부록 A

 

 

 

【부록 A】도로 동상방지층 설계 예

동상방지층을 제외한 포장단면 두께가 결정되면, 동상을 고려한 동상방지층 설계를

수행한다. 동상방지층 설계는 크게 세 부분으로 나누어지는데, 첫 번째는 동상방지층 설치

필요성 여부를 구간별로 평가하는 것이고, 두 번째는 동상방지층이 필요한 구간의 동상방지층

두께를 결정하고, 세 번째는 동상방지층의 구조적 능력을 고려해서 포장단면을 조정하는

것이다.

 

본 설계의 구간의 일반적 특성은 다음과 같다.

(1) 도로구분 : 국도 〇〇 호선

(2) 위치 : 〇〇

(3) 설계구간 길이 : 8km

(4) 포장형식 : 아스팔트 콘크리트 포장

(5) 포장층 두께 : 표층 50mm, 중간층 60mm, 기층 140mm, 보조기층 200mm

(6) 설계구간 포장계획면의 최대표고 : 281.3m ∼ 366.3m (최대표고 : 366.3m)

 

A.1 동결깊이를 고려한 동상방지층 설치여부 판정

동상방지층 설계의 시작은 동결깊이를 고려하여 동상방지층 설치 필요성 여부를 판정하는

것이다. 포장층의 두께가 설계동결깊이보다 큰 경우에는 동상방지층을 생략하고 설계를

완료한다.

 

A.1.1 동결지수 산정

기상청 데이터가 없는 〇〇지역의 동결지수를 산정하기 위하여 표 A.1의 좌표별

동결지수를 사용한다.

 

 

 

 

 

설계구간 〇〇 좌표는 동경 127.4, 북위 37.1이고, 최대표고는 366.3m이다.

 

 

A.1.2.1 좌표에 따른 동결지수 산정

〇〇지역의 좌표가 표 A.1에 없는 좌표이므로, 직선보간법을 이용하여 해당 좌표의

동결지수를 구한다. 동경 127.4, 북위 37.1에 대한 동결지수는 동경 127.4, 북위 37.0과 동경

127.4, 북위 37.2의 값들을 이용하여 구한다.

 

동경  북위 의 동결지수      

 

따라서 북위 37.1, 동경 127.4의 설계구간 〇〇의 동결지수는 310.5(°C·day)이다

 

 

A.1.2.2 표고차에 대한 동결지수 수정

위의 표 A.1의 동결지수들은 지반고 100m를 기준으로 한 값들이다. 하지만 ○○지역의

지반고는 100m가 아니기 때문에, 지반고의 차이에 대한 수정이 이뤄져야 한다. 현재

○○지역의 지반고 100m 기준일 때의 동결지수는 310.5(°C·day)이고, 실제 지반고는

366.6m이다.

 

지반고의 차이에 대한 수정은 (식 A.1)과 같이 결정한다. (식 A.1)의 동결기간은

설계구간에서 가장 가까운 측후소의 동결기간을 사용한다.

 

수정동결지수   동결지수   ×동결기간×

표고차 (식 A.1)

 

수정동결지수      ××



 

 

A.1.2 설계동결깊이 산정

설계구간 〇〇의 최대동결깊이는 한국형 동결깊이 예측식(식 A.2)을 사용한다.

 

     (식 A.2)

 

여기서, Z = 최대동결깊이(mm)

F = 설계동결지수(℃․일)

C = 동결지수에 따른 보정상수

 

 

표 A.2 동결지수에 따른 보정상수(C) 값

설계동결지수(F)           0∼100미만   100이상 200미만   200이상 300미만   300이상 400미만   400이상 500미만   400이상 500미만   500이상 600미만

동결지수에 따른              27.3                30.2                    35.6                   35.6                   42.1                    48.1                    53.0

보정 상수(C) 값

 

설계동결지수가 432.2이기 때문에 표 A.2에 따라 C는 48.1이다.

