5-1

평면선형

 

5-1-1 평면선형의 구성 요소

도로의 평면선형은 경제적 여건이 허락하는 한도 내에서 주행의 안전성, 쾌적성 및 연속성을 고려해야 하며, 그 도로의 설계속도에 따라 자동차가 주행하는데 무리가 없도록 직선, 원곡선, 완화곡선으로 구성되어야 한다. 이 세 가지 요소는 적절한 길이 및 크기로 연속적이며 일관성 있는 흐름을 가져야 하며, 특히 평면곡선부인 원곡선과 완화곡선 구간에서는 설계속도와 평면곡선 반지름의 관계는 물론이고, 횡방향미끄럼마찰계수, 편경사, 확폭 등의 설계 요소들이 조화를 이루어야 한다.

5-1-2 평면곡선 반지름

자동차는 평면곡선부를 주행할 때 발생하는 원심력에 따라 곡선 바깥쪽으로 힘을 받게 되며, 이때 원심력은 자동차의 속도 및 중량, 평면곡선 반지름, 타이어와 포장면의 횡방향마찰력 및 편경사와 관련하여 자동차에 작용하게 된다.

이와 같이 평면곡선부를 주행하는 자동차에 작용하는 힘의 요소들에 대하여 주행의 안전성과 쾌적성을 확보할 수 있도록 횡방향미끄럼마찰계수와 편경사의 값으로 설계속도에 따른 최소 평면곡선 반지름을 산정하게 된다. 이때 직선부에서와 같이 안전하고 쾌적한 주행이 가능하도록 횡방향미끄럼마찰계수와 편경사의 값을 결정하게 되므로 두 요소는 주행의 안전성과 쾌적성에 가장 큰 영향을 미치는 기본적인 요소라 할 수 있다.

1. 횡방향미끄럼마찰계수(side friction factor : f)

자동차는 평면곡선부를 주행할 때 편경사의 설치 여부와 관계없이 곡선 바깥쪽으로 원심력이 작용하게 되며, 그 힘에 반하여 노면에 수직으로 작용하는 힘이 횡방향력으로 작용하게 되며, 타이어와 포장면 사이에 횡방향 마찰력이 발생하게 된다. 이때 포장면에 작용하게 되는 수직력이 횡방향 마찰력으로 변환되는 정도를 나타내는 것이 횡방향미끄럼마찰계수로서, 그 값은 자동차의 속도, 타이어와 포장면의 형태 및 조건에 따라 달라진다. 횡방향미끄럼마찰계수의 성질을 살펴보면 다음과 같다.

① 속도가 증가하면 횡방향미끄럼마찰계수 값은 감소한다.

② 습윤, 빙설상태의 포장면에서 횡방향미끄럼마찰계수 값은 감소한다.

③ 타이어의 마모 정도에 따라 횡방향미끄럼마찰계수 값은 감소한다.

이러한 성질의 횡방향미끄럼마찰계수 적용값을 정하는 과정에서 고려해야 할 것은 모든 조건을 고려할 때 노면과 타이어간의 마찰 저항을 어느 정도로 가정하는 것이 안전할 것인가 이며, 그 값은 실측하여 구한 값에 사람이 자동차 주행 중에 느낄 수 있는 쾌적성을 고려하여 결정하게 된다.

(1) 실측하여 구한 값

자동차는 평면곡선부를 주행할 때 횡방향력이 작용하게 되며, 바퀴의 회전 방향과 자동차의 진행 방향이 일치하지 않으므로 두 방향이 각을 이루게 된다. 이때 이 각을 횡방향 미끄럼각이라 한다. 횡방향력에 따라 횡방향 미끄럼각이 증가할 때 횡방향미끄럼마찰계수도 증가하게 되며, 어느 각에 이르면 횡방향미끄럼마찰계수의 값이 일정하게 된다. 이때 횡방향미끄럼마찰계수는 최댓값을 갖게 되며, 이 값은 노면의 재질에 따른 횡방향미끄럼마찰계수값으로 정하고 있다.

횡방향미끄럼마찰계수의 실측치는 조사·연구자료에 따르면 노면의 재질 및 상태에 따라 다음과 같은 값을 나타내고 있다.

∙ 아스팔트콘크리트 포장：0.4 ~ 0.8

∙ 시멘트콘크리트 포장 ：0.4 ~ 0.6

∙ 노면이 결빙된 경우 ：0.2 ~ 0.3

 

 

 

그림 5-1 횡방향 미끄럼각과 재질에 따른 횡방향미끄럼마찰계수

위의 값에서 보듯이 실측하여 구한 값은 노면이 결빙된 경우의 값이 가장 작게 나타나고 있으며, 안전을 고려할 때 횡방향미끄럼마찰계수의 값은 노면이 결빙된 경우에도 안전할 수 있도록 결정되어야 한다.

(2) 쾌적성을 고려한 값

평면곡선부를 주행할 때 운전자는 원심력 때문에 불쾌감을 느끼게 되며, 주행의 방향을 바로 잡기 위하여 속도를 줄이거나 핸들 조작에 주의를 기울이게 된다.

따라서, 횡방향미끄럼마찰계수의 값은 운전자가 안전하고, 동시에 주행의 쾌적함을 만족할 수 있도록 결정되어야 한다.

운전자는 안전하고 쾌적한 주행을 위하여 노면의 요철이 심한 곳에서는 속도를 낮추고, 평면곡선 반지름이 작은 구간에서는 가능한 한 크게 회전하려고 한다.

이와 같은 운전자의 조작에 따른 자동차의 적응 능력 및 기동성을 볼 때 도로에서는 철도에서 요구하고 있는 횡방향 가속도의 범위인 0.3~0.6m/sec²보다 큰 값이 종래부터 허용되고 있다.

그러나 횡방향미끄럼마찰계수의 값을 너무 크게 결정하면 안전한 주행이 보장되지 않아 사고의 위험이 커지며, 이때 운전자는 안전을 위하여 속도를 낮추게 되어 원활한 교통 흐름에 방해가 된다.

이러한 횡방향미끄럼마찰계수의 한계값을 구하기 위하여 많은 조사 연구가 있었으며, 대체적으로 쾌적성을 고려할 경우 그 값은 속도에 따라 0.10~0.16 정도가 타당한 것으로 알려져 있다.

(3) 설계에 적용되는 값

횡방향미끄럼마찰계수의 값은 주행의 안전성과 쾌적성을 동시에 만족하는 값이어야 하므로 주어진 조건의 최댓값이 아닌 허용할 수 있는 범위 내에서의 최댓값을 적용해야 한다.

이 해설에서는 AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials)의 연구 실적을 참고하여 그 값을 결정하였다.

그림 5-2에서 보듯이 횡방향미끄럼마찰계수(f)는 속도에 따라 주행의 쾌적성을 고려하여 f＝0.10~0.16을 적용하도록 하였으며, 이 값은 실측하여 구한 값과 비교하여 보면 안전성 측면에서도 적합한 값이라고 판단된다.

그러므로 횡방향미끄럼마찰계수는 설계속도별로 표 5-1의 값을 적용해야 한다.

 

설계속도(km/h)	120	110	100	90	80	70	60	50	40	30	20
횡방향미끄럼마찰계수	0.10	0.10	0.11	0.11	0.12	0.13	0.14	0.16	0.16	0.16	0.16

 

 

 

2. 편경사

자동차가 평면곡선부를 주행할 때 작용하는 원심력에 저항하는 힘은 횡방향 마찰력과 설치된 편경사에 따른 포장면에 수직으로 작용하는 분력이다. 원심력 가운데 운전자에 불쾌감을 주는 횡방향력을 작게 하기 위해서는 가능한 한 편경사를 크게 해야 하지만 편경사가 너무 클 경우 저속으로 주행하는 자동차가 횡방향으로 미끄러지려 하기 때문에 운전자가 주행방향을 유지하기 위하여 부자연스러운 핸들조작을 해야 한다. 또한 포장면이 결빙되었을 때 자동차의 정지 및 출발할 때 횡방향으로 미끄러질 우려가 있어 최대 편경사를 제한하고 있다.

최대 편경사를 결정할 때 고려해야 할 요소는 다음과 같다.

① 주행의 쾌적성 및 안전성

② 적설, 결빙 등의 기상조건

③ 지역 구분

④ 저속 주행자동차의 빈도

⑤ 시공성 및 유지관리

이러한 요소들을 고려할 때 모든 도로에 획일적으로 최대 편경사를 적용하는 것은 비합리적이므로 그 도로가 갖는 조건들을 감안하여 최대 편경사를 6~8％로 결정하였으며, 도시지역도로에서는 교차로의 접속, 횡단보도, 연도 이용 및 자동차의 빈번한 정지 등을 고려하여 편경사를 설치하지 않거나 작은 편경사를 두도록 하였다.

미국 등 국외(미국, A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, AASHTO)에서는 일반적으로 최대 편경사 8％를 바람직한 값으로 추천하고 있다.

3. 평면곡선 반지름

(1) 최소 평면곡선 반지름의 산정

평면곡선부를 주행하는 운전자의 안전성과 쾌적성을 확보하기 위해서는 설계속도에 따

 

	제19조(평면곡선 반지름) 차도의 평면곡선 반지름은 설계속도와 편경사에 따라 다음 표의 크기 이상으로 한다.   설계속도 (킬로미터/시간) 최소 평면곡선 반지름(미터) 적용 최대 편경사 6퍼센트 7퍼센트 8퍼센트 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 710 600 460 380 280 200 140 90 60 30 15 670 560 440 360 265 190 135 85 55 30 15 630 530 420 340 250 180 130 80 50 30 15

 

 

 

른 최소 평면곡선 반지름을 적용하여 직선부에서와 같이 자동차의 주행이 연속성을 갖도록 할 필요가 있다. 그러므로 최소 평면곡선 반지름은 평면곡선부를 주행할 때 발생하는 원심력으로 인하여 곡선부의 바깥쪽으로 미끄러지거나 전도할 위험을 방지할 수 있도록 타이어와 포장면 사이의 횡방향마찰력이 원심력보다 크도록 해야 하며, 동시에 주행 쾌적성을 확보할 수 있도록 하여 크기를 산정해야 한다.

평면곡선부를 주행하는 자동차는 원운동을 하기 위하여 구심력이 필요하며, 그에 반하여 평면곡선 반지름과 속도에 따라 다음과 같은 크기의 원심력이 작용하게 된다.

(식 5-1)

여기서, F : 원심력(㎏)

W : 자동차의 총중량(㎏)

g : 중력가속도(≒9.8m/sec2)

v : 자동차의 속도(m/sec)

R : 평면곡선 반지름(m)

 

 

그림 5-3에서 보듯이 평면곡선부를 주행하는 자동차는 노면에 수평방향으로 원심력(F)과 수직방향으로 자동차의 총중량(W)이 작용하게 되며, 경사각 α에 따라 원심력(F)과 자동차의 총중량(W)은 그 분력이 발생하게 된다. 이때 자동차가 미끄러지지 않기 위해서는 원심력 방향의 힘이 타이어와 포장면 사이의 횡방향마찰력보다 작아야 한다.

횡방향마찰력에 따른 횡방향미끄럼마찰계수를 f라 하면 자동차의 안전을 위해서는 다음의 식을 만족해야 한다.

(Fcosα－Wsinα) ≦ f(Fsinα＋Wcosα)

양변을 cosα로 나누어 정리하면

(F－Wtanα) ≦ f(Ftanα＋W)

tanα ＝ i(편경사)를 대입하면

(F－Wi) ≦ f(Fi＋W)

위의 식에 식 5-1을 대입하면

 

양변을 W로 나누어 정리하면

 

위의 식을 평면곡선 반지름 R의 식으로 정리하면

 

fi는 매우 작으므로 생략하여 정리하면

(식 5-2)

위의 식에서 속도(v : m/sec)를 설계속도(V : km/h)로 정리하면

(식 5-3)

식 5-3은 평면곡선부를 주행하는 자동차가 횡방향으로 미끄러지지 않을 조건의 평면곡선 반지름, 설계속도, 횡방향미끄럼마찰계수 및 편경사의 관련식이다.

일반적으로 원심력에 의하여 자동차는 전도보다는 횡방향미끄럼의 영향을 먼저 받게 되므로 횡방향미끄럼에 안전할 수 있는 한계치의 평면곡선 반지름을 최소 평면곡선 반지름으로 결정하게 되며, 식 5-3에 따른 최소 평면곡선 반지름은 다음 식으로 구한다.

(식 5-4)

 

설계속도 (km/h)	횡방향미끄럼 마찰계수	최소 평면곡선 반지름
		최대 편경사 6％		최대 편경사 7％		최대 편경사 8％
		계산값	규정값	계산값	규정값	계산값	규정값
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	0.10 0.10 0.11 0.11 0.12 0.13 0.14 0.16 0.16 0.16 0.16	709 596 463 375 280 203 142 89 57 32 14	710 600 460 380 280 200 140 90 60 30 15	667 560 437 354 265 193 135 86 55 31 14	670 560 440 360 265 190 135 85 55 30 15	630 529 414 336 252 184 129 82 52 30 13	630 530 420 340 250 180 130 80 50 30 15

 

 

 

식 5-4와 표 5-1에 따라 설계속도와 최대 편경사별로 최소 평면곡선 반지름을 구하면 표 5-2와 같다.

(2) 평면곡선 반지름의 적용

최소 평면곡선 반지름의 규정값은 평면곡선부를 주행하는 운전자의 안전성과 쾌적성을 확보하기 위한 최소한의 값이며 각 차로의 중심선에 적용되는 값이므로 설계속도 60km/h 이상의 도로나 6차로 이상의 다차로 도로에서 평면선형을 차도 중심선을 따라 설계할 경우 최소 평면곡선 반지름 적용 구간에서는 곡선의 안쪽 차로에 대한 평면곡선 반지름에 세심한 주의를 기울여야 한다.

또한, 평면선형을 설계할 때 최소 평면곡선 반지름의 규정값에 얽매여 지형상 상당히 여유있는 평면곡선 반지름을 적용할 수 있음에도 불구하고 최소 평면곡선 반지름에 가까운 값을 적용하는 것은 바람직하지 못하며, 그 구간 앞뒤의 조건과 균형을 고려하여 지형조건에 순응할 수 있는 평면곡선 반지름을 적용해야 한다.

① 지방지역도로의 경우

어떠한 설계속도를 정하여 규정된 최소 평면곡선 반지름을 적용하려면 토공 등 공사비의 증가로 막대한 공사비의 증액을 초래하여 사실상 공사시행이 불가능하게 되는 경우도 있다.

이와 같은 경우에는 설계속도를 한 단계 낮추어 설계하는 것이 타당할 것이며, 설계속도를 낮추어 도로에서 얻어지는 편익에는 다소 손실이 있다 하더라도 막대한 건설비가 절약된다면, 비용-편익비(B/C ratio)가 커지므로 경제적 측면에서 볼 때 합리적이라 할 수 있다.

그러나 이 경우, 극히 한정된 구간에 대해서만 낮은 설계속도를 적용하는 방법은 피해야 한다. 운전자가 갑자기 속도를 낮출 경우 교통사고 발생위험이 높아지므로 적당한 구간에 걸쳐서 설계속도를 낮추어 운전자가 자연스럽게 속도를 조정할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 선형의 계획단계에서 서서히 평면곡선 반지름을 작게 설계하여 배치하거나, 평면곡선 반지름이 작은 평면곡선부를 운전자가 인지할 수 있도록 평면곡선 반지름을 배치하도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 평면곡선 반지름이 작은 곡선부의 앞뒤에는 교통안전표지를 활용하여 경고하도록 함과 아울러 방호울타리 등 도로안전시설을 설치해야 한다.

② 도시지역도로의 경우

도시지역도로에서는 주변 여건으로 인하여 편경사를 설치할 수 없는 경우가 많다. 이 경우, 평면곡선 반지름의 최솟값은 직선부의 횡단경사를 편경사로 설정하고 횡방향미끄럼마찰계수의 값은 설계속도에 따라 0.14~0.15까지 적용하여 산정해야 한다.

이보다 더 작은 최소 평면곡선 반지름을 쓰는 경우는 원심력의 증가분에 대하여는 약간의 편경사를 설치하여 안전성을 확보해야 한다.

5-1-3 평면곡선의 길이

 

	제20조(평면곡선의 길이) 평면곡선부의 차도 중심선 길이(완화곡선이 있는 경우에는 그 길이를 포함한다)는 다음 표의 길이 이상으로 한다.   설계속도 (킬로미터/시간) 평면곡선의 최소 길이(미터) 도로의 교각이 5도 미만인 경우 도로의 교각이 5도 이상인 경우 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 700 / θ 650 / θ 550 / θ 500 / θ 450 / θ 400 / θ 350 / θ 300 / θ 250 / θ 200 / θ 150 / θ 140 130 110 100 90 80 70 60 50 40 30

 

1. 일반사항

자동차가 평면곡선부를 주행할 때 평면곡선의 길이가 짧으면 운전자는 평면곡선 방향으로 핸들을 조작하였다가 직선부로 진입하기 위하여 즉시 핸들을 반대 방향으로 조작해야 하기 때문에, 이로 인하여 운전자는 횡방향의 힘을 받게 되어 불쾌감을 느낄 뿐만 아니라 고속으로 주행할 때 안전에 좋지 않은 영향을 주게 된다.

또한, 평면곡선의 길이가 짧으며, 도로 교각마저 작은 경우에 운전자에게는 평면곡선의 길이가 더욱더 짧아 보이거나, 심한 경우 도로가 꺾여 있는 것처럼 보이며, 평면곡선 반지름이 실제의 크기보다 작게 느껴져 운전자는 속도를 줄이게 되고, 속도를 줄이지 않는 경우에는 곡선부를 크게 회전하려는 운전자의 경향으로 인하여 주행의 궤적이 다른 차로로 넘어갈 우려가 있어 사고의 위험이 있다.

그러므로 평면곡선의 최소 길이는 다음의 조건을 고려하여 결정해야 한다.

① 운전자가 핸들 조작에 곤란을 느끼지 않을 것.

② 도로 교각이 작은 경우에는 평면곡선 반지름이 실제의 크기보다 작게 보이는 착각을 피할 수 있도록 할 것.

2. 평면곡선의 최소 길이 산정

(1) 운전자가 핸들 조작에 곤란을 느끼지 않을 길이

평면곡선부를 주행하는 운전자가 핸들 조작에 곤란을 느끼지 않고 그 구간을 통과하기 위해서는 경험적으로 한 방향으로 핸들 조작을 할 때 2~3초가 필요한 것으로 알려져 있으나 평면곡선의 길이는 보다 안전하고 쾌적한 주행을 위하여 경험적인 값의 2배인 약 4~6초 간 주행할 수 있는 길이 이상 확보하는 것이 좋은 것으로 알려져 있다. 이 규칙에서는 평면곡선의 최소 길이를 4초 간 주행할 수 있는 길이 이상을 확보하도록 결정하였으며, 이 값은 최소 완화곡선 길이의 2배의 값이다.

평면곡선의 최소 길이는 식 5-5에 따라 산정하며, 설계속도별로 그 길이를 구하면 표 5-3과 같다.

(식 5-5)

여기서, L : 평면곡선의 길이

t : 주행시간(4초)

v, V : 자동차 속도(m/sec, km/h)

 

설계속도(km/h)	평면곡선의 최소 길이
	계산값	규정값
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	133.3 122.2 111.1 100.0 88.9 77.8 66.7 55.6 44.4 33.3 22.2	140.0 130.0 110.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0

 

 

 

(2) 도로 교각이 5° 미만인 경우의 길이

도로 교각이 매우 작은 경우에는 평면곡선의 길이가 운전자에게 실제보다 짧게 보이므로 도로가 급하게 꺾여져 있는 것 같은 착각을 일으키며, 이 경향은 교각이 작을수록 현저히 높아진다.

따라서 교각이 작을수록 긴 평면곡선부를 삽입하여 도로의 평면곡선부가 완만히 진행되고 있는 것이 운전자에게 느껴지도록 해야 한다.

 

 

 

그림 5-4 도로 교각 5도 미만인 경우의 외선 길이

도로 교각이 작은 구간에서 운전자가 평면곡선부를 주행해야 한다는 것을 인식하기 위해서는 그림 5-4에 나타낸 외선 길이(N, secant length)가 어느 정도 이상이 되어야 한다. 그러므로 완화곡선을 클로소이드로 생각하고 도로 교각이 5° 미만인 경우(2° 미만인 경우에는 2°로 한다.)의 외선 길이가 도로 교각이 5°인 경우의 외선 길이 값과 같은 값이 되는 평면곡선의 길이를 평면곡선의 최소 길이로 한다.

클로소이드의 파라미터를 A라 할 때 클로소이드의 식에서

(식 5-6)

(식 5-7)

(식 5-8)

식 5-6, 식 5-7, 식 5-8에서

(식 5-9)

식 5-9에서 τ의 값이 매우 적은 경우는 τ², τ4 …≒0, cosτ≒1로 간주할 수 있으므로

 

τ(radian) 대신에 도로 교각 θ(도)를 쓰면

(식 5-10)

완화곡선구간에서 규정하고 있는 완화곡선의 최소 길이를 이용하여 도로 교각 5°일 때의 외선 길이(N)를 구하고, θ를 함수로 한 식 5-10을 이용하여 평면곡선의 길이(L)를 구하면, 표 5-4와 같다. 또, 그 길이를 그래프로 나타내면 그림 5-5와 같다.

 

설계속도(km/h)	완화곡선의 최소 길이	외선 길이	평면곡선의 최소 길이
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	70 65 55 50 45 40 35 30 25 20 15	1.02 0.94 0.80 0.73 0.65 0.58 0.51 0.44 0.36 0.29 0.22	700/θ 650/θ 550/θ 500/θ 450/θ 400/θ 350/θ 300/θ 250/θ 200/θ 150/θ

 

 

그림 5-5 도로 교각과 평면곡선 최소 길이의 관계

3. 평면곡선의 최소 길이를 적용할 때 주의사항

규정된 평면곡선의 최소 길이는 최소 완화구간 길이의 두 배로 되어 있다. 즉, 완화곡선만으로도 평면곡선의 최소 길이를 만족할 수 있으나, 이 경우에 핸들 조작에 곤란을 느끼지 않을 길이를 만족하고 있다 하여도 운전자가 평면곡선 반지름이 가장 작은 곳에서는 급히 핸들을 돌려야 하기 때문에 원활한 핸들 조작이라고 할 수 없다. 또한, 편경사의 설치에 주의하지 않으면 꺾어져 보이는 일이 많아 운전자에게 원활한 주행감을 주지 못하는 곡선이 된다. 따라서, 이 두 완화곡선 사이에 어느 정도 길이의 원곡선을 삽입하는 것이 바람직하다.

이 원곡선의 길이는 설계속도로 약 4초 간 주행할 수 있는 길이 이상을 삽입하는 것이 바람직하다.

경험상으로는 원곡선 반지름 R에 대해서 클로소이드의 파라미터(clothoid parameter, A)와 원곡선 반지름(R) 간에 R≥A≥R/3되는 관계에 있을 때 원활한 평면곡선의 조화가 이루어지며, 그 가운데서도 A>R/2가 바람직하다고 알려져 있으나, 도로 교각의 크기, 지형 및 지장물 등의 주변 여건에 따라 운전자의 핸들 조작 시간, 편경사 등을 고려하여 원곡선과 완화곡선의 길이를 적절히 설치해야 한다.

5-1-4 평면곡선부의 편경사

 

	제21조(평면곡선부의 편경사) ① 차도의 평면곡선부에는 도로가 위치하는 지역, 적설 정도, 설계속도, 평면곡선 반지름 및 지형 상황 등에 따라 다음 표의 비율 이하의 최대 편경사를 두어야 한다.   구 분 최대 편경사(퍼센트) 지방지역 적설·한랭 지역 6 그 밖의 지역 8 도시지역 6 연결로 8   ② 제1항에도 불구하고 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 경우에는 편경사를 두지 아니할 수 있다. 1. 평면곡선 반지름을 고려하여 편경사가 필요 없는 경우 2. 설계속도가 시속 60킬로미터 이하인 도시지역도로에서 도로 주변과의 접근과 다른 도로와의 접속을 위하여 부득이하다고 인정되는 경우 ③ 편경사의 회전축으로부터 편경사가 설치되는 차로수가 2개 이하인 경우의 편경사의 접속설치길이는 설계속도에 따라 다음 표의 편경사 최대 접속설치율에 따라 산정된 길이 이상이 되어야 한다.   설계속도(킬로미터/시간) 편경사 최대 접속설치율 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 1 / 200 1 / 185 1 / 175 1 / 160 1 / 150 1 / 135 1 / 125 1 / 115 1 / 105 1 / 95 1 / 85   ④ 편경사의 회전축으로부터 편경사가 설치되는 차로수가 2개를 초과하는 경우의 편경사 접속설치길이는 제3항에 따라 산정된 길이에 다음 표의 보정계수를 곱한 길이 이상이 되어야 하며, 노면의 배수가 고려되어야 한다.   편경사가 설치되는 차로수 접속설치길이의 보정계수 3 4 5 6 1.25 1.50 1.75 2.00

 

1. 일반사항

도로의 평면곡선부에서 원심력을 받으며 주행하는 자동차는 노면에 설치된 편경사와 노면과 타이어 간의 마찰에 의하여 안정된 주행을 할 수 있으며, 이때 자동차가 받는 원심가속도를 식 5-2를 이용하여 편경사와 횡방향미끄럼마찰력과의 관계로 나타내면 다음 식과 같다.

(식 5-11)

식 5-11에서 알 수 있듯이, 자동차가 받는 원심가속도는 편경사와 횡방향미끄럼마찰력이 분담하게 되는데, 편경사가 분담하는 gi는 노면에 수직으로 작용하는 성분이며, 횡방향미끄럼마찰력이 분담하는 gf는 운전자에게 횡방향으로 작용하는 성분이다.

그러므로 운전자에게 불쾌감을 주는 것은 gf 이므로, 이 힘을 감소시키기 위해서는 편경사를 크게 설치하는 것이 필요하나, 5-1-2의 (2)에서 기술한 바와 같이 편경사를 너무 크게 설치할 수는 없으므로 원심력 중 운전자가 불쾌감을 느끼지 않을 정도의 힘만 횡방향미끄럼마찰력으로 분담하도록 하고, 나머지 부분은 편경사가 분담할 수 있도록 최대 편경사의 크기를 6~8％의 범위로 결정하였으므로 그 도로가 설치되는 지역 조건과 기상 조건에 따라 최대 편경사의 크기를 적정하게 적용해야 한다.

또한, 설계속도가 낮은 연결로는 길이가 짧은 구간이므로 경제적 측면과 교통안전 등을 고려하여 최대 편경사의 크기를 8％ 까지 적용할 수 있도록 하였다.

한편, 도시지역도로에서는 교통 밀도가 높고, 신호등에 의한 정차가 많으며, 도로의 주변 상황 등으로 인하여 편경사를 지방지역도로와 같이 크게 설치하는 것이 곤란하다. 특히, 평면교차로에서는 편경사가 본선에 설치된 경우 좌․우회전 자동차가 이로 인하여 주행이 어려워 각 방향의 교통 흐름이 불편하게 된다. 따라서 설계속도가 60km/h 이하인 도시지역도로에서는 부득이한 경우에 편경사를 설치하지 않을 수 있다.

2. 평면곡선 반지름과 편경사의 값

선형을 설계할 때 평면곡선 반지름의 크기가 결정되면 그 도로의 설계속도와 평면곡선 반지름에 따른 적절한 편경사를 결정해야 한다.

설계속도와 평면곡선 반지름에 대하여 자동차가 안전하게 주행할 수 있는 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 크기는 식 5-4에 따라 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(식 5-12)

위의 식에서 편경사와 횡방향 마찰력이 각각 어느 정도의 원심력을 분담하도록 할 것인가에 따라 i와 f의 값이 상관 관계를 갖게 되며 i, f의 두 값을 각각 어떠한 비율로 결정하는 것이 타당할 것인가를 판단해야 한다.

식 5-12에 따라 평면곡선 반지름과 (i＋f)의 관계를 설계속도별로 나타내면 그림 5-6과 같다.

어느 평면곡선 반지름에 대해서 편경사의 값(i)을 정하면 횡방향미끄럼마찰계수의 값(f), 즉, 운전자가 느끼는 횡방향의 가속도를 알 수 있으며, 그림 5-6에서 알 수 있는 바와 같이 평면곡선 반지름이 작아짐에 따라 (i＋f)의 값은 급격히 증가함을 알 수 있다. 또, 설계속도가 높아지면 (i＋f)의 값이 커지게 되며, 평면곡선 반지름이 작을 경우 속도 증가에 대한 (i＋f)값의 증가량이 커짐을 알 수 있다.

이와 같이 평면곡선 반지름이 작은 경우에는 약간의 속도 증가로도 쾌적성에 큰 영향이 있게 되며, 평면곡선 반지름이 큰 경우에는 쾌적성을 저해하지 않는 속도의 범위가 넓어진다는 것을 알 수 있다.

 

 

 

그림 5-6 (i＋f)와 평면곡선 반지름의 관계

(1) 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 분배

평면곡선부에서 원심력에 대하여 운전자가 불쾌감을 느끼지 않고 안전하게 주행하도록 하기 위해서는 설계속도와 평면곡선 반지름의 크기에 따라 편경사와 횡방향미끄럼마찰력이 균형있게 분배되어야 하며, 이 분배로부터 그 평면곡선부에 편경사를 어느 정도로 설치할 것인가를 결정해야 한다.

편경사와 횡방향 마찰력을 분배하여 원심력을 상쇄시킬 수 있는 방법은 다음의 5가지가 있다.

① 방법 1 : 편경사와 횡방향미끄럼마찰력을 평면곡선 반지름의 곡률(1/R)에 직선 비례로 증가시키는 방법(평면곡선 반지름에 반비례)편경사와 평면곡선 반지름의 곡률과의 관계, 횡방향미끄럼마찰력과 평면곡선 반지름의 곡률과의 관계를 직선식으로 나타낸 이 방법은 횡방향미끄럼마찰계수가 이상적으로 분배되어져야 하므로 어떠한 구간에서도 자동차의 속도가 일정해야 한다. 그러나 운전자는 도로 조건 및 교통 조건에 따라 자동차의 속도를 변화시키게 되므로 이 방법을 사용한 경우에는 직선식의 중간 정도에 해당되는 평면곡선 반지름의 구간에서는 편경사를 상향 조정하는 것이 바람직하다.

