국내에 대규모로 시공되어 공용하고 있는 중부고속도로 CRCP 구간은 1987년 12월에 개통되어 일부 구 간에 보수를 수행하고 있으나 28년을 공용하고 있다. 중부고속도로 CRCP에 발생한 파손은 국부파손이 대부분을 차지하고 있다. 국부파손은 일정한 영역의 콘크리트가 여러 조각으로 분리되면서 함몰되는 형태 를 나타내고 이러한 부분을 보수한 것으로 판단되는 패칭이 여러 개소에서 관찰된다. 중부고속도로에서 발견된 국부파손과 펀치아웃 파손은 그 범위에 따라 유지관리에서 적용해야 할 보수방법이 다르며 향후 더 많은 숫자로 발생할 수 있으므로 이에 대한 대비가 필요할 것으로 판단된다. 중부선의 경우 줄눈 콘크리트 포장에 비해 양호한 상태를 나타내는 구간이 더 많이 존재하고 있으나 일 부에 국부파손으로 인해 상대적인 공용기간 단축이 발생하고 있다. 중부선 파손 원인을 파악하기 위한 상 세조사는 중부선의 양호한 공용상태로 인해 많이 이루어지지 않았으나 공용기간을 고려할 때 대비가 시급 한 실정이다. 본 연구에서는 중부선 파손유형과 원인 규명에 대한 기초조사의 하나로 코어를 채취하고 이에 대한 물 성분석을 수행하였고 상대적으로 파손이 빠르게 발생한 구간에 대한 현장조사를 수행하였다. 중부선 연속 철근 콘크리트의 공용상태 파악을 위해 파손상태가 크지 않은 지역에서 코어를 채취하고(2013년도) 깊이 에 따른 염화물량을 조사하였으며 그림 1과 같은 결과를 나타내었다. 중앙에서 채취한 코어는 깊이에 따 라 급격한 염화물 감소가 관찰되나 균열에 인접한 부분은 이보다 높은 염화물량이 관찰되어 철근위치가 높아질수록 염화물의 영향을 빨리 받을 수 있을 것으로 판단되었다. 중부선 연속철근 콘크리트 구간에서 국부파손이 발생하고 보수구간에 재파손이 발생한 개소(그림 2)에 대하여 현장조사를 수행하고 코어를 채취하였다. 조사 결과 설계 보다 철근이 상승되어 배근된 곳이 빈번 하게 발견되었고 해머를 통한 청음시험에서 들뜸이 추정되는 곳도 관찰되었다. 일부 구간에서 코어를 채 취하여 관찰한 결과 그림 3과 같이 철근 주변에서 수평균열이 발생하고 있어 들뜸의 원인으로 추정되었고 철근 부식 흔적도 관찰되었다. 현재 일부 개소에 대해 수행한 기초적인 현장조사를 통해서 볼 때 중부선 파손 원인은 시공 당시의 철 근배치와 밀접한 관련을 가지고 있고 이의 결과로 발생한 파손의 유형은 국부적인 파손이 주를 이루는 것 으로 판단되었다.

고속도로에서의 포장 파손은 주행성뿐만 아니라 사용자의 안정성에도 영향을 주며, 노후 포장에서의 포장 파손의 급증은 경제적으로도 보수비용이 증가하는 문제를 초래한다. 본 연구에서는 국내 고속도로 노후 콘크리트 포장에서 발생하는 파손의 근본적인 원인을 규명하기 위해 다양한 환경 인자를 선정하여 파손별 상관성을 분석하였다. 연교차, 강우 일수, 강설량 등 총 6가지의 지역 및 지사별 자료를 바탕으로 수집된 환경 인자와 고속도로 포장관리시스템에서 수집하는 콘크리트 포장 파손 총 9가지를 이용하여 산 점도 분석을 실시하였다. 또한 무작위로 발생하는 파손을 제거하기 위해 박스도표 분석(Box Plot Analysis)을 이용하여 동일 성질의 산점들을 하나의 대표값을 갖도록 가공하여 경향을 비교하였다. 다음 그림은 줄눈 콘크리트 포장에서 종방향 스폴링의 파손량과 연교차간의 상관도를 분석한 그래프이다. 본 연구를 통하여 상관관계를 분석하기 위해 도입된 박스도표 분석이 두 인자간의 경향을 파악하는데 효과적인 것을 확인하였으며, 이 분석을 통하여 6가지의 환경 인자와 9가지의 포장파손간의 상관관계를 확인하고 관련 정도를 파악하였다.