 

최대동결깊이      ≒  (식 A.3)

 

포장의 설계에서 설계동결깊이는 노상동결관입허용법을 적용하여 최대동결깊이의 75%를

사용한다.

 

설계동결깊이    ×    (식 A.4)

 

따라서 동상방지층은 300mm(750mm - 450mm = 300mm)의 두께로 설치한다.

동상방지층의 설치 두께 300mm는 전체 설계구간에 적용되는 것은 아니며, 터널, 교량 등

구조물 구간은 동상방지층이 불필요하다. 노상토가 암반구간인 경우에도 동상방지층 설치는

불필요하다. 흙쌓기 및 땅깎기 구간이라 할지라도 동상방지층 설치여부는 노상토 조건 및

지하수위를 고려한 추가적인 검토를 통하여 최종적으로 판정한다. 또한 동상방지층이

설치되는 구간에 대해서는 동상방지층의 구조적 능력을 고려하여 포장단면을 재조정한 단면과

시공성, 경제성 등을 고려하여 최종단면을 결정하게 된다.

 

 

A.2 흙쌓기 높이를 고려한 동상방지층 설치구간 판정 및 지반조사 계획

 

A.2.1 흙쌓기 높이를 고려한 동상방지층 설치구간 판정

 

흙쌓기 높이는 종평면도 상에서 결정한다. 일반적으로 20m 간격으로 계획고, 지반고를

측정하게 되므로 각 측점의 흙쌓기 높이를 표 A.3과 같이 결정한다.

 

표 A.3 종평면도 상에서 흙쌓기 높이 결정

측점                         0+20      0+40     0+60     0+80    0+100      0+120      ∙∙∙

계획고 (m)             ① 291.51   292.01    292.51   293.51   293.55     294.15       ∙∙∙

지반고 (m)             ② 288.14   288.65    289.21   286.52   286.52     285.87       ∙∙∙

절성고 (m)             ③  3.37        3.36       3.30      6.99       7.03        8.28       ∙∙∙

포장층두께 (m)            0.45        0.45       0.45      0.45       0.45        0.45       ∙∙∙

흙쌓기 높이(m)       ④  2.92        2.91       2.85      6.54       6.58        7.83       ∙∙∙

(+흙쌓기, -땅깎이)

 

① 계획고 : 포장체 완성면(포장표면)의 표고

② 지반고 : 원지반의 표고

③ 절성고 = 계획고 - 지반고 = ① - ②

④ 흙쌓기 높이 = 노상 상단면까지 흙쌓기 높이 = 절성고 - 포장층 두께

 

전체 설계구간에서 구조물 구간(터널 및 교량), 땅깎기 구간, 흙쌓기 2m 이상 구간, 흙쌓기

2m 이하 구간 등으로 나누어 조사한다. 동상방지층 필요성 여부를 추가 검토해야 하는 구간은

땅깎기 구간 및 흙쌓기 높이 2m 이하 구간이다. 조사된 결과는 그림 A.1와 같이 나타났으며,

추가적으로 동상방지층 설치여부를 판정해야하는 검토구간은 표 A.4와 같이 나타났다.

 

 

 

표 A.4 동상방지층 설치여부 판정이 필요한 구간

  구 분             시 점         종 점     구간 길이 (m)

검토구간 - 1    0 + 320    0 + 420       100

검토구간 - 2    0 + 860    1 + 120       260

검토구간 - 3    1 + 340    1 + 760       420

검토구간 - 4    1 + 880    2 + 180       300

검토구간 - 5    2 + 820    2 + 980       160

검토구간 - 6    3 + 260    3 + 840       580

검토구간 - 7    5 + 480    6 + 100       620

검토구간 - 8    7 + 420    8 + 000       580

 

A.2.2 동상설계 지반조사 계획 수립

 

설계동결깊이 및 흙쌓기 높이를 고려하여 동상방지층의 설치 필요성을 우선 판정하였다.

