국내 고속도로 콘크리트 포장은 주로 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 형식으로 시공되어 줄눈부 파손에 따른 유지관리 부담이 지속되고 있으며 이를 보완하기 위해 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)이 확대 적용되고 있다. 하지만 기존의 노후화된 JCP를 CRCP로 전환하는 기술에는 한계가 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 공용성과 시공성을 동시에 확보하기 위해 CRCP 형 식과 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 접목한 프리캐스트 CRCP 슬래브를 설계하였다. 슬래브 내부의 철근비를 0.68%로 설계하여 배근하였으며 타이바 포켓은 슬래브 측면 중앙부에 배치하도록 설계하였다. 유한요소해석과 모멘트 분포 분석을 수행하여 슬래브 상부에 최적 인양 위치를 선정하였으며 매립형 인양 장치를 배치하였다. 또한 그라우트 주입구는 차선 기 준으로 슬래브 외곽부 중앙에 위치하도록 설계하였다. 슬래브의 연결부는 덮개 형식으로 구성하였으며 상부 덮개에는 앵커 를 설치하여 그라우트의 탈락을 방지하였다. 연결부에는 연속철근을 노출시켜 인접되는 슬래브와의 거동이 일체화되어 CRCP의 특성을 발휘하도록 설계하였다.

최근 도로 포장 분야에서는 시공성과 공용성 확보를 위해 모듈러 형식의 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 적용하는 추 세이다. 프리캐스트 콘크리트 포장은 사전 제작한 슬래브를 현장에서 조립 및 시공함으로써 시공 시간을 단축할 수 있어 장 기간 교통통제가 어려운 구간의 신속한 유지보수에 활용되고 있다. 국내에서는 도심지 버스정류장을 중심으로 적용 사례가 증가하고 있으나 고속도로에 적용된 사례는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 고속도로 환경에 적합한 프리캐스트 콘크리트 포장 시공 방안을 마련하기 위해 시험시공을 수행하고자 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 형식의 프리캐스트 슬래브를 설 계 및 제작하였다.

콘크리트 포장은 아스팔트 포장에 비해 우수한 내구성에 의한 장기공용성 확보로 잦은 유지보수가 필요없는 포장 형식이 다. 도심지의 교차로는 많은 교통량과 다양한 하중 조건이 집중되는 구간으로 아스팔트 포장에서는 파손이 빈번하게 발생하 고 있어 내구성 확보가 요구된다. 이에 본 연구에서는 도심지 교차로 구간에 적용된 콘크리트 포장의 특성 및 공용성을 분 석하기 위해 일본 나고야시를 방문하여 현장 조사를 수행하였다. 현장 조사 결과, 대부분의 교차로에서 진출입부 구간뿐만 아니라 중앙부까지 콘크리트 포장을 적용하고 있었다. 교차로에 시공된 콘크리트 포장 형식으로는 줄눈 콘크리트 포장과 줄 눈 철근콘크리트 포장이 확인되었으며 공용상태의 경우 경미한 수준의 스폴링 및 대각선 균열 등이 관찰되었다. 일부 교차 로에서는 콘크리트 포장 적용 시 교통차단을 장기간 유지할 수 없어 조강 포틀랜드 시멘트를 사용하는 1DAYPAVE와 슬래 브를 공장에서 사전 제작하여 시공하는 프리캐스트 콘크리트 포장 등 신속하게 교통 개방이 가능한 공법도 적용된 것으로 확인되었다.

싱가포르에서는 1970년대 후반부터 버스 정차와 가감속이 빈번하게 발생하는 버스정류장 및 버스차로 구간을 중심으로 콘크리트 포장을 광범위하게 적용해 왔다. 본 연구에서는 싱가포르 도심지 버스정류장에 적용된 콘크리트 포장의 현장 조사 를 수행하였으며 버스정류장에 적용된 콘크리트 포장의 공법, 연장, 손상 유형 등의 조사를 통해 적용 현황과 공용상태를 분석하였다. 조사 결과, 싱가포르 도심지 버스정류장 구간에는 대부분 줄눈 철근콘크리트 포장이 적용된 것으로 조사되었으 며 약 18~32m의 연장을 지닌 것으로 확인되었다. 줄눈 간격의 경우 주로 8~9m로 형성되어 있으며 손상 유형으로는 줄눈부 스폴링 및 줄눈재 파손, 망상 균열, 대각선 균열 등이 확인되었다.

