道 路 工 學 大 韓 土 木 學 會 論 文 集
第31卷 第4D 號·2011年 7月 pp. 565~569
연성포장의 예방적 유지보수공법에 대한 현장 적용성 연구
A Study on Field Application of Preventive Maintenance Method for Flexible Pavements
김낙석*·진정훈**
Kim, Nakseok·Jin, Jung-Hoon
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Abstract
This paper presents minimum area repair method that is one of the preventive maintenance techniques in asphalt concrete pavements. In this method, a 70cm-width as an effective repair zone was suggested considering the conventional longitudinal damages (rutting and fatigue cracking) in early stages. In addition, the repair zone can be readjusted according to the pavement damage levels. A field test bed was constructed to verify the adaptness for the repair method. Test results revealed that the min- imum area repair method can be adopted as a preventive maintenance technique in flexible pavements to recover an appro- priate serviceability level. The preventive maintenance method may be one of the major maintenance methods of flexible pavements with an appropriate application. It is also noted that the method may be a long term maintenance cost effective and pavement life ensuring one.
Keywords : preventive maintenance, effective repair zone, longitudinal damage, test bed, flexible pavement
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요 지
본 연구는 예방적 유지보수공법의 한가지 방법으로서 최소단면 보수공법을 제안 하였다. 최소단면 보수공법은 아스팔트 포장도로의 종방향 파손(소성변형, 종방향 균열)에 대한 보수공법으로 차량의 주행특성을 통계적 분석으로 추론하여 최소 유 효보수범위를 70㎝로 산정하였으며, 포장도로의 파손 정도에 따라 유효보수범위 변화를 고려할 수 있을 것으로 판단되었다.
최소단면 보수공법의 현장 적용성을 시험하기 위하여 시험포장을 하였으며, 시험포장 결과 일정 수준의 공용성을 회복하는 것으로 나타났다. 향후, 본 최소단면 보수공법의 적절한 활용은 연성포장의 합리적 보수공법 중 한 가지가 될 수 있을 것으 로 판단되며 연성 포장의 유지보수 및 관리에 대한 장기적 측면에서 볼 때 포장수명 연장과 유지보수비절감 효과가 있을 것으로 예상된다.
핵심용어 : 예방적 유지, 유효보수범위, 종방향 파손, 시험시공, 연성포장
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1. 서 론
오늘날 급증하는 교통량과 중차량의 증가로 인하여 아스팔 트 포장도로의 파손이 빈번하게 발생하고 있다. 포장도로의 파손에 대하여 적절한 유지보수가 이루어지지 못 할 경우 교통사고의 원인 및 도로 이용자에게 불편함을 초래한다. 이 에 따라 포장도로의 공용성을 일정한 상태로 유지하기 위하 여 유지보수비용이 매년 증가하고 있다.
국외의 아스팔트 포장도로의 유지보수에 대한 예방적 유지 보수 개념을 도입하여 공용기간동안의 공용성 확보 및 생애 주기비용의 분석을 통한 경제성 연구가 활발히 진행 중이다 . 하지만 우리나라는 체계적인 도로포장 관리 시스템(PMS) 의 미비로 인하여 구체적인 보수공법에 따른 적합한 유지보 수 시기를 정의하지 못하고 있으며, 도로의 공용수명이 종료
되는 근처에 전면적 유지보수를 시행하고 있다. 따라서 국내 아스팔트 포장도로의 유지보수 관리에도 주기적 포장도로의 관리를 통하여 손상을 초기에 처리, 또는 손상도로의 파괴 현상을 지연시키기 위한 예방적 유지보수 개념의 도입이 필 요하다.