동상방지층 설치여부에 대한 추가적인 검토가 필요한 구간에 대해서는 수분영향 및 노상토의

특성을 조사하여 동상방지층 설치 여부를 판정하게 된다. 또한 지하수위 및 노상토의 토질

특성을 조사할 필요가 있다.

 

도로 동상방지층 설치 필요성 판정을

위한 지반조사는 도로 중심선을 따라 300m∼500m

간격을 기본으로 한다. 따라서 검토구간의 길이가 300m 이하인 곳에서는 한 곳, 검토구간

길이가 300m∼500m 이상인 경우에는 300m∼500m 간격으로 시추공을 설치한다.

 

표 A.4에 나타낸 검토구간의 특성을 고려하여, 구간 길이가 300m 이하인 구간은 1개소를,

구간길이가 300m 이상인 구간에서는 2개소의 시추공 조사를 계획하였다. 시추공이 2개 이상

[부록 A] 도로 동상방지층 설계 예

도로 동상방지층 설계지침

설치되는 구간길이가 300m∼500m 이상 구간은 세부적인 구간으로 나누고, 각각의 세부적인

구간에 시추공을 1개씩 계획하였다. 검토구간은 동상방지층 설치 필요성을 판정하는

최소구간으로 빈번한 포장단면의 변화로 인한 시공의 조잡성을 피하여 설정한다.

 

각 구간의 시추공 세부위치는 가급적 구간의 중심위치에 근접하고 지하수 계측을 위한 시추

깊이가 크게 필요하지 않으며, 쌓기 또는 깎기 높이가 낮은 곳으로 선정하였다. 구조물설계 등

다양한 목적으로 수행하는 지하수위 자료를 동상방지층 설치여부 판정을 위한 목적으로 추가

활용할 수 있다. 지하수위 조사를 위한 계측위치를 정리하면 표 A.5와 같다.

 

표 A.5 동상방지층 설치여부 판정을 위한 지반조사 위치 선정

 

 

조사깊이는 포장계획면 아래 10m 이내로 하고, 그 이전에 암반이 도출되는 경우에는

암반선을 확인하고 시추조사를 완료한다. 깎기 구간에서는 노상토가 설치되는 깊이에서

교란시료를 채취한다.

 

노상토의 특성은 시추공에서 채취한 교란시료를 사용하여 판정한다. 원지반을 노상으로

사용할 경우에는, 지층의 입도분석, 액소성한계 등 기초 토질 물성치를 실내시험을 통하여

결정해야한다. 노상이 흙쌓기 구간인 경우에는 흙쌓기 재료에 대한 기초 토질 물성치를

실내시험을 통하여 결정해야한다. 동상민감도 결정을 위한 입도분석 수량은 시추조사 수량과

동일하게 수행한다.

 

동상민감도 결정을 위한 입도분석 수량은 시추조사 수량과 동일하게 수행하며, 노상상부에

해당되는 재료만을 이용한다. 노상토는 기본적으로 하부노상 품질기준 이상인 0.08mm 통과율

50% 이하의 조립토만을 이용해야 하므로, 동상민감도 결정시 흙의 분류 및 입도분석에서의

비중계 분석을 생략할 수 있다.

 

연장 300m 이내에 쌓기부만 존재하고, 쌓기 재료의 흙을 깎기부의 흙으로 유용할 경우

깎기부의 시험결과를 이용한다.

 

지하수위가 포장계획면으로부터 10m이하에 있는 경우, 지하수위의 공간적 변동 및 시간적

변동을 고려할 지라도 동상이 발생하는 충분한 수분공급이 억제되므로 지하수위 관측은

불필요하다. 10m 이하에서 지하수위가 발견되지 않는 경우에는 조사를 중단하고, 지하수위

10m 이상으로 표기한다.

