현재 국내 고속도로 콘크리트 포장의 약 60%는 줄눈 콘크리트 포장형식이며, 연속철근 콘크리트 포장 은 약 1.3%의 비교적 낮은 구성비율을 갖는 포장형식이다. 하지만 1987년에 개통된 중부고속도로를 중심 으로 연속철근 콘크리트 포장의 우수한 장기공용성이 최근 들어 재조명되고 있으며 관련 연구와 현장 시 험시공 등이 점차 증가하고 있는 추세이다. 연속철근 콘크리트 포장의 전통적인 핵심은 슬래브 거동에 의 해 발생하는 횡방향 균열을 종방향 철근의 인장력과 부착력으로 제어하여 적정한 균열 간격과 균열 폭을 갖도록 하는 것이다. 일반적으로 넓은 균열 간격은 균열 폭을 증가시켜 골재맞물림에 의한 슬래브 간 하 중전달력 저하, 수분 및 염분 침투에 의한 철근부식, 스폴링 발생 등에 영향을 주며 반대로 너무 좁은 균 열 간격은 종방향 균열의 발생과 더불어 펀치아웃 파손이 발생하기 쉽다. 즉 적정 균열 간격 확보를 통한 균열폭의 제어는 연속철근 콘크리트 포장의 공용성에 지대한 영향을 주는 요인으로 볼 수 있다. 연속철근 콘크리트 포장의 균열은 일반적으로 시공 직후부터 동절기 1~2회의 공용기간 사이에서 집중 적으로 발생한다. 하지만 연속철근 콘크리트 포장의 대표적인 손상 유형인 펀치아웃, 스폴링 등은 교통 및 환경하중과도 관련이 있기 때문에 공용기간 중 산발적으로 발생하게 된다. 즉 시공/공용 초기에 발생 한 균열 중, 공용성에 악영향을 줄 수 있는 것으로 알려진 일부 이상 균열들로부터 파손이 발생하여 진전 되는 것으로 예상할 수 있다. 이에 본 연구에서는 육안 관측을 통해 최근 2년 내 시공된 연속철근 콘크리 트 포장 2개 구간의 균열 맵을 작성하고 균열 간격을 조사하였으며 그림 1과 같이 균열 형상을 바탕으로 이상 균열을 분류하였다.

현재 국내에서 시행되고 있는 시멘트 콘크리트 포장 형식은 초기공사비가 저렴하고 시공경험이 풍부하다는 점에서 무근(줄눈)콘크리트 포장이 대부분을 차지하고 있으나 줄눈부의 잦은 손상으로 인해 내구수명이전 파손 이 빈번해짐에 따라 포장공용수명 연장의 방법으로 연속철근콘크리트 포장공법(CRCP공법) 적용이 대두되었다. CRCP공법은 철근배근 방법에 따라 인력 배근방법(Manual method)과 Tube Feeding장비를 이용하여 철근을 배근하는 기계식 배근(Mechanical Placement Method)방법으로 분류된다. 국내의 경우 1984년 경부고속도로 포장개량의 목적으로 처음 CRCP가 도입되었으며 1985년도 중부고속도로에 인력 배근방법으로 시공하여 현재 까지 양호한 공용상태를 보이고 있다. 하지만 인력배근의 경우, 철근조립의 선행공정으로 인한 시공성 저하와 별도의 작업 공간이 필요하여 상․하행 분리구간 및 터널, 확포장구간에 적용이 어려워 시공실적이 저조한 실정 이다. 또한 국외의 경우 기계식 배근방법의 시공이력이 있으나 철근 배근의 부정확성 등 문제점의 개선이 이루 어지지 않아 1990년 이후 시공실적은 없는 실정이다. 콘크리트 포장의 내구성 저하 원인인 횡방향 줄눈을 제거하여 주행성 및 내구성을 확보하고 총 생애주기비용 을 고려하여 경제성 측면에서 유리한 CRCP포장의 확대적용이 필요하다. 이를 위해 기존 CRCP공법의 시공성 을 해결하여 국내여건에 맞는 시공방법의 개선이 요구되며, 철근 배근의 정확성 등의 문제점 개선을 통한 구조 적 성능 향상이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 횡방향 철근 없이 철근유도장비를 이용하여 종방향 철근을 자동 배근하는 동시에 콘크 리트를 포설하는 연속철근콘크리트 포장공법을 적용한 시험시공 구간에 대하여 철근배근의 정확성을 확인하였으 며 추적조사를 통한 균열 상태 조사를 실시하였다. 이를 통해 연속철근콘크리트 포장의 개선된 기계식 시공방법 의 현장적용성을 평가하여, 기존 인력식 배근으로 시공한 연속철근콘크리트 포장과 비교평가를 실시하였다.

