A Study on Performance Criteria of Asphalt Pavements for Development of Performance-based Warranty Specification

道 路 工 學

第31卷 第6D 號·2011年 11月 pp. 793~801

성능보증 시방서 개발을 위한 아스팔트 포장 성능기준 연구

A Study on Performance Criteria of Asphalt Pavements for Development of Performance-based Warranty Specification

여현동*·남정희**·서영찬***·정진훈****

Yeo, Hyun Dong·Nam, Jeong Hee·Suh, Young Chan·Jeong, Jin Hoon

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Abstract

Existing specifications of road pavement require contractors to meet only materials and construction conditions regardless of pavement life. There are limitation of developing road pavement technology and possibility causing dispute between ordering organization and contractor with this type of specification. Research efforts to introduce performance warranty contracting are in progress in the field of road pavement to improve the problems. The performance warranty contracting gives the contractors opportunity to select materials and construction methods as they like. But they should satisfy a certain level of performance during a given period. The performance indicator and threshold value of pavement which are main elements of the warranty specification should be defined first to introduce the performance warranty contracting successfully. In this study, the per- formance indicator, threshold value, and warranty duration of asphalt pavement were investigated by reviewing literatures on performance warranty contracting of some states of the US. Major distresses influencing the performance of the asphalt pave- ment were investigated at 24 national expressway lines and national highway lines in 16 regions, and the data were analyzed to be compared to the cases of the US. Development of rational performance warranty specification for domestic asphalt pave- ment is expected based on the research results.

Keywords : asphalt pavement, performance-based warranty specification, performance criteria, performance indicator, threshold value, warranty duration

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요 지

기존 도로포장 시방서는 계약자에게 포장 수명에 상관없이 재료 및 시공 상의 주어진 조건만을 만족하면 되도록 요구하고 있다. 이와 같은 시방 기준으로는 도로포장 기술 개발에 한계가 있으며 포장파손 발생 시 발주자와 계약자 간에 분쟁이 발 생할 소지가 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 성능보증 계약제도를 도입하려는 연구가 도로포장 분야에서 진행되고 있다. 성능보증 계약제도는 계약자에게 재료와 공법을 마음대로 선정할 수 있는 기회를 부여하고 주어진 기간 동안 일정 수 준 이상의 성능을 유지하도록 하는 제도이다. 성능보증 계약제도의 성공적인 도입을 위해서는 성능보증 시방서의 주요 요소 인 포장의 성능인자와 임계한도가 먼저 정의되어야 한다. 본 연구에서는 미국 몇 개 주에서 사용되는 성능보증 계약제도에 관한 문헌을 검토하여 아스팔트 포장의 성능인자, 임계한도, 그리고 성능보증 기간에 관한 조사를 실시하였다. 또한 국내 고 속국도 중 24개 노선과 16개 지역의 일반국도 노선에서 아스팔트 포장의 성능에 영향을 미치는 주요 파손을 조사하고 분석 하여 미국의 사례와 비교하였다. 본 연구결과를 근거로 국내 아스팔트 포장에 대한 합리적인 성능보증 시방이 개발될 것으 로 예상된다.

핵심용어 : 아스팔트 포장, 성능보증 시방서, 성능기준, 성능인자, 임계한도, 보증기간

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1. 서 론

1.1 연구배경 및 목적

기존 도로포장 시방서는 재료 및 공법 중심으로 설계 및 시공에 있어서 완성된 포장의 수명에 관계없이 재료 및 시 공 상 요구조건만 만족하면 되도록 되어있다. 이러한 시방기

준으로는 신공법, 신기술의 도입이 어려워 기술개발에 한계 가 있으며 포장성능과의 연계도 부족하여 파손 발생 시 설 계사, 시공사, 그리고 발주처 간에 분쟁이 발생할 소지가 있 다. 국내에는 도로포장의 계약제도 중 성능과 관련되어 하자 보증제도가 있으나, 이 제도는 포장형식 및 공사규모에 상관 없이 일률적으로 2년으로 규정되어 있고 파손 별로 어느 정

*인하대학교 토목공학과 석사·현대건설(주) 사원 (E-mail : [email protected])

**한국건설기술연구원 도로연구실 연구위원·공학박사 (E-mail : [email protected])

***정회원·한양대학교 교통공학과 교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

****정회원·교신저자·인하대학교 토목공학과 부교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

도를 하자로 판단할지와 누가 판정할지 등에 관한 구체적인 내용이 부족한 상태이다.

이에 따라 최근 도로포장 분야에서는 성능보증 계약제도 (Performance Warranty Contracting) 도입에 관한 연구가 진행되었다. 성능보증 계약제도란 시공자 스스로 재료와 공 법을 선택할 수 있는 기회를 부여하고 발주자가 제시하는 수준 이상의 성능을 정해진 기간 동안 유지토록 하는 것이 다. 준공 이후 정해진 보증 기간 동안, 성능이 규정된 특정 부분의 성능유지에 대해 시공자가 책임을 전담하는 계약방 법으로, ‘최종 결과물의 성능을 보증하며, 발생된 결함의 전 체 교체 혹은 보수에 대한 책임을 시공자가 진다’고 정의된 다(D'Angelo 등, 2003.). 성능보증 계약제도로 새로운 재료 와 공법을 자유롭게 도입할 수 있으므로 시공회사는 자발적 으로 시공 및 품질관리 향상에 노력하게 되어 건설기술이 발전되도록 유도할 수 있고 발주자는 적은 관리 비용으로 좋은 품질의 결과물을 얻을 수 있다.