1970년 경부고속도로를 시작으로 우리나라에 본격적인 고속도로시대가 열렸으며, 전국을 하루생활권 안에 들도록 만들었다. 그 후 호남선, 영동선, 중부선, 외곽순환선 등의 잘 짜인 고속도로망은 지금까지 우리나라 경제발전의 핵심 인프라로서 그 역할을 해왔다. 그러나 고속도로는 영구적으로 사용할 수 있는 구조물이 아니기 때문에 포장면에 지속적으로 가해지는 교통하중과 온도 및 습도의 환경하중으로 인해 구 조적인 능력이 한계에 도달하며, 특히 공용연수가 지난 포장은 공용 초기에 비하여 파손이 기하급수적으 로 증가하게 된다. 이러한 포장 파손의 급증은 교통안전을 위협할 뿐만 아니라 보수비용을 급격하게 증가 시키는 경제적 문제도 발생시킨다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 포장파손에 미치는 인자를 파악하기 위해서 파손 종류별로 포장체의 재령 및 교통량과 환경인자에 해당하는 기온, 상대습도, 적설 일 수, 제설 제 사용량 등과의 상관성 분석 및 통계적 유의성을 검토하였다. 분석에서 사용한 포장체의 재령은 준공년도로부터 데이터 측정시점까지의 기간으로 정하였다. 또한 교 통량의 경우, 각 노선별에 대해 교통량과 차종 12종의 등가단축하중계수(ESALF)를 이용하여 등가단축하 중(ESAL)을 구해 각 파손들과 상관성 분석을 실시하였다. 이어 환경인자에 해당하는 인자들에 대해 파손들과의 분석을 실시하였다. 기온의 경우 콘크리트의 온 도를 변화시켜 슬래브의 열수축, 열팽창 및 이로 인한 컬링을 일으켜 파손을 발생시키고, 습도의 경우 콘 크리트의 부등건조수축으로 인해 슬래브에 와핑을 일으켜 파손을 발생시킬 수 있다고 판단하였다. 적설 일 수와 제설제 사용량은 제설제에 포함된 염화물에 의한 포장 파손의 가능성을 고려하였다. 중부선, 영 동선 등 총연장 1,426km에 달하는 재령 20년 이상의 노후된 고속도로 줄눈 콘크리트 포장을 대상으로 파 손 종류별 심각도와 앞서 언급한 네 가지 영향인자의 관계를 통계적으로 분석하였다. 파손은 종방향 균 열, 횡방향 균열, 패칭, 스켈링, 내구성 균열, 모서리 파손, 펀치아웃, 스폴링 등 총 10가지의 파손을 대 상으로 하였으며, 파손의 영향인자는 해당 포장구간에 인접한 기상관측대의 자료를 사용하였다. 기온과 상대습도는 2011년부터 2013년까지의 연평균을 사용하였고, 적설 일 수는 2011년부터 2013년까지 연중 0.1cm 이상 적설된 일수의 연평균을 사용하였으며, 제설제 사용량은 2007년부터 2011년까지 한국도로공 사 각 지사에서 사용한 양의 연평균을 사용하였다. 최종적으로 각 파손에 대해 어떠한 인자가 영향을 주 는지 원인을 분석하였으며 정리된 자료를 바탕으로 리모델링 지수(Remodeling Index)를 개발하는 데에 참고하였다.

