2011년도 설계실무자료집 - 포장공

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6-5 터널 갱구 입출구부 50m 구간 포장단면 설계 최적화 방안 기술심사처-1491

(2011. 7. 8)

I 검토배경

□ 터널 내부구간 및 일반 암반구간(땅깎기부)은 포장설계 시 노상의 지

지력이 증대되는 특성을 고려하여 일반 토공부의 포장설계와 달리

동상방지층을 생략하고 있으나,

□ 터널 갱구 입·출구부 50m구간은 노상의 지반조건에 관계없이 동상방지

층을 설치하고 있어 일관성이 결여되므로 포장설계지침 및 제 기준

검토를 통해 합리적인 적용방안을 마련하고자 함

※ 포장설계지침 구분

 

구 분		적용 지침
토공부	노상이 토사인 경우	AASHTO 설계법
	풍화암 제외한 암반 노상인 경우	암반구간 포장설계 잠정지침
터 널		터널내 포장설계 지침

 

 

II 터널 및 암반구간 포장설계 지침

 

구 분	터널내 포장설계 지침 【건설교통부 2005. 9】	암반구간 포장설계 잠정지침 【건설교통부 2007. 10)】
주요내용	포장단면 설계시 보조기층 및 동상방지층을 생략하고, 그 대신 침투수의 배수를 위한 필터층 또는 시멘트안정 처리필터층 설치
개요도	콘크리트 슬래브 시멘트안정처리필터층(필터층)   ※ 시멘트안정처리필터층:용수가많은 구간 적용	아스팔트 표층 중 간 층 아스팔트 기층 필터층
하부층 두께	·용수량에 따라 두께 차등 적용(15~25cm)	·포화상태에서 50% 배수 소요 시간을 2시간 이내로 설계
시멘트안정처리 필터층 품질기준	일축압축강도 30kg/㎠	일축압축강도 50kg/㎠
적용구간	터널구간 (터널 입·출구부 50m구간 제외)	땅깎기부(발파암)

 

 

 

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III 문제점

□ 터널, 토공구간에 따라 포장설계 적용지침 상이로 터널구간과 전·후

접속 토공부의 경계부(터널 입·출구부 50m)에서 포장단면의 일관성 결여

터널내부는 보온효과 등으로 지반조건과 무관하게 동상방지층 설치 생략

단, 터널 입·출구부 50m구간은 제외

토공부는 노상이 암반인 경우 지지력 증대를 고려 동상방지층 설치 생략

□ 터널 입·출구부 50m구간은 일반 암반구간과 비교 시 기후환경, 지반

조건이 유사하나 동상방지층을 설치

 

터널내부 및 일반 암반구간	터널 입·출구부 50m구간
콘크리트 슬래브 시멘트안정처리필터층(필터층) 노상(암반)   ※ 동상방지층 생략	콘크리트 슬래브 린콘크리트(15cm) 동상방지층(VAR) 노상(암반)

 

 

 

터널 갱구부 환경조건

- 지반조건 : 상주-영덕, 울산-포항 터널 57개소 분석시 전체연장의

83%가 양호한 암반으로 구성

- 기후조건 : 동절기 평균기온은 입구부 0 ~ - 0.5℃, 출구부 2.8 ~ 3.0℃

(출처 : 터널내 포장설계 지침)

☞『터널내 포장설계 지침(2005. 9)』에 의거 터널 갱구 입·출구부 50m

구간은 동상방지층을 설치하고 있으나,『암반구간 포장설계 잠정

지침(2007. 10)』에 따라 지지력이 양호한 경우에는 일반 땅깎기부

에도 동상방지층 설치를 생략하고 있으므로 외기온도 뿐만 아니라

지반조건을 고려한 터널 포장단면 적용이 필요함

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IV 개선방안

□ 개요

터널 갱구 입·출구부 50m구간의 노상이 암반인 경우『암반구간 포장설계

잠정지침』을 준용하고, 비 암반인 경우에는 현행 지침을 적용

□ 포장단면 개선(안)

 

