2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

255

6-1

고속도로 포장수명 연장을 위한

저토피 암거상부 포장융기 방지대책 검토(안)

설 계 처-1795

(2013. 6. 17)

I 검토목적

□ 그 간 저토피부 암거상부 포장층에 동결융해로 인한 파손이 빈발하여

갓길부 맹암거 설치방안 등 포장파손 예방방안을 수립하여 시행

□ 저토피부 암거상부 포장면 보호를 위한 다각적인 노력에도 불구하고

이상기후에 따른 저온현상으로 인해 포장파손 지속 발생

고속도로 포장 장수명화를 위한

저토피부 암거상면 동결피해 예방대책 수립 필요

※ 암거설치구간 低토피부

: 동절기 포장파손 빈도가 높은 암거상면의 토피고가 3m 이하인 구간

(지중구조물상부 콘크리트포장 파손예방 기술개발 연구, 도로교통연구원, 2011)

〈저토피 암거상부 포장융기 메카니즘〉

o 동결융해 발생조건

①충분한 수분공급 ②기온 0℃ 이하 지속 ③동결융해를 유발하는 토질

3가지 조건이 모두 충족시 발생

⇒ 위의 조건중 하나의 요소만 제거시 동상방지 가능

o 암거상부 동결융해 발생 메카니즘

수분침투 및

암거상부 체수 ⇨ 동절기 체류수 결빙

및 체적팽창(9%) ⇨ 포장체 융기

및 균열 발생

o 암거상면 동결융해 포장파손은

토피고, 최심적설량, 적설기간과 밀접

하게 연관됨 (도교원, 2011)

o 기온 0 C 장 기간 지 속

수 분 공 급

모 관 상 승

포 화 상 태

동 상 방 지 층

노 상

노 체

통로 암 거 상 부 슬 래 브

제 설 눈

30c m

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

256

Ⅱ 추진경위

o 2005. 12 : 호남지역 폭설, 한파로 저토피 암거 상부 포장융기 다수 발생

o 2006. 12 : 저토피부 Box 설치구간 포장융기 방지 방안 수립(설계처)

- 포장층 내 신속한 배수를 위한 맹암거 설치

o 2011. 11 : 감사지적(강원본부 종합감사)

저토피부 암거는 성토법면 등으로 유입된 수분의 배수불량 등으로

겨울철 동결융해를 반복하면서 포장융기 피해가 발생되고 있으므로

저토피 암거 포장융기 방지공법 적용기준 재검토

o 2011∼2013 : 지중구조물 상부 콘크리트포장 파손 예방을 위한

설계 및 유지관리 기술 개발 연구 시행(도교원)

o 2012. 11 : 저토피암거 상부 포장융기 방지대책(도로처)

- 공용노선 방수매트 설치로 유입수를 차단

□ 현행기준

구 분 우리공사(2006년) 국토해양부(2011년)

적용공법 맹암거(40×80cm) 설치 좌 동

적용토피고 동상 영향 토피고 산정 3.0m 이하

설치위치 맹암거

비탈어깨

암거구조물

30cm

길어깨 하단부 내측

좌 동

설치연장

구조물 내측연장 +

(2×완전방지법에의한동결심도)

구조물 외측연장 + 6m

설치지역 동결지수 150이상 지역 -

※ 동상방지층 설계지침(국토부, 2012. 8) : 성토높이 2m이상인 구간에서는

동상방지층을 생략하나, 암거 등 구조물 설치된 구간에서는 적용 예외

※ 유지관리시 대책(도로처-4350, 2012.11. 8)

- 암거상단 성토법면에 방수공법(방수기능 매트) 적용으로 수분침투 차단

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

257

Ⅲ 현황조사 및 문제점

1. 현황조사

□ 저토피암거 동상피해 발생(도로처 저토피암거 포장융기 방지대책, 2012.11)

o 암거 현황

전 체 저토피 암거 피해발생 암거 비 고

9,265 개소 4,377 개소 153개소

o 지역별 피해발생 현황

구 분 피해발생 개소 융기량(cm) 균열(개소)

계 153 개소

경 기 서해안선 318.1km(서울) 등 16개소 2.0∼7.3 0∼3

강 원 중앙선 328.54km(춘천) 등 5개소 3.0∼4.5 1∼3

충 청 당진대전선 5.2km(대전) 등 59개소 0.5∼7.5 0∼5

전 북 서해안선 135km(서울) 등 54개소 1.0∼4.0 0∼5

전 남 88선 79.5km(대구) 등 5개소 3.0∼3.5 1∼2

경 북 중앙선 236.026km(춘천) 등 14개소 1.0∼3.0 0∼5

- 전국적으로 피해가 발생되며 특히 충청, 전북지역 노선에 집중(74%)