 

지하수위는 시간에 따라 변화하므로, 동상방지층 필요성 판정 시 동결이 일어나는 기간의

연속적인 지하수위 자료를 필요로 한다. 그러나 지하수위를 연속적으로 측정하는 것은 많은

비용을 수반하여 비경제적인 경우가 많이 발생한다. 따라서 특정한 시기에 1회 측정치로부터

지하수위의 시간적 변동을 고려하여 동상설계 지하수위를 결정하도록 하여야 한다. 다만,

관측정 설치 직후의 지하수위는 설치과정에서 교란될 가능성이 있으므로, 지하수위 측정은

관측정 설치 후 적어도 7일 이후에 실시한다. 만일 지하수위를 연속적으로 측정하는 경우는,

11월∼2월(4개월) 동안의 계측을 실시하고 적어도 2주에 1회 이상 지하수위를 측정해야

한다.

 

조사결과 보고서에는 측정위치, 지층구조, 측정 지하수위, 지하수위 조사일시, 노상토의

토질특성의 내용을 포함하여야 한다. 결과보고서에 조사일시를 포함하는 것은 지하수위의

시간적 변동을 고려하여 동상설계 지하수위를 결정하기 위함이다.

 

A.3 지하수위를 고려한 동상방지층 설치구간 판정

 

지하수위를 고려한 동상방지층 설치구간 판정을 위해 측정된 지하수위 계측결과는 표

A.6과 같다. 측정된 지하수위는 특정한 시기에 지표면으로부터 깊이를 측정한 것이다.

동상수위높이차를 결정하기 위해서는 측정시기에 따른 보정과 포장표면으로부터

최대동결깊이를 고려하여야 한다.

 

표 A.6에 정리한 동상수위높이차는 각 측정위치에서의 지하수위로부터 지하수위의 시간적

변동을 고려하여 결정된 값이다. 지하수위는 지형조건에 따라 공간적으로도 변화하므로 이를

고려하여 검토구간의 최종적인 동상수위높이차를 결정해야한다.

 

지하수위의 공간적 변화는 하천 등과 같은 인접한 지하수위 경계조건, 지형변화, 특히

암반선의 변화와 밀접한 관련이 있다. 또한 도로건설에 따른 지형변화(흙쌓기 및 땅깎기)에도

영향을 받는다.

 

그러나 도로건설에 따른 지형변화(흙쌓기 및 땅깎기)이 영향은 별도로 고려할 필요가 없다.

땅깎기 구간인 경우에는 도로건설에 따라 지하수위가 내려가면서 동상수위높이차가 증가하여

보다 안전하므로 별도로 고려할 필요가 없다. 흙쌓기 구간에서는 일부 지하수위 상승에 따른

동상수위높이차의 감소가 발생할 수 있으나, 동상수위높이차 판정 기준 값에 반영되어

있으므로 추가적으로 고려할 필요성은 없다.

 

지하수위의 공간적 변화는 하천 등과 같은 인접한 지하수위 경계조건, 지형변화를 고려하여

엄밀하게 지하수위 선을 결정하는 것은 어려운 일이다. 따라서 안전측의 개념에서 검토구간의

최대지하수위 상승을 고려하여 동상수위높이차를 적용하여야 한다. 또는 지하수위의 공간적

분포를 결정하는 일반적인 방법을 적용하여도 무방하다.

 

표 A.6 지하수위 측정 결과 및 측정위치의 동상수위높이차 결정

 

 

① 지하수위 = 원지반에서 지하수위의 깊이

 

② Hc = 지하수위의 시간적 변동을 고려한 보정 값

= 0.8m (측정시기가 5월∼8월 또는 11월∼2월에 포함된 경우)

= 1.5m (측정 시기가 3월∼4월, 9월∼10월에 포함된 경우)

 

③ 절성고 = 계획고 - 지반고 (+ 흙쌓기, - 땅깎기)

 

④ (Hf,min) = 동상수위높이차

= 측정된 지하수위 (포장 표면으로부터의 깊이)

- 지하수위의 시간적 변동을 고려한 보정 값 - 최대동결깊이

= (① + ③) - ② - 최대동결깊이

 

측정 지점에서 시간적 변동을 고려하여 결정된 동상수위높이차로부터 검토구간의 공간적

변동을 고려한 보수적 관점의 동상수위높이차를 (식 A.5) 및 (식 A.6)을 사용하여 결정한다.

