1. 서 론

국내 콘크리트포장은 1984년 88고속도로를 건설하면서 본격적으로 도입되기 시작하였다. 2022년 현재 대부분의 기존 콘크리트 포장은 공용년수 20년 이상 구간이 절반 이상을 차지하여 포장 내구성이 한계에 도래하고 있다.

이로 인해 콘크리트 포장의 패칭, 단면보수, 균열, 열화(Alkali Aggreate Reaction:AAR) 등으로 공용성 및 주행성능이 저하되어 무슨 재료로 얼마의 두께로 재포장할 것인가? 기존 포장의 하부층을 존치할 것인지 아니면 절삭 후 재포장해야 할 것인가? 덧씌우기 재포장 재료는 어떤 것을 사용할 것인가? 등 많은 이슈가 야기되었다.

현재 콘크리트 포장구간 리모델링은 부분보수를 포함하여 포장상태지수(Highway Pavement Condition Index: HPCI)가 5등급 이하 구간에 포장 보수공법 적용하고 있으며 확장구간에는 아스팔트 덧씌우기 포장을 시행 중에 있다.

과거 콘크리프포장 상부 5 cm 아스팔트포장 덧씌우기에 의한 반사균열, 덧씌우기로 인한 도로 계획고 상향에 따른 도로 중앙분리대와 다이크, 집수정 등의 높이가 당초 기준보다 낮아져 기존 포장 절삭 덧씌우기 적용으로 빈번한 포트홀, 하부 콘크리트 열화 문제 등의 여러 시행착오가 발생하였다.

본 사례 연구에서는 지금까지 많은 연구나 논문자료 등의 조사를 통해 노후 콘크리트 포장구간의 적정 덧씌우기 공법선정과 내구성, 시공성, 경제성 검토 및 유사노선 포장 상태 조사내용을 바탕으로 최적 노후 콘크리트 덧씌우기 포장공법을 검토하자고 하였다.

2. 노후 포장 리모델링 추진경과

한국도로공사에서는 Table 1에서와 같이 콘크리트 포장의 리모델링을 수행하여왔다. 2002년 이전에는 5 cm 두께 이하의 아스팔트 덧씌우기 포장을 시공하여 왔으나 그 이후에는 더 두꺼운 포장으로 시공하였다. 2010년부터는 방수의 중요성을 인식하여 덧씌우기 구간 방수공법 적용하였으며, 2015년 Technical force(TF) 회의 이후부터는 개량사업을 수행하여 왔음을 보여준다.

3. 사례 검토구간 현황

중부고속도로 총연장 145.3 km이며 1985년 4월에 착공하여 1987년 12월에 준공되었으며, 금회 검토구간의 사업현황은 Fig. 1과 같다.

Fig. 1.

Project description

3.1 포장현황

본 사업구간 기존 콘크리트 포장은 총 75 cm 두께로 시공 되었으며, 내구성 불량비율은 평균 11.3%로 조사되었다.

3.1.1 기존 콘크리트 포장두께

총연장 15.8 km 구간으로 1987년에 준공한 콘크리트 포장구간이다. 포장두께는 콘크리트 슬래브 30 cm, 린콘크리트 15 cm, 동상방지층 30 cm로 총 75 cm 두께로 시공되었다.

3.1.2 내구성 불량비율

아래 자료조사에 의한 내구성 불량구간은 평균 11.3%이며, 육안조사시 현재 상･하행 구간별 덧씌우기, 잦은 소파보수 등 전반적으로 포장이 불량한 상태로 리모델링을 병행하여 개량이 필요할 것으로 판단되었다. 본 사례검토구간 내구성 불량비율은 Fig. 2와 같다.

Fig. 2.

Durability faulty ratio by section

4. 리모델링 설계 FLOW CHART

리모델링 설계 FLOW CHART는 Fig. 3과 같이 HPCI 등급지수 분포현황조사부터 코어채취 구간별 포장단면(안) 제시까지 10단계에 걸쳐 설계를 진행하였다.

Fig. 3.

Remodeling desing flow chart

5. 기존도로 포장 현장조사 방법

5.1 조사내용

기존도로 파손형태 등을 파악하기 위해 실시설계 단계에서는 VR조사를 바탕으로 한 육안조사 및 현지답사를 시행하고, 포장 하부상태 파악을 위해 코어채취 조사 및 분석을 해야 한다.