일본 나고야시에서는 타도시에 비해 중차량 교통량의 비중이 높아 도로의 약 30%를 콘크리트 포장으로 적용하고 있으며 도심지 버스정류장에도 콘크리트 포장을 적극적으로 적용하고 있다. 본 연구에서는 일본의 나고야시 도심지 버스정류장에 적용된 콘크리트 포장 현황과 공용성을 분석하기 위해 다양한 버스정류장 구간에 대해 현장 조사를 수행하였다. 현장 조사 는 버스정류장에 시공된 콘크리트 포장 형식, 연장, 줄눈 간격, 파손 유형, 표면처리 등 적용 특성 및 공용성을 분석하였다. 분석 결과, 버스정류장에 주로 줄눈 콘크리트 포장과 줄눈 철근 콘크리트 포장이 시공되어 있었으며 일부 구간에서는 반강 성 포장이 적용되어 있었다. 또한, 스폴링, 줄눈재 파손 등이 확인되었으나 공용성에 영향을 미치는 수준은 아닌 것으로 분 석되었다.

본 연구는 일본 나고야시 도심지 교차로에 적용된 프리캐스트 콘크리트 포장을 대상으로 현장 조사를 수행하여 연결 방 식에 따른 구조적 특성과 손상 유형을 분석하였다. 조사 결과, 해당 지역에는 다웰바와 타이바를 이용한 연결 방식과 코터 식 조인트 방식이 적용된 것을 확인하였다. 공용 상태 분석 결과, 다웰바 방식에서는 줄눈부 스폴링 등 일반적인 줄눈 콘크 리트 포장의 손상이 나타났으며 코터식 조인트 방식에서는 그라우트 홀 주변의 미세 파손만이 확인되었다. 본 연구에서 확 인된 손상은 포장의 구조적 성능 및 주행 안전성에 영향을 미치지 않는 경미한 수준으로 분석되었다. 또한, 프리캐스트 슬 래브 간 단차는 관찰되지 않아 평탄성이 우수한 것으로 판단되었으며 이는 도심지 콘크리트 포장의 장기공용성 확보에 긍정 적으로 작용할 것으로 기대된다.

국내 고속도로에 적용된 콘크리트 포장은 오랜 공용기간으로 인해 노후화되어 유지보수가 필요한 구간이 증가하고 있다. 이러한 구간의 유지보수를 위해 국외에서는 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 사용하여 노후화된 구간을 보수하고 있으며 국내 고속도로에도 프리캐스트 포장의 적용이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 고속도로 환경에 적합한 프리캐스트 콘크리 트 포장의 시공 방안 개발을 목적으로 현장 조사를 수행하여 시험시공 계획을 수립하였다. 시험시공 구간은 서해안 고속도 로 비봉 영업소 구간의 화물차 전용 차로로 선정하여 수차례의 현장 조사를 수행하였다. 현장 조사 결과, 시험시공에 적용 될 슬래브의 제원은 연장 3.0m, 폭 5.1m, 두께 0.29m로 선정하였으며 CRCP 형식과 JCP 형식으로 프리캐스트 포장을 구성 하는 시험시공 계획을 수립하였다.

