상임감사위원 팀 장 처 장 본부장

등록번호 설계처 -

보존기간

결재일자

공개구분 공 개

구 조 물 처 장 : 기술심사처장 :

건설계획팀장 :

교량의 효율적 유지관리을 위한

누 수 처 리 시 스 템 도 입 검 토

2019. 11

설계계획팀장 :

설계기준부장 :

도로설계팀장 :

설 계 처

사회적 가치 자가진단(SV-PreChecking)

추구가치 점 검 사 항 검토

완료

해당

없음

① 인권보장

평등권, 교통 이동권, 개인정보 보호 등 헌법상

보장되는 국민의 기본권에 대한 고려를 하였는가?

□ ■

② 안전유지

재해·재난예방, 고속도로 안전상태 유지, 작업장

안전 등 국민의 안전에 대한 고려를 하였는가?

■ □

③ 노동존중

차별없는 근로환경 유지, 근로자 보호 등 노동권

보장과 근로조건 향상에 대한 고려를 하였는가?

□ ■

④ 취약계층지원

노인, 청소년, 여성, 장애인 등 사회적 취약계층에

대한 기회제공 및 지원 방안을 검토하였는가?

□ ■

⑤ 상생협력

중소기업 보호육성, 협력업체와의 동반성장 등

공정한 시장 질서 조성을 위한 고려를 하였는가?

□ ■

⑥ 일자리 창출

민간부문 일자리 창출, 정규직 전환 등 고용안정

및 신규 고용 창출 방안을 검토하였는가?

□ ■

⑦ 지역경제발전

지역사회 내 투자·구매, 지역 성장산업 육성 등

지역경제발전 방안을 검토하였는가?

□ ■

⑧ 책임․윤리경영

업무를 추진함에 있어 기관운영의 공정성 및

투명성을 고려하였는가?

□ ■

⑨ 환경보전

생태계 보호, 환경친화기술 도입, 오염물질 배출 감축 등

환경의 지속가능성 보전에 대한 고려를 하였는가?

□ ■

⑩ 시민참여

정보공개, 참여채널 확대 등 국민신뢰 촉진을 위한

방안을 검토하였는가?

□ ■

⑪ 건강복지

국민의 건강한 생활 보장, 주거 및 보건지원 확대 등

국민들의 건강과 복지에 대한 고려를 하였는가?

□ ■

⑫ 공동체 복원

주민자치, 지역사회 활성화 등 지역공유가치 확립과

지원 방안을 검토하였는가?

□ ■

※ 검토완료로 체크된 추구가치별 사회적 가치 기대효과 산정

□ 사회적 가치 기대효과 산정

추구가치 측정지표 기대효과 비 고

안전유지

신축이음장치 설치 교량

유지관리 효율성 향상

신축이음부 하부

거더 및 교량받침

누수피해 저감

비계량

Ⅰ. 검 토 배 경

□ 교량 구조물 열화는 염화물 사용과 누수로 인해 야기되며, 그간

우리공사는 누수로 인한 열화 예방을 위해 지속적으로 노력 중임

□ 그간 추진경위

년도 구 분 비 고

1999 - 완전일체식교대 교량 시험시공 ․평촌1교 : 콘트리트교, L=90m

2009

- 일체식교대 교량 설계지침 제정

․최대 연장 : 강교 90m, 콘크리트교 120m ․사각 30° 이하

2011

- 무조인트 교량 설계 적용

․최대 연장 : 콘크리트교 225m ․사각 30° 이하

적용 연장

확대

- 다경간 교량 신축이음장치 최소화를 위한 다점 고정방식

․교각 변위를 이용하여 신축이음장치 개수 감소

누수 지점

최소화

2012

- 단경간교 Slab Extension 방안 검토

․고정단 교대 적용, 사각 45° 이하

단순교 일부

교대 누수 예방

2018

- 연속교 슬래브 익스텐션 적용 방안 검토

․콘크리트교 225m, 사각 45° 이하

연속교 양측 교대

누수 예방

- 일체식교대 교량 설계지침 개정(2018년)

