Journal of the Korean Asphalt Institute. June 2019. 58-74
https://doi.org/10.22702/jkai.2019.9.1.005


ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 지역도로 평가지수 문헌분석 고찰

  • 3. 보수 우선순위 및 보수공법 적용 알고리즘 개발

  •   3.1 보수 우선순위 구간 결정방법 제안

  •   3.2 보수공법 결정방안 제안

  •   3.3 ○○지역 구간의 보수 우선순위 및 적정 보수깊이 사례분석

  • 4. 지역도로 관리구간의 유지보수 소요예산 추정절차 제안

  • 5. 결 론

1. 서 론

현재 대상노선의 포장상태 조사/분석이 완료되면 보수대상구간 선정 등 유지관리 업무를 수행하기 위해서 전체노선을 하나의 기준으로 비교하여 평가하고 있다, 비교평가 시 기존 고속국도나 국도 및 시도와 다른 지역도로 아스팔트 특성 및 파손특성을 고려한 평가가 필요하며, 상세조사구간 선정기준 및 보수깊이를 산정할 수 있는 지역도로 아스팔트포장의 보수공법 결정 알고리즘이 필요하다. 특히 지역도로 아스팔트포장도로의 특성상 과도한 균열발생 구간 및 과도한 소성변형구간에서의 평가절차 및 유지보수예산 예측절차가 반드시 필요하다.

고속도로, 국도, 지자체 도로를 대상으로 연구된 기존 아스팔트 포장의 상태평가에 관한 연구들은 아스팔트 포장의 현재 상태를 지수화 하는 연구를 중점적으로 수행하였고(김다혜 외, 2009; 문형철 외, 2008; 한국도로공사 도로교통연구원, 2009), 실제 보수에 필요한 예산 산정 시 직접적인 비용산정은 각 도로관리주체에서 내부적인 DB를 활용하여 추가적인 산정작업을 통해 산출되고 있다. 서울시(2013)는 포장평가지수를 이용한 생애주기 경제성분석(LCC)을 통해 투자예산분석을 실시한 바가 있으나, 서울시 자체 평가지수를 사용하여 지역도로에 적용하기에는 다소 과다하게 평가될 수 있다.

본 연구에서는 지역도로의 등급, 교통량, 중요도 등에 따라 아스팔트 포장의 현 상태를 평가할 수 있는 지역도로평가지수(LrPCI)를 이용하여, 현재 평가지수에 적합한 보수공법 선정절차를 제안하고, 제안된 보수공법에 의한 보수 시 유지보수 소요예산을 예측할 수 있는 알고리즘을 개발하고자 한다. 특히 지자체 예산 적정투입 산정근거로서 지자체 아스팔트 지역도로의 관리기준의 목표 공용성지수로 관리하기 위한 유지보수 소요예산 예측절차를 공학적 관점에서 개발하고자 한다.

2. 지역도로 평가지수 문헌분석 고찰

현재 국내에 적용되는 평가지수로는 서울시 포장평가지수인 SPI(Seoul Pavement Index), 고속도로 포장평가지수인 HPCI(Highway Pavement Condition Index), 일반국도 포장평가지수인 NHPCI(National Highway Pavement Condition Index), 마지막으로 국토해양부 연구과제로 일반 시단위 포장평가지수로 개발된 MPCI (Municipal Pavement Condition Index) 등 4가지 평가지수가 있다. 또한 각 지수의 보수경계기준은 보수대상을 선정하는 기준이 되는 점수이며 그 기준에 부합되는 여러 개의 대상구간이 산출될 수 있고 그 구간 중 가장 불량한(낮은) 구간을 유지보수 예산범위에 맞게 순차적으로 보수할 수 있도록 가이드라인을 제시하고 있다(최준성, 2018). 지역도로의 경우 위임국도, 시도, 지방도, 군면리도 등 매우 다양한 등급의 도로가 혼재하는 특성을 보인다. 따라서 각 도로등급에서 허용 가능한 파손정도가 다르므로, 동일한 기준을 적용하여 평가할 경우 도로등급에 따라 과다평가 혹은 과소평가 될 가능성이 있다. 이렇게 다양한 등급의 도로가 혼재하는 지역도로의 경우에는 각각의 도로종류별 공용환경에 맞도록 개별결함의 유지보수 경계기준을 다르게 정립하여 사용하여야 하며, 이러한 각 도로등급별 개별결함의 유지보수 관리기준을 합리적으로 선정하여 다양한 도로등급을 적절한 지역도로 평가지수를 기존 평가지수와 다르게 각 개별 결함에 대한 보수대상 선정기준이 되는 시점은 6.0으로 설정한 후 개별결함을 포함한 공용성 평가식을 다음 식과 같이 제시하고 있다(최준성 외, 2018).

LrPCI=10-[(10-LrPICr)5+(10-LrPIRD)5+(10-LrPIIRI)5]15

▪ 균 열 지 수 : LrPICr=10−a×Cb
▪ 소성변형지수 : LrPIRD=10−(4/RD관리기준RD
▪ 평탄성 지수 : LrPIIRI=10−(4/RD관리기준IRI

여기서, C : 균열율(%), RD : 소성변형 깊이(mm), IRI : 종단평탄성(m/km)

또한 교통량 수준에 따른 가중치와 교차로 가중치를 고려한 지역도로 특성을 고려한 가중치를 고려한 공용성 평가식을 다음 식과 같이 제시하고 있다(최준성 외, 2018).