구 분	현 행		개 선
주요사항	동상방지층(보조기층) 설치		동상방지층(보조기층) 생략
단면도	콘크리트 슬래브 린 콘크리트(15cm) 동상방지층(VAR)	아스팔트 표층 중 간 층 아스팔트 기층 보조기층	콘크리트 슬래브 시멘트안정처리필터층 요철층	아스팔트 표층 중 간 층 아스팔트 기층 필터층 요철층
	콘크리트포장	아스팔트포장	콘크리트포장	아스팔트포장
장,단점	․포장단면 불연속으로 시공성 불리 ․암반구간 포장설계지침과 대치		․터널 전후구간의 시공성 유리 ․굴착량 감소로 경제성 확보 ․CO2 저감으로 환경측면 유리

 

 

□ 세부 적용사항

시멘트안정처리필터층 및 필터층 재료의 품질기준(입도, 일축압축강도 등)

-『암반구간 포장설계 잠정지침』상의 기준을 적용

시멘트안정처리필터층 및 필터층의 두께

-『터널 내 포장설계 지침』의 용수량에 따라 산정한 필터층 두께와

『암반구간 포장설계 잠정지침』의해 산정한 필터층 두께를 비교

검토 후 큰 값을 적용(필터층 두께 25cm이내)【붙임 적용예 참조】

- 필터층 두께가 25cm를 초과시 터널 굴착면의 횡단경사를 양측 설치하여

25cm 이하가 되도록 재검토(3차로 이상 또는 용수가 많이 발생하는 터널 등)

- 요철층 : 터널 내 일반구간과 동일한 시멘트안정처리필터층(두께 10cm)적용

□ 기 타 : 갱구 입·출구부 50m 구간 내에서 지반상태가 변화할 경우에는

경제성, 시공성을 고려하여 적용 여부 검토 후 추진

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VI 기대효과

□ 동상방지층 설치 생략 및 굴착량 감소에 따른 예산 절감

□ 터널 입·출구 경계부의 합리적인 포장설계로 시공성 향상

□ CO2 발생량 저감으로 환경비용 절감 및 친환경 도로건설에 기여

☞ 기본설계 완료노선(함양-울산, 당진-천안) 55개 터널 적용시

- 공사비 절감 : 10억원

- CO2 발생량 저감 : 140ton (환경비용 절감 : 21,000천원)

VII 적용방안

□ 자체 및 수탁사업 설계VE 검토 노선 : 본 방침 적용

□ 설계 중 또는 설계완료 후 미발주 노선 : 본 방침 적용

□ 공사 중인 노선 : 공사주관(시행)부서에서 판단하여 적용

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시멘트안정처리필터층의 두께산정 예시

① 암반구간 포장설계 잠정지침에 의한 두께 산정

【검토 조건】

․ 노면의 횡단경사 SX : 2% ․ 노면의 종단경사 S : 0.3%

․ 필터층의 D30 : 3.5mm ․ 도로 횡단폭 W : 9.1m (편도2차로 터널)

․ 유효공극율 Ne : 0.25 ․ 필터층의 두께 H : 15cm (설계 가정)

【풀 이】

․ 필터층의 합성경사 SR = (S2+Sx

2)0.5 = (0.0032+0.022)0.5 = 0.020

․ 필터층의 합성 배수길이       



      



   

․ 경사계수    

 ×   

 × 

 

․ S1이 1.23일 때 <그림 1>에서 T50=0.18

․ D30은 3.5mm이므로 <그림 2>에서 투수계수 k=410m/day

<그림 1>

시간계수(50%배수)

y = 17.129x2 + 71.318x - 49.085

R2 = 0.9733

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

0 2 4 6 8 10

D30(mm)

투수계수 (m/day)

<그림 2> D30 과 투수계수의 관계

․ 배수계수    × 

  × 



  × 

 × 

 

∴ 50% 배수에 소요되는 시간 t= T×m×24 = 0.18×0.344×24 = 1.49hrs≤2.00, O.K

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② 터널내 포장설계 지침에 의한 두께 산정

 

용수량(㎥/분/㎞)	필터층 두께
0.5미만	15
0.5~1.5	20
1.5초과	25

 

 

∴ ①방법과 ②방법으로 구한 값 중 큰 값을 시멘트안정처리 필터층

두께로 결정