일본은 오래전부터 다양한 형식의 콘크리트 포장을 도심부 도로에 적용해 왔다. 특히 나고야는 다양한 도심부 환경에서 콘크리트 포장을 운영하는 대표적인 도시로서 일반도로, 교차로, 버스정류장, 지하차도 등 다양한 도심부 구간에 콘크리트 포장을 적용하고 있다. 이에 본 연구에서는 나고야 도심부 도로에 적용된 콘크리트 포장의 현황을 조사하고 공용성능에 대 한 영향을 분석하였다. 현장 조사 결과, 교차로 구간에는 줄눈 콘크리트 포장(JCP)과 줄눈 철근 콘크리트 포장(JRCP)이 주로 적용되었으며 프리캐스트 콘크리트 포장(PCP)과 1DAYPAVE도 적용되었다. 또한, 일반도로와 버스정류장에는 JCP, JRCP, CRCP가 적용되었으며 지하차도에서는 미끄럼 저항성 향상을 위한 표면 패턴이 적용된 콘크리트 포장을 시공한 것으로 분 석되었다. 공용성 분석 결과, 현장 조사에서 관찰된 손상 수준은 경미하였으며 전반적으로 우수한 공용성을 보이고 있는 것 으로 관찰되었다.

본 연구에서는 실내 실험의 효율성을 확보하기 위해 실제 콘크리트 슬래브를 1/6 크기로 축소한 실험체를 제작하고 구조 거동 분석을 위한 계측 및 해석 방법을 수립하였다. 축소 슬래브에 스트레인 게이지와 LVDT를 설치하여 변형률과 처짐을 계측하고 3차원 유한요소해석 결과와 비교 분석하였다. 분석 결과 변형률의 경우 60mm 스트레인 게이지의 계측값이 해석값 과 가장 유사한 경향을 보였으며 처짐은 모든 LVDT에서 해석 결과와 유사하게 나타났다. 이를 통해 축소 슬래브의 처짐 거동을 정밀하게 계측 가능함을 확인하였으며 변형률 계측 시에는 슬래브 축소 비율에 따른 단순 비례 크기의 센서 선정이 아닌 해석 기반 검증이 필요함을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 축소 슬래브 거동 분석 방법은 다양한 축소 비율의 콘크 리트 슬래브 실내 실험에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

싱가포르는 고온다습한 기후조건과 중차량의 잦은 가감속에 따른 피로 하중으로 인해 아스팔트 포장이 빈번하게 파손되어 도심지 교차로 구간에 콘크리트 포장을 적용하고 있다. 본 연구에서는 싱가포르의 도심지 교차로 구간에 시공된 콘크리트 포장의 적용 특성 및 공용성 분석을 위해 현장 조사를 수행하였다. 현장 조사를 통해 도심지 교차로에 적용된 콘크리트 포 장의 형식, 연장, 줄눈 간격 및 파손 유형 등을 분석하였다. 조사 결과, 도심지 교차로 구간에 적용된 콘크리트 포장의 연장 은 약 38~40m로 측정되었으며 포장 형식은 줄눈 철근콘크리트 포장과 반강성 포장으로 분석되었다. 줄눈 철근콘크리트 포 장은 줄눈 간격이 약 15~18m로 구성되어 있었으며 반강성 포장은 줄눈이 별도로 형성되어 있지 않는 것을 확인하였다. 파 손의 경우 줄눈 철근콘크리트 포장에서는 줄눈부 스폴링 및 줄눈재 파손 등을 관찰할 수 있었으며 반강성 포장에서는 표면 균열과 박리 등의 파손을 볼 수 있었다. 이러한 파손들은 포장 공용성에 악영향을 미칠 정도는 아닌 것으로 분석되었다.

국내 도심지에 적용하고 있는 중앙버스정류장의 포장은 주로 아스팔트 포장으로 시공되어 있으나 중차량인 버스의 하 중으로 인해 포장 파손 사례가 증가하여 시민들의 안전에 악영향을 미치고 있으며 유지보수 비용이 매년 증가하고 있다. 서울시에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 국내 최초로 중앙버스정류장 신설 구간에 현장타설 방식으로 연속철근 콘크 리트 포장(CRCP)을 시공하였다. 본 연구에서는 이러한 구간의 연속철근 콘크리트 포장에 대한 이동차량 하중에 의한 동 적 거동 특성을 분석하고자 포장 슬래브에 콘크리트 변형률계를 설치하고 덤프트럭을 통과시키며 동적 하중 재하 실험 을 수행하였다. 실험에서는 이동차량의 속도를 다양하게 변화시켜 차량 속도에 따른 포장 슬래브의 동적 거동을 비교 분 석하였으며 이동차량이 CRCP의 여러 위치에서 정지하도록 하여 정지 위치에 따른 거동도 분석하였다. 실험 결과, 차량 이 CRCP를 통행할 경우 차량 속도 및 정지 위치에 따른 포장 슬래브의 동적 변형률은 매우 유사한 것으로 분석되었다.

