서울시통합도로포장관리정책개발 Development of Integrated Pavement Management Policies in Seoul 2011 서울시정개발연구원 SEOUL DEVELOPMENT INSTITUTE
연구진 연구책임 연구원 배윤신 환경안전연구실부연구위원신성일 도시교통연구실연구위원신경엽 환경안전연구실연구원조수연 도시교통연구실연구원 이보고서의내용은연구진의견해로서 서울특별시의정책과는다를수도있습니다.
요약및정책건의 Ⅰ. 연구의개요 1. 연구의배경 서울시도심부도로에서는산업화로인한경제인구의증가로교통량이증가하고있는추세이며, 중앙버스전용차로도입이후버스전용차로에중하중 ( 버스하중 ) 이집중적으로발생하면서포장파손이촉진 -최근이상기온현상으로인한동절기의폭설과해빙기의큰일교차및집중호우등으로인한포장파손발생 특히서울시간선도로대부분은최초건설후 20년이상공용 ( 公用 ) 중으로포장의노후화가매우빠르게진행되고있는상황 -아스팔트포장의최초설계수명이 20년임에도불구하고실제공용중인도로의재포장주기는 5 10년정도 -도심부도로포장의특성상도로의노후화와교통량증가, 그리고잦은굴착복구의영향으로포장의수명을유지하기매우힘든상황을반증 도로는서울시인프라구조물의가장큰부분을차지 ( 도로를포함한도시기반시설에대한자산가치는 69조 4,771억원 ) 하며매년도로부분에서발생하는유지관리비용은 2020년이후로건설비용을초과할것으로진단됨 -도시교통본부유지관리예산은 2001년 24.76% 에서 2008년 15.84% 로감소 -2008년도로시설물관리예산은 2400억원으로 2001년 3036억원대비 80% 에도못미치는상태 도로포장관련비용은재포장, 긴급복구, 도로상의공사, 안전사고방지등도로시설관리및교통흐름의억제에의한교통혼잡비용과함께발생함 i
-서울시포장관리시스템 (PMS:Pavement Management System) 이활성화되어있지않아많은유지비용이소모되고있음 -이로인한잦은긴급복구때문에교통혼잡비용및민원발생이증가 그러므로서울시도로포장유지관리정책은이러한기조로서재료의품질관리방안, 효율적인포장관리시스템 (PMS) 운영방안, 예방적유지보수공법의도입방안등에대한관리정책필요 2. 연구의목적 이연구는서울시통합도로포장관리정책개발방안을제시하기위하여포장관리시스템 (PMS) 을이용하여서울시도로포장의문제점을분석하고, 선진도로포장사례분석을통하여서울시에적합한대안들을도출함. 또한실무자심층면접조사를실시하여현실적인접근을시도하였으며, 서울시도로포장개선을위해구조적 / 재료적측면과관리적측면에서정책방향을제시 -공간적범위는총연장 1,932km 도로구간이며포장파손의발생원인을중심으로기술 -시간적범위는 2008년부터현재까지이며서울시포장관리현황과선진포장관리자료를이용 Ⅱ. 연구의주요내용 1. 서울시도로포장현황및문제점 최근여름철집중호우 ( 장마등 ) 및겨울철폭설등의이상기후로인하여서 ii
울시포장파손이가속화되고있으며, 이에따른비용이증가 -월별온도에따른소파발생량을보면 1 3 월에소파발생이집중적으로발생하는것으로나타나해빙기의온도변화가도로포장의파손을가속화시킬가능성이큰것을확인 < 그림 1> 소파보수면적 / 건수및비용 < 그림 2> 월별온도및소파발생량 2004년서울시대중교통체계개편작업과함께중앙버스차선제도가도입된이래로버스전용차로에중하중 ( 버스하중 ) 이집중되면서포장파손 ( 소성변형 ) 이발생하여조기포장파손발생 < 포트홀개소비율 > < 포트홀건수비율 > < 그림 3> 2009 년 1 월포트홀발생및보수실적 iii
< 그림 4> 서울시도로포장취약구간 2009년 서울시포장도로조사및분석용역 을통해 163개노선총연장 1,932km에서포장조사실시 -균열률 3.64%, 소성변형발생량 5.15mm, 종단평탄성 (IRI) 3.08m/km 차로별포트홀 (pothole) 발생현황을보면버스전용차로의포트홀발생수및면적이매우높으며, 이는버스에의한중하중의반복적재하와버스정류장에서의단속류로인하여포장파손이발생하기때문임 < 그림 5> 차로별포트홀발생 iv
연도별서울시소파보수면적및강수량을비교해보면강수량이증가할수록소파보수면적이증가 -최근국내기후가아열대기후로변하고있어수분에의한포장파손을줄이기위한노력이필요 < 그림 6> 연도별소파보수면적및강수량 서울시도로포장대상의대부분이 20 30년이상된도로가대부분이며, 유지보수시파손규모에따라소파보수, 평삭및덧씌우기등의유지공법을실시하고있으나기층이하층에대한보수는전혀시행되고있지않음 -하부층이노후화될경우기존포장의균열에의해상부층에반사균열이발생하여덧씌우기포장의조기파손을야기 Real Cost 프로그램을사용하여덧씌우기유지보수공법과하부층을고려한유지보수공법과의생애주기비용분석을실시 -대안 2( 하부층고려 ) 가가장경제적인유지보수공법 -대안 1( 덧씌우기유지보수공법 ) 보다대안 2가경제적 v
< 그림 7> 대안별비용분석결과 총도로연장 8,142.1km 및도시고속도로 183.9km 중노후화된구간을연평균약 350억원의도로포장유지관리예산으로효과적으로정비하기에는역부족 서울시도로연장이국토해양부관리연장의약 58.2% 에해당하는데비해교통상황은열악하여, 네트워크레벨의포장상태조사만으로는서울시도로포장의상태진단및유지보수예산집행이어려움 -자동포장상태조사장비는포장의하부구조상태에대한진단을할수없으므로 GPR(Ground Penetrating Radar), FWD(Falling Weight Deflectometer) 등비파괴시험장비도입필요 서울시가주관하는대부분의발주공사는최저가낙찰제로되어있으며, 수의계약이아닌일반경쟁입찰로되어있어많은문제점발생 -신기술을개발해도직접수주를하지못하는포장전문업체대신아무런기술이없는업체가공사를수주하여품질관리에어려움 -아스팔트혼합물을관급으로지정할경우시공업체와생산업체가서로분리되어계약하므로포장품질에문제가발생하면책임회피우려 vi
플랜트, 시공, 감리심층면접조사결과온도관리, 다짐횟수관리등의문제 가있는것으로확인되었으며, 세분야모두포장전문인력이부족한것으 로나타나품질확보에많은어려움발생 2. 선진도로포장사례연구 대부분의선진국들은 30 40년전에 PMS 에대한연구를시작하였고많은데이터를구축 -워싱턴주정부의경우 1970년포장조사결과양호구간의비율이약 50% 였는데, 2005년포장조사결과양호구간의비율이 93.5% 로증가 자료 :FHWA, 2008 < 그림 8> 연도별포장상태변화 도로사업에대한예산이감소하고교통량이증가함에따라도로포장의서비스상태및수명을개선시키기위한많은연구가진행되고있음 -적은비용으로도로포장의수명을개선시키기위해다양한예방적유 vii
지보수공법이개발되었으며, 칩실, 실코트, 크랙필링, 슬러리실등이많이사용됨 -미국조지아교통국 (Georgia DOT) 의경우도로포장의품질향상을위해중ㆍ경하중에대한아스팔트도로포장가이드라인을제시해교통량에따라아스팔트를다르게적용 도로포장의공용성확보를위해아스팔트덧씌우기공법이가장많이사용되고있으나, 기존포장의파손 ( 패칭, 균열등 ) 을확실히제거하지않고덧씌우기할경우조기포장파손이발생하므로, 이를방지하기위한다양한공법이적용중임 -보통아스팔트기층시공에많이사용되며기존아스팔트포장의내구성을강화할수있는 CIR(Cold in-place Recycling) 공법 -응력흡수및방수기능이있는멤브레인층을두는 Reinforced Fabrics 공법 -기존포장의균열면과아스팔트덧씌우기포장의중간에시공하는 Stress Relief Course 공법 보증제도는조기파손으로부터포장을보호하고포장의공용성을개선시키며, 잦은시공을줄이기위해도입 -이제도는크게재료및기술에대한보증과공용성에대한보증으로나뉘며, 재료및기술에대한보증은 2 4 년의보증기간을갖고, 공용성보증은단기 5 10년, 장기 10 20년의보증기간을갖음 -유럽의경우 1 4 년의재료및기술적보증을적용하고있으며, 대부분 5년의공용성보증을갖고있고, 설계수명이 5년보다클경우러팅, 균열, 내구성, 평탄성, 미끄럼저항성등의공용성평가를통해계약자에게과도한짐이되지않는선에서보증수명을책정 viii
Ⅲ. 정책제언 1. 포장의구조적개선방안 중교통도로에대한대책방안은버스전용차로가대상이되며, 버스전용차로의경우당초이러한용도로설계및시공되지않은도로를활용함으로써구조적지지력 ( 아스콘단면두께부족 ) 이부족한구간이대부분임. 따라서버스전용차로에대한구조적지지력을조사평가하고적정포장두께를설계한다음지지력보강을위한포장두께를확보하는사업이필요 서울시에는경하중에대한시방서는있으나중하중에대한시방서는없는상황이므로중하중에대한시방기준이중요 국내기후를고려하지않은시방서로인하여아스팔트도로포장의수분저항성이많이떨어져이에대한개선이필요하고, 아스팔트혼합물생산시박리방지제첨가가요구되며, 이에따른연구도시급 서울시에서는도로의유지보수를위하여획일적인덧씌우기공법을주로사용하고있어하부층 ( 기층등 ) 이많이노후화된상태 (20년이상 ) 임. 노후화된포장의균열에의한반사균열은공용수명을감소시키고, 잦은덧씌우기유지보수때문에예산낭비가발생하고있으므로포장관리시스템을이용한생애주기비용분석이바람직 2. 계약제도의개선 계약발주제도 : 공사시행부서에서공종별권역별통합발주시행안검토를통해관리업무경감및현장감독현실화로공사의품질향상을도모하고소규모전문건설업체의통합및대형화로기술력향상을추구하며, 실적평가를통해우수업체의참가를장려 보증제도 : 현재서울시에서는최저가낙찰제를적용하고있으며, 보증기 ix
간은 2년으로매우짧은상황임. 이에따라서울시도로포장의성능이저하될우려가있으므로성능중심의평가기준을제시하고, 도로포장의품질확보를위해하자보수기간을장기화 (5년) 하는방안을제시 인센티브제도 : 국내에는 2,200여개의포장전문시공회사가있고, 플랜트업체의수가 500여개있음. 그러나포장전문인력은매우미미한상황이어서아스팔트포장이제수명인 10년을다하지못하고있기때문에공사준공시시공을잘수행한업체또는플랜트에게다음공사입찰때가점을주어전반적인포장업체의시공수준향상을유도 지불규정제도의도입 : 공사를준공할때포장의성능인자 ( 두께, 밀도등 ) 를실험하여, 시방기준에못미치게되면그만큼포장체의수명이줄어들므로, 이에대한공사금액을감액하여품질향상을유도 3. 품질관리의개선 품질관리전문감리제도 : 생산및시공품질관리에대한외부자문또는전문감리시스템을구성하여, 아스팔트플랜트생산및시공현장위탁전문감리를통한품질관리를강화하거나, 포장담당직원과합동감리수행으로직원의품질관리능력함양유도 품질시험인력확충 : 전체서울시포장사업에대한계획을수행하기위한인력이필요하며, 지역별관리사업소에서는포장사업을시행하는데있어품질관리를철저히수행하기위한전문인력도필요 품질관리 D/B 구축 : 플랜트및현장에서의구간별품질관리자료를 D/B 화함으로써, 향후포장상태가변화될때원인등을체계적으로판단할수있는근간마련 품질관리전문인력의보완 : 관리사업소에는전문인력이거의없는수준이므로본부에포장분야에대한기획및관리를위한전문팀이구성되어 x
야하고, 사업소별로최소 2 인이상의전문인력배치 품질관리교육실시 4. 포장관리시스템 (PMS) 개선 PMS의합리적운영 : 단년도최저가입찰계약에따라매년업체가바뀌고, 장비도변경되고있는상황임. 어느업체든일정수준이상의장비를구축하고운영할수있도록만들거나, 최소 3년간은일정기관에서운영할수있도록장기계약을할필요가있음. 또한네트워크레벨뿐아니라프로젝트레벨의 PMS 도반드시구축해야함 예산절감 : 자동포장조사장비직접운영시연도별예산절감효과가있으며, 3년후부터연구포함직영시우수인력과장비를갖춘서울시도로포장유지관리전문팀운영으로약 3,600백만원의예산절감효과가있음. 또한우수인력확보로도로포장성능향상프로젝트의관리및서울시도로포장재료및시공품질관리전문요원으로근무가가능하므로업무의효율성이뛰어남 < 그림 9> 자동포장조사장비직접운영시연도별예산절감효과 xi
5. 인력양성 포장관련인력양성의현황을보면국내에서는포장관련교육프로그램이전무한편이며, 아스콘플랜트의경우 KS의인증을받기위해받는교육이나공무원교육원등에서단편적으로 2 3 시간씩받는교육이거의전부인실정임. 도로포장이전문성을요구한다는점을인식하고, 이에대한주기적교육및인증이필요하며, 도로포장산업기사제도및기사제도화도필요 xii
목차 제1장서론 3 제1절연구배경및목적 3 1. 연구배경 3 2. 연구목적 4 제2절연구범위및내용 5 1. 연구범위 5 2. 연구내용 5 제3절연구체계및연구방법 6 1. 연구체계 6 2. 연구방법 6 제2장서울시도로포장현황및문제점 11 제1절서울시도로파손및포장현황 11 1. 서울시도로파손발생현황 11 2. 서울시도로포장상태분석 17 제2절서울시도로포장문제점분석 31 1. 구조적 / 재료적문제 32 2. 관리적문제 45 제3절실무자대상심층면접조사및분석 51 1. 플랜트실무자심층면접조사결과 52 2. 시공실무자심층면접조사결과 53 3. 감리실무자심층면접조사결과 57 제 3 장선진도로포장사례연구 63
제1절포장관리시스템 (Pavement Management System) 63 1. 미국 64 2. 영국 (United Kingdom) 68 제2절중하중 70 1. 예방적유지보수 71 2. 중ㆍ경하중아스팔트포장가이드라인 74 제3절반사균열 77 1. 미국네바다 (Nevada) 79 2. 미국일리노이 (Illinois) 85 제4절계약제도 86 1. 미국 86 2. 유럽 90 제4장서울시도로포장개선방안 95 제1절도로포장내구성증진을위한정책방안 95 1. 포장의구조적개선방안 95 2. 특수포장의도입 100 제2절서울시도로포장관리시스템구성 ( 안 ) 103 1. 제도적측면 103 2. 시스템측면 110 3. 인력양성측면 113 제 5 장결론및정책제언 117 제 1 절결론 117
1. 서울시도로파손발생현황 117 2. 서울시도로포장상태분석 119 3. 서울시도로포장구조적 / 재료적문제 122 제2절정책제언 124 1. 포장의구조적개선방안 124 2. 계약제도의개선 126 3. 품질관리의개선 127 4. 포장유지관리시스템 (PMS) 개선 128 5. 인력양성 129 참고문헌 133 부록 141 영문요약 165