부두포장의 하부구조는 물에 대한 영향을 끊임없이 받는다. 따라서, 도로나 공항과 같은 다른 시설과 달리 설계, 시공은 물론 유지관리 측면에 있어서도 큰 차이를 가진다. 공용기간이 지남에 따라 중력식 안벽, 널말뚝식 안벽 등은 물론 대부분의 부두시설에서 배후 매립토 중 세립토가 조수의 변화 등의 물의 출입에 영향을 받아 유출하게 된다. 시설의 변형, 파손 등에 의해 포장 하부재료의 손실을 막기 위한 필터층이 파손되기도 하고 이러한 경우 급격한 유실로 인해 큰 하부에 공동이 발생하여 부두포장이 함몰하거나 포장 상부에 공동이 발생하기도 한다. 부두포장의 침하는 그 원인 및 진행성 여부를 판단하여 보수해야 하는데, 진행성과 비진행성에 대한 판단은 장기적인 조사가 필요하기 때문에 즉각적인 보수가 어렵다. 때문에, 침하구간에 체수가 발생한 경우 배수구를 절삭하여 시설물의 구조적 성능을 오히려 떨어뜨리고, 위험한 개소에 철판을 덮어 통행하는 등 임시방편을 사용하거나, 진행성 침하구간에 사용성을 위해 아스팔트 덧씌우기를 반복적으로 실시해야 하는 등 적절한 보수가 어려운 실정이다. 카펫+슬래브 모듈, 스마트 조인트 모듈, 맞춤형 지지 모듈로 구성되는 모듈러 도로시스템은 기존의 경험적-역학적 도로설계에 있어서 역학적으로 불확실한 포장 상부와 하부 지반과의 요소를 배제하는 혁신적인 개념의 도로시스템으로 기존 도로시스템의 연약지반부, 교대 뒤채움, 용출수구간, 절토부 배수불량 구간은 물론 부두포장에 매우 적합하다고 판단된다. 또한, 공장생산을 통한 기성품을 스마트 조인트 모듈을 이용하여 교체하는 쾌속 시공이 가능한 도로시 스템이기 때문에 유지보수에 있어서도 파손이 발생한 슬래브를 신속히 교체할 수 있어, 부두뜰에서의 하역작업이나 야적장의 화물적재 문제로 시공이 어려운 개소에 대한 유지보수가 신속히 가능해 사용자에게 미치는 경제적 손실을 최소화 할 수 있다. 기존 항만시설의 하부에 침하, 공동이 발생한 경우 세굴로 인해 세립토가 유실되고 조골재, 잡석 등이 남아있는 하부지반이라도 모듈러 도로시스템을 적용할 수 있다. 향후, 본 연구에서 검토한 부두포장의 신설, 유지보수시 적용하는 방안 외에 다양한 기능을 도입할 수 있는 모듈러 도로시스템의 장점을 살려 침하량 계측, 진행성 침하에 대한 복구기능 등 부두포장에 필요한 기능의 도입에 대한 검토와 연구가 필요하다.