성능보증 계약제도 도입을 위해서는 성능보증 시방서의 핵 심이 되는 성능보증 기간과 성능인자, 임계한도 등 성능기준 에 관한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 해외 성능 보증 시방서에 사용되고 있는 성능기준에 관한 사례를 조사 하였다. 또한, 국내 고속국도와 일반국도 아스팔트 포장에 발 생하는 주요 파손의 종류와 정도를 조사하여 해외와 비교, 분석을 실시하였다.

1.2 연구범위 및 방법

본 연구에서는 아스팔트 포장 성능보증 시방서의 주요 요 소인 성능보증 기간, 성능인자, 임계한도를 결정하기 위하여 미국 각 주의 사례를 조사하였다. 국내 고속국도 포장관리시

스템(HPMS: Highway Pavement Management System), 고 속국도 포장상태지수(HPCI: Highway Pavement Condition Index), 일반국도 포장관리시스템(PMS: Pavement Manage- ment System) 의 항목을 조사하여 성능인자를 결정하고, 미 국 미네소타 주, 인디애나 주, 플로리다 주의 성능인자와 비교하였다. 국내 고속국도 중 24개 노선의 보수이력이 없 는 구간과 일반국도 중 16개 지역의 보수이력이 없는 4차 로 구간의 외곽차로 포장상태 조사자료를 통계적으로 분석 하였다.

2. 사례조사

2.1 국내 하자담보 책임제도

성능기준과 관련된 기존 도로포장의 계약 제도에는 하자 담보 책임제도가 있다. 하자담보 책임(Defect Liability)이란 공사 목적물이 완성되기 이전 또는 완성된 후 그 목적물의 사용가치 혹은 교환가치를 저하시키는 하자에 대한 수급인 의 책임을 말한다. 이는 발주자의 권리를 보호하기 위한 목 적 이외에도, 수급인이 일정기간 동안 목적물에 대해 하자담 보 책임을 지도록 하여 공중의 안전에 위해를 미칠 가능성 이 있는 시설물의 하자에 대한 보수책임을 법률적으로 명확 히 함으로써 하자의 보수책임자를 신속히 결정하려는 목적 을 동시에 가지고 있다(이종광, 2001).

공공 부문의 하자보수는 1차적으로 시공회사가 이행하도록 하고, 이행하지 않을 경우에는 하자보수보증으로 이행을 강 제한다. 하자보수보증은 시공회사의 하자보수 불이행에 대비 하기 위한 것으로, 불이행 시 실제 손해 발생액에 관계없이 보증금이 귀속된다. 국내 건설공사의 하자담보 책임기간은 표 1. 국가계약법의 공종별 하자담보 책임기간 (기획재정부, 2010)

공사종별 세부 공종별 책임기간

교량 ① 기둥사이 50m 길이 500m이상인 교량의 철근콘크리트 또는 철골 구조부

② 길이 500m 미만의 교량의 철근콘크리트 또는 철골구조부

③ 교량 중·외의 공종(교면포장·이음부·난간시설 등)

10 년 7 년 2 년 터널 ① 터널(지하철을 포함)의 철근콘크리트 또는 철골구조부

② 터널 중 외의 공종 10 년

5 년 철도 ① 교량·터널을 제외한 철도시설 중 철근콘크리트 또는 철골 구조

② ① 외의 시설 7 년

5 년

공항·삭도 ① 철근콘크리트·철골구조부

② ① 외의 시설 7 년

5 년

항만·사방간척 ① 철근콘크리트·철골구조부

② ① 외의 시설 7 년

5 년

도로 암거·측구 포함 2 년

댐 ① 본체 및 여수로 부분

② ① 외의 시설 10 년

5 년

상·하수도 ① 철근콘크리트·철골구조부

② 관로 매설·기기설치 7 년

3 년 하천시설물 ① 하천제방상의 수문

② ① 외의 시설 5 년

3 년

관개수로, 매립 3 년

부지정지 2 년

조경 조경시설물 및 조경식재 2 년

발전·가스, 산업설비

① 철근콘크리트·철골구조부

② 압력이 1제곱센티미터당 10킬로그램 이상인 고압가스의 관로(부대기기를 포함한다)설치공사

① ②·③외의 시설

7 년

5 년

3 년

「국가를 당사자로 하는 계약에 관한 법률 시행규칙」(기획재 정부, 2010)에 표 1과 같이 공사종류 별로 1년에서 10년으 로 정해져 있으며,「건설산업기본법」,「국가계약법」및「공 동주택관리령」등에서도 최고 10년으로 규정되어 있다(박용 민 등, 1999).

도로포장 분야에서는 포장공사 하자담보 책임기간을 포장 형식, 공사규모 등에 상관없이 일률적으로 2년으로 규정하고 있으며, 하자의 기준에 대한 근거가 명확하지 않으므로 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.

2.2 해외 성능보증 계약제도

현재 미국의 전체 50개 주 가운데 약 35개 주에서 성능 보증 계약제도를 사용하고 있다(Gharaibeh 등, 2008). 대부 분 주의 성능보증 시방서에서 아스팔트 포장에 대해 성능보 증 기간, 성능인자, 임계한도를 제시하고 있다. 본 논문에서 는 성능보증 계약제도가 정착 중에 있는 미네소타, 인디애 나, 플로리다 주의 자료를 수집하여 분석을 실시하였다 (Gharaibeh 등, 2008; Minnesota DOT, 2001; Singh 등, 2005; Brautigam, 2007). 표 2와 같이 모든 주에서 동일하 게 5년을 성능보증 기간으로 제시하였으며, 대부분 PMS 자 료를 분석하여 임계한도를 결정하였다.