국내의 도심지 도로는 대부분 시공 후 신속하게 개통할 수 있는 연성포장인 아스팔트 포장으로 시공되어 있다. 그러나 도심지 특성상 인구 밀도의 집중으로 인해 대중교통인 버스의 교통량이 증가하여 중앙버스정류장에 시공된 아스팔트 포 장에 피로하중이 쌓여 심각한 포장 파손이 자주 발생한다. 서울시에서는 최근에 중앙버스정류장의 포장 파손을 억제하기 위해 아스팔트 포장을 콘크리트 포장으로 신속하게 전환할 수 있는 프리캐스트 콘크리트 포장(Precast concrete pavement)을 중앙버스정류장에 적용하고 있다. 본 연구에서는 시공된 중앙버스정류장 중 가장 오랜 기간 공용한 구간을 선정하여 현장 조사를 수행하였으며 프리캐스트 콘크리트 포장의 공용상태와 손상 형태 및 유형을 분석하였다. 현장 조 사를 수행한 중앙버스정류장은 연장이 72m이며 12개의 패널로 구성되어 있다. 현장 조사를 통한 분석 결과 접속부에서 는 아스팔트 포장에 소성변형 및 균열 등의 손상이 관찰되었으며 본선의 경우 그라우트 홀의 균열 또는 탈락, 패널의 균 열 등이 손상 유형으로 분석되었다. 또한, 줄눈부에서는 스폴링 및 단차 등이 손상 유형으로 확인되어 일반적인 현장타 설 줄눈 콘크리트 포장의 손상 유형과 유사한 것을 알 수 있었다.

도심지에서는 증가하는 교통량으로 인해 지상에서 지하로 교통 시설을 확대하고 있다. 지하에 교통 시설물을 시공할 경 우 기존 도로를 굴착한 후에 지하 시설물을 시공하는 동안에 임시통행판을 사용하여 기존 도로의 역할을 대체하도록 하 고 있다. 이러한 임시통행판은 대부분 철재를 사용하고 있으며 표면에 아스팔트, 콘크리트 등 다양한 재료를 적용하여 사용하기도 한다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브를 임시통행판으로 적용하고 있는 사례를 조사하기 위해 미국 로스앤젤 레스 지역의 콘크리트 임시통행판이 설치된 구간에 대한 현장 조사를 실시하였으며 구성 요소와 손상 유형을 분석하였 다. 콘크리트 임시통행판의 주요 구성 요소로는 각각의 임시통행판을 연결해주는 연결부와 프리캐스트 콘크리트 임시통 행판을 인양할 수 있는 인양장치 체결부 등을 들 수 있다. 조사 구간은 하부의 보 구조 위에 프리캐스트 콘크리트 임시 통행판을 배치하였으며 연결부와 인양 장치 체결부를 그라우트로 채우는 방식으로 시공된 것으로 분석되었다. 손상 유형 을 분석한 결과, 차량 통행으로 인해 연결부와 인양장치 체결부의 그라우트 재료가 탈락되어 빈 공간이 보이는 부분이 많았으며 이러한 부분을 아스팔트 혼합물로 충진하여 사용하고 있었다. 또한, 콘크리트 임시통행판에 균열이 발생한 경 우도 조사되었다.