․최대 연장 : 강교 400m, 콘크리트교 500m ․사각 30° 이하

적용 연장

확대

□ 신축이음장치 하부의 염화물 및 누수로 인한 구조물 열화 사례

□ 무조인트 교량 도입으로 대부분 누수 예방 가능하나 취약한 교량 상존

* 교량 연장 500m 이상이거나 확폭되는 경우 누수 취약부(신축이음장치) 발생

신축이음장치 설치 위치의 누수 처리 방안 필요

Ⅱ. 해외 사례 조사

□ 버지니아 교대 교각

ㅇ 개 요

- 신축이음부 누수가 교량받침에 이르지 못하도록 콘크리트 격벽 설치

☞ 신축이음장치 설치 부위의 누수 처리로 열화 예방 가능

ㅇ 시공사진

ㅇ 개요도 및 규정 (VDOT Manual of the Structure and Bridge Division)

교각

- 격벽의 두께는 최소 10in(25.4cm) 적용

- 누수 침투와 슬라브 처짐을 고려하여 격벽~슬라브 간격을 1in(2.54cm) 이격

- 신축이음부 하부 내부공간 에폭시 레진 방수 처리

- 배수로 폭은 최소 2ft 3in(68.58cm) 적용, 구배는 최소 1:12 적용 등

Ⅲ. 누수처리 시스템 검토

□ 인주2교 누수처리 교각 설계

ㅇ 인주2교(PSC거더+강교)

- (PSC 거더) 본선 : L=(3@50)+(2@50)+50+(2@50)=400m, R=2,800

- (강교) R-B교 : L=45+4@55+45=310m, R=완화곡선+160

R-D교 : L=55+2@65+55=240m, R=완화곡선+160

ㅇ 평면도

0+800

0+900 1+000 1+100 1+200 1+300

0+500

0+600

0+000

0+100

0+200

0+300

0+400

0+500

1+300

1+400

1+500 1+600 1+700

P5

P6

P3

Ramp-D교

인주2교

Ramp-B교

ㅇ 누수예방 교각 적용 사유

- P5 : 확폭 및 강교, PSC거더교 상존에 따른 신축이음장치 설치

- P3, P6 : PSC거더교 확폭으로 인한 신축이음장치 설치

ㅇ 개요도

Ⅳ. 기술 자문 추진

해외 사례 준용에 따른 시공 시 문제점, 구조검토 적정성 등 자문

□ 설계 자문 개요

o 자문위원 : WSP USA 이승우 박사 외 5인

o 자문요청 내용

- 상기 개발 기술의 실무적용 및 구조검토 적정성

- 배수흐름의 적정성, 시공성 및 기타 제언 등

□ 설계 자문 주요 내용

구분 주요 내용 조치계획 및 검토결과

1

- 단부 격벽과 상부 박스거더의 협착 방지를

위해 상시 및 지진시 이동량을 고려한 여유

간격 규정 필요

- 상시 및 지진시 이동량 검토를

통해 거더와 격벽사이의 충분한

간격을 확보하겠음

2

- 물막이 격벽측으로의 누수 흐름 방지를

위해 바닥판 하단에 물끊기 홈 설치 검토

- 바닥판 연장 단부 하단에 차수

Notch를 설치하겠음

3

- 구조물 열화예방 및 내구성 증진을 위해

누수 시 예상 접촉면에 대한 방수처리 필요

- 격벽 내측면에 적정한 방수 공법

을 적용하겠음

4

- 배수로에 U형 채널 설치 등으로 바닥면

열화 및 체수 방지 방안 필요

- 배수로에 부식에 강한 스테인레스

재질 등으로 U형 채널을 설치하겠음

5

- 배수로 연결부에 누수를 예방할 수 있는

상세 검토 필요

- U형 채널 이음부와 집수정 연결부

등의 누수예방 상세를 반영하였음

6

- 코핑 폭원이 넓어 미관 고려 대상 교량

적용 시 검토 필요

- 미관 적용 대상 교량의 경우 연단

거리 최소화 방안을 검토하겠음

7

- 바닥판 두께를 다소 증가시키는 방법 등

으로 전단 철근을 생략하는 방법 검토 필요

- 단부 바닥판 연장부 두께를 증가시켜

전단철근이 필요 없도록 반영하겠음

Ⅴ. 누수처리 시스템 상세 설계(안)