미네소타, 인디애나, 플로리다 주의 성능보증 시방서는 표 3 과 같이 아스팔트 포장에 대해서 공통적으로 균열, 러팅의 성능인자를 포함하고 있다. 라벨링은 미네소타와 플로리다 주 에서만 사용되고 국제평탄성지수(IRI: International Roughness Index) 는 인디애나와 플로리다 주에서 사용되고 있다. 이 밖 에 미네소타 주에서는 디본딩, 플러싱을 성능인자로 사용하 고 있으며, 인디애나 주는 마찰 지수(Friction Number)를

성능인자로 사용하고 있다. 또한, 플로리다 주에서는 블리딩 을 성능인자로 정의하고 있다. 플로리다 주가 성능인자로 사 용하고 있는 표 3의 Ride Number는 국제평탄성지수로 치 환하여 다른 주와 비교가 가능하도록 하였다(Hassan 등, 2001; Sayers 등, 1996).

미네소타 주는 5년의 성능보증 기간 동안 발생한 피로균 열의 총 면적이 분석기준 구간 160m(0.1mile)의 1%인 1.6m 에 차로폭을 곱한 5.6m

을 초과하지 않도록 임계한도로 정하고 있다. 종방향균열의 경우 미네소타 주는 5년의 성능 보증 기간 동안 발생한 종방향균열의 총 길이가 분석기준 구간 160m(0.1mile)의 10%인 16m를 초과하지 않도록 정하 고 있다. 인디애나 주에서는 균열폭 6mm(1/4inch) 이상인 종방향균열의 총 길이가 분석기준 구간 160m(0.1mile)의 50% 인 80m를 넘지 않도록 정하고 있다. 횡방향균열의 경우, 미네소타 주는 5년의 성능보증 기간 동안 길이 1.8m(6ft)와 폭3mm(1/8inch)를 초과하는 균열이 분석기준 구간 당 5개 를 초과해서 발생하지 않도록 정하고 있다. 인디애나 주는 폭 6mm를 초과하는 횡방향균열의 총 길이가 분석구간 당 5.5m(18inch) 를 넘지 않도록 정하고 있다. 플로리다 주는 재 령 3년에서 5년의 160m(0.1mile) 분석기준 구간에 대해 95% 확률로 임계한도를 결정하여 폭 3mm(1/8inch)를 넘는 각종 균열의 길이가 9m(30ft)를 초과하지 않도록 정하고 있 다. 포트홀은 미네소타와 인디애나 주에서 성능인자에 포함 되지 않으며 플로리다 주는 포장파손을 조사하는 기술자의 판단에 따르도록 정하고 있다. 이 외에도 미네소타, 인디애 나, 플로리다 주 모두 패칭을 성능인자에 포함하지 않으며, 이들 주 모두에서 성능인자로 정해진 러팅의 임계한도는 6mm(1/4 inch) 로 동일했다. 인디애나와 플로리다 주의 성능 표 2. 미국 각 주의 성능보증 기간, 분석기준 구간길이, 분석자료(Gharaibeh 등, 2008)

항목 미네소타 인디애나 플로리다

성능보증 기간 5 년 5 년 5 년

분석기준 구간길이 160m (0.1mile) 160m (0.1mile) 160 m/ 차로 (0.1lane mile)

분석자료 PMS 자료 PMS 자료 재령 3년~5년 포장

표 3. 미국 각 주의 성능인자와 임계한도(Minnesota DOT, 2001; Singh 등, 2005; Brautigam, 2007)

파손 종류 미네소타 인디애나 플로리다

피로균열(Fatigue Cracking) 분석기준 구간 면적의 1% -

- 폭 3mm(1/8inch) 초과 전 체 길이 9m(30ft) 종방향균열

(Longitudinal Cracking) 분석기준 구간길이의 10% - 폭: 6mm(1/4inch)

- 길이: 분석기준 구간길이의 50%

횡방향균열 (Transverse Cracking)

- 분석기준 구간 당 길이 1.8m(6ft),

폭 3mm(1/8inch) 초과 5개 - 폭: 6mm(1/4inch) - 길이: 5.5m(18inch)

블록균열(Block Breaks) 분석기준 구간면적의 10% -

포트홀(Pothole) - - 기술자 판단

러팅(Rutting) 6mm(1/4inch) 6mm(1/4inch) 6mm(1/4inch)

국제평탄성지수(IRI) - 1.9m/km(120in/mi) 1.66 m/km

(Ride Number < 3.7)

디본딩(Debonding) 허용 안함 - -

라벨링(Raveling) 분석기준 구간면적의 1% - 3m(10feet)

플러싱(Flushing) 분석기준 구간길이의 1% - -

블리딩(Bleeding) - - - 폭 305mm(1foot) 초과 전

체 길이 3m(10ft)

마찰 지수(Friction Number) - Friction Number 35 -

인자인 국제평탄성지수의 임계한도는 각각 1.9m/km와 1.66m/km 로 약간의 차이가 있었다.

3. 포장파손 조사 및 분석

3.1 조사방법

한국건설기술연구원과 한국도로공사는 포장파손 조사 시, 자동 포장상태 조사장비를 사용하여 포장에 발생된 결함을 조사하고 있다(박성태 등, 2007; 한국건설기술연구원, 2008).

자동 포장상태 조사장비는 주행 중인 차량에 설치된 고성능 카메라로 노면을 촬영하여 촬영된 노면을 실내에서 분석하 도록 하는 장비이다. 인력으로 노면 이미지에 일정한 크기를 갖는 격자망을 형성하고 결함이 발생된 곳을 찾아내어 체크 하면 자동으로 결함 발생량이 정량화되는 격자망 분석 방법 이 사용된다. 포장 표면에 발생된 결함 뿐 아니라 고정밀 고속레이저를 차량에 장착하여 포장의 굴곡을 측정함으로써 차량 주행방향에 대한 러팅과 평탄성도 측정할 수 있다. 균 열의 종류에 따라 균열의 길이 또는 환산된 면적을 분석기 준 구간 별로 합하는 방식으로 포장에 발생한 균열을 조사 하며, 러팅과 평탄성은 10m마다 측정하여 분석기준 구간의 평균값을 구한다.