수정 LrPCI=LrPCI+W1+W2

여기서, W1 : 교통량 등급계수, 교통량 수준에 따라 가중치 적용(+0.15, 0, -0.15)
             W2 : 교차로 계수, 교차로 구간일 경우 가중치 적용(-0.15)

3. 보수 우선순위 및 보수공법 적용 알고리즘 개발

3.1 보수 우선순위 구간 결정방법 제안

경제적이고 효율적으로 도로를 유지관리하기 위해서는 일반적으로 전 구간 조사를 통하여 각 구간의 상태를 파악한 후 구간별 파손상태와 우선적으로 보수할 구간 등을 고려하여 우선순위를 정한 후 순위가 높은 구간부터 순차적으로 보수를 진행해야 한다. 본 연구의 대상인 지역도로의 보수 우선순위 결정을 위하여 본 연구에서는 기존 연구에서 제시한 가중치를 고려한 수정 지역도로 평가지수(수정 LrPCI)를 이용하였다.

지역도로 평가지수는 대상구간의 개별결함지수를 이용하여 0~10점 사이로 점수화 하였고, Table 1에 보이는 바와 같이 이를 크게 세 부분으로 나누어 각각 긴급보수 필요구간, 보수 필요구간 및 보수 불필요구간으로 구분하였다.

Table 1. LrPCI interval to determine maintenance priority according to pavement classification

구간결정 LrPCI 포장 상태 및 보수방법
긴급한 보수 필요 구간 LrPCI ≤ 3.0 - 보수시기가 상당히 지남
- 포장상태 상세조사 후 적절 보수공법 적용 필요
보수 필요 구간 3.0 < LrPCI ≤ 6.0 - 적정 보수 필요
- 일반 보수공법 적용
보수 불필요 구간 6.0 < LrPCI - 보수 불필요
- 일상적 관찰 및 관리

지역도로의 보수우선순위 결정을 위한 평가지수는 각 구간의 절대적인 결함량 대신 위임국도, 시도, 지방도 및 농어촌도로(면, 리도 포함)로 구분되는 각 도로에서 허용 가능한 파손정도, 교차로 구간 및 교통량 수준을 고려하여 산정토록 하였다. 지역도로의 보수우선순위 결정절차를 정리하면 Fig. 1과 같다.

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Fig. 1.

Algorithm flow chart to determine pavement maintenance priority

Fig. 1을 살펴보면 도로종류에 따른 개별결함관리기준을 이용하여 1단계 지역도로 평가지수를 산정하고, 지역도로 특성을 고려한 가중치를 적용하여 2단계 지역도로 평가지수를 산정한다. Table 1에 나타낸 바와 같이 지역도로 평가지수(LrPCI)가 6.0 이하인 구간은 보수가 필요한 구간이므로, 보수 우선순위 결정을 위해서는 산정된 결과를 바탕으로 지역도로 평가지수(LrPCI)가 6.0 이하인 구간을 평가지수가 낮은 구간부터 정리하며, 이렇게 정리된 결과로부터 구간별 보수 우선순위가 결정된다.

3.2 보수공법 결정방안 제안

지역도로 평가지수에 의해 결정된 보수 대상구간에 적용하는 일반적인 보수공법은 표층 약 5 cm를 절삭한 후 표층의 재료기준에 알맞은 혼합물을 이용하여 표층을 재포설하는 5 cm 절삭 덧씌우기 공법으로 진행된다. 그러나 일부 구간은 표층은 물론 중간층 혹은 기층까지 파손이 진행된 경우도 존재하며, 이러한 구간에 일반적인 보수공법에 의한 유지보수 시 조기파손이 발생할 수 있다. 따라서 PMS에 의한 결함조사결과 결함정도가 일반적 수준을 넘어서는 경우에는 상세한 포장상태조사가 필요하며, 조사결과에 따라 합리적인 보수공법선정이 필요하다고 판단된다.

3.2.1 상세조사구간 선정흐름도 제안

표면상태조사를 이용한 PMS 조사기법으로는 포장파손의 깊이나 파손의 직접적인 원인 분석 등에는 한계가 있으므로, 본 연구에서는 보수 대상구간을 일반 보수대상 구간과 상세조사 필요구간으로 구분하였다. 상세조사가 필요한 구간은 시도구간 기준으로 균열율과 소성변형량이 관리 기준보다 각각 5% 및 5 mm를 초과하는 20% 및 20 mm를 상회하는 구간을 조사기준으로 결정하였다. 이를 개별결함 관리지수로 환산하면 균열율 관리지수(LrPI_Cr)와 소성변형 관리지수(LrPI_RD)는 각각 약 5.4와 5.0이 됨을 알 수 있다. 따라서 지역도로 내 다양한 종류의 도로유형에 적용하기 위하여 상세조사 필요구간은 100 m 구간평균 시 균열율 관리지수(LrPI_Cr)가 5.4 이하인 구간 또는 소성변형 관리지수(LrPI_RD)가 5.0 이하가 되는 구간을 선정하였다. 상세조사구간 선정절차를 정리하면 Fig. 2와 같이 나타낼 수 있다. 상세조사구간으로 선정된 구간은 코어링을 통해 파손의 깊이 및 파손의 원인을 분석한 후 적절한 보수공법을 수립하여야 한다. 균열이 과도하게 발생된 구간의 경우 균열이나 파손이 진행된 깊이파악이 필요하고, 소성변형이 과도하게 생긴 구간의 경우 소성변형의 발생원인이 아스팔트층의 유동에 의한 변형인지 보조기층 및 노상 등 하부구조 침하에 따른 변형인지를 파악하여야 한다.