표목차 < 표 2-1> 도심지도로포장특성 11 < 표 2-2> 서울시도로포장취약구간 15 < 표 2-3> 도로파손의정의및발생메커니즘 16 < 표 2-4> 조사대상노선 17 < 표 2-5> 국내외보수기준비교 24 < 표 2-6> SPI 등급에따른포장상태등급 26 < 표 2-7> 조사대상노선의분석결과 26 < 표 2-8> 사업소별 SPI 현황 31 < 표 2-9> 수분손상또는파손의발생원인및영향요소 36 < 표 2-10> 2003년도로보수현황 37 < 표 2-11> 포장상태등급기준 39 < 표 2-12> 보수이력에의한포장상태등급 39 < 표 2-13> 2010년서울시일교통량 42 < 표 2-14> 교통량입력변수 42 < 표 2-15> 대안별유지보수계획 43 < 표 2-16> 유지보수공법적용자료 43 < 표 2-17> 대안별유지보수비용비교 44 < 표 2-18> 도로관리과포장유지보수세출예산 46 < 표 2-19> 서울시도로포장현황 46 < 표 2-20> 서울시 PMS 추진경위 47 < 표 2-21> 네트워크및프로젝트레벨항목비교 48 < 표 3-1> 영국의도로현황 68 < 표 3-2> 포장상태조사장비적용현황 70 < 표 3-3> 중하중도로포장유지보수공법 74
< 표 3-4> 경하중시방서 75 < 표 3-5> 중하중시방서 76 < 표 3-6> Nevada DOT 포장파손현황 84 < 표 3-7> 보증형태별보증기간 88 < 표 3-8> 포장보증제도 89 < 표 4-1> 중하중도로포장개선방안 97 < 표 4-2> 중하중도로포장기대효과 97 < 표 4-3> 수분저항성개선방안 98 < 표 4-4> 수분저항성개선기대효과 98 < 표 4-5> 하부구조개선방안 100 < 표 4-6> 하부구조개선기대효과 100 < 표 4-7> 연도별용역비 111 < 표 4-8> 제시된정책방안의시급성정도 114 < 표 5-1> 제시된정책방안의시급성정도 130
그림목차 < 그림 1-1> 연구체계 6 < 그림 2-1> 연도별서울시소파보수면적 / 건수및비용 12 < 그림 2-2> 월별온도및소파발생량 13 < 그림 2-3> 월별강수량및소파발생량 13 < 그림 2-4> 2009년 1월포트홀발생및보수실적 14 < 그림 2-5> 서울시도로포장취약구간 14 < 그림 2-6> 소성변형 ( 서울시양재동 ) 16 < 그림 2-7> 피로균열 ( 좌 : 삼양동, 우 : 군자동 ) 16 < 그림 2-8> 포트홀 ( 좌 : 역삼동, 우 : 양재동 ) 17 < 그림 2-9> 자동포장상태조사장비 (KRISS) 18 < 그림 2-10> 균열조사 19 < 그림 2-11> 소성변형조사 19 < 그림 2-12> 종단평탄성조사 20 < 그림 2-13> KRISS를통한이미지촬영방식 21 < 그림 2-14> 포장도로의노면이미지촬영 21 < 그림 2-15> 횡방향요철 ( 소성변형량 ) 측정 22 < 그림 2-16> Quarter Car Model 23 < 그림 2-17> 종단평탄성 (IRI) 에따른포장상태 23 < 그림 2-18> 종단평탄성측정초기화면 24 < 그림 2-19> 균열발생분포현황 27 < 그림 2-20> 도로교통사업소별균열률현황 27 < 그림 2-21> 소성변형발생분포현황 28 < 그림 2-22> 도로교통사업소별소성변형현황 29 < 그림 2-23> 종단평탄성분포현황 29
< 그림 2-24> 도로교통사업소별종단평탄성현황 30 < 그림 2-25> 사업소별포장평가지수 (SPI) 현황 31 < 그림 2-26> 연도별교통량 32 < 그림 2-27> 차로별포트홀발생 33 < 그림 2-28> 중앙버스전용차로포트홀 ( 석촌호수 ) 33 < 그림 2-29> 연도별일반및특수아스팔트적용비율 34 < 그림 2-30> 연도별강수량 35 < 그림 2-31> 연도별소파보수면적및강수량 35 < 그림 2-32> 덧씌우기횟수에따른일반국도포장의공용연수 38 < 그림 2-33> Real Cost 프로그램의초기화면 41 < 그림 2-34> 대안별비용분석결과 44 < 그림 2-35> 서울시 PMS 흐름도 47 < 그림 2-36> GPR을이용한포장두께및파손현황조사 49 < 그림 2-37> FWD(Falling Weight Deflectometer) 49 < 그림 2-38> 포장파손비율 51 < 그림 2-39> 아스팔트골재구매처 52 < 그림 2-40> 아스콘운반시거리및시간고려유무 53 < 그림 2-41> 택코팅시공품질향상을위한요소 54 < 그림 2-42> 페이버작동원리및장비구조 55 < 그림 2-43> 다짐횟수점검 55 < 그림 2-44> 아스팔트포장에대한교육여부 57 < 그림 2-45> 시공공정별아스콘온도점검여부 58 < 그림 2-46> 다짐별다짐횟수점검여부 58 < 그림 3-1> 연도별포장상태변화 64
< 그림 3-2> 아스팔트콘크리트의생애주기비용유지보수주기 65 < 그림 3-3> POP 프로그램 67 < 그림 3-4> 포장결함및처리방법 72 < 그림 3-5> 공법선택절차 73 < 그림 3-6> 아스팔트포장선택가이드라인 75 < 그림 3-7> 반사균열메커니즘 78 < 그림 3-8> 반사균열모델에대한설계도 79 < 그림 3-9> CIR 시공 81 < 그림 3-10> CIR공법의포장단면 81 < 그림 3-11> Reinforced Fabrics 공법의원리및포장단면 82 < 그림 3-12> Stress Relief Course 공법의포장단면 83 < 그림 3-13> Mill and Overlay 공법의포장단면 83 < 그림 3-14> Interlayer 적용사례 86 < 그림 3-15> 시방서개발흐름도 87 < 그림 4-1> 포장두께확보방안 95 < 그림 4-2> 서울시아스팔트포장선택가이드라인 ( 안 ) 96 < 그림 4-3> 자동포장조사장비직접운영시연도별예산절감효과 112 < 그림 5-1> 월별온도및소파발생량 118 < 그림 5-2> 월별강수량및소파발생량 118 < 그림 5-3> 2009년 1월포트홀발생및보수실적 118 < 그림 5-4> 서울시도로포장취약구간 119 < 그림 5-5> 도로교통사업소별균열률현황 119 < 그림 5-6> 도로교통사업소별소성변형현황 120 < 그림 5-7> 도로교통사업소별종단평탄성현황 121
< 그림 5-8> 사업소별포장평가지수 (SPI) 현황 121 < 그림 5-9> 연도별교통량 122 < 그림 5-10> 차로별포트홀발생 122 < 그림 5-11> 연도별소파보수면적및강수량 123 < 그림 5-12> 대안별비용분석결과 124 < 그림 5-13> 자동포장조사장비직접운영시연도별예산절감효과 129
제 1 장서론 제 1 장 서 론 제 1 절연구배경및목적 제 2 절연구범위및내용 제 3 절연구체계및연구방법
제 1 장 서론 제1절연구배경및목적 1. 연구배경 서울시도심부도로에서는산업화로인한경제인구의증가로교통량이증가하고있는추세이다. 중앙버스전용차로도입이후버스전용차로에중하중이집중적으로발생하면서포장파손이촉진되고있으며, 최근이상기후현상으로인한동절기의폭설과해빙기의큰일교차및집중호우등으로인한포장파손이발생하고있다. 특히서울시간선도로대부분은최초건설후 20년이상공용중으로포장의노후화가매우빠르게진행되고있는실정이다. 실례로아스팔트포장의최초설계수명이 20년임에도불구하고실제공용중인도로의재포장주기는 5 10년정도이다. 이는도심부도로포장의특성상도로의노후화와교통량증가, 잦은굴착복구의영향으로포장의수명을유지하기매우힘든상황을반증하고있다 ( 한국도로학회, 2005). 도로는서울시인프라구조물의가장큰부분을차지 ( 도로를포함한도시기반시설에대한자산가치는 65조 4,771억원 ) 하며매년도로부분에서발생하는유지관리비용은 2020년이후로건설비용을초과할것으로진단되고있다. 하 제 1 장서론 3
지만, 서울시도시교통본부도로기획관예산중도로시설물의안전점검및진단등유지관리에투입되는예산은 2001년 24.76% 에서 2008년 15.84% 로감소하는등매년감소추세에있고, 2008년도로시설물관리예산은 2400억원으로 2001년 3036억원대비 80% 에도못미치는상태여서효율적인예산운영방침마련이시급한상태이다 ( 서울시정개발연구원, 2008). 도로포장관련비용은재포장, 긴급복구, 도로상의공사, 안전사고방지등도로시설관리및교통흐름의억제에의한교통혼잡비용과함께발생한다. 서울시는포장관리시스템 (PMS:Pavemnet Management System 이하 PMS) 이활성화되어있지않아예방적유지보수보다사후유지보수를하고있는실정이기때문에많은유지비용이소모되고있고, 이로인한잦은긴급복구때문에교통혼잡비용및민원발생이증가하고있다. 그러므로서울시도로포장유지관리정책은이러한기조로서재료의품질관리방안, 효율적인 PMS 운영방안, 예방적유지보수공법의도입방안등에대한관리정책이필요하다. 2. 연구목적 이연구는서울시통합도로포장관리정책개발방안을제시하기위하여 PMS 를이용하여서울시도로포장의문제점을분석하였고, 선진도로포장사례분석을통하여서울시에적합한대안들을도출하였다. 또한감리, 시공, 플랜트에대한심층면접조사를실시하여도로관리시스템개선을위한현실적인접근을시도하였으며, 서울시도로포장개선을위하여구조적 / 재료적측면과관리적측면에서정책방향을제시하였다. 4 서울시통합도로포장관리정책개발
제2절연구범위및내용 1. 연구범위 이연구의공간적범위는총연장 1,932km 도로구간이며포장파손의발생원인을중심으로기술되었고, 시간적범위는 2008년부터현재까지이며서울시포장관리현황과선진포장관리자료를이용하였다. 서울시통합도로포장관리정책개발방안을제시하기위하여서울시도로포장관리현황및문제점파악, 선진도로포장사례분석, 서울시도로포장개선방안도출단계로연구를진행하였다. 또한서울시도로포장관리현황및문제점을파악하기위해 2008년부터 2009년까지수행된 PMS 자료를이용하여서울시도로포장의파손원인을분석하였고, 선진도로포장사례를통해도심지역에주로발생하고있는중하중으로인한포장파손과반사균열에의한덧씌우기공법의문제점을해결하기위한방안을도출하였다. 마지막으로서울시도로포장개선을위해구조적 / 재료적측면과관리적측면에서서울시도로포장에적용해야할방안을제시하였다. 2. 연구내용 이연구의주요내용은크게 1 서울시도로포장현황및문제점 2 선진도로포장사례연구 3 서울시도로포장개선방안의 3가지로구성되어있다. 서울시도로포장현황및문제점에서는 1 서울시도로파손및포장현황 2 서울시도로포장문제점분석 3 실무자대상심층면접조사및분석의 3가지요소를살펴보았다. 선진도로포장사례에서는 1 포장관리시스템 2 중하중 3 반사균열 4 계약제도의 4가지사례를조사하였다. 제 1 장서론 5
서울시도로포장개선방안에서는 1 도로포장내구성증진을위한정책방 안 2 서울시도로포장관리시스템구성 ( 안 ) 에대한개선방안을기술하였다. 제 3 절연구체계및연구방법 1. 연구체계 < 그림 1-1> 연구체계 2. 연구방법 이연구를위해서문헌조사와함께국내ㆍ외현황및개발사례, 서울시도로포장상태현황분석등을통해서울시도로포장수준향상에관한주요이슈들을살펴보았다. 먼저서울시 PMS 자료를통해서울시도로포장의상태를파악하였고포장 6 서울시통합도로포장관리정책개발
파손의원인을규명하였으며, 크게관리적문제와구조적문제로분류를하였다. 관리적문제에서는예산부족, PMS 관리미흡, 계약문제, 잦은굴착복구등을분석하였고, 구조적문제에서는증가하는교통량및중앙버스차선도입으로인해발생하는포장파손, 이상기온및강수량으로인해생기는포장파손, 획일적인덧씌우기공법등을살펴보았다. 이러한문제를해결하기위하여선진도로포장관리현황에대한조사를수행하였다. 특히효율적인유지보수를수행하기위한 PMS, 중앙버스차로의조기파손을방지하기위한중하중도로포장관리방안, 하부구조의문제점을해결하기위한반사균열등에대한문헌을조사하였다. 이를통해서울시도로포장개선방안을구조적 / 재료적측면과관리적측면으로나눠작성을하였다. 구조적 / 재료적측면에서는중하중도로포장개선방안, 수분저항성을향상시키기위한박리방지제도입, 하부구조의불량으로인한잦은덧씌우기공법을줄이기위한방안등의내용을다루었다. 관리적측면에서는도로포장의품질향상을위한계약제도와효율적인 PMS 운영을위한방안을제시하였다. 제 1 장서론 7
제 2 장서울시도로포장현황및문제점 제 2 장 서울시 도로포장 현황 및 문제점 제 1 절서울시도로파손및포장현황 제 2 절서울시도로포장문제점분석 제 3 절실무자대상심층면접조사및분석
제 2 장 서울시도로포장현황및문제점 제1절서울시도로파손및포장현황 1. 서울시도로파손발생현황 도심지도로포장의파손은주로구조및재료적특성에의한파손과도심지특유의문제점에의한파손으로분류할수있다. < 표 2-1> 은도심지도로포장의특성을보여준다. < 표 2-1> 도심지도로포장특성 구조및재료적특성 - 아스팔트콘크리트포장이다수임 - 노후포장이다수임 (20 년이상 ) - 평균아스팔트층두께 20~30cm - 유지보수시획일적표층덧씌우기 - 특정파손에대한보수대책부재 - 재생아스콘활용비율 30% 도심지포장특성 - 기존도로의유지보수위주임 - 빈번한도로의굴착및복구의시행 - 겨울철에제설제사용 - 주로야간공사 - 도심지내포장재료플랜트부재 - 단속류및저속류교통하중 - 포장체하중초과차량단속미비 자료 : 한국도로학회, 2005 최근여름철집중호우 ( 장마등 ) 및겨울철폭설등의이상기후로인하여서 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 11
