구조물공 ❙ 195

구조물공

410

구조물공 교대 협착 예방 및 관리대책 구조물처-252

3

1 추 진 배 경

□ 포장팽창 및 성토체 변형 등으로 교량 손상이 발생 되고 있어,

이에 대한 예방 및 유지관리대책을 마련하고자 함

성토체 변형 포장 팽창

신축이음 협착 바닥판 손상 교대 손상 받침 손상

2 추 진 경 위

□ 교대 수평변위 발생교량 관리방안 수립 (2012, 구조물처)

o 성토체 변형고려 설계, 교대변위 초기치 관리 등

□ 교대수평변위 원인과 대책방안 연구 (2013, 도교원)

o 교대 수평변위 산정시 성토체 크리프 변형 적용방안 제시 등

(프리로딩에 따른 크리프 계수 제시 : 無7~12, 有0.5~2)

□ 성토부 교대 수평변위 최소화 방안 수립 (2014, 설계처)

o 프리로딩을 시행하는 조건으로 크리프 계수(0.5~2) 제시

□ 콘크리트 포장팽창에 따른 교대밀림 예방대책(2016, 도교원)

o 콘크리트 포장 팽창에 따른 줄눈 추가 설치(50mm)

196 ❙ 구조물공

3 현황 및 문제점

□ 교대 협착 발생 현황 : 380개 교량 (전체 교량의 4%)

구 분 계

발생원인

포장팽창 성토체변형 복합작용

교량수(비율) 380 131(34%) 121(32%) 128(34%)

교대수(비율) 579 180(31%) 185(32%) 214(37%)

* 전체교량(9,244)의 4%, 협착이 발생하지 않는 라멘교 등 제외(6,560)시 5.8%

□ 원인분석 및 문제점

o 이상 고온으로 콘크리트포장 팽창

- ‘11년 이후 여름철(6～8월) 평균기온 0.8℃ 상승, 폭염일수 4.4일 증가

연 도 ‘11 ‘12 ‘13 ‘14 ‘15 ‘16 ‘17 최근평균

(‘11~’17)

평년값

(‘81~’10)

차이

평균기온(℃) 24.1 24.7 25.4 23.6 23.7 24.8 24.5 24.4 23.6 +0.8

폭염일수(일) 14 15 18 6 10 22 14 14.2 9.8 +4.4

* 자료출처 : 기상청 / 폭염일수 : 일최고기온이 33℃ 이상

o 알칼리 골재반응에 의한 콘크리트 포장 팽창

▸ 알칼리 골재반응(Alkali-Aggregate Reaction)

시멘트 중의 알칼리 성분과 골재내의 반응성광물이 수분과 접촉하여 팽창

- 2002년 서해안선 최초 발생, 2010년 전구간 조사후 보수방안 수립

- 최근 포장 시공시 플라이애시 배합등 저감방안 적용(2011년 이후)

- 알칼리 골재반응 구간 : 10개 노선, 348km (해당구간 교량 : 186개교)

- 포장 팽창으로 콘크리트포장 손상 뿐만 아니라 구조물 손상 유발

* ASTM C 1293시험에서 팽창량이 0.04%/년 이상이면 알칼리골재반응으로 판정

* 400m 콘크리트 포장의 경우 16cm/년(=400m×0.04%/년) 팽창 예상

구조물공 ❙ 197

구조물공

o 설계시 성토체의 크리프 변위 적용 미흡

▸ 크리프 : 추가적인 하중의 증감

없이 장기간에 걸쳐 변위(변형)가

증가되는 현상

▸ 크리프계수

= 크리프 변위량/탄성 변위량

시간

변위

탄성변위

크리프변위

- 성토체 크리프 변위가 탄성변위의 7～12배 발생(2013, 연구보고서)

성토고 탄성변위(mm) 크리프변위(mm,1년) 크리프 계수

15m 6.6 43.56 6.6

25m 10.54 81.11 7.7

35m 11.15 136.73 12.3

- 성토체변위 최소화를 위해 프리로딩을 설계에 적용(2014, 설계처) 하였으나,

설계도서에 구체적으로 기술되어 있지 않아 건설중 설계 도서 이해

부족, 현장여건 등으로 프리로딩을 미실시할 경우 성토체 과다변형

▸ 프리로딩 설계 적용 내용

- (기존) 교대하부 성토→교대시공→배면 성토 및 뒷채움

- (개선) 노체까지 성토(3개월프리로딩)→터파기 및 교대시공→뒷채움

노체 성토(프리로딩) 터파기 및 교대시공 뒷채움, 포장시공

o 교대 협착 진행여부 이력관리 미흡으로 효율적 대응 애로

- 공용중인 교대 협착으로 바닥판․거더 절단사례, 공간협소로 유지관리곤란

- 점검시 유간을 측정하여 기록 관리를 하고 있으나, 측정값이 최소․최대

신축량이라고 할 수는 없음 (매일 유간조사는 현실적으로 불가능)