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Fig. 2.

Section selection procedure for detailed investigation

3.2.2 과도한 균열발생구간의 상세구간조사 및 보수깊이 산정방안 제안

균열이 과도하게 발생된 구간인 균열율 관리지수(LrPI_Cr)가 5.4 이하인 구간의 경우 코어링을 통해 각 층의 파손정도를 파악한 후 중간층, 기층상부 및 기층하부 각 층의 보수여부를 결정하여야 한다. 다만 표면에 발생된 균열 중 종방향으로 일정하게 발생한 종단균열의 경우에는 시공 시 발생한 콜드조인트(시공균열)에 의한 균열인지 포장 하부의 구조적 능력저하로 인한 균열인지를 상세조사 중 주의 깊게 살펴볼 필요가 있다.

상세조사구간의 코어링 조사를 통한 보수깊이 산정절차는 Fig. 3에 나타내었다. 최소보수구간 100 m 길이를 기준으로 Fig. 4와 같이 균열이 심각한 위치에서 최소 5개소 아스팔트층 전체에 대한 코어링을 실시한 후 각 층의 파손정도를 파악하여야 한다. 포장의 파손유형은 매우 다양하고 파손유형에 따라 필수적인 코어링 채취위치가 달라지며, 코어링 채취위치선정을 잘못할 경우 포장파손원인 규명이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 층별 파손상태를 충분히 파악할 수 있도록 100 m 구간 기준으로 코어링 채취개수는 최소 5개소로 제안하고자 한다. 추후 본 연구에서 제안한 방법의 현장적용을 통하여 상세조사구간의 조사방법은 보완되고 개선되어야 할 것이다.

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Fig. 3.

Procedure for estimating the repair depth by pavement coring investigation

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Fig. 4.

Example of core sampling points

각 층의 파손정도가 구간에 따라 상이하므로, 보수깊이결정에 대한 객관적인 판단을 돕기 위하여 본 연구에서는 코어링 된 각 층의 상태를 Table 2와 같이 점수화 하였다. 절삭 덧씌우기가 결정된 후 표층을 제외한 중간층, 기층상부 및 기층하부 각 층은 파손상태에 따라 보수공법을 결정한다. 파손의 정도에 따른 보수방법은 크게 보수 불필요, 균열처리 및 절삭 덧씌우기 세 가지로 나눌 수 있으며, 보수방법결정을 위하여 본 연구에서는 Table 3과 같은 보수여부 결정방안을 제안하였다. Table 3에 제시된 점수는 5개소 이상에서 채취된 각 층의 코어점수의 평균값을 의미한다.

Table 2. Evaluation method for each core samples

상태 코아점수
균열없음 10
균열 진전 50% 이내 8
균열 진전 50% 이상 6
균열 관통 / 부서지지 않음 4
힘을 주면 부서짐 2
코어형성 안됨 0

Table 3. Criteria for determining the repair status with core score of each layers

각 층 보수여부 평균 코아점수
보수 불필요 7.0 이상
균열처리 혹은 보수 권장 4.0 이상
보수 필수 4.0 미만

Fig. 5와 Table 4는 본 연구에서 제안한 방법의 코어링 조사를 통한 보수깊이 산정절차의 이해를 돕고자 균열율 관리지수(LrPI_Cr)가 5.4 이하인 구간에서 코어를 채취하고 상태를 분석하여 각 층의 보수공법을 선정하는 절차의 일례를 나타내었다. Fig. 5와 같이 코어채취는 100 m 구간을 5개 구간으로 나누고 각 구간에서 균열상태가 가장 심각한 지점에서 채취하여야 한다. Table 4와 같이 채취된 코어 각 층의 상태에 따라 점수를 산정할 수 있으며, 5개 코어 각 층의 점수를 합산할 경우 중간층, 기층상단 및 기층하단에서 각각 2.4, 6.4 및 9.6으로 산정됨을 알 수 있다. Table 4를 참조하면 중간층은 4.0 미만으로 절삭 후 보수가 필요한 상태이고, 기층상단은 4.0 이상 7.0 미만에 해당하므로 절삭은 필요 없으나 균열처리가 필요한 상태임을 알 수 있으며, 마지막으로 기층하단의 경우 7.0 이상이므로 보수가 필요없는 층임을 알 수 있다. 따라서 일례의 대상이 되는 본 구간의 경우 표층과 중간층까지 절삭하고 기층상단의 부분적인 균열에 대한 보수를 실시한 후 중간층 및 표층의 순서로 포설을 실시해야 하는 구간임을 알 수 있다.

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Fig. 5.