울시포장파손이가속화되고있다. < 그림 2-1> 은연도별서울시소파보수면 적 / 건수및비용을나타내고있다. 자료 : 서울시, 2011 < 그림 2-1> 연도별서울시소파보수면적 / 건수및비용 특히 2010년에는소파보수면적 / 건수및비용이큰폭으로증가하였는데, 이것은 2010년에 기후변화종합재해세트 라고할만큼다양하고강도높은이상기후현상이한반도에나타났기때문이다. 2010년 1월 4일서울에 25.4cm 의폭설 (1937년이래최대 ), 9월 21일서울에 259.5mm의폭우 (1908년이후역대 2위 ), 여름철 92일중 81일의전국평균기온이평년보다높은폭염지속등의기상이변이발생하였다 ( 기상청, 2010). < 그림 2-2> 는월별온도및소파발생량을나타내고있다. 1월부터 3월까지의온도변화를보면각각의평균최저기온과평균최고기온이 0 부근에분포하고있으며, 소파가집중적으로발생하는것을확인할수있었다. 이자료를통해해빙기의온도변화가도로포장의파손을가속화시킬가능성이크다는것을알수있었다 12 서울시통합도로포장관리정책개발
자료 : 서울시, 2010 기상청홈페이지 2010. < 그림 2-2> 월별온도및소파발생량 < 그림 2-3> 은월별강수량및소파발생량을보여주고있다. 강수량이증가하는 7월, 8월에소파보수발생건수가증가함을확인할수있었으며, 1월부터 3월까지앞서말한해빙기온도변화의영향으로인해포장파손을가속화시킨것으로보인다. 자료 : 서울시도시안전본부, 2010 기상청홈페이지 2010 < 그림 2-3> 월별강수량및소파발생량 2004 년서울시대중교통체계개편작업과함께중앙버스차선제도가도입 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 13
된이래로버스전용차로에중하중 ( 버스하중 ) 이집중되면서포장파손 ( 소성변형 ) 이발생하여포장수명에큰영향을미치고있다. < 그림 2-4> 는 2009년 1월포트홀발생및보수실적을보여준다. 버스전용차로의포트홀개소비율 (18%) 및포트홀건수비율 (27%) 을보면버스전용차로의비율이상당히높은것을확인할수있으며, 중하중 ( 버스하중 ) 이포장파손에영향을미친다는것을알수있다. < 그림 2-5> 와 < 표 2-2> 는서울시도로포장취약구간을나타내고있다 ( 서울시설공단, 2011). 자료 : 서울시, 2010 < 포트홀개소비율 > < 포트홀건수비율 > < 그림 2-4> 2009 년 1 월포트홀발생및보수실적 자료 : 서울시설공단, 2011 < 그림 2-5> 서울시도로포장취약구간 14 서울시통합도로포장관리정책개발
< 표 2-2> 서울시도로포장취약구간 연번 노선명 방향 반복파손위치 1 서강대교지난 500m(4차로 ) 2 반포대교지난 1.1km(1차로 ) 구리 3 한남대교지난 1.1km(1차로 ) 4 동호대교하단 1 2차로 5 당산철교지난 200m 4차로강변북로 6 성산대교전 200m 3차로 7 마포대교하단 1 4차로난지 8 올림픽대교북단램프 9 서빙고고가 10 동호대교하단 1 4차로 11 성산 성산램프전 200m 12 흥지문터널전 200m 내부순환로 13 성동홍은램프 14 성산램프 15 동부간선도로 상계 한천교지난 300m 1 2차로 16 공항 D램프시점부동부간선도로 (B) 17 청담청담대교전 1 2차로 18 월릉 JC 지난 300m(2차로 ) 북부간선도로구리 19 월릉 JC 지난 450m(2차로 ) 20 고척교지난 300m(2차로 ) 성산 21 서부간선도로신정교 목동교 (1차로) 22 시흥 목동교 신정교 (1차로) 23 공항암사정수장지난 400m(4차로 ) 올림픽대로 24 하일한강철교지난 500m(4차로 ) 자료 : 서울시설공단, 2011 실제서울시포장상태를화인하기위하여서울시내도로포장현장조사를실 시하였다. < 그림 2-6>, < 그림 2-7>, < 그림 2-8> 은각각소성변형, 피로균열, 포 트홀을보여주며, < 표 2-3> 은도로파손의정의및메커니즘을나타내고있다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 15
< 표 2-3> 도로파손의정의및발생메커니즘 구분 소성변형 균열 포트홀 자료 : 위성동, 2002 정의및발생메커니즘 지속적인교통하중에의해바퀴가접촉하는양쪽측면이밀려올라와종방향으로포장이손상되는현상을의미한다. 소성변형은크게보조기층및노상에서발생하는소성변형 (Consolidation) 과표층에서만발생하는소성변형 (Rutting) 으로구분한다. 반복교통하중에의해아스팔트콘크리트의피로파괴로인하여발생하는일련의상호연결된균열을의미한다. 균열의종류에는크게거북등균열, 종ㆍ횡방향균열, 패칭, 시공줄눈등이있다. 아스팔트포장의공용시에포장표면에생기는국부적인작은구멍으로, 시공시의전압부족, 혼합물의품질불량, 배수구조불량등의이유로발생한다. < 그림 2-6> 소성변형 ( 서울시양재동 ) < 그림 2-7> 피로균열 ( 좌 : 삼양동, 우 : 군자동 ) 16 서울시통합도로포장관리정책개발
< 그림 2-8> 포트홀 ( 좌 : 역삼동, 우 : 양재동 ) 2. 서울시도로포장상태분석 1999년부터현재까지서울시는도로포장유지관리업무및유지보수예산편성에합리적이고실용적인행정과투명성확보를위하여서울시 PMS 구축및운영에관한용역을주고있다. 이연구는서울시도로포장의상태를분석하기위해서서울시 PMS 자료중자동포장상태조사장비 (KRISS:Korea Roadway Infrastructure Survey System, 이하 KRISS) 를이용하여조사된약 1,932km의자료를활용하였다. 더불어포장파손을균열, 소성변형, 종단평탄성으로구분하여상태현황을각관리사업소로제시하였으며, 조사대상노선에대한상세내용은다음 < 표 2-4> 와같다. < 표 2-4> 조사대상노선 구분 노선수 조사차로연장 (km) 전체 163 1,932 동부사업소 16 184 서부사업소 36 369 남부사업소 23 286 북부사업소 39 344 성동사업소 23 254 강서사업소 22 202 자료 : 서울시, 2009 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 17
1) 자동포장상태조사장비 (KRISS) KRISS 건설교통부국책연구과제로개발된장비이며현재국토해양부국도포장조사장비로사용되고있다. 또한최신레이저기반의포장상태조사장비로서기존장비에비해고선명노면이미지획득이가능하여미세균열검출이가능하다. KRISS 의기능에는포장의균열정도와분포면적, 소성변형깊이및종단평탄성등의노면상태조사기능등이있다. < 그림 2-9> 는 KRISS 를보여주며조사항목의세부내용은다음과같다. < 그림 2-9> 자동포장상태조사장비 (KRISS) (1) 균열 KRISS 의균열감지방법을보면후방에설치된고해상도라인스캔카메라를이용하여최대 0.5mm 균열분해능력을갖는노면이미지를획득함으로써, 보다미세한균열및명확한포장의표면결함검출이가능하다. < 그림 2-10> 은 KRISS 로균열을조사하는모습을보여준다. 18 서울시통합도로포장관리정책개발
자료 : 국토해양부, 2010 < 그림 2-10> 균열조사 (2) 소성변형 KRISS 는기존아날로그횡단프로파일측정기및 3m 막대자를이용하여측정하는장비와달리측정자료가디지털로기록되고소성변형량을신속하게조사할수있는장비이다. < 그림 2-11> 은 KRISS 를이용해소성변형을조사하는모습을나타낸다. 자료 : 국토해양부, 2010 < 그림 2-11> 소성변형조사 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 19
(3) 종단평탄성종단평탄성측정을위해정밀도 0.01mm 이하의고정밀고속레이저를차량의주행궤적과동일하게양측바퀴부분에장착하고, 포장의요철 ( 凹凸 ) 을신속히측정하여차량주행방향에대해포장의평탄정도를정량화시킨다. 주행중차량의떨림보정을위해가속도센서를이용하고, 주행속도에따른차량떨림의영향을최소화시켜요철높이를측정한다. < 그림 2-12> 는종단평탄성을조사하는모습을보여준다. 자료 : 국토해양부, 2010 < 그림 2-12> 종단평탄성조사 2) 분석방법 (1) 균열 ( 표면결함 ) 균열은종ㆍ횡방향균열, 시공줄눈부균열등의선형균열과거북등균열과같은면적균열, 소파보수 (Patching), 포트홀등과같은노면에나타난표면결함을의미한다. 표면결함자료는포장평가지수의기초자료로활용할수있도록도로의포장면적에대한균열면적의정도를나타내는균열률 (%) 로표현하고있다. < 그림 2-13> 은 KRISS 를통한이미지촬영방식을보여주고, < 그림 2-14> 는포장노면이미지를나타낸다. 20 서울시통합도로포장관리정책개발
표면결합측정방법도로포장노면의결함을수치화하는방법으로노면이미지에일정크기의격자망을형성하여균열이발생한곳을체크하여결함발생량을정량화할수있는격자망분석방법을적용 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-13> KRISS 를통한이미지촬영방식 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-14> 포장도로의노면이미지촬영 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 21
(2) 소성변형최근의교통량의증가와더불어화물차량의대형화로인해도로의바퀴자국을따라변형이증가되고있다. 또한소성변형의대표적인사례인러팅 (rutting) 은중차량통행노선과교차로에서크게발생하고있으며, 우천시물고임현상때문에안전운행의저해요인으로작용하고있다. 소성변형의정량화방법이있음에도불구하고, 측정방법이나기기에따라결과값에많은차이가발생하고있다. 일반적으로소성변형의측정을위해직선자 (Straight-Edge) 방법에의해변형된깊이를구하게되나, 공용중인도로에서방대한구간을매번직선자방법으로소성변형을정량화하는것은현실적으로불가능하다. 따라서 < 그림 2-15> 와같이노면의횡단에대해선형레이저를출력시키고동시에영상을촬영하여화상처리방식으로대상노면의상대적높이 (Profile) 를측정하여노면에발생한소성변형의깊이를구하게된다. 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-15> 횡방향요철 ( 소성변형량 ) 측정 (3) 종단평탄성승차감, 즉노면의종단평탄성은노면의종방향굴곡을말하며도로의기능적측면에서운전자에게가장민감한요소이다. 이연구에서는국제적으로통용하여쓰고있는종단평탄성 (International Roughness Index, IRI) 을사용하였다. 종단평탄성은먼저노면의실제상대적높이를측정하고, 이노면을 < 그림 22 서울시통합도로포장관리정책개발
2-16> 과같은 Quarter Car( 자동차의네바퀴중한바퀴만있는가상의차량 ) 가 80km/h 로주행했을때발생하는상ㆍ하흔들림을누적하여산출한다. 국내의경우자동포장상태조사장비 (ARAN, ARIA, KRISS 등 ) 에종단평탄성을측정할수있는시스템이장착되어있으며, 최근에품질관리측면에서종단평탄성을측정하여도로의실제승차감으로준공검사를수행하기도한다. 종단평탄성에따른포장상태는 < 그림 2-17> 과같다. 자료 : 서울시, 2009 IRI(m/km = mm/m) < 그림 2-16> Quarter Car Model 부록 2 참조 < 그림 2-17> 종단평탄성 (IRI) 에따른포장상태 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 23
종단평탄성측정방법은다음과같다. 먼저조사장비의후방에장착된레이저센서에의해서 < 그림 2-18> 과같이도로포장의상대적높이가수집되며, 이때차량의진동은장비내에부착된가속도계로보정된다. 또한, 데이터를수집하는각각의센서는차량의양쪽바퀴가지나가는주행경로의노면요철을실시간으로측정하여단위구간별 (20m) 로저장한다. 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-18> 종단평탄성측정초기화면 < 표 2-5> 는파손별 ( 균열, 소성변형, 종단평탄성 ) 국내외보수기준을비교한것이며, 서울시의경우균열률 15% 이상, 소성변형 25mm 이상, 종단평탄성 7.5m/km 이상일경우유지보수를하도록규정되어있다. < 표 2-5> 국내외보수기준비교 분류 유지보수여부경계기준 국가 국내 PMS 기관 균열률 (%) 소성변형 (mm) 종단평탄성 (IRI) (m/km) 서울특별시 15 25 7.5 100km/h 이상 고속도로 10 12.5 3.5 80km/h 국도 10 ( 균열도 0.3m/m 2 ) 20 4.0 비고 60km/h (2 차로 ) 지방도 20 20 5.0 일본 MCI 15 25 - 미국 FHWA/DOT - 12.5 3.5~3.8 주간선도로 자료 : 서울시, 2009 24 서울시통합도로포장관리정책개발
(4) 포장상태지수 (SPI) 방대한도로에서다양하게나타나는포장상태를각각의파손정도 ( 종류, 범위 ) 에따라정량적으로표현하고평가하기위한하나의방법으로국내외에서다양한지수가사용되고있다. 즉포장상태지수를활용하여포장파손의종류에따라양, 정도등을정량적으로표현하고보수대상구간의유지보수우선순위를산정한다. 이를통해중ㆍ장기적으로유지보수시기를예측하여경제적인유지보수예산을수립할수있다. 서울시는자체적인포장평가지수인 SPI(Seoul Pavement Index) 를개발하여사용하고있으며 ( 식 2.1) 과같다. SPI = 10 - PDI ( 식 2.1) 여기서, PDI: 포장파손지수 (Pavement Distress Index) PDI = [(10 - PCI Cr ) 5 + (10 - PCI Rd ) 5 + (10 - PCI IRI ) 5 ] 1/5 PCI Cr = 10-2.23Cr 0.3 PCI Rd = 10-0.2Rd PCI IRI = 10-0.667IRI 여기서, Cr: 포장의균열 Rd: 평균소성변형깊이 IRI: 종단평탄성 SPI 등급에따른포장상태등급은다음 < 표 2-6> 과같다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 25