□ 관련 내용 상세

o 인주2교 확폭부 적용 (인주-염치간 고속도로)

구 분 ST.BOX Girder PSC Girder

적용

위치

P5 P3, P5, P6

단

면

도

GIRDER

ST.BOX

GIRDER

PSC

상세'A'

1

GIRDER

PSC

상세'B'

GIRDER

PSC

2

상세

’A’

3

5

4

2%

상세

’B’

6

4

2%

4

2%

3 3

o 적용 상세 사항

① 교각 코핑 상단 격벽 설치 (ST.BOX거더)

② 단부 가로보 하단 격벽 설치 (PSC거더)

③ 방수형 봉함재 설치

④ 배수로 벽체 상면은 내측으로 2% 경사 적용

⑤ 물끊기 홈(30×20×20mm) 단부에서 5cm 이격*

* 콘크리트 바닥판 단부 상세설계 개선(안) 검토[구조물연구실-157(`16.3.11)]

⑥ 코핑 중앙부 배수로 설치(배수 상세도, 재질 및 규격 붙임#1 참조)

※ 기타 : 신축이음장치 하부 공간 콘크리트 표면 방수재 적용

□ 상부구조 이동량 검토

o 상시 및 지진시 이동량 검토를 통해 거더~격벽 사이에 공간 확보

- 교량 상부형식별 이동량 검토(붙임 #2참조)

ΔL i ΔL i

- 상 시 : ΔLi ≥ ΔLt + ΔLr

- 지진시 : ΔLi ≥ d + 0.4ΔLt

여기서,

ㆍΔLt = 온도변화로 인한 이동량

ㆍΔLr = 활하중 거더 처짐 이동량

ㆍd = 지반에 대한 상부구조 총변위

※ 건조수축 및 크리프 이동량은 공간 확보에 영향을 미치지 않으므로 고려하지 않음

Ⅵ. 설계 적용 방안

□ 부득이하게 신축이음장치가 필요한 곳에 적용

1) 반일체식교대 적용 불가한 교량(연장 500m, 도로교각 5° 초과)의 중간 교각

2) 복합 상부구조를 갖는 교량의 교각

3) 확폭 교량 사이의 교각

□ 설계 중 노선(대산~당진, 동광주~광산)부터 적용

※ 필요 시 건설사업단 시험 시공(건설처 협조)

Ⅶ. 기 대 효 과

□ 신축이음장치 부위의 누수 처리로 구조물 장수명化실현

붙임 #1 누수처리 교각 관련 상세도

#2 상시 및 지진 시 이동량 검토

#3 바닥판 단부 구조계산서

#4 VDOT-Manual of the Structure and Bridge Division 발췌

#5 인주2교 관련 도면

붙임#1 누수처리 교각 관련 상세도

1-1 U형 채널 및 이음부의 상세도, 재질, 설치 형상

U형 배수로 평면도 U형 배수로 단면도

U형 채널 U형 채널 이음부

태그용접

실란트처리

100

블럭아웃

20x20

U형채널

STS304x2T

270

U형 채널(STS304×2T) U형채널 이음부(STS304×2T)

15

15

200

VAR

100

141

30

100

760

VAR

100

30

500

150 200 150

15

15

200

100

97

137

23

103

750

100

97

23

510

150 210 150

1-2 물끊기 홈 상세도 및 규격 ※구조물연구실-157(`16.3.11)

구분 기 존 개 선 (안)