Example of core sampling on excessive crack section

Table 4. Procedure for estimating the repair method by pavement coring investigation

코어 번호 각 코어 상태 각 층 점수
중간층 기층상단 기층하단 중간층 기층상단 기층하단
1 균열관통/부서지지 않음 균열진전 50% 이내 균열없음 4 8 10
2 힘을 주면 부서짐 균열진전 50% 이상 균열없음 2 6 10
3 코어형성 안됨 균열관통/부서지지 않음 균열진전 50% 이내 0 4 8
4 균열관통/부서지지 않음 균열진전 50% 이내 균열없음 4 8 10
5 힘을 주면 부서짐 균열진전 50% 이상 균열없음 2 6 10
평균 - 2.4 6.4 9.6

3.2.3 과도한 소성변형발생구간의 상세구간조사 및 보수공법 선정방안 제안

소성변형이 과도하게 발생된 구간인 소성변형 관리지수(LrPI_RD)가 5.0 이하인 구간의 경우 소성변형의 발생원인이 아스팔트층의 유동에 의한 변형인지 보조기층 및 노상 등 하부구조 침하에 따른 변형인지를 파악하여야 한다. 일반적으로 아스팔트 포장의 소성변형의 유형은 원인에 따라 Fig. 6과 같이 크게 두 가지로 나타난다.

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Fig. 6.

Type of Rutting (Plastic Deformation) Causes

Fig. 6의 (a)를 살펴보면 차륜부를 중심으로 차륜부는 침하하고 차륜부 좌우측은 융기하는 형태를 나타내며 이러한 소성변형은 주로 아스팔트 재료의 유동에 의하여 발생한다. 이러한 경우의 특징으로는 차륜부와 중앙부에서 코어채취 시 아스팔트층 두께가 다르게 나타난다. Fig. 6의 (b)를 살펴보면 소성변형 전 상태의 표면을 중심으로 차륜부에서만 침하를 보이며, 차륜부와 중앙부에서 코어채취 시 아스팔트층의 두께는 거의 동일한 형태로 나타난다. 이러한 경우 소성변형의 원인은 일반적으로 아스팔트층이 아닌 보조기층, 노상 등의 하부구조의 침하에 의한 현상으로 파악된다.

따라서 소성변형 관리지수(LrPCI_RD)가 5.0 이하인 구간의 경우 소성변형이 과도하게 발생된 지점의 차륜부와 중앙부에서 아스팔트층 하단까지 코어를 채취한 후 각 층의 두께변화를 살펴볼 필요가 있다. 만일 표층에서만 두께변화가 감지된다면 일반적인 보수공법인 표층 절삭 OL 공법을 적용하여도 무방하나, 중간층이나 기층에서도 마찬가지로 두께변화가 나타난다면 유동이 발생한 층 까지 절삭 재포장 하는 공법이 필요하다. 하부구조에 침하에 의한 소성변형 발생 시에는 원칙적으로 하부구조에 대한 지지력 검사를 통하여 지지력이 부족한 부분까지 치환하는 것이 바람직하나, 고속도로 구간이 없는 지역도로 특성을 고려하여 평삭 후 소성변형저항성이 높은 내유동성 아스팔트 재료로 절삭 덧씌우기 후 주기적인 추적조사로 추가 소성변형 발생이 생길 경우 빠른 대처로 관리하는 것이 바람직하다고 판단된다.

3.3 ○○지역 구간의 보수 우선순위 및 적정 보수깊이 사례분석

경제적이고 효율적으로 도로를 유지관리하기 위해서는 일반적으로 전 구간 조사를 통하여 각 구간의 상태를 파악한 후 구간별 파손상태와 우선적으로 보수할 구간 등을 고려하여 우선순위를 정한 후 순위가 높은 구간부터 순차적으로 보수를 진행한다. 일반적인 보수 우선순위 결정 흐름 및 적정 보수깊이 결정 절차는 앞 절에 상세히 기술하였다.

본 연구에서는 ○○지역 관내 지역도로의 조사결과를 활용하는 경우, 상세조사가 필요한 구간에 대한 상세 조사결과가 없으므로, 보수 우선순위 결정 및 적정 보수깊이 결정은 Fig. 7에 나타낸 절차를 따라 진행하였다. ○○지역 PMS 결과를 이용하여 개별결함지수를 산정하고 1차 LrPCI 및 2차 LrPCI 평가를 실시하여 보수 필요구간을 산정한 결과는 Table 5와 같다. Table 5의 경우, ○○지역 관내도로의 PMS 구간에서 위임국도, 시도, 지방도 중 교통량 자료가 있는 노선 8개를 대상 구간으로, 위임국도 3개 노선 23 km, 시도 3개 노선 약 20 km, 지방도 2개 노선 약 42 km이다.

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Fig. 7.

Maintenance priority and optimal maintenance depth decision flow (○○ Region)

Table 5. Selecting a section for determining the required repair section and depth

도로종류 노선명 연장(km) 차로수(왕복) 교통량(서비스지수) 교차로 개수
위임국도 송설로 1.8 4 A 2
시청로 2.9 6 C 5
환경로 3.1 4 B 3
시 도 공단로 3.2 2 A 3
대학로 3.3 4~6 A 3
문당길 1.2 2~4 D 2
지방도 영남대로 9.8 4 C 7
혁신로 1.8 6 A 5

○○지역 관내도로를 대상으로 진행한 포장상태조사 데이터베이스를 활용하여 보수필요구간을 선정한 후, 각 보수필요구간의 적정 보수깊이를 결정하기 위하여 100 m 구간평균 시 균열율 관리지수(LrPICr)가 5.4 이하인 구간 또는 소성변형 관리지수(LrPI_RD)가 5.0 이하가 되는 구간에 대한 상세 조사결과를 대체하기 위하여 적정보수깊이를 다음과 같이 가정하였다. 가정사항에 따른 ○○지역 관내도로 보수필요구간 및 적정 보수깊이 결정 결과는 Table 6 및 Fig. 8과 같다.