② 방법 2 : 자동차가 설계속도로 주행할 때, 먼저 횡방향미끄럼마찰계수를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선 비례하여 최대 횡방향미끄럼마찰력까지 증가시키고 난 후 편경사를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선 비례로 증가시키는 방법자동차가 설계속도로 주행할 때, 최대 횡방향미끄럼마찰력으로 원심력에 대응할 수 있는 평면곡선 반지름까지는 횡방향미끄럼마찰계수를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선비례로 분배시키고, 더 작은 평면곡선 반지름에서는 최대 횡방향미끄럼마찰력보다 더 큰 원심력의 나머지 부분을 편경사가 분담하도록 편경사를 최대 편경사까지 평면곡선 반지름의 곡률에 직선 비례로 분배하는 방법으로, 최대 횡방향미끄럼마찰력에 도달한 후 편경사를 설치하므로 편경사가 급격하게 변화된다.또한, 이 방법은 횡방향미끄럼마찰계수의 분배에 의존되므로 일반적으로 도심에서와 같이 일정한 속도가 유지되기 어려운 도로와 편경사를 자주 변화시키기 어려운 도로에서 사용한다.

③ 방법 3 : 자동차가 설계속도로 주행할 때, 먼저 편경사를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선 비례로 최대 편경사까지 증가시키고 난 후 횡방향미끄럼마찰계수를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선비례로 증가시키는 방법.자동차가 설계속도로 주행할 때 최대 편경사로 원심력에 대응할 수 있는 평면곡선 반지름까지는 편경사를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선 비례로 분배시키고, 더 작은 평면곡선 반지름에서는 최대 편경사로 분담할 수 있는 원심력보다 더 큰 나머지 부분을 횡방향미끄럼마찰력이 분담하도록 최대 횡방향미끄럼마찰력까지 횡방향미끄럼마찰계수를 평면곡선 반지름의 곡률에 직선 비례로 분배하는 방법으로, 횡방향미끄럼마찰계수의 변화가 심하게 되어 평면곡선부마다 횡방향미끄럼마찰계수의 분배가 서로 다르게 되며, 주행하는 자동차의 속도 변화가 다양하게 되는 단점이 있다.또한, 일부 구간에서 편경사가 과다하게 설치되며, 평면곡선 반지름이 큰 구간에서 설계속도보다 낮은 속도로 주행하는 자동차에는 (-)의 횡방향미끄럼마찰계수가 적용된다.

④ 방법 4 : ③의 방법에서 설계속도를 평균 주행속도로 적용하는 방법설계속도보다 느린 속도로 주행하는 자동차를 고려하여 방법 ③에서 자동차의 속도를 낮추어 평균 주행속도를 적용한 방법으로, 설계속도보다 낮은 속도로 주행하는 자동차에는 과다하게 편경사가 설치되는 방법 ③의 단점은 해소되나, 우리나라 운전자의 주행 습관에 맞지 않으며, 최대 편경사에 이른 후에는 방법 ③과 같은 결과가 나타난다. 특히, 설계속도가 낮은 도로에서는 횡방향미끄럼마찰계수가 급격히 변화하게 된다.

⑤ 방법 5 : ①과 ③의 방법에서 얻어진 값들을 이용하여 포물선 식으로 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수를 결정하는 방법

운전자가 평면곡선 반지름의 크기에 따라 속도를 다양하게 변화시키므로 횡방향미끄럼마찰계수와 편경사의 직선적인 변화는 운전자의 행태와는 조화되지 않는다. 그러므로 설계속도에 대응하는 횡방향력을 편경사가 받도록 한다는 것을 고려하여 평면곡선 반지름이 작아짐에 따라 서서히 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수를 포물선으로 변화시키는 방법으로, 편경사와 횡방향마찰력을 가장 합리적으로 만족시킬 수 있는 방법이다.

이상의 방법을 도식화하여 보면 그림 5-7과 같다.

 

 

 

그림 5-7 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 분배방법(계속)

 

 

그림 5-7 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 분배방법

(2) 편경사의 계산

편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 분배는 방법 5에 따르며, 이것으로 설계속도, 평면곡선 반지름에 적당한 편경사를 다음과 같은 순서로 산정한다.

① 방법 3의 직선식에서 유추한 포물선 식으로 평면곡선 반지름에 따른 횡방향미끄럼마찰계수(f) 산정

② 방법 1에서 그 평면곡선 반지름에 따른 원심력에 대응할 수 있는 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 전체 값(i＋f)을 산정

③ 방법 1의 (i＋f)에서 방법 3의 횡방향미끄럼마찰계수 f의 값을 뺀 값을 그 평면곡선 반지름에 필요한 편경사로 결정

(가) 포물선 식의 산정

평면곡선부를 설계속도로 주행할 때 운전자에게 작용하는 원심력을 최대 편경사로 대응할 수 있는 평면곡선 반지름까지는 횡방향력이 작용하지 않도록 횡방향미끄럼마찰계수 f＝0으로 하고, 그보다 더 작은 평면곡선 반지름에서는 최대 편경사로 분담할 수 있는 원심력보다 큰 나머지 힘을 횡방향미끄럼마찰력으로 대응할 수 있도록 가정할 때, 그림 5-8에서 보듯이 편경사의 설치가 필요하지 않은 평면곡선 반지름을 나타내는 점 O, 최대 편경사가 필요한 평면곡선 반지름을 나타내는 점 A 및 그 설계속도에서의 최소 평면곡선 반지름을 나타내는 점 B로 이어지는 횡방향미끄럼마찰계수에 대한 직선 비례식(O－A－B)을 얻을 수 있다.

이 직선식에서 직선 OA의 중점을 d, 직선 AB의 중점을 e, 직선 de와 점 A의 수선과의 교점을 a라 할 때 각각의 직선에 접하는 포물선 식을 횡방향미끄럼마찰계수의 분배를 위한 포물선 식으로 한다.

여기서 점 B는 최소 평면곡선 반지름(최대 곡률)을 나타내며, 점 A의 평면곡선 반지름의 크기는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-13)

각각의 직선(O－d－a, a－e－B)에 접하는 포물선 식을 구하여 보면 다음과 같다.

 

 

 

그림 5-8 편경사와 횡방향미끄럼마찰계수의 분배

① 직선 od, da에 접하는 포물선 식(R＞Ra일 때의 포물선 식)

(식 5-14)

여기서, fmax : 설계속도에 따른 최대 횡방향미끄럼마찰계수

Rmin : 설계속도에 따른 최소 평면곡선 반지름

R : 설계에 적용한 평면곡선 반지름

f1 : R＞Ra일 때 R에 대응하는 횡방향미끄럼마찰계수

 

 

② 직선 ae, eB에 접하는 포물선 식(R≦Ra일 때의 포물선 식)

 

(식 5-15)

 

 

여기서, f2 : R≦Ra일 때 R에 대응하는 횡방향미끄럼마찰계수

(나) (i＋f)의 산정

정하여진 설계속도와 평면곡선 반지름에 따라 식 5-12를 이용하여 (i＋f)의 값을 산정한다.

(다) 편경사 산정

(i＋f)의 산정 결과와 평면곡선 반지름의 크기에 따라 식 5-14, 식 5-15를 이용하여 f1, f2를 산정하고, (i＋f)－(f1 혹은 f2)로 편경사를 산정한다.

(1), (2), (3)의 방법에 따르며, 산정한 평면곡선 반지름에 따른 편경사의 값은 표 5-5, 표 5-6, 표 5-7과 같다.

표 5-5 평면곡선 반지름에 따른 편경사(최대 편경사＝6％)

(단위 : m)

 

설계속도 (km/h)	평면곡선 반지름에 따른 편경사
	NC	2％	3％	4％	5％	6％
120	6,900 이상	6,900~3,840	3,840~2,470	2,470~1,610	1,610~1,050	1,050~710
110	5,800 이상	5,800~3,230	3,230~2,070	2,070~1,360	1,360~880	880~600
100	4,800 이상	4,800~2,650	2,650~1,690	1,690~1,070	1,070~690	690~460
90	3,900 이상	3,900~2,150	2,150~1,370	1,370~880	880~560	560~380
80	3,100 이상	3,100~1,680	1,680~1,060	1,060~670	670~420	420~280
70	2,300 이상	2,300~1,280	1,280~800	800~490	490~310	310~200
60	1,700 이상	1,700~940	940~580	580~350	350~220	220~140
50	1,200 이상	1,200~650	650~400	400~230	230~140	140~90
40	800 이상	800~420	420~260	260~150	150~90	90~60
30	400 이상	400~240	240~150	150~85	85~50	50~30
20	200 이상	200~110	110~65	65~35	35~25	25~15

 

주) NC(normal cross slope) : 표준횡단경사 적용(편경사 생략)

표 5-6 평면곡선 반지름에 따른 편경사(최대 편경사＝7％)

(단위 : m)

 

설계속도 (km/h)	평면곡선 반지름에 따른 편경사
	NC	2％	3％	4％	5％	6％	7％
120	7,100 이상	7,100~4,000	4,000~2,660	2,660~1,890	1,890~1,340	1,340~940	940~670
110	5,900 이상	5,900~3,360	3,360~2,240	2,240~1,590	1,590~1,130	1,130~790	790~560
100	4,900 이상	4,900~2,760	2,760~1,830	1,830~1,280	1,280~900	900~630	630~440
90	4,000 이상	4,000~2,240	2,240~1,480	1,480~1,040	1,040~730	730~480	480~360
80	3,100 이상	3,100~1,760	1,760~1,160	1,160~810	810~560	560~380	380~265
70	2,400 이상	2,400~1,340	1,340~880	880~610	610~410	410~280	280~190
60	1,800 이상	1,800~980	980~640	640~440	440~290	290~200	200~135
50	1,200 이상	1,200~680	680~440	440~290	290~190	190~130	130~85
40	800 이상	800~440	440~280	280~190	190~130	130~80	80~55
30	450 이상	450~250	250~160	160~110	110~70	70~45	45~30
20	200 이상	200~110	110~70	70~45	45~30	30~20	20~15

 

주) NC(normal cross slope) : 표준횡단경사 적용(편경사 생략)

표 5-7 평면곡선 반지름에 따른 편경사(최대 편경사＝8％)

(단위 : m)

 

설계속도 (km/h)	평면곡선 반지름에 따른 편경사
	NC	2％	3％	4％	5％	6％	7％	8％
120	7,200 이상	7,200~4,110	4,110~2,790	2,790~2,040	2,040~1,540	1,540~1,160	1,160~860	860~630
110	6,000 이상	6,000~3,450	3,450~2,340	2,340~1,710	1,710~1,290	1,290~980	980~720	720~530
100	5,000 이상	5,000~2,840	2,840~1,920	1,920~1,400	1,400~1,040	1,040~780	780~570	570~420
90	4,000 이상	4,000~2,300	2,300~1,560	1,560~1,130	1,130~850	850~630	630~460	460~340
80	3,200 이상	3,200~1,810	1,810~1,220	1,220~880	880~650	650~480	480~350	350~250
70	2,400 이상	2,400~1,380	1,380~930	930~670	670~490	490~360	360~260	260~180
60	1,800 이상	1,800~1,010	1,010~680	680~490	490~350	350~260	260~180	180~130
50	1,200 이상	1,200~700	700~470	470~330	330~240	240~170	170~120	120~80
40	800 이상	800~450	450~300	300~210	210~150	150~110	110~75	75~50
30	500 이상	500~250	250~170	170~120	120~85	85~60	60~40	40~30
20	200 이상	200~120	120~75	75~55	55~40	40~25	25~20	20~15

 

주) NC(normal cross slope) : 표준횡단경사 적용(편경사 생략)

(3) 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름

도로의 횡단경사는 노면 배수를 원활하게 처리할 수 있는 크기를 확보해야 하나 편경사가 너무 작은 경우에 노면 배수의 처리가 원활하게 이루어지지 못하는 경우가 발생하게 된다.

그러므로 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름은 편경사의 값이 1.5％ 이하인 평면곡선 반지름의 크기로 설정하였다.

이렇게 설정된 평면곡선 반지름 구간에 대하여 편경사를 설치하지 않았을 때 이 구간을 주행하는 자동차가 원심력에 안전한가는 원심력에 대항하기 위한 횡방향미끄럼마찰계수의 값의 크기에 좌우된다.

표 5-5, 표 5-6, 표 5-7에서 제시하고 있는 편경사를 생략할 수 있는 최소의 평면곡선 반지름에 대하여 표준횡단경사를 적용하여 횡방향미끄럼마찰계수의 값을 산정하여 보면 표 5-8과 같다.

표 5-8에서 보듯이 설계속도에 따라 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름의 횡방향미끄럼마찰계수의 값은 f＝0.0342~0.0368의 범위로 원심력에 대항하여 주행의 안전성과 쾌적성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

표 5-8 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름(R)과 횡방향미끄럼마찰계수(f)의 관계(표준횡단경사 －2％ 적용할 때)

 

설계속도 (km/h)	최대 편경사 6％		최대 편경사 7％		최대 편경사 8％
	R(m)	f	R(m)	f	R(m)	f
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	6,900 5,800 4,800 3,900 3,100 2,300 1,700 1,200 800 400 200	0.0364 0.0364 0.0364 0.0364 0.0363 0.0368 0.0367 0.0364 0.0357 0.0377 0.0357	7,100 5,900 4,900 4,000 3,100 2,400 1,800 1,200 800 450 200	0.0360 0.0361 0.0361 0.0359 0.0363 0.0361 0.0357 0.0364 0.0357 0.0357 0.0357	7,200 6,000 5,000 4,000 3,200 2,400 1,800 1,200 800 500 200	0.0357 0.0359 0.0357 0.0359 0.0357 0.0361 0.0357 0.0364 0.0357 0.0342 0.0342

 

 

 

그러므로 표 5-5, 표 5-6, 표 5-7의 표준횡단경사 적용 평면곡선 반지름을 편경사를 생략할 수 있는 값으로 설정하였다. 또한, 표준횡단경사가 1.5％인 경우에는 횡방향미끄럼마찰계수의 값은 더 작게 나타나게 되므로 표 5-8의 평면곡선 반지름을 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름으로 적용하여도 자동차의 주행에 안전성과 쾌적성을 확보할 수 있다.

3. 편경사를 적용할 때 주의사항

(1) 일반사항

적설·한랭지역의 도로를 제외하고는 최대 편경사를 8％ 까지 적용할 수 있으며, 이는 고속 자동차의 경우에는 더욱 안전성을 증가시킬 수 있으나, 저속 자동차의 혼입률이 많은 경우에는 횡방향 미끄러짐 등을 고려하여 적용하는 것이 바람직하다.

따라서 6％를 초과하는 편경사를 적용하는 경우는 순간적인 쾌적성의 증대보다는 안전성의 측면을 고려하여 적용하는 것이 좋을 것이다.

편경사를 너무 높게 하면 겨울철에 도로 노면이 결빙되었을 때 또는 자동차가 정지하게 될 때 곡선의 안쪽으로 자동차가 미끄러지거나 치우치게 된다. 특히, 도시지역에서는 교통량의 영향으로 자동차가 정지하는 횟수가 많으므로 지나치게 높은 편경사를 적용하는 것은 신중하게 결정되어야 한다. 따라서 이러한 지역에서는 최대 편경사를 6％로 제한하는 것이 도로의 안전성 증진에 도움이 된다.

그러나 지형 상황 등으로 인하여 평면곡선 반지름을 작게 설치해야 할 경우 안전에 대한 특별한 대책을 수립한 경우나 연결로와 같이 길이가 짧은 구간 통행이 이루어지는 경우에는 최대 편경사의 값을 8％까지 적용할 수 있다.

(2) 도시지역(특히, 시가지역)

평면곡선부를 주행하는 자동차 주행의 특성을 고려할 때 안전성과 쾌적성 측면에서 도로에 편경사를 설치하는 것이 원칙이나 도시지역도로에서는 도로 주변의 상황, 교차점에서 도로 상호 간의 관계, 노면 배수 등의 문제로 때때로 편경사를 설치할 수 없는 경우가 많다.

그러므로 도시지역 내 도로에서는 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름으로 설계하는 것이 바람직하며, 이때 횡방향미끄럼마찰계수는 설계속도 60km/h 이상인 도로에서는 0.14, 설계속도 60km/h 미만 도로에서는 0.15를 넘지 않도록 해야 한다.

그러나 도시고속국도, 도시지역 내 우회도로 등 설계속도가 70km/h 이상의 도로, 입체교차 구간 및 도로의 주변 상황에 제약 조건이 없는 경우에는 지방지역도로의 기준으로 편경사를 설치한다.

지방지역도로와는 달리 도시지역도로에서 편경사를 설치하기 어려운 경우, 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름 및 평면곡선 반지름에 따른 편경사는 다음 식으로 산정하도록 한다.

(식 5-16)

위 식에 따라 편경사와 평면곡선 반지름의 관계를 구하여 보면 표 5-9와 같다.

따라서 편경사를 작게 설치하는 경우에는 표 5-9의 관계를 적용해야 하며, 편경사를 생략할 수 있는 평면곡선 반지름은 표준횡단경사(NC, normal cross slope)를 적용하면 된다.

표 5-9는 설계속도 및 평면곡선 반지름의 크고 작음에 관계없이 횡방향미끄럼마찰계수의 값을 0.14~0.15로 적용하고 있으므로 실제로 적용할 때에는 주변 여건에 맞추어 횡방향미끄럼마찰계수의 값을 가능한 한 상향 조정하여 편경사를 적용하는 것이 바람직하다.

앞서 기술한 표준값을 편경사로 적용하고 있는 도로에서 갑자기 표 5-9에 따른 편경사를 적용하면 안전성의 균형을 깨뜨리게 되어 사고의 위험성이 높아지게 되므로 편경사 적용은 같은 설계구간에서 그 기준을 다르게 적용하는 것은 피하도록 하는 것이 바람직하다.

표 5-9 도시지역도로의 편경사와 평면곡선 반지름의 관계

 

편경사 (％)	평면곡선 반지름(m)
	60km/h	50km/h	40km/h	30km/h	20km/h
6	140 이상 145 미만	90 이상 95 미만	60 이상 63 미만	30 이상 32 미만	15 이상 16 미만
5	145 이상 155 미만	95 이상 100 미만	63 이상 65 미만	32 이상 35 미만	16 이상 17 미만
4	155 이상 165 미만	100 이상 110 미만	65 이상 70 미만	35 이상 38 미만	17 이상 18 미만
3	165 이상 175 미만	110 이상 115 미만	70 이상 75 미만	38 이상 40 미만	18 이상 19 미만
2	175 이상 240 미만	115 이상 155 미만	75 이상 90 미만	40 이상 55 미만	19 이상 25 미만
NC	240 이상	155 이상	90 이상	55 이상	25 이상

 

주) NC(normal cross slope) : 표준횡단경사 적용(편경사 생략)

(3) 비포장도로 등의 편경사

노면 배수를 목적으로 설치하는 횡단경사는 노면의 종류에 따라 1.5∼4.0％의 배수 경사가 필요하다. 예를 들면 비포장도로에서는 3.0∼5.0％의 배수 경사가 적당한데 그 이상의 완만한 편경사를 사용한다는 것은 바람직한 것이 못된다.

이와 같은 경우, 앞서 기술한 표준값을 적용하려면 배수 경사보다 완만한 편경사가 요구되는 평면곡선 반지름에 대하여는 모두 직선부의 횡단경사와 같은 편경사를 설치하고, 평면곡선 반지름이 이보다도 작을 때에는 표준값을 적용하면 된다.

그러나 이와 같은 조치는 포장할 때까지 배수를 고려한 잠정적인 것이므로 포장을 하는 경우에는 표준값에 따른 편경사를 설치한다.

(4) 중앙분리대 및 길어깨의 편경사

중앙분리대 중 분리대를 제외한 측대 부분 및 길어깨의 측대 부분도 차로와 동일한 편경사를 설치한다.

그러나 측대를 제외한 나머지 부분은 노면 배수처리 문제 등으로 차로와 동일한 편경사를 설치하는 것이 매우 비경제적인 경우에는 어느 정도 상이한 편경사를 설치할 수 있다. 다만, 이 경우에도 가능한 한 그 차이가 작아지도록 해야 하며, 길어깨의 횡단경사를 차로 횡단경사와 차이를 둘 경우 그 경사차를 8％ 이하로 해야 한다.

4. 편경사의 접속설치

(1) 편경사 접속설치율

편경사를 설치하는 경우 또는 편경사의 값이 변화하는 경우에는 완화구간 내에서 이를 접속설치해야 하며, 이때 접속설치길이는 편경사 접속설치율의 값 이하가 되는 길이로 하는 것이 바람직하다.

편경사의 접속설치에 대하여 고려할 것은 차도 노면의 상승 속도 및 차도 노면이 진행방향을 축으로 하는 회전각속도를 일정 한도 이하로 제한하도록 하는 것이며, 운전자에게 미치는 영향은 일반적으로 상승 속도보다 회전각속도 쪽이 크다.

편경사를 접속설치할 경우의 회전각속도는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-17)

여기서, w : 자동차가 받는 회전각속도(radian/초)

v, V: 주행속도(m/sec, km/h)

B : 회전축(기준선)에서 편경사가 설치되는 차도 부분까지의 거리(m)

q : 편경사 접속설치율(m/m)

h : 기준선과 편경사 끝선의 높이 차(m)

L : 주행거리(m)

 

 

회전각속도 w는 V와 q가 정해지면 B의 함수로 된다. 따라서, 차도폭이 같다고 하더라도 편경사의 회전을 위한 기준선을 결정하는 위치에 따라 w는 변하게 되고, 차로수가 변하게 되면 w도 변화하는 것에 주의해야 하므로 이 해설에서는 차로수의 증가에 따라 설치 길이를 보정하도록 하였다.

또한, 같은 편경사 접속설치율에 따른 차도 노면 끝단의 상승 속도는 다음과 같으며, 이 방법은 기준선의 위치와는 관계가 없다.

편경사 접속설치길이 이므로

(식 5-18)

 

설계속도 (km/h) 나라별	120	110	100	90	80	70	60	50
우리나라	1/200	1/185	1/175	1/160	1/150	1/135	1/125	1/115
미국(AASHTO)	1/250	1/238	1/222	1/210	1/200	1/182	1/167	1/150
일본(도로 구조령)	1/200	－	1/175	－	1/150	－	1/125	1/115

 

 

 

편경사 접속설치는 이상과 같이 편경사 접속설치율 산정 방법에 따라 주행 쾌적성에 문제가 없는 범위 내에서 규정된 편경사 접속설치율 이하가 되도록 설치해야 한다.

편경사 접속설치율의 규정은 편경사의 설치 기준점인 회전축으로부터 편경사가 설치되어야 하는 차로수가 2차로 이하인 경우로, 편경사의 회전축으로부터 편경사가 설치되어야 하는 차로수가 2차로를 넘게 되면, 편경사 접속설치율로부터 산정한 접속설치 길이로 편경사를 설치할 경우에 경사 변화구간 길이가 너무 길어 노면 배수가 원활하지 못하게 되며, 또한 완화곡선과의 상관관계를 고려할 때 그 길이를 제한할 필요가 있다. 그러므로 회전축으로부터 편경사가 설치되어야 하는 차로수가 3, 4, 5, 6차로가 될 때 편경사의 접속설치 길이는 2차로인 경우의 편경사 접속설치 길이에 각각 1.25, 1.50, 1.75, 2.00의 보정계수를 곱한 길이 이상이 되도록 하였다.

(2) 편경사의 접속설치길이와 완화구간의 길이

편경사는 원칙적으로 완화곡선 전체 길이에 걸쳐서 접속설치 해야 한다. 반대로 말하면 완화곡선의 길이는 편경사를 완전하게 변화시켜 설치할 수 있는 길이 이상이어야 하며, 그 길이는 다음 식으로 결정한다.

(식 5-19)

여기서, Ls : 편경사의 접속설치길이(m)

B : 기준선에서 편경사가 설치되는 곳까지의 폭(m)

△i : 횡단경사 값의 변화량(％/100)

q : 편경사 접속설치율(m/m)

필요한 완화구간의 길이는 편경사의 접속설치를 위한 길이와 밀접한 관계가 있으므로 편경사 접속설치길이와 최소 완화구간 길이를 비교하여 큰 쪽으로 정해야 한다.

5. 편경사의 설치 방법

(1) 일반사항

(가) 4차로 이하의 도로

편경사의 설치 방법은 일반적으로 그림 5-9에 나타낸 바와 같이 도로 또는 차도의 중심을 회전축으로 잡는 경우와 차도의 끝단을 회전축으로 잡는 경우의 두 가지 방법이 있다.

그림 5-9에서 ①은 비분리도로, ②는 분리도로를 나타낸 것으로서, 비분리도로의 경우 (a)는 도로의 중심선을 회전축으로 잡은 것이며, (b)는 차도 끝단을 회전축으로 하고 있다.

또, 분리대로 분리되고 있는 도로의 경우, (c)는 상․하행 차도의 중심선을 회전축으로 잡은 것이며, (d)는 분리대의 양 끝단을 회전축으로 하고 있다. 일반적으로 그 우열을 비교하면 (a) 또는 (c)가 직선부와 곡선부의 차도 끝단의 높이 차가 작게 되므로 (b) 또는 (d)의 경우보다 좋다고 생각되지만, 분리도로의 폭이 좁거나 지형이 평탄한 경우 및 시공성 측면에서 (d)가 (c)보다 좋다.

그러나 비분리도로에서는 (b)의 방법은 차도의 내측선의 높이를 인근 하천 또는 저수지 등의 최고 수위와의 관계 등으로 부득이 낮출 수 없는 경우나 최대 편경사의 제한이 있는 경우에 한정하고, 일반적으로 쓰지 않는 편이 좋다.

 

 

 

그림 5-9 편경사의 설치방법

(나) 6차로 이상의 도로

다차로 도로의 경우 횡단경사의 설치는 노면 배수를 위하여 차도 끝단 방향으로 단일 경사 또는 중앙분리대 측과 도로 끝단 방향으로 양분하여 횡단을 구성하기도 한다. 양분하여 횡단을 구성하게 되면 도로 중앙과 도로 끝단부의 높이 차를 줄일 수 있으며, 집중적으로 강우가 내릴 때 배수시켜야 할 우수량을 분산시킬 수 있어 그 효율성은 증대하게 되나 시공할 때 번잡함을 피할 수 없다. 다차로 도로의 편경사 설치는 이상과 같은 경우를 감안하여 4차로의 경우 단일 경사 적용을 원칙으로 하고, 6차로 이상의 다차로 도로에서는 단일 경사 및 복합 경사 적용을 함께 고려하여 장·단점을 확인하여 적용하도록 한다.

(2) 설치 방법

편경사를 설치하는 방법은 평면곡선부의 구성 조건에 따라 달라지나 일반적으로 다음의 순서로 설치하게 된다.

① 설계속도와 평면곡선 반지름에 따른 편경사(i)의 크기 선정

② 설계속도에 따른 편경사 접속설치율(q) 선정

③ 표준횡단경사와 편경사를 더한 값이 변화해야 할 총길이(TL) 산정

④ 편경사가 변화해야 할 길이(L) 산정

⑤ 변화 길이 전체에 설치될 최대 편경사를 보간법으로 변화시켜 설치이때 설계 및 시공의 편의를 위하여 편경사 접속설치 변화구간의 변곡점은 정수(예 : 5m 단위)가 되는 측점으로 하도록 한다.

위의 순서에 따라 편경사를 평면곡선부에 설치하게 되나, 평면곡선부의 구성 조건에 따라 그 특성에 맞도록 하며, 교통안전과 노면 배수가 고려된 설계가 되어야 한다.

 

 

 

그림 5-10 횡단경사 설치(8차로인 경우의 예시)

편경사 설치 방법을 그림 5-11의 표준횡단구성에 따라 평면곡선부의 구성 조건에 맞게 예시한다.

 

 

 

그림 5-11 표준횡단구성

(가) 평면곡선부가 완화곡선과 원곡선으로 구성된 경우(완화곡선〜원곡선〜완화곡선)

완화곡선의 길이는 자동차의 주행과 관련하여 확보해야 할 길이 외에 편경사의 변화를 수용할 수 있는 길이를 확보해야 한다.

그러므로 선형을 설계할 때 완화곡선은 편경사 접속설치구간(TL)을 만족할 수 있도록 그 길이를 반영하도록 하며, 주변 지장물이나 확장 설계로 인하여 부득이한 경우에도 가능한 한 편경사 변화구간(L)의 길이는 확보해야 한다.

또한, 원곡선과 완화곡선의 조합상 완화곡선 길이가 상당히 길어질 경우 편경사의 변화 속도가 낮아 경사가 작은 구간(표준횡단경사 구간~역표준횡단경사 구간)의 노면 배수가 원활하지 못하게 되므로 그 구간의 편경사 변화 속도를 높여야 한다. 즉, 편경사 접속설치 구간 중 경사가 적은 구간의 길이는 편경사의 회전축으로부터 편경사가 설치되는 차로수에 따라 다음의 길이 이하가 되도록 한다. 또한, 이 길이는 편경사 접속설치율이 개략 1/250 이므로 설치된 완화곡선의 길이가 편경사 접속설치율 1/250으로 산정한 길이보다 긴 경우에 적용한다.

ⓐ 2차로인 경우

－ 표준횡단경사 1.5％일 때 60m

－ 표준횡단경사 2.0％일 때 80m

ⓑ 3차로인 경우

－ 표준횡단경사 1.5％일 때 75m

－ 표준횡단경사 2.0％일 때 100m

ⓒ 4차로인 경우

－ 표준횡단경사 1.5％일 때 90m

－ 표준횡단경사 2.0％일 때 120m

① TL ≤ 완화곡선 길이 ≤ TL' 인 경우

－ TL : 필요한 편경사 접속설치길이

－ TL' : 노면 배수를 고려한 편경사 접속설치길이(편경사 접속설치율 1/250)

이 경우, 편경사 접속설치는 완화곡선 전체 구간에 걸쳐 일률적으로 변화시키도록 한다.

 

 

 

그림 5-12 완화곡선∼원곡선의 편경사 설치도(I)

〔예제1〕 그림 5-11의 횡단구성을 갖춘 설계속도 80km/h의 4차로 도로에서 평면곡선 반지름 R＝400m이며, 원곡선의 시종점부에 길이가 120m인 완화곡선이 설치된 경우 편경사 설치방법

ⅰ) 표 5-5에서 설치될 최대 편경사를 6％로 한다.

ⅱ) 편경사 접속설치율 q ＝ 1/150 적용

ⅲ) 편경사 접속설치율 검토

－ 편경사 설치 폭 : B＝7.0＋0.5＋0.25＝7.75m

－ 횡단경사의 변화량 : －2％ → 6％이므로 △i＝8％

－ 편경사 접속설치를 위한 변화구간 총길이(TL)

 

－ 노면 배수를 고려한 편경사 접속설치율(1/250)에 따른 변화구간 총 길이(TL')

 

완화곡선의 길이가 120m이며, 편경사 접속설치율 1/150과 1/250에 따른 길이 사이에 있으므로 편경사를 완화곡선부 전체 구간에 걸쳐 일률적으로 설치한다.

ⅳ) 완화곡선의 시종점부에서부터 횡단경사를 변화시켜 원곡선의 시종점부에서 최대 편경사가 되도록 설치한다.