현재 국내 고속국도 포장관리시스템, 일반국도 포장관리시 스템에서는 도로포장에 발생하는 파손을 조사하고 그로 인 한 포장상태를 지속적으로 평가하고 있다. 특히, 고속국도 포 장관리시스템에서는 포장상태지수를 산정하여 포장상태를 평 가하고 있다(박성태 등, 2007). 표 4는 고속국도 포장관리시 스템과 일반국도 포장관리시스템에서 정의하고 있는 아스팔 트 포장의 조사 항목과 고속국도 포장상태지수에 포함된 인 자를 정리한 것이다.

포장파손은 전체 대상 구간을 일정한 길이의 분석기준 구 간으로 나누어 최외곽 차로에 대해서 조사한다. 고속국도와 일반국도의 분석기준 구간길이는 각각 100m와 500m로 차 이가 있는데, 이는 고속국도를 조사하는 한국도로공사와 일 반국도를 조사하는 한국건설기술연구원과의 자료수집 기준길 이가 서로 다르기 때문이다. 본 연구에서는 이와 같은 차이를 감안하여 고속국도와 일반국도를 구분하여 조사하였고, 분석 기준 구간길이도 각각 100m와 500m로 다르게 정하였다.

고속국도 아스팔트 포장은 한국도로공사의 고속국도 포장 상태지수에 포함된 항목을 주요 파손으로 결정하였다. 고속 국도 포장상태지수는 종방향균열, 횡방향균열, 피로균열, 반 사균열, 패칭, 포트홀, 러팅, 국제평탄성지수을 아스팔트 포 장의 상태가 항목에 포함하고 있다(박성태 등, 2007). 다만, 보수이력이 없는 곳에서는 이론상 반사균열이 없고 조사된 자료에서도 발생량이 매우 적으므로 반사균열은 고속국도와 일반국도의 성능인자에서 공통적으로 제외되었다. 따라서, 종 방향균열, 횡방향균열, 피로균열, 패칭, 포트홀, 러팅, 국제평

탄성지수를 고속국도 아스팔트 포장의 성능인자로 결정하였다.

한국건설기술연구원은 일반국도의 포장파손 조사 시 종방 향균열, 횡방향균열 등의 선형균열과 피로균열, 블록균열, 패 칭, 포트홀 등 면적으로 환산되는 환산균열의 둘로 나누어 균열을 조사하고 있다. 이와 함께 러팅과 평탄성을 조사하고 있다. 일관성 있는 분석을 위해 본 연구에서는 일반국도 아 스팔트 포장의 조사 항목과 동일하게 선형균열, 환산균열, 러 팅, 평탄성을 일반국도의 성능인자로 결정하였다.

3.2 분석방법

고속국도에 대해서는 한국도로공사의 고속국도 포장관리시 스템에서 매년 수집되는 자료 중 2008년과 2009년에 조사 된 자료로 분석을 실시하였다. 표 5와 같이 88올림픽선, 경 부선, 경인선, 고창-담양선, 구마선, 남해선, 남해 제 2지선, 대전 남부 순환선, 대전-통영선, 중부선, 동해선, 무안광주선, 서울외곽순화선, 서해안선, 영동선, 울산선, 익산- 포항선, 제 2 경인선, 제 2 중부선, 중부 내륙선, 중앙선, 중앙선의 지선, 평택-음성선, 호남선, 논산-천안선, 호남선의 지선 등 총 24 개 노선의 자료를 분석하였다. 자료는 재령 3년에서 10년까 지 재령 별로 구분되어 재령에 따른 파손을 분석하였는데, 일반국도와 달리 차로 수에 관계없이 보수이력이 없는 구간 의 최외곽차로를 분석하였다. 차로 수를 고려하지 않은 것은 고속국도에서는 차로 수에 상관없이 차량들이 고속으로 주 행하는 특성을 갖기 때문이다.

한국건설기술연구원(2008)은 일반국도 총연장 13,853km 중 절반에 해당하는 6,143km가 4차로이며, 앞으로 4차로 구간이 더 증가할 것으로 예상하였다. 따라서 본 연구에서는 표 6과 같이 일반국도 전체 구간 중 광주, 남원, 논산, 대 구, 보은, 수원, 순천, 영주, 예산, 전주, 정선, 진영, 진주, 충주, 포항, 홍천의 16개 지역에서 보수이력이 없는 4차로 구간의 최외곽차로에 대해 2009년에 조사된 자료를 분석하 였다. 조사구간을 재령 3년에서 9년까지 재령 별로 구분하여 재령에 따른 파손을 분석하였다.

수집된 자료는 재령별로 정규분포화하여 통계적으로 분석 하였다. 예로서 재령 5년인 고속국도 아스팔트 포장에 발생 된 러팅의 통계적인 분석 과정을 살펴보면 다음과 같다. 여 기서 재령 5년인 포장에 발생된 파손이라 함은 도로가 개통 된 이후 5년 동안 누적된 파손을 의미한다.

(1) 전체 조사 구간에 포함된 분석기준 구간을 다시 10m 로 구분하여 각각의 러팅을 측정한다.

(2) 분석기준 구간 별 러팅의 평균값 µ와 표준편차 σ를 구한다.

(3) 표준 정규화 하여 상위 50, 90, 95%의 확률을 갖는 러팅을 결정한다.