Table 6. Results of determining the required maintenance section and proper repair depth

도로종류 표층 5 cm 절삭 덧씌우기 중간층 10 cm 절삭 재포장 기층상단 20 cm 절삭 재포장
보수필요구간
(개소)
보수필요구간
비율 (%)
보수필요구간
(개소)
보수필요구간
비율 (%)
보수필요구간
(개소)
보수필요구간
비율 (%)
위임국도 45 21.0 75 35.0 21 9.8
시도 23 11.4 5 2.5 2 1.0
지방도 53 12.5 30 7.1 2 0.5

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Fig. 8.

Results of determining the required maintenance section and depth (Case section)

▪ LrPICr 이 5.4 이상인 구간 – 표층 5 cm 절삭 덧씌우기(시도 기준 균열율 기준 약 20 이하)
▪ LrPICr 이 5.4 이하 3.0 초과인 구간 – 중간층까지 10 cm 절삭 후 재포장(시도 기준 균열율 기준 약 20~50% 범위)
▪ LrPICr 이 3.0 이하인 구간 – 기층 상부까지 20 cm 절삭 후 재포장(시도 기준 균열율 기준 약 50% 이상)

Table 6 및 Fig. 8을 살펴보면 ○○지역 관내도로 중 위임국도와 시도 지방도에서 보수가 필요한 구간은 각각 65.9%, 14.9% 및 20.0%의 비율을 보임을 알 수 있다. 위임국도의 경우 현재 포장상태가 전반적으로 불량하여 보수대상구간이 전체 구간대비 2/3 가량 되는 것으로 나타났다. 위임국도의 경우 65.9%를 차지하는 보수대상구간 중 적정 보수깊이는 5 cm, 10 cm 및 20 cm 가 각각 21.0%, 35.0% 및 9.8% 비율로 나타남을 알 수 있다.

4. 지역도로 관리구간의 유지보수 소요예산 추정절차 제안

지역도로의 관리기준치 수정 LrPCI를 결정한 후, PMS 조사를 통해 관리구간 내 구간별 LrPCI를 산정하여야 한다. 그 후, 3장에서 제시한 절

본 연구에서 제시하는 지역도로 아스팔트포장도로의 유지보수 소요예산 추정절차는 다음과 같으며, 지역도로 아스팔트포장도로의 유지보수 소요예산 추정을 위한 일련의 절차를 정리하여 Fig. 9에 나타내었다.

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Fig. 9.

Procedure for estimating maintenance budget for asphalt pavement of local road

㉠ 지역도로내 위임국도와 시도, 지방도구간을 대상으로 지역도로 평가지수(LrPCI)를 이용한 포장평가를 실시한다.

㉡ 포장평가결과를 바탕으로 본 연구에서 제안된 3장의 절차에 따라 보수대상구간을 선정하고 결함수준에 따른 적정 보수깊이를 결정한다.

㉢ 평균 LrPCI가 낮은 구간부터 6.0이 되는 구간까지를 순서대로 보수우선순위로 결정한다.

㉣ 본 연구에서 제안한 추정절차 방법을 간략화하기 위하여 아래와 같은 제한사항을 두었다.

      ▪ 보수구간의 한 개소의 길이는 100 m, 보수 폭은 1개 차로 3.6 m 전폭보수
      ▪ 100 m 구간 평균 지역도로 평가지수 6.0 이하구간 보수 실시
      ▪ 보수 완료 후 개별 결함량 : 균열율 0%, 소성변형량 4 mm, 평균 IRI 2.5 m/km(서울시, 2013)

㉤ 1순위 구간 보수 → 1순위 구간의 보수비용 산출 → 1순위 구간 보수 후 LrPCI 값을 이용하여 전 구간의 평균 LrPCI 재산정 → 결과 : 1순위 구간 보수비용 / 재산정 된 전 구간의 평균 LrPCI

㉥ 2순위 구간 보수 → 2순위 구간의 보수비용 산출 → 2순위 구간 보수 후 LrPCI 값을 이용하여 전 구간의 평균 LrPCI 재산정 → 결과 : 1, 2순위 구간 누적 보수비용 / 재산정된 전 구간의 평균 LrPCI

㉦ n순위 구간 까지 반복수행

㉧ 전체 구간의 누적 보수비용과 LrPCI 관계도 작도

본 연구에서 제안한 절차에 따라 3.3절의 사례조사 ○○지역의 유지보수 소요예산을 산출하기 위하여 Fig. 9에 나타낸 흐름에 따라 제안된 산정절차를 수행하였다. 각 구간의 보수깊이에 따른 소요비용은 2016년 물가자료집을 참고하여 Table 7과 같이 가정하였고, 도로등급별 보수 후 LrPCI 값은 Table 8에 정리하여 나타내었다.

