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6-1 연속철근콘크리트포장 확대적용 방안 검토 설 계 처-1424

(2009. 3. 16)

1. 검토목적

포장의 내구성향상과 유지관리 기능 등의 개선을 위하여 기존 포장구간의 효과분석을 통한 연속철근 콘크리트포장(CRCP : Continously Reinforced Concrete Pavement)의 확대 적용방안을 검토코자 함.

※한국형포장설계법 연구과제중 CRCP 관련 연구 추진중

- 관련 연구기관 : 한국건설기술연구원 등

2. 추진현황

○ 1987. 12 : 중부고속도로(L=68.4km) 시공

○ 1988. : 호남고속도로 비상활주로(L=3.4km) 시공

- 기타 경부선 비상활주로(죽전, 언양, 성환 L=11.7km) 시공

○ 2002. 12 : 중부내륙고속도로 시험도로 시공(L=0.3km)

- 3가지 철근비 적용(0.6%, 0.7%, 0.8%)

※ 국내 포장형식 적용현황

구 분 아스팔트

콘크리트

비 고

JCP CRCP JRCP 계

연장 1,103km 1,684km 82km 5km 1,771km -JCP:무근콘크

리트포장

-JRCP:철근콘크

리트포장

비율 38.4%

61.6%

95.0% 4.6% 0.4% 100.0%

☞ 일반적으로 콘크리트 포장을 시행시 “JCP 형식” 적용

3. 문제점

○ CRCP 형식은 국내ㆍ외 시공실적이 많고 검증이 되어 있는 공법이나,적용실적 적음

○ JCP 형식은 줄눈보수가 잦으며, 줄눈보수시 교통차단에 따른 교통지정체 등의 사회적 간접비용 발생

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○ 중부선의 경우 기 시행된 덧씌우기 비율이 JCP 28%, CRCP 13%로서 JCP가 CRCP에 비하여 열악한 상태임

- 덧씌우기시에도 JCP는 반사균열에 대한 저항성 취약으로 포장수명 불리

○ 단일 콘크리트포장형식 적용으로 포장기술발전 기여도가 낮음

4. CRCP 적용현황 및 시공사례 조사․분석

가. 해 외

구 분 적 용 현 황 비 고

유 럽

-벨기에, 프랑스에서 많이 적용

․벨기에 : 고속도로의 40%가 콘크리트포장(대부분 CRCP) ․프랑스 : 1983년부터 활성화

-기타 여러국가 적용

한국형포장

설계법(KPRP)

보고서

: 2005. 5

미 국

-일리노이주 등 35개주 이상 적용(2003 FHWA 보고서)

※ CRCP적용이 증가하는 추세

-텍사스주 : 콘크리트포장 적용시 CRCP로 일반화

호 주

-신설시 CRCP포장 위에 아스콘 덧씌우기 시행

: 민자도로(Westlink M7, 2005년 개통) 경우

나. 국 내

구 분 연장(km) 종방향 철근비(%) 공용기간 비고

중부고속도로 68.4 0.63 20년이상

경부고속도로 11.7 0.6 ” 비상활주로

호남고속도로 3.4 0.6 ” 비상활주로

중부내륙(시험도로) 0.3 0.6, 0.7, 0.8 6년

다. 시공 및 적용사례 분석결과

1) 중부고속도로

※“20년 공용성평가를 통한 CRCP/JCP 비교 연구(2006. 8)” 자료참조

○ HPCI(포장상태지수)와 IRI(종단평탄성지수) 분석결과 CRCP가 JCP에 비하여 양호한 상태임

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구분 표본수 HPCI 지수 IRI 지수

JCP 1,358 3.40(3등급) 2.03

CRCP 2,018 3.53(2등급) 1.74

【HPCI 및 IRI 지수 비교 】

⇨ HPCI지수는 높을수록, IRI는 낮을수록 양호

(HPCI 2등급 : 예방적 유지필요, 3등급 : 수선유지 필요)

○ 중부고속도로에서 적용된 종방향 철근비(0.63%)는 균열폭을 적절히 제어한 것으로 분석됨

관련기준 중부고속도로 조사결과

- 균열간격

․AASHTO : 1～2.4m(3.5～8ft)

․일리노이주 : 0.3～3m(3～10ft)

․영국, 호주 CCA : 1～3m

※ 도로설계요령 : 1～2.4m

- 균열폭

․AASHTO : 1mm(0.04in)

※ 도로설계요령 : 1mm

- 균열발생 현황

․균열간격 : 기준에 불만족(1m 이하)

※ 균열폭 : 균열깊이가 표면이하 1cm이후는 0.03～0.76mm 유지

․스폴링과 펀치아웃 등에 의한 포장 파손

미미

- 철근부식 미발생

: 코아채취 및 육안 확인

【 중부고속도로 균열관련 조사현황 】

○ CRCP와 JCP 경제성(LCC) 비교

(천원/km)

공 법 계 초기공사비 유지관리비 비 고

CRCP포장 487,422(감30,760) 449,866 37,556

JCP포장 518,182 329,568 188,614

¤ 기존의 중부고속도로 경제성 검토결과(1995～2004) 및 유지관리비 추가

조사(2005～2007)자료 분석결과임

¤ 공사비 : 실공사비 적용(2008기준), 유지관리비 : 현재가치로 환산(할인률 5.5%적용)