PURPOSES: The objective of this study is to evaluate construction issues and design for transverse steel in continuously reinforced concrete pavement(CRCP). METHODS : The first continuously reinforced concrete pavement(CRCP) design procedure appeared in the 1972 edition of the“ AASHTO Interim Guide for Design of Pavement Structures,”which was published in 1981 with Chapter 3 “Guide for the Design of Rigid Pavement” revised. A theory that was accepted at that time for the analysis of steel stress in concrete pavement, called subgrade drag theory(SGDT), was utilized for the design of reinforcement of CRCP - tie bar design and transverse steel design - in the aforementioned AASHTO Interim Guide. However SGDT has severe limitations due to simple assumptions made in the development of the theory. As a result, any design procedures for reinforcement utilizing SGDT may have intrinsic flaws and limitations. In this paper, CRCP design procedure for transverse steel was introduced and the limitations of assumptions for SGDT were evaluated based on various field testing. RESULTS: Various field tests were conducted to evaluate whether the assumptions of SGDT are reasonable or not. Test results show that 1) temperature variations exist along the concrete slab depth, 2) very little stress in transverse steel, and 3) warping and curling in concrete slab from the field test results. As a result, it is clearly revealed out that the assumptions of SGDT are not valid, and transverse steel and tie bar designs should be based on more reasonable theories. CONCLUSIONS : Since longitudinal joint is provided at 4.1-m spacing in Korea, as long as joint saw-cut is made in accordance with specification requirements, the probability of full-depth longitudinal cracking is extremely small. Hence, for transverse steel, the design should be based on the premise that its function is to keep the longitudinal steel at the correct locations. If longitudinal steel can be placed at the correct locations within tolerance limits, transverse steel is no longer needed.

PURPOSES : This paper numerically evaluates the contribution of transverse steel to the structural behavior of continuously reinforced concrete pavements to understand the role of transverse steel. METHODS: Two-lane continuously reinforced concrete pavements with and without transverse steel were analyzed through finite element analysis with the aid of commercial finite element analysis program DIANA; the difference in their structural behavior such as deflection, joint opening, and stress distribution was then evaluated. Twenty-node brick elements and three-node beam elements were used to model concrete and steel, respectively. Sub-layers were modeled with horizontal and vertical tensionless spring elements. The interactions between steel and surrounding concrete were considered by connecting their nodes with three orthogonal spring elements. Both wheel loading and environmental loading in addition to self-weight were considered. RESULTS : The use of transverse steel in continuously reinforced concrete pavements does not have significant effects on the structural behavior. The surface deflections change very little with the use of transverse steel. The joint opening decreases when transverse steel is used but the reduction is quite small. The transverse concrete stress, rather, increases when transverse steel is used due to the restraint exerted by the steel but the increase is quite small as well. CONCLUSIONS : The main role of transverse steel in continuously reinforced concrete pavements is supporting longitudinal steel and/or controlling unexpected longitudinal cracks rather than enhancing the structural capacity.