< 표 2-6> SPI 등급에따른포장상태등급 SPI 상태구분보수방안 10 ~ 8 매우양호 보수불필요또는예방적유지보수, 8 ~ 7 양호 균열실링, 소파보수등 7 ~ 6 보통 1~2년내보수필요 6 ~ 5 보통불량 적정보수 ( 보수계획수립 ) 5 ~ 3 불량 보수 / 보강필요 3 ~ 0 매우불량 ( 절삭 ) 덧씌우기등 자료 : 서울시, 2009 이연구에서는포장파손을조사노선에대한평균수치인균열, 소성변형, 종단평탄성으로구분하였고, 포장파손종류별현황을지역별로살펴보았으며, 각분석결과자료는서울시 PMS 자료를활용하였다. 3) 서울시도로포장파손별현황 2009년 서울시포장도로조사및분석용역 결과, 조사대상노선인 163개노선총연장 1,932km에서확인된평균결함발생량은 < 표 2-7> 과같이균열률 3.64%, 소성변형발생량 5.15mm, 종단평탄성 (IRI) 3.08m/km인것으로확인되었다. < 표 2-7> 조사대상노선의분석결과 균열률 (%) 소성변형 (mm) 종단평탄성 (m/km) 3.64 5.15 3.08 조사대상노선전체의평균균열율은 3.64% 로비교적양호한상태이다. 조사대상노선의균열률에따른분포현황은 < 그림 2-19> 와같이균열이발생하지않은구간이전체의약 34.3% 이며, 보수대상 (15%) 은전체의약 5.63% 이다. 26 서울시통합도로포장관리정책개발
자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-19> 균열발생분포현황 도로교통사업소별균열발생현황은 < 그림 2-20> 과같으며, 전체의평균균열률이 3.64% 임을감안하면, 서부도로교통사업소 (4.43%), 북부도로교통사업소 (4.27%), 성동도로교통사업소 (4.33%), 강서도로교통사업소 (4.06%) 의균열률은전체평균에비해다소높으며, 도시고속도로의균열률은 1.70% 로양호한것으로확인되었다. 한편동부도로교통사업소와남부도로교통사업소의균열률은평균값과유사하였다. 평균 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 27
조사대상노선전체평균소성변형발생량은 5.15mm 이고, 소성변형발생분 포현황은 < 그림 2-21> 과같으며소성변형발생량이 25mm 이상인보수대상구 간은전체의 0.04% 이다. 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-21> 소성변형발생분포현황 도로교통사업소별소성변형발생현황은 < 그림 2-22> 와같으며평균소성변형발생량은 5.15mm로측정되었고, 전노선이서울시소성변형기준 25mm 보다낮게측정되어양호한상태로확인되었다. 이는소성변형이주로교차로나경사진도로와같이단속류나저속류의교통하중이반복적으로가해지는지점에서국부적으로발생하는데, 분석된자료는전체적인구간에대한평균값만을나타내고있기때문이다. 보다정확한자료를얻기위해서는교차로및경사진도로에대한소성변형자료구축이필요하다. 28 서울시통합도로포장관리정책개발
평균 < 그림 2-22> 도로교통사업소별소성변형현황 조사대상노선전체의종단평탄성평균값은 3.08m/km이며, 종단평탄성의분포현황은 < 그림 2-23> 과같다. 종단평탄성값이 4m/km 이하인구간은전체의약 78.1% 인것으로확인되었다. 종단평탄성값이 10m/km 이상인구간은과속방지턱및미끄럼방지포장, 스쿨존지역이대부분인것으로확인되었으며, 보수대상구간 (7.5m/km) 은전체의약 4.34% 로나타났다 ( 서울시, 2009). 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-23> 종단평탄성분포현황 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 29
도로교통사업소별종단평탄성현황은 < 그림 2-24> 와같으며, 조사대상노선전체의종단평탄성평균값은 3.08m/km이다. 도시고속도로의종단평탄성평균값은 2.08m/km 로비교적양호하며, 남부도로교통사업소 (3.88m/km), 북부도로교통사업소 (3.67m/km) 를제외한사업소의평균값은전체평균값과유사하다. 평균 < 그림 2-24> 도로교통사업소별종단평탄성현황 < 그림 2-17> 에서제시한종단평탄성에따른포장상태로비교하면, 남부및북부도로교통사업소의경우노후화된포장또는유지보수가필요한포장으로분류된다. PMS 조사대상노선의서울시및사업소별포장평가지수 (SPI) 는 < 표 2-8>, < 그림 2-25> 와같다. 서울시평균 SPI는 7.23으로분석되었으며, 사업소별 SPI 는도시고속도로 7.94, 서부도로교통사업소 7.22, 강서도로교통사업소 7.19, 동부도로교통사업소 7.14, 남부도로교통사업소 7.10, 성동도로교통사업소 7.08, 북부도로교통사업소 6.95의순으로나타났다. 북부사업소의경우포장평가지수가 6.95로보통상태이고, 1 2 년내에보수가필요하며, 다른도로사업소의경우포장평가지수가 7.08 이상의양호한상태로보수불필요또는예방적유지보수가필요한것으로조사되었다. 30 서울시통합도로포장관리정책개발
< 표 2-8> 사업소별 SPI 현황 사업소 SPI 사업소 SPI 전체평균 7.23 북부도로교통사업소 6.95 동부도로교통사업소 7.14 성동도로교통사업소 7.08 서부도로교통사업소 7.22 강서도로교통사업소 7.19 남부도로교통사업소 7.10 도시고속도로 7.94 평균 < 그림 2-25> 사업소별포장평가지수 (SPI) 현황 제 2 절서울시도로포장문제점분석 서울시도로포장의수명은잦은굴착복구, 최저가낙찰제를사용한계약문제, 품질관리미흡, PMS 구축미흡으로인해객관적인예측이힘든실정이다. 현재도로포장의유지관리를위해기존포장부에대해덧씌우기공법을실시하고있으나, 보수예산범위내에서획일적인방식의기능개선만이루어지고있는상황이다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 31
1. 구조적 / 재료적문제 1) 중하중 ( 교통량 ) 서울시는인구집중현상및경제활동인구의증가로매년교통량이증가하고있으며, 기존일반아스팔트포장에설계교통량이상의하중 ( 중하중 ) 이반복적용될경우포장의조기파손이발생할수있다. < 그림 2-26> 은연도별교통량을나타낸다. 자료 : 서울시홈페이지, 2011 < 그림 2-26> 연도별교통량 < 그림 2-27> 의차로별포트홀발생현황을보면버스전용차로의포트홀발생건수및면적이매우많은것을볼수있다. 이는버스에의한중하중의반복적재하와버스정류장에서의단속류로인하여포장파손이발생하였기때문이다. < 그림 2-28> 은중앙버스전용차로에서발생한포트홀을보여준다. 32 서울시통합도로포장관리정책개발
자료 : 서울시도시교통본부, 2010 < 그림 2-27> 차로별포트홀발생 < 그림 2-28> 중앙버스전용차로포트홀 ( 석촌호수 ) 서울시는중앙버스전용차로도입과동시에 2004년 1월버스전용차로에칼라아스팔트포장을시작하였으나, 2004년 7월중앙버스전용차로칼라아스팔트에포트홀이발생하여파손원인분석및대책수립연구를시작하였다. 칼라아스팔트품질및성능분석결과균열, 박리, 포트홀등의포장파손이우려된다는결과가나왔다. 2005년에는홍석골재를사용한반강성포장을적용하였으나일부버스정류장에취성점토암칼라골재사용으로파손이발생하였고, 동절기시공또는 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 33
시멘트밀크주입미흡으로포장체공극에수분이침투하여포장이파손되는등많은문제가발생하였다. 2006년부터개질제 + 유색코팅공법이적용되기시작하였으나, 기존아스팔트와부착불량 ( 코팅제균열 ) 및코팅의탈색및벗겨짐현상으로인한미관손상문제등이나타나고있다 ( 서울시, 2010). 반강성포장개립도아스팔트콘크리트에폴리머시멘트페이스트를혼입한것으로기존아스팔트에발생하는소성변형을방지하기위하여아스팔트의연성과시멘트의강성을적절히혼합한포장 < 그림 2-29> 는연도별일반및특수아스팔트적용비율을나타내는데, 중 교통도로및버스전용차로구간은특수아스팔트의적용비율이많이부족하기때문에포장수명확보에많은어려움을겪고있음을알수있다. 자료 : 서울시정개발연구원, 2007 ( 단위 :%) < 그림 2-29> 연도별일반및특수아스팔트적용비율 2) 강수량 최근지구온난화로인하여이상기온현상이발생하면서여름철집중호우 34 서울시통합도로포장관리정책개발
및겨울철폭설등으로인한포장파손문제가발생하고있다. < 그림 2-30> 은 강수량이해마다점차증가하는추세임을보여준다. 구간별평균 강수량 자료 : 기상청홈페이지 < 그림 2-30> 연도별강수량 < 그림 2-31> 은연도별서울시소파보수면적및강수량을나타내는데, 강수 량이증가할수록소파보수면적이증가함을알수있다. 최근국내기후가아열 대기후로변하고있어수분에의한포장파손을줄이기위한연구가필요하다. 자료 : 서울시도시안전본부, 2011 기상청홈페이지 < 그림 2-31> 연도별소파보수면적및강수량 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 35
수분손상은물에의해아스팔트도로포장의내구성및강성이감소하는현상이다. 수분손상은재료및시공등의영향인자에의해진전되는특성을가지고있으며, 아스팔트또는골재 ( 석분, 굵은골재, 잔골재 ) 사이의부착손실때문에발생한다. 이외에도수분손상은물이아스팔트혼합물로침투하면서매스틱 ( 아스팔트와채움재로구성된혼합물상태 ) 의구조를약화시키고, 여기에반복적인교통하중이작용하면서수분에점차민감해지면서발생한다 (Little 외, 2003). 아스팔트혼합물의박리현상및포트홀파손에는다양한발생원인과영향요소들이있다. < 표 2-9> 는수분손상또는파손의발생원인및영향요소들을정리한것이다. < 표 2-9> 수분손상또는파손의발생원인및영향요소 발생원인 영향요소 공동현상 (Cavity) 수분, 포화도, 온도 ( 동결융해 ) 포장배수불량 ( 간극수압 ) 수분, 수압, 포화도, 교통하중 부적절한다짐시공 공극, 수분 ( 상부유입 ) 골재표면의이물질피복 먼지와점토함유량 골재의건조불량 골재의수분함유량 연질골재의사용 골재내구성 방수불량및표면처리보수 수분, 증기압 ( 하부유입 ) 자료 : 황성도, 2006 3) 획일적인덧씌우기공법서울시도로포장대상의대부분은 20~30년이상된도로가대부분이며, 유지보수시파손규모에따라소파보수, 평삭및덧씌우기등의유지공법을실시하고있어표층이하층에대한보수는전혀시행되고있지않고있다. 하부층이노후화될경우기존포장의균열에의해서상부층에반사균열이작용하게되어덧씌우기포장의조기파손을야기시킨다. < 표 2-10> 은 2003년서울시도로보수현황을나타낸다. 36 서울시통합도로포장관리정책개발
평삭평삭기를이용해포장노면을전체적으로약간깎아내는방법 반사균열아스팔트포장층위에아스팔트로덧씌우기를실시하였을때기존포장층의균열또는줄눈의형상이그대로반사되어나타나는균열 하부층일반적으로하부층이란보조기층, 노상을뜻하나, 이연구에서는기층, 보조기층, 노상을뜻함 < 표 2-10> 2003년도로보수현황 구분 표면처리 소파보수 덧씌우기 재포장 전체 보수면적 (a) 39 1,003 10,707 11,350 23,099 보수비용 ( 백만원 ) 230 1,368 12,726 15,697 30,021 비율 (%) 0.2 4.3 46.4 49.1 100.0 자료 : 조병완외, 2006 서울시에서적용하고있는도로보수의약 50.9% 가하부구조의구조적성능의증가없이기능성만을향상시키는공법을사용하고있는것을확인할수있었다. 이러한공법은재포장의횟수가거듭될수록기존도로포장을조기파손시키며, 노후화를촉진시키는요인으로작용하고있다. < 그림 2-32> 는최초건설후덧씌우기횟수별포장공용기간의분포를나타낸것이다. 최초포장이후 1차덧씌우기까지의공용연수는평균 6년정도이나, 1차덧씌우기후 2차덧씌우기까지의공용연수는평균 3년, 3차부터 4차까지의공용연수는평균 2년정도로줄어들었다. 즉, 덧씌우기횟수가증가함에따라차후유지보수까지포장의소요수명이점차줄어드는경향을나타내었다 ( 임영환, 2003). 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 37
자료 임영환, 2003 <그림 2-32> 덧씌우기 횟수에 따른 일반국도 포장의 공용연수 38 서울시 통합 도로포장 관리정책 개발
< 표 2-11> 은소성변형과 FWD 시험에대한포장의처짐량자료를통하여 일반국도의포장상태등급기준을제시한것으로, 이를 < 그림 2-32> 의보수 이력에의한포장상태등급과비교하여나타내면 < 표 2-12> 를얻을수있다. FWD(Falling Weight Deflectometer) 시험포장면에충격을재하하여표면의처짐을측정하는비파괴시험장비 < 표 2-11> 포장상태등급기준 처짐량 (mm) 러팅 (mm) < 0.5 0.5 ~ 0.85 0.85 < < 12 1등급 2등급 3등급 12 ~ 20 2등급 3등급 4등급 20 < 3등급 4등급 4등급 자료 : 한국도로학회, 2005 < 표 2-12> 보수이력에의한포장상태등급 횟수 공용연수 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1등급 2등급 3등급 2 1등급 2등급 3등급 3 1등급 2등급 3등급 4 1등급 2등급 3등급 5 1등급 2등급 3등급 6 2등급 3등급 자료 : 한국도로학회, 2005 따라서동일한포장에대한표층절삭후덧씌우기공법의적용이매우비 합리적임을알수있다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 39