 

 min    min      (식 A.5)

여기서, (Hf,min)D = 검토위치의 동상수위높이차

(Hf,min)m = 지하수위 측정위치의 동상수위높이차

 = 공간적 최대지하수위 변동높이

 = 포장계획면 높이차 (검토위치 - 측정위치)

 

   ×   (식 A.6)

여기서,  = 공간적 지하수위 변동 최대 높이차

 = 최대지반고 위치와 측정지점 사이의 거리

 = 최대지반고 위치와 측정지점 사이의 지반고 높이차

 

 

 

그림 A.2 동상설계 지하수위의 공간적 변동 결정 개념도

 

 

(식 A.6)은 지형이 급변하더라도 지하수면의 경사도는 5% 이내로 제약되는 것을 고려하여

결정한 것이다. 지반고가 최대인 위치에서 지하수위의 최대 공간적 변화는 (식 A.5)과 같이

결정한다. 지반고가 최소인 위치에서의 공간적 최대지하수위 변동높이( )는 0으로 한다.

 

검토구간 1의 경우, 표 A.7에 정리한 바와 같이 지하수위 측정위치에서 동상수위높이차는

1.13m로 결정되었다. 본 구간의 경우 동상수위높이차가 1.5m 이하로 수분영향에 의한

기준으로 동상방지층을 생략할 수 없는 구간으로, 동상수위높이차의 공간적 변동을

추가적으로 검토할 필요가 없다.

 

검토구간 3-2의 경우, 표 A.7과 같이 지하수위 측정위치에서 동상수위높이차는 3.51m로

결정되었다. 지하수위 측정위치에서 동상수위높이차가 1.5m 이상이므로 검토구간의 지반고가

최대 또는 최소인 위치에서 동상수위높이차의 공간적 변동을 추가적으로 검토할 필요가 있다.

검토구간 3-2의 최대지반고는 1+720 으로 지하수위측정 지점과의 거리는 60m, 지반고

높이차는 12.8m, 포장계획면 높이차는 -1.94m로 조사되었다. 따라서 검토구간-3-2에서

최대지반고 위치에서 동상수위높이차는 (식 A.5) 및 (식 A.6)을 적용하여 0.93m 로

결정된다. 최소 지반고는 1+760 으로 포장계획면 높이차는 -3.23m로 나타났다. 따라서

검토구간 3-2에서 최소 지반고 위치의 동상수위높이차는 (식 A.5) 및 (식 A.6)을 적용하여

0.28m로 평가된다. 지하수위 측정위치, 최대지반고 위치, 최소지반고 위치 중 최소

동상수위높이차는 0.28m로 1.5m 이하로 결정된다. 따라서 본 구간에서는 동상수위높이차를

기준으로 동상방지층을 생략할 수 없다.

 

앞에서와 같은 방법으로 각 구간의 동상수위높이차를 결정하여 정리하면 표 A.7과 같다. 각

구간의 동상수위높이차 중 최소값을 이용하여 해당 구간의 동상방지층 설치여부를 판정한다.

예를 들면, 검토구간 5의 경우에는 지하수위 측정위치의 동상수위높이차는 1.5m 이상이지만

공간적 변동을 고려한 동상수위높이차의 최소값은 0.46m로 평가되었으므로 동상방지층을

생략할 수 없는 구간에 해당한다.