1986년에 국도에 포장관리시스템이 도입된 이래 최근 자산관리시스템(AMS; Asset Management System)에 대한 본격적인 연구가 시도되고 있다. 이는 도로유지보수 수요는 점점 증가하는 반면, 갈수록 줄어드는 사회간 접자본 관련예산, 그리고 예산지출의 투명성/객관성에 대한 공공의 요구 등에서 비롯된 자연스러운 현상이라 할 수 있다. 자산관리분야는 공학, 계획, 통계, 프로그래밍, 경제, 회계 등 다양한 학문이 복합적으로 접목하여 1)파손과정에 대한 해석, 2)생애주기비용분석에 관한 연구에 집중되어 있다. 이중에서 도로파손과정에 대한 연구는 경쟁관계에 있는 포장원료나 포장설계기법에 대한 우위를 결정하는 등 그 자체로도 존재의 의미가 충분하 지만, 생애주기비용분석에서도 도로이용자비용의 흐름을 결정하는 핵심적인 요소이기 때문에 파손과정분석결 과에 대한 신뢰성, 현실성은 무엇보다 중요하다. 이에 본 연구에서는 생애주기비용에 관한 내용은 배제하고 도로파손과정, 특히 현실적인 기대수명에 대해 심도 있는 고찰을 시도하고자 하였다. 기대수명의 추정과 관련된 선행연구들을 살펴보면, 대부분 기대수명(혹은 파손속도를)을 하나의 값으로 표현하고 있다. 이러한 접근방식은 파손과정의 평균적 특성만을 설명할 수 밖에 없기 때문에 포장파손과정에 포함된 불 확실성의 해석에 한계를 갖는다. 또한, 생애주기비용분석에서도 여러 유지보수기준에 해당하는 기대수명 중 가장 짧은 기대수명에만 영향을 받아 유지보수과정이 결정되는 문제점을 갖게 된다. 이는 다양한 유지보수공법을 다양 한 유지보수기준을 참조하여 시행하고 있는 포장관리의 현실에 비추어 볼 때 비현실적이며, 중장기 예산수요예측에도 영향을 미칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 1)포장의 파손과정은 파손정도에 따라 이질적인 특성을 갖고, 2) 그 포장파손과정에는 다양한 도로환경(예:포장강도, 교통하중 등)의 영향으로 인한 심각한 불확실성을 포함하고 있으며, 3)관리자가 운용하는 다양한 유지보수기준에 따라 기대수명이 달라진다는 현실을 반영하고자 하였다. 여 기에 추가적으로 4)각 유지보수기준에 해당하는 기대수명의 통계적 신뢰수준에 따라 최종 기대수명이 달라질 수 있다는 점도 추가적으로 고려하고자 하였다. 이러한 연구목적을 충족시킬 수 있는 모형은 우선 확률론적(stochastic) 모형이어야 하며, 포장파손상태에 따라 독립적으로 파손속도가 예측됨은 물론 설명변수도 고려될 수 있어야 한다. 또한, 기대수명의 분산(혹은 모형계 수의 분산)정보 또한 제공 가능한 분석구조를 가지고 있어야 할 것이다. 본 연구에서는 이 모든 조건을 충족하는 분석기법으로 베이지안 마르코프 위험률 (Bayesian Markov hazard) 모형을 활용하였다. 이 모형은 마르코프 연쇄를 기반으로 한 확률과정모형으로, 마르코프전이확률행렬을 예측하는데 다단계위험률모형을 응용하여 각각 독립인 이산적 포장상태에 대한 위험률 함수를 단위시간으로 정식화한 후, 이 위험률 함수의 예측에 설명변수를 포함시키는 구조를 갖고 있다. 또한, 모형계수의 분산파악이 가능하고 지역수렴문제나 샘플수의 부족 등의 문제들을 해결할 수 있는 베이지안 통계기법을 접목하고 있다. 사례분석에서는 한국국도에서 2007~2011년에 수집된 균열, 소성변형, 종단평탄성 자료를 활용하였으며, 최근 예산부족으로 인해 수정된 유지보수기준을 활용하여 포장상태등급을 구성하였다. 본 논문의 주요결과로 1)각 상태 지표의 등급별 위험도 함수, 2)마르코프 전이확률행렬, 3)유지보수 기준 별 기대수명의 도출, 4)확률론적 개념에서의 유지보수 기준 별 위험영역(hazard zone)과 이 들을 통합한 결합확률분포를 제시하고 있으며, 최종적으로 5) 결정론적 개념에서의 기대수명이 현실에서의 기대수명과 상이함을 증명하고 있다.