Table 7. Costs required by the maintenance depth

보수공법 보수비용(백만원, 1차로 100 m구간)
5 cm 절삭 재포장 5.83
10 cm 절삭 재포장 10.22
20 cm 절삭 재포장 22.68

Table 8. LrPCI after maintenance according to maintenance depth

보수공법 보수 후 LrPCI
위임국도 시도 지방도
5 cm 절삭 재포장 8.00 8.30 8.32
10 cm 절삭 재포장 8.75 9.05 9.07
20 cm 절삭 재포장 9.50 9.80 9.82

Table 9는 위임국도, 시도 및 지방도 평가구간 각각 214, 202 및 422개소를 대상으로 본 연구에서 제시한 추정절차에 의해 분석을 수행한 결과 중 위임국도의 보수우선순위 54위까지의 일례를 나타내었다. Table 9를 살펴보면 각 결함의 개별결함지수와 이를 이용하여 산정한 1단계 LrPCI, 교차로와 교통량수준을 고려한 최종 LrPCI와 이에 따른 보수우선순위에 의한 각 보수필요구간의 보수깊이를 결정하고, 각 구간의 보수비용과 보수우선순위에 따른 보수시 누적보수비용, 보수 전/후 전 구간 평균 LrPCI의 변화와 구간별 보수전후 LrPCI 차이도 정리하였다. 이와 같이 ○○지역 관내도로 보수우선순위 목록과 보수소요비용을 산정하고, 최우선순위 구간부터 LrPCI가 6.0이 되는 지점까지 순서대로 보수를 진행하고, 보수 완료시 까지 보수진행에 따른 전 구간 평균 LrPCI 값과 누적보수비용과의 관계를 Fig. 10에 나타내었다.

Table 9. Example of the procedure for estimating the maintenance budget (Case section, National road)

노선명 구간
No.
특이
사항
교통량 LrPLCr LrPLRD LrPLIRI 1단계
LrPLCI
W1 W2 최종
LrPLCI
보수
우선
순위
비용 누적
보수
비용
(백만원)
평균
LrPLCI
보수후
LrPLCI
LrPLCI
개선량
환경로하1 6 중교통량 1.96 7.86 7.90 1.95 0.00 0.00 1.95 1 22.68 0.00 5.17 9.50 7.55
환경로상1 23 중교통량 2.04 7.86 8.56 2.03 0.00 0.00 2.03 2 22.68 22.68 5.21 9.50 7.47
시청길하2 26 대교통량 2.22 7.71 8.33 2.21 -0.15 0.00 2.06 3 22.68 45.36 5.24 9.50 7.44
시청길하2 22 대교통량 2.27 7.11 7.69 2.25 -0.15 0.00 2.10 4 22.68 68.04 5.28 9.50 7.40
환경로하1 5 중교통량 2.14 8.15 7.97 2.13 0.00 0.00 2.13 5 22.68 90.72 5.31 9.50 7.37
환경로하1 7 중교통량 2.21 8.27 7.13 2.16 0.00 0.00 2.16 6 22.68 113.40 5.34 9.50 7.34
시청길하2 21 대교통량 2.39 7.30 7.95 2.37 -0.15 0.00 2.22 7 22.68 136.08 5.38 9.50 7.28
환경로하1 2 중교통량 2.27 7.56 8.00 2.26 0.00 0.00 2.26 8 22.68 158.76 5.41 9.50 7.24
시청길하1 23 대교통량 2.46 6.73 8.13 2.42 -0.15 0.00 2.27 9 22.68 181.44 5.45 9.50 7.23
시청길하2 30 대교통량 3.05 7.31 6.96 2.72 -0.15 0.00 2.57 10 10.22 204.12 5.48 8.75 6.18
환경로상1 22 중교통량 2.62 8.00 8.24 2.61 0.00 0.00 2.61 11 22.68 214.34 5.51 9.50 6.89
시청길상2 17 대교통량 2.78 7.19 8.60 2.77 -0.15 0.00 2.62 12 22.68 237.02 5.54 9.50 6.88
환경로하1 4 중교통량 2.66 8.27 7.79 2.65 0.00 0.00 2.65 13 22.68 259.70 5.57 9.50 6.85
시청길상2 12 교차로 대교통량 3.02 6.97 8.09 2.99 -0.15 -0.15 2.69 14 22.68 282.38 5.61 8.75 6.06
시청길하1 3 대교통량 2.85 8.00 8.37 2.84 -0.15 0.00 2.69 15 22.68 292.60 5.63 9.50 6.81
시청길하1 30 대교통량 2.97 7.57 7.61 2.85 -0.15 0.00 2.70 16 22.68 315.28 5.67 9.50 6.80
시청길하2 8 대교통량 2.86 7.80 8.61 2.85 -0.15 0.00 2.70 17 22.68 337.96 5.70 9.50 6.80
시청길하2 23 대교통량 2.88 7.41 8.33 2.87 -0.15 0.00 2.72 18 22.68 360.64 5.73 9.50 6.78
환경로하1 3 중교통량 2.80 7.35 7.06 2.75 0.00 0.00 2.75 19 22.68 383.32 5.76 9.50 6.75
환경로상1 28 중교통량 2.78 8.02 8.14 2.77 0.00 0.00 2.77 20 22.68 406.00 5.79 9.50 6.73
시청길하2 27 대교통량 2.98 7.77 7.97 2.96 -0.15 0.00 2.81 21 22.68 428.68 5.82 9.50 6.69
시청길하2 28 대교통량 3.04 7.68 7.46 2.99 -0.15 0.00 2.84 22 10.22 451.36 5.85 8.75 5.91
환경로상1 26 중교통량 2.93 8.16 8.54 2.92 0.00 0.00 2.92 23 22.68 461.58 5.88 9.50 6.58
환경로상1 29 중교통량 2.97 7.56 7.60 2.95 0.00 0.00 2.95 24 22.68 484.26 5.91 9.50 6.55
시청길하1 6 대교통량 3.20 7.36 8.23 3.12 -0.15 0.00 2.97 25 10.22 506.94 5.94 8.75 5.78
시청길하1 28 대교통량 3.21 7.26 7.68 3.15 -0.15 0.00 3.00 26 10.22 517.16 5.97 8.75 5.75
시청길하2 17 대교통량 3.23 6.88 8.31 3.20 -0.15 0.00 3.05 27 10.22 527.38 6.00 8.75 5.70
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Fig. 10.