따라서 본 연구에서는 포장도로의 공용수명을 증가시키기 위한 예방적 유지보수 공법을 살펴보고, 기존의 소파보수나 전단면 보수공법 등의 단점을 개선시킬 수 있는 신공법으로
“최소단면 보수공법”을 제안하고자 한다. 최소단면 보수공법 을 예방적 유지보수 공법으로 적용함으로써 폐아스팔트량의 감소 및 신규 아스팔트 혼합물의 사용량을 감소시킬 수 있 을 것으로 예상되며이에 따라 유지보수 비용의 절감 효과가 클 것으로 판단된다.
*정회원·교신저자·경기대학교 토목공학과 교수 (E-mail : [email protected])
**정회원·(주)도화엔지니어링 기술개발연구원 수석연구원 (E-mail : [email protected])
2. 예방적 유지보수 공법 2.1 예방적 유지보수관리
예방적 유지보수는 기존의 도로를 구조적인 능력의 보강 없이 도로에서 추후 발생할 파손을 지연시키고 도로의 기능 을 유지 또는 향상 시키며, 도로를 보존하는데 비용·효율 적인 처리공법을 계획된 전략에 따라 시행하는 것으로 정의 된다(FHWA, 1998). 즉, 예방적 유지보수는 공용성능이 종 료되는 시점에 실시하는 기존의 아스팔트 포장도로의 보수 공법과 달리 일상적 유지보수를 통하여 포장도로의 공용성 능을 그림 1과 같이 일정하게 유지하여 공용수명을 증가시 키는 것이다.
2.2 유지보수 공법
현재 국내의 아스팔트 포장도로에 사용되는 대표적인 유지 보수 공법은 균열처리, 표면처리 공법 등이 있으며 간단히 설명하면 다음과 같다.
2.2.1 균열 실링(Crack Sealing)보수 공법
균열 실링은 포장 표면에 발생한 균열에 실런트를 주입하 는 공법으로 포장 노면에 발생한 가로 및 세로 방향 균열이 나 반사 균열과 같은 국부적인 선상 균열의 보수에 적합하 다(건설교통부, 1999). 일반적으로 2cm 폭보다 적은 경우에 적용되며, 균열 틈으로 물이 침투 하는 것을 방지하기 위하 여 포장체의 보수범위를 선정하여 잘라내고 보수표면을 깨 끗이 한 후 보수를 실시한다.
2.2.2 표면처리 보수공법
표면처리 보수공법은 아스팔트 포장도로의 표면에 부분적 으로 발생하는 균열, 소성변형, 포트홀, 라벨링 등과 같은
포장 파손이 발생한 경우 적합하다. 표면처리 보수 공법은 기존의 손상된 포장도로의 요철 및 균열을 보수함으로서 평 탄한 표면을 만들 수 있다. 일반적인 표면처리 보수공법에는 다음과 같은 보수 공법이 있다.
i. 실코트(seal coat) 및 아마코트(armor coat) ii. 카페트코트(carpet coat)
iii. 포그실(fog seal) alc 슬러리실(slurry seal) iv. 칩실(chip seal)
v. 마이크로 서피싱(micro surfacing) vi. 박층공법(thin hot-mix asphalt overlays)
2.2.3 덧씌우기 보수공법
덧씌우기 보수공법은 전면적인 재포장을 실시해야 할 정 도로 포장도로의 파손이 발전하지 않았지만, 균열이나 소 성변형 등이 발생한 경우 적용한다. 덧씌우기 보수 공법은 우선적으로 보수범위를 결정하고 절삭 한 후 택 코트 작 업을 한다. 택 코트 작업 후 아스팔트 덧씌우기를 실시하 며, 덧씌우기 두께는 일반적으로 5cm를 시공한다. 노면 높 이의 상승, 배수 등의 문제로 덧씌우기 공법을 채택하기 어려울 경우에는 절삭 덧씌우기, 재생 공법 등을 검토할 필요가 있다.
3. 최소단면 보수공법
전 장에서 살펴본 바와 같이 아스팔트 포장 도로의 유지 보수 공법은 아스팔트 포장도로의 파손 형태에 따라 다양하 며, 적절한 유지보수 관리 시점에 적합한 유지보수 공법을 적용하여야 한다. 본 연구에서는 아스팔트 포장도로의 대표 적인 파손형태인 소성변형과 종방향 균열에 대한 예방적 유 지보수 공법을 제안하고자 한다.