재령이 낮았음에도 불구하고 파손의 길이 또는 면적이 큰 경우가 있었으며, 이 경우에는 대체로 비합리적으로 큰 파손 표 4. 일반국도와 고속국도의 아스팔트 포장 조사항목(한국건설기술연구원, 1997; 박성태 등, 2007)

구 분 공통 항목 추가 항목

고속국도 포장관리시스템

종방향균열, 횡방향균열, 피로균열, 반사균열, 패칭, 포트홀, 러팅, 국제평탄성지수

블록균열, 블리딩, 시공 이음부 손상

고속국도 포장상태지수 -

일반국도 포장관리시스템 블록균열

이 포함되어 있었다. 따라서, 파손의 표준 정규분포에서 상 위 95%에 해당하는 값의 5배를 초과하는 파손들은 조사 시 실수로 기록된 과대값으로 정의하고 제거시켰다.

4. 포장파손 분석결과

4.1 고속국도

한국도로공사의 고속국도 포장관리시스템에서 2008년과 2009 년에 조사한 표 5의 자료를 통계적으로 분석하여 얻은 경향 및 미국 각 주와 비교한 결과는 다음과 같다.

4.1.1 피로균열(Fatigue Cracking)

분석기준 구간길이가 100m와 160m(0.1mile)로 차이가 있 지만, 국내 고속국도의 재령 5년 95%확률의 피로균열은 그 림 1과 같이 0.14m

으로 미네소타 주의 임계한도인 5.6m

보다 훨씬 작았다. 피로균열의 면적은 그림 1과 같이 재령 에 따라 점차 증가하는 경향을 보였다. 평균값(50% 확률)을 기준으로 할 때에는 재령 10년이 지난 후에도 피로균열은 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 하지만, 90%와 95%

확률을 기준으로 할 때에는 재령 3년까지 거의 발생하지 않 았던 피로균열이 서서히 증가하다가 재령 9년과 10년 사이 에서 크게 증가했다. 따라서, 아스팔트 포장의 재령이 9년에 이르면 일부 구간에서 피로균열이 크게 증가하는 것으로 판 단되었다. 국내 고속국도 피로균열의 경우 면적으로 조사된 균열 자료를 분석하였으므로 표 3과 같이 길이로 정의된 플 로리다 주의 임계한도와는 비교가 불가능했다. 따라서 플로 리다 주와의 정확한 비교를 위해서는 균열의 길이와 폭에 대한 조사와 분석이 필요한 것으로 판단된다.

4.1.2 종방향균열

종방향균열의 길이는 그림 2와 같이 재령에 따라 점차 증 가하는 것으로 나타났다. 단, 재령 4년에 조사된 종방향균열 의 길이는 재령 5, 6, 7년에 조사된 것보다 컸는데, 이는 재령 4년에 포함되어 있는 제 2 경인선에서 종방향균열이 많이 발생했기 때문인 것으로 분석되었다. 따라서, 제 2 경 인선 재령 4년 구간을 재조사하고 종방향균열이 많이 발생 한 원인을 찾아낼 필요가 있다. 재령 4년을 제외하면 재령 3 년에서 7년까지 분석기준 구간 100m 당 종방향균열의 길 이는 95% 확률을 기준으로 할 때에도 4.0m 정도로 상대적 으로 작았으나 재령 8년에서 9년 사이에 크게 증가했다. 하 지만 재령 10년에서 균열길이가 다시 감소했는데, 이는 균열 표 5. 고속국도 분석구간 정보

노선 연장

(km) 조사구간

길이(km) 분석기준 구간 개수

88 올림픽선 181.9 174.8 1,748

경부선 416.0 257.3 2,573

경인선 23.9 23.3 233

고창-담양선 42.5 0.1 1

중부 내륙선의 지선(구마선) 30.0 10.6 106

남해선 168.1 58.4 584

남해 제 2지선 20.6 15.7 157

대전 남부 순환선 13.3 38.3 383

대전-통영선, 중부선 332.5 2.8 28

동해선 107.4 27.3 273

무안광주선 41.3 7.3 73

서울외곽순환선 128 32.7 327

서해안선 340.8 116.1 1,161

영동선 234.4 145.8 1,458

울산선 14.3 3.2 32

익산- 포항선 130.0 2 20

제 2 경인선 26.7 13.9 139

제 2 중부선 31.1 3.8 38

중부 내륙선 265.6 30.4 304

중앙선 288.8 32.6 326

중앙선의 지선 8.2 4.4 44

평택-음성선 57.1 6.8 68

호남선, 논산-천안선 194.2 163.5 1,635

호남선의 지선 54 59.8 598

표 6. 일반국도 분석구간 정보

지역 해당 노선 조사구간

길이(km) 분석기준

구간 개수 광주 1, 13, 18, 22, 29, 77 36 72

남원 24, 27 2.5 5

논산 1, 17, 32, 36 12 24

대구 4, 25, 28, 33 34.5 69

보은 4, 17 19 38

수원 3 9 18

순천 2, 15 4.5 9

영주 5, 28, 36 17 34

예산 21, 32, 38 19.5 39

전주 1, 23, 27 13 26

정선 38 7 14

진영 5, 20, 24, 35, 79 32.5 65

진주 20, 24 8.5 17

충주 3, 34, 38 23 46

포항 4 8 16

홍천 5 8.5 17

그림 1. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 피로균열 면적

보수 기록이 남아 있지 않은 구간이 분석 자료에 포함되었 기 때문으로 판단된다. 국내 고속국도의 종방향균열은 균열 폭을 고려하지 않고 균열길이로만 조사된 자료를 분석하였 으므로 표 3과 같이 균열폭을 고려한 인디애나 주와 플로리 다 주의 임계한도와는 비교가 불가능했다. 따라서 정확한 비 교를 위해서는 균열의 길이 뿐 아니라 폭에 대한 조사와 분 석도 필요한 것으로 판단된다.