- 주·야간에 영상과 영하가 반복되는 지역에 집중 발생

※ 2011. 2∼2011.8 암거상면 포장부 조사 결과(도교원), 957개소 중 269개소

(28.1%)에서 파손 발생(토피가 낮을수록, 공용기간이 길수록 파손비율 증가)

o 토피고별 피해발생 현황

- 토피고 1.0∼2.0m 암거에서 집중발생

(93개소/61%)

※토피고 1.0m 미만에서는 동상방지층이

시공되어 피해가 적은 것으로 판단

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

258

o 저토피 암거포장의 동상 피해

- 포장균열 발생, 평탄성 및 주행쾌적성 불량으로 교통사고 유발

- 암거상부 토피부는 암거내 찬공기의 유입

으로 일반 토공부에 비해 온도저하가

크게 발생

- 융해시 수분과 함께 미립분의 유출로 포장침하 및 공동 발생

- 기존대책(맹암거)으로 시공된 암거에서도 포장 융기 피해 발생

※ 당진∼대전선(2009) : 저토피 암거 13개소에서 피해 발생

□ 예측 불가능한 기후변화

o 이상기후의 확산에 따라 동절기 한파 및 강설이 빈번하고 이에 대한

예측가능성 저하 및 기상 변동성 증가

o 최근 동절기 장기 저온현상에 따라 암거상부 포장융기 피해의

전국적 확산

o 기 온 0 C 장기 간 지속

수분공급

모관상승

포화상태

동상방지층

노 상

노 체

통 로암거 상부 슬래브

제설 눈

30c m

피해지역 분포

연 도

평균

기온

(℃)

평균

최저

기온(℃)

강수량

(mm)

강수

일수

(일)

일최저기온

영하 10℃

미만일수(일)

1973-1980년 -0.3 -5.0 92.2 20.8 15.5

1981-1990년 0.0 -4.7 91.9 21.5 13.4

1991-2000년 0.8 -4.1 84.7 18.6 9.4

2001-2010년 0.9 -3.8 89.8 19.0 9.8

2013년 -1.0 -5.7 139.3 25.5 18.4

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

259

o 금번 동절기(2012∼2013) 남부지역에서 이상저온 발생하는 등 이상

기후 확대됨에 따라 전국적인 동결대책 필요

관측소

1 위 2 위 3 위

날짜 값 날짜 값 날짜 값

순천 2012.02.02 -8.7 2013.01.03 -7.7 2013.02.08 -6.6

진도 2012.02.02 -9.1 2013.02.08 -8.6 2013.01.03 -8.4

김해 2011.01.16 -7.4 2013.02.08 -6.3 2012.02.02 -6

고산(제주) 2013.02.08 -1.2 2004.01.21 -1.1 1990.01.25 -1.1

2. 문제점

□ 맹암거 설치구간에서도 동상이 발생한 것으로 조사되어 현재의

저토피부 동상방지대책인 맹암거 설치는 근본대책으로서는

미흡

□ 동상대책 설치지역의 제한으로 최근 이상기후에 따른 기상

변동성이 고려되지 않아 피해지역 확산 가능성 상존

□ 공용중 노선 포장보수시 기존포장 철거 및 교통차단으로

인해 시공성, 안전성이 불리하고 유지관리비의 증가 유발

□ 개통후 공용기간이 짧은 구간에 포장 조기파손으로 인한

대국민 불신 초래

Ⅳ 개선방안 검토

〈 추 진 방 향 〉

▶ 저토피 암거 상부의 동상피해에 대한 근본적인 해결책 제시

▶ 기후변동성 및 피해분포 확산을 고려한 적용대상지역 확대

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

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□ 동상 방지방안 검토

o 동상을 일으키는 요소(토질, 수분, 온도)중 하나 이상 제거

구분

재료치환 포장내 온도저하 방지 수분침투 차단

혼합골재 포설 EPS블럭 우레탄 단열막 법면부 차수매트

개요

비동결성재료로치환

하여 신속한 배수

및 동결방지

EPS블럭을슬래브

상단에설치하여

온도전달차단

암거외부에 우레탄

단열막 설치

법면부에차수매트를

설치하여 유입수

차단

규격

혼합골재

(SB-1)

EPS블럭

우레탄 폼

(T=10cm)

토목용

부직포섬유

장․단

점

․시공성 양호

․재료구득 용이

․동상방지효과우수

․경량으로 시공성

양호

․적용실적 없음

․경제성 다소 불리

․시공성 불량

(표면처리, 양생)

․적용실적 없음

․경제성 불리

․시공성 양호

․공사비 저렴

․미관 불량

․유지관리 곤란

․포장면우수침투시

취약

공사비

(개소당)