3.1 최소단면의 정의
아스팔트 포장도로를 운행하는 차량은 한 개 차로 내에서 일정한 횡방향 이격범위를 나타내며 운행한다. 아스팔트 포 장도로의 소성변형은 횡방향 이격범위 내에서 교통의 진행 방향을 따라서 집중적으로 발생한다. 따라서 본 연구에서 제 안하는 최소단면 보수공법은 그림 2와 같이 아스팔트 포장 도로의 파손에 따른 유효보수범위를 차량의 횡방향 이격범 위 내에서 최소화 시키는 보수공법이다.
그림 1. 예방적 유지보수 관리
그림 2. 최소단면 보수공법의 유효보수단면
3.2 최소단면과 차량의 횡방향 이격효과
본 연구에서 제안하는 최소단면 보수공법의 유효보수범위 는 차량의 횡방향 이격효과와 밀접한 관련이 있다. 차량의 횡방향 이격분포는 차량 주행 또는 수평방향의 분산 정도를 의미하며, 포장도로의 파손과 공용성을 예측할 때 한 점에 작용하는 축 하중의 횟수에 영향을 미친다(Headdock et al., 1998; Kasahara, 1982). 또한 차로의 기하학적 특성, 횡방향 여유공간, 차량 형태의 영향을 받는다(Buite et al., 1989).
따라서 최소단면 보수공법의 유효보수범위는 차량의 횡방향 이격분포 특성에 대한 통계적 추론을 통하여 확률적 차량의 통행량을 근거로 선정하고자 한다.
3.3 차량의 횡방향 이격분포 조사 결과 및 분석 3.3.1 차량의 횡방향 이격분포 조사
차량의 횡방향 이격분포 특성 조사를 위한 현장 조사 구간 을 표 1에 나타내었다. 현장 조사 시 발생할 수 있는 문제점 에 대한 사항은 강민 수(2001)의 논문을 참조하여 계측 오차 를 최소화 하였다. 특히 비디오카메라의 외부 노출로 인하여 주행 차량의 운행에 영향을 미치지 않도록 하였다. 현장조사 방법은 비디오카메라 촬영을 통한 수계측 방법을 사용하여 그 림 3과 같이 차량진행 방향의 우측 차선의 중앙 부분에서 보 조석 타이어의 중앙 부분까지의 거리를 측정 하였으며, 도로 교통량 통계연보(건설교통부, 2006)에서 일반 국도에 대한 차
종 분류체계를 사용하여 차종별로 차량을 분류하였다.
3.3.2 차량의 횡방향 이격분포 특성 분석
차량의 횡방향 이격분포 특성에 대한 선행 연구(조명환 등, 2008)에서는 편도 2차로와 편도 3차로의 차로의 위치 특성 에 따른 이격분포를 조사하였으며, 차로의 위치에 따라 주행 차량의 횡방향 이격분포가 영향을 받는다고 보고하였다. 현 장조사 지점의 차량의 횡방향 이격분포 특성을 나타내는 기 술통계량은 표 2와 같다.