신축

이음부

① 단부 피복두께 : 40mm

② 물끊기 홈 : 미설치

① 단부 피복두께 : 70mm

② 물끊기 홈 : 단부에서 50mm

물끊기

홈

규격

30

20

20

1-3 U형 배수로와 배수홈통의 연결지점 상세

배수로

및

배수홈통

연결부

배수파이프

STS304x3T

집수정

AL

STS304x2T

U형 채널

상세

연결

상세

블럭아웃

STS304x3T

집수정

배수파이프

AL

STS304x3T

P밴드

후설치 기계식 앵커

STS304

STS304x2T

U형찬넬

코핑부 열화방지턱

실란트 마감

20

20

집수정 블럭아웃 삽입

20mm 삽입후 실란트 마감

붙임#2 상시 및 지진 시 이동량 검토

1) 상시 및 지진시 이동량 산정 방법

ΔL i ΔL i

- 상 시 : ΔLi ≥ ΔLt + ΔLr

- 지진시 : ΔLi ≥ d + 0.4ΔLt

여기서,

ㆍΔLi = 교량의 여유 간격 (mm)

ㆍΔLt = 온도변화로 인한 이동량 (mm) = ΔTㆍαㆍL

ㆍΔLr = 활하중으로 인한 거더 처짐에 의한 이동량 (mm) = Σ(hiㆍθi)

ㆍΔT = 온도변화 (℃) : 콘크리트교 40℃, 강교 50℃

ㆍL = 신축거더 길이 (mm)

ㆍα = 열팽창계수

- 콘크리트 : 1.0×10-5

- 강 재 : 1.2×10-5

ㆍhi = 거더의 중립축으로부터 받침의 회전중심까지의 거리 (mm) = 2h/3

ㆍθi = 받침 상부의 거더 회전각 (rad)

- 콘크리트교 : 1/300

- 강 교 : 1/150

ㆍd = 지진 시 지반에 대한 상부구조 총변위 = di + dsub (mm)

ㆍdi = 강성중심에서의 등가지진력에 의한 지진 시 설계변위 (mm)

ㆍdsub = 등가지진력에 의한 하부구조의 지진 시 변위 (mm)

2) 콘크리트교 상시 및 지진시 이동량 산정 예시

- 교량 형식 : PSC Beam 교

- 신축거더 길이(L) : 150,000mm

- 거더 높이 : 1,800mm

- 지진 시 상부구조 총변위(d) : 100mm

- ΔLt = ΔTㆍαㆍL = 40 x 1.0×10-5 x 150,000 = 60mm

(격벽과 상부구조의 협착에 대한 검토이므로 신장량만 고려하면 되나 시공시 온도

보정에 대한 오차를 감안하여 보수적으로 40℃ 적용)

- ΔLr = Σ(hiㆍθi) = 2/3 x 1,800 x 1/300 = 4mm

- 상시 여유 이동량 (Δ0) = min(50ㆍαㆍL , 50mm) = 50mm

- 상시 이동량

ΔLi = ΔLt + ΔLr +Δ0 = 60 +4 + 50 = 114mm

- 지진시 이동량

ΔLi = d + 0.4ΔLt = 100 +0.4 x 60 = 124mm

∴ 교량의 여유 간격(ΔLi)은 124mm 이상 확보하여야 한다.

3) 강합성교 상시 및 지진시 이동량 산정 예시

- 교량 형식 : ST. Box교

- 신축거더 길이(L) : 150,000mm

- 거더 높이 : 1,800mm

- 지진 시 상부구조 총변위(d) : 100mm

- ΔLt = ΔTㆍαㆍL = 50 x 1.2×10-5 x 150,000 = 90mm

- ΔLr = Σ(hiㆍθi) = 2/3 x 1,800 x 1/300 = 4mm

- 상시 여유 이동량 (Δ0) = min(50ㆍαㆍL , 50mm) = 50mm

- 상시 이동량

ΔLi = ΔLt + ΔLr +Δ0 = 90 +4 + 50 = 144mm

- 지진시 이동량

ΔLi = d + 0.4ΔLt = 100 +0.4 x 90 = 136mm

∴ 교량의 여유 간격(ΔLi)은 144mm 이상 확보하여야 한다.

붙임#3 바닥판 단부 구조계산서

붙임#4 VDOT-Manual of the Structure and Bridge Division 발췌