본 연구에서는 터널부의 환경조건을 고려한 터널 내부 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)의 설계 방안을 수립하기 위하여 CRCP 전용 구조해석 프로그램을 이용하여 터널 내부와 토공부의 환경하중을 고려한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 모델은 철근비를 0.6%와 0.68%로 고정하고 슬래브의 두께를 26cm, 28cm, 30cm로 변화시켜 구성하였다. 또한, 터널 내외 부의 환경하중과 차륜하중을 적용하여 분석을 수행하였다. 분석 결과, 터널 내외부 모든 경우에서 CRCP의 슬래브 두께 가 증가할수록 균열간격과 균열폭이 증가하게 되며 터널 내부 CRCP는 슬래브 두께를 감소시키더라도 토공부와 유사한 균열간격 및 균열폭이 형성되는 것을 확인하였다. 향후 보다 다양한 조건에서의 수치해석 및 시험시공을 통해 국내 터널 환경에 적합한 터널 내부 CRCP 설계 방안을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

국내의 도심지 도로는 대부분 아스팔트 포장으로 시공되어 있으며 아스팔트 포장의 공용수명은 콘크리트 포장의 공용 수명에 비해 짧아 잦은 재시공 및 유지보수 작업이 필요하다. 도심지 특성상 포장 재시공 및 유지보수를 실시할 경우 작 업 시간 동안 교통차단을 유발하여 도로 이용자의 불편을 초래하게 된다. 따라서 서울특별시에서는 신설구간인 헌릉로의 중앙버스정류장 구간에 도심지 최초로 현장타설 방식의 연속철근 콘크리트 포장을 시공하였다. 본 연구에서는 중앙버스 정류장 구간에 시공한 연속철근 콘크리트 포장의 철근 거동에 대한 분석을 수행하여 철근의 응력이 가장 크게 발생하는 균열부에서의 철근 응력의 적정성을 분석하였다. 분석 결과, 균열부에서 멀어질수록 철근의 변형률이 뚜렷하게 감소하는 것을 확인하였으며 균열부에서 약 15cm 정도만 이격되어도 철근의 변형률이 급격하게 감소하여 철근과 콘크리트 간의 부착이 적절한 것으로 분석되었다. 또한, 균열부에서 발생한 철근의 변형률을 응력으로 환산하면 약 50MPa 정도로 철근 의 항복강도인 400MPa에 비해 매우 작아서 연속철근 콘크리트 포장의 우수한 공용성을 확보한 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 본선차로와 접속차로가 동일한 연속철근 콘크리트 포장(CRCP: Continuously reinforced concrete pavement)일 경우에 접속차로 CRCP의 종방향 철근의 거동을 분석하기 위해 창녕밀양건설사업단 1공구에서 시험시공을 수행하였다. 시험시공 구간에 균열유도장치와 철근 변형률계를 설치하여 접속차로 CRCP의 종방향 철근 거동을 분석하 였다. 분석 결과, 철근의 변형률은 균열부에서 가장 크게 발생하며 균열로부터 멀어질수록 감소하는 것을 확인하였다. 또 한, 변형률을 응력으로 환산할 경우 항복강도보다 현저히 낮아 접속차로 CRCP의 철근 배근은 우수한 공용성에 기여할 것으로 분석되었다. 이러한 결과를 통해 본선차로와 접속차로가 동일한 CRCP로 시공될 경우 포장 공용성을 보다 향상 시킬 수 있을 것으로 분석되었다.

미국에서는 버스나 대형 차량의 통행량이 많아 포장 파손이 빈번한 버스정류장 및 버스 환승구역에 콘크리트 포장 형 식의 버스 패드(Bus Pad)를 다양하게 적용하고 있다. 본 연구에서는 미국 서부 로스앤젤레스의 콘크리트 버스정류장과 라스베이거스의 콘크리트 버스정류장에 대한 현장 조사를 수행하였다. 현장 조사 구간을 줄자 및 레이저 거리 측정기 등 을 통해 버스 패드의 콘크리트 포장 연장, 줄눈 간격, 시점부 및 종점부의 형상, 파손 유형 등을 조사하여 특성을 분석하 였다. 분석 결과, 로스앤젤레스 콘크리트 버스정류장의 경우는 줄눈 간격이 약 2.30~6.21m로 분석되었으며 시점부와 종 점부가 삼각형 형상으로 시공된 것을 확인하였다. 라스베이거스 콘크리트 버스정류장의 경우는 줄눈 간격이 약 4.26~4.86m로 분석되었으며 시점부와 종점부가 사각형 형상으로 시공된 것을 확인하였다.