- 연도별 최소․최대 신축량 변동값이 협착 분석의 중요 자료이나 확인 곤란

198 ❙ 구조물공

4 개 선 방 안

□ 공용중 교대 협착 예방 및 모니터링 강화

o 포장팽창에 의한 협착 교량 혹서기 이전 팽창줄눈 설치(50mm)

- 2018년 상반기 설치 대상 : 138개교(14억원, 사업계획반영)

※ 2017년 설치 완료 : 121개교(도로보수비 활용)

o 교대협착 발생여부 정기적 모니터링 실시

- 정밀점검 및 진단시 협착여부 조사 및 유간 측정값 기록관리

- 협착이 예상되는 경우 팽창줄눈 설치(50mm)

- 협착으로 교대, 바닥판, 거더 등 손상 발생시 적정 보강안 검토후 신속보강

□ 건설중 교량-포장연결부 팽창줄눈 폭원확대(20 → 50mm)

접속 및 완충슬래브

팽창줄눈확대

(20mm→50mm)

□ 성토체변위 예방을 위한 크리프계수 설계적용방법 구체화

o 성토체 프리로딩 공법 설계서에 구체적으로 명시

- 교대 성토부 프리로딩 시공순서도 추가 및 내용 상세기재

- 신축이음, 거더, 받침 유간 산정시 크리프변위를 포함하여 계산

o 현장여건상 불가피하게 프리로딩 공법 미적용시 크리프 변위량을

고려한 대책공법 필히 검토후 적용

※ 공법 예시 : EPS, 앵커보강 또는 크리프 변위량을 고려한 유간확보 등

성토높이 프리로딩 미실시할 경우 크리프계수

10m 이상 15m미만 7

15m 이상 25m미만 8

25m 이상 12

* 근거 : 교대수평변위 원인과 대책방안 연구 (2013, 도교원)

구조물공 ❙ 199

구조물공

□ 거더 협착 예방을 위한 추가 유간 확보방안 검토

o 교대 변형으로 인한 거더 협착예방 및 유지관리 공간확보를 위해

흉벽 변단면(Block Out) 적용방안 검토

흉벽 적정두께 확보시 흉벽 적정두께 부족시

o 사각(Skew)이 있는 교대 흉벽과 거더간의 최소이격부의 유간확보

- 교대 시공전 적정유간 확보여부 검토, 유간 부족시 흉벽 위치 조정

거더

흉벽

흉벽 거더

최소이격부유간확보

최소 이격부 유간부족 흉벽 벽체 위치 조정 검토

□ 간편 신축량 측정장치 설치하여 교대 수평변위 모니터링

설치 사례 신축량 측정장치 설명

o 설치 대상 : 건설 및 공용중인 교량

o 설치 위치 : 교대별 좌우 최외측 거더에 1개소씩 총 2개소 설치

o 설치 효과 : 교대 수평변위 효율적 이력관리 및 정확한 원인분석가능

측정 신축량을 활용하여 최적의 신축이음 규격결정 가능

200 ❙ 구조물공

5 적 용 방 안

□ 설계 및 건설중

o 교량 인접부 포장 팽창줄눈 폭원 확대(20mm → 50mm)

o 성토체 프리로딩 공법 설계도서에 구체적으로 명시

o 프리로딩 공법 미적용시 크리프변위량을 고려한 대책공법 제시

o 거더 협착 예방을 위한 추가 유간 확보방안 검토

o 간편 신축량 측정장치 설치 및 모니터링을 통해 최적 신축이음 규격 결정

□ 공용중

o 협착 교대 혹서기 이전 팽창줄눈 설치(50mm)

o 간편 신축량 측정장치 설치(협착 진행중인 교량 우선 설치)

o 교대 협착 모니터링 강화(점검․진단시 유간 측정, 이력관리)

o 협착 예상 또는 구조물 손상시 적정 보강안 검토 및 사후조치

구조물공 ❙ 201

구조물공

참고 간편 신축량 측정장치 사용방법

구 분 측정 게이지 상태 사용방법

설치단계

지시바 “0” 세팅

- 설치시 신축이음장치, 바닥판,

거더 유간 측정

* 신축이음장치 유간 : ⓐ /

바닥판 유간 : ⓑ / 거더 유간 : ⓒ

※ 게이지 하단에 유간 측정값 부착

최대 수축

(겨울)단계 수축량에 따라 좌측 지시바

“20mm(㉮)” 이동됨

【동절기 수축량】

- 신축이음장치 : ⓐ+㉮

- 바닥판 : ⓑ+㉮

- 거더 : ⓒ+㉮

【하절기 팽창량】

- 신축이음장치 : ⓐ+㉯

- 바닥판 : ⓑ+㉯

- 거더 : ⓒ+㉯

※ 교대 좌우측에 설치된 게이지의

측정값을 평균

※ 1년 경과시점에 측정값 기록후

초기치 재설정

- 초기치가 “0”세팅이 안될 경우

해당지시값을 기재하여 0점 보정

※ 2년 이상 모니터링후 유간결정

최대 팽창

(여름)단계 팽창량에 따라 우측 지시바

“20mm(㉯)” 이동됨

설치 후

1년 경과 최대 팽창, 수축량값을

년 중 동시 확인가능