PURPOSES: The purpose of this study was to investigate the disintegration mechanism of concrete due to the infiltration of the moisture to the milling overlay pavement and to come up with a method to minimize the disintegration as well as verifying the effectiveness of the edge sealing and Fogseal method. METHODS : This study investigated the distress mechanism due to the infiltrated moisture remaining in the milling overlay pavement through chloride freezing test and verified the effectiveness of the sealing of the milling edge and fog seal methods, which have been devised to minimize the moisture infiltration, through laboratory water permeability test. Additionally, long-term pavement performance was compared for the effectiveness of the proposed method through under loading test, and field water permeability test was carried out to verify the field applicability of the proposed method. RESULTS: The result of the research confirmed that chloride deteriorates the concrete surface through disintegration and lowers its strength and that the laboratory moisture infiltration test verified the effectiveness of the milling edge sealing and fog seal methods in the deterrence of moisture infiltration to the overlay pavement with excellent long-term performance of the pavement treated with the proposed method. Although the field water permeability test revealed some deterrence of moisture infiltration of the milling edge sealing and fog seal methods to a certain extent, the difference was a little. CONCLUSIONS: The milling edge sealing and fog seal methods are limited in their effectiveness for the cases of improvident compaction management or mixture with large void, and it is believed that installation of subsurface drainage is more effective in these cases.

최근 들어 온난화 등의 영향으로 태풍이나 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며 이로 인한 산지 도로의 산사태, 토석류, 상향침투수압 등에 의한 인명, 시설물 피해도 극심하게 나타나고 있다. 산지 도로의 상향침투수압은 심각한 포장 파손을 발생시키기도 한다. 산지 측의 높은 지하수위로 인한 상향침투수압을 감소시키기 위해서는 지하배수공법이 매우 효과적 이라고 판단된다. 지하배수 공법을 원활하게 작동하기 위해서는 배수기층이 적합한 투수계수와 지지력을 갖추어야 한다. 따라서 본 연구에서는 적절한 투수성과 지반 지지력을 확보할 수 있는 최적의 배수기층 입도에 대한 연구를 수행하였다.

국토의 70% 이상이 산악지인 우리나라 지형적 특성 때문에 도로가 산지을 인접해서 건설되는 것이 불가피하다. 최근 들어 온난화등의 영향으로 태풍이나 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며 이로 인한 산지 도로의 산사태, 토석류, 상향짐투수압 등에 의한 인명, 시설물 피해도 극심하게 나타나고 있다. 본 연구에서는 이러한 산지 도로의 피해 중 상향침투수압에 의해 발생하는 포장의 틀림 현상에 대하여 고찰하였다. 산지도로 주변의 다양한 특성을 고려하기 위하여 상향침투수압에 의해 포장파손이 발생한 지역특성에 대하여 사명의 경사각, 산지표면의 보가유무, 산지 경사면 토사층의 두께, 지중 배수관의 설치 유무에 따라 상향침투수압을 산정하였다. 분석결과 상향침투수압은 현재 일반적으로 사용되고 있는 쇄석기층 위의 아스팔트포장 및 표면배수형식조건에서 5~10kPa 범위에서 발생하며, 사면경사각이 커짐에 따라 상향침투수압도 비례하여 커지는 것을 확인하였고, 사면의 표면을 보강 처리하지 않았을 경우의 상향침투수압은 작게 나타났다. 산지 경사면의 토사층의 두께는 지하수위가 산지표면까지 상승한 조건에서는 상향침투수압에 큰 영향은 없었으나, 지하수위가 산지표면까지 상승하는 것은 강우지속시간에 따라서 영향을 받는 점을 고려하면, 지중배수관의 설치는 도로 표층에 가해지는 상향침두수압을 효율적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 기층형식에 따른 상향침투수압에 대한 저항성 측면에서는 비 부착성인 쇄석기층보다 부착성인 안정처리기층이 자중이 증가하여 포장의 틀림 현상을 방지하는데 유리하다고 판단되지만 안정처리기층만으로는 상향침투수압에 견딜 수 없으므로 지중배수관 및 사면배수공법을 적용하여 사용하는 것이 바람직하다고 판단된다.