② 완화곡선 길이 ≥ TL'인 경우

－ TL' : 노면 배수를 고려한 편경사 접속설치길이(편경사 접속설치율 1/250)

설치된 완화곡선의 길이가 낮은 경사 구간에서 노면 배수를 원활하도록 해야 할 필요가 있는 경우에는 낮은 경사 구간의 편경사 변화 속도를 높여야 한다.

 

 

 

그림 5-13 완화곡선∼원곡선의 편경사 설치도(Ⅱ)

〔예제2〕 그림 5-11의 표준횡단구성을 갖춘 설계속도 80km/h의 4차로 도로에서 평면곡선 반지름이 R＝1,000m, 완화곡선 길이가 180m일 때의 편경사 설치방법

ⅰ) 표 5-5에서 설치될 최대 편경사를 4％로 한다.

ⅱ) 편경사 접속설치율 q＝1/150 적용

ⅲ) 편경사 접속설치율 검토

－ 편경사 설치 폭 : B＝7.75m

－ 횡단경사의 변화량 : △i ＝ 6％

－ 완화곡선 전체 길이에 걸쳐 일률적으로 편경사를 설치할 경우의 편경사 접속설치율

 

－ 노면 배수를 고려할 때 낮은 경사구간(표준횡단경사에서 역표준횡단경사까지)의 편경사 접속설치율에 대한 보정이 필요함.

ⅳ) 낮은 경사구간의 편경사 변화길이를 80m로 제한하여 변화시킨다.

ⅴ) 나머지 100m구간에서 역표준횡단경사에서 최대 편경사까지 일률적으로 변화시키도록 한다.

③ 완화곡선 길이 ≤ TL인 경우

－ TL : 필요한 편경사 접속설치길이

이 경우 주변 지장물이나 확장 설계로 부득이하게 완화곡선의 길이가 편경사 접속설치구간(TL)보다 짧게 설치되는 경우로서, 직선구간에 부족한 만큼의 길이를 확보하여 직선구간과 완화곡선구간에서 편경사를 변화시키며, 원곡선 시점부터는 최대 편경사가 설치되도록 한다. 이 경우에 편경사 변화구간(L)은 완화곡선구간에 설치되도록 하는 것이 바람직하며, 부득이한 경우에도 역표준횡단경사가 되는 지점은 완화곡선구간 내에 위치하도록 해야 한다.

 

 

 

그림 5-14 완화곡선~원곡선의 편경사 설치도(Ⅲ)

〔예제3〕 그림 5-11의 횡단구성을 갖춘 설계속도 80km/h의 4차로 도로에서 평면곡선 반지름 R＝400m이며, 원곡선의 시종점부에 길이가 80m인 완화곡선이 설치된 경우 편경사 설치방법

ⅰ) 표 5-5에서 설치될 최대 편경사를 6％로 한다.

ⅱ) 편경사 접속설치율 q＝1/150 적용

ⅲ) 편경사 접속설치구간 산정

－ 편경사 설치 폭 : B＝7.75m

－ 횡단경사의 변화량 : △i＝8％

－ 편경사 접속설치를 위한 변화구간의 총 길이(TL)

 

완화곡선 길이가 80m이므로 편경사 접속설치율을 직선부에서도 확보해야 한다.

－ 편경사 변화구간 길이(L)

 

ⅳ) 완화곡선의 길이가 TL보다 작고 L보다는 크므로 횡단경사 변화량에 대한 접속설치의 변화구간 총 길이(TL)가 부족한 만큼 직선구간에 확보하여 편경사를 설치해야 한다.즉, 편경사 접속설치길이는 직선구간 길이 13m와 완화곡선 길이 80m를 합한 총 93m로 하며, 보간법에 따라 일률적으로 편경사를 설치한다.

(나) 평면곡선부가 원곡선만으로 구성된 경우(직선〜원곡선〜직선)

원곡선만으로 평면곡선부를 구성하는 경우는 원곡선이 상당히 커서 완화곡선을 설치할 필요가 없거나 설계속도 60km/h 미만인 낮은 설계속도의 도로일 경우이다.

이 경우 완화곡선이 설치되지 않으므로 부득이 편경사의 변화는 직선구간에서부터 시작하게 되며, 편경사 변화구간 길이(L) 중 1/3은 원곡선 구간에 두어 최대 편경사가 원곡선 시종점부를 지나 설치되도록 한다.

이 경우 원곡선부에도 편경사의 변화구간을 두는 이유는 완화곡선을 생략할 수 있는 원곡선의 크기에 대한 최대 편경사는 2％ 정도로 편경사의 크기가 작아 원곡선부를 주행하는 자동차의 안전에 지장이 없으며, 설계속도가 낮은 도로에서는 최대 편경사에 가까운 값이 직선구간에서 설치되는 것이 사고의 위험이 더 크기 때문이다.

그러므로 설계속도가 낮은 도로에서 평면곡선의 길이가 짧아 최대 편경사가 설치되는 구간이 짧은 경우에는 교통안전을 위하여 미끄럼방지포장 등 세심한 배려가 필요하다.

 

 

 

그림 5-15 직선∼원곡선∼직선의 편경사 설치

〔예제4〕 그림 5-11의 횡단구성을 갖춘 설계속도 80km/h의 4차로 도로에서 평면곡선 반지름 R＝1,800m이며, 평면곡선의 길이 300m일 때 편경사 설치방법

ⅰ) 표 5-5에서 설치될 최대 편경사를 2％로 한다.

ⅱ) 편경사 접속설치율 q＝1/150 적용

ⅲ) 편경사 접속설치구간 산정

－ 편경사 설치 폭 : B＝7.75m

－ 횡단경사의 변화량 : △i＝4％

－ 편경사 접속설치를 위한 변화구간 총길이(TL)

 

ⅳ) 편경사 변화구간 길이 산정(L)

－ 편경사 변화크기 : △i＝2％

－ 편경사 변화구간

 

－ 평면곡선 내의 편경사 접속설치구간

L/3＝24÷3＝8m

ⅴ) 편경사 접속설치길이는 직선구간에서 39m, 평면곡선부에서 8m, 총 47m로 하며, 보간법에 따라 일률적으로 편경사 설치

(다) 평면곡선부가 배향곡선으로 구성된 경우

평면곡선이 배향하는 경우 편경사가 반대방향으로 급격하게 변화하게 되므로 자동차 주행의 안전성을 위하여 배향하는 두 곡선의 편경사 차이에 대하여 적용할 접속설치율에 따른 길이를 확보하여 연속적으로 변화시켜야 한다.

① 원곡선과 완화곡선이 배향인 경우(원곡선〜완화곡선〜원곡선)

∙ a : 원곡선의 편경사를 설치할 때 편경사 변화구간 길이(L)의 1/3

∙ b : 완화곡선 길이

∙ L : 편경사를 설치할 때 필요한 변화구간 길이,

 

 

 

그림 5-16 원곡선과 완화곡선의 배향인 경우 편경사 설치

ⓐ a ＋ b ≥ L 인 경우(그림 5-16의 점선)원곡선구간에는 원곡선의 편경사를 설치할 때 편경사 변화구간 길이(L)의 1/3을 확보하고, 이 길이와 완화곡선 길이를 합한 구간에서 편경사를 설치한다.

ⓑ a ＋ b ＜ L 인 경우(그림 5-16의 실선)원곡선구간에 설치되는 a{원곡선의 편경사를 설치할 때 편경사 변화구간 길이(L)의 1/3}와 b(완화곡선의 길이)가 편경사를 설치할 때 필요한 변화구간 길이보다 작은 경우 부족한 길이의 절반씩을 원곡선부 및 완화곡선이 설치된 이후의 원곡선구간에 합하여 편경사 접속설치길이를 확보하고 편경사를 설치한다.

 

 

〔예제5〕 그림 5-11의 횡단구성을 갖춘 설계속도 80km/h의 4차로 도로에서 평면곡선 반지름 R＝1,500m 원곡선구간과 R＝500m인 원곡선의 시점에 설치된 완화곡선이 배향하는 경우 편경사 설치방법

ⅰ) 표 5-5에서 설치될 최대 편경사는 다음과 같다.

R＝1,500m일 때 : 3％

R＝500m일 때 : 5％

ⅱ) 편경사 접속설치율 q＝1/150 적용

ⅲ) 편경사 접속설치구간 산정

－ 편경사 설치 폭 : B＝7.75m

－ 횡단경사의 변화량 : △i＝8％

－ 편경사 접속설치 필요 구간

 

ⅳ) 원곡선의 편경사 변화구간 길이(L)의 1/3인 a값 계산

 

－ 평면곡선 반지름 R＝500m인 곡선의 시점에 길이 90m의 완화곡선이 설치된 경우

ⅴ) a＋b＝102m로 편경사 접속설치 필요 구간(L＝93m)보다 크므로 편경사 접속설치길이는 R＝1,500m 원곡선구간에서 12m 완화곡선구간에서 90m, 총 102m로 하며, 보간법에 따라 일률적으로 편경사 설치

－ 평면곡선 반지름 R＝500m인 원곡선의 시점에 길이 70m의 완화곡선이 설치된 경우

ⅵ) a＋b＝82m로 편경사 접속설치 필요 구간(L＝93m)보다 짧으므로 R＝1,500m인 원곡선부와 R＝500m인 원곡선부에 편경사 접속설치를 위한 길이의 부족분(c)을 확보해야 한다.

 

ⅶ) 편경사 접속설치길이는 R＝1,500m인 원곡선구간에 18m(12＋6m), 완화곡선구간에 70m, R＝500m인 원곡선구간에 6m를 합한 총 94m구간으로 하며, 보간법에 따라 일률적으로 편경사 설치

② 원곡선과 원곡선이 배향하는 경우(원곡선∼원곡선)배향하는 지점 앞 구간의 곡선반지름에 에 해당하는 편경사를 설치할 때 필요한 변화구간 길이를 확보하고 배향하는 지점 뒷 구간의 곡선반지름에 에 해당하는 편경사를 설치할 때 필요한 변화구간 길이를 확보하여 두 길이를 합한 구간에 편경사를 설치한다.

∙ L1 : 평면곡선 반지름 에 해당하는 편경사를 설치할 때 필요한 변화구간 길이

 

∙ L2 : 평면곡선 반지름 에 해당하는 편경사를 설치할 때 필요한 변화구간 길이

 

∙ L : 편경사 설치를 설치할 때 필요한 변화구간 길이

 

 

그림 5-17 원곡선과 원곡선의 배향인 경우 편경사 설치

〔예제6〕 그림 5-11의 횡단구성을 갖춘 설계속도 80km/h의 4차로 도로에서 평면곡선 반지름 R＝1,500m인 곡선과 R＝1,000m인 곡선이 배향하는 경우 편경사 설치방법

ⅰ) 표 5-5에서 설치될 최대 편경사

R＝1,500m일 때 : 3％

R＝1,000m일 때 : 4％

ⅱ) 편경사 접속설치율 q＝1/150 적용

ⅲ) 편경사 접속설치구간 산정

－ 편경사 설치 폭 : B＝7.75m

－ R＝1,500일 때의

－ R＝1,000일 때의

－ L＝

ⅳ) 편경사 접속설치길이는 R＝1,500m인 곡선에 35m, R＝1,000m인 곡선에 47m를 합한 총 82m로 하며, 보간법에 따라 일률적으로 편경사 설치

5-1-5 평면곡선부의 확폭

 

	제22조(평면곡선부의 확폭) ① 차도 평면곡선부의 각 차로는 평면곡선 반지름 및 설계기준자동차에 따라 다음 표의 폭 이상을 확보하여야 한다.   세미트레일러 대형자동차 소형자동차 평면곡선 반지름 (미터) 최소 확폭량 (미터) 평면곡선 반지름 (미터) 최소 확폭량 (미터) 평면곡선 반지름 (미터) 최소 확폭량 (미터) 150 이상∼280 미만 90 이상∼150 미만 65 이상∼ 90 미만 50 이상∼ 65 미만 40 이상∼ 50 미만 35 이상∼ 40 미만 30 이상∼ 35 미만 20 이상∼ 30 미만 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 110 이상∼200 미만 65 이상∼110 미만 45 이상∼ 65 미만 35 이상∼ 45 미만 25 이상∼ 35 미만 20 이상∼ 25 미만 18 이상∼ 20 미만 15 이상∼ 18 미만 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 45 이상∼55 미만 25 이상∼45 미만 15 이상∼25 미만                     0.25 0.50 0.75                       ② 제1항에도 불구하고 차도 평면곡선부의 각 차로가 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 경우에는 확폭을 하지 않을 수 있다. 1. 도시지역도로(고속국도는 제외한다)에서 도시ㆍ군관리계획이나 주변 지장물(支障物) 등으로 인하여 부득이하다고 인정되는 경우 2. 설계기준자동차가 승용자동차인 경우

 

1. 일반사항

도로의 차로폭은 도로의 구분, 설계속도 및 설계기준자동차에 따라 결정하게 되나, 평면곡선 반지름이 작은 곡선부에서 설계기준자동차의 회전에 따라 궤적이 그 차로를 넘어서는 경우가 발생하게 되어 교통안전에 큰 영향을 미치게 된다.

그러므로 이러한 구간에서는 설계기준자동차의 주행궤적이 정하여진 차로로 통행할 수 있도록 차로의 폭을 넓혀야 한다.

우리나라에서는 그 도로에 적용하는 설계기준자동차에 따라 확폭량을 산정하도록 하고 있다. 다만, 도시지역도로(고속국도는 제외)에서 도시·군계획, 도로 주변 상황 등으로 부득이한 경우에 확폭하지 않을 수 있다.

2. 자동차의 회전반지름

일반적으로 자동차의 뒷바퀴는 뒤 차축에 직각으로 장치되어 있어 자동차가 주행 중에 방향 전환을 할 경우에는 앞바퀴로 회전하게 된다.

이 경우, 그림 5-18에서 알 수 있듯이 자동차 앞바퀴 각각의 중심은 자동차가 회전하려하는 평면곡선의 중심점과 뒤 차축의 연장선이 만나는 각도 , 로 회전하여 방향을 전환하는 것으로 되어 있다. 즉, 앞바퀴의 차축이 각각 상이한 각도로 회전하여 방향을 전환하게 된다.

그 결과 앞 차축과 연결봉이 이루는 사변형은 평행사변형이 되지 않고 사다리꼴이 되며, 핸들을 조작하면 점선과 같은 사변형이 되어 곡선 안쪽의 차축이 바깥쪽의 차축보다 더 많이 방향이 전환되어 자동차의 회전이 원활하게 된다.

 

 

 

그림 5-18 자동차의 방향전환조작과 회전반지름

그림 5-18에서

 

ℓ	:	바퀴 간 길이	R1	:	바깥 앞바퀴의 회전반지름
P	:	차축의 길이	R'1	:	바깥 뒷바퀴의 회전반지름
w	:	앞바퀴축과 뒷바퀴축 간의 길이	R2	:	안쪽 앞바퀴의 회전반지름
	:	외측 앞바퀴의 방향 전환 각도	R'2	:	안쪽 뒷바퀴의 회전반지름
	:	내측 앞바퀴의 방향 전환 각도

 

일 때 자동차의 회전에 따른 각 바퀴의 회전반지름은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-20)

 

 

 

 

 

3. 평면곡선부에서의 차바퀴 및 차체의 궤적

자동차가 평면곡선부를 주행하는 경우에는 식 5-20에서 나타낸 바와 같이 앞바퀴와 뒷바퀴는 서로 다른 궤적을 그린다. 따라서, 평면곡선에서 앞·뒷바퀴가 차로를 벗어나지 않기 위해서는 직선부에서 주행하기 위한 폭에 어느 정도의 여분을 고려하지 않으면 안 된다.

그림 5-19에서

 

ℓ	：바퀴 간의 길이	그림 5-19 차바퀴 및 차체의 궤적
L	：차체의 길이－앞내민길이
w	：차축 간의 길이
wo	：앞바퀴와 뒷바퀴의 회전반지름의 차
Rm	：바깥쪽 차체의 회전반지름
Ri	：안쪽 차체의 회전반지름
B	：차체의 폭
P	：차축의 길이
wo＇	：차체의 회전반지름의 차이

 

라고 하면 앞바퀴와 뒷바퀴의 회전반지름이 달라지게 되므로 그에 따라 확보해야 할 폭은 그림 5-19에서 wo＝R1－R1'이 되며, 여기에 식 5-20을 대입하면 wo＝w(cosec －cot )가 된다.

또한, 차체의 회전반지름에 따라 확보해야 할 폭은 wo'이므로 차로폭은 자동차의 궤적을 고려하여 평면곡선부에서는 B＋wo'를 설치하지 않으면 안 된다.

그림 5-19에서 차체의 바깥쪽과 안쪽의 회전반지름은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

또는

여기서, Rm, Ri는 그림 5-19 및 식 5-20에서 다음과 같이 구할 수 있다.

Rm＝ (식 5-21)

(식 5-22)

4. 확폭량의 산정

(1) 확폭량 산정식

차로의 폭은 설계기준자동차의 최대 폭 2.5m에 설계속도에 따라 어느 정도의 여유 폭을 더한 폭으로 정하고 있는데, 평면곡선부에서는 그림 5-19에서 나타낸 바와 같이 자동차의 앞바퀴와 뒷바퀴는 서로 다른 궤적을 그리기 때문에 작은 평면곡선 반지름의 구간에서는 직선부의 폭보다도 넓은 차로폭이 필요하다. 이로 인한 확폭량 wo'는 다음과 같이 구한다.

평면곡선부를 주행하는 경우도 자동차는 앞면의 중심점이 항상 차로의 중심선상에 있도록 주행하는 것으로 하여, 자동차의 안쪽과 바깥쪽에 여유 폭이 있도록 확폭량을 정한다.

① 대형자동차의 확폭량

 

 

 

그림 5-20 대형자동차의 확폭량

그림 5-20에서

 

L	：자동차의 길이	Rw	：바깥쪽 평면곡선 반지름
b	：자동차의 폭	Rs	：바깥쪽 앞바퀴의 회전반지름

 

 

s	：바퀴 간격	Rc	：차로중심선의 반지름
a	：차축 간 거리	Ri	：안쪽 평면곡선 반지름
B	：자동차의 주행 폭	α	：바깥쪽 앞바퀴의 회전각도
Uf	：앞내민길이	Ub	：뒷내민길이

 

 

 

일 때, 한 차로당 확폭량 ε＝B－b로 구해진다.

한편, 자동차의 주행 폭 B는 이므로

에서

또, 그림 5-21에서 의 관계로부터

 

를 구하여 위 식에 대입하면

(식 5-23)

으로 된다. 대형자동차의 제원인 a＝6.5m, b＝2.5m, Uf＝2.5m를 식 5-23에 대입하면 다음식과 같다.

(식 5-24)

② 세미트레일러의 확폭량

그림 5-21에서

a : 견인차의 축간거리 a2: 피견인차의 축간거리

as : 연결판에서 견인차의 뒤축까지의 거리 b : 견인차의 폭

b2 : 피견인차의 폭

일 때, B＝Rw－Ri 이므로

X22＝as2＋X12

X32＝X22－a22＝X12＋as2－a22

이므로 자동차의 주행 폭 B는

가 된다.

 

그림 5-21 세미트레일러의 확폭량

Rc2＝X12＋(a＋Uf)2와 의 관계를 위 식에 대입하면

 

로 된다. 한 차로당 확폭량은 ε＝B－b 이며, 세미트레일러의 제원을 대입하면

a＝4.2, b＝b2＝2.5, Uf＝1.3, a2＝9.0, as＝0 이므로 주행폭 B는 다음 식과 같다.

(식 5-25)

여기서, 이다.

③ 소형자동차의 확폭량

그림 5-22에서

 

B	：자동차의 주행 폭
Rc	：차로중심선의 반지름
b	：자동차의 폭
S	：바퀴간격
a	：차축 간 거리
Rw	：바깥쪽 평면곡선 반지름
Rs	：바깥쪽 앞바퀴의 회전반지름
Ri	：안쪽 평면곡선 반지름
Uf	：앞내민길이
Ub	：뒷내민길이

 

일 때,

자동차의 주행 폭 B는 B= Rw－Ri가 되므로 대형자동차의 확폭량 산정방식과 동일하게 구할 수 있다.

소형자동차의 제원인 a=3.7m, b=2.0m, Uf=1.0m를 식 5-23에 대입하면 다음 식과 같다.

 

(2) 설계기준자동차에 대한 확폭량의 산정

예전까지 평면곡선 반지름이 작은 곡선부에 대한 확폭량의 산정은 그 도로에 적용하는 설계기준자동차를 도로의 구분에 따라 주간선도로와 보조간선도로에 대하여는 세미트레일러를 대상으로 하고, 그 밖의 도로에 대해서는 중·대형자동차를 대상으로 해서 확폭량을 산정하였다. 그러나 도로의 구분 및 평면곡선 반지름에 따라 일률적으로 확폭량을 적용하기 보다는 설계할 때 그 도로에 적용할 설계기준자동차와 평면곡선 반지름의 관계를 고려하여 확폭량을 산정하는 것이 보다 합리적이므로 설계기준자동차의 폭과 평면곡선 반지름에 따라 확폭량을 산정하도록 하였다.

또, 확폭을 필요로 하는 최소 평면곡선 반지름은 계산으로 구한 확폭량이 0.20m 이상이 되는 평면곡선 반지름을 기준으로 하여 그보다 큰 평면곡선 반지름의 경우에는 확폭하지 않는 것으로 하였으며, 차로당 최소 확폭량은 설계 및 시공의 편의를 고려하여 0.25m 단위로 확폭량을 결정하였다.

(3) 그 밖의 자동차에 대한 확폭량 계산

(가) 풀트레일러의 확폭량

그림 5-23에서

a : 견인차의 축간거리

a2: 피견인차의 축간거리

as : 연결판에서 피견인차의 뒤축까지의 거리

af : 연결판에서 견인차의 뒤축까지의 거리

b : 견인차의 폭

b2: 피견인차의 폭

Uf : 앞내민길이

Rc : 차로중심선의 반지름

일 때, B＝Rw－Ri 이므로

 

X22＝as2＋X12

X32＝X22－a22＝X12＋as2－a22

이므로 자동차의 주행 폭원 B는

 

가 된다. Rc2＝X12＋(a+af＋Uf)2와

의 관계를 위 식에 대입하면

 

 

로 된다. 한 차로당 확폭량은 ε＝B－b 이며, 풀트레일러의 제원을 대입하면 a＝5.0,b＝b2＝2.5, Uf＝1.3, a2＝6.2, as＝2.8, af=2.3이므로 주행 폭원 B는 다음 식과 같다.

(식 5-26)

여기서, 이다.

(나) 특례자동차(굴절버 스)의 확폭량

그림 5-24에서

 

a	: 앞쪽의 축과 연결판까지의 거리
a2	: 중간축과 뒷축의 축간거리
as	: 연결판에서 중간축까지의 거리
b	: 앞차량의 폭
b2	: 뒷차량의 폭
Uf	: 앞내민길이
Rc	: 차로중심선의 반지름

 

일 때, B＝Rw－Ri 이므로

 

X22＝as2＋X12

X32＝X22－a22＝X12＋as2－a22

이므로 자동차의 주행 폭원 B는

가 된다.

Rc2＝X12＋(a＋Uf)2와 의 관계를 위 식에 대입하면

 

 

로 된다. 한 차로당 확폭량은 ε＝B－b 이며, 굴절버스의 제원을 대입하면 a＝3.65, b＝b2＝2.5, Uf＝3.1, a2＝5.7, as＝2.95 이므로 주행 폭원 B는 다음 식과 같다.

(식 5-27)

여기서, 이다.

5. 확폭할 때 주의사항

자동차가 평면곡선부를 주행하는 경우에는 뒷바퀴가 앞바퀴의 안쪽을 통과하게 되므로 원칙적으로 차로의 안쪽으로 확폭하는 것으로 하며, 다른 차로를 침범하지 않도록 하기 위하여 차로마다 확폭해야 한다.

표 5-11 평면곡선 반지름에 따른 확폭량

(단위 : m)

 

설계기준자동차
세미트레일러					대형자동차
평면곡선 반지름	계산값			한 차로당 최소 확폭량	평면곡선 반지름		계산값		한 차로당 최소 확폭량
150 이상 280 미만 90 이상 150 미만 65 이상 90 미만 50 이상 65 미만 40 이상 50 미만 35 이상 40 미만 30 이상 35 미만 20 이상 30 미만	0.20〜0.37 0.37〜0.62 0.62〜0.86 0.86〜1.12 1.40〜1.12 1.61〜1.40 1.89〜1.61 2.96〜1.89			0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00	110 이상 200 미만 65 이상 110 미만 45 이상 65 미만 35 이상 45 미만 25 이상 35 미만 20 이상 25 미만 18 이상 20 미만 15 이상 18 미만		0.20〜0.36 0.36〜0.61 0.61〜0.88 0.88〜1.14 1.14〜1.60 1.60〜2.01 2.01〜2.25 2.25〜2.77		0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00
소형자동차
평면곡선 반지름			계산값			한 차로당 최소 확폭량
45 이상 55 미만 25 이상 45 미만 15 이상 25 미만			0.20〜0.24 0.24〜0.43 0.43〜0.71			0.25 0.50 0.75

 

 

그 밖의 자동차(특례 자동차)
풀트레일러		굴절버스
평면곡선 반지름	계산값	평면곡선 반지름	계산값
140 이상 260 미만 85 이상 140 미만 60 이상 85 미만 45 이상 60 미만 40 이상 45 미만 35 이상 40 미만 30 이상 35 미만 25 이상 30 미만 20 이상 25 미만	0.20〜0.37 0.37〜0.61 0.61〜0.87 0.87〜1.16 1.16〜1.30 1.30〜1.49 1.49〜1.75 1.75〜2.11 2.11〜2.70	95 이상 175 미만 55 이상 95 미만 40 이상 55 미만 30 이상 40 미만 25 이상 30 미만 20 이상 25 미만 15 이상 20 미만	0.20〜0.36 0.36〜0.62 0.62〜0.86 0.86〜1.15 1.15〜1.38 1.38〜1.75 1.75〜2.88

 

 

 

차로별 확폭량은 차로의 평면곡선 반지름에 따라 서로 다른 값이므로 차로 중심의 평면곡선 반지름에 따라 확폭량을 0.25m 단위로 규정한 것이나, 평면선형을 결정할 때 차로의 평면곡선 반지름을 각각 구하여 확폭량을 결정하는 수고를 덜기 위하여 도로 중심선(또는 차도 중심선)의 평면곡선 반지름이 35m 이상인 경우에는 원칙적으로 도로 중심선의 평면곡선 반지름에 따른 차로의 확폭량을 구하는 것으로 한다.

(1) 도로 중심선의 평면곡선 반지름이 작은 경우의 확폭

도로 중심선의 평면곡선 반지름이 35m 미만의 경우로서, 특히 차로수가 많을 때에는 도로 중심선의 평면곡선 반지름을 따라 구한 확폭량이 각각의 차로에 필요한 확폭량과 크게 다를 경우가 있으므로 차로마다 확폭량을 구하는 것으로 한다.

(2) 도시지역도로의 확폭

도시지역에 위치하는 도로에 대해서는 지형의 상황, 그 밖의 특별한 이유로 부득이한 경우에는 확폭량의 축소나 확폭을 생략할 수 있으나 이를 남용해서는 안 되며, 교통안전과 원활한 흐름을 위하여 확폭량 설치를 최대한 노력해야 한다. 부득이하게 확폭량을 축소하거나 확폭을 생략할 경우에도 대형자동차의 통행이 예상되는 도로에 대해서는 차로폭을 대형자동차의 폭(B＝2.5m)이 적용된 확폭량을 더한 폭 이상으로 설치해야 한다.

6. 확폭의 설치

평면곡선부에 확폭을 하는 경우에, 이를 편경사의 설치와 같은 변화 비율을 갖추어 반드시 완화곡선의 전체 길이에 걸쳐서 확폭할 필요는 없지만 본래 확폭을 필요로 하는 것은 작은 평면곡선 반지름부이므로 이러한 경우에는 큰 완화곡선이 사용될 기회는 좀처럼 없다고 생각해도 되므로 원칙적으로는 완화곡선 전체 길이에 걸쳐서 설치되도록 하는 것이 좋다.

확폭을 설치하는 경우에 그 접속설치의 형상은 설치구간이 완화곡선의 설치 여부에 따라 달라진다. 이 해설에서는 완화곡선으로 구성된 구간의 확폭 설치와 완화절선으로 구성된 완화구간에서의 설치 두 가지로 나누어서 설명한다.

(1) 완화곡선에서의 확폭 설치

도로 중심선에 완화곡선이 설치되어 있는 경우, 확폭의 설치는 다음과 같은 방법을 사용 한다.

① 완화곡선구간에서 같은 평면선형으로 설치하는 방법

② 접속설치 지점이 원활하게 되도록 고차의 포물선을 사용하는 방법

③ 차도 끝단에도 확폭의 변화를 위한 완화곡선을 삽입하는 방법

 

 

 

 

 

설계속도 60km/h 미만의 도로 혹은 인터체인지의 연결로 등에서는 확폭의 설치는 ①의 방법으로 하며, ①의 방법에 의한 확폭을 설치할 때 접속설치 지점이 원활하지 않는 경우에는 ②의 방법을 사용한다. 또, 확폭량은 차로 또는 차도 중심선의 법선 방향으로 설치하는 것으로 한다.

설계속도가 60km/h 이상의 도로에서는 차도 끝 확폭에 따른 완화곡선을 삽입하는 ③의 방법이 자동차의 주행에 바람직하다.

이와 같은 도로에서는 차도 끝단에 다음과 같이 완화곡선을 사용하여 자동차 주행이 한층 원활하도록 시각적 유도효과를 높일 수 있다.

ⓐ 확폭량을 기존에 설정한 도로 중심선에 따라 평면곡선의 중심 측으로 확폭할 때 발생되는 이정량을 가진 클로소이드를 선정하여, 그에 따른 도로 중심선을 새로 설정하는 방법

ⓑ 도로 중심선의 길이에 비례해서 확폭량을 배분하여, 평면곡선 안쪽으로 설치한 후 도로 중심선을 새로 설정하는 방법

ⓒ 확폭 후에 설정하는 새로운 도로 중심선을 처음부터 확폭량의 영향을 고려한 클로소이드로 설정한 후 도로 양측으로 각 차로의 확폭량을 비례 배분하는 방법.

 

 

ⓑ의 방법은 좋은 방법이라고는 할 수 없지만, 설계속도 60km/h 미만의 도로에서는 비교적 실용적이며, ⓒ의 방법은 평면곡선의 중심측으로 확폭량을 고려하여 도로 중심선을 처음부터 확폭을 고려하지 않은 파라미터보다 큰 클로소이드를 사용하여 도로 중심선을 결정하여 도로 양측으로 확폭하는 것으로, 주의할 것은 도로 끝단이 절곡되어 보이는 등 시각적으로 원활하지 못한 상태가 되지 않도록 해야 한다. 세 가지 방법 중 ⓐ의 방법에 따라 확폭을 하는 것이 도로의 평면선형이 원활하며, 다음과 같이 확폭을 설치하면 된다.