350

- 초기비용은 JCP가 경제적이나 유지관리비 등 생애주기 비용 고려시 CRCP가 유리 : 교통지정체 등 간접비용 미반영

- 공용기간이 증가하면서 JCP포장의 유지관리비용이 급격히 증가

- 또한 유지보수 비용중 덧씌우기로 인한 것이 가장 많아 JCP 형식에서는 반사균열로 향후 유지관리비의 지속적인 증가 예상

(천원/km)

300,000

350,000

400,000

450,000

500,000

550,000

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

JCP

CRCP

19.3년

【포장형식별 km당 누적 포장비용(초기공사비+유지관리비) 】

2) 중부내륙고속도로(시험도로)

○ 도로포장 거동에 종방향 철근비가 미치는 영향(2007. 5 : 도로교통연구원)

〈조사시기에 따른 평균 균열간격 변화 〉

- 균열간격 : 0.6, 0.7%는 비슷하나 0.8%구간은 균열간격이 현저히 좁아짐

- 균 열 폭 : 철근양에 비례하여 균열폭이 좁아짐

- 하중전달율, 차량하중에 의한 포장변형률 변화 등 일반적으로 철근비에 따른 차이가 크지 않음

※ Bond Breaker층 5cm를 설치한 상태의 분석결과임

➡ Bond Breaker층 : 슬래브와 린콘크리트를 분리시켜 효과적인 균열간격 유도기능

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【선진외국의 CRCP 종방향 철근비 적용사례 】

- 미 국

ㆍ일리노이(Illinois) : 0.70% ㆍ오클라호마(Oklahoma) : 0.61%

ㆍ버지니아(Virginia) : 0.65% ㆍ위스콘신(Wisconsin) : 0.61～0.7%

ㆍ사우스다코다(South Dakota) : 0.60%

- 영 국 : 0.60%

- 호주, 프랑스 : 0.67%

- 네델란드 : 0.67～0.72% 등

※도로설계편람(국토해양부) : 종방향 최소철근비 0.6%

(기후조건 등에 따라 0.7% 적용)

3) 유지관리 및 기능성 등 기타사항

○ 공용수명 및 기능성

- 20년이 경과된 중부고속도로 조사결과에서도 CRCP 파손이 미미

※한국형포장설계법(KPRP) 연구(2005.6, 한국건설기술연구원 등)

: CRCP는 중부고속도로 등 건설후 아직까지도 별 다른 파손 없음

- 발생균열로 인한 철근부식도 없을 것으로 예상됨

․중부선 현장조사 결과 확인

․Illinois, North․South Dakota 등 추운지역에서도 별다른 조치는

취하지 않음 : 도로교통협회지(CRCP의 특성 및 국내적용방안, 2004)

○ 유지관리 측면

- CRCP포장은 공용년수 이후 덧씌우기시 반사균열에 대한 문제가 없고, 잦은 줄눈보수로 인한 교통지정체 발생요인 해소 가능

○ 시공성 측면

- 무근콘크리트에 비해 다소의 시공성 저하는 불가피하나, 고기능성 포장 적용 측면 등을 고려시 적용성 확보가 가능할 것으로 판단됨

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5. 검토결과

○ 경제성․유지관리 측면 등의 적용성이 유리하며, 선진외국에서도 활용도가 높은 고기능성 CRCP 포장형식의 확대적용이 바람직할 것으로 판단됨

○ CRCP형식 적용구간

- “포장형식 심의결과” 선정되는 콘크리트포장형식 적용구간중

․도시부 신설구간 : 줄눈삭제 등으로 아스팔트포장과 유사한 고기능 발휘 및 유지관리측면에서 유리

․교통량이 많고 중차량비율이 높은 구간

※설계교통량 56백만대/일 ESAL 및 중차량비율 28%이상(포장형식선정 방침(2008) 참조)

- 다음 구간은 적용성불리로 대상에서 제외

․터널, 분리구간, 확장구간 : 콘크리트 측방공급으로 인한 시공성 고려

․제설재 사용량이 많은 구간(5ton/km/차로 이상구간)

※최근 3년간 고속도로 전구간 평균사용량(2005～2007년)

: 습염방식의 제설방법 시행으로 인한 포장 내구성저하 예방

- 교량이 많은 구간 등 현장여건에 따른 적용여부는 별도 검토

○ 세부 시행방안

구 분 주 요 내 용

적용 설계법 기존 설계법 적용(하중전달계수 : 2.9 적용)

종방향철근비 0.63%(검증된 중부고속도로 적용비율 반영)

세로방향

자유단부

설계

슬래브 단부에 정착장치 반영

- 원칙적으로 Anchor는 개소별 3개소 반영(중부선 기적용)

: 별도 검토 등을 통해 변경 적용 가능

※온도 등 체적변화로 발생되는 자유단부 응력을 구속

철근배근

슬래브 두께 중간에 위치

¤ 한국형포장설계법 연구를 위한 시험시공 결과

: 철근 위치를 상승시➡CRCP의 주요 파손원인인 punchout

발생 가능성이 많아짐

※시험시공 구간 : 중부선 일죽IC 남이방향(370m)

기 타 붙임자료 참조

※Bond Breaker층은 경험적인 사항으로 필요성에 대해서는 향후 세부 추적조사

추진 : 중부고속도로 등 국내사례 고려시 현시점에서의 필요성 미약

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6. 향후 추진계획

○ 도로교통연구원과의 추적조사를 통하여 연속철근콘크리트포장의 발전 방안에 대한 지속적인 개선연구 추진

- 설계시 도로교통연구원과의 협의를 통해 계측기기 등을 반영

○ 향후 한국형포장설계법 결과에 따른 개선필요사항 반영

7. 적용방안

○ 설계중인 노선 : 본 방침 적용