3.4 최소단면 보수공법의 유효보수 범위
차량의 횡방향 이격분포는 통계 검정을 통하여 정규분포 형태를 나타내고 있는 것으로 파악 되었다(홍은철 등, 2009). 따라서 본 절에서는 최소단면 보수공법의 유효보수 범위를 차량의 확률적 통행량에 따라 산정하고자 한다. 차량 의 횡방향 이격분포 특성이 그림 4와 같이 정규분포 형태를 나타내므로 확률변수(Z)에 의한 유효보수범위 내의 차량의 확률적 통행량을 식 (1)을 이용하여 구할 수 있으며 표 3에 나타내었다. 표 3에서 편도 2차로와 편도 3차로의 유효보수 범위 변화에 따른 차량의 확률적 통행량은 80cm의 유효보 수범위를 설정하였을 경우 95% 이상을 나타내었다. 또한 유 효보수범위를 70cm로 축소하여도 90% 이상의 통행량을 나 타내었다. 그러나 편도 3차로의 3차로의 경우 일반 차로와는 달리 유효보수범위 내의 통행량이 적게 나타났는데, 이는 현 장조사 지점 3차로의 우측 감속차로로 빠져나가는 차량의 영향으로 판단된다. 또한 버스의 확률적 통행량은 유효보수 범위를 60cm로 하여도 90%이상의 차량이 보수범위 내에서 통행하는 것으로 나타났다.
따라서 차량의 확률적 통행량의 90% 이상을 나타내는 70cm를 최소유효보수 범위로 설정하고, 도로의 파손 정도 및 교통특성에 따라 유효보수 범위의 변화를 고려할 수 있 을 것으로 판단된다.
(1) 여기서, X : 편측이격거리
µ : 평균 σ : 표준편차
3.5 최소단면 보수공법의 현장 적용 방안
일반적인 보수공법 선정은 기초조사, 정책결정, 적용 및 Z Z µ–
---σ
= 표 1. 현장조사 위치
도로 구분 도로 정보
위치 차로 폭(m)
편도 2차로 수원시 밀레니엄 길 3.25
편도 3차로 수원시 43번 국도 3.25
버스 전용차로 서울시 한강로 3.50
그림 3. 횡방향 이격거리 측정 표 2. 현장 조사 지점의 기술통계
구분 위치 차종 평균
(cm) 표준편차
(cm) 편도 2차로 1차로 4종 91.35 19.32
2차로 4종 90.78 20.19
편도 3차로
1차로 4종 99.43 17.47
2차로 4종 90.79 17.79
3차로 4종 80.28 26.81
버스전용차로 1차로 3종 86.03 17.30 그림 4. 횡방향 이격거리 측정
성능향상의 3단계 의사 결정 순서를 따르게 된다(국토해양 부, 2008). 기초조사 단계에서는 소성변형이나 피로균열 등 의 포장 파손이 발생한 부분에 대해서 육안 조사 등을 수 행하고, 정책 결정단계에서는 포장의 상태평가와 유지보수 공법을 선택하게 된다. 마지막으로 적용 및 성능 향상 단 계를 통해서 포장의 공용성을 일정수준 회복하게 된다. 최 소단면 보수공법은 이러한 3단계 의사 결정을 기초로하여 그림 5와 같이 절차에 따라 아스팔트 포장도로의 파손 형 태 및 원인을 파악하고 적용 시킬 수 있다. 그림 5에서
보수공법의 선택단계에서 최소단면 보수공법은 소성변형의 경우 재료의 탈리에 의한 변형과 표층의 불안정성에 의해 서 발생하는 경우에 적용 시킬 수 있으며 보수범위는 현장 의 주행차량의 횡방향 이격분포 특성을 이용하여 얻어진 유효보수범위내의 확률적 차량의 통행량 및 현장의 파손정 도를 감안하여 유효보수범위를 설정 할 수 있는 것으로 판 단된다.