그림 5-26과 같이 기존 도로 중심선 중 원곡선에서 총 확폭량 △R을 분배하여 △Rc, △Ri를 갖도록 한 후 그 이정량을 갖는 완화곡선으로 새로운 도로 중심선을 정하면 된다.

 

 

 

그림 5-26 확폭 후의 도로 중심선

이때, 이정량 △Rc, △Ri는 △Rc＝△Ri＝ 로 하여도 무방하다.

이 경우, 엄밀한 계산을 하면 완화곡선의 시종점이 그림과 같이 기존 완화곡선의 시종점과 일치하지 않으므로 그 차를 줄이도록 해야 한다.

완화곡선과 원곡선과의 접속점에서 평면곡선 반지름을 일치시킬 수 없으므로 이 평면곡선 반지름의 차이는 가능하면 20％ 이하가 되도록 하는 것이 도로 선형상 유리하다.

(2) 설계속도 60km/h 미만의 도로에서 완화곡선을 설치하지 않는 경우의 완화절선에 의한 설치

자동차는 차로 위의 임의의 지점을 주행할 것이므로 차도의 형상이 완전한 완화곡선이 아니더라도 설계속도 60km/h 미만의 도로에서는 무방하다고 생각하여, 그림 5-27과 같이 평면곡선의 중심측으로 차도의 폭을 확폭하여 그에 따른 원곡선을 선정한 후 확폭량의 변화를 직선식으로 비례 배분하여 직선부에 설치하는 것으로서, 이 직선을 완화절선이라 부른다.

그림 5-27에서 점 C를 기존 도로 중심선에 따른 평면곡선 중심선의 시점 또는 종점, 점 B를 완화절선 설치 전의 안쪽 평면곡선의 시점 또는 종점, 점 A를 완화절선과 직선부와의 교점, 점 D를 완화절선의 절점으로 확폭한 평면곡선의 시점 또는 종점, 점 O를 평면곡선의 중심, 점 E를 AB를 연장하여 점 D에서 AB에 내린 곡선의 교점이라 할 때 다음의 여러 식으로 완화절선을 설치할 수 있다.

점 B는 확정된 위치이므로 다음 식으로 AB의 길이를 정한다.

(식 5-28)

 

 

 

그림 5-27 완화절선의 설치

또, 다음 식으로 점 E와 점 D를 구한다.

(식 5-29)

(식 5-30)

 

또, 완화절선의 임의점 H는 다음 식으로 구해진다.

 

여기서, w : 확폭하는 폭(m)

Ri : 곡선부를 확대하기 전의 안쪽 곡선의 반지름(m)

L : 완화절선의 길이(m)

Y : AE상의 임의의 점 F와 A의 거리(m)

X : FH의 거리(m)

: AB와 AD가 이루는 각

 

 

그림 5-27에서 AD 및 A'D'를 완화절선이라 하고, 그 교각을 △i, 중심선의 교각을 △I라 하면, △i＝△I－2α 이며 DD'의 반지름은 (Ri－w)이므로 전술한 방법에 따라 D 및 D'를 결정하여 안쪽의 평면곡선 DD'를 설치할 수 있다.

5-1-6 완화곡선 및 완화구간

 

	제23조(완화곡선 및 완화구간) ①설계속도가 시속 60킬로미터 이상인 도로의 평면곡선부에는 완화곡선을 설치하여야 한다. ② 완화곡선의 길이는 설계속도에 따라 다음 표의 값 이상으로 하여야 한다.   설계속도(킬로미터/시간) 완화곡선의 최소 길이(미터) 120 110 100 90 80 70 60 70 65 60 55 50 40 35   ③ 설계속도가 시속 60킬로미터 미만인 도로의 평면곡선부에는 다음 표의 길이 이상의 완화구간을 두고 편경사를 설치하거나 확폭을 하여야 한다.   설계속도(킬로미터/시간) 완화구간의 최소 길이(미터) 50 40 30 20 30 25 20 15

 

1. 일반사항

자동차가 평면선형의 직선부에서 곡선부로, 곡선부에서 직선부로 또는 다른 곡선부로 원활하게 주행하도록 하기 위하여 주행궤적의 변화에 따라 운전자가 쉽게 적응할 수 있도록 이러한 구간에는 변이구간을 설치해야 한다. 완화곡선은 이러한 변이구간에 적용하게 되며, 완화구간은 편경사의 변화 또는 확폭량을 설치하기 위한 변이구간이다.

규칙에서는 이러한 변이구간을 설계속도 60km/h 이상의 도로에서는 완화곡선을 설치, 설계속도 60km/h 미만의 도로에서는 완화구간으로 설치하도록 하였으며, 지형여건상 헤어핀 설치 등으로 부득이한 경우 외에는 완화구간을 완화곡선으로 설치하는 것이 바람직하다.

자동차의 원활한 주행을 위하여 평면곡선부에 완화곡선을 설치하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다.

① 평면곡선부를 주행하는 자동차에 대한 원심력을 점차적으로 변화시켜 일정한 주행속도 및 주행궤적을 유지시킨다.

② 직선구간의 표준횡단경사구간에서 원곡선부에 설치되는 최대 편경사까지의 변화를 주행속도와 평면곡선 반지름에 따라 적절하게 접속시킬 수 있도록 한다.

③ 평면곡선부에서 확폭이 필요한 경우 평면곡선부의 확폭된 폭과 표준횡단의 폭을 자연스럽게 접속시킬 수 있도록 한다.

④ 원곡선의 시작점과 끝점에서 꺾어진 형상을 시각적으로 원활하게 보이도록 한다.

①~④에서 완화곡선 길이를 결정하는 주요소는 ①과 ②이며, ③의 경우는 결정된 완화곡선 길이 내에서 접속설치하게 된다.

이러한 완화곡선은 여러 종류가 있으나 그 중 자동차의 완화주행궤적과 가장 비슷한 클로소이드 곡선(clothoid spiral)을 사용하도록 한다.

2. 자동차의 완화주행궤적

자동차의 운전자는 직선부에서 평면곡선부로 주행할 때 그 회전반지름이 무한대(직선)에서 차츰 일정한 반지름이 되도록 핸들을 조작하게 된다. 즉, 직선 구간에서 평면의 원곡선구간으로 주행하기 위하여 직선과 평면의 원곡선부 사이에서 어떠한 특별한 형태의 곡선 주행을 하게 되는데 이를 완화주행이라 하며, 그 궤적의 형상은 다음과 같다.

그림 5-28에서 자동차의 회전각속도는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-31)

여기서, w : 자동차의 회전각속도

v : 자동차의 주행속도(m/sec)

R : 주행궤적상의 임의의 점에서의 평면곡선 반지름

θ : 회전각

 

 

지금 자동차의 주행속도 v가 일정하다고 하면, 회전각 가속도 w'는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-32)

단, (그림 5-28 참조)

 

그림 5-28 자동차의 완화주행

직선부에서 평면곡선부로 또는 평면곡선부에서 직선부로 주행하는 회전각 가속도 w'가 일정하게 될 때 운전자가 안전하고 쾌적하게 주행할 수 있으며, 그 궤적을 구하여 보면 다음과 같다.

식 5-32에서 회전각 가속도 w'가 일정하다고 가정할 때

 

이를 풀면, t＝0일 때 tanθ＝0 이므로 c＝0 따라서,

완화곡선의 길이를 L이라 하면, 이므로 그러므로

(식 5-33)

식 5-33은 클로소이드(clothoid)의 일반식이다.

즉, 자동차가 일정한 회전각 가속도로 주행하는 경우에는, 완화주행궤적은 클로소이드를 그린다는 것을 알 수가 있다.

자동차의 구조상 θ는 0~30°이므로 sec2θ는 거의 일정한 값이 되며, 따라서 도 거

의 일정하며, θ가 핸들 회전각과 비례한다고 생각하면 이 주행은 회전속도가 거의 일정한 주행이라고 할 수 있다.

3. 완화곡선 및 완화구간의 길이

설계속도 60km/h 이상의 도로에서는 운전자가 미숙한 핸들 조작과 사소한 착오를 일으키더라도 원상 복귀가 가능한 주행시간의 길이만큼 반드시 완화곡선을 설치하여 운전자의 시선 및 주행궤적을 자연스럽게 유도할 수 있어야 하며, 설계속도 60km/h 미만의 도로에서 완화곡선을 설치하지 않을 경우에는 직선부와 원곡선부를 직접 연결하고, 평면곡선부의 편경사 및 확폭을 접속설치할 수 있도록 완화구간을 설치해야 한다.

앞서 언급한 핸들 조작에 곤란을 느끼지 않을 주행시간을 2초로 하여 다음 식으로 완화곡선 길이 및 완화구간 길이를 산정하면 표 5-12와 같다.

 

 

 

설계속도(km/h)	계산값	규정값
120 100 80 70 60 50 40 30 20	66.7 55.6 44.4 38.9 33.3 27.8 22.2 16.7 11.1	70 60 50 40 35 30 25 20 15

 

 

 

(식 5-34)

여기서, L : 완화곡선 및 완화구간 길이

t: 주행시간(t＝2초)

v, V : 주행속도(m/sec, km/h)

4. 완화곡선의 생략

설계속도 60km/h 이상의 도로에서는 운전자에게 원활한 주행 조건을 제공하기 위하여 평면곡선부에 완화곡선을 설치하는 것이 바람직하지만 원곡선이 상당히 큰 경우는 완화곡선을 생략할 수 있으며, 완화곡선을 생략할 수 있는 평면곡선 반지름 크기의 한계는 다음과 같이 산정한다.

 

 

 

그림 5-29 완화곡선의 이정량

즉, 그림 5-29와 같이 직선과 원곡선 사이에 완화곡선을 설치할 경우에는 직선과 원곡선을 직접 접속하는 경우에 비하여 S만큼 이정량이 생기게 되는데, 이 이정량이 차로폭에 포함된 여유 폭에 비하여 매우 작은 경우에는 직선과 원곡선을 직접 접속시켜도 실제의 주행은 직선부에서도 완화곡선의 주행궤적의 형태로 주행할 수 있다.

또한, 완화곡선을 설치할 것인가 혹은 생략할 것인가의 여부에 대한 한계 이정량은 0.20m 정도이면 물리적으로 적합한 것으로 생각되므로 완화곡선이 클로소이드라고 할 때, 그림 5-29에서 완화곡선의 이정량은 식 5-35로 산정할 수 있으며, 산정된 이정량이 0.20m 이상 되는 경우에 대해서만 완화곡선을 설치하는 것으로 한다.

(식 5-35)

여기서, S : 이정량(m)

L : 완화곡선의 길이(m)

R : 평면곡선 반지름(m)

따라서, 인 평면곡선 반지름을 완화곡선 설치의 한계 평면곡선 반지름으로 할 수 있다.

식 5-34와 식 5-35의 관계에서 완화곡선의 길이 L을 소거하면

∴ R ＝ 0.064V2 (식 5-36)

식 5-36으로 설계속도에 따라 완화곡선을 설치해야 할 한계 평면곡선 반지름을 계산하면 표 5-13의 계산값과 같다.

 

설계속도(km/h)	계산값	적용값
120 100 80 70 60	921.6 640.0 409.6 313.6 230.4	3,000 2,000 1,300 1,000 700

 

 

 

표 5-13의 계산값보다 큰 평면곡선 반지름에 대해서는 완화곡선을 설치하지 않아도 된다는 것이지만 이렇게 계산된 한계 평면곡선 반지름의 값은 완화구간의 길이를 최소로 하여 계산된 것이므로 여유가 필요하다. 따라서, 시각적으로나 주행상으로 또는 운전자의 쾌적성을 저하시키지 않기 위해서는 표 5-13의 계산값에 3배 정도까지는 완화곡선을 생략하지 않는 것이 바람직하다.

경험에 따르면, 클로소이드 곡선을 완화곡선으로 사용하는 경우 평면곡선 반지름(R)과 클로소이드 파라미터(A)의 관계는 다음의 범위에 들어가도록 권장하고 있다.

(식 5-37)

 

그림 5-30 평면곡선 반지름(R)과 클로소이드 파라미터(A)의 관계

이와 같은 관계에 있을 때 원곡선과 완화곡선의 조화가 이루어지고 시각적으로도 원활한 평면선형이 이루어진다는 것이 경험적으로 알려져 있다. 다만, 이 원칙이 적용되는 것은 접속하는 원곡선 반지름이 어느 일정 범위에 들어가 있을 때이므로 원곡선 반지름 R이 작게 되면 A는 그 반지름보다도 커지고 원곡선 반지름 R이 크면 A는 R/3보다 작게 되므로 부득이한 경우 도로 교각의 크기, 지형 및 지장물 등을 고려하여 원곡선과 완화곡선의 길이가 적절히 조화되도록 설치해야 한다.

 

5-2

시거

 

시거에는 운전자의 안전을 위하여 도로의 설계속도에 따라 필요한 길이를 전 구간에 걸쳐서 확보해야 하는 정지시거와 양방향 2차로 도로의 효율적인 운영을 위하여 설계속도에 따라 필요한 길이를 적정한 간격으로 확보해야 하는 앞지르기시거가 있다.

 

 

 

	제24조(시거) ① 도로에는 그 도로의 설계속도에 따라 다음 표의 길이 이상의 정지시거를 확보해야 한다.   설계속도(킬로미터/시간) 최소 정지시거(미터) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 215 185 155 130 110 95 75 55 40 30 20   ② 2차로 도로에서 앞지르기를 허용하는 구간에서는 설계속도에 따라 다음 표의 길이 이상의 앞지르기시거를 확보해야 한다.   설계속도(킬로미터/시간) 최소 앞지르기시거(미터) 80 70 60 50 40 30 20 540 480 400 350 280 200 150

 

 

 

5-2-1 정지시거

정지시거는 운전자가 같은 차로 상에 있는 고장차 등의 장애물 또는 위험 요소를 알아차리고 제동을 걸어서 안전하게 정지하기 위하여 필요한 길이를 주행속도에 따라 산정한 것이다. 이때 도로의 확보된 정지시거는 운전자의 위치를 진행하는 차로의 중심선상으로 가정하고, 운전자의 눈높이는 도로 노면으로부터 1.00m로 하여, 장애물 또는 물체의 높이 0.15m를 볼 수 있는 거리를 같은 차로의 중심선상으로 측정한 것을 말한다.

이러한 정지시거는 다음의 두 가지 거리를 산정하여 각각의 거리를 합한 값이다.

① 운전자가 앞쪽의 장애물을 인지하고 위험하다고 판단하여 제동장치를 작동시키기까지의 주행거리(반응시간 동안의 주행거리)

② 운전자가 브레이크를 밟기 시작하여 자동차가 정지할 때까지의 거리(제동거리)

이때 정지시거를 산정하기 위하여 적용하는 속도는 주행속도이며, 노면습윤상태일 때의 주행속도는 설계속도가 120~80km/h 일 때 설계속도의 85%, 설계속도가 70~40 km/h 일때 설계속도의 90%, 설계속도가 30km/h 이하일 때 설계속도와 같다고 보고 계산한다.

1. 반응시간 동안의 주행거리

운전자는 개개인에 따라 운전의 경험 및 숙련 정도, 위기대처능력 등이 다양하여 운전자가 장애물을 발견한 후 브레이크를 밟을 것인가를 판단하고 나서 브레이크를 밟을 때까지의 동작시간에 대하여 각종 실험이 실시되었지만, 그 결과는 매우 다양하다. 따라서, 운전자가 장애물을 발견하고 브레이크를 밟을 때까지의 반응시간(braking reaction time)은 위험 요소를 판단하는 시간 1.5초, 제동장치를 작동시키기까지의 1.0초, 총 2.5초로 하여 주행거리를 산정한다. 운전자 반응시간의 범위는 일정하지는 않지만 보통 0.4~0.7초 정도이며, 혼잡한 도로 상황 및 예기치 못한 상황 등을 고려하여 2.5초를 반응시간으로 잡을 경우 90％ 이상의 운전자가 위기에 대응할 수 있는 적당한 시간으로 판단된다.

이러한 반응시간 동안에 자동차가 주행하는 거리는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-38)

여기서, d1 : 반응시간 동안의 주행거리

v, V : 주행속도(m/sec, km/h)

t : 반응시간(2.5초)

2. 제동거리

운전자가 브레이크를 밟아 자동차를 정지시킬 때 필요한 거리는 그 자동차의 브레이크 장치의 성능, 포장의 종류, 노면 상태, 타이어의 재질 및 상태 등 다양한 조건에 따라 달라지나 타이어와 노면 간의 종방향미끄럼마찰력에 의하여 자동차가 정지하게 되는 거리를 표준식으로 나타내면 다음과 같다.

(식 5-39)

여기서, d2 : 제동거리

v, V : 주행속도(m/sec, km/h)

g : 중력가속도(m/sec2)

f : 노면과 타이어 간의 종방향미끄럼마찰계수

 

 

자동차가 정지할 때 노면과 타이어 간에 작용하게 되는 종방향미끄럼마찰계수(f)는 속도에 따라 그 값이 변화하며, 그로 인하여 운전자가 브레이크를 밟고 있는 동안 자동차의 속도도 변화하게 되나, 이때 종방향미끄럼마찰계수의 값은 안전을 고려하여 브레이크를 밟기 직전의 속도 및 노면의 습윤상태의 값을 적용하여 계산한다.

3. 정지시거의 계산

정지시거는 운전자의 안전한 주행에 큰 영향을 미치므로 안전한 값이 되도록 결정해야 한다. 그러므로 종방향미끄럼마찰계수는 노면습윤상태로 하며, 속도는 주행속도로 하여 식 5-40에 따라 산정하면 표 5-14와 같다.

(식 5-40)

여기서, D : 정지시거(m) d1: 반응시간 동안의 주행거리

d2 : 제동거리 V : 주행속도(km/h)

t : 반응시간(2.5초) f : 노면습윤상태의 종방향미끄럼마찰계수

 

설계속도 (km/h)	주행속도 (km/h)	f	0.694V		주행속도에 따른 정지시거	정지시거 규정값
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	102 93.5 85 76.5 68 63 54 45 36 30 20	0.29 0.29 0.30 0.30 0.31 0.32 0.33 0.36 0.40 0.44 0.44	70.8 64.9 59.0 53.1 47.2 43.7 37.5 31.2 25.0 20.8 13.9	141.2 118.7 94.8 76.8 58.7 48.8 34.8 22.1 12.8 8.1 3.6	212.0 183.6 153.8 129.9 105.9 92.5 72.3 53.3 37.8 28.9 17.5	215 185 155 130 110 95 75 55 40 30 20

 

4. 도로의 종단경사를 고려한 정지시거

운전자가 앞쪽의 장애물을 발견하고 브레이크를 밟아 자동차를 정지시키려 할 때 정지하는 거리는 그 도로의 종단경사에 따라 변화하게 된다. 즉, 제동거리가 오르막 경사 구간에서는 감소하고 내리막 경사 구간에서는 증가하게 된다.

종단경사에 따른 정지시거의 계산식은 다음의 식 5-41과 같다.

(식 5-41)

여기서, D : 정지시거(m)

V : 주행속도(km/h)

f : 타이어와 노면의 종방향미끄럼마찰계수

s : 종단경사(％)

표 5-15 오르막 경사를 고려한 정지시거

(단위 : m)

 

구 분		설계속도(km/h)
		120	110	100	90	80	70	60	50	40	30	20
종 단 경 사 (%)	0	215	185	155	130	110	95	75	55	40	30	20
	+1	210	180	155	130	105	95	75	55	40	30	20
	+2	205	180	150	130	105	90	75	55	40	30	20
	+3	200	175	150	125	105	90	70	55	40	30	20
	+4	195	170	145	125	100	90	70	55	40	30	20
	+5		170	145	120	100	90	70	55	40	30	20
	+6			140	120	100	85	70	55	40	30	20
	+7					100	85	70	50	40	30	20
	+8					95	85	70	50	40	30	20
	+9					95	85	65	50	40	30	20
	+10						85	65	50	40	30	20
	+11							65	50	35	30	20
	+12							65	50	35	30	20
	+13							65	50	35	30	20
	+14								50	35	30	20
	+15									35	30	20
	+16										30	20

 

표 5-16 내리막 경사를 고려한 정지시거

(단위 : m)

 

구 분		설계속도(km/h)
		120	110	100	90	80	70	60	50	40	30	20
종 단 경 사 (%)	0	215	185	155	130	110	95	75	55	40	30	20
	-1	220	190	160	135	110	95	75	55	40	30	20
	-2	225	195	165	135	110	100	75	55	40	30	20
	-3	230	200	165	140	115	100	80	55	40	30	20
	-4	235	205	170	145	115	100	80	60	40	30	20
	-5		210	175	150	120	105	80	60	40	30	20
	-6			180	150	125	105	85	60	40	30	20
	-7					125	110	85	60	40	30	20
	-8					130	110	85	60	40	30	20
	-9					130	115	90	60	45	30	20
	-10						115	90	65	45	35	20
	-11							90	65	45	35	20
	-12							95	65	45	35	20
	-13							95	70	45	35	20
	-14								70	45	35	20
	-15									45	35	20
	-16										35	20

 

 

 

각 설계속도에서 종단경사에 따른 정지시거의 증감량은 오르막 구간에서는 정지시거 기준치보다 감소하게 되므로 안전하고, 내리막 구간의 경우는 기준치보다 증가하게 되나 규칙에서 규정한 값은 경사의 영향을 고려치 않고 규정한 것이므로 내리막 구간의 경우에는 설계할 때 세심한 주의를 기울여야 한다.

5. 노면 동결·적설을 고려한 정지시거

노면이 동결·적설된 경우에 운전자는 스노우타이어 또는 체인을 장착하거나 설계속도보다 어느 정도 제한된 속도로 주행하게 되며, 종방향미끄럼마찰계수의 값은 감소하게 된다. 종방향미끄럼마찰계수(f)의 값을 0.15로 하여 정지시거를 계산하면, 표 5-17과 같다.

 

설계속도 (km/h)	주행속도 (km/h)	f	0.694V		주행속도에 따른 정지시거	정지시거 채택
70 이상 60 50 40 30 20	60 50 40 30 20 20	0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15	41.6 34.7 27.8 20.8 13.9 13.9	94.5 65.6 42.0 23.6 10.5 10.5	136.1 100.3 69.8 44.4 24.4 24.4	140 100 70 45 25 25

 

※ f는 스노우타이어, 체인 등을 사용할 때의 종방향미끄럼마찰계수

그러나 동결·적설된 노면에서 급제동을 할 경우 옆으로 회전하게 되어 정지시거의 확보만으로 안전이 해결될 수 없으므로 동결·적설의 영향이 큰 지역에서는 미끄럼방지시설의 설치 등 그 대책을 강구해야 한다.

6. 터널 내 정지시거

일반 구간(토공 구간, 교량 구간)의 정지시거는 주행하는 자동차의 안전을 고려하여 노면습윤상태의 종방향미끄럼마찰계수를 적용하여 계산하고 있으나, 터널 구간의 실제 노면 상황은 대부분 건조한 상태이므로 터널 내 정지시거를 계산할 때는 노면건조상태의 종방향미끄럼마찰계수(f)를 적용하도록 하며, 이때의 정지시거를 계산하면 표 5-18과 같다.

 

설계속도 (km/h)	주행속도 (km/h)	f	0.694V		주행속도에 따른 정지시거	정지시거 채택
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.60 0.61 0.63 0.64 0.65	83.3 76.3 69.4 62.5 55.5 48.6 41.6 34.7 27.8 20.8 13.9	105.0 86.6 70.3 55.9 43.4 32.7 23.6 16.1 10.0 5.5 2.4	188.3 162.9 139.7 118.4 98.9 81.3 65.2 50.8 37.8 26.3 16.3	190 165 140 120 100 85 70 55 40 30 20

 

※ f는 노면건조상태의 종방향미끄럼마찰계수

5-2-2 앞지르기시거

앞지르기시거는 차로 중심선 위의 1.00m 높이에서 대향차로의 중심선상에 있는 높이 1.20m의 대향 자동차를 발견하고, 안전하게 앞지를 수 있는 거리를 도로 중심선을 따라 측정한 길이를 말한다.

양방향 2차로 도로에서는 앞쪽에 저속 자동차가 주행하는 경우, 뒤따르는 자동차가 저속 자동차를 앞지르기 위하여 고속 주행을 하게 되나, 실제로 반대방향 차로의 교통량이 많거나 곡선반지름이 작은 평면곡선부 등 선형의 변화가 큰 구간에서 서행하는 자동차를 앞지르기가 불가능한 경우가 많으며, 이때 고속 자동차가 저속 자동차의 뒤를 계속 따라 가게 되어 비효율적인 도로 운영이 되기도 한다.

그러므로 양방향 2차로 도로에서는 고속 자동차가 저속 자동차를 안전하게 앞지를 수 있도록 앞지르기시거가 확보되는 구간을 적정한 간격으로 두어야 한다.

1. 앞지르기시거의 계산

양방향 2차로 도로에서 앞지르기를 하기 위해서는 충분한 시거가 확보되어야 하나 경제적인 측면에서 전체 구간에서 앞지르기시거를 확보할 수 없기 때문에 필요한 앞지르기시거를 적정한 간격으로 확보하게 된다. 이러한 앞지르기시거는 다음과 같은 가정 아래 계산하게 된다.

① 앞지르기 당하는 자동차는 일정한 속도로 주행한다.

② 앞지르기 하는 자동차는 앞지르기를 하기 전까지는 앞지르기 당하는 자동차와 같은 속도로 주행한다.

③ 앞지르기가 가능하다는 것을 인지한다.

④ 앞지르기 할 때에는 최대 가속도로 주행하여 앞지르기 당하는 자동차보다 빠른 속도로 주행한다.

⑤ 반대편 차로의 마주 오는 자동차는 설계속도로 주행하는 것으로 하고, 앞지르기가 완료되었을 때 반대편 차로의 자동차와 앞지르기한 자동차 사이에는 적절한 여유거리가 있으며 서로 엇갈려 지나간다.

 

 

 

그림 5-31 앞지르기시거의 산정

이러한 가정 아래 양방향 2차로 도로에서는 최소한 다음의 4가지 거리를 합한 총거리를 확보해야 한다.

① 고속 자동차가 앞지르기가 가능하다고 판단하고 가속하여 반대편 차로로 진입하기 직전까지 주행한 거리(반대편 차로 진입거리 : d1)

② 고속 자동차가 반대편 차로로 진입하여 앞지르기할 때까지 주행하는 거리(앞지르기 주행거리 : d2)

③ 고속 자동차가 앞지르기를 완료한 후 반대편 차로의 자동차와의 여유거리(마주 오는 자동차와의 여유거리 : d3)

④ 고속 자동차가 앞지르기를 완료할 때까지 마주 오는 자동차가 주행한 거리(마주 오는 자동차의 주행거리 : d4)

(1) 반대편 차로 진입거리(d1)

고속 자동차가 앞지르기를 하기 위하여 반대편 차로로 진입하려면 우선 앞지르기가 가능한지 여부를 판단하고, 가능한 경우 가속하여 반대편 차로로 진입하게 된다. 이때 반대편 차로로 진입하는 데 걸리는 시간은 설계속도에 따라 일반적으로 2.7∼4.3초를 나타내고 있으며, 고속 자동차가 반대편 차로로 진입하는 데 필요한 거리는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-42)

여기서, V0 : 앞지르기 당하는 자동차의 속도(km/h)

a : 평균가속도(m/sec2)

t1 : 가속시간(sec)

(2) 앞지르기 주행거리(d2)

고속 자동차가 반대편 차로로 진입한 후 저속 자동차를 앞지르기 위하여 주행하는 시간은 대개 8.2~10.4초 정도이며, 주행하는 거리는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-43)

여기서, V : 고속 자동차의 반대편 차로에서의 주행속도(km/h) = 설계속도

t2 : 앞지르기를 시작하여 완료하기까지의 시간(sec)

(3) 마주 오는 자동차와의 여유거리(d3)

앞지르기를 완료하였을 때 반대편 차로에 있는 자동차도 그동안 주행하여 앞지르기한 자동차와 근접하게 된다. 이때 앞지르기한 자동차와 마주 오는 자동차와의 간격은 설계속도에 따라 15~70m를 적용하도록 한다.

(4) 마주 오는 자동차의 주행거리(d4)

앞지르기하는 자동차가 반대편 차로에 진입하여 앞지르기를 완료할 때까지 마주 오는 자동차가 주행하는 거리는 고속 자동차가 앞지르기한 거리의 2/3 정도이며, 이때 마주 오는 자동차의 속도는 앞지르기하는 자동차와 같은 설계속도이다.

(식 5-44)

이러한 앞지르기시거는 양방향 2차로 도로에서만 적용하게 되며, 현재 우리나라에서 양방향 2차로 도로의 설계속도를 80km/h 이하로 하고 있으므로 앞지르기시거는 설계속도 80km/h 이하의 도로에 대하여 규정하고 있다. 이에 따라 앞지르기시거를 계산하면 표 5-19와 같다. 또한, 앞지르기하는 자동차의 속도는 주행특성상 설계속도보다 높은 속도로 앞지르기를 하게 되므로 이를 고려하여 앞지르기시거를 산정하였다.

 

설계속도 (km/h)	V (km/h)	V0 (km/h)	d1			d2		d3 (m)	d4 (m)	앞지르기시거
			a (m/sec2)	t1 (sec)	d1 (m)	t2 (sec)	d2 (m)			계산값	규정값
80 70 60 50 40 30 20	80 75 65 60 50 40 30	65 60 50 45 35 25 15	0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60 0.60	4.3 4.0 3.7 3.4 3.1 2.9 2.7	83.6 71.8 55.7 46.1 33.1 20.1 13.4	10.4 10.0 9.6 9.2 8.8 8.5 8.2	231.1 208.3 173.3 153.3 122.2 94.4 68.3	70 60 50 40 35 20 15	154.1 138.9 115.6 102.2 81.5 63.0 45.6	538.8 479.0 394.6 341.6 275.6 197.5 142.3	540 480 400 350 280 200 150

 

 

 

2. 앞지르기시거의 적용

양방향 2차로 도로에서 앞지르기시거가 확보되어 있지 않은 경우에는 앞지르기 행동에 제약을 받으므로 주행속도는 저하된다.

 

 

 

그림 5-32 양방향 2차로 도로에서 V/C와 주행속도와의 관계

따라서, 앞지르기시거를 확보하여 주행속도의 저하 현상을 막아야 하나, 앞지르기시거는 매우 길기 때문에 도로의 모든 구간에서 이를 확보한다는 것은 매우 어려우며, 또한 비경제적인 설계가 된다.

그러므로 지형, 설계속도, 공사비 등을 고려하고, 앞지르기 구간의 길이와 빈도를 적절히 정하여 운전자가 불쾌하지 않으며 경제적 타당성을 확보할 수 있는 설계를 해야 한다.