4) 생애주기비용분석을통한하부구조문제점분석서울시도로포장덧씌우기공법의문제점을파악하기위해미연방도로국 (FHWA:Federal Highway Administration) 에서제공하는 Real Cost Program ver 2.5를사용하여생애주기비용 (Life Cycle Cost) 을분석하였다. (1) 개요 1996년미연방도로국 (FHWA) 은 생애주기비용을고려한도로포장설계 연구를시작하였으며, 1997년이래로총 40개주의교통국이 Real Cost 프로그램을사용하고있다 (FHWA, 2010). Real Cost 프로그램은두가지목적을위해개발되었다. 첫번째목적은생애주기비용분석을배우려는사람들의의사결정에도움을주고, 사용자가소프트웨어를이용하여생애주기비용의분석효과, 서비스수명, 경제적인투자등을조사할수있도록하는데있었다. 또한직관적인인터페이스를통하여유저가쉽게프로그램을사용할수있도록하는데있었다. 두번째목적은엔지니어들이도로구조물의투자전략에생애주기비용을고려할수있는역할을제공하고, 생애주기비용분석의기본적인지식만갖고있으면소프트웨어를쉽게사용할수있도록하는데있었다. Real Cost 프로그램은신설 / 재포장및유지보수와관련된비용을관리자와사용자의관점에서비용분석을할수있도록제작되었으며, 생애주기비용분석방법으로는결정적접근방법과확률적접근방법의두가지방식을사용하고있다. < 그림 2-33> 은 Real Cost 프로그램의초기화면을나타낸것이다. 40 서울시통합도로포장관리정책개발
< 그림 2-33> Real Cost 프로그램의초기화면 (2) Real Cost를이용한프로그램해석서울시의유지보수공법에적용중인획일적인덧씌우기공법의문제점을분석하기위하여, 생애주기비용분석프로그램인 Real Cost 프로그램을사용하여비용분석을실시하였다. Real Cost 프로그램은크게프로젝트입력단계와대안입력단계로나뉘고, 프로젝트단계의경우프로젝트의세부적설명, 교통량, 이용자비용, 지체비용, 시간대별교통류분포비율등과같은입력변수들을입력하고, 대안단계의경우설계포장수명기간의모든유지보수공법에대한자료와함께공사단가, 공사시간, 유지보수비용등도입력하게되어있다. 이때도심지역양방향 4차선도로총연장을 7mile(11.27km) 로가정하였고, 현재서울시에서는야간공사를시행하고있기때문에공사시간을야간으로설정하여분석을수행하였다. < 표 2-13> 은 2010년서울시일교통량을나타내는데, 이연구에서는금화터널의일교통량을초기교통량으로산정하였으며, 교통량입력변수는초기교통량 (AADT), 교통성장비율, 트럭비율등으로 < 표 2-14> 와같이입력하였다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 41
< 표 2-13> 2010년서울시일교통량 ( 단위 : 대 ) 구분 일교통량 구분 일교통량 퇴계로입구 70,010 자하문터널 34,678 서울역 89,588 장충체육관 84,993 정동 MBC 앞 82,911 시청역 100,436 사직터널 94,384 금화터널 71,238 < 표 2-14> 교통량입력변수 구분 입력변수 초기교통량 ( 양방향 ) 72,000vpd(vehicle per day) 최대교통량 ( 양방향 ) 140,000vpd 교통성장비율 2.5% ( 최소 :2.0, 최대 :3.0) 자동차비율 90% 트럭비율 10%(5.2% singles, 4.8% combination) 대기행렬 (Queue) 1,818vphpl 자유교통류 (Free-Flow) 2,158vphpl 속도제한 65mph(104.61km/h) 시공시속도제한 40mph(64.37km/h) 일반적으로서울시의경우대부분의도로포장은유지보수공법으로덧씌우기공법을적용하고있기때문에이연구에서는신설도로포장에덧씌우기공법만을적용한대안 1과포장의하부구조를고려하여덧씌우기공법과재시공을병행하여실시하는대안 2 대안 6과의경제성비교분석을수행하였다. < 표 2-15> 는대안별유지보수계획을보여주는데, 대안 1은현재서울시에서적용하고있는획일적인덧씌우기공법을나타낸것이고, 대안 2~대안 6은공용시간이지남에따라하부구조에발생하는파손을고려하여하부구조의구조적성능을개선할수있는재시공공법을적용한것으로좀더객관적이고합리적인결과를얻기위한대안으로제시되었다. 대안 2는 2차덧씌우기후재시공, 대안 3은 3차덧씌우기후재시공, 대안 4는 4차덧씌우기후재시공, 대안 5는 5차덧씌우기후재시공, 대안 6은 6차 42 서울시통합도로포장관리정책개발
덧씌우기후재시공을실시할경우대안별로포장수명 ( 약 40 년 ) 을확보하는 데필요한비용을분석하였다. < 표 2-15> 대안별유지보수계획 ( 단위 : 년 ) 횟수대안 1 대안 2 대안 3 대안 4 대안 5 대안 6 신설 9 9 9 9 9 9 1 5 5 5 5 5 5 2 4 4 4 4 4 4 3 3 9( 재시공 ) 3 3 3 3 4 3 5 9( 재시공 ) 3 3 3 5 2 4 5 9( 재시공 ) 2 2 6 2 3 4 5 9( 재시공 ) 2 7 2 1 1 2 5 9( 재시공 ) 8 2 3 9 2 10 2 11 2 12 2 합계 40 40 40 40 40 40 서울시도로설계수명은 20년으로정하고있으나서울시의경우실제로 2 0~30년이지난도로에덧씌우기공법만을적용하여공용하고있기때문에분석기간을 40년으로잡았으며포장구조, 서비스기간, 공사비, 공사시간, 공사기간등에대한자료는 < 표 2-16> 에정리를하였다. < 표 2-16> 유지보수공법적용자료 시공방법 포장구조 서비스기간 ( 년 ) 공사비 ( 백만원 /km) 공사시간 ( 시간 ) 공사기간 ( 일 ) 신설 표층 5cm 기층 25cm 쇄석층 14cm 9 3,584 00:00~24:00 8 덧씌우기 표층 5cm5, 4, 3, 2* 587 19:00~ 익일 06:00 8 재시공 표층 5cm 기층 5cm 9 1,503 00:00~24:00 8 * 포장하부층의구조적손상을고려하기위하여아스팔트덧씌우기수명을덧씌우기횟수에비례해 5, 4, 3, 2 년을적용함 ( 임영환, 2003) * 이연구에서는달러의환율을 1100 원으로환산하여적용함 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 43
(3) 해석결과 결정적접근방법을통하여생애주기비용을분석하였고, < 그림 2-34> 와 < 표 2-17> 과같은결과를얻었다. < 그림 2-34> 대안별비용분석결과 < 표 2-17> 대안별유지보수비용비교 총비용 공사비 ( 백만원 ) 대안 1( 서울시 ) 대안 2 대안 3 사용자비용 ( 백만원 ) 공사비 ( 백만원 ) 사용자비용 ( 백만원 ) 공사비 ( 백만원 ) 사용자비용 ( 백만원 ) 현재가치 10,139 728 9,207 1,005 9,244 1,141 합계 10,867 10,212 10,385 대안 4 대안 5 대안 6 총비용 공사비 ( 백만원 ) 사용자비용 ( 백만원 ) 공사비 ( 백만원 ) 사용자비용 ( 백만원 ) 공사비 ( 백만원 ) 사용자비용 ( 백만원 ) 현재 9,277 1,270 9,342 1,405 9,599 1,460 가치합계 10,547 10,747 11,059 44 서울시통합도로포장관리정책개발
분석결과가장경제적인보수방법은대안 2로가장비경제적인대안 6에비해약 847백만원의경제적이익이발생하며, 이는대안 6의경우대안 2~대안 5에비해덧씌우기공법을한번더수행하였기때문에이에따른추가비용이발생하였기때문이다. 서울시에서적용하고있는대안 1은하부구조의노후화로인하여 40년동안총 12번의유지보수가발생하며, 많은유지보수횟수로인하여높은공사비가측정되었다. 하지만대안 1은재시공을하지않아다른대안들에비해사용자비용이가장낮게측정되어, 총공사비는대안 6에비해조금낮게측정되었다. 대안 6은유지보수시발생하는사용자비용이가장높게나와전체적인유지보수비용이높게측정된것으로보인다. 하부구조의노후화를고려한생애주기비용분석결과, 현재서울시에서적용하고있는대안 1을계속적용할경우대안 2에비해약 655백만원의경제적손실이있을것으로보인다. 더욱정확한자료를얻기위해서는 PMS 구축을통해서울시에시공된도로포장자료를통한생애주기비용분석이필요하다. 또한보다자세한비용분석은부록 3에수록하였다. 2. 관리적문제 1) 예산부족 도로는서울시인프라구조물의가장큰부분을차지 ( 도로를포함한도시기반시설에대한자산가치는 69조 4,771억원 ) 하며매년도로부분에서발생하는유지관리비용은 2020년이후로건설비용을초과할것으로진단된다 ( 서울시정개발연구원, 2007). < 표 2-18> 은도로관리과의포장유지보수세출예산을나타낸것이다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 45
< 표 2-18> 도로관리과포장유지보수세출예산 ( 단위 : 백만원 ) 구분 2008 2009 2010 평균 예산 27,228 55,267 23,918 35,471 자료 : 서울시홈페이지 < 표 2-19> 는 2010년기준서울시도로포장현황을보여주며, 총도로연장 8142.1km 및도시고속도로 183.9km 중노후화된구간을평균약 350억원의도로포장유지관리예산으로효과적으로정비하기에는역부족이다. 시민들의불편을줄이고안정성을확보하기위해서는충분한예산확보가필요하다. < 표 2-19> 서울시도로포장현황 구분 도로연장 (km) 도시고속도로 (km) 2010년 8142.1 183.9 자료 : 서울시도시안전본부홈페이지 2) 포장관리시스템 (Pavement Management System) 관리부족도로포장은생산ㆍ시공되기시작하면서환경적영향 ( 온도, 수분 ), 교통하중등의다양한요소에노출되며, 이로인해내구성감소및포장노후화가발생하여도로포장의수명을저하시키게된다. 또한교통수요의증가및교통수단의대형화는도로포장의파손및노후화를가속화시켜, 도로포장유지를위해기존의방식 ( 경험에의한유지관리방법 ) 으로는효율적으로관리하기가어렵게되었다. 이에따라서울시는도로포장유지관리분야에서합리적이고실용적인운영과예산편성의투명성을확보하기위해과학적인분석방법인 PMS 를도입하게되었다. < 표 2-20> 은서울시 PMS 추진경위를보여주고, < 그림 2-35> 는서울시에서구축한 PMS 흐름도를나타낸다. 46 서울시통합도로포장관리정책개발
< 표 2-20> 서울시 PMS 추진경위 구분과업기간내용 - 1999.12~2001.12 서울시 PMS 연구개발및시범실시시험구간 100km 조사및분석 ( 시스템개발 ) 1 차 1 단계 2002.12~2004.01 서울시 PMS 운영 2,016km 조사및분석 2 차 2 단계 2004.04~2005.05 2,344km 조사 1 단계 2005.08~2006.04 1,280km 조사 ( 전노선평가실시 ) 2 단계 2006.08~2007.02 1,500km 조사 - 2008.02~2008.12 PMS 개발 ( 웹기반 ) 2 차 3 단계 2008.07~2009.01 1,932km 조사 3 차 1 단계 2009.06~2009.12 1,881km 조사 자료 : 서울시, 2009 자료 : 서울시, 2009 < 그림 2-35> 서울시 PMS 흐름도 2002 년부터자동포장상태조사장비를사용하여포장상태 ( 균열, 소성변형, 종 단평탄성 ) 를조사하고데이터정량화및포장유지관리의사결정용역을시행 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 47
하였으나, 장기적인운영비용이소요되고, 운영과보수담당의분리에따른실무와의연계성부족으로인해추가예산소요및작업지연이발생하고있다. 또한매년조사용역업체가변경되고, 그에따라장비가변경됨에따라 D/B 자료에신뢰성이결여되는문제가생기게되며, D/B 구축에문제점이발생하게되면 PMS 의본래목적인예산절감및기술발전효과가저감될수있다. 도로연장이국토해양부관리연장의약 58.2% 에해당하는데비해교통상황은열악하고네트워크레벨의포장상태조사만수행하고있어서울시도로포장의상태진단및유지보수예산집행을수행하는데어려움을겪고있다. < 표 2-21> 은네트워크및프로젝트레벨의항목을비교한것이다. < 표 2-21> 네트워크및프로젝트레벨항목비교 네트워크레벨 ㆍ일반정보 ( 교통량, 포장구조, 균열등 ) ㆍ DATA 분석ㆍ보수구간결정ㆍ보수공법결정ㆍ경제성분석ㆍ유지보수및건설계획수립 프로젝트레벨ㆍ현장상세조사자료ㆍ실험실분석자료ㆍ특이구간자료ㆍDATA 분석ㆍ대안설정ㆍ상세보수공법결정ㆍ경제성분석ㆍ건설및유지보수실시 마지막으로 KRISS 는포장의하부구조상태에대한진단을할수없기때문에하부구조의포장상태파악을위해서는 GPR(Ground Penetrating Radar) 및 FWD(Falling Weight Deflectometer) 와같은정밀측정기의도입이필요하다. GPR은천공이나줄파기또는지반의교란없이비파괴적으로포장체와지반단면및포장층의두께를측정하는장비이다. < 그림 2-36> 은 GPR을이용해포장두께및파손현황을조사하는모습을나타내고, < 그림 2-37> 은 FWD 의모습을보여준다. 48 서울시통합도로포장관리정책개발
< 그림 2-36> GPR 을이용한포장두께및파손현황조사 < 그림 2-37> FWD(Falling Weight Deflectometer) 3) 품질관리문제 (1) 계약문제현재서울시가주관하는대부분의발주공사는최저가낙찰제로되어있으며, 수의계약이아닌일반경쟁입찰로되어있다. 따라서어떤업체가신기술또는특허를갖고있다하더라도수의계약을할수없도록되어있는실정이다. 하지만건설신기술을인증해주는국토해양부는수의계약을할수있도록규정하고있어건설신기술제도에모순이있다. 따라서신기술을개발해도직접수주를하지못하는포장전문업체대신아무런기술이없는업체가공사를수주하고있으며, 관리비를제외한금액 (10~ 30%) 을삭감한나머지금액으로공사를수행해야하는어려움이있다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 49