 

표 A.7 검토구간별 최소 동상수위높이차 결정 및 동상방지층 설치여부 판정

 

 

A.4 노상토의 특성을 고려한 동상방지층 설치구간 판정

 

동상방지층 설치 유무를 판단하기 위한 절차로서 노상토의 0.08mm 통과율에 따른

동상민감도를 결정한다. 동상민감도는 계획고 하부의 시추공 샘플을 이용한 체가름 시험으로

0.08mm 통과율을 결정하며, 계획고에 암반이 발생하는 경우 및 토사의 경우 0.08mm

통과율이 8% 이하인 경우에는 동상방지층을 생략한다. 동상민감도 판단을 위한 구간은 최대

300m를 기준으로 하며, 구간이 300m 이상인 경우 구간 시점으로부터 300m 간격으로

분할하여 동상민감도를 결정한다.

300m 이내인 구간에서의 입도분석이 2개 이상이고 0.08mm 통과율이 8% 초과 및 이하로

상이하게 나타나는 경우에는 0.08mm 통과율이 높은 시험결과를 이용한다. 땅깎기 구간의

동상민감도는 시추조사 시 노체 상단면 하부 1m 이내에서 채취된 시료를 사용한 입도분석

결과를 이용한다.

노상토의 동상민감도 결정을 위한 각 구간별 노상토의 종류 및 0.08mm 통과율은 표 A.8과

같이 나타났다.

 

 

 

각 구간의 노상토 특성을 고려한 동상방지층 설치구간 판정은 아래와 같다.

 

① 구간 1은 대부분 땅깎기 구간으로 계획고 하부에서 채취된 교란시료의 입도분석 결과

    0.08mm 통과율이 8%를 초과하므로 동상방지층을 설치해야 하는 구간이다.

② 구간 2는 일부 땅깎기와 흙쌓기가 교차되는 구간으로, 시추 조사시 0.08mm 통과율이

    8%를 초과하므로 동상방지층을 설치해야 하는 구간이다.

③ 구간 3은 땅깎기 구간으로, 암반과 0.08mm 통과량이 8% 이하인 양질의 노상토로

    구성되어 있으므로 동상방지층은 생략된다.

④ 연장 300m인 구간 4는 땅깎기와 흙쌓기가 교차되며, 흙쌓기 높이가 낮은 구간에서

    시추조사가 이루어졌고, 0.08mm 통과량은 8% 이하이다. 이 구간의 흙이 동일한(비슷한)

    것으로 판단되고, 땅깎기부의 흙을 유용하여 흙쌓기를 하는 경우 동상방지층을 생략한다.

⑤ 구간 5는 양질의 토사로 이루어진 땅깎기 구간으로 0.08mm 통과율은 8% 이하이므로

    동상방지층을 생략한다.

⑥ 구간 6은 땅깎기와 흙쌓기가 교차되는 연장 580m 구간으로 구간 시점으로부터 290m

    구간과 이후 290m 구간으로 분리하여 검토한다. 두 공의 시추 및 체가름 시험결과, 앞

    구간은 0.08mm 통과율이 8% 이하이므로 동상방지층을 생략하며, 뒷 구간은 0.08mm

    통과율이 8% 초과이므로 동상방지층을 설치해야 하는 구간이다.

⑦ 구간 7은 연장 620m 구간으로 구간 시점으로부터 310m 구간과 이후 310m 구간을

    분리하여 검토한다. 이 구간은 계획고와 지반고가 거의 동일한 지형으로 두 공의 시추공에

    대한 체가름 시험결과, 0.08mm 통과율은 8% 초과하므로 동상방지층을 설치해야 하는

    구간이다.

⑧ 구간 8 또한 연장 580m 구간으로 290m 씩 분리하여 검토한다. 해당 구간은 전체적으로

    대부분 흙쌓기 구간으로 높이가 낮으며, 재료는 토취장에서 운반된 것으로 토취장 시료의

    0.08mm 통과율이 8%를 초과하므로 동상방지층을 설치해야 한다.