앞지르기 구간이 그 도로의 전 구간에 걸쳐 얼마만큼 존재하는가를 앞지르기시거 확보구간의 존재율이라 하며, 이 존재율에 따라 도로에 앞지르기 구간을 분배하고 있다.

우리나라는 국외(일본)의 경우와 마찬가지로 양방향 2차로 도로에서 최저 1분 간 주행하는 사이에 1회 또는 부득이한 경우에도 3분 간 주행하는 사이에 1회의 앞지르기 구간을 확보하도록 하였으며, 이를 전 구간에 대한 앞지르기시거 확보 구간의 존재율로 나타내면 일반적인 경우 30％ 이상, 부득이한 경우에도 10％ 이상의 구간을 확보하도록 하고 있다.

노선 중 앞지르기시거가 확보되지 않은 구간이 한 지역에 편중되어 있다고 하는 것은 바람직하지 않으며, 표 5-20에 따른 비율로 노선 전체에 균등하게 분포되어 있도록 설계하는 것이 바람직하다.

 

설계속도(km/h)	1분 간 주행거리(km)	앞지르기 거리(m)	1분 간 1회(％)	3분 간 1회(％)
80 60 50 40 30	1.33 1.00 0.83 0.67 0.50	550 350 250 200 150	38 35 30 30 30	13 12 10 10 10

 

 

 

5-2-3 시거의 확보

안전의 필수 요건인 규정된 시거를 확보하기 위해서는 중앙분리대와 도로의 좌측 또는 우측에 설치되는 방호울타리, 수목 등으로 인하여 시거가 부족해지지 않도록 설계할 때 세심한 주의가 필요하다. 시거의 확보는 평면선형 외에 종단경사가 변화하는 곳에서도 문제가 되는데, 이에 대하여는 종단곡선의 항에서 언급하고 있으므로 여기에서는 평면선형에서의 문제점에 대하여 언급한다.

도로를 설계할 때 주의할 점은 건설 직후에 시거가 확보되어 있다고 하여도 장래 도로 주변의 개발 등에 따라 시거가 계속 확보되지 못하는 우려가 있는 경우는 평면곡선 반지름을 크게 설치하든가, 필요한 범위를 도로부지로 확보하는 등의 배려가 필요하다는 것이다.

(1) 원곡선의 안쪽에 두는 공간의 한계선

이 경우 그림 5-33에서 나타낸 바와 같이 차로 중심선부터 장애물까지의 거리, 즉, 중앙 종거는

 

여기서, D : 시거(ACB)

R : 반지름

 

 

우변을 Tailer의 급수로 전개하면

(식 5-45)

이것을 양대수 그래프로 나타낸 것이 그림 5-34이다. 예를 들어, 설계속도 80km/h에서 시거 110m를 확보하려 할 경우 설치된 평면곡선 반지름이 250m라 하면 그림에서 알 수 있듯이, 안쪽 차로의 중심선에서 6.1m 까지는 공지로 확보해야 한다.

 

 

 

그림 5-34 원곡선상에서 평면곡선 반지름에 따른 시거 및 장애물까지의 거리

그러나 이 경우는 원곡선 구간이 길어 시거가 평면곡선 사이에 존재할 때이며, 완화구간 등에서 시선에 양끝이 걸리는 경우에는 약간 적은 값이 된다.

(2) 직선과 원 또는 클로소이드가 연결되는 경우

원곡선만의 경우는 (1)의 방법으로 차로 중심선에서 장애물까지의 거리를 구하면 되지만, 직선과 곡선이 연결되어 있는 경우에는 도면상에 실제로 나타낸 후 시거 확보를 위하여 비탈면을 어느 정도 절취해야 할 것인가를 구할 수 있다.

(3) 평면곡선과 종단곡선이 겹쳐지고 있는 경우

① 투시선의 양끝이 평면상으로는 원곡선 내에, 종단상으로는 종단곡선 내에 들어 있는 경우

그림 5-35에서 투시선의 비탈면을 끊어 a와 h를 조합하여 구할 수 있는 a의 최댓값에 대한 평면곡선 반지름을 R이라 하고, 운전자의 눈높이 및 장애물의 높이를 각각 he 및 hc, 시거를 D라 할 때 a의 최댓값은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-46)

 

그림 5-35 시거 확보를 위한 절취선

식 5-46에서 N 이외의 제원 단위는 m이며, K는 종단곡선의 반지름으로 오목형이면 양의 부호, 볼록형이면 음의 부호를 갖는 것으로 한다.

② 투시선의 양단이 평면상으로는 원곡선 가운데에 들어 있고, 종단상으로는 직선경사 내에 들어 있는 경우는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-47)

③ 선형과 투시선의 위치 관계가 더욱 복잡한 경우에는 도면에 직접 나타내어 그 값을 구하는 편이 용이하다.

 

 

 

그림 5-36 도면을 이용한 시거 산정(예시)

5-2-4 평면교차로 시거

평면교차로에서는 도로의 전 구간에서 반드시 확보되어야 하는 정지시거는 물론 운전자가 감지하기 어려운 정보나 예상치 못했던 환경의 인지, 잠재적 위험성의 인지, 적절한 속도와 주행경로의 선택, 선택한 경로의 대처에 필요한 판단시거(decision sight distance)가 필요하게 된다. 그러나 판단시거를 정지시거와 분리하여 별도로 구분하는 것은 다소 무리가 있으므로 정지시거와 판단시거를 함께 고려하여 평면교차로의 시거를 검토한다.

또한, 교차로 내에 진입하려는 자동차는 교차 도로의 상황을 인지하는데 필요한 시거를 필요로 하게 되며, 이는 교차하는 도로를 인지할 수 있는 범위가 되므로 이를 교차로의 시계 또는 시거 삼각형(sight distance triangle) 이라 부르기도 한다.

시거 산정 등 평면교차로 시거에 대한 자세한 내용은 ‘6-2-6 평면교차로의 시거’를 참조한다.

 

5-3

종단선형

 

도로의 형상을 구성하는 요소인 종단선형은 직선과 곡선으로 구성되며, 설계 요소로는 종단경사와 종단곡선이 있다. 종단선형을 직선으로 할 때에는 종단경사의 기준을 적용하며, 종단선형을 곡선으로 설계하는 경우 2차 포물선으로 설계하여 종단곡선 변화비율에 대한 기준과 종단곡선의 최소 길이 기준을 적용한다. 도로는 같은 설계속도 구간에서 동일한 주행 상태가 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하나, 종단선형은 같은 설계속도 구간이라 할지라도 지형 조건 및 자동차의 오르막 능력 등에 따라 모든 자동차에게 동일한 주행 상태를 유지시켜줄 수 없는 요소를 포함하고 있어 모든 자동차에 대하여 설계속도를 확보할 수 있도록 설계하는 것은 경제적 타당성을 확보할 수 없다.

최근 자동차의 오르막 능력은 상당히 향상되어 특히 승용자동차와 소형자동차는 오르막경사의 영향을 크게 받는 일이 적어졌지만, 대형자동차는 오르막 경사의 크기에 따라 주행속도의 차이가 심하게 변화한다.

오르막 구간에서 대형자동차의 속도 저하는 다른 자동차의 고속주행을 방해하여 교통의 혼란을 야기시키고, 교통 지체 등으로 도로용량을 저하시키는 요인이 된다. 또한 고속으로 주행하는 자동차와 저속으로 주행하는 자동차의 속도 차이가 증가함에 따라 앞지르기 등의 행동이 늘어나서 교통사고의 요인이 되기도 한다.

따라서, 오르막 구간에서는 자동차의 오르막 능력 차이로 인하여 일정한 속도 이하로 주행하는 자동차로 인한 서비스수준의 저하를 방지하고, 안전성 향상을 위하여 오르막차로의 설치를 경제적 측면과 비교 검토하여 판단해야 한다.

5-3-1 종단경사

 

	제25조(종단경사) ① 차도의 종단경사는 도로의 기능별 구분, 지형 상황과 설계속도에 따라 다음 표의 비율 이하로 해야 한다. 다만, 지형 상황, 주변 지장물 및 경제성을 고려하여 필요하다고 인정되는 경우에는 다음 표의 비율에 1퍼센트를 더한 값 이하로 할 수 있다.   최대 종단경사(퍼센트) 설계속도 (킬로미터/시간) 주간선도로 및 보조간선도로 집산도로 및 연결로 국지도로 고속국도 그 밖의 도로 평지 산지등 평지 산지등 평지 산지등 평지 산지등 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 3 3 3 4 4                         4 5 5 6 6                                 3 4 4 5 5 5 6                 6 6 7 7 8 8 9                         6 7 7 7 7 7                     9 10 10 10 11 12                             7 7 7 8 8                         13 14 15 16 16   비고) 산지등이란 산지, 구릉지 및 평지(지하차도 및 고가도로의 설치가 필요한 경우만 해당한다)를 말한다. 이하 이 조에서 같다. ② 소형차도로의 종단경사는 도로의 기능별 구분, 지형 상황과 설계속도에 따라 다음 표의 비율 이하로 해야 한다. 다만, 지형 상황, 주변 지장물 및 경제성을 고려하여 필요하다고 인정되는 경우에는 다음 표의 비율에 1퍼센트를 더한 값 이하로 할 수 있다.   최대 종단경사(퍼센트) 설계속도 (킬로미터/시간) 주간선도로 및 보조간선도로 집산도로 및 연결로 국지도로 고속국도 그 밖의 도로 평지 산지등 평지 산지등 평지 산지등 평지 산지등 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 4 4 4 6 6                         5 6 6 7 7                                 4 6 6 7 7 7 8                 7 7 8 8 9 9 10                         8 9 9 9 9 9                     10 11 11 11 12 13                             9 9 9 10 10                         14 15 16 17 17

 

1. 일반사항

도로를 설계하기 위하여 결정된 설계속도는 도로를 구성하는 다양한 기하구조 요소를 상호 연관시킨다. 이는 도로를 설계할 때 같은 설계속도 구간에서는 도로의 형상을 일정하게 해야 하며, 동일한 주행 상태를 유지할 수 있도록 해야 하는 도로설계의 근본적 개념을 만족시키기 위한 것이다. 그러나 설계속도에 따라 일정하게 정하여지는 도로의 기하구조 요소 중 종단경사는 경사구간의 오르막 특성이 자동차에 따라 크게 다르므로 모든 자동차가 설계속도와 같은 주행속도를 확보할 수 있도록 하는 것은 경제적인 측면에서 타당하지 못하다. 그러므로 종단경사의 값은 경제적인 측면에서 허용할 수 있는 범위 내에서 가능한 한 속도 저하가 작아지도록 하여 도로용량의 감소 및 안전성 저하를 방지하도록 결정하게 되므로 이 규칙에서는 도로의 구분과 지형조건에 따라 종단경사의 적용값을 구분하였으며, 평지에서도 지하차도 및 고가(高架)도로를 설계할 때에는 산지의 값을 적용할 수 있다. 주변 상황 등으로 산지의 종단경사 적용이 부득이한 경우에는 새로운 설계구간을 설정하여 적용할 수 있다.

2. 자동차의 오르막 특성

(1) 승용차

종단경사 구간에서 승용차의 움직임은 다양하게 나타나지만 대부분의 승용차는 4∼5％ 종단경사에서도 평지와 거의 비슷한 속도로 주행할 수 있으며, 3％ 종단경사에서는 거의 영향을 받지 않는다. 그러나 승용차도 오르막 경사가 증가함에 따라 속도가 점차적으로 감속되며, 내리막 경사에서는 평지보다 속도가 증가하게 된다.

(2) 트럭

평지에서는 트럭의 평균 주행속도는 승용차와 거의 동일하나 오르막 구간에서는 많은 영향을 받는다. 오르막 구간에서 트럭이 유지할 수 있는 최고 속도는 종단경사의 크기, 경사의 길이, 총중량/엔진 성능(중량/마력)비와 그 구간에 진입할 때의 속도에 따라 크게

 

국 가	표준트럭(lb/hp)	설 치 조 건
미 국	200	주행속도가 15km/h 이상 감소
캐 나 다	300	주행속도가 15km/h 이상 감소
호 주	170	주행속도가 40km/h 이하
일 본	225	주행속도가 설계속도의 1/2 이하
한 국	170	주행속도가 60km/h 이하

 

영향을 받으므로 오르막 구간의 설계에서는 특히 트럭의 오르막 능력 및 특성을 감안해야 한다.

국토교통부에서 제정한 도로용량편람에서는 100kg/kw(170lb/hp), 일본의 도로구조령에서는 135kg/kw(225lb/hp), 캐나다는 180kg/kw(300lb/hp), 호주는 100kg/kw (170lb/hp)를 적용하였고, 미국은 120kg/kw(200lb/hp)를 표준트럭으로 사용하나 구간별 특성을 반영하도록 권장하고 있다.

이상과 같은 적용 사례와 트럭의 오르막 성능의 향상 정도를 감안하여 오르막차로를 설계할 때의 표준트럭의 오르막 성능은 총중량/엔진 성능 100kg/kw(170lb/hp)를 적용하도록 한다.

3. 종단경사의 설계기준

(1) 일반사항

오르막 구간에서의 속도 저하는 다른 고속 자동차의 주행을 방해하여 도로용량을 감소시키는 요인이 되며, 또한 앞지르기 등의 행동이 늘어나 교통안전성의 저하를 가져온다는 것은 이미 기술한바 있으나, 우리나라와 같이 산지가 많은 지형에서는 경제적인 측면과 속도 저하의 측면을 동시에 고려하여 합리적으로 종단경사의 설계가 이루어지도록 해야 한다.

그러므로 종단경사의 규정은 설계속도, 지형 여건 및 오르막 구간에서 가장 영향을 많이 받는 트럭의 오르막 능력을 감안하여 결정하였으며, 도로의 구분 및 주변 여건을 고려하고 평지와 산지로 구분하여 경제적 측면과 그 도로의 조건에 만족할 수 있는 경사를 적용하도록 하였다.

종단경사는 오르막 구간의 주행속도가 가능한 한 설계속도와 가까운 속도를 유지하도록 하는 것이 이상적이지만, 경제적인 측면에서 제약을 받으므로 어느 정도의 속도 저하를 허용하도록 하고, 필요하다면 오르막차로를 설치할 수 있도록 하였다.

참고적으로 현재 국외(미국)에서 통용되고 있는 종단경사 기준(AASHTO)을 살펴보면 표 5-22와 같다.

(2) 소형차도로의 종단경사

소형차도로는 승용자동차와 소형자동차 등 일정 규모 이하의 자동차만 주행하므로 그 밖의 도로에 비하여 오르막길을 오르는 성능이 뛰어난 자동차가 대상이 된다.

또한, 소형차도로의 종단경사는 소형차가 일정한 주행속도에서 균일하게 오르막 경사를 오를 수 있는 종단경사를 적용하도록 하였다.

 

구 분			설계속도(km/h)												비 고
			20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130
자동차 전 용 도 로		평 지1)							4	4	3	3	3	3	∙ 도시지역에서는 부득이한 경우1% 더함(산지 제외)
		구릉지2)							5	5	4	4	4	4
		산 지3)							6	6	6	5
간 선 도 로	지 방 지역	평 지					5	5	4	4	3	3	3	3
		구릉지					6	6	5	5	4	4	4	4
		산 지					8	7	7	6	6	5	5	5
	도 시 지역	평 지				8	7	6	6	5	5
		구릉지				9	8	7	7	6	6
		산 지				11	10	9	9	8	8
집 산 도 로	지 방 지역	평 지		7	7	7	7	7	6	6	5				∙ 지방지역과 도시지역의 짧은 구간(150m 이하), 일방향 내리막 경사와 교통량이 적은 지방지역 에서는 2% 더함
		구릉지		10	10	9	8	8	7	7	6
		산 지		12	11	10	10	10	9	9	8
	도 시 지역	평 지		9	9	9	9	8	7	7	6
		구릉지		12	12	11	10	9	8	8	7
		산 지		14	13	12	12	11	10	10	9
국 지 도 로	지 방 지역	평 지	9	8	7	7	7	7	6	6	5
		구릉지	12	11	11	10	10	9	8	7	6
		산 지	17	16	15	14	13	12	10	10
	도시지역		∙ 주거지역 : 주변 지역과 일치하는 경사 적용(최대 15％)
			∙ 상업지역, 산업지역 : 5％ 이하(부득이한 경우 8％)
			∙ 최소 경사 0.3％(부득이한 경우 0.2％)

 

주1) 평면선형 및 종단선형의 제한에 따라 지배되는 도로의 시거가 일반적으로 길거나 시공상의 어려움이나 많은 비용이 없이도 시거를 연장할 수 있는 조건

주2) 자연 상태의 경사가 연속적으로 도로나 가로의 계획고와 교차하며 간혹 경사가 급한 비탈면이 정성적인 평면과 종단선형에 얼마간 제약을 가하는 지형

주3) 도로와 가로가 통과하는 지반고가 종방향과 횡방향으로 급작스럽게 변화하며, 허용될 수 있는 평면선형과 종단선형을 얻기 위해 지반의 절취가 빈번하게 필요한 지형

4. 종단경사 구간의 제한 길이

최대 종단경사는 그 자체로는 설계의 완전한 통제요인이 아니다. 바람직한 주행상태에 대한 특정 경사구간의 길이도 고려해야 할 필요가 있다.

종단경사 구간의 제한 길이는 트럭이 오르막 구간에 진입하여 허용된 최저 속도까지 유지하며 주행할 수 있는 구간의 최대 길이이며, 설계된 오르막 구간의 길이가 제한 길이를 초과할 경우에는 표준트럭이 허용된 최저속도로 주행할 수 있도록 종단경사를 조정하거나 고속으로 주행하는 다른 자동차와 분리할 수 있도록 오르막차로의 설치를 검토해야 한다.

종단경사 구간의 제한길이는 주어진 조건에 따라 총중량/엔진 성능(중량/마력)비가 100kg/kw(170lb/hp)인 트럭을 표준으로 하며, 다음과 같은 가정 아래 감속인 경우에는 그림 5-37을, 가속인 경우에는 그림 5-38의 속도-경사길이를 이용하여 산정한다. 그림 5-37과 그림 5-38은 국토교통부에서 제정한 도로용량편람의 오르막차로 설치 구간길이를 참조하였다.

① 오르막 구간의 진입 속도는 다음 두 속도 중 작은 값을 적용한다.

－설계속도가 80km/h 이상인 경우는 모두 80km/h로 하며, 설계속도가 80km/h 미만인 경우는 설계속도와 같은 속도

－앞쪽 경사의 영향에 따른 오르막 구간의 진입속도

 

 

 

그림 5-37 경사 길이에 따른 속도변화{100kg/kw(170lb/hp) 표준트럭 : 감속인 경우}

② 대형자동차의 허용 최저속도는 다음 값 이상의 속도를 유지하도록 한다.

－설계속도 100km/h 이하~80km/h 이상인 경우 : 60km/h

－설계속도 80km/h 미만인 경우 : 설계속도－20km/h

단, 설계속도가 높은 도로의 오르막차로 시종점부는 본선 자동차와 오르막차로 이용 트럭의 속도 차이가 커서 교통사고의 위험이 크다. 따라서, 설계속도 120km/h인 경우에는 오르막차로 시점부는 65km/h, 종점부는 75km/h를 허용 최저속도로 한다.

 

 

 

그림 5-38 경사 길이에 따른 속도변화{100kg/kw(170lb/hp) 표준트럭 : 가속인 경우}

5. 산지 종단경사의 적용

긴 구간에 걸쳐 종단경사를 평지나 산지로만 유지하려면 경제적인 측면 및 교통안전측면에서 타당하지 못하므로 사실상 사업이 불가능한 경우가 생길 수도 있으며, 또 그 구간 때문에 전 노선의 설계속도를 낮춘다는 것도 바람직하지 않다. 현실적으로 산지 종단경사를 적용하는데 있어서는 노선의 성격이나 중요성, 교통량, 지형 및 지역 등 복잡성을 가지고 있기 때문에 명확한 근거를 가지고 적용하기에는 어려움이 있다.

산지 종단경사를 적용하는 데는 ‘3-5 설계구간’과 연계하여 일관성이 있고 교통운영상 효율성이 확보될 수 있어야 한다. 따라서, 설계구간 길이가 확보되지 않는 구간에 대해서는 투자 효율성을 감안하여 그림 5-39와 같은 설치 방법을 적용한다. 다만, 교통특성상 안전에 악영향이 미칠 것으로 판단되는 경우에는 산지 종단경사의 적용을 배제할 수 있다.

 

그림 5-39 설계구간 길이 미확보 구간의 산지 종단경사 적용방법

설계구간 길이가 확보되는 구간에 대해서는 교통안전성을 향상시키기 위하여 그림 5-40과 같이 설계구간을 설정한 후 구간별 종단경사 값을 적용하여 설치한다.

 

 

 

그림 5-40 설계구간 길이 확보 구간의 산지 종단경사 적용방법

5-3-2 오르막차로

 

	제26조(오르막차로) ① 종단경사가 있는 구간에서 자동차의 오르막 능력 등을 검토하여 필요하다고 인정되는 경우에는 오르막차로를 설치하여야 한다. 다만, 설계속도가 시속 40킬로미터 이하인 경우에는 오르막차로를 설치하지 아니할 수 있다. ② 오르막차로의 폭은 본선의 차로폭과 같게 설치하여야 한다.

 

1. 일반사항

오르막 구간에서 속도 감소가 큰 대형자동차의 혼입률이 커서 도로용량의 감소가 크게 예상되는 경우나 대형자동차가 허용된 최저 속도 이상으로 주행할 수 있도록 하기 위해서는 도로의 노선 선정 및 구조적 형상면에서 경제성이 없거나 불합리한 경우 또는 고속 자동차의 안전하고 원활한 주행을 확보시켜 주어야만 도로의 성격상 합리적인 경우에는 부가차로로 오르막차로의 설치를 검토하여 필요한 경우 주행차로에 붙여 설치해야 한다.

오르막차로를 설치할 때 검토할 유의사항은 다음과 같다.

① 도로용량

－도로용량과 교통량의 관계－고속 자동차와 저속 자동차의 구성비

② 경제성

－오르막 경사의 낮춤과 오르막차로 설치의 경제성－고속 주행에 따른 편의 및 쾌적성 향상과 사업비 절감에 따른 경제성 증가

③ 교통안전

－오르막차로 설치에 따른 교통사고 예방효과

그러나 우리나라와 같이 산지가 많은 지역적 조건을 감안할 때 설계속도 40km/h 이하의 도로에서는 설계속도와 주행속도의 차가 심하지 않으므로 그 필요성을 검토하여 설치하지 않을 수 있다.

2. 오르막차로 설치 기준

(1) 양방향 2차로 도로

양방향 2차로 도로에서는 고속 자동차를 위한 앞지르기시거의 확보 정도와 현저한 속도 저하를 초래하는 긴 오르막 구간에서의 오르막차로의 설치 여부가 교통의 원활하고 안전한 주행에 큰 영향을 미친다.

그러므로 양방향 2차로 도로에서는 오르막 구간의 속도 저하 및 경제성을 검토하여 서비스수준이 “E" 이하가 되지 않을 경우 또는 2단계 이상의 서비스수준 저하가 되지 않을 경우에는 설치하지 않을 수 있다.

(2) 다차로 도로

다차로 도로에서 오르막차로의 설치 여부는 다음과 같은 사유로 양방향 2차로 도로보다 신중한 검토가 필요하다.

① 양방향 2차로 도로에서는 고속 자동차가 저속 자동차를 앞지르기할 경우 반대편 방향의 차로를 이용해야 하나, 다차로 도로에서는 같은 방향의 다른 차로를 이용하게 되어 교통안전 측면에서 유리하다.

② 양방향 2차로 도로의 오르막차로는 늘 이용될 수 있으나 다차로 도로에서는 교통량이 많은 시간대 외에는 이용이 많지 않다.

③ 도로는 통산 20년의 장래 교통량을 이용하여 설계하므로 양방향 2차로 도로에서는 확장 시기를 고려하여 오르막차로의 단계건설을 검토할 필요가 있다.

이와 같은 점을 고려할 때 4차로 이상의 도로에서는 오르막차로 설치는 양방향 2차로 도로에서의 오르막차로 설치의 필요성만큼 요구되지는 않으나 오르막차로의 설치여부를 대형자동차의 속도 저하, 도로용량, 경제성 등을 검토하여 결정하도록 하고, 6차로 이상의 도로에서는 고속 자동차가 저속 자동차를 앞지를 수 있는 공간적인 여유가 2~4차로보다 많으므로 오르막차로를 설치하지 않을 수 있다.

(3) 소형차도로

소형차도로를 이용하는 자동차는 오르막 능력이 우수하여 오르막 구간의 서비스수준 저하가 미미하며, 이용하는 자동차 간 속도 차이가 적어 원활한 주행이 예상되므로 오르막차로를 설치하지 않는다.

3. 오르막차로의 설치구간 설정

(1) 설치구간 설정의 전제 조건

오르막차로 설치 구간은 오르막 구간을 주행해야 하는 대형자동차에 대하여 다음과 같이 가정하여 그 구간을 결정해야 한다.

① 오르막 구간에서 대형자동차의 오르막 성능은 총중량/엔진 성능(중량/마력)비 100 kg/kw(170lb/hp)를 표준으로 하며, 사업대상지역의 화물차 구성비를 관측한 자료가 있을 경우에는 지역별 특성을 감안하여 표준트럭을 달리 적용할 수 있다.

② 오르막 구간의 진입속도는 다음 두 속도 중 작은 값을 적용한다.

－설계속도가 80km/h 이상인 경우는 모두 80km/h로 하며, 설계속도가 80 km/h 미만인 경우는 설계속도와 같은 속도

－앞쪽 경사의 영향에 따른 오르막 구간의 진입속도

③ 대형자동차의 허용 최저속도는 다음 값 이상의 속도를 유지하도록 한다.－ 설계속도 100km/h~80km/h 인 경우 : 60km/h－ 설계속도 80km/h 미만인 경우 : 설계속도－20km/h

단, 설계속도가 높은 도로의 오르막차로 시종점부는 본선 이용 자동차와 오르막차로 이용 트럭의 속도 차이가 커서 교통사고의 위험이 크다. 따라서, 설계속도 120km/h인 경우에는 오르막차로 시점부는 65km/h, 종점부는 75km/h를 허용 최저속도로 한다.

(2) 속도－경사도의 작성

종단경사 구간에서 경사 길이에 대한 대형자동차의 속도 변화가 감속인 경우에는 그림 5-37을, 가속인 경우에는 그림 5-38을 이용하여 속도－경사도를 작성하고, 허용 최저속도 보다 낮은 속도의 주행 구간을 오르막차로의 설치 구간으로 정한다.

속도－경사도를 작성할 때 종단곡선 구간은 다음과 같이 직선경사 구간이 연속된 것으로 가정한다.

① 종단곡선 길이가 200m 미만인 경우는 종단곡선 길이를 반으로 나누어 앞뒤의 경사로 한다.

② 종단곡선 길이가 200m 이상이며, 앞뒤의 경사차가 0.5％ 미만인 경우에는 종단곡선 길이를 반으로 나누어 앞뒤의 경사로 한다.

③ 종단곡선 길이가 200m 이상이며, 경사 차이가 0.5％ 이상인 경우는 종단곡선 길이를 4등분하여, 양끝의 1/4 구간은 앞뒤 경사로 하고, 가운데 1/2 구간은 앞뒤 경사의 평균값으로 한다.

4. 오르막차로의 설치

(1) 토공 구간의 오르막차로 설치 방법

속도－경사도를 작성하여 허용 최저 속도 이하로 주행하는 구간이 200m 이상일 경우 오르막차로를 설치한다. 단, 계산된 길이가 200~500m 일 경우 그 길이는 최소 500m로 연장하여 설치한다. 오르막차로를 설치할 때는 그 도로의 교통특성 및 지역여건에 따라 다음의 방법을 비교하여 설치한다.

방법 ① : 오르막차로를 주행차로에 변이구간으로 접속시키는 방법

방법 ② : 오르막차로를 주행차로와 독립하여 접속시키는 방법

방법 ③ : 오르막차로를 주행차로와 연속하여 접속시키며 변이구간을 늘이고 종점부합류규간의 차선을 삭제하는 방법

오르막차로를 본선에 직접 붙여서 평면곡선부에 설치하는 경우 오르막차로 이용 자동차의 속도가 본선 구간 이용 자동차의 속도보다 낮고 본선에서의 차로 변경 및 합류 등을 고려하여 본선 구간과 오르막차로의 편경사 차는 3% 이내로 설치하도록 한다.

① 오르막차로를 주행차로에 변이구간으로 접속시키는 방법종래 오르막차로를 설치할 때 사용되던 방법으로 저속 자동차가 차로를 바꾸도록 유도하여 저속 자동차와 고속 자동차를 분리시키는 형태로 오르막차로를 설치한다.이 방법은 속도－경사도에서 산정된 오르막차로의 본선길이에 접속하여 본선으로 주행하던 저속 자동차가 원활하게 차로를 바꿀 수 있도록 변이구간을 다음과 같이 설치한다.

- 시점부 변이구간은 설계속도에 따라 변이율을 1/15~1/25 사이로 한다.

- 종점부 변이구간은 설계속도에 따라 변이율을 1/20~1/30 사이로 한다.

이 방법은 저속 자동차가 연속된 주행이 아닌 차로 변경에 의하여 주행하게 되나, 속도가 낮은 자동차의 주행을 유도하는 것이므로 주행차로의 변이구간 접속부에 특별히 평면곡선을 설치하지 않아도 좋다.또한, 이 방법은 고속자동차의 연속된 주행을 확보할 수 있어 일방향 2차로 이상인 도로에서 효과적이나 양방향 2차로의 도로에서는 운전자의 주행특성상 불리한 점이 있다.

② 오르막차로를 주행차로와 독립하여 접속시키는 방법

오르막차로를 설치할 때 사용하고 있는 방법 중 그림 5-41은 우리나라 운전자의 특성상 여러 가지 문제점이 발견되고 있다. 그 중 가장 큰 문제점으로 운전자의 심리상 저속 자동차가 오르막차로 구간에서도 본선차로를 그대로 주행함에 따라 교통지체가 발생하는 요인이 되고 있으며, 이로 인하여 고속 자동차가 오르막차로를 이용한 앞지르기 등으로 교통사고를 야기시키는 경우가 있다.

 

 

 

그림 5-41 오르막차로 설치방법 ①

또한, 시․종점부 오르막차로 이용 자동차의 차로 변경을 위한 변이구간 길이부족으로 저속 자동차와 고속 자동차 간의 주행속도차로 인해 합류가 곤란한 단점이 발견되었다.

그림 5-42는 속도 차이가 작은 1차로 승용차와 2차로 승용차 간의 분합류를 수행하는 오르막차로 설치 방법으로 표 5-24와 같이 1차로 승용차와 2차로 승용차 간의 속도 차이가 적음을 알 수 있다.