아스팔트포장에서아스팔트혼합물을관급으로지정할경우, 포장을시공하는업체와아스팔트혼합물을생산하는업체가서로분리되어계약하므로포장품질에문제가발생하였을때 ( 예를들어조기파손이발생하였을때 ) 시공의문제인지또는생산의문제인지등이명확하게구분되지못하는문제점이있다. 즉, 생산및시공에대한품질관리가제대로수행되지못하고있으며, 생산및시공에대한 D/B가구축되어있지않아관리에어려움을겪고있다. (2) 아스팔트플랜트의인증및품질관리체계의문제점국내의아스팔트플랜트는지식경제부기술표준원에서실시하는 KS 인증을통해품질관리능력을인정받는다. 이는아스팔트콘크리트를사용하는각시공관련기관의품질관리심사등의절차를생략하는결과를초래하였고, 실제적인생산제품의품질보증보다서류심사를통한인증절차에주안점을두면서생산제품에대한품질관리를등한시하는결과를야기하였다. 또한아스팔트혼합물을생산하는플랜트의관리주체가다르다는문제점이있다. 즉아스팔트혼합물을구매하여사용하는부처는국토해양부이지만아스팔트플랜트를관리하는부처는지식경제부기술표준원이기때문에관리기관이이원화되어있다. 이로인해아스팔트플랜트에서도대처하는데있어어려움이있으며, 실질적으로혼합물을수급받는현장에서도문제가발생하고있는실정이다. 이외에도아스팔트혼합물의공급이사급 / 관급이냐에따라또는현장에따라상황이상이하며, 가격문제뿐아니라품질관리에따른책임소재등이서로겹쳐있어이에대한해결방안이절실한실정이다. 4) 굴착복구서울시관내도로에서는각종관로매설을위한도로의굴착및복구공사가연평균 10만여건이시행되고있으며, 이러한잦은굴착복구작업은포장면의침하, 균열등의하자를발생시켜도로포장의내구력저하및서비스지수를현 50 서울시통합도로포장관리정책개발
저히떨어뜨리고있는실정이다 ( 한국도로학회, 2005). < 그림 2-38> 을보면굴착 복구로인하여발생하는포장파손인패칭이전체파손의 37% 를차지하고있어 굴착복구작업으로인한포장파손이심각하다는것을확인할수있다. 자료 : 서울시, 2010 < 그림 2-38> 포장파손비율 제 3 절실무자대상심층면접조사및분석 이설문조사는서울시도로포장의수준향상을위한실무자의견을현장품질관리방안에반영하기위해실시하였으며, 이를통해포장실무에종사하고있는공무원및기술자들의시공품질관리에대한관심및인식정도를판단하고자하였다. 또한설문결과의분석을통해서울시포장도로의개선방안을도출하는기초자료로도활용하였다. 설문조사는플랜트, 시공, 감리의세가지타입으로구성된심층면접조사이며, 도로관리사업소등의도로관련공무원과포장시공관련업체의기술자를대상으로하였다. 이설문조사에회신해준응답자는 71명이며, 이중플랜트종사자는 20명, 시공관련업체기술자는 22명, 그리고감리분야종사자는 29명이다. 상기에서실시한설문조사서는 < 부록 1> 에첨부하였다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 51
1. 플랜트실무자심층면접조사결과 플랜트종사자를대상으로한심층면접조사내용을살펴보면다음과같다. 먼저응답자중약 90% 가산업표준협회에서주관하는교육과정을이수한것으로드러났다. 골재의구매와관련해서는 < 그림 2-39> 와같이약 70% 는일정한골재구매처가있으나약 30% 는원석구매후골재생산및골재의원활한공급을위해 2 3개의구매처를두고있었다. 또한골재변경에대한골재유출량시험및배합설계수행에관해서는 100% 가수행한다고대답했다. 국내도로포장의하자발생의원인으로는적은공사금액에따른부실화와안이한시고방식이각각 20% 로가장높게나왔다. 가장적절한하자보수기간으로는 2년이라는응답이 50%, 1년이라는응답은 40% 로대체로짧은하자보수기간을원하는것으로조사되었다. 선택이유로는서울시의많은교통량과여름철집중호우로인한포장파손때문이라는의견이있었고, 현행혼합물의품질평가는최종적으로공사완료후일정시일이지난후에이루어지며, 하자발생에대한명확한원인추적시영향을주는변수가많으므로현행 2년은제조사입장에서불리하다는의견도있었다. < 그림 2-39> 아스팔트골재구매처 포장성능개선과관련한의견으로는조달체계의개선, 혼합물의종류개선등이있었다. 조달체계의개선에서는현행조달체계는품질의신뢰성정도에 52 서울시통합도로포장관리정책개발
따른평가의척도가없으므로, 현실적인단가 ( 아스팔트바인더가격변동, 골재의품질정도에따른변동, 품질우수업체의변별력부족 ) 의반영이필요하다는의견이나왔다. 또한아스콘단가의경우관급은 #78기준( 표층 ) 66,764원 / 톤 (VAT 별도 ), 민급은 #78기준( 표층 ) 75,000원 / 톤 (VAT 별도 ) 으로 8,236원 / 톤의차이를보이고있었다. 혼합물종류의개선에서는현행국내에적용중인혼합물의종류가과거의혼합물과차이가없어변화하는환경을따라가기가힘들기때문에, 교통여건과우수혼합물의개발및포장전문가채용을통하여내구성향상위주의실제적정책이적용되어야한다는의견이있었다. 2. 시공실무자심층면접조사결과 시공분야와관련하여, 재료를시공현장까지운반하는데소요되는거리및시간을시공과정에서고려하는지에대한심층면접조사결과 < 그림 2-40> 과같이최장거리혹은소요시간을고려한다는응답자가약 45%, 교통여건등을감안하여소요시간만을고려하는응답자가약 40%, 고려하지않는응답자도약 15% 로나타났다. 그이유는대부분인근지역의아스팔트플랜트를이용하기때문인것으로드러났다. < 그림 2-40> 아스콘운반시거리및시간고려유무 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 53
시공현장에도착한아스팔트콘크리트의포설전온도를측정하여사용여부를판단하느냐는질문에 77% 의응답자가한다고대답하였고, 23% 의응답자가하지않는다고대답하였다. 포설시온도가기준온도에비하여낮을경우아스팔트포장의다짐이제대로이루어지지않아포장의조기파손이야기될수가있고, 기준온도보다높을경우과다짐이발생하여포장의조기파손이발생할확률이매우높아지게된다. 시공자교육을통해단계마다온도점검을강화하여야할것으로판단된다. 택코팅시공품질을향상시키기위해가장중요한요소에대해서는 < 그림 2-41> 과같이응답자의 43% 가살포후상태검사를가장중요한요인이라고응답했으며, 35% 는살포량, 22% 는온도가중요한요인이라고대답하였다. < 그림 2-41> 택코팅시공품질향상을위한요소 < 그림 2-42> 는아스팔트포장의포설과정에서중요한역할을수행하는페이버 (Paver) 에대한실무자들의기술수준을보여준다. 응답자의약 18% 가작동원리와구조에대해모른다고응답하였으며, 두가지이상의관련지식을숙지하고있는응답자는약 32% 였다. 상대적으로페이버의구조와작동원리에대해모르는응답자가적게나오긴했지만, 이는아스팔트포장의현장품질관리에중요한역할을담당하는포설및다짐공정의적절한시공수준을확보하는데문제가될수있는사항이다. 따라서이러한문제점을해결하기 54 서울시통합도로포장관리정책개발
위해서는시공공정별및시공장비별현장품질관리매뉴얼등의실무기술자료의정비가선행되어야하는것으로나타났다. < 그림 2-42> 페이버작동원리및장비구조 < 그림 2-43> 은시공시다짐횟수를점검하느냐는질문에대한결과를보여주는데, 전체시공구간을실시한다는응답은 43%, 다짐롤러기사에게맡겨두거나실시하지않는다는응답이 38% 로매우높게나왔다. 따라서다짐단계별다짐횟수점검에대한규정의강화가필요하다. < 그림 2-43> 다짐횟수점검 아스팔트포장시공완료후다짐도측정을수행하는지에대한질문에대해서는 41% 의응답자가수행한다고하였고, 55% 의응답자가수행하지않고있 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 55
다고하였다. 반이넘는응답자가다짐도검사를수행하고있지않아품질관리에어려움이있을것으로생각되며, 수행한다고한응답자의 36% 가현장및시험실다짐공시체의겉보기밀도를통해검사를한다고대답하였고, 응답자의 18% 는혼합물의이론최대밀도와현장공시체의겉보기를통해다짐도를검사하고있다고답하였다. 또한응답자의 9% 는공급원승인서및현장공시체의겉보기밀도를통해검사를한다고밝혔다. 아스콘포설후 7일이내에코어를랜덤하게채취하여공사감독관에게제출하느냐는질문에 73% 의응답자가제출을한다고대답하였고, 18% 의응답자가제출을하지않는다고답하였다. 규정상 7일이내에코어를채취하여공사감독관에게제출하게되어있지만 18% 의응답자가이를이행하고있지않아규정강화가필요하다. 아스팔트포장의시공과정에서가장우선적으로생각하는품질관리방법에대해서는, 응답자의 53% 가혼합물의온도를가장중요하게생각하는것으로나타났다. 따라서혼합물의생산, 운반, 단계별다짐온도에대한온도규정및철저한점검이이루어져야할것이다. 하자보수기간에대해서는 59% 의응답자가 2년이가장적정하다고응답하였고, 1년이가장적정하다는응답자는 27%, 3년, 4년, 5년이적정하다는응답자는각각 5% 가나왔다. 1 2 년이적합하다는이유로서울시의많은교통량과양생시간의부족으로인하여도로품질의확보가힘들기때문이라는의견이나왔으며, 4년이상의하자보수기간을두어시공사의보다정확하고체계적인시공관리가필요하다는의견도있었다. 포장성능개선과관련된의견으로도로별교통량이다르므로교통량별, 버스전용차로및일반차로별등으로하자보수기간을다르게적용해야한다는의견이나왔으며, 현여건상현장과플랜트의거리가매우멀기때문에아스콘의온도관리가필요하다는의견도있었다. 56 서울시통합도로포장관리정책개발
3. 감리실무자심층면접조사결과 감리분야에종사하는실무자를대상으로한심층면접조사를통해, 아스팔트포장에대한체계적인교육을받았는지를조사하였고그결과를 < 그림 2-44> 에나타내었다. 38% 의응답자가아스팔트포장에대해체계적인교육을받지못하여감리업무수행시많은문제점이발생할것으로우려된다. < 그림 2-44> 아스팔트포장에대한교육여부 아스팔트포장관련시공업무를수행하면서해당현장에납품하는아스팔트플랜트에대한현장실사의횟수를묻는질문에약 20% 는현장실사를하지않는다고대답했으며, 37% 는건당 1회정도의현장실사만을한다고응답하였다. 현장실사를하지않는응답의경우관급으로아스팔트콘크리트를공급받는현실에서품질관리책임을생산자에게위임함에따른결과로판단된다. < 그림 2-45> 는시공공정별아스콘온도점검여부에대한심층면접조사결과를나타내며, 76% 의응답자가점검을수행한다고답하였고, 24% 의응답자가점검을하지않는다고답하였다. < 그림 2-46> 은다짐별다짐횟수점검여부에대한심층면접조사결과를보여주며, 21% 의응답자가점검을하지않는다고대답하였다. 온도및다짐횟수의점검은도로포장의품질확보를위해매우중요한요소이므로, 이에대한교육및대책마련이필요할것으로보인다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 57
< 그림 2-45> 시공공정별아스콘온도점검여부 < 그림 2-46> 다짐별다짐횟수점검여부 아스팔트시공시아스콘시료채취에대한심층면접조사결과, 66% 의응답자가시료를채취한다고하였고, 34% 의응답자가시료를채취하지않는다고하였으며, 채취장소로는플랜트 (7%), 차량 (34%), 도로 (31%) 가나왔다. 아스콘은도로포장에문제가발생하였을경우문제점을찾을수있는중요한요소로이용되기때문에꼭필요하다. 하자보수기간에대한심층면접조사결과, 응답자의 69% 가적합한기간으로 2년을꼽아가장높았고, 21% 가 3년을꼽아두번째로높았으며, 1년, 4년, 5 년이각각 3% 가나왔다. 중차량의증가및이상기후로인해포장조기파손이발생한다는의견이많았고, 표층절삭덧씌우기때문에발생하는포장의하부 58 서울시통합도로포장관리정책개발
구조노후화로인하여표층의수명이감소하므로 2년정도가가장적당하다는의견도있었다. 마지막으로포장성능개선과관련해서는감독대상포장에대한전문지식교육강화, 전문지식을습득한기술자의인사이동자제, 서울시내포장공사별시방서에대한연구필요, PMS 확대추진, 포장품질확보를위한주간공사실시등다양한의견이있었다. 제 2 장서울시도로포장현황및문제점 59
제 3 장선진도로포장사례연구 제 3 장 선진 도로포장 사례 연구 제1절포장관리시스템 (Pavement Management System) 제2절중하중제3절반사균열제4절계약제도
제 3 장 선진도로포장사례연구 제 1 절포장관리시스템 (Pavement Management System) 포장관리시스템은객관적인포장의조사자료를바탕으로정책결정자가필요한정보를제공함으로써, 합리적인유지보수의사결정을지원하는시스템이다. 이연구에서는예방적유지보수 (Preventive Maintenance) 를포함하는포장관리시스템 (PMS) 에대한선진사례를예시하였다. AASHTO(The American Association Highway and Transportation Officials) 는 1999년에예방적포장유지활동및현황평가를위해 50여개의주기관에포장의예방적유지관리프로그램인 PPMP(Pavement Preventive Maintenance Program) 의특성및현황에대한조사를실시하였다. 심층면접조사에응한 41개기관중 36개의기관이예방적유지관리프로그램을수립하여사용하고있었으며, 예방적유지보수공법은거의모든주에서적용하고있는것으로나타났다 (AASHTO, 1999). 예방적유지보수공법예방적유지보수공법은포장체에심각한파손이발생하기전에미리표면처리및실링등의간단한보수공법을통해도로포장전체의공용수명을증가시키는유지보수방법 제 3 장선진도로포장사례연구 63
1. 미국 1) 워싱턴 (Washington) 워싱턴주정부 (WSDOT) 는 1960년포장상태에대한조사및 1970년대포장관리시스템도입으로도로포장개선에큰효과를보았다. 1969년부터주정부는 2년마다도로포장에대한전수조사를실시하였으며, 1989년이후에는매년도로포장에대한전수조사를실시하고있다. 1970년대후반워싱턴주정부는 WSPMS(Washington State Pavement Management System) 를처음발표하였으며도로포장을효과적으로관리하기위하여이시스템을개선및수정하고있다. < 그림 3-1> 은워싱턴주의연도별포장상태를나타낸것이다. 포장조사결과양호구간의비율은 1970년약 50% 에서 2005년 93.5% 로큰폭으로증가하였다. 자료 :FHWA, 2008 < 그림 3-1> 연도별포장상태변화 WSPMS 는매년전주도로에대한포장상태, 세부시공내역, 교통량등에대 64 서울시통합도로포장관리정책개발