4.1.3 횡방향균열

횡방향균열의 길이는 그림 3과 같이 재령에 따라 점차 증 가하는 경향을 나타냈다. 하지만 재령 7년에 조사된 횡방향 균열의 길이는 재령 5년과 6년보다 작은 것으로 나타났다.

이는 특정 구간에 발생한 횡방향균열 길이의 변화를 재령에 따라 장기적으로 조사한 것이 아니라 재령이 다양한 여러 구간의 횡방향균열 길이를 동시에 조사하여 재령 별로 나타 냈기 때문으로 판단된다. 동일 구간의 파손 증가 경향을 장 기적으로 관찰한다면 이와 같은 경향이 나타나지 않을 것으 로 판단된다. 횡방향균열의 길이는 90%와 95% 확률에서 재령 9년과 10년 사이에 가장 크게 증가했다. 국내 고속국 도의 횡방향균열은 균열폭을 고려하지 않고 균열길이로만 조 사된 자료를 분석하였으므로 표 3과 같이 균열폭을 고려한 미국 각 주들의 임계한도와는 비교가 불가능했다. 따라서 균 열의 길이 뿐 아니라 폭에 대한 조사와 분석도 이루어져야 할 것으로 판단된다.

4.1.4 패칭

미네소타 주, 플로리다 주, 인디애나 주 모두 패칭을 아스 팔트 포장의 성능인자에 포함시키지 않지만 국내에서는 패 칭을 균열에 포함하고 있다. 그림 4에서 보듯이 재령 3년과 4 년에 발생한 패칭의 면적은 이보다 높은 재령보다 크게 나 타났다. 특히, 재령 3년의 패칭 면적이 재령 10년에 발생한 패칭의 면적보다 더 컸는데, 이는 특정 구간에 발생한 패칭 의 변화를 재령에 따라 장기간 조사한 것이 아니라 재령이 다양한 여러 구간의 패칭을 동시에 조사하여 재령 별로 나 타냈기 때문에 발생한 오차로 판단된다. 동일 구간의 파손 증가 경향을 장기적으로 관찰한다면 이러한 경향은 나타나 지 않을 것으로 판단된다. 패칭의 면적은 90%와 95% 확률 에서 재령 7년과 8년 사이에 가장 크게 증가했다.

4.1.5 포트홀

포트홀의 면적은 전체 재령에 걸쳐 매우 작아서 가장 큰 값을 나타냈던 재령 10년에도 95% 확률을 기준으로 분석기 준 구간 100m 당 0.03m

에 불과했다. 그림 5와 같이 재령 이 증가함에 따라 포트홀의 면적은 점차 증가하는 경향을 나타냈다. 포트홀의 면적은 90%와 95% 확률에서 재령 8년 과 9년 사이에 가장 크게 증가했다. 이를 통해 포트홀은 아 스팔트 포장이 재령이 8년에 이르렀을 때 가장 크게 증가하 는 것으로 판단되었다. 미네소타 주와 인디애나 주에서는 포 트홀에 대한 임계한도를 제안하고 있지 않다. 플로리다 주에 그림 2. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 종방향균열 길이

그림 3. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 횡방향균열 길이

그림 4. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 패칭 면적

그림 5. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 포트홀 면적

서도 기술자의 판단을 규정하고 있어 국내 고속국도 분석결 과와의 비교가 불가능했다.

4.1.6 러팅

국내 고속국도 아스팔트 포장의 러팅은 그림 6과 같이 재 령에 따라 매우 조금씩 증가하는 경향을 나타냈다. 확실한 경향은 볼 수 없지만 90%와 95% 확률에서 재령 7년과 8 년 사이에 가장 크게 증가했다. 표 3에서와 보듯이 미네소 타, 플로리다, 인디애나 주 모두 5년의 성능보증 기간 동안 러팅이 평균 6mm(1/4inch)를 초과하지 않도록 임계한도로 정하고 있어, 국내 고속국도의 평균값(50% 확률)보다는 크 고 90%와 95% 확률보다는 작은 것으로 비교되었다.

4.1.7 국제평탄성지수

국내 고속국도 아스팔트 포장의 국제평탄성지수는 그림 7 에서 보듯이 재령에 상관없이 거의 일정한 것으로 분석되 었다. 뚜렷한 경향은 볼 수 없지만 90%와 95% 확률에서 재령 9년에서 10년 사이에 가장 크게 증가했다. 표 3에서 보듯이 인디애나와 플로리다 주는 국제평탄성지수를 성능 인자에 포함하고 있으며, 성능보증 기간 5년 동안 각각 1.9m/km 와 1.66m/km를 초과하지 않도록 임계한도로 정하 고 있다. 이 임계한도는 국내 고속국도의 평균값(50% 확률 ) 보다는 크고 90%와 95% 확률보다는 작은 것으로 비교되 었다.

4.2 일반국도

한국건설기술연구원의 일반국도 포장관리시스템에서 2009 년에 조사한 표 6의 자료를 통계적으로 분석하여 얻은 경향 및 미국 각 주와 비교한 결과는 다음과 같다.