연속철근 콘크리트 포장(CRCP: Continuously Reinforced Concrete Pavement)과 줄눈 콘크리트 포장 (JCP: Jointed Concrete Pavement)의 환경하중에 따른 단부 거동 측정 현장은 음성-제천고속도로 상에 신설 된 CRCP 구간에서 수행되었다. CRCP 구간은 슬래브 길이 약 500m, 폭 8.4m, 두께 28cm, 철근비 0.68%로 시공되었으며 시점과 종점은 앵커러그(Anchor lug)를 생략하고 팽창줄눈을 설치하였으며, JCP와 마주하고 있다. CRCP와 JCP는 모두 린 콘크리트층 위에 설치되었으나, JCP는 린 콘크리트층과 JCP 사이에 비닐을 설치 하였으며, CRCP는 린 콘크리트층 위에 바로 콘크리트 슬래브를 설치하였다. 따라서 CRCP와 JCP의 환경하중 변화에 따른 자유단부의 종방향 변위 및 컬링 변위 측정을 위해 그림 1과 같이 변위측정계(LVDT)를 설치하였 다. 거동 측정은 2013년 4월 24일(Day 1)부터 수행하였으며 자유단부에서 컬링 거동 측정 결과를 그림 2, 종방 향 거동 측정 결과를 그림 3에 나타내었다. 컬링 거동은 약 20일의 측정 기간 동안 CRCP와 JCP의 자유단부는 동일 시간대에 서로 같은 방향으로 컬링 거동이 발생하며, 일일 최대 컬링 변위는 약 1.2mm 정도 발생하였으나, CRCP와 JCP 단부의 상대변위는 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 종방향 거동은 약 45일의 측정 기간 동안 일일 종방향 변위의 발생은 CRCP 보다 오히려 JCP에서 더 크게 발생하는 것을 알 수 있었다. 계측이 팽창줄눈 위치에서 수행되었기 때문에 이러한 현상이 JCP의 수축줄눈에서도 발생하지는 지는 추가적인 연구로 비교해 볼 필요가 있다.

본 연구는 연속철근 콘크리트 포장(CRCP: Continuously reinforced concrete pavement)에서 단부 앵커러그 유무에 따른 종방향 변위 비교를 통해 앵커러그의 필요성을 분석하고 내부 수평균열의 수직방향 변위 측정을 통해 이러한 균열이 CRCP의 공용성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수행되었다. 앵커러그 구간 절단 전 거동 측정은 6월 중에 12일간 계측하였으며, 앵커 러그 구간 절단 후의 측정은 절단 시 슬래브에 급격히 발생하는 변위가 사라진 이후 8월 중에 14일 동안 계측하였다. 이와 같은 단기간의 계측 결과 CRCP 단부의 종방향 변위는 앵커러그가 설치되어 있는 경우에는 모든 위치에서 일일 변위 변화가 0.1mm 이내로 종방향 거동이 거의 발생하지 않았다. 단부에 앵커러그가 설치되지 않은 경우에는 변위가 자유 단부 부근에서만 주로 발생하며 종방향 변위 변화가 작아서 팽창줄눈으로 처리하여도 적절할 것으로 예측되었으나, 향후 추가연구에 의해 사계절 온도변화에 따른 단부의 거동을 확인할 필요가 있을 것으로 판단된다. 내부 수평균열은 거동 측정 결과 거의 비활성균열이며 전체적인 슬래브의 수직변위에 영향을 미치지 않았다. 따라서 수평균열이 슬래브를 상하로 분리시켜 CRCP의 구조적인 성능 및 공용성의 저하를 유발하지는 않을 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 연속철근 콘크리트 개념의 얇은 덧씌우기 공법(CRCO : Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay)의 거동 특성을 살펴보았다. 서해안 고속도로의 폐도 구간에 CRCO 공법과 JCO 공법(Jointed Concrete Overlay)을 시험시공 하였으며, CRCO 공법에 삽입된 종방향 철근으로 효과를 검토하였다. 시험시공 후 균열 조사 결과, CRCO 구간의 기존 줄눈부에서부터 반사 균열이 발생하였으나 그 폭은 매우 좁았다. 