7~14백만원 57~70백만원 20백만원 2백만원

적용

사례

동상방지층에 적용

국내실적 없음

*일본 북해도

국내실적 없음

*스웨덴 등 북유럽

유지관리시 적용

검토

의견

시공성, 경제성, 기능성 등을 종합적으로 검토한 결과, 신속한 지하배수로

성토체의 포화를 방지할 수 있고 비동결성 재료를 사용하여 동상을 예방

할 수 있는 재료치환(혼합골재) 공법이 적절할 것으로 판단됨

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

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o 혼합골재포설 세부방안

- 암거상면 구간을 비동결성재료(SB-1 이상)로 치환

* 저토피암거 토피부는 하부에서 전달되는 지열이 없고 포장부와 암거

상면에서 동시에 낮은 대기온도에 노출되므로 온도저하가 크게 발생

- 포설폭 : 암거폭 + 2×여유폭(1.0m)

- 침투해석 결과

구분 암거상면 노체 시공시 암거상면 SB-1 포설시

해석

단면

침투

해석

유출

속도

3.16×10-6m/sec 1.00×10-5m/sec

침투

속도 5.01×10-7m/sec 6.31×10-6m/sec

☞ 보조기층(SB-1)재료 적용시 유출 및 침투속도가 증가하여 침투수

체류시간 감소 (유출속도 3배, 침투속도 13배 증가)

o LCC분석 (4.5×4.5 암거, 4차로/1개소, 천원)

구 분 기 존 변 경 증 감 비고

계

사토 36,845 22,516 감 14,329

순성 37,217 16,132 감 21,085

초 기

공사비

사토 8,220 22,516 증 14,296

순성 8,592 16,132 증 7,540

유 지

관리비

사토 28,625 - 감 28,625

순성 28,625 - 감 28,625

※ 현재의 피해상황 및 보수실적을 감안하여 5년후 부분재포장으로 가정

☞ 생애주기비용 검토 결과, 암거상부 혼합골재 포설시 경제성 유리

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

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□ 신속한 배수를 위한 암거상면 경사 상향

o 암거 상면의 횡방향 경사가 작아(0.3%) 침투수의 신속한 배출이

어려워 체수 우려가 높으므로

o 신속한 배수 유도를 위해 암거 양측으로 경사도 상향 조정

(당초) 0.3% ⇨ (변경) 2.0%

<4.5×4.5 통로암거(예)>

구 분 당 초 변 경

종단경사 0.3% 2.0%

암거중앙부높이 0.8cm 5.4cm

공 사 비 49천원 373천원

※ 콘크리트 타설높이 및 경사가 작아 시공시 큰 어려움은 없을 것으로 판단됨

□ 적용지역

o 기존 피해사례 분석결과 및 이상기후로 인한 기상변동성 증가를

고려하여 전구간에 적용

o 대책공법 적용시 공사비 증가가 적은 반면, 동결융해 방지효과가

우수하므로 모든 저토피 암거 및 지중구조물에 대하여 적용

Ⅴ 검토결론 및 적용방안

□ 검토결론

구 분 당 초 변 경 비 고

동상방지대책 맹암거(40×80) 설치

암거상면 비동결성

재료(선택층재) 치환

암거상면

경사조정

횡단경사 0.3% 횡단경사 2.0%

적용지역 동결지수 150 이상 전지역

※ 기후, 지형, 재료조건 등을 고려, 검토후 적용성 판단 및 기타공법 적용 가능

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

263

□ 도로교통연구원 연구결과 완료전까지 잠정 적용

o 과 제 명 : 지중구조물 상부 콘크리트포장 파손 예방을 위한

설계 및 유지관리 기술 개발 연구(도로연구실)

o 연구기간 : 2011∼2013(3년)

o 과업내용 : 지중구조물 상부 콘크리트포장 파손저감 방안 제시

- 저토피부 동결에 따른 포장파손 예방 방안

- 지중구조물 구간 포장구조 개선방안

· 암거뒷채움 침하 및 평탄성 저해 예방을 위한 접속슬래브 설치

· 암거상부 균열방지를 위한 줄눈위치 검토(암거중앙으로부터 이격)

□ 적용방안

o 설계중인 노선 : 본 방침 적용

o 건설중인 노선 : 공사주관부서 판단에 따라 적용

별 첨 1. 지중구조물 토피부 동결파손 원인분석

2. 2012년 이상기후 발생현황 및 분석

3. 피해발생 암거(153개소) 세부현황

4. 암거상면 표준도

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

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표 준 도

별 첨 #4

2013년도 설계실무자료집 - 포장공사

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