4.2.1 선형균열

일반국도에 대해서는 종방향균열과 횡방향균열 등을 합한 선형균열로 분석을 실시하였다. 분석기준 구간 당 발생한 선 형균열은 그림 8에서 보듯이 재령 3년의 이른 시기에 가장 크게 나타나 보다 정확한 분석을 위해서는 재령 3년 구간에 시공 줄눈 등이 포함되었는지에 관한 재조사가 필요한 것으 로 판단된다. 또한, 더 많은 구간을 대상으로 보다 정밀한 조사와 분석을 실시한다면 이러한 재령 초기의 과도한 균열 은 나타나지 않을 것으로 예상된다. 재령 7년 이후로 발생 한 선형균열이 재령 초기에 발생한 것보다 적었는데, 이는 분석에 사용된 늦은 재령의 구간이 보수가 필요 없을 정도 로 양호한 상태였기 때문으로, 특정 구간을 지속적으로 관찰 한다면 이러한 경향은 나타나지 않을 것으로 예상되었다. 선 형균열은 재령 4년과 5년 사이에 가장 크게 증가했다.

4.2.2 환산균열

피로균열, 블록균열, 패칭, 포트홀 등을 면적으로 환산한 환산균열은 그림 9에서 보듯이 재령 7년을 제외하고는 재 령에 따라 전반적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 선형균열 과 마찬가지로 특정 구간을 지속적으로 관찰한다면 이와 같은 경향은 나타나지 않을 것으로 판단된다. 또한 환산균 열이 상대적으로 많았던 재령 7년 자료를 보다 정확하게 분석하기 위해서는 블리딩, 골재 탈리 등의 유사 파손이 환산균열에 포함되었는지의 여부를 재조사할 필요가 있는 것으로 판단된다. 환산균열의 면적은 재령 6년에서 7년 사 이에 가장 크게 증가했다. 일반국도의 환산균열은 면적 단 위로 조사되고 균열 이외의 패칭과 포트홀이 포함되므로, 균열의 폭과 길이로 임계한도를 제안한 플로리다 주와는 비교가 불가능했다. 재령 5년의 95%확률일 때의 환산균열 은 4.42m

로 피로균열과 블록균열에 대해 분석기준 구간 면적의 1%와 10%를 임계한도로 정하고 있는 미네소타 주 보다 작았다.

그림 6. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 러팅

그림 7. 고속국도 아스팔트 포장의 재령별 국제평탄성지수

그림 8. 일반국도 아스팔트 포장의 재령별 선형균열 길이

4.2.3 러팅

재령에 따른 증가 경향이 불분명했던 균열과는 달리 러팅 은 재령에 따라 전반적으로 증가하는 경향을 그림 10과 같 이 나타냈다. 러팅이 갑자기 증가했다가 다시 줄어든 재령 5 년을 제외한다면 90%와 95% 확률일 때 재령 6년에서 7 년 사이에 가장 크게 증가했다. 일반국도의 러팅이 그림 6 에 보인 고속국도의 러팅보다 훨씬 큰 것으로 비교되었다.

4.2.4 국제평탄성지수

일반국도의 국제평탄성지수는 그림 11과 같이 재령에 따라 3.5m/km 내외에서 증가와 감소를 반복하면서 서서히 증가하

는 것으로 나타났다. 이는 다른 파손과 마찬가지로 재령이 다른 여러 구간을 동시에 조사한 후 동일한 재령의 구간끼 리 구분하여 분석하였기 때문으로, 특정 구간을 지속적으로 관찰한다면 이러한 경향은 줄어들 것으로 예상되었다. 90%

와 95% 확률일 때의 국제평탄성지수는 재령 8년과 9년 사 이에 가장 크게 증가했다. 일반국도의 국제평탄성지수가 그 림 7에 보인 고속국도의 국제평탄성지수보다 훨씬 큰 것으 로 비교되었다.

4.3 분석결과 정리

이상의 분석결과를 정리한 표 7에서는 상위 95% 확률을 기준으로 국내 고속국도와 일반국도 아스팔트 포장에 주요 파손이 가장 크게 증가하는 재령과 그 때의 파손 정도를 나 타냈다. 이 외에도 미네소타, 인디애나, 플로리다 주에서 성 능보증 기간으로 정하고 있는 재령 5년에 발생한 주요 파손 의 정도를 정리하였다.

국내 고속국도와 일반국도에서 주요 파손이 크게 증가하여 그림 1부터 그림 11에 보인 추세선의 기울기가 가장 커지는 재령은 4년에서 9년까지로 매우 다양했다. 95% 확률에서 재령 5년 고속국도의 분석기준 구간 100m 당 발생한 피로 균열은 95%확률에서 0.14m

로 분석기준 구간(160m) 면적의 1% 를 임계한도로 정한 표3의 미네소타 주보다 작았다. 일반 국도의 환산균열도 95%확률에서 4.42m

로 분석기준 구간 면적의 1%와 10%를 피로균열과 블록균열의 임계한도로 정 한 미네소타 주보다 작았다. 95% 확률에서 재령 5년 고속 국도의 분석기준 구간 100m 당 발생한 종방향균열은 4.14m 로 분석기준 길이(160m)의 10%인 16m를 임계한도로 정한 미네소타 주보다 작았다. 그러나 종방향균열과 횡방향 균열을 합한 길이인 9.27m는 플로리다 주에서 제시한 분석 기준 구간 160m 당 9m보다 컸다. 일반국도의 경우 종방향 균열과 횡방향균열을 합한 선형균열의 길이가 분석기준 구 간 500m 당 17.72m였다. 플로리다 주의 분석기준 구간의 길이가 160m임을 감안하면 일반국도에 발생한 선형균열의 그림 9. 일반국도 아스팔트 포장의 재령별 환산균열 면적