철근의 구속역할로 인해 CRCO 공법에서 더 많은 균열이 발생하였으며, 그 간격은 CRCP 보다 더 좁았다. 부착강도 측정 결과, 표면 처리로 Cold Milling 후 이물질을 제거하여 초기에 층간 부착 문제가 발생하지 않았다. 기존 JCP의 줄눈부에 수평으로 매설한 계측기 데이터분석 결과, 초기 균열 터짐 시 일정 폭 이상으로 벌어지지 못하게 종방향 철근이 잡아주는 역할을 하였으며, 온도변화에 대한 수평 변위 발생 억제 효과도 있었다. 하지만 층간 부착 문제가 발생할 경우, 철근의 구속 효과는 저감되었다. 수직 계측기의 데이터를 통해서 철근이 없는 JCO 공법에 비해 CRCO 공법은 종방향 철근 위치에서 층간 부착 문제가 발생하지 않았으며, 현장 코어링 작업을 통해 이를 확인하였다. 슬래브 내의 수평 거동을 분석한 결과, 초기에 철근의 구속으로 인해 CRCO 공법에서는 인장 변형률이, 구속이 미미한 JCO 공법은 압축력이 발생하였다. FWD 데이터 분석 결과, CRCO 공법의 처짐량이 JCO 보다 더 적게 발생하였으며, 지지력 평가에서는 전반적으로 덧씌우기 후가 더 크게 나타났으며, 특히 CRCO 공법이 JCO 공법에 비해 지지력에 대한 덧씌우기 두께 효과가 더 컸다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay (CRCO) 공법의 초기 공용성이 평가되었다. 서해안 고속도로의 표층 파손 구간에 Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP) 덧씌우기와 CR8O 공법을 이용한 보수가 진행되었다. JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 인접 슬래브가 완전히 분리되도록 덧씌워진 층의 줄눈을 완전히 커팅하였으며, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 0.5% 종방향 철근과 위치 고정용 횡방향 철근을 설치한 후 그 위에 덧씌우기를 수행하였다. 두 구간 모두에서 3종시멘트가 이용되었다. 현장 강도 시험 결과, 1~3일 내에 교통개방이 가능한강도가 발현된 것이 확인되었으며, vibrating wire gauge (VWG) 데이터 분석 결과 CRCO 공법이 기존 포장의 줄눈 거동을 억제하는 것으로 나타났다. 부착강도 시험결과, 재령에 상관없이 높은 부착강도가 확인되었다. 한편 JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 중앙부에서, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 CRCO 포장과 같은 무작위 횡방향 균열이 관찰되었으며, CRCO 공법의 균열폭 거동이 JCP 보다 50% 정도 낮은 것으로 나타났다.

본 연구는 연속철근콘크리트포장(CRCP)에 환경하중이 작용하여 횡방향 균열이 발생하고 진전되어가는 과정을 분석하기 위하여 수행되었다. 이러한 분석을 위하여 CRCP의 유한요소 모델을 개발하고 균열의 발생과 진전을 예측할 수 있는 요소삭제 방법을 도입하였다. 여러 다른 형태의 환경하중이 작용할 때 CRCP의 거동 및 균열 진전 특성을 분석하기 위하여 세 가지의 경우를 고려하였다. 먼저 CRCP의 콘크리트 슬래브 상부 표면과 하부 표면의 온도차가 선형으로 유지되면서 깊이에 관계없이 일정하게 온도가 계속 떨어지는 경우이다. 다음으로 슬래브 하부의 온도는 일정하게 유지되며 상부의 온도만 감소하는 경우이다. 이 경우는 슬래브 상하부의 온도차가 계속 증가되는 경우라 할 수 있다. 또 다른 경우는 슬래브의 중간 깊이에서 하부까지는 같은 온도가 유지되고 슬래브 상부의 온도만 계속 감소하는 경우이다. 해석 결과 CRCP의 균열발생 및 깊이 방향으로의 진전정도는 환경하중의 형태에 따라 크게 좌우되는 것을 알 수 있었으며 균열의 발생 및 진전에 따른 CRCP의 응력 및 변위의 재분포 과정도 분석할 수 있었다.