 

 

 

그림 5-42 오르막차로 설치방법 ②

 

구 분	오르막차로 시점	오르막차로 종점
속도 차	12.78~42.40km/h	11.25~45.41km/h
속도 차가 20km/h 이상 지점 비율	70%	83%

 

 

구 분	오르막차로 시점	오르막차로 종점
속도 차	1.03~18.60km/h	0.27~17.00km/h
속도 차가 20km/h 이상 지점 비율	0%	0%

 

 

 

아직은 우리나라 운전자가 첫 번째 방법으로 설치된 오르막차로의 주행방법에 익숙해져 있으므로 그림 5-42의 방법은 고속 자동차가 오르막차로의 시종점부에서 변이구간의 통과에 따른 세심한 배려가 필요하다. 즉, 오르막차로의 변이구간 시작 전에 노면표시 등으로 고속 자동차가 미리 차로를 바꿀 수 있도록 해야 한다. 이 방법은 양방향 2차로인 도로에서 사용할 때 그 효과가 발휘될 수 있다.

③ 오르막차로를 주행차로와 연속하여 접속시키며 변이구간을 늘이고 종점부 합류구간의 차선을 삭제하는 방법

그림 5-43은 저속차동차가 주행하던 차로를 그대로 이용하도록 하고 고속자동차가 변이구간을 통과하여 저속자동차를 앞지를 수 있도록 한 방법이다. 이 방법은 외측차로를 주행차로와 연속하여 접속시키는 방안으로서, 종점부 합류 구간의 차선을 삭제하고 시․종점부의 변이구간 길이 및 접속방법을 변경한 방법으로 영업소 차로 합류방식과 동일하여 운전자에 유리한 측면이 있다. 또한, 저속 자동차의 외측 차로 유도에 따른 본선부 지정체 해소가 가능하여 도로용량 증대 및 서비스수준 개선이 기대된다. 저속 자동차와 고속 자동차 간의 상충에 따른 사고 위험을 감소시키기 위하여 시․종점부 변이구간은 다음의 방법으로 그 길이를 산정하여 도로의 교통 특성과 주변 지역 여건에 맞도록 설치한다.

 

 

 

그림 5-43 오르막차로 설치방법 ③

 

 

ⓐ 시점부 변이구간의 변이율은 설계속도에 따라 1/35~1/70 사이로 한다.

ⓑ 종점부 변이구간의 변이율은 설계속도에 따라 1/45~1/85 사이로 한다.

ⓒ 변이구간의 변이율에 따른 도로교각 산정

ⓓ 변이구간과 주행차로, 변이구간과 오르막차로의 접속을 위한 평면곡선 설치

이때 오르막차로의 접속을 위하여 평면곡선이 설치되는 구간의 기하구조 조건은 설계속도에 맞도록 해야 하며, 차로와 차로의 접속이므로 설계속도에 상관없이 완화곡선의 설치는 고려하지 않아도 좋다.

아직은 우리나라 운전자가 첫 번째 방법으로 설치된 오르막차로의 주행방법에 익숙해져 있으므로 그림 5-43의 방법은 고속 자동차가 오르막차로의 시종점부에서 변이구간의 통과에 따른 세심한 배려가 필요하다. 즉, 오르막차로의 변이구간 시작 전에 노면표시 등으로 고속자동차가 미리 차로를 바꿀 수 있도록 해야 한다. 이 방법은 고속자동차의 주행속도를 기준으로 변이구간을 설치하므로 양방향 2차로 도로에서 효과적일 뿐만 아니라 일방향 2차로 이상의 도로에서도 그 효과가 발휘될 수 있다.

(2) 터널 및 터널 전후 구간의 오르막차로 설치방법

터널 전후 구간은 종단선형이 완만하지 않고 시거 제약이나 운전자 심리 위축 등 교통사고 위험이 큰 구간이므로 주의가 필요하다.

오르막차로의 터널부 안으로 연장 여부는 구체적인 경제성분석 실시 후 결정하며, 터널 입구부에 오르막차로의 종점부를 두어서는 안 되며, 터널 내에 오르막차로가 설치되는 경우의 터널 내공단면은 3차로 터널의 표준단면을 적용한다.

오르막차로와 터널이 연속될 가능성이 있을 때는 종단선형 조정안과 터널 길이 전체에 걸친 오르막차로 설치 방안을 비교 검토해야 한다.

(3) 오르막차로의 설치 길이

일반적으로 오르막차로는 오르막차로의 본선 길이와 그 시종점부에 변이구간의 길이로 구성되며, 오르막차로의 본선 길이는 대형자동차의 속도가 허용 최저 속도 이하로 되는 구간부터 허용 최저 속도로 복귀되는 길이까지로 한다.

대형자동차의 허용 최저속도는 다음 값 이상의 속도를 유지하도록 한다.

- 설계속도 100km/h~80km/h 인 경우 : 60km/h

- 설계속도 80km/h 미만인 경우 : 설계속도 － 20km/h

단, 설계속도가 높은 도로의 오르막차로 시종점부는 본선 자동차와 오르막차로 이용 트럭의 속도 차이가 커 교통사고의 위험이 크다. 따라서, 설계속도 120km/h인 경우에는 오르막차로 시점부는 65km/h, 종점부는 75km/h로 허용최저속도로 한다.

참고적으로 미국에서 적용 중인 AASHTO기준을 보면, 오르막차로의 시점부는 트럭의 주행속도와 도로상의 모든 자동차의 평균 주행속도와의 속도 차이 15km/h를 감속기준으로 사용하였다. 이 15km/h 이상의 속도 차이가 발생되는 지점이 오르막차로의 시점부이다. 오르막차로의 종점부는 오르막 경사 정점 너머 다른 자동차와의 속도 차이를 15km/h 이내로 줄일 수 있는 지점까지 연장시키는 것이 이상적이나 상당히 긴 거리가 필요하기 때문에 트럭이 다른 자동차와의 과도한 간섭 없이 주행차로로 돌아올 수 있는 지점까지 오르막차로를 설치한다. 특히, 다가오는 자동차가 없을 때에는 안전하게 앞지르기를 할 수 있을 정도로 시거가 확보되는 지점까지 또는 되도록 그 지점에서 최소 60m 지점까지 오르막차로를 설치한다. 예를 들어 오르막 경사 정점으로부터 30m 떨어진 곳에서 안전한 앞지르기를 위한 시거가 확보되는 도로에서 오르막 경사의 정점에서부터 30m에 60m를 더하여, 즉, 90m 까지 연장하여 설치한다.

터널 및 터널 전후 구간의 오르막차로 설치는 다음과 같다.

오르막차로 종점과 터널 시점간의 최소 이격거리는 표 5-25에서 제시한 최소 정지시거만큼 확보되어야 하고, 교통류의 상충이 있으므로 최소 이격거리 내 또는 터널 내부에 오르막차로 종점부를 둘 수 없다.

 

설계속도(km/h)	120	100	80	60
최소 정지시거	215	155	110	75

 

 

 

또한, 오르막차로 종점부 산정은 다음에 따른다.

- 오르막차로 종점부는 합류 속도를 회복하는 지점으로 한다.

- 합류속도는 가속차로의 본선 유입시 도달속도로 하며 표 5-26과 같다.

- 터널 후 ‘우측차로 없어짐 표지’ 설치를 위하여 이격거리는 최소 200m 이상으로 한다.

- 오르막차로 종점 테이퍼 끝부분이 평면곡선, 종단곡선, 땅깎기부, 수목, 방호울타리 등으로 인하여 시거가 제약될 때는 오르막차로를 정지시거가 확보될 때까지 연장한다.

 

설계속도	120	100	80	60
도달속도	88	75	60	45

 

〔예제 1〕 종단경사에 따른 오르막차로 설치 검토(도로 조건)－ 설계속도 : 100km/h－ 차 로 수 : 양방향 4차로－ 종단경사와 종단곡선 길이

 

측점	0+000		0+500		1+500		3+000		4+000
종단경사 길이(m)	-		180		140		300		-
종단경사(%)		-1.0		+3.0		+5.0		-1.0
종단경사 적용구간 길이(m)		500		1,000		1,500		1,000

 

ⅰ) 그림 5-44와 같이 종단경사도를 종단곡선구간 설치 방법을 적용하여 작성

ⅱ) 속도－경사도 작성은 표준트럭(170lb/hp)이 80km/h의 속도를 유지하는 지점부터 작성

ⅲ) 그림 5-37과 그림 5-38을 이용하여 종단경사와 연장에 따른 속도산정

ⓐ 첫 번째 종단경사 -1.0% 적용구간은 설계속도(100km/h)가 80km/h 이상이므로 80km/h 적용한다.

ⓑ 종단경사 +3.0% 적용구간의 시점속도는 80km/h이며, 종점속도는 그림 5-37을 이용하여 y축 거리(L=1,000m)까지 이동하여 속도(74km/h)를 찾는다.

ⓒ 종단경사 +5.0% 적용구간은 적용구간 길이(1,500m)가 길어 오르막차로 설치가 예상되므로 오르막차로의 허용최저속도인 60km/h가 되는 지점을 찾는다. 그림 5-37의 5% 속도변화선을 이용하며 시점속도는 74km/h이고 종점속도는 60km/h인 지점까지의 거리(L=440m)를 산정한다.

ⓓ 종단경사 +5.0% 적용구간의 마지막 지점 종점속도(49km/h)를 찾는다.

ⓔ 그림 5-44의 종단경사 +2.0% 구간은 종단경사길이 200m 이상이며, 경사차가 0.5% 이상인 구간으로 앞뒤 경사의 평균값으로 가정한 경사 구간이며, 그 길이(종단곡선 길이의 1/2)는 150m로 그림 5-38을 참조하여 시점속도(49km/h)에서 150m 이동지점의 종점속도(70km/h)를 찾는다.

ⓕ 위에서 종점속도가 오르막차로의 허용 최저속도(60km/h) 이상이므로 그림 5-38을 이용해 종단경사 2%의 속도변화선을 이용하여 오르막차로의 종점(L=50m)을 찾는다.

ⓖ 종단경사 -1.0% 적용의 나머지 구간에서 오르막 구간의 진입속도 최댓값인 80km/h 지점(L=50m)을 찾는다.

ⅳ) 산정된 속도를 연결하여 속도－경사도 완성

ⅴ) 완성된 속도－경사도에서 속도가 60km/h 이하가 되는 구간에 오르막차로 설치

 

그림 5-44 속도－경사도에 따른 오르막차로의 설치(예시)

 

 

〔예제 2〕 도로용량에 따른 오르막차로 설치 검토

① 오르막차로 설치가 필요한 경우

(도로 조건)

－ 설계속도 : 100km/h

－ 차 로 수 : 양방향 4차로

－ 종단경사 : 예제 1과 동일

－ 교 통 량 : 목표연도 설계시간교통량 4,000대/시, 중방향계수(D) 55％, 중차량 구성비 40％

－ 지 역 : 지방지역{서비스수준 "C" (V/C≤0.7) 기준}

 

 

ⅰ) 중방향설계시간교통량 산정DDHV＝4,000대/시×0.55＝2,200대/시/일방향

 

 

ⅱ) 승용차환산교통량 산정

－ 중차량 보정계수(fw)－특정경사구간(4％, L＝1.5km)fhv ＝ 1/{1＋0.4(2.3－1)}＝0.658

－ 승용차환산교통량2,200(대/시/일방향)÷0.658＝3,343승용차/시/일방향

－ 서비스수준 산정(1차로 용량 2,200승용차/시/차로)V/C＝3,343÷4,400＝0.76(서비스수준 “D”)

 

 

ⅲ) 도로용량 저하로 오르막차로를 설치하여 용량을 증대하는 것이 타당함.V/C＝3,343÷6,600＝0.51(서비스수준 “B”)

 

 

② 오르막차로 설치가 필요하지 않은 경우(도로 조건)

－ 설계속도 : 100km/h

－ 차 로 수 : 왕복 4차로

－ 종단경사 : 예제 1과 동일

－ 교 통 량 : 목표연도 설계시간교통량 3,500대/시, 중방향계수(D) 55％, 중차량 구성비 30％

－ 지 역 : 지방지역{서비스수준 "C" (V/C≤0.7) 기준}

 

 

ⅰ) 중방향설계시간교통량 산정DDHV＝3,500대/시×0.55＝1,925대/시/일방향

ⅱ) 승용차환산교통량 산정

－ 중차량보정계수(fw)－특정경사구간(4％, L＝1.5km)fhv＝1/{1＋0.3(2.7－1)}＝0.662

－ 승용차환산교통량1,925(대/시/일방향)÷0.662＝2,908승용차/시/일방향

－ 서비스수준 산정(1차로 용량 2,200승용차/시/차로)V/C＝2,908÷4,400＝0.66(서비스수준 "C")

 

 

ⅲ) 이러한 경우 중차량으로 인한 교통 혼잡이 적으므로 오르막차로를 설치하지 않아도 된다.

5-3-3 종단곡선

 

	제27조(종단곡선) ① 차도의 종단경사가 변경되는 부분에는 종단곡선을 설치하여야 한다. 이 경우 종단곡선의 길이는 제2항에 따른 종단곡선의 변화 비율에 따라 산정한 길이와 제3항에 따른 종단곡선의 길이 중 큰 값의 길이 이상이어야 한다. ② 종단곡선의 변화 비율은 설계속도 및 종단곡선의 형태에 따라 다음 표의 비율 이상으로 한다.   설계속도 (킬로미터/시간) 종단곡선의 형태 종단곡선 최소 변화 비율 (미터/퍼센트) 120 볼록곡선 120 오목곡선 55 110 볼록곡선 90 오목곡선 45 100 볼록곡선 60 오목곡선 35 90 볼록곡선 45 오목곡선 30 80 볼록곡선 30 오목곡선 25 70 볼록곡선 25 오목곡선 20 60 볼록곡선 15 오목곡선 15 50 볼록곡선 8 오목곡선 10 40 볼록곡선 4 오목곡선 6 30 볼록곡선 3 오목곡선 4 20 볼록곡선 1 오목곡선 2   ③ 종단곡선의 길이는 설계속도에 따라 다음 표의 길이 이상이어야 한다.   설계속도(킬로미터/시간) 종단곡선의 최소 길이(미터) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 100 90 85 75 70 60 50 40 35 25 20

 

 

 

1. 일반사항

두 개의 다른 종단경사가 접속될 때는 접속 지점을 통과하는 자동차의 운동량 변화에 따른 충격 완화와 정지시거를 확보할 수 있도록 서로 다른 두 종단경사를 적당한 변화율로 접속시켜야 하며, 이러한 종단곡선은 그 형태에 따라 볼록형과 오목형으로 구분한다.

종단곡선은 2차 포물선으로 설치하며, 주행의 안전성과 쾌적성을 확보하고, 도로의 배수를 원활히 할 수 있도록 설치해야 한다.

2. 종단곡선의 크기 표시

종단곡선 크기의 표시방법에는 종단곡선반지름으로 나타내는 방법과 종단곡선 변화비율로 나타내는 방법이 있다.

그림 5-45에서 S1, S2를 종단경사라 하면 S1, S2는 2차 포물선인 종단곡선의 접선이 된다. 이 2차 포물선의 방정식은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

 

 

 

(Kr은 정수) (식 5-48)

경사 S2는

(식 5-49)

임의점의 곡선반지름을 Rv라 하면

 

종단경사로 S1은 매우 작으므로 Rv ≒ Kr 또, 식 5-49에서

(식 5-50)

이로부터 종단곡선상의 2점에서의 접속 경사의 차이로 2점 간의 거리를 나눈 값은 일정하며, 이 값은 또 근사적으로 곡선반지름이 된다는 것을 알 수 있다.

실제 종단곡선에 있어서는 x의 값으로 종단곡선의 곡선길이 L을 결정하면 S1 및 S2는 종단경사가 되므로 종단곡선반지름 Rv은 다음과 같이 표시된다.

 

여기서, 종단곡선 변화비율은 접속되는 두 종단경사의 차이가 1％ 변화하는 데 확보해야 하는 수평거리이므로 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

(식 5-51)

여기서, K : 종단곡선 변화비율(m/％)

L : 종단곡선 길이(m)

S : 종단경사의 차이(∣S1－S2∣)(％)

 

 

종단곡선의 크기는 식 5-51과 같은 종단곡선 변화비율로 규정하여 표시하기로 한다.

3. 충격 완화를 위한 종단곡선 길이

다른 두 경사 구간이 접하는 지점에는 주행하는 자동차의 운동량 변화로 인한 충격을 완화하고, 주행 쾌적성을 확보하기 위하여 종단곡선을 설치하며, 이때 필요한 종단곡선의 길이는 볼록형과 오목형 모두 다음 식으로 산정한다.

(식 5-52)

식 5-52를 종단곡선 변화비율로 나타내면 식 5-53과 같다.

(식 5-53)

4. 정지시거 확보를 위한 종단곡선 길이

정지시거를 확보할 수 있는 종단곡선 길이는 종단곡선의 형태상 오목형에서는 문제가 되지 않으며, 볼록형으로 그 길이가 결정된다.

그림 5-47에서 종단곡선의 2차 포물선방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다

(식 5-54)

여기서, K : 정수

S1, S2 : 종단경사(％)

L1, L2 : S1, S2에 해당하는 종단곡선 길이

L : 전체 종단곡선 길이

또, 종단곡선으로 사용하는 2차 포물선에 대하여는 다음 식이 성립한다.

이므로 (식 5-55)

이 종단곡선의 양측 2점에 대한 노면상의 연직높이를 각각 h1, h2라 하고 2점 간의 투시 거리를 D라 할 때 2점의 위치에 따라 다음과 같이 투시거리를 구할 수 있다.

 

 

 

(1) 2점이 모두 종단곡선 상에 있을 때(D≦L)

그림 5-48에서 , , ,

(식 5-56)

(2) 1점이 종단곡선 상에 다른 1점은 종단 곡선 밖에 있는 경우

그림 5-49에서 이므로 이 된다.

또한, 가 된다.

이때 투시거리 D가 최소로 되는 것은 ＝0 일 때이므로

 

이며 2점이 모두 종단곡선 상에 있는 경우와 같다.

 

 

 

(3) 2점이 모두 종단곡선 밖에 있을 때

그림 5-50에서

 

또, x＝L1－ , L2＝L－x＋ 2 이므로

 

또한, D〓 1＋ 2＋L 가 된다.

D를 최소로 하는 x를 구하면

 

일 때 가 된다. 그러므로

(식 5-57)

이때

 

이상의 (1), (2), (3) 세 가지의 경우 모두 정지시거를 확보해야 한다.

식 5-56은 이므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

그러므로

(식 5-58)

또한, 식 5-57은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

 

따라서, 정지시거 정의에 따라 h1＝1.00m, h2＝0.15m를 대입하고, 경사의 차 S2－S1을 백분율로 하여 계산하면 다음과 같다.

① 두 점이 종단곡선 상에 위치할 때

(식 5-59)

② 두 점이 종단곡선의 밖에 위치할 때

(식 5-60)

위의 식 5-59와 식 5-60으로 산정된 값을 비교하여 보면, 항상 식 5-59의 값이 크다. 그러므로 설계속도에 따른 정지시거를 확보하기 위해서는 식 5-59의 값을 만족해야 한다. 식 5-59를 종단곡선 변화비율로 나타내면 다음과 같다.

(식 5-61)

5. 전조등의 야간 투시에 따른 종단곡선 길이

오목형 종단곡선에서는 야간 주행 시 전조등을 비출 때 정지시거의 확보가 가능하도록 종단곡선 길이가 설치되면, 충격 완화 및 주간 정지시거 확보에 문제가 없다. 이때 전조등에 따른 종단곡선 길이의 산정 기준으로는 전조등의 높이는 0.60m, 전조등이 비쳐지는 각도는 상향각 1°로 한다.

① 2점이 종단곡선 상에 있는 경우

그림 5-51에서 전조등 높이는 h, 상향각은 θ라 하면

(식 5-62)

식 5-62에 h＝0.6m θ＝1°로 하여 이를 대입하면

이므로 경사의 차를 백분율로 하여 종단곡선 길이를 산정하면

(식 5-63)

 

② 2점이 종단곡선 밖에 있는 경우

그림 5-52에서

(식 5-64)

2＝D－L－ 1을 식 5-64에 대입하면

 

이때 투시거리가 최소가 되는 것은 1＝0일 때이므로 이때 확보해야 할 시거를 산정하면

(식 5-65)

L로 정리하여 h＝0.6m θ＝1°로 하여 위 식을 정리하면

(식 5-66)

이상 두 가지 경우의 식 5-63과 식 5-66의 값을 비교하면 그 값은 항상 식 5-63의 값이 크다. 그러므로 오목형 종단곡선의 길이는 식 5-63으로 산정하며, 이 식을 종단곡선비율로 나타내면 다음 식과 같다.

(식 5-67)

6. 시각상 필요한 종단곡선 길이

경사차가 작은 경우 충격 완화나 시거 확보를 위하여 필요한 종단곡선의 길이는 매우 짧아진다. 이처럼 짧은 종단곡선을 설치한 경우에는 운전자에게 선형이 급하게 꺾어져 보이는 등 시각적으로 문제가 생길 수 있으므로 적어도 어느 한도 이상의 길이를 설정할 필요가 있다. 따라서, 필요한 최소종단곡선 길이는 식 5-68로 산정하며, 시각적인 원활성을 고려하여 경험상 설계속도에서 3초 간 주행한 거리를 적용하였다.

(식 5-68)

여기서, : 시각상 필요한 종단곡선 길이, V : 설계속도(km/h)

7. 종단곡선 길이

종단곡선의 형태별로 필요한 종단곡선 길이는 볼록형인 경우에는 두 종단경사의 접속으로 인한 정점부를 정지시거가 확보될 수 있도록 종단곡선 길이를 설치하도록 해야 하며, 오목형인 경우에는 야간에 전조등으로 비추어 정지시거를 확보할 수 있도록 표 5-27과 표 5-28 같이 종단곡선 길이를 설치해야 한다.

또한, 설계속도에 대한 최소 종단곡선 길이는 표 5-29와 같이 시각상 필요한 최소길이 이상으로 설치해야 한다.

 

 

 

설계속도 (km/h)	최소 정지시거 (m)	볼록형 종단곡선의 종단곡선 변화비율(m/％)
		충격 완화를 위한 K값	정지시거확보를 위한 K값	적용 K값
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	215 185 155 130 110 95 75 55 40 30 20	40.0 33.6 27.8 22.5 17.8 13.6 10.0 6.9 4.4 2.5 1.1	120.1 88.9 62.4 43.9 31.4 23.4 14.6 7.9 4.2 2.3 1.0	120.0 90.0 60.0 45.0 30.0 25.0 15.0 8.0 4.0 3.0 1.0

 

 

설계속도 (km/h)	최소 정지시거 (m)	오목형 종단곡선의 종단곡선 변화비율(m/％)
		충격 완화를 위한 K값	전조등에 따른 정지시거 확보를 위한 K값	적용 K값
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	215 185 155 130 110 95 75 55 40 30 20	40.0 33.6 27.8 22.5 17.8 13.6 10.0 6.9 4.4 2.5 1.1	53.0 44.6 36.3 29.4 24.0 19.9 14.7 9.7 6.2 4.0 2.1	55.0 45.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 6.0 4.0 2.0

 

 

설계속도(km/h)	최소 정지시거	종단곡선의 최소 길이
120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20	100.0 91.7 83.3 75.0 66.7 58.3 50.0 41.7 33.3 25.0 16.7	100 90 85 75 70 60 50 40 35 25 20

 

〔예제〕 종단곡선의 최소길이 검토

① 볼록형 종단곡선 구간의 종단곡선 길이 산정

(도로 조건)

－ 설계속도 : V = 100km/h

－ 종단경사 : S1 = 2.0%, S2 = -2.0%

볼록형 최소 종단곡선 길이는 충격 완화를 위한 종단곡선 길이, 정지시거 확보를 위한 종단곡선 길이, 시각상 필요한 종단곡선 길이의 산정식 식 5-52, 식 5-59, 식 5-68에 따라 산정한다.

ⅰ) 충격 완화를 위한 종단곡선 길이

 

ⅱ) 정지시거 확보를 위한 종단곡선 길이

 

 

ⅲ) 시각상 필요한 종단곡선 길이

 

충격 완화를 위한 종단곡선 길이, 정지시거 확보를 위한 종단곡선 길이 및 시각상 필요한 종단곡선 길이를 비교하여 가장 큰 값인 정지시거 확보에 필요한 길이 249.61m를 최소 종단곡선 길이로 산정하고, 산정된 길이 값보다 큰 값을 종단곡선 길이로 적용해야 한다.

② 오목형 종단곡선

(도로 조건)

－ 설계속도 : V = 100km/h

－ 종단경사 : S1 = -1.0%, S2 = 0.5%

오목형 최소 종단곡선 길이는 충격 완화를 위한 종단곡선 길이, 전조등의 야간 투시에 따른 종단곡선 길이 그리고 시각상 필요한 종단곡선 길이 산정식 식 5-52, 식 5-63, 식 5-68에 따라 산정한다.

ⅰ) 충격 완화를 위한 종단곡선 길이

 

ⅱ) 전조등의 야간 투시에 따른 종단곡선 길이

 

 

ⅲ) 시각상 필요한 종단곡선 길이

 

충격 완화를 위한 종단곡선 길이, 전조등의 야간 투시에 따른 종단곡선 길이 및 시각상 필요한 종단곡선 길이를 비교하여 가장 큰 값인 시각상 필요한 종단곡선 길이 83.33m를 최소 종단곡선 길이로 산정하고, 산정된 길이 값보다 큰 값을 종단곡선 길이로 적용해야 한다.

8. 종단곡선의 중간값 계산

종단곡선 길이는 수평 거리와 이론적으로 같다고 가정한다. 즉, 그림 5-53과 같이 , 의 경사 변이점에서 종단곡선의 시종점을 VBC 및 VEC라고 할 때 종단곡선 길이는 VBC, VEC 간의 수평거리 L과 같다고 본다. 이 경우, 종단 변곡점 VIP로부터 곡선까지의 거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

그림 5-53에서 두 종단경사에 접하는 종단곡선의 포물선 식을 구하면 다음 식과 같다.

(식 5-69)

여기서, , : 종단경사

L : 종단곡선 길이(m)

 

그림 5-53 종단곡선의 중간값

 

 

식 5-69에서 포물선 식의 최대 이정량을 구하여 백분율로 정리하면 다음 식과 같다.

(식 5-70)

또한, 임의의 점 P(X1, Y1)에서의 이정량 y는 식 5-71과 종단경사의 관계에서

(식 5-71)

그림 5-53에서 이므로 식 5-71에 대입하여 백분율로 정리하면

(식 5-72)

여기서, X : VBC 혹은 VEC에서 임의의 점 P까지의 수평거리(m)

y : VBC 혹은 VEC에서 X의 거리에 있는 점의 종단곡선까지의 이정량(m)

s1 : VBC상의 종단경사(％)

s2 : VEC상의 종단경사(％)

L : 종단곡선 길이(m)

 

5-4

선형 설계의 운용

 

5-4-1 개요

도로의 선형을 설계할 때에는 자동차 주행의 안전성과 쾌적성을 확보할 수 있도록 배려함과 동시에, 선형이 지형, 지물, 경관 등의 조건에 대해서 적응성을 가지며, 기술적, 경제적으로 타당해야 한다.

도로의 선형이란 도로 설계의 기준이 되는 기하학적인 선이 평면과 종단의 형상으로 그려지는 것은 물론 양자가 조화된 3차원적인 선의 형상을 총괄적으로 말하는 것으로서, 이들을 각각 평면선형, 종단선형, 입체선형이라고 한다. 다만, 일반적으로 선형이라 하는 경우는 평면선형을 가리키는 일이 많다.

도로의 선형은 그 도로의 골격을 형성하는 것이므로 도로의 계획, 설계, 시공의 전반을 지배하는 기준이 된다. 또한, 도로를 완성한 후에는 도로 선형의 변경은 거의 불가능하게 되며, 반영구적으로 자동차 주행을 규제하게 되므로 선형을 확정해야 하는 설계단계에서 선형의 좋음과 나쁨, 시공의 어려움과 쉬움 및 공사에 소요되는 비용에 대한 경제성 등을 고려하여 종합적인 판단을 바탕으로 설계해야 한다.

선형 설계는 도로의 생명이라고 할 수 있는 자동차 주행의 안전성, 쾌적성 및 경제성 외에 도로의 용량에 지배적인 영향을 미치게 된다.

또한, 도로 선형은 본선뿐만 아니라, 연도의 개발 및 토지 이용에 대하여도 적지 않은 영향을 미치므로 연도 주민의 이해와 관련하여 도로계획상의 쟁점으로 되는 경우가 종종 발생한다.

이와 같은 의미에서 도로의 선형은 완성 후의 도로가 발휘할 수 있는 안전성과 경제효과의 한계를 결정하며, 동시에 연도 개발의 가능성 등을 지배하는 요인이 된다.

이 때문에 선형 설계가 때때로 그 도로의 종합적인 설계 및 효용에 대한 주된 평가기준이 되므로 선형을 설계할 때에는 그 도로가 구비해야 할 기능과 효과에 대하여 충분하고 신중하게 검토해야 한다.

선형을 설계할 때 고려해야 할 기본적인 사항은 다음의 네 가지와 같다.

① 자동차가 주행할 때 주행역학적인 측면에서 안전하고 쾌적하며, 운행 경비 측면 등에서 경제성을 보장하는 것일 것.

② 운전자의 시각적 및 심리적 측면에서 보아 양호한 것일 것.

③ 도로 환경 및 주위 경관과의 조화와 융합이 이루어져 있을 것.

④ 지형, 지물, 토지이용계획 등의 자연 조건과 사회 조건에 적합하고, 공사비와 편익의 균형이 잡혀 경제적인 타당성을 갖출 것.

이들 기본적인 조건을 모두 이상적인 형태로 만족시키는 데는 극히 고도의 기술과 풍부한 경험을 필요로 하는데, 가능한 모든 검토를 하더라도 경우에 따라서는 어떤 종류의 요소에는 제약이 있어 이상적인 선형을 얻기 어려운 일이 있을 것이다. 이와 같은 구간에 대하여는 교통안전시설, 식재 등의 보조수단을 사용하여 어느 정도 선형의 결점을 보완하는 것도 가능하므로 부득이한 경우에는 이러한 시설 등을 종합적인 안목으로 검토하여 설치하는 것이 바람직하다.

선형을 설계할 때에는 도면상에서 설치 기준에 정하여진 최소 한도의 규정에 구애됨이 없이 설계조건, 지형조건 등에 순응할 수 있는 설계값을 적정하게 쓰도록 노력해야 하며, 종래의 선형 설계의 통상적인 방법이 되었던 평면선형, 종단선형의 개별적인 검토에서 탈피하고 양자를 종합한 입체적인 선형으로 충분한 검토를 해야 할 필요가 있다. 또한, 선형을 하나하나 소구간에 대하여 고려해야 할 뿐만 아니라 일련의 연속된 선형으로 검토하여 판단해야 한다.

