

③-2 공용성 평가결과로부터 산정된 수명과 실제 설계수명이 20% 이내의 차이를

보일 경우, Step 3.으로 이동하여 경제성 분석을 위한 대안단면으로 선정한다.

③-3 <그림 2.4>의 오른쪽 그림과 같이 공용성 평가결과로부터 산정된 수명이

실제 설계수명보다 작을 경우, Step 2.로 이동하여 단면을 증가시킨다.

공용성 공용성

기설계준 기설계준

설계년 수공용

공용 설계년 수공용 공년수용 년수

<그림 2.4> 과소 설계 및 과다 설계 예시

2) Step 1. 과다설계

① 상황에 맞는 설계자의 판단에 의하여, 표층을 변경하고자 할 경우 2번 단계로

이동하고, 기층을 변경하고자 할 때는 3번 단계로, 보조기층을 변경하고자 할

때는 4번 단계로, 줄눈 간격을 변경하고자 할 경우는 5번 단계로 이동한다.

② 표층의 재료를 하향시킬 수 있을 경우, 하향시키고자 하다면 ②-1번 단계로 이동한

다. 표층의 재료를 하향시킬 수 없는 경우, 혹은 하향하고 싶지 않을 경우에는 ②

-2번 단계로 이동한다.

②-1 표층의 재료를 하향시켜 변경한 후 Step 0. 으로 이동하여 구조해석 및 공

용성 재평가를 실시한다.

②-2 표층의 두께를 3cm 감소시킨다. 감소된 두께가 시멘트 콘크리트 포장구조체

설계기준에 제시된 표층의 최소두께보다 클 경우에는 Step 0. 으로 이동하여

구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 감소시킨 표층의 두께가 최소두

께보다 작을 경우 표층의 두께는 원래의 두께로 되돌린 후 2번 단계로 이동하

여 재료를 하향시키거나, 1번 단계로 이동하여 다른 층의 변경을 모색한다.

③ 기층의 재료를 하향시킬 수 있을 경우, 하향시키고자 하다면 ③-1번 단계로 이

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Ⅱ. 시멘트 콘크리트 포장 구조 설계

동한다. 기층의 재료를 하향시킬 수 없는 경우, 혹은 하향하고 싶지 않을 경우에

는 ③-2번 단계로 이동한다.

③-1 기층의 재료를 하향시켜 변경한 후 Step 0. 으로 이동하여 구조해석 및 공

용성 재평가를 실시한다.

③-2 기층의 두께를 5cm 감소시킨다. 감소된 두께가 시멘트 콘크리트 포장구조체

설계기준에 제시된 기층의 최소두께보다 클 경우에는 Step 0. 으로 이동하여

구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 감소시킨 기층의 두께가 최소두

께보다 작을 경우 기층의 두께는 원래의 두께로 되돌린 후 3번 단계로 이동하

여 재료를 하향시키거나, 1번 단계로 이동하여 다른 층의 변경을 모색한다.

④ 보조기층의 두께를 10cm 감소시킨다. 감소된 두께가 시멘트 콘크리트 포장 구조

체 설계기준에 제시된 보조기층의 최소두께보다 클 경우에는 Step 0. 으로 이동

하여 구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 감소시킨 보조기층의 두께가

최소두께보다 작을 경우 보조기층의 두께는 원래의 두께로 되돌린 후 1번 단계

로 이동하여 다른 층의 변경을 모색한다.

⑤ 줄눈 간격을 50cm 증가시킨다. 증가된 줄눈 간격이 시멘트 콘크리트 포장 구조

체 설계기준에서 제시된 줄눈 최대 간격보다 작을 경우에는 Step 0. 으로 이동

하여 구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 증가시킨 줄눈 간격이 최대

간격보다 클 경우 줄눈을 원래의 간격으로 되돌린 후 1번 단계로 이동하여 포장

층 두께의 변경을 모색한다.

3) Step 2. 과소설계

① 상황에 맞는 설계자의 판단에 의하여, 표층을 변경하고자 할 경우 2번 단계로

이동하고, 기층을 변경하고자 할 때는 3번 단계로, 보조기층을 변경하고자 할

때는 4번 단계로, 줄눈 간격을 변경하고자 할 경우는 5번 단계로 이동한다.

② 표층의 재료를 상향시킬 수 있을 경우, 상향시키고자 한다면 2-1번 단계로 이동

한다. 표층의 재료를 상향시킬 수 없는 경우, 혹은 상향하고 싶지 않을 경우에는

2-2번 단계로 이동한다.

②-1 표층의 재료를 상향시켜 변경한 후 Step 0. 으로 이동하여 구조해석 및 공

용성 재평가를 실시한다.

②-2 표층의 두께를 3cm 증가시킨다. 증가된 두께가 시멘트 콘크리트 포장 구조

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2. 사전 설계절차

도로포장 구조 설계 요령

체 설계기준에 제시된 표층의 최대두께보다 작을 경우에는 Step 0. 으로 이

동하여 구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 증가시킨 표층의 두께

가 최대두께보다 클 경우 표층의 두께는 원래의 두께로 되돌린 후 2번 단계

로 이동하여 재료를 상향시키거나, 1번 단계로 이동하여 다른 층의 변경을

모색한다.

③ 기층의 재료를 상향시킬 수 있을 경우, 상향시키고자 하다면 ③-1번 단계로 이동

한다. 기층의 재료를 상향시킬 수 없는 경우, 혹은 상향하고 싶지 않을 경우에는 ③

-2번 단계로 이동한다.

③-1 기층의 재료를 상향시켜 변경한 후 Step 0. 으로 이동하여 구조해석 및 공

용성 재평가를 실시한다.

③-2 기층의 두께를 5cm 증가시킨다. 증가된 두께가 시멘트 콘크리트 포장 구조체

설계기준에 제시된 기층의 최대두께보다 작을 경우에는 Step 0. 으로 이동하

여 구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 증가시킨 기층의 두께가 최

대두께보다 클 경우 기층의 두께는 원래의 두께로 되돌린 후 3번 단계로 이동

하여 재료를 상향시키거나, 1번 단계로 이동하여 다른 층의 변경을 모색한다.

④ 보조기층의 두께를 10cm 증가시킨다. 증가된 두께가 시멘트 콘크리트 포장구조

체 설계기준에 제시된 보조기층의 최대두께보다 작을 경우에는 Step 0. 으로 이

동하여 구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 증가시킨 보조기층의 두께

가 최대두께보다 클 경우 보조기층의 두께는 원래의 두께로 되돌린 후 1번 단계

로 이동하여 다른 층의 변경을 모색한다.

⑤ 줄눈 간격을 50cm 감소시킨다. 감소된 줄눈 간격이 시멘트 콘크리트 포장 구조

체 설계기준에서 제시된 줄눈 최소 간격보다 클 경우에는 Step 0. 으로 이동하

여 구조해석 및 공용성 재평가를 실시한다. 만일 감소시킨 줄눈 간격이 최소 간

격보다 작을 경우 줄눈을 원래의 간격으로 되돌린 후 1번 단계로 이동하여 포장

층 두께의 변경을 모색한다.

4) Step 3. 여러 대안단면의 경제성 분석을 통한 최적단면의 선정

① Step 0에서 Step 2 의 과정에 의하여 산정된 적절한 대안단면들을 생애주기비용

(LCC, Life Cycle Cost) 기법에 의한 경제성 분석을 실시한다.

② 경제성 분석을 통하여 최적의 단면을 선정한다.