그림 10. 일반국도 아스팔트 포장의 재령별 러팅

그림 11. 일반국도 아스팔트 포장의 재령별 국제평탄성지수

표 7. 파손이 가장 크게 증가한 시기와 재령 5년의 파손 정도

도로 유형 성능인자 파손이 가장

크게 증가 재령 5년 상위 95%

재령 상위 95%

고속 국도

(Fatigue Cracking) 피로균열 9 년 0.50m

0.14m

종방향균열

(Longitudinal Cracking) 8 년 9.36m 4.14m 횡방향균열

(Transverse Cracking) 9 년 8.05m 5.34m 포트홀(Pothole) 8 년 0.019m

0.005m

러팅(Rutting) 7 년 7.35mm 7.34mm 국제평탄성지수(IRI) 9 년 2.82m/km 2.75m/km

일반 국도

(Linear Cracking) 선형균열 4 년 11.77m 17.72m (Converted Cracking) 환산균열 6 년 2.47m

4.42m

러팅(Rutting) 6 년 12.77mm 14.02mm

국제평탄성지수(IRI) 8 년 3.36m/km 3.64m/km

길이가 플로리다 주에서 정한 임계한도보다 작은 것으로 판 단되었다.

패칭은 미네소타, 인디애나, 플로리다 주 모두에서 성능인 자에 포함되지 않고 있으며, 포트홀은 미네소타, 인디애나 주 에서 성능인자에 포함되지 않고 플로리다 주에서는 기술자 가 판단하도록 정하고 있어 국내의 경우와 비교가 불가능했 다. 러팅은 95% 확률일 때 재령 5년에 고속국도와 일반국 도에서 각각 14.02mm와 7.34mm로 미네소타, 인디애나, 플 로리다 주에서 공통적으로 제안하는 6mm보다 큰 것으로 분 석되었다. 95% 확률일 때 재령 5년의 국제평탄성지수는 고 속국도와 일반국도에서 각각 3.64m/km와 2.74m/km로 인디 애나 주의 1.9m/km와 플로리다 주의 1.66m/km보다 큰 것 으로 나타났다.

5. 결 론

본 연구에서는 성능보증 계약제도 도입을 위해 이와 유사 한 국내 하자담보 책임제도에 관한 조사를 실시하였다. 또한, 국내 고속국도와 일반국도 아스팔트 포장의 주요 파손 자료 를 95%, 90%, 50%의 확률로 재령에 따라 통계적으로 분 석하여 미국 미네소타, 인디애나, 플로리다 주의 성능인자 및 임계한도와 비교하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 포장공사의 하자담보 책임기간을 포장형식, 공사규모 등과 상관없이 일률적으로 2년으로 규정하고 있는 국내 하자담 보 책임제도는 장기간의 성능이 요구되는 도로포장의 특 성을 감안할 때 적합하지 않으며, 하자의 기준에 대한 근 거가 명확하지 않아 분쟁의 소지가 있으므로 이에 대한 보완이 필요하다.

2. 고속국도의 경우 고속국도 포장상태지수에 포함되어 있는 피로균열, 종방향균열, 횡방향균열, 패칭, 러팅, 포트홀, 국 제평탄성지수를 성능인자로 결정하였다. 일반국도의 경우 에는 일반국도 포장관리시스템 조사항목에 포함되어 있는 선형균열, 환산균열, 러팅, 국제평탄성지수를 성능인자로 결정하였다.

3. 국내 고속국도와 일반국도 아스팔트 포장에서 주요 파손 이 가장 크게 증가하는 재령은 4년에서 9년까지로 매우 다양하게 나타났다. 95% 확률에서 재령 5년 고속국도의 피로균열과 일반국도의 환산균열은 미네소타 주보다 작은 것으로 분석되었다. 종방향균열은 미네소타 주의 임계한도 보다 작았으나 종방향균열과 횡방향균열을 합한 길이는 플 로리다에서 제시하는 임계한도보다 컸다. 일반국도의 경 우, 종방향균열과 횡방향균열을 합한 선형균열은 분석기준 구간 길이를 감안할 때 플로리다 주의 임계한도보다 작았 다. 본 연구에서 분석된 균열 자료는 길이 또는 면적을 단위로 조사되었으며 균열폭은 고려하지 않았다. 미국 각 주에서는 균열의 길이와 면적 뿐 아니라 폭까지 고려하므 로 정확한 비교를 위해서는 균열폭에 대한 추가적인 조사 가 필요한 것으로 판단되었다. 재령 5년일 때 고속국도와 일반국도 95% 확률의 러팅은 미네소타, 인디애나, 플로리 다 주에서 동일하게 제안하는 임계한도보다 크게 나타났 다. 재령 5년일 때 고속국도와 일반국도 95% 확률의 국

제평탄성지수는 인디애나와 플로리다 주보다 크게 분석되 었다.

4. 본 연구에서는 특정 구간에서 재령에 따라 파손이 변화하 는 것을 장기간 분석한 것이 아니라 고속국도와 일반국도 의 여러 구간에서 동시에 조사된 파손을 재령 별로 구분 하여 분석하였다. 이로 인해 파손이 재령에 따라 점차 증 가하다가 갑자기 감소하기도 하고 또는 급격하게 증가하 기도 했다. 특정 구간에서 재령에 따른 파손의 증가 경향 을 지속적으로 관찰한다면 보다 정확한 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

감사의 글

본 연구는 한국건설교통기술평가원의 포장성능에 근거한 시방기준 요소기술 개발 및 적용 연구과제(06기반구축A01) 5 차년도 연구비에 의해 수행되었습니다. 자료를 제공해 주신 한국도로공사, 한국건설기술연구원, (주)로드코리아, (주)로드 텍에 감사드립니다.

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( 접수일: 2011.3.25/심사일: 2011.6.30/심사완료일: 2011.9.8)