5-4-2 선형 설계의 기본방침

좋은 도로 선형을 구성하기 위해서는 평면선형과 종단선형을 종합적으로 검토하는 일이 필요하며, 평면선형과 종단선형을 각각 별개로 설계하여서는 안 된다.

평면선형과 종단선형의 조합을 적절하게 조화시켜 건설비의 대폭적인 증가를 초래하지 않고, 이용의 효율과 안전성을 높여 안정된 속도로 주행하는 것이 가능하고 시각적으로도 쾌적한 좋은 선형이 될 수 있다.

그러므로 선형을 설계할 때에는 다음과 같은 기본방침을 갖고 검토를 통하여 선형을 결정해야 한다.

(1) 도로 선형은 지형과 조화를 이룰 것

도로 선형은 백지 위에 그려 넣은 것이 아니고 주어진 자연조건에 기초하여 설계해야 하므로 평면선형의 직선을 가능한 한 많이 삽입하는 편이 좋다든가 또는 도로 선형은 연속적인 곡선으로 구성하는 것이 좋다든가 하기 이전에 자연 지형에 조화된 선형으로 설계하는 것이 중요하다.

자연 지형에 따라 물이 흐르는 듯한 선형은 주로 직선으로 구성된 선형이나 땅깎기 및 흙쌓기가 많은 선형보다는 미관적으로 좋으며, 도로 건설에 따른 생활 환경의 분리를 피하고 자연을 보호한다는 점과 도로를 건설할 때의 시공성, 경제성, 유지관리 측면 등 여러 점에서 바람직하다.

한편, 의식적으로 평면곡선을 연속적으로 설치하여 도로 선형을 구성하게 하는 것은, 자동차의 주행을 위한 핸들 조작량이 늘어나 장거리 운전을 할 때 운전자의 피로를 누적시킬 수 있고, 작은 평면곡선부에서는 선형을 따라 주행하지 않는 불규칙한 운전이 종종 발생된다는 점 등을 종합적으로 고려해야 한다.

이와 같이 선형이 미관적인 가치는 있다고 하더라도 앞지르기시거 등을 확보해야 하는 2차로 도로 등에서는 오히려 비교적 긴 직선부가 일부 구간에서 필요하기 때문에 평면곡선을 의식적으로 삽입하는 것을 피하지 않으면 안 된다.

우리나라는 지형적으로도 복잡하고 인구 밀도도 높아 토지 이용이 고밀도화 되어 있어 지형, 지물의 제약이나 시공, 유지관리를 비롯한 여러 가지 측면을 고려하여 신중하게 선형을 검토하게 되면 극단적으로 긴 직선으로 구성되는 선형이 크게 발생하지 않아 의식적으로 평면곡선을 삽입해야 하는 경우가 많이 발생되지 않는다.

(2) 도로 선형의 연속성을 고려할 것

긴 직선의 끝에 작은 평면곡선 반지름의 곡선부를 두는 것은 좋지 않으며, 또 큰 평면곡선 반지름의 곡선부에서 작은 평면곡선 반지름의 곡선부로 급격히 변화시키는 것은 선형의 연속성을 상실한 것이라 할 수 있다.

여러 가지 제약으로 작은 평면곡선 반지름의 곡선부를 설치하지 않으면 안 되는 경우에는 직선부 또는 큰 평면곡선 반지름의 곡선부로부터 서서히, 그리고 연속적으로 작은 평면곡선 반지름의 곡선부로 변화하여 갈 수 있도록 미리 그 앞에 적당한 평면곡선 반지름의 곡선부를 삽입해야 한다.

(3) 도로의 선형과 부속시설의 관련성도 고려할 것

평면곡선 및 종단곡선 구간에서 도로의 구조와 도로 주변의 부속시설에 따라 운전자의 주행에 안정감을 주기도 하고 그렇지 못한 경우도 발생하게 된다. 그러므로 도로의 선형과 부속시설이 서로 보완되어 주행의 안전성과 쾌적성을 도모해야 한다.

예를 들어, 부득이 높은 흙쌓기 구간에 평면곡선을 설치해야 할 때는 큰 평면곡선 반지름을 설치함과 동시에 적정한 방호울타리, 조명의 설치 또는 식수 등으로 시선을 유도하도록 하는 것이 사고방지를 위해서도 필요하다.

(4) 평면선형과 종단선형이 조화를 이룰 것

도로는 그 위를 달리는 운전자에게 있어서 입체적인 선형 형상이 연속성을 가져야 함과 동시에 주행의 안전성뿐만 아니라 시각적, 심리적 쾌적성까지 갖추어야 한다. 그러므로 노선 선정에서 선형의 조화에 이르기까지의 일련의 설계 과정이 각각 독립적으로 이루어지는 것이 아니라 동시에 종합적으로 다루어져야 한다.

평면선형과 종단선형의 조화는 단순한 끝마무리를 위한 최후의 단독 작업이 아니므로 선형의 설정 단계에서 노선 선정의 문제와 연관하여 검토할 뿐만 아니라 자동차 주행의 안전성, 선형의 경제성, 지형, 지물, 지역과의 조화 등을 함께 고려하여 조화로운 선형이 되도록 다루어야 한다.

(5) 도로 선형 설계의 일관성을 유지할 것

도로의 설계 기술인이나 이용자의 입장에서 볼 때 무엇보다 중요한 것은 설계된 도로 선형이 도로의 서비스를 얼마만큼 만족시킬 수 있는지 또는 임의의 도로 지점에서 과연 안전한 주행이 가능한지를 검토하여 보는 것이다. 이는 단순히 도로의 최소 설계기준만을 만족시키는 것과는 다르다. 규정된 설계기준에 대하여 그 기준을 만족시킨다는 것은 주행 역학적 안전성은 확보되었다 할 수 있지만 교통안전성이 확보되었다고는 보기 어려우며, 이는 사실상 도로를 주행하는 운전자들의 욕구를 지나치게 단순화시킨 매우 소극적인 접근 방법이라 할 수 있다. 또한 개별적으로 선형 설계가 기준에 맞게 설정되었다고 하더라고 상호 간의 연결 관계가 부적절한 경우에는 도로 주행성 측면에서 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있다. 따라서 운전자들의 욕구를 반영할 수 있는 선형 설계를 하기 위해서는 선형 설계에 대한 훨씬 정밀하고 합리적인 설계 검토 과정이 필요하다.

도로 기하구조 등 설계의 적정성을 검토하기 위해서 많이 사용되는 기법은 설계 일관성을 평가하는 것이다. 설계 일관성이란 운전자들이 전방의 도로에 대하여 기대하는 조건이나 운전자들이 기꺼이 받아들일 것으로 생각되는 도로 조건을 감안하여 이에 조화를 이루는 도로 조건을 정립하여 주행 안전성 및 쾌적성 등을 확보할 수 있는 바람직한 상태로 정의할 수 있으며, 운전자들의 기대 심리를 확인시켜 주어 운전자들이 신속하고 정확하게 판단하도록 하는 기능을 한다.

설계속도를 기준으로 건설된 도로의 경우 도로 각 구간의 설계속도가 일정하므로 자동차의 속도가 일정하다고 가정한다. 그러나 실제로 도로 구간을 주행하는 자동차들은 각 구간마다 속도의 변화를 보인다. 이러한 속도의 변화는 주로 평면곡선부에서 발생하며, 종단곡선부에서는 트럭과 같은 대형자동차가 주행할 때 속도가 변화한다. 평면곡선부에서의 속도변화 원인은 다음과 같다.

① 직선 구간에서 운전자는 자신이 내고자 원하는 속도로 주행할 것이며, 이때 나타나는 속도는 설계속도 이상이 될 것이다.

② 평면곡선은 설계속도별 최소 평면곡선 반지름을 기준으로 그 이상의 평면곡선 반지름을 설치하도록 되어 있다. 만약 설계속도별 최소 평면곡선 반지름으로 평면곡선을 설치한다면, 평면곡선에서의 설계속도는 원심력과 구심력이 평형을 이룬 상태로 자동차가 주행할 수 있는 최대 속도가 되지만, 운전자는 안전을 고려하여 설계속도 이하로 주행할 것이다.

따라서 직선 구간과 평면곡선 구간을 포함한 도로를 하나의 설계속도로 설계한다 하더라도 도로의 각 구간을 지나면서 자동차는 속도의 변화를 보이게 된다. 이 때문에 설계자가 정한 설계속도로는 실제 자동차의 주행속도를 반영할 수 없으므로 설계자가 의도했던 설계 일관성을 확보하지 못하게 되며, 이로써 설계 일관성에 대한 검토가 요구되어진다.

도로가 정해진 설계속도에 따라 평면곡선 반지름, 곡선길이, 편경사, 종단경사, 차로폭, 측방여유폭 및 마찰계수 등 도로 설계 요소의 적정한 값을 반영하여 설계되었다 할지라도 운전자는 도로 기하구조 조건을 정확히 파악하지 못하며, 오로지 자신의 감각에 의존하여 판단을 내리게 된다. 특히, 운전자는 자신의 감각 중 도로 기하구조 등의 변화를 가장 먼저 감지할 수 있는 시각에 크게 의존하게 되며, 이는 설계 요소 중 시거와 관련이 많다.

설계 일관성 평가 방법은 설계속도에 따라서 제시되는 선형 설계의 최소 기준을 적용하는 방법과는 다른 특징적인 개념을 적용한다. 즉, 설계속도를 적용한 경우에 평면곡선 반지름 등 설계변수가 최소 기준 이상으로 만족되더라도 연속적인 선형에서 나타나는 설계 조건(도로 기하구조 조건)이 각 구간마다 서로 큰 차이를 보일 수 있으며, 따라서 각 구간마다 허용되는 최대 안전주행속도 역시 큰 차이를 보일 수 있다. 또한, 설계속도 개념은 평면곡선에서 원심력에 대항하여 자동차가 주행궤적을 이탈하지 않고 유지할 수 있는 최대 안전주행속도 개념이므로 전방에 사고의 위험 요소(정지한 고장 자동차 또는 낙석 등)에 대처하여 피하거나 정지하여 사고의 위험으로부터 벗어날 수 있는 안전성을 담보하지 못한다. 따라서, 설계 일관성은 이러한 두 가지의 관점을 토대로 평가되어진다.

도로의 설계 일관성 평가는 도로 기하구조에 따라 결정되는 주행 안전성의 일관성을 평가하는 방법론이라 할 수 있다. 따라서, 설계 일관성 평가는 도로를 설계할 때에 검토되어야 할 중요한 사항이다. 이를 기존 도로 측면에서 부연하자면 필요 이상으로 과대 설계된 도로 구간과 최소 기준만을 만족한 도로 구간이 혼재하는 연속된 선형상에서는 설계 일관성의 결여는 물론 운전자의 기대치와도 상치된 구간이 상당수 존재한다고 볼 수 있다. 그러므로 주행의 안전성이 담보되어야 할 도로의 설계에 있어서 최소 설계기준만을 만족시키기 보다는 보다 적극적으로 설계 일관성에 대한 검토가 함께 이루어져야 할 것이다.

5-4-3 도로 선형 설계 일관성

전통적인 방법으로 설계되어진 도로의 경우 최소 설계기준만을 만족하므로 도로 노선 및 구간별로 주행과 관련된 안전성에서 큰 편차를 보이고, 이로 인하여 도로에서 많은 사고와 위험성이 내재하는 단점이 제기되어 왔다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 도로의 설계 일관성을 확보 및 유지하는 것이 중요하다는 인식하에 국내외에서 도로의 선형 설계 일관성을 평가하는 여러 방법론이 제기되었다.

미국의 Glennon과 Harwood는 설계 일관성에 대하여 지적하기를 설계 일관성은 도로 설계에서 항상 가장 기본적인 항목이라고 강조되기는 하나, 실제로는 설계 요소가 조합적으로 나타나기 때문에 이런 경우에 적용할 수 있는 분명한 설계 일관성 검토 기준이 제시되지 않고 있다고 주장한다. 이는 매우 적절한 지적으로서, 이들의 주장에 부합할 수 있도록 설계 일관성 검토 기준 마련의 필요성이 대두되었다. 주요한 도로 선형 설계 일관성 검토 방법을 소개하면 다음과 같다.

(1) Ball-Bank Indicator

미국에서는 1930년대 Stonex 와 Noble, Moyer와 Berry 그리고 연방도로청에 근무하던 Barnett 등의 연구 성과에 따라 평면곡선에서 원심력에 대항하기 위하여 운전자에게 필요한 횡방향미끄럼마찰계수 값의 존재 범위를 개략적으로 찾아냈다. 그 방법으로는 도로의 설계속도 개념을 설정하여 설계속도별 최소 평면곡선 반지름을 정립해야 했는데 최소 평면곡선 반지름을 정립하기 위해서 횡방향미끄럼마찰계수의 최댓값을 결정하였다. 이를 위하여 Ball-Bank Indicator를 사용했고, 이 값은 현재도 AASHTO Green Book에 설정 근거로 제시되어 있으며, 설계속도가 20〜110km/h의 범위를 가질 때 마찰계수는 0.10∼0.21로 설정되어야 한다는 것이다.

(2) 10mile/hour rule

1970년대 들어서 J. Leisch를 필두로 하여 종전의 설계속도 개념의 모순점을 제기하며 이를 개선할 것을 주장하는 사람들이 나타났다. Leisch는 설계속도를 사용했을 때 특히 90km/h 이하 속도에서 운전자들은 직선과 곡선의 반복적 선형 조합 때문에 계속해서 속도를 바꾸어야 하며, 이는 결국 설계속도의 기본 가정인 균등한 속도의 확보라는 문제를 해결하지 못한다는 한계점을 지적하면서 소위 10mile/h 원칙에 따른 속도종단곡선 분석기법을 제시하였다. 그의 주장은 상당한 설득력을 가지게 되어 현재까지도 설계 일관성 분석의 주류를 이루게 되었고, 다음의 세 가지로 요약할 수 있는 10mile/h 원칙은 향후 안전성검토의 기준이 되었다.

① 가능하면 설계속도의 감소는 피하되, 불가피할 경우 10mile/h를 초과하지 않을 것

② 자동차의 잠재적 속도는 10mile/h 이내에서만 변할 것

③ 트럭 속도는 자동차의 속도보다 10mile/h 이내에서 낮게 나타날 것

(3) 평면곡선부 주행속도 반영 설계

설계속도 개념에 강한 반박을 가한 또 다른 한 사람은 호주 ARRB(australian road research board)의 J. McLean이었다. 그는 1974년 ARRB Proceeding에서 평면곡선에서의 운전자 행태분석 연구를 통하여 종전에 사용되던 설계속도 개념의 속도-횡방향미끄럼마찰계수 관계곡선보다는 속도-평면곡선 반지름 관계식이 보다 현실적이고, 설계속도와 주행속도는 별개의 문제라고 주장했다. 그는 또한 설계속도 대신 주행속도를 산정해서 설계에 반영해야 하며, 주행속도는 평면곡선의 설계조건에 따라 경험적으로 산정할 수 있다고 주장하였다.

(4) 운전부담량

설계 일관성의 분야에서 독특한 또 한 사람은 미국의 C. Messer 이다. 그는 FHWA의 연구를 수행하면서 운전자의 운전부담량을 통하여 설계 일관성 분석이 가능할 것으로 판단했다. 운전부담량은 운전자에게 부과되는 과제의 난이도와 빈도에 따라 달라지며, 부담량의 수준과 운전자에게 미치는 영향은 운전자의 기대 심리 및 능력에 따라 달라진다고 생각했다. 설계가 불합리한 도로는 운전자의 기대 심리를 위배하게 되며 이는 곧 운전자에게 많은 부담을 주게 된다. Messer는 운전부담량 산정 모형을 개발했는데, 이 모형은 운전자들이 주행 정보를 주로 도로 선형에서 얻으며, 도로의 선형이 복잡할수록 운전부담량이 높아지게 되고, 운전자가 전혀 예측하지 않은 도로 조건이 나타나면 그 양이 극도로 높아진다고 보았다. 그러나 Messer의 모형은 도로 상태에 대하여 운전자에 의한 주관적 평가에 기초하기 때문에 운전부담량을 객관적으로 측정하기 어려운 한계점을 지니고 있다.

이후 Shafer 등은 도로 기하구조에 기초한 운전부담량 산정모형을 개발하였다. 이 모형에서는 운전부담량이 커질수록 운전자가 눈을 뜨고 있는 시간이 길어지고, 정신적 작업 부하량이 커질 것이라는 가정하에 정상 상태와 비교한 운전자의 눈 깜박임 횟수와 눈을 감지 못하고 뜨고 있는 지속 시간을 측정하여 이를 곡률도의 함수로 나타내었다.

 

여기서, WL : 곡선의 평균 운전부담량

D : 곡률도(degree of curvature)

(5) 곡률변화율

Lamm 등은 도로 구간에서 나타나는 곡률도를 통하여 85백분위(85th-%tile) 주행속도를 예측하여 곡선부의 설계 일관성을 평가하는 방법을 제시하였다. 이때 사용된 방법은 첫째로 연속한 도로의 인접한 두 구간의 예측 주행속도를 비교하는 방법과 둘째로 해당 구간의 예측 주행속도와 설계속도를 비교하는 방법 두 가지가 있다.

 

여기서, V85 : 85th-%tile 예측 주행속도(85th-%tile operating speed)

DC : 곡률도(degree of curve)

LW : 차로폭

SW : 길어깨폭

 

구분	설계안전도
	양호	보통	불량
Ⅰ	≤10km/h	10km/h＜ ≤20km/h	20km/h＜
Ⅱ	≤10km/h	10km/h＜ ≤20km/h	20km/h＜

 

 

 

(6) 시거-최대 안전주행 속도

설계 일관성을 다룬 국내의 대표적 연구로는 도로 선형에 대한 설계 일관성 평가 모형 개발(최재성, 1998)을 들 수 있다. 또한 설계 일관성을 측정하고 평가하는 방법론 연구(이승준, 이동민, 최재성, 1999, 2000)는 TRB 및 EASTS에 발표되었고, 이후 국내외에서 설계 일관성에 시거 모형을 다룬 많은 후속 연구가 진행되었다.

시거-최대 안전주행 속도 모형은 개념적으로 도로 기하구조에 따라 제공하는 시거를 최소 정지시거와 동일하게 적용하여 이때 나타나는 최대 안전주행 속도를 산정한다. 각 도로 구간은 각기 다른 기하구조 조건을 가지기 때문에 이에 상응하는 최대 안전주행 속도 역시 각 도로 구간마다 상이한 값을 가지게 되며, 설계 일관성 평가는 산출된 최대 안전주행 속도와 설계속도를 비교하여 결정한다. 이때 최대 안전주행 속도가 설계속도보다 낮은 구간이 발생하게 되면 설계 일관성이 결여되고, 해당 구간은 안전적으로 문제가 있는 구간으로 인식된다.

 

 

여기서, : 평면곡선구간에서의 최소 시거(m)

MSSD : 최소 정지시거(m)

: 평면곡선에서의 최대 안전주행 속도(m/s)

: 인지반응시간(2.5초)

: 중력가속도(9.8m/s2)

: 노면마찰계수

: 종단경사(%)

 

 

 

그림 5-54 평면곡선부에서 시거와 최대 안전주행 속도 산출 개념도

5-4-4 도시지역도로의 선형 설계

도시지역도로에서는 노선 선정이나 선형 설계에 대해서는 앞서 언급한 사항 외에 다음과 같은 문제점에 대해서도 주의해야 한다.

(1) 도로 주변 지역의 토지 이용과의 관련성을 고려할 것

도로가 도로 주변 주민의 생활권을 분단하는 경우에는 주민생활의 편리 및 관습 등을 해롭게 함은 물론이며, 안전성도 저하되어 도로의 본래 기능을 발휘하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 주변 지역의 토지 이용을 고려하지 못하면 그로 인한 피해로 도시지역의 발전을 저해하는 요인이 되기도 한다.

(2) 기존 도로망과의 관계를 고려할 것

기존 도로망과의 접속, 기존 교통 통행과의 연결 등을 고려하여 기존 교차로와의 관계를 명확히 하여 선형을 설계할 때 반영하여 한다.

(3) 보․차도가 함께 있는 생활도로에서의 선형 설계

인근 주민이 생활도로로 사용하고, 자동차의 속도를 제한하여 보행자나 자전거에 대한 사고를 방지하고, 쾌적한 생활환경을 만들어 낼 가능성을 가진 도로에 대해서는 자동차 통행 부분의 폭을 물리적으로 좁히거나 시각적으로 그렇게 보이게 하여 운전자로 하여금 속도를 줄이게끔 유도하여 보행자나 자전거가 안심하고 안전하게 다닐 수 있는 통행공간을 확보할 필요가 있다.

5-4-5 평면선형의 설계

1. 평면선형 구성 요소

평면선형의 구성 요소는 직선, 원곡선, 완화곡선의 3종류로 하고, 완화곡선으로는 클로소이드 곡선을 쓰도록 한다. 과거에는 도로의 주요 선형요소로서 직선이 최선의 것이고, 곡선은 부득이 지장물을 피해야 할 경우에만 적용시키는 것으로 생각되어 왔는데, 이는 직선이 현지에 설치하기 가장 쉽고, 또한 최단 거리로 지점 간을 연결할 수 있기 때문이었다.

매우 평탄한 지형이나 도로가 통과하는 지점의 경관이 시가지에서의 도로망과 같이 인공적으로 직선형을 이루고 있는 경우는 도로의 선형으로서 직선을 쓸 수밖에 없을 것이다. 그렇지만 직선도로는 운전자에게 자기가 향할 방향을 명료하게 제시해 주는 반면, 전방에 주위를 환기시킬 어떤 목표물이 존재하지 않으면 매우 단조로워 운전자에게 피로를 유발시키기 쉬우며, 운전자는 자기가 가고 있는 행선지가 어디까지인지 분명히 알고 있기 때문에 주의력이 산만해지고, 빨리 그곳에서 빠져나가려고 과도한 속도를 내기 쉽다. 또한, 차간거리의 계측을 잘못하여 오히려 사고다발 구간이 되는 경우가 있다.

특히, 우리나라와 같이 지형 변화가 격심한 산악부를 주체로 하는 지역에서는 직선의 선형은 지형과 조화되기 어렵고, 그 길이가 적정하지 않으면 일련의 선형에 대한 연결성을 깨뜨리게 된다. 또한, 긴 직선 뒤에 작은 평면곡선 반지름이 삽입되어 있으면 현저하게 위험한 선형이 된다는 점은 잘 알려진 사실이다. 그렇지만 이들 직선의 선형이 이와 같은 결점을 가졌다고 하여 곧바로 평면선형 요소로부터 배제해야 된다고 생각하는 것은 적절하지 못하나, 상당히 긴 구간에 걸친 직선을 설치하는 것은 선형의 조화에 불리하다는 것을 명심해야 한다. 또한, 빈번하게 작은 평면곡선 반지름을 쓰게 되면 운전자에게 과도한 정신적 부담을 주게 될 뿐만 아니라, 앞지르기의 가능성을 저하시켜 용량 저하의 요인이 되므로 이러한 경우에는 작은 평면곡선 반지름의 남용을 피하고 적당한 직선의 활용을 꾀하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 가장 중요한 것은 지형 등의 제약 조건에 따라 선택할 수 있는 평면곡선 반지름을 적절하게 선택하는 것인데, 부득이 최솟값에 가까운 작은 평면곡선 반지름의 사용이 불가피한 경우에는 때때로 완화곡선을 크게 설치하여 선형을 원활하게 만들 수 있다.

도로의 완화곡선으로서는 3차포물선(cubic parabola), 렘니스케이트(lem-niscate), 클로소이드(clothoid) 등의 각종 곡선이 개발되어 왔으나, 이론적으로 자동차의 완화주행에 클로소이드 곡선이 합치한다는 점, 즉, 곡선반지름이 무한대인 직선구간을 주행하던 자동차가 일정한 크기의 곡선반지름을 주행하기 위해서는 그에 상응하는 회전반지름에 적응해야 하므로 운전자가 핸들의 조향각을 순간적으로 바꾸어야하는데 이는 실제로 불가능하며 운전자가 핸들을 조작하는 동안 자동차의 주행궤적은 무한대의 직선에서 일정한 크기의 곡선반지름을 갖는 완화주행을 하게 된다. 따라서, 일반적으로 클로소이드 곡선이 자동차의 완화주행 특성을 잘 반영하며, 근래에는 클로소이드 곡선의 설계 계산, 현지에서의 설치 등 모두가 현저하게 간편화되어 주로 클로소이드 곡선을 완화곡선으로 사용하고 있다. 또한, 이 클로소이드 곡선은 시각적으로 원활하고 아름다운 선형을 얻을 수 있어 원곡선과 클로소이드 곡선을 주체로 한 선형 설계가 일반적으로 널리 쓰이고 있다. 과거 지형의 평탄성 때문에 직선을 주체로 한 선형 설계를 택하여 왔던 국외(미국)에서도 근래에는 그 효용을 인식하여 곡선을 주요 선형 요소로 한 설계로 전환되어 가고 있는 실정이다.

곡선을 주요 선형 요소로 설계하는 방법은 그것이 적정하게 실시된다면 지형 및 지역조건에 대한 적응성이 높아져 선형 설계의 자유도가 증가할 뿐만 아니라, 운전자에게 적절한 자극과 리듬을 주어 안전하고 쾌적한 도로가 될 수 있다. 특히, 우리나라와 같이 지형이 험난하고 지장물 등의 제약 조건이 많이 존재하는 경우는 매우 유효한 선형 설계를 가능하게 할 수 있다.

(1) 원곡선의 구성

① 직선 사이 또는 완화곡선 사이에 설치되는 원곡선은 일반적으로 곡선반지름으로 표시하는데 원곡선의 각 요소와 기호는 다음과 같다.

 

R	: 원곡선 반지름(m)
O	: 원곡선의 중심
TL	: 접선 길이(m)
θ	: 교각(°)
M	: 중앙 종거(m)
E	: 외선 길이(m)
BC	: 곡선의 시점
EC	: 곡선의 종점
IP	: 접선의 교점

 

 

② 원곡선의 각 요소 값은 다음 식과 같다.

－ 접선 길이(TL)

－ 현의 길이(C)

－ 외선 길이(E)

－ 호의 길이(CL)

(2) 클로소이드 곡선의 구성

① 클로소이드는 곡률(곡선반지름의 역수)이 곡선길이에 비례하여 증가하는 곡선이다.

즉, R을 곡선반지름, L＝곡선길이라고 하면, 의 관계가 성립하는 곡선이

다. 여기서 C는 상수이다. 위 식을 고치면 , 을 (A²)이라고 하면

1개의 클로소이드 위의 모든 점은 다음과 같은 식이 성립하며, 이것을 클로소이드 기본식이라 한다.

 

② 클로소이드 기본식과 그 요소는 다음과 같다.

 

여기서, R : 어떤 점의 곡선반지름(m)L : 클로소이드의 원점부터 그 점까지의 곡선 길이(m)A : 클로소이드 파라미터

 

그림 5-56 클로소이드의 요소와 기호

 

O	: 클로소이드 원점	XM,YM	: M점의 X좌표, Y좌표
M	: 클로소이드 위의 P점에 대한 곡선의 중심	τ	: P점에서의 접선각
OX	: 주 접선(클로소이드 원점에 대한 접선)	σ	: P점에서의 극각
A	: 클로소이드의 파라미터	TK,TL	: 단접선 길이, 장접선 길이
X,Y	: P점의 X, Y 좌표	SO	: 동경
L	: 클로소이드 곡선 길이	N	: 법선 길이
R	: P점의 곡선반지름	U	: TK의 주 접선에의 투영 길이
Δr	: 이정량(shift)	V	: N의 주 접선에의 투영 길이

 

(3) 자동차 주행과 관련된 원곡선 및 완화곡선의 특성

원곡선 및 완화곡선에서 자동차는 정속으로 주행하지만 표 5-31과 같이 곡선반지름, 각속도 및 각가속도에서 차이점을 갖는다.

 

구 분 항 목	완화곡선	원곡선	비고
곡선반지름(R)	감소	일정	기하구조 특성
주행속도(V)	일정	일정	설계 기본 가정
각속도( )	증가	일정	R과 V에 따라 종속적으로 결정됨
각가속도( )	일정	0

 

2. 평면선형 설계의 일반 방침

평면선형을 설계할 때에는 다음에 기술하는 일반적 방침에 따라 연속적으로 원활한 선형이 얻어질 수 있도록 힘써야 하며, 동시에 주변 경관과의 조화에 대해서도 검토해야 한다.

평면선형 설계의 일반적 방침은 다음과 같다.

① 선형은 주변 지형 및 조건에 적합한 것이어야 한다.원활한 평면곡선을 활용해서 지형에 부합시킨 선형은 주변 경관과의 조화도 좋고, 시각적으로도 아름다운 선형이 되므로 주위의 지형, 도시화의 상황 등 도로 주변의 환경에 따라 평면선형 설계를 해야 한다.즉, 좁은 골짜기 사이를 통과하거나, 도로 주변이 도시화가 이루어져 있는 구간에서는 속도가 자연히 억제되어 작은 평면곡선 반지름을 적용하더라도 그다지 문제는 생기지 않는다.

② 선형은 연속적인 것이어야 한다.선형이 급하게 변화되는 것은 피해야 한다. 예를 들면 긴 직선구간의 끝에 반지름이 작은 평면곡선을 설치한 선형, 큰 반지름의 평면곡선부에서 작은 반지름의 평면곡선부로 급격히 변화하는 선형 등은 피해야 한다. 반지름이 작은 평면곡선을 설치하지 않으면 안 될 때에는 그것을 인지하기 쉬운 위치에 설치하든지 또는 그보다 큰 평면곡선 반지름을 앞에 배치하여 작은 평면곡선 반지름의 곡선부로의 진입을 원활하게 하도록 배려해야 할 것이다.

③ 앞뒤의 선형이 비교적 좋은데 일부 구간에서 반지름이 작은 평면곡선을 설치하는 일은 피해야 한다. 또한, 반대로 작은 평면곡선 반지름 사이에서 아주 큰 평면곡선 반지름의 사용은 피해야 한다. 이와 같은 곳에서는 운전자가 선형의 급격한 변화에 대응할 수 없어 사고가 일어나게 된다. 지형 조건이 좋은 구간에서 나쁜 구간으로 들어가는 경우에는 선형의 질을 서서히 저하하도록 할 필요가 있다.

④ 종단선형과의 조화도 고려할 것.앞뒤의 종단선형이 매우 양호한 곳에 반지름이 작거나 길이가 짧은 평면곡선을 설치하거나 또는 반대로 종단선형이 매우 나쁜 곳에 매우 양호한 평면곡선을 설치하는 것은 바람직하지 못하다.