표 3. 최소단면 보수공법의 유효보수범위 구분 위치 편측이격거리(X) 확률변수
(Z) 유효보수
범위(cm) 확률적 통행량(%)
편도 2차로
1차로 40 -1.98 80 95.22
35 -1.73 70 91.64
2차로 40 -2.30 80 97.86
35 -2.02 70 95.66
편도 3차로
1차로 40 -2.29 80 97.80
35 -2.00 70 95.44
2차로 40 -2.25 80 97.56
35 -1.97 70 95.12
3차로 40 -1.49 80 86.38
35 -1.31 70 80.98
버스전용차로 1차로
40 -2.31 80 97.62
35 -2.02 70 95.66
30 -1.73 60 91.64
그림 5. 최소단면 보수공법 판단 절차
그림 6. 최소단면 보수공법 시공
4. 최소단면 보수공법의 시공사례 4.1 시험 시공 현장
최소단면 보수공법의 현장 적용성을 시험하기 위하여 파주 시 광탄면 방축 삼거리-방축 사거리(지방도 360호선) 1km 연장에 100m 구간에 시험시공을 실시하였다. 시험 포장구간 의 포장상태를 파악하기 위하여 육안조사를 실시하였으며, 육안조사 결과 그림 6(a)와 같이 소성변형이 전 구간에 걸 쳐 일어난 상태로 확인되었다. 또한 소성변형의 최대 깊이는 2.5cm, 좌·우측 모두 1.9cm였으며, 소성변형의 발생 평균 폭은 좌측 차륜 90.1cm, 우측 차륜 88.3cm로 측정되었다.
4.2 최소단면 보수공법 시공
최소단면 보수공법은 그림 6과 같은 순서로 이루어진다.
차량의 횡방향 이격거리 분포특성에 따른 유효보수범위내의 확률적 통행량과 그림 6(b)와 같은 육안조사를 통하여 유효 보수범위를 선정하게 되며, 그림 6(c)와 같이 아스팔트 절삭 기로 유효보수범위를 절삭하였다. 절삭된 폐 아스팔트를 청 소한 후 택코트 작업을 하고 아스팔트 피니셔로 포설을 하 였다. 포설 후 충분한 다짐을 한 후 교통을 개방하는 순서 로 이루어졌다. 이때 아스팔트 절삭 장비와 아스팔트 피니셔 는 최소단면 보수공법을 제안하기 위하여 개발된 소형장비 를 사용하였다(그림 6(g)).
시험 시공을 통하여 최소단면 보수공법의 현장 적용결과가 큰 문제가 없는 것으로 나타났다. 최소단면 보수공법을 적용 함으로서 전단면 보수공법에 비해 유지보수범위가 최소화 되 므로 유지보수 비용의 절감 효과가 클 것으로 예상된다. 또 한 본 연구에서 개발된 소형장비의 적용을 통해 교통통제 구역을 기존의 보수공법보다 최소화 시킬 수 있으며, 이에 따른 사회적 비용도 감소할 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 아스팔트 종방향 포장파손에 대한 예방적 유지보수공법으로 최소단면 보수공법을 제안하였다. 최소단 면 보수공법의 유효보수범위에 대한 통계적 접근과 현장시 험 시공을 통하여 현장적용성을 살펴보았으며, 결론은 다음 과 같다.
1. 최소단면의 보수공법은 차량의 횡방향 이격범위 내에서 집중적으로 발생하는 소성변형 및 균열에 대하여 보수범위
를 최소화하여 보수하는 공법이다. 이때 차량의 횡방향 이격 분포는 차로의 특성, 차량의 형태 등의 영향을 받는 것으로 나타났다.
2. 최소단면 보수공법의 유효보수범위를 선정하기 위하여 표준정규분포의 통계적 추론을 이용하였다. 최소단면 보수공 법의 최소유효보수범위는 70cm로 하였으며, 현장도로의 파 손 정도 및 교통특성에 따라 보수범위 변화를 고려할 수 있 을 것으로 판단된다.
3. 최소단면 보수공법의 현장 시험시공을 하였으며, 현장적 용에 큰 문제가 없는 것으로 나타났다. 최소단면의 보수로 인하여 유지보수비용의 감소가 클 것으로 예상되며, 본 연구 에서 개발된 소형장비(아스팔트 절삭기, 아스팔트 피니셔)의 적용을 통해 교통통제 구역을 최소화 시킬 수 있어 사회적 비용도 감소할 것으로 판단된다.
참고문헌
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(접수일: 2011.1.27/심사일: 2011.3.10/심사완료일: 2011.3.10)