한자료를구축하고있으며, 구축된포장상태자료를최적유지관리시기및우선순위결정에활용하고있다. 1993년포장관리시스템에생애주기비용을고려하도록법률화되었고, 워싱턴주정부는생애주기비용분석을통하여아스팔트콘크리트의적정유지보수주기 ( 대략 12~13년이내 ) 를결정하기위해다양한환경에서도로포장의유지보수 ( 포장복구, 덧씌우기등 ) 에대한비용을조사하였다. < 그림 3-2> 는그결과를나타낸것이다. 초기의생애주기비용에는관리자비용만이포함되었으나최근에와서는사용자비용도포함되고있다. 자료 :FHWA, 2008 < 그림 3-2> 아스팔트콘크리트의생애주기비용유지보수주기 워싱턴주정부는도로포장의개선및최적의투자이익을위하여기술적이고경제적인분석방법인 WSPMS 를이용하고있다. 2) 캘리포니아 (California) 캘리포니아주는 1979년에 PMS를처음도입하였다. 다른주와마찬가지로초기 PMS는중앙컴퓨터장치를기반으로하였고대규모의데이터베이스를구축하였다. 주정부는 2년에한번씩조사된포장상태자료를최적의유지보수대안선택을위한의사결정도구로활용하였다. 제 3 장선진도로포장사례연구 65
지난 20년동안미연방도로국 (FHWA) 은사회구조물관리시스템의사용을촉진하였고, 주정부들은다리및도로를위한관리시스템구축에대한많은연구를시작하였다. 1991년교통효율화법 (ISTES) 이제정되면서포장관리시스템의개선및확장이요구되었다. 이를반영한캘리포니아주의 PMS 관리단계를보면다음과같다. (1) 자료수집및관리강화 -차선의수, 길이, 폭, 표면종류, 기능적분류, 갓길등에대한정보 -프로젝트데이터의이력, 시공종류, 재시공종류, 유지보수종류, 예방적유지보수종류에대한정보 -교통량, 교통종류, 교통하중등에대한정보 (2) 분석자료강화 -승차감, 파손, 러팅, 표면마찰력등의포장상태분석자료 -특정포장종류에대한현재및미래의공용성분석, 네트워크상의모든도로포장잔존수명분석등의포장공용성분석자료 -도로포장의공용성과관련된설계, 시공, 유지보수, 재료, 배합설계, 예방적유지보수등을어떻게적용할것인가에대한기술자의분석자료 (3) 매년 PMS 관련정보의평가및업데이트캘리포니아의 PMS는컴퓨터에기반을두어기존의 PMS보다많은유저들이쉽게사용할수있게되었고, 생애주기비용분석제도를도입하여합리적인유지보수를수행하고있다. 3) 네브라스카 (Nebraska) 네브라스카주정부는 1973 년도로포장의 PSI(Present Serviceability Index) 를 66 서울시통합도로포장관리정책개발
측정하기위한연구를시작하였고, 측정된데이터는아스팔트덧씌우기포장의두께를산정하기위한데이터로사용하였다. 1984년 PMS 수행및개선을위해프로그램관리부서 (Program Management Division) 가창설되었는데, 그목적은다음과같다. -포장과관련된모든부서에현재의포장상태데이터를제공 -주도로의포장상태를매년갱신 -수행가능한유지보수공법에대한정보를제공 -유지보수와관련된의사결정에대한피드백제공 -미래의포장상태정보제공 2004년 POP(Pavement Optimization Program) 2.1버전이개발되어, 지역자치단체에배포되었다. POP는 Mandli Roadview Explorer를통하여현재포장상태를조사할수있고관련된사진을검토할수있다. 또한분석기간및연간예산입력을통하여생애주기비용을분석할수있다 (NDOT, 2009). < 그림 3-3> 은 POP 프로그램을보여준다. 자료 :NDOT, 2009 < 그림 3-3> POP 프로그램 제 3 장선진도로포장사례연구 67
2. 영국 (United Kingdom) 1) UKPMS(United Kingdom Pavement Management System) 1980년대중반 Local Authority Association(LLA) 과 DOT는새로운포장관리시스템 (PMS) 을도입하고자하였고, PMS 를통해눈으로포장상태를평가하는기존의방식에서장비를사용하여포장상태를평가하는방식으로대체되었다 (Phillips, 1994). 영국의총도로연장은 407,362km이며잉글랜드의도로연장은 294,154km 로영국총도로의 72% 에달하며, < 표 3-1> 에자세히나타내었다. < 표 3-1> 영국의도로현황 나라 지방청 트럭도로 (km) 중요도로 (km) 기타도로 (km) 합계 (km) 잉글랜드 150 7,286 27,959 266,198 294,154 웨일스 22 1,688 2,619 29,554 32,173 스코틀랜드 32 3,227 7,481 48,870 56,351 북아일랜드 23 281 n/a n/a 24,684 합계 227 12,482 407,362 자료 :TRL, 2009 UKPMS 는도로, 커브, 보도, 자전거도로등과같은포장관련자산을효율적으로관리하는시스템이며, 이시스템의궁극적인목적은도로포장관련자산들의상태조사및유지보수우선순위선정을통해적절한공용성을유지하는데있다. 합리적인유지보수관리를통해예산절감효과를얻을수있었으며, UKPMS 의관리단계를나타내면다음과같다. (1) 전략, 네트워크단계 -포장유지보수의필요성에대한확인 -지원가능한예산분석 68 서울시통합도로포장관리정책개발
-실현가능한예산대안및전략선택 -다양한대안에대한서비스상태분석 -예산확보방안 -예산범위내에서의유지보수범위산정 (2) 프로젝트선택및우선순위단계 -가능한예산내에서의유지보수우선순위선정 -합리적인유지보수공법선정 -비용평가분석 -관리자의전반적인목표와관련된우선순위평가 -유지보수계획및예산리스트작성 (3) 운영단계 -도로포장상태악화의원인평가 -실질적인유지보수대안확인 ( 표층재처리, 재포장 ) -유지보수공법에따른경제성분석 -가장합리적인유지보수공법선택 포장상태조사를위하여활용되고있는다양한장비를 < 표 3-2> 에정리하였다. RCI(Road Condition Indicator) 는자동포장상태장비로포장의표면결함 ( 러팅, 균열, 평탄성 ) 을조사하는장비이고, Deflectograph는포장의처짐량을측정하는장비이며, SCRIM은포장의미끄럼을자동측정하는장비이다. 마지막으로 CVI(Coarse Visual Inspections) 는교통량이적은도로에사용하는표면결함조사장비이다. 제 3 장선진도로포장사례연구 69
< 표 3-2> 포장상태조사장비적용현황 나라 분류된도로 비분류된도로 잉글랜드 SCANNER RCI CVI 스코틀랜드 SCANNER RCI SCANNER RCI 웨일스 SCANNER RCI - 북아일랜드 Deflectograph, SCRIM CVI 자료 :TRL, 2009 영국은 UKPMS 를이용해포장상태를객관적으로관리하고있으며, 이를통 해유지보수우선순위를효율적으로선정할수있어합리적인예산관리시스템을구축하고있다. 제 2 절중하중 최근미연방도로국은도로포장의서비스상태및수명을개선시키기위한방안으로포장보호 (Pavement Preservation) 개념을도입하고자많은노력을기울이고있다. 또한도로사업에대한예산이감소함에따라비용을절감할수있는유지보수에대한관심이높아지고있다. 포장보호개념은미래로갈수록더욱중요시될것이며, 이개념을이용한예방적유지보수는도로포장의수명연장에상당한영향을줄것이라보고있다. 지금까지수행된포장보호개념에대한연구는주로경하중도로포장에대해진행되어왔기때문에중하중도로포장에적용하기가쉽지않았으며, 중하중도로포장에포장보호개념을도입하기위하여 SHRP(Strategic Highway Research Program) 에서 중하중포장도로의포장보호를위한가이드라인 을 2011년에발표하였다 (SHRP, 2011). 70 서울시통합도로포장관리정책개발
포장보호 (Pavement Preservation) 전반적인포장의공용성개선, 시민의불편최소화, 안정성및경제적인도로유지관리를위해발생한개념으로주로예방적유지보수공법이사용되고있다. 1. 예방적유지보수 1990년대중반이후미국에서는예산의감소와유지관리비용의증가로도로포장의품질을유지하기위해많은연구가진행되었고, 예방적유지보수공법을적용한포장보호개념이도로분야에서중요한개념으로자리잡기시작하였다. 도로포장의수명을개선하기위해다양한예방적유지보수공법들이개발되었으며, 칩실, 실코트, 크랙필링, 슬러리실등이가장많이사용되고있다. 예방적유지보수공법은일반적으로경하중도로포장에많이적용되어왔으며, 도로포장의공용성을상당부분향상시켜경제적이고효과적인유지보수방법으로자리잡게되었다. 그러나경하중에적용된예방적유지보수공법을그대로중하중도로포장에적용할경우많은어려움이따른다. 다음은중하중도로포장에기존예방적유지보수공법을적용할경우발생하는방해요인을나타낸것이다 (SHRP, 2011). -중하중에의한예방적유지보수공법의내구성파괴위험성증가 -특정예방적유지보수공법에대한시민들의부정적인인식 -증가한공용성에대한기대 -도로기관의경험부족예를들면하나의예방적유지보수공법을서로다른두개의교통량에적용할경우문제가발생하게된다. 도로 A는일평균교통량 (ADT) 이 1,500vpd이고도로 B는일평균교통량 (ADT) 이 20,000vpd일경우동일한예방적유지보수공법을적용한다면도로 A와도로 B의포장수명은동일하지않을것이다 제 3 장선진도로포장사례연구 71
(SHRP, 2011). 최근 SHRP 에서 Renewal Project R26: Preservation Approaches for High- Traffic-Volume 이라는연구결과를발표하였는데, 효율적인포장보호시스템을도입하기위해서는명확한시방규정, 장기공용성및경제성, 안전성확보, 시공시대중교통지체최소화등이필요하다고보고하였다. 1) 중하중포장보호시스템가이드라인포장보호시스템을도입할경우고려해야할사항으로는교통량, 현재포장상태, 기후상태, 작업시간, 유지보수방법, 가격등이있다. 특히교통량은도로포장에작용하는하중을직접적으로측정할수있기때문에매우중요한요소중하나이다. 도로포장은일반적으로다양한요소에의해파손이발생하기때문에다양한인자에대한고려가필요하다. < 그림 3-4> 는포장파손에영향을주는인자와처리방법을나타낸다. 자료 :SHRP, 2011 < 그림 3-4> 포장결함및처리방법 72 서울시통합도로포장관리정책개발
주어진시간안에적절한예방적유지보수공법을선택하는것은간단하지가않다. 현재포장상태에대한상당히많은양의데이터가필요할뿐만아니라예방적유지보수공법을수행하기위해서는많은제약이따르고다양한대안도고려되어야한다. 또한비용문제가포함될때더욱복잡하게된다. < 그림 3-5> 는공법선택절차를나타낸것이다. 자료 :SHRP, 2011 < 그림 3-5> 공법선택절차 경하중도로포장에적용된유지보수공법에대한공용성평가는상당히많이이루어졌지만중하중도로포장의예방적유지보수공법적용에대한공용성평가는아직미비한실정이다. 미연방도로국은중하중도로포장에예방적유지보수공법을적용하기위해많은프로젝트를진행하였고, 일부만족할만한결과를얻었으며, 그결과를 < 표 3-3> 에나타내었다. 제 3 장선진도로포장사례연구 73
< 표 3-3> 중하중도로포장유지보수공법 자료 :SHRP, 2011 2. 중ㆍ경하중아스팔트포장가이드라인 미국 Georgia DOT는도로포장의품질향상을위하여중ㆍ경하중에대한아스팔트도로포장가이드라인을제시하였으며, 교통량에따라아스팔트를다르게적용하고있다. < 그림 3-6> 은아스팔트포장의선택가이드라인을보여준다. 74 서울시통합도로포장관리정책개발
자료 :GDOT, 2006 < 그림 3-6> 아스팔트포장선택가이드라인 < 표 3-4> 와 < 표 3-5> 는경하중, 중하중시방서를각각나타내는데, GDOT 의경우균열의상태에따라다양한보수방법을적용하고있는것을확인할수있다. < 표 3-4> 경하중시방서 경하중시방서 교통량 / 파손상태 기준 표면처리 4.75mm 9.5mm TypeⅠ <200 Yes Yes Yes ADT 200 800 Yes Yes Yes 800 1,000 Yes Yes >1000 Yes(D) Yes(H) <1/4 Yes Yes Yes 러팅 1/4 1/2 (A) (A) (A) 1/2 3/4 >3/4 횡방향균열 하 Yes Yes Yes 상 (G) 제 3 장선진도로포장사례연구 75
< 표계속 > 경하중시방서 경하중시방서 교통량 / 파손상태기준표면처리 4.75mm 9.5mm TypeⅠ 종방향균열 균열 라벨링 하 Yes (C) (C) 상 하 상 (G) 하 Yes Yes Yes 상 9.5mm TypeⅠ: 잔골재를주로사용 A. Yes with 레벨링 B. Yes with 절삭 C. Yes with 클랙실링 D. Yes with TPD(Trucks per day)<100 E. Yes with 균열방지층 F. Yes with 깊은패칭 G. 표면처리공법 H. Yes with 100<TPD<200 자료 :GDOT, 2006 (C) (B) < 표 3-5> 중하중시방서 중하중시방서 12.5mm 교통량 / 파손상태 기준 9.5mm TypeⅡ 일반 개질 ( 폴리머 ) 1,000 2,000 Yes(H) Yes Yes ADT 2,000 10,000 Yes Yes Yes 10,000 25,000 Yes Yes >25,000 Yes <1/4 Yes Yes Yes 러팅 1/4 1/2 (A) (A) (A) 1/2 3/4 (B) (B) (B) >3/4 (B) (B) 횡방향균열 하 Yes Yes Yes 상 (E) (E) (E) 종방향균열 하 (C or E) (C or E) (C or E) 상 (E) (E) (E) 76 서울시통합도로포장관리정책개발