 

A.5 구조적 능력을 고려한 동상방지층 결정

 

포장 설계 단면은 앞에서 제시된 설계 구간의 일반적인 특성과 A.1.2의 설계 동결깊이

그리고 표 A.9의 설계 기본 조건으로 설계할 수 있다. 이와 같은 조건을 이용하여 포장 설계

단면을 결정한 결과, 표 A.9와 같이 동상방지층을 300mm를 설치해야하는 것으로 나타났다.

동상방지층 설치구간에 대해서는 동상방지층의 구조적 효과를 고려하여 포장 단면을

조정한다.

 

표 A.9 포장 설계기본 조건 및 설계 단면

 

 

ΔBDI(%) = [4.3101 + 0.004211×TAP - 0.007136×TSB + 0.001815×TANTI

- 0.3923×TYPEⅠ + 0.0286×TYPEⅡ]2 (식 A.7)

 

여기서, ΔBDI(%) : 동상방지층 구조적 평가 모형 (%)

TAP : 아스팔트층 두께 (mm)

TSB : 보조기층 두께 (mm)

TANTI : 동상방지층 두께 (mm)

TYPE Ⅰ : 땅깎기부 (O : 1 , X : 0)

TYPE Ⅱ : 흙쌓기경계부 (O : 1 , X : 0)

 

ΔBDI(%) = [4.3101 + 0.004211×250 – 0.007136×200 + 0.001815×300 – 0.3923×1 +

0.0286×0]2 = 16.7% ≑ 17% (식 A.8)

 

동상방지층의 구조적 효과는 (식 A.7)을 이용하여 계산할 수 있으며, 동상방지층의

구조적효과에 따라서 구조적으로 고려 가능한 동상방지층의 두께도 달라진다. 포장 설계

단면에서 결정된 포장 층의 두께를 (식 A.7)에 적용한 결과를 (식 A.8)에서 보여주고 있으며,

ΔBDI(%)가 17%로 나타났다. (식 A.8)로 계산된 ΔBDI(%) 17%는 현장 데이터를 이용하여

개발된 예측 모형의 결과로 표 A.9에 제시된 단면에 동상방지층을 300mm 시공하면

동상방지층이 전체 포장층에 대하여 ΔBDI(%) 지수로 17%만큼 구조적으로 영향을 미친다는

것이다.

 

따라서, 포장 설계 단계에서 ΔBDI(%)가 17%로 나타나는 동상방지층의 두께를 구하여야

하며, 그 두께만큼은 구조적층으로 고려하여 설계를 수행해야한다. 동상방지층에서

구조적으로 고려해야하는 두께는 구조해석 프로그램으로 (식 A.9)에 해당되는 위치에서의

처짐량을 구하고, (식 A.9)와 (식 A.10)을 이용하여 ΔBDI(%)를 계산한다.

 

그림 A.3은 구조해석 프로그램을 이용하여 계산된 동상방지층 두께에 따른 ΔBDI(%)의

변화를 보여주고 있다. 그림에서 보듯이 동상방지층의 두께가 증가될수록 ΔBDI(%)는

증가하는 경향을 보이며, ΔBDI(%)가 17%로 계산되는 동상방지층의 두께를 찾을 수 있다. 본

예제에서는 동상방지층 전체 두께 300mm중 약 70mm만 구조적으로 고려 가능한

동상방지층의 두께로 나타났다.

 

BDI  D  D (식 A.9)

여기서, D30 = 재하판으로부터 300mm 떨어진 지점의 처짐

D65 = 재하판으로부터 650mm 떨어진 지점의 처짐

ΔBDI  BDI

BDI  BDI

 

×  (식 A.10)

여기서, BDI = 동상방지층이 없는 구간의 BDI

BDI* = 동상방지층이 있는 구간의 BDI

 

 

그림 A.3 동상방지층 두께에 따른 ΔBDI(%) 변화

 