시멘트 콘크리트 포장의 양생 공정에서는 피막양생제를 살포하는 것이 가장 일반적이며 양생포와 같은 덮개를 콘크리트 포장 위에 덮어 온도와 습도를 유지하는 방법으로 콘크리트 포장의 강도를 발현시키기도 한다. 콘크리트 포장의 미끄럼 저항 및 배수, 주행안전 성을 향상시키기 위해서는 양생 공정 이전에 표면 타이닝 공정을 수행하는 것이 일반적이지만 양생 이후에 그루빙을 실시하기도 한다. 본 연구에서는 콘크리트 포장 품질에 지대한 영향을 주는 양생 작업과 표면 그루빙 작업의 일원화 방법 개발을 위한 기초 연구로써 3D 스케치 프로그램과 3D 프린터를 이용하여 타원형, 삼각형, 사각형 모양의 홈으로 그루빙을 형성하면서 동시에 양생포로 사용이 가 능한 그루빙 양생 플레이트를 설계하여 제작하였다. 그루빙 양생 플레이트의 적용성을 분석하기 위해 콘크리트 공시체를 제작하여 실 내 실험을 수행하였으며 양생 플레이트의 그루빙 홈 형상에 따른 콘크리트 포장 표면 그루빙 형성 상태를 분석하였다.

최근 이상기후 현상으로 인해 국지성 호우 발생이 증가되어 도로 미끄럼 사고 발생이 증가하는 추세이다. 콘크리트 포장에서는 미끄 럼 저항을 확보하기 위해 그루빙 작업을 실시하여 주행안전성을 향상시키고 배수를 원활하게 하여 수막현상을 억제한다. 본 연구에서 는 그루빙 작업에서의 홈의 방향을 종방향과 횡방향 뿐만 아니라 임의의 방향으로 구성할 수 있으며 다양한 홈의 형상을 구성할 수 있는 동시에 우수한 양생포 기능을 지닌 그루빙 양생 플레이트를 제작하였다. 이러한 그루빙 양생 플레이트를 사용하여 타원형, 삼각 형, 사각형으로 홈 형상을 구성한 콘크리트 공시체를 제작하였다. 공시체를 사용하여 그루빙 방향을 종방향, 횡방향, 45° 방향으로 구 성하였을 경우에 대한 미끄럼 저항성을 BPT 장비를 사용하여 분석하였다. 분석 결과, 그루브 형상이 타원형, 삼각형, 사각형 등으로 차이가 있더라도 BPN 값은 유사하게 측정되었으나 그루브 방향은 종방향, 횡방향, 45° 방향 순으로 BPN 값이 높게 분석되었다.

최근 도심지 버스정류장의 아스팔트 포장을 콘크리트 포장으로 전환하는 추세이다. 서울시에서는 헌릉로 구간 중앙버스정류장에 현 장타설 방식의 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 국내 최초로 적용하였다. CRCP는 슬래브 내부에 철근을 연속적으로 배근하며 수축줄 눈을 두지 않고 균열을 허용하는 공법으로 균열폭 거동이 공용성에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 헌릉로 구간 중앙버스정류 장에 인력포설 방식으로 시공된 CRCP의 균열폭의 거동 특성을 계측을 통해 분석하였다. 균열폭 거동 계측은 자연발생균열 2개와 유 도균열 1개에 파이형 균열게이지를 설치하여 수행하였다. 하나의 자연균열은 일평균 균열폭 거동이 약 0.278mm로 분석되었으며 다른 하나의 자연균열은 균열폭 거동이 약 0.184mm로 분석되었다. 유도균열의 균열폭 거동은 약 0.144mm로 분석되어 자연균열에 비해 균 열폭 거동이 다소 작게 분석되었다. 이와 같이 도심지의 버스정류장에 적용한 CRCP는 시공초기에 균열폭이 매우 미소하여 이물질과 수분의 침투를 억제하며 줄눈 콘크리트 포장의 줄눈부에서의 스폴링 등 포장 파손을 저감하는데 효과적일 것으로 분석되었다.