10. Results of maintenance budget prediction (Case section)

Fig. 10을 살펴보면 위임국도의 경우 21.4 km 대상구간 중 14.1 km 구간에서 보수가 필요하였고, 추정 관리비용은 70.3백만원/km로 산정되었으며 총 보수비용은 1,505백만원이 소요되는 것으로 예측되었다. 시도의 경우 20.2 km 대상구간 중 3.0 km 구간에서 보수가 필요하였고, 추정 관리비용은 11.4백만원/km로 산정되었으며 총 보수비용은 231백만원이 소요되는 것으로 예측되었다. 마지막으로 지방도의 경우 42.4 km 대상구간 중 8.5 km 구간에서 보수가 필요하였고, 추정 관리비용은 15.6백만원/km로 산정되었으며 총 보수비용은 661백만원이 소요되는 것으로 예측되었다. 이와 같이 계산된 ○○지역 관내도로 분석 대상구간은 노선과 차로에 따라 위임국도, 시도 및 지방도 구간에서 각각 8개 구간으로 이루어져 있다. 각 구간의 단위길이당 보수비용, 보수 전 후 평균 LrPCI와 보수 전 후 LrPCI 값의 차이를 정리하여 Table 10의 24개 노선에 대한 단위길이당 평균 보수비용과 보수 전 평균 LrPCI 와의 회귀분석 결과를 Fig. 11에 도시하였다. 또한 Table 10의 24개 노선에 대한 단위 길이당 평균 보수비용과 보수 전후 LrPCI 차이값 과의 회귀분석 결과를 Fig. 12에 도시하였다.

Table 10. The maintenance budget and average LrPCI for road routes in the case city

도로 등급 노선명 km당 평균 보수비용(백만원) 보수 전 구간 평균 LrPCI 보수 후 구간 평균 LrPCI 보수 전후 LrPCI 차이
위임국도 송설로 상1 38.07 6.01 7.52 1.51
송설로 하1 59.18 5.40 7.94 2.54
시청로 상1 26.16 6.28 7.34 1.07
시청로 상2 71.23 4.91 8.20 3.28
시청로 하1 95.43 4.42 8.51 4.09
시청로 하2 105.82 4.10 8.51 4.42
환경로 상1 62.00 5.60 7.88 2.28
환경로 하1 87.68 5.03 8.27 3.24
시 도 공단로 상1 33.07 6.13 7.50 1.37
공단로 하1 29.87 6.21 7.35 1.14
대학로 상1 3.53 7.24 7.42 0.18
대학로 상2 2.43 7.45 7.56 0.11
대학로 하1 0.00 7.48 7.48 0.00
대학로 하2 2.43 7.30 7.40 0.10
문당길 상1 4.86 7.40 7.64 0.24
문당길 하1 0.00 7.68 7.68 0.00
지 방 도 영남대로 상1 20.39 6.94 7.89 0.95
영남대로 상2 21.35 6.62 7.58 0.96
영남대로 하1 15.69 7.04 7.75 0.72
영남대로 하2 13.02 6.98 7.59 0.61
혁신로 상1 3.24 7.75 7.88 0.14
혁신로 상2 0.00 7.72 7.72 0.00
혁신로 하1 0.00 8.03 8.03 0.00
혁신로 하2 0.00 7.55 7.55 0.00

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Fig. 11.

Relationship between average maintenance cost and average LrPCI before maintenance

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Fig. 12.

Relationship between average maintenance cost and average LrPCI difference of before and after maintenance

Fig. 11을 살펴보면 ○○지역 관내도로구간 임의 노선에서 노선 평균 LrPCI가 7.0인 구간은 100 m 단위구간 평균 LrPCI를 모두 6.0 이상이 되도록 관리하기 위해서는 평균 보수비용이 16백만원/km 가 소요되고, 임의 노선에서 노선 평균 LrPCI가 4.2인 구간은 100 m 단위구간 평균 LrPCI를 모두 6.0 이상이 되도록 관리하기 위해서는 평균 보수비용이 96백만원/km 가 소요됨을 의미한다.

Fig. 11과 Fig. 12를 살펴보면 관리구간 1 km 당 평균 보수비용과 보수 전 평균 LrPCI 는 선형적으로 감소하고, 관리구간 1 km 당 평균 보수비용과 보수 전후 평균 LrPCI의 차이는 선형적으로 증가하는 경향을 도출하였고, 97% 이상의 높은 상관관계를 가짐을 알 수 있었다.

이와 같이 본 연구에서 제안한 유지보수 추정절차에 따라 지역도로 아스팔트포장도로의 보수비용과 평균 LrPCI 상관관계를 얻을 수 있으며, 이로부터 ○○지역 관내 관리도로의 PMS를 통한 정량적인 지역도로 공용성 관리를 위해 소요되는 유지보수비용의 개략적인 규모를 파악할 수 있을 것으로 판단된다.