구조 해석으로 결정된 구조적 동상방지층의 두께 70mm를 보조기층의 일부 부분으로

간주하여 공용성 분석을 수행한다. 그림 A.4는 동상방지층의 구조적 특성을 고려한 공용성

분석 결과를 보여주고 있다. 그림 A.4의 (A)에서 보듯이 기본 단면으로 공용성 분석을

수행하면 설계수명이 10년으로 나타난 것을 확인 할 수 있다. 하지만, 그림 A.4의 (B)와 같이

구조적으로 고려한 동상방지층의 두께 70mm를 구조층으로 고려하여 공용성 분석을 수행하면

설계수명이 12년으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 설계수명 10년으로 설계할

경우에는 포장층의 두께를 감소시켜 재설계를 실시해야하며, 재설계를 수행할 때는 경제성을

고려하여 기층 두께를 감소시켜서 설계수명을 만족시켜야 한다. 그림 A.4의 (C)는 재설계

결과를 보여주고 있으며, 기층 두께를 약 10mm 감소시키면 설계수명 10년을 만족하는

것으로 나타났다.

 

그림 A.4에서 동상방지층의 구조적 효과를 고려하기 전과 후의 전체 포장단면의 두께는

750mm로 변화가 없다. 이런 결과는 공용성을 고려하여 기층 두께 10mm를 감소시키고

동상방지층의 두께를 10mm 증가 시켰기 때문이다. 동상방지층은 구조적 효과만 있는 것이

아니라 기능적 효과도 동시에 가지고 있기 때문이다. 단순히 공용성을 만족시키기 위하여

기층 두께만 감소시키면, 전체 두께가 740mm로 동결심도 보다 낮게 되어 겨울철에 포장

파손을 야기시키는 원인이 되기 때문이다. 따라서, 공용수명을 만족시키기 위하여 기층 두께를

감소시킬 경우에는 반드시 감소시키는 두께만큼 동상방지층의 두께를 증가시켜서 포장층의

구조적 효과뿐만이 아니라 기능적 효과도 만족시켜야한다.

 

 

그림 A.4 동상방지층의 구조적 효과를 고려한 포장 설계 결과

 

 

A.6 동상방지층 설계결과 요약

 

동상방지층 설계 검토결과를 정리하면 다음과 같다.

 

(1) 설계구간의 교통량 등을 고려한 포장단면 설계 결과 표층 50mm, 중간층 60mm, 기층

    140mm, 보조기층 200mm로 결정되었다.

(2) 설계동결깊이가 750mm로 결정되어, 300mm의 동상방지층이 필요한 것으로 결정되었다.

(3) 흙쌓기 높이를 고려하여 흙쌓기 높이 2m 이상의 구간과 2m 미만 구간을 구분하여

    결정하였다. 흙쌓기 높이 2m 이상의 구간에 대해서는 동상방지층을 생략하고, 2m 미만

    구간을 설정하여 동상수위높이차, 노상토 조건에 따른 동상방지층 필요성 여부를 판정하여

    표 A.10의 결과를 얻었다.

 

 

 

표 A.10 검토구간의 동상방지층 필요성 여부 판정

 

 

(4) 동상방지층이 설치되는 구간에서 동상방지층의 구조적 능력을 고려하여 포장단면을

    조정한 결과, 표층 50mm, 중간층 60mm, 기층 130mm, 보조기층 200mm, 동상방지층

    310mm로 결정되었다.

(5) 동상방지층설치가 필요한 구간은 검토구간-1, 검토구간-2, 검토구간-8-1,

    검토구간-8-2으로 총연장 940m 이다. 본 구간에 대해서는 표층 50mm, 중간층 60mm,

    기층 130mm, 보조기층 200mm, 동상방지층 310mm를 적용한다. 그 외의 모든 구간에서는

    동상방지층을 생략하여, 표층 50mm, 중간층 60mm, 기층 140mm, 보조기층 200mm를

    적용한다. 단, 교량, 터널 등 구조물 구간에 대해서는 별도의 포장단면이 설계된 경우를

    따른다. 정리하면 표 A.11과 같다.

 

표 A.11 동상설계를 고려한 토공구간 구간별 포장단면