< 표계속 > 중하중시방서 중하중시방서 교통량 / 파손상태기준 9.5mm TypeⅡ 균열 라벨링 9.5mm TypeⅡ: 굵은골재를주로사용 A. Yes with 레벨링 B. Yes with 절삭 C. Yes with 클랙실링 D. Yes with 트럭교통량이적은곳에만적용 E. Yes with 균열방지층 F. Yes with 깊은패칭 G. 표면처리공법 H. Yes with 100<TPD<200 자료 :GDOT, 2006 12.5mm 일반개질 ( 폴리머 ) 하 (C or E) (C or E) (C or E) 상 (F) (F) (F) 하 Yes Yes Yes 상 (B) (B) (B) 제 3 절반사균열 많은도시및도로국은도로포장유지관리를중요한쟁점중하나로생각하고있으며, 도로포장의공용성확보를위해아스팔트덧씌우기공법이가장흔하게사용되고있다. 그러나기존포장의패칭, 균열등의포장파손을확실히제거하지않고덧씌우기하는경우가많아공용성확보에많은어려움을겪고있다. 덧씌우기도로포장의공용성에가장큰영향을미치는파괴요소중하나는반사균열이다. 콘크리트도로포장의조인트, 기존콘크리트및아스팔트도로포장의균열부에아스팔트덧씌우기도로포장이시공될경우상대적으로짧은시간에반사균열이발생하여도로포장의표면부까지균열이발생하게된다. 반사균열은균열및조인트부분에중하중차량이지나가면서발생하거나, 온 제 3 장선진도로포장사례연구 77
도의변화에의해균열및조인트부분에응력이생겨발생하게된다. < 그림 3-7> 은반사균열메커니즘을나타낸것이다. 자료 :Lytton et al., 2010 < 그림 3-7> 반사균열메커니즘 덧씌우기포장에발생한반사균열을통하여하부구조에물이침투하게될경우하부구조에침투된물은아스팔트포장및하부층의지지력을악화시켜다양한파손형태로나타나게된다. 그러므로아스팔트덧씌우기공법의장기공용성확보를위해서는반사균열에대한저항능력이중요하다. SHRP 에서는반사균열에대한설계모델을개발하였고, < 그림 3-8> 은반사균열에대한설계모델을나타낸것이다. 반사균열을예측하기위해서는현장정보, 온도, 포장상태등에대한분석이필요하다. 다음은분석모델별고려인자를나타낸것이다. -현장자료모델 : 포장파손자료, 교통량, 교통하중분포 -온도모델 : 기후 ( 날씨 ), 깊이에따른온도분포 -포장상태모델 : 포장층, 재료의물성, 비파괴시험 78 서울시통합도로포장관리정책개발
자료 :Lytton et al., 2010 < 그림 3-8> 반사균열모델에대한설계도 아스팔트덧씌우기포장의반사균열을방지하거나줄이기위하여아스팔트덧씌우기포장의두께를증가시키는방법, Stress-Absorbing Membrane Interlayer (SAMI) 를사용하는방법 ( 섬유및지오텍스타일멤브레인층을사용 ), 기존포장을재포장하는방법등이많이사용되고있다 (Lytton et al., 2010). 1. 미국네바다 (Nevada) 지난 15 년동안 Nevada DOT(Department of Transportation) 는아스팔트덧 씌우기포장의반사균열에대한파손을줄이기위해다양한방법들을사용해 제 3 장선진도로포장사례연구 79
왔다. Nevada DOT 는반사균열에대한파손을최소한으로줄이기위한시험시공프로젝트등을수행하여공용성에대한검토를하였다. 또한시험시공을통하여설계, 시공, 교통량등의자료및장기공용성에영향을주는요인에대한자료를수집하였다. 더불어수집된정보를통해반사균열을줄이기위한다양한공법들에대한공용성평가를실시하였다. Nevada DOT 의포장상태조사결과포장의공용성에가장큰영향을주는요인은평탄성, 러팅, 균열로나타났다. Nevada DOT 는 PMS(Pavement Management System) 를사용하여주전지역에서시공된다양한포장들의공용성을측정하기위하여 PSI(Present Serviceability Index) 를사용한다. PSI 는포장의평탄성에큰영향을받지만균열에대한영향을충분히나타내지는못한다. 그러므로 PSI 는아스팔트덧씌우기포장의공용성을효과적으로평가하기에는부족하다. 반사균열연구를위하여일부지역의도로포장을지정한후공용기간동안도로포장에서발생하는피로균열, 횡방향균열, 블록균열등의자료를수집하였고, 반사균열을방지하기위한다양한기술들의공용성을평가하기위한자료로활용하였다. 여러가지환경인자들을고려하기위하여환경및교통상황이다른장소 33 곳을선정하였으며, 반사균열을방지하기위한다양한공법들이 2005년까지적용되었다. 1) Cold In-place Recycling Project(CIR) CIR은보통아스팔트기층시공에많이사용되며기존아스팔트포장의내구성을강화할수있는공법이다. 보통 CIR은 30 300 AADT 정도의경하중도로에서사용되지만, Nevada DOT 는 1,000 10,000 AADT 정도의도로에서현재적용중이다. < 그림 3-9> 는 CIR 시공을나타내며, < 그림 3-10> 은 CIR공법의포장단면을보여준다. 80 서울시통합도로포장관리정책개발
<그림 3-9> CIR 시공 CIR A 기존 포장 2in(5.08cm)를 CIR 공법을 적용하여 시공하고, 2.5in (6.35cm)의 밀입도 아스팔트 콘크리트를 시공한 후 0.75in (1.91cm)의 OGFC(Open Graded Friction Course)를 시공하였다. CIR B 기존 포장 3in(7.62cm)를 CIR 공법을 적용하여 시공하고, 3in (7.62cm)의 밀입도 아스팔트 콘크리트를 시공한 후 0.75in (1.91cm)의 OGFC를 시공하였다. CIR C 기존 포장 2in(5.08cm)를 CIR 공법을 적용하여 시공하고, 2in (5.08cm)의 밀입도 아스팔트 콘크리트를 시공한 후 0.75in (1.91cm)의 OGFC를 시공하였다. <그림 3-10> CIR공법의 포장 단면 제3장 선진 도로포장 사례 연구 81
2) Reinforced Fabrics Project Reinforced Fabrics는응력흡수및방수기능이있는멤브레인층을두는공법이다. 총 6개의구간에서 1999년부터 2001년까지시공되었으며 2in(5.08cm) 절삭후 Fiberglass Yarns를깔고그위에 2in(5.08cm) 아스팔트덧씌우기를시공한후 0.75in(1.91cm) 의 OGFC 를시공하였다. < 그림 3-11> 은 Reinforced Fabrics 공법의원리및포장단면을나타낸다. < 그림 3-11> Reinforced Fabrics 공법의원리및포장단면 3) Stress Relief Course Projects SRC는최대입경 0.5in(1.27cm) 의밀입도아스팔트콘크리트를사용하는방법으로기존포장과아스팔트덧씌우기포장사이에시공을한다. 이것은기존포장의균열면과아스팔트덧씌우기포장의중간에위치함으로써반사균열이직접적으로덧씌우기포장에영향을미치지않도록하기위한포장이다. 기존포장 2in(5.08cm) 절삭후 1in(2.54cm) 의 SRC 포장을시공하고 2in(5.08cm) 아스팔트덧씌우기를시공한후 0.75in(1.91cm) 의 OGFC를시공하였다. < 그림 3-12> 는 Stress Relief Course 공법의포장단면을보여준다. 82 서울시통합도로포장관리정책개발
< 그림 3-12> Stress Relief Course 공법의포장단면 4) Mill and Overlay Projects Mill and Overlay 는기존아스팔트포장을 2in(5.08cm) 절삭후아스팔트덧씌우기를하는공법으로 1990년부터 2003년까지총 10곳에서시공되었다. < 그림 3-13> 은 Mill and Overlay 공법의포장단면을나타낸다. -MOL A: 기존포장 1.0in(2.54cm) 적삭후 1.0in(2.54cm) 아스팔트덧씌우기를시공한후 0.75in(1.91cm) 의 OGFC를시공하였다. -MOL B: 기존포장 1.5in(3.81cm) 적삭후 1.5in(3.81cm) 아스팔트덧씌우기를시공한후 0.75in(1.91cm) 의 OGFC를시공하였다. -MOL C: 기존포장 2.0in(5.08cm) 적삭후 2.0in(5.08cm) 아스팔트덧씌우기를시공한후 0.75in(1.91cm) 의 OGFC를시공하였다. < 그림 3-13> Mill and Overlay 공법의포장단면 < 표 3-6> 은 Nevada DOT 에서실시한시험시공포장파손현황을나타내고있다. 이러한연구결과를통하여 Nevada DOT 는 Flexible Pavement Distress Identification Manual 를작성하였고, 심각한거북등균열이발생할경우하부구조까지재포장을실시하도록권하고있다 (Loria et al., 2008). 제 3 장선진도로포장사례연구 83
< 표 3-6> Nevada DOT 포장파손현황 유지보수전포장파손 유지보수후포장파손 Age at 유지보수공법 AADT 피로블록 2005 피로균열횡방향블록균열횡방향균열균열 (years) 균열균열 A B A B C A A Cold In-Place Recycling A-1 2,950 7 상 - 중 하 - - - 하 /7 - A-2 2,950 8 하 상 중 - - 하 - 하 /2 - A-3 1,100 6 - - 상 상 상 상 - 하 /1 - A-4 800 6 상 중 하 하 중 중 - - - B-1 5,550 7 - 상 중 - 하 하 하 /3 하 /2 - B-2 5,550 7 하 - 하 하 상 하 하 /7 하 /7 - B-3 2,000 6 하 - 하 상 상 상 - - - B-4 14,500 6 하 - 하 중 - - - 하 /6 - C-1 5,000 2 하 하 하 - - - - 하 /1 - C-2 1,000 4 하 중 하 중 중 하 - 하 /1 - C-3 1,000 4 하 하 하 중 중 하 - 하 /1 - C-4 1,500 4 하 - 상 중 - 하 - 하 /1 - Reinforced Fabric RF-1 9,600 6 하 상 중 상 중 - 하 /5 하 /1 - RF-2 2,850 6 하 하 상 - - - - - - RF-3 1,000 5 하 하 상 - 하 하 - - - RF-4 4,400 5 하 하 하 - - - - 하 /3 - RF-5 7,200 4 하 하 하 - - - - - - RF-6 10,000 4 하 하 하 - - - - 하 /2 - Stress Relief Course SRC-1 40,000 8 중 상 중 중 하 - - - - SRC-2 15,600 5 하 하 중 상 - - - 하 /5 - SRC-3 2,700 5 중 - 중 - - - - 하 /5 - SRC-4 1,900 4 하 중 중 - - - - - - SRC-5 29,100 2 - - 하 - - - - - - Mill and Ovelay A-1 40,000 15 - 상 하 중 - - 중 /1 - - A-2 5,500 12 중 상 중 하 - - 하 /4 하 /2 - A-3 2,700 12 중 - 중 - - - - 하 /5 - A-4 3,350 12 - 상 - 중 - 상 - 중 /5 - B-1 2,000 10 - 중 - 중 - 하 - - 하 /5 B-2 1,700 9 - - - - 상 상 - 하 /5 - B-3 1,700 9 중 - 중 중 상 상 - 하 /5 - B-4 6,750 8 중 - 하 중 하 - 하 /5 중 /1 하 /6 C-1 7,250 5 - - 중 - - - - 하 /3 - C-2 7,500 2 하 하 하 중 중 - - - - 자료 :Loria et al., 2008 84 서울시통합도로포장관리정책개발
2. 미국일리노이 (Illinois) 아스팔트덧씌우기공법은일반적으로기존포장의파손을복구하거나구조적능력을향상시키기위하여사용된다. 그러나아스팔트덧씌우기공법은기존포장의조인트, 패칭, 균열등의불연속면에서구조적인문제를보이고있다. 이러한문제를줄이기위하여몇가지공법이개발되었고, 덧씌우기포장의두께를증가시키거나기존포장위에균열방지층을두는등의방법이많이사용되고있다 (Cleveland et al., 2002). 균열방지층 (Interlayer System) 은기존포장과아스팔트덧씌우기포장사이에두는층으로기능에따라매우다양한종류가있으며상대적으로매우얇다. Illinois에서는균열방지시스템 (Reflective Crack Control System) 으로세가지타입의섬유균열방지층이사용되고있고, 반사균열을방지하기위하여아스팔트덧씌우기포장의아래층에설치하며, 주로 System A, System B, System C가많이사용되고있다. System A는부직포폴리프로필렌지오텍스타일 (Non-Woven Polyprophlene Geotextile Fabric) 을사용하고, System B는자착식멤브레인 (Self-Adhesive Membrane Interlayer) 를사용하며, System C는응력흡수멤브레인 (Stress Absorbing Membrane Interlayer) 를사용한다. 부직포폴리프로필렌지오텍스타일 (Non-Woven Polyprophlene Geotextile Fabric) 토목섬유의한종류로아스팔트콘크리트의균열을방지하고역학적특성을향상시킬목적으로개발된섬유제품 자착식멤브레인 (Self-Adhesive Membrane Interlayer) 아스팔트바인더와부직포, 폴리프로필렌섬유등을섞어만든제품으로아스팔트콘크리트의균열을방지 응력흡수멤브레인 (Stress Absorbing Membrane Interlayer) 고무아스팔트바인더 (80% 아스팔트바인더 + 20% 타이어고무 ) 를골재와섞어만든얇은층으로아스팔트콘크리트의균열을방지 덧씌우기층의균열을확인하기위해 Digital Video Imaging 과 GPR(Ground 제 3 장선진도로포장사례연구 85