5. 결 론

본 연구에서는 지역도로의 등급, 교통량, 중요도 등에 따라 아스팔트 포장의 현 상태를 평가할 수 있는 수정 지역도로 평가지수(수정 LrPCI)를 이용하여, 지역도로에 적합한 보수공법 선정절차를 제안하고, 제안된 보수공법에 의한 보수 시 유지보수 소요예산을 예측할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.

1. 산정된 지역도로 평가지수(수정 LrPCI)를 구간화 하여 상세조사 필요구간, 일반보수 필요구간 및 보수 불필요구간으로 구분하였다. 상세조사가 필요한 구간은 시도구간 기준으로 균열율과 소성변형량이 관리 기준보다 각각 5% 및 5 mm를 초과하는 20% 및 20 mm를 상회하는 구간을 조사기준으로 결정하였고 이를 개별결함지수로 환산 시 균열지수와 소성변형지수는 각각 5.4 및 5.0으로 환산되어 위임국도나 지방도 등에서도 사용할 수 있는 기준을 마련하였다. 또한 과도한 균열발생구간과 소성변형발생구간의 상세구간조사방안 및 보수깊이 산정방안 제안하였고, 이러한 기준을 이용하여 ○○지역 구간의 보수 우선순위 및 적정 보수깊이 사례를 분석한 결과, ○○지역 관내도로 중 위임국도와 시도 지방도에서 보수가 필요한 구간은 각각 65.9%, 14.9% 및 20.0%의 비율을 보임을 알 수 있었다.

2. 유지보수 필요구간의 수정 LrPCI별로 유지보수 우선순위를 결정하고, 우선순위 1순위부터 유지보수 시 소요되는 비용을 합산하여, 유지보수 후 개선된 수정 LrPCI를 이용하여 구간 별 평균 수정 LrPCI를 재산정 하는 절차를 반복계산하는 방식으로 지역도로 아스팔트포장도로의 유지보수 소요예산 추정절차를 개발하였다. 이러한 소요예산 추정절차를 이용하여 ○○지역 구간의 유지보수 소요예산 예측을 수행한 결과, ○○지역 관내 위임국도의 경우 21.4 km 대상구간 중 14.1 km 구간에서 보수가 필요하였고, 추정 관리비용은 70.3백만원/km로 산정되었으며 총 보수비용은 1,505백만원이 소요되는 것으로 예측되었다. 시도의 경우 20.2 km 대상구간 중 3.0 km 구간에서 보수가 필요하였고, 추정 관리비용은 11.4백만원/km로 산정되었으며 총 보수비용은 231백만원이 소요되는 것으로 예측되었다. 마지막으로 지방도의 경우 42.4 km 대상구간 중 8.5 km 구간에서 보수가 필요하였고, 추정 관리비용은 15.6백만원/km로 산정되었으며 총 보수비용은 661백만원이 소요되는 것으로 예측되었다.

이와 같이 본 연구에서 제안한 유지보수 추정절차에 따라 지역도로 아스팔트포장도로의 보수비용과 평균 LrPCI 상관관계를 얻을 수 있으며, 이로부터 지역도로의 도로관리시스템을 통한 정량적인 공용성 관리를 위해 소요되는 유지보수비용의 개략적인 규모를 파악할 수 있을 것으로 판단된다. 개발된 알고리즘은 지자체 예산 적정투입 산정근거로서 이용될 수 있고, 지자체 아스팔트 지역도로의 관리기준의 목표 공용성지수로 관리하기 위한 유지보수 소요예산 예측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgements

본 연구는 산업통상자원부/공공기관연계 지역산업육성사업의 연구비 지원(과제번호 A016100008, 지역도로 문제해결 알고리즘 시스템개발)에 의해 수행되었습니다. 이에 감사드립니다.

References

1 

국토교통부 (2016) 도로업무편람, 국토교통부.

2 

국토해양부 (2011) 한국형 포장설계법 개발과 포장성능 개선방안 연구, 3단계 3차년도 최종보고서, 국토해양부.

3 

김다혜, 권수안, 서영찬, 임광수 (2009) "국도아스팔트콘크리트 포장의 보수공법 결정 기준 연구", 한국도로학회 논문집,한국도로학회, 제11권, 제3호, pp. 37-44.

4 

문형철, 서영찬 (2008) "시단위 포장도로의 포장평가지수개발", 한국도로학회 논문집, 한국도로학회, 제10권, 제3호, pp. 221-230.

5 

박상욱, 서영찬, 정철기 (2008) "포장상태 예측방법 개선에 관한 연구", 한국도로학회 논문집, 한국도로학회, 제10권, 제3호, pp. 199-208.

6 

서울특별시 (2013) 서울시 포장도로 조사 및 분석용역, 최종보고서, 서울특별시.

7 

최준성 (2018), 지방도로 아스팔트포장 공용성 지수개발, 한국아스팔트학회 학술발표회,

8 

최준성, 서주원 (2018) "지역도로특성을 고려한 아스팔트포장의 공용성 예측식 개발", 한국아스팔트학회 논문집, 제8권, 제1호, pp7-13.

9 

최준성, 서주원 (2018) "교통량등급과 교차로구간을 고려한 아스팔트포장 지역도로 공용성지수의 개선방안 연구", 한국아스팔트학회 논문집, 제8권, 제2호, pp. 7-13.

10 

한국도로공사 도로교통연구원 (2009) LTPP를 활용한 아스팔트 예방적 유지관리 공법의 효과 분석 용역, 최종보고서, 한국도로공사.

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