3. 한국형 포장설계법(시멘트 콘크리트 포장)

기출

75회 역학적-경험적 포장설계법에 대하여 기술하시오.

92회 한국형 포장설계법의 특징에 대하여 설명하시오.

96회 한국형 포장설계법 개발을 위한 시험도로 건설 및 계측시스템 구축에 대하여 설명하시오.

97회 한국형 포장설계법의 특성과 공용성 해석에 대하여 설명하시오.

104회 한국형 도로포장 설계법의 주요내용과 특징에 대하여 설명하시오.

112회 역학적-경험적 포장설계방안의 개념을 설명하시오.

118회 한국형 포장설계법 프로그램에서 ⑴ 아스팔트포장의 설계입력 항목, ⑵ 아스팔트표층 물성의 산정방법, ⑶ 분석 결과와 활용방법에 대하여 설명하시오.

125회 한국형 포장 설계법에서 콘크리트 포장 구조설계의 입력변수(요소)에 대하여 설명하시오.

 

Ⅰ. 개요

1. kprp는 포장체 거동과 공용성 관계를 역학적 해석과 경험적 모델로 포장 단면을 결정하는 설계법이다.

2. KPRP는 재료 물성, 교통·환경 조건 등 설계 입력변수 이해와 공용성지표 적정성 검토가 중요하다.

3. 본문에서는 KPRP 설계과정, AASHTO설계법과 차이, KPRP 특징, 공용성 기준에 대해 기술한다.

 

Ⅱ. KPRP

1. 설계과정

단면설정			역학적 해석
↓
기간 설정
↓	← 교통·환경 조건, 재료 물성
구조 해석
↓
공용성 해석	← 공용성 모델		경험적 설계 해석
↓
경제성 평가
↓
대안 결정

2. AASHTO 차이

1) 단면설정 : 획일적 → 다양화

2) 입력변수 : 도표 → 프로그램

3) 교통하중 : 등가단축하중 → 축하중 분포

4) 설계방법 : 경험적 설계 → 역학적·경험적 설계

5) 공용성기준 : PSI → IRI, 피로균열

3. KPRP 특징

1) 국내 여건을 반영한 포장 설계법

① 국내 포장 재료, 환경, 교통 특성

2) 교통하중 차량 단위 구분, 시간·계절 영향 반영

3) 개별파손 시간별 진전 상황 근거 새로운 파손 모형 정립

4) 설계 등급 구분으로 합리적 포장 설계

 

Ⅲ. 설계 입력변수

설계등급

1) 포장의 최적 두께 산정을 위한 기초자료

2) 설계등급 1, 2, 3으로 구분하여 적용

2. 교통하중 산출 절차

1) 절차1 : 차종별 교통량 산출

① AADT, 12종 차종별 구성 비율

2) 절차2 : 설계차로 교통량 산출

① W = AADT x DL(방향분배계수) X DD(차로분배계수)

3) 절차3 : 시간별(시간, 월별) 교통량 산출

① 시간별, 월별 교통량 변동율

4) 절차4 : 하중분포별 교통량 산출

① 차종별 축하중 분포

5) 절차5 : 교통량 증가율 적용

3. 환경하중

1) 포장 내부 온도, 콘크리트 슬래브 온도차

① 기상관측소 선택

② 기장자료 분석

③ 포장 깊이별 온도 분석

2) 노상 함수량 변화

3) ｢한국형 포장설계법｣ 동결깊이 예측식에 의해 최대동결깊이를 산정

① 설계동결깊이는 노상동결관입허용법에 따라 최대동결깊이의  75% 적용

4. 재료물성

1) 하부구조(입상) 재료물성

① 포장 하부구조(노상, 보조기층 및 쇄석기층)의 재료물성은 탄성계수와 포아송비로 한다.

2) 아스팔트 혼합물 재료물성

① 동탄성계수와 포아송비를 적용

3) 콘크리트 포장 재료물성

① 탄성계수, 강도, 열팽창 계수, 건조 수축, 단위중량 및 포아송비

5. 공용성 해석

1) 피로균열

① 환경하중이 가해진 포장에 반복되는 교통하중에 의해 콘크리트 표층에 손상이 누적되어 발생

② 파손 형태로 콘크리트 슬래브의 횡방향 균열

③ 피로균열 = 피로면적 / 전체포장면적

④ 1등급 : 15% 이하, 2등급 : 20%이하

2) 스폴링 모델

① 줄눈 또는 균열 부근에서 콘크리트 조각이 떨어져 나가는 파손

② 스폴링은 평탄성 지수인 IRI를 예측시 사용

3) 평탄성(IRI)

① 포장의 기능 표현 중요 변수

② 불량 시 : 운전자 안전성, 쾌적성 저하 차량 운행비 증가

③ 단위거리에 대한 포장 표면 단차의 누적 길이

④ 1등급 : 3.5m/km 이하, 2등급 : 4.0m/km이하

평탄성 예측, 경험식 모델

- ASP 포장 : 초기 평탄성 + 피로균열율(%) + 포장재령(년) + 영구변형량(mm)

- con‘c 포장 : 초기 평탄성 + 기층조건(린:0, 보조:1) + 균열율 + Spalling 발생 비율

 

Ⅳ.  콘크리트포장 설계시 유의사항

1. (줄눈) 줄눈 간격은 콘크리트 포장의 장기 공용성에 영향이 있으므로 kprp를 이용하여 간격 결정하도록 기준 정립 필요

2. (원위치파쇄) 국내 콘크리트포장 노후화로 평탄성 저하 문제가 제기되고 있으므로 표면재생, 재포장 등 실용적 공법 개발이 필요하다.

① 원위치파쇄 기층화 공법

3. (CRCP) CRCP포장 공법은 장기공용성, 반사균열 관점에서 장점이 있으므로 시공 여건을 고려하여 확대 적용이 필요하다.

4. (NGCS) 콘크리트포장의 초기 평탄성 부족시 다이아몬드 그라인딩, NGCS 등의 표면공법을 적용하여 초기 평탄성을 확보하여야 한다.

5. (초기품질관리) 콘크리트 포장의 초기품질관리가 피로균열율에 영향을 미치므로 초기품질 확보가 중요하

1) 줄눈 커팅 시기 조절

① 시공 후 14시간 적절

2) 양생제 살포기준량 조절 :

① 하절기 400~500ml/m2

3) 시공 온도

① 저온수, 차광막 설치 ② 골재 등 혼합물 온도 저하

 

Ⅴ. 결론

1. (교통) 교통 조건 적용 신뢰 확보를 위해 장래교통량 추정, 관리 전담기구 지정 운영 방안을 도입해야 한다.

2. (재료물성) 재료의 물성 설계·시공 일관성 확보

1) 재료 물성 설계·시공 차이 발생

2) 물성 변화 시 단면 재검토 및 적정성 검증 의무화

3. (추적조사) 콘크리트포장의 장기공용성 확보를 위해 공용 초기값을 DB화 하고 공학적 장기 계측 방법을 도입하여 장기적 추적조사 및 공학적 분석 통해 개선방안 도출하고 관리시스템을 구축해야 한다.

4. (성능보증) 포장의 성능보증계약방식 도입하고 하자보증기간을 10년으로 강화하여야 한다.

1) 현행 : 하자보증기간 2년, 포장 부실 원인

5. (공기) 설계 및 시공 지연 시 잔여공기, 공정율 고려 공용개시연도, 목표연도 변경하고 포장구조 재산정하여야한다.

1) 설계단계에서부터 구체적 연차별 투자 계획 수립 – 공용개시연도 준수