⑤ 직선과 원곡선 사이에 클로소이드를 삽입할 때 클로소이드의 파라미터와 원곡선반지름과의 사이에는 가능한 한 다음과 같은 관계가 성립되도록 해야 한다.

, R＝1,500m 이상으로 매우 클 경우에는 의 조건을

지키면 직선에서 원곡선으로서의 선형의 변화가 점차적으로 원활한 것이 된다. 또한, 클로소이드〜원곡선〜클로소이드의 선형 구성인 경우에 두 클로소이드의 파라미터를 반드시 같게 취할 필요는 없고 지형조건 등에 따라서 비대칭의 곡선형으로 하는 것도 가능하다.

⑥ 두 클로소이드가 그 시점에서 반대 방향으로 접속된 선형인 경우에는 두 클로소이드의 파라미터는 같은 것이 바람직하다. 같지 않을 때에는 큰 파라미터가 작은 파라미터의 두 배 이하가 되도록 해야 한다.

⑦ 직선을 낀 두 평면곡선부가 반대방향으로 설치될 경우에 부득이 짧은 직선부를 두 곡선 사이에 설치해야 할 때에는 직선의 길이는 다음 조건을 만족하도록 해야 한다.

 

여기서, : 두 평면곡선 사이의 직선 길이(m) A1, A2 : 클로소이드의 파라미터

⑧ 같은 방향으로 굴곡하는 두 평면곡선 간에 짧은 직선을 설치해야 하는 선형은 가능하면 두 평면곡선을 포함하는 큰 원을 설치하는 것이 바람직하다.

⑨ 두 원곡선을 같은 방향으로 복합시킬 경우 두 원곡선 사이에 나선형 완화구간을 두는 것이 선형의 변화가 원활하며, 두 곡선을 직접 접속시킬 경우 큰 원의 반지름이 작은 원의 반지름의 1.5배 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 참고로, 국외(독일의 경우, RAS-L)에서 제시하는 두 원곡선 간의 반지름 비 기준을 적용하고 있다. 이 기준에 따르면 두 원곡선 반지름비의 범위가 아주 양호, 양호, 사용 가능, 피해야 함의 네 영역으로 구분되어 있다. 독일 기준에 따른 구체적인 적용 예를 들어본다면, 한 쪽 원곡선의 반지름이 500m일 경우에 다른 원곡선의 적용 가능한 원곡선 반지름은 300~1300m가 된다. 또한, 이 기준에서 적용 가능한 최소 평면곡선 반지름은 300m 이상이다.

 

 

 

그림 5-57 인접한 두 원곡선 반지름의 조화(독일 RAS-L)

3. 직선의 적용

직선을 적용할 때에는 특히 지형과의 관계에 유의하고, 그 길이가 적당한 범위 내에서 다음과 같은 구간은 직선을 사용하는 것이 좋다.

ⓐ 평탄지 및 산과 산 사이에 존재하는 넓은 골짜기

ⓑ 시가지 또는 그 근교지대로서, 도로망 등이 직선적인 구성을 이루고 있는 지역

ⓒ 장대교 혹은 긴 고가구간

ⓓ 터널구간

직선은 일반적으로 융통성이 없는 기하학적 형태로 인하여 딱딱하며, 선형의 조화가 잘 이루어지지 않는 결점을 갖고 있으며, 더욱이 지형의 변화에 대하여 순응하기 어렵기 때문에 그 적용에는 자연히 제약이 있게 된다. 그리고 직선구간이 꽤 길게 연결되면 운전자는 도로의 단조로운 연속성에 권태를 느끼고 주의력을 집중하기가 어려워져서, 결국에 운전자의 지각반응이 저하를 일으켜 사고 발생의 원인이 될 수 있다.

그러나 지형의 제약이 전혀 없는 평탄지나 산과 산 사이를 통과하는 지역에서 경관의 변화가 수반되는 경우에는 긴 직선의 적용이 가능하다. 다만, 전자의 경우에는 통상 흙쌓기 구간이 직선적으로 연속되는 형태가 되므로 도로 환경의 단조로움을 피한다는 뜻에서 운전자의 주의를 끌 수 있는 목표물인 건축물, 수목 등을 시계에 들어오도록 배려하는 것이 좋은 설계라고 말할 수 있다. 후자의 경우에는 주로 지형에 알맞은 경제적인 종단선형으로 결정하기 때문에 산에서 골짜기로 향하여 상당히 경사가 급한 내리막 경사를 지닌 큰 오목곡선 구간이 되는 것이 일반적이다. 이러한 구간에서는 내리막 경사를 주행할 때 운전자의 착각 때문에 다음 오르막 구간이 실제 이상으로 급경사로 보이고, 전방의 자동차 주행상태가 한 눈에 인식되어 앞지르기를 시도하는 경향이 두드러진다. 그러나 일반적으로 내리막 경사를 주행할 때 설계속도 이상으로 과속하게 되는 경우가 많이 발생되어 사고의 위험성이 커지므로 종단선형을 적절하게 설계하여 상당히 긴 내리막 경사를 두지 않도록 할 필요가 있다.

그리고 시가지 등과 같이 토지 이용의 구성 단위가 직선형으로 구획되어 있는 지역에서는 그곳을 통과하는 도로 자체도 직선으로 설계하지 않으면 연도의 토지 이용 효율을 저하시키게 될 뿐만 아니라 인공적인 경관과의 조화를 이루지 못한다.

장대교 및 긴 고가교구간과 같이 건설비가 고가인 구조물이 연결되는 경우는 시공의 용이성도 고려하고 경제적으로도 유리한 직선으로 하는 것이 좋다.

터널구간은 지형, 경관과의 적응 관계 보다는 시공의 편리와 경제성 및 지질 등과의 관계를 더 고려하여 가능하다면 직선을 활용해야 할 것이다.

그러나 터널 내에서는 도로의 경관이 소멸되기 때문에 거리의 인식을 가늠할 수 없게 되어 차간거리의 목측을 그르치는 경향이 있으며, 직선은 이 경향을 조장한다는 점에 대하여 유의하지 않으면 안 된다. 그리고 터널구간 전후의 곡선, 특히 출구 직후의 곡선은 운전자가 예측할 수 없는 것이므로 가능한 한 피해야 하며, 곡선을 설치해야 할 경우에는 터널과 원곡선과의 직접 연결을 피하고 완화곡선을 설치하여 원곡선과 접속할 수 있도록 해야 할 것이다.

직선을 적용하는 경우의 일반적인 한계 길이에 대하여는 이론적인 풀이를 하기는 곤란하나, 주로 운전자의 심리적인 부담 한계에 따라서 결정되는 것이라 생각하고 있으며, 직선의 길이는 앞뒤 선형조건, 지형지물의 상황, 경관의 변화 등에 따라 적절하게 설계자의 판단에 따라 결정하는 것이 중요하다.

4. 곡선의 적용

곡선을 적용할 때에는 지형에 맞도록 적절히 적용시키되, 가능한 한 큰 평면곡선 반지름을 쓰도록 하고, 전후의 선형요소와의 상관관계를 검토하여 일련의 선형으로서 전체적인 균형을 유지하도록 해야 한다. 그리고 평면곡선부에 있어서는 특히 종단경사와의 관계를 감안하여 작은 평면곡선 반지름과 급경사를 겹치지 않도록 한다.

곡선은 직선에 비하여 융통성이 있어 기하학적 형태가 유연하기 때문에 다양한 지형 변화에 대해서 순응시킬 수 있고, 또 원활한 선형이 얻어질 수 있기 때문에 그 적용범위는 광범위하다.

곡선은 지형 조건에 따라 가능한 한 크게 설치하는 것이 좋겠지만, 운전자가 직선과 구별하기 힘들 정도로 큰 반지름을 쓰는 것은 아무런 의미가 없다. 이와 같은 뜻에서 최대 평면곡선 반지름이 대략 10,000m 이상은 곡선의 의미가 상실되는 것으로 알려져 있다.

또한, 원곡선의 반지름은 크게 설치함과 동시에 지형, 지역의 조건에 적합한 크기의 것을 선정하는 것이 중요하다. 그러나 우리나라와 같이 산악지대가 많아 지형이 험준한 지역에서는 평면곡선 반지름을 크게 설치하기 곤란하므로 때때로 최소치에 가까운 값을 설치하지 않으면 안 되는 경우가 생긴다. 이와 같은 경우 일련의 선형 요소를 검토하여, 전체적으로 보아 특별한 구간이 짧게 산발적으로 존재하는 일이 없도록 하는 것이 중요하다. 그리고 이와 같은 작은 평면곡선 반지름의 적용이 부득이한 구간에는 점차적으로 평면곡선 반지름의 크기를 작게 하여 운전자를 자연스럽게 특별 구간으로 유도하는 선형을 유지하도록 주의를 기울여야 할 것이다.

평면곡선부를 설계할 때 잊어서는 안 될 것은 그 구간에서의 종단경사와의 관계이다.

작은 평면곡선 반지름과 급경사가 겹치게 되면 사고율은 높아지는 것이 명확하므로 선형을 설계할 때에는 평면곡선 반지름이 작은 구간과 급경사 구간을 겹치게 하지 않도록 각별한 배려가 필요하다.

5. 평면선형 설계의 방법

그림 5-58은 긴 직선〜짧은 곡선, 긴 곡선〜짧은 직선, 연속적인 곡선으로 이루어진 선형으로서, 곡선이 연속될수록 시각적으로 원활함의 정도가 증대함을 알 수 있다.

평면선형 설계의 전통적인 설계기법으로 기본이 되는 도로 선형의 직선을 먼저 설정하고, 이를 원호로 연결하는 그림 5-59 ①의 방법이 사용되어져 왔다.

이와는 반대로 연속적인 곡선을 설치한 선형 설계는 그림 5-59 ②와 같이 주어진 지형조건 등에서 먼저 기본이 되는 원곡선을 실용상 가능한 범위에서 완만한 평면곡선 반지름으로 선정하고, 이들 원곡선 사이를 적절한 클로소이드 곡선으로 연결하는 것으로서, 이 방법에서 주의해야 하는 것은 이 설계 기법이 산이나 골짜기가 많은 지방지역의 선형 설계에 특히 알맞은 방법이므로 도시지역 내라든가, 평지와 같이 주위 환경이 주로 직선으로 구성되어 있는 지역에서는 주변 환경과 조화가 이루어지지 않을 수 있으므로 오히려 직선을 주요 선형요소로 설정하는 것을 고려해야 한다.

 

 

 

그림 5-58 평면선형 구성의 종류

 

그림 5-59 평면선형 설정방법

5-4-6 종단선형의 설계

1. 종단선형 설계의 일반방침

종단선형을 설계할 때에는 건설비와의 관계를 고려하면서 자동차 주행의 안전성과 쾌적성을 도모하고 경제성을 갖도록 해야 하며, 평면선형과 관련해서는 시각적으로 연속적이면서 서로 조화된 선형으로 설계해야 한다.

종단경사의 선정에 있어서 제일 먼저 고려해야 할 제약 조건은 지형과 자동차의 성능이지만, 동시에 자동차의 주행 측면과 도로용량 등에 대하여도 동시에 고려해야 한다. 즉, 종단경사를 어떻게 설치할 것이냐에 따라 자동차의 주행속도는 크게 달라지며, 도로용량도 영향을 받는다.

일반적으로 내리막 경사는 사고로 연결되기 쉽고, 오르막 경사가 급하면 자동차, 특히 트럭의 속도 저하가 뚜렷하여 원활한 교통의 흐름을 저해하게 된다. 이 때문에 급한 오르막 경사가 있는 긴 구간에서는 오르막차로를 설치할 필요가 있다. 또한, 오르막 경사에서

 

 

 

그림 5-60 종단선형의 부조화

는 대형자동차가 속도 저하 없이 그대로 오를 수 있는 경사와 내리막 경사에서 브레이크를 쓰지 않는 경사로 하는 것이 좋으나 경제적 비용에 따른 효과를 검토하여 결정해야 한다. 종단선형을 설계할 때에는 다음에 열거된 사항을 고려해야 한다.

① 지형에 적합하고 원활한 것이어야 한다.짧은 거리에서 많은 오르내림을 반복하는 선형은 내리막 경사와 오르막 경사가 연속적으로 자주 반복되어 오목 구간이 볼록 구간에 가리어져 운전자는 시각적으로 볼록 구간만 연속적으로 보이는 선형이 된다.

② 앞쪽과 뒤 끝만이 보이고 중간이 푹 패어 보이지 않는 선형은 피해야 한다.이와 같은 선형은 평면선형이 비교적 직선인 경우에 생기는 것이 보통인데, 일련의 선형이 중단되어 시각적으로 불쾌할 뿐만 아니라 푹 패인 정도가 작다고 하더라도 운전자는 앞지르기가 가능한 경우에도 앞지르기 시도를 포기하게 된다.이를 개선하는 데는 평면선형을 변경하든가, 토공비가 다소 증가되더라도 종단선형을 수정해야 할 것이다.

③ 오르막 경사 앞에 내리막 경사를 설치할 경우 트럭 등이 오르막 경사에서의 속도 저하를 생각하여 내리막 경사에서 미리 가속하여 오르막 경사를 주행하려고 하므로 이러한 지형에서 내리막 경사를 너무 급하거나 길게 두어 트럭 등이 과도한 속도를 내게 되면 사고의 위험성이 있으므로 오르막 경사와 내리막 경사의 길이 산정에 주의해야 하며, 부득이한 경우 오목 부분에 삽입하는 종단곡선을 길게 잡아 시각적으로 원활한 선형을 얻을 수 있도록 힘써야 한다.

 

그림 5-61 오목부에서의 종단곡선의 변화(2％의 내리막 경사에서 3％의 오르막 경사)

그리고 내리막 경사가 계속되는 구간 앞에 작은 평면곡선 반지름이 설치되어 있는 경우는 도로에 설치하는 편경사를 표준보다 크게 하는 것도 고려할 필요가 있다.

④ 같은 방향으로 굴곡하는 두 종단곡선의 사이에 짧은 직선경사 구간을 두는 것은 피해야 한다. 특히, 오목형 종단곡선의 경우에는 이 선형 전체가 보여 도로가 꺾어져 있는 것으로 보이기 쉬우므로 주의하지 않으면 안 된다.이를 개선하는 데는 두 종단곡선을 포괄하는 큰 종단곡선을 설치할 필요가 있다.

 

 

 

그림 5-62 오목부에서의 짧은 직선의 삽입

⑤ 길이가 긴 연속된 오르막 구간에서는 오르막 경사가 끝나는 정상 부근에서 경사를 비교적 완만하게 하는 것이 좋다.

⑥ 종단경사는 완만할수록 좋겠지만 노면의 배수를 고려할 때 최소 0.3％의 경사로 하는 것이 좋다.

⑦ 종단선형의 좋음과 나쁨은 평면선형과 관련하여 결정되는 수가 많으므로 평면선형과의 조화에 주의하고, 입체적인 선형으로 양호한 것이 되도록 해야 한다.

⑧ 환기시설 설치가 불필요한 길이가 짧은 터널에서의 종단경사는 지형조건에 맞추어 경사를 결정해야 하며, 환기시설이 필요한 장대터널에서는 환기시설의 비용을 절감시키기 위하여 터널 내의 오르막 경사를 완만하게 하여 자동차 배기가스량을 최소로 할 필요가 있다. 이를 위하여 장대터널 내에서는 오르막경사를 3％가 넘지 않도록 하는 것이 좋다. 그러나 지형상 특별한 사유로 급한 오르막경사를 적용한 경우는 자동차의 배기가스 배제에 지장이 없도록 환기시설을 설치해야 한다.

2. 종단선형 설계의 방법

종단선형 설계의 순서는 평면선형 설계의 경우와 마찬가지로, 먼저 지형의 변화에 맞추어서 제약받는 지점(control point)이나 땅깎기·흙쌓기 균형 등의 조건을 고려하여 직선형으로 종단경사를 설정하고, 이들을 연결하는 직선의 경사에 따라 종단형상의 기본형이 정해지며, 그 다음에 종단경사의 변화점에 종단곡선을 필요에 따라 적절한 길이로 삽입시키는 형태로 진행되고 있다.

이렇게 하여 이들 일련의 작업을 시행착오적으로 반복하여 자동차의 주행 조건과 건설비의 관계를 조정하여 종단선형이 최종적으로 정하여진다.

따라서, 이 과정에서 문제가 되는 것은 주어진 지형조건 등의 제약을 바탕으로 하여 어느 정도의 종단경사로 설치하는 것이 적당할 것인가 하는 문제와 자동차 주행에 지장이 없는 종단곡선 길이의 선정 등 두 가지이다.

한편 종단곡선 길이 혹은 종단곡선 변화비율은 자동차의 주행에 대하여 충격 완화 및 정지시거 확보에 필요한 길이를 산정하여 규정하고 있다. 그러나 이와 같이 정해진 최소 종단곡선 길이나 종단곡선 변화비율은 자동차의 주행 역학상의 요구를 만족하는 것이라 하여도 도로의 시각적인 연속성이나 운전자에 대한 심리적인 쾌적성을 보증하는 것은 아닐 것이다.

운전자의 시각은 본래 경사 그 자체를 인지하기에 그다지 민감하지는 않으나 경사 차이에 대한 인식은 매우 민감하게 인식하는 특성이 있다.

따라서, 종단곡선 길이가 너무 짧으면 그 점에서 도로가 부자연스럽게 절곡되어 있는 것처럼 보여 운전자에게 그 도로가 원활하게 흘러가는 것 같은 인상을 주지 못한다.

이와 같은 것은 설계속도가 낮은 도로에서는 그다지 큰 문제가 되지 않지만 고속국도와 같이 운전자의 시점이 300~600m나 되는 먼 곳에 집중되고 있는 도로에서는 시각적인 부자연스러움이 운전자의 지각 반응에 영향을 주게 되어 주행상 안전성의 문제와 결부될 가능성이 크다.

오래 전의 종단선형 설계 기법으로 건설된 도로에서 볼 수 있는 바와 같이, 규정에 정하여진 최소 종단곡선을 삽입한 선형은 멀리서 보면 부자연스럽기도 하고 딱딱한 판을 늘어놓은 것처럼 보이게 된다.

긴 직선∼짧은 평면곡선형의 평면선형을 가진 도로에 있어서 종단곡선도 일반적으로 긴 직선∼짧은 종단곡선형을 적용하여 짧은 종단곡선 길이를 적용하고 있는 것이 일반적인데, 이렇게 하면 종단곡선을 기계적으로 허용하는 한 짧게 설치하는 바람직하지 않은 설계를 하게 된다. 그런데 규정에 정하여진 종단곡선 길이와 종단곡선 변화비율의 값은 앞서 기술한 바와 같이 자동차의 주행 역학상의 요구를 최소 한도로 만족하도록 정해진 것으로서, 그 이상의 안전성과 운전자의 시각적 및 심리적인 측면에서 연속성과 쾌적성을 보증하는 것이 아니므로 시각적 원활성을 얻기 위해서는 기준치보다 크게 설치할 필요가 있다.

일반적으로 평면선형의 경우는 지형의 제약이나 장애물 때문에 어느 크기 이상의 곡선을 설정할 수 없는 경우가 때때로 생기지만, 종단선형의 경우는 약간의 토공량 증가나 구조물 설치 비용을 추가하여 종단곡선 길이를 크게 확보할 수 있는 경우가 많다.

이와 같이 종단곡선을 가능한 한 길게 잡는다는 것은 설계 및 시공의 양면에서 어려운 일이긴 하지만, 이러한 설계기법으로 완성된 도로는 지형에 잘 어울리고 연속적으로 흐르는 것 같은 인상을 주어 쾌적한 주행을 가능하게 한다.

이를 다시 발전시켜 가면 평면선형의 설계와 마찬가지로 종단선형의 설계도 연속된 곡선을 설치한 설계가 될 수 있다. 이와 같은 설계기법에서는 먼저 지형에 맞춰 종단곡선을 설정하고, 인접하는 종단곡선끼리 접선을 삽입하여 연결해 간다. 이렇게 하면 때로는 두 종단곡선을 포괄하는 하나의 종단곡선으로 치환되는 수도 있다.

5-4-7 평면선형과 종단선형과의 조합

평면선형과 종단선형의 조합은 자동차의 운동 역학적 요구뿐만이 아니라, 운전자의 시각적, 심리적 요구를 충분히 고려하여 설계할 때에는 다음 사항에 유의해야 한다.

① 선형이 시각적 연속성을 확보할 것.

② 평면곡선과 종단곡선의 크기가 균형을 이루도록 할 것.

③ 노면의 배수 및 자동차의 운동 역학적 요구에 적절히 조화된 경사가 설치될 수 있도록 조합할 것.

④ 도로 환경과의 조화를 고려할 것.

1. 일반사항

도로의 선형 설계는 노선 계획으로 시작하여 평면선형 설계, 종단선형 설계로 이어지고, 마지막으로 도로 환경과 조화될 수 있도록 평면선형과 종단선형의 조합으로 완료된다.

따라서, 평면선형과 종단선형의 조합은 실제로 도로를 주행하는 운전자의 시각으로 계획되지 않으면 안 되므로 3차원 투시도의 이용이 필요하며, 최근에는 시간을 포함한 4차원적 접근의 필요성도 대두되고 있다.

이러한 선형 조합의 문제는 도로 선형 설계의 최종적 단계이며, 이제까지는 자동차의 물리적 요구를 만족하는 안전성 측면에서만 설명되었지만 도로 설계에 있어서는 그와 동시에 주행하는 운전자의 시각적, 심리적 및 생리적 요소를 좌우하는 시간적 문제가 중요하게 고려되어야 한다.

이 시각적, 심리적 문제는 물리적 문제와는 달리 정량화하기 어렵고, 또 운전자 개개인의 차이 등으로 설계에 반영시키기 어렵다. 특히, 경제성과 관련지어서 그 도로가 목표한 바에 정량화시켜 반영하기도 어렵다. 그러므로 도로를 설계할 때 그 도로가 목표로 하는 설계수준에 따라 결정될 수밖에 없다.

물론 시각적인 문제는 도로의 선형 설계에 있어서 가장 어려운 분야이지만 최근 국외에서는 도로 환경이나 운전자의 심리적, 생리적 관계 등의 연구도 진행되고 있는 상태이다.

평면선형과 종단선형의 조합 문제는 그 도로의 시각 환경과의 조화라고 하는 관점에서 도로의 선형 설계에 있어서 언제나 고려되어야 할 것이며, 평면선형과 종단선형의 좋은 조합을 택한다는 것은 선형 설계가 물리적 요구와 인간적 요구를 모두 만족시키지 않으면 안 된다는 데에 그 어려움이 있다.

또, 여기에서 설명하는 조합의 사항도 현재까지의 경험 등을 바탕으로 한 일반적인 설계방향이므로 하나하나의 문제 해결은 설계자의 판단에 따라야 할 것이다.

2. 조합의 일반방침

(1) 선형이 시각적 연속성을 확보할 것

평면선형과 종단선형의 대응이 완전하게 되어 시각적 연속성이 확보된 선형은 운전자의 눈으로 보아서 미끈하고 아름다운 선형이다.

따라서, 이와 같은 선형을 설계하는 데에는 먼저 평면선형과 종단선형의 대응을 고려할 필요가 있다. 구체적으로는 평면선형과 종단선형을 겹쳐서 원곡선 부분에서 종단곡선을 포용하는 듯한 설계로 하는 것이 좋다.

또한, 종단곡선 구간을 클로소이드에 겹치는 일은 피하는 것이 좋으며, 가능한 한 원곡선 내에 들어가는 것이 필요하다.

 

그림 5-63 평면선형과 종단선형의 대응

이는 종래 평면선형과 종단선형의 조합에 대하여 경험적으로 알려져 왔던 원칙과 일치하는 것이다.

평면선형과 종단선형이 대응하고 있지 않아 볼록형 종단곡선의 정점에서 평면곡선이 시작되면 운전자에게 원활한 시선유도를 하지 못하며, 또한 오목형에서는 가장 낮은 지점 부근에서 배수상의 문제와 도로가 뒤틀려 보이는 등의 시각적 문제가 생긴다.

그리고 하나의 평면곡선에 몇 개의 종단곡선이 있으면 운전자에게 도로가 꺾어져 있는 것처럼 보일 수도 있다. 이들은 어느 것이나 평면곡선과 종단곡선의 대응이 부적당한 데에서 기인되는 것이다.

 

 

 

그림 5-64 정점(crest)부의 시선유도

각 경우별로 평면선형과 종단선형의 조화를 도식화하여 보면 다음과 같다.

 

 

 

 

그림 5-65 평면선형과 종단선형의 조합(예시)(계속)

 

 

 

그림 5-65 평면선형과 종단선형의 조합(예시)(계속)

 

 

 

그림 5-65 평면선형과 종단선형의 조합(예시)

(2) 평면곡선과 종단곡선의 크기가 균형을 이룰 것.

평면곡선과 종단곡선은 그 크기가 서로 균형이 잡혀 있지 않으면 공사비 측면에서 낭비를 초래할 뿐만 아니라, 선형이 작은 쪽이 필요 이상으로 강조되어 보여 시각적인 균형을 잃게 되고 운전자에게도 심리적으로 불안감을 주게 된다. 그러나 양자의 균형에 대하여 구체적인 수치로 제시하기는 어려운 실정이므로 설계할 때 도로 주변 여건을 고려하여 세심한 주의를 기울여야 할 것이다.

 

 

 

그림 5-66 평면선형과 종단곡선의 균형

(3) 노면 배수 및 자동차의 역학적 요구에 적절히 조화된 경사가 설치될 수 있도록 조합할 것.

산지 등에서 종단경사가 큰 구간에 작은 평면곡선이 삽입되어 있으면 종단경사가 급한 경사로 보이기 쉬워 주행상의 안전성이 확보되지 못하며, 또한 평지에서 종단경사가 거의 수평에 가까운 경우 평면곡선의 변곡점 부근의 종단경사가 매우 작게 되어 노면 배수 문제가 발생하므로 적합한 종단경사를 설치하여 평면곡선과 종단곡선이 적절히 조합되도록 하는 것이 필요하다.

(4) 도로 환경과의 조화를 고려할 것.

평면선형과 종단선형의 조합이 아무리 좋다 해도 그 선형이 통과하는 지역의 환경에 조화되고 있지 않으면 도로를 주행하는 운전자에게 안전하고 쾌적한 도로라고 할 수 없다.

낮은 설계수준인 도로에서는 지역 조건이나 공사비 등에서 선형의 시각적인 문제가 제약을 받게 된다. 이와 같은 경우에는 방호울타리, 식수, 땅깎기 비탈면 등으로 도로 환경을 개선하여 시선 유도를 보조할 수 있도록 고려할 필요가 있다.

 

 

 

 

그림 5-67 식재에 의한 시각 환경

3. 피하는 것이 바람직한 조합

평면선형과 종단선형이 조화를 이루기 위하여 앞서 언급한 조합의 일반적인 방향뿐만 아니라 다음과 같은 선형의 조합을 피하는 것이 바람직하다.

그러나 우리나라의 지형조건상 그렇지 못한 경우가 종종 발생하므로 피해야 할 선형의 문제점을 확실히 파악하여 안전시설의 설치, 배수 조건의 개선 등으로 그것을 해결한다면 운전자에게 안전하고 쾌적한 주행을 확보하여 줄 수 있다.

(1) 볼록형 종단곡선의 정점부 또는 오목형 종단곡선의 저점부에 반지름이 작은 평면곡선의 삽입은 피할 것.

시선 유도나 자동차의 주행상 피하지 않으면 안 되는 예로서, 볼록형에서는 시선이 유도되지 않아 급한 핸들 조작을 하게 되며, 오목형에서는 자동차가 속도를 내다가 급한 핸들조작이 필요하게 되므로 어느 정도 위험한 상태를 야기시킬 가능성이 많다.

오목형의 경우에는 운전자에게 오목형 종단곡선의 저점부를 지나가면서부터 오르막경사이지만 앞의 내리막 경사 구간에서 오르막 경사를 보기 때문에 과도한 오르막 경사가 있는 것처럼 착각을 일으키며, 또한 내리막 경사를 주행하고 있는 운전자는 내리막 경사 구간 중에 있다는 것을 인지하지 못하고 과도한 속도로 주행하게 되는 경향을 보인다. 또한, 흙쌓기부에 반지름이 작은 평면곡선이 설치된 오목형 종단곡선구간에서는 착시로 인하여 내리막 경사를 오르막 경사로 착각하는 일이 종종 일어난다.

(2) 볼록형 종단곡선의 정점부 또는 오목형 종단곡선의 저점부에 배향곡선의 변곡점을 두는 것은 피할 것.

볼록형의 경우, 이러한 구간을 주행하는 자동차의 운전자는 시선유도시설이 없을 경우 공중에 떠서 주행하는 듯한 상태가 되어 운전자에게 불안감을 주게 된다. 더욱이 정점부에 가까이 왔을 때 비로소 선형이 반대방향으로 굴곡하고 있다는 것을 알게 되므로 핸들 조작에도 지극히 위험하다.

오목형 종단곡선의 저점부에 변곡점이 있는 경우에는 배수상의 문제가 된다. 그러나 이와 같은 경우에는 전체를 투시할 수 있어 시선 유도상의 문제는 없으므로 부득이 이러한 조합이 이루어질 경우 노면 배수에 각별히 신경을 써야 하며, 이와 같은 조합은 평면곡선과 종단곡선을 겹친다고 하는 원칙을 준수하면 피할 수 있다.

(3) 하나의 평면곡선 내에서 종단선형이 볼록과 오목을 반복하는 것은 피할 것.

하나의 평면곡선 내에서 종단선형이 볼록과 오목을 반복하는 것은 피하지 않으면 안 된다. 가능한 한 하나의 평면곡선에 하나의 종단곡선을 대응시키도록 하는 것이 좋다.

하나의 평면곡선 내에서 종단선형을 반복하는 경우 종종 생기는 문제로, 앞턱과 끝만이 보이고 그 중간은 푹 패어서 보이지 않는 선형이 되는 경우이다.

이러한 선형은 평면선형이 비교적 직선에 가까운 경우에 생기는 일이 많은데, 일련의 선형이 중단되어 시각적으로 불안하게 됨과 아울러, 푹 패임의 정도가 설령 작다 하더라도 운전자는 갑자기 속도를 줄이는 경우가 많다.

(4) 같은 방향으로 굴곡하는 두 곡선 사이에 짧은 직선의 삽입은 피할 것.

이는 평면선형과 종단선형의 조합이라기보다는 평면선형과 종단선형 개개의 문제인데, 이와 같은 선형(broken back curve)은 피하는 것이 좋다.

평면선형의 경우는 직선부가 양단의 곡선과 반대방향으로 굴곡되고 있는 것처럼 보이고, 또, 종단선형의 경우는 직선부가 떠오르듯이 보이기 때문에 시각적인 원활성이 결여된다. 따라서, 이러한 선형은 하나의 큰 곡선으로 설치하거나 복합곡선으로 설치하는 것이 바람직하다.