유사사업 현장조사 항목 및 수행방법은 Table 2와 같다.

5.2 조사방법

조사단계는 1단계 VR 촬영, 2단계 동영상 분석 및 1차 현장조사 정리, 3단계 선별구간 육안조사 시행, 4단계 코어조사로 총 4단계에 걸쳐 조사가 진행되며 Fig. 4와 같다.

Fig. 4.

Investigation method

6. 보수공법 및 단면검토

6.1 포장 형식선정

교량 등 구조물 비율이 비교적 낮고, 기존 도로(1,2차로) 상당구간을 아스팔트 덧씌우기로 유지보수 되어 있으며, Table 3 포장형식 선정기준 1단계 요건에 해당하므로 아스팔트 콘크리트(SMA) 포장으로 계획함이 타당한 것으로 검토되었다.

Table 3.

Pavement method selection standard

□ 선정기준 1단계 검토 ∘ 아스팔트 포장 적용 - 토질조건이 연약지반인 경우 - 교통전환이 잦은 확장공사인 경우 - 특수환경 노출지역인 경우 : 제설재 사용량 이외에 다른 환경요인 추가 반영
※ 특수환경 노출지역(노출환경 등급 지침, 도로교통연구원)
① 일평균기온 0°C 이하가 45일 이상 및 일평균최저온도 -2°C 이하가 90일 이상 ② 연간 제설제 사용량이 13톤/2차선･km 이상 ③ 연간 누적 적설량 60 cm 이상 주1) ①, ②, ③ 항목 중 2개 항목 이상 포함(①은 반드시 포함) 주2) 최근 5개년 평균값 사용
∘ 포장형식 선정기준 1단계 검토결과 - 본 살계구간은 연약지반이 미미하며, 특수환경 조건에는 해당되지 않으나 교통전환이 잦은 확장 공사구간에 해당 ⇒ 아스팔트 콘크리트 포장형식 선정

※ Improvement plan for expressway pavement type selection criteria (Korea Expressway Corporation DesignDepartment, 2015).

6.2 기존도로 등급별 보수방안

보수공법 선정을 위한 시험항목은 현장 여건을 고려하여 Table 4와 같이 최소화로 수행하였으며, 콘크리프 포장/아스팔트포장 물성시험 결과를 바탕으로 한 보수기준은 Tables 5, 6, 7과 같다.

그리고 등급별 콘크리프 포장/아스팔트포장 보수방안은 덧씌우기 시공 전 기존도로 파손구간 보수 방법은 아래 Table 8과 같으며, 향후 공법 적용은 1~3등급 구간은 비절삭덧씌우기(개질SMA+방수아스콘), 4등급 구간은 전단면 재포장 공법 적용으로 현장 여건을 고려한 효율적인 보수공법 적용할 예정이다.

Table 8.

Repair method by grade

구분	보수 방안
	1등급	2등급	3등급	4등급
균열폭	0.3 미만	0.3 이상~0.5 미만	0.5 이상~1.0 미만	1.0 이상
줄눈부 스폴링	부분적 발생	부분적 발생	50% 미만	50% 이상
HPCI	-	4등급 이하	5등급	6, 7등급
함몰발생	-	-	-	함몰발생
표면손상	-	5% 미만	5% 이상~10% 미만	10% 이상
보수방법	관찰	비절삭 아스콘 덧씌우기	비절삭 아스콘 덧씌우기 OR 전단면 재포장	전단면 재포장
포장 단면도	-

※ Improvement of maintenance standards for alkali aggregate reaction section (RoadDepartment, 2018).

- 2등급구간 : 기존 보수구간이 절삭인 경우 절삭 덧씌우기 적용

- 3등급구간 : 서비스수준(LOS D~F, 다차로구간) → 비절삭 아스콘 덧씌우기

서비스수준(LOS A~C, 왕복4차로구간) → 전단면 재포장

6.3 덧씌우기 공법검토

노후 콘크리트포장 개량공법은 아스콘 덧씌우기 적용을 기본으로 하였으며, 덧씌우기 유형은 비절삭과 절삭 아스콘 덧씌우기를 아래 Tables 9, 10과 같이 공법을 비교 검토하여 선정하는 것으로 하였다.

Table 9.

General section_asphalt inlay and asphalt overlay comparison of methods

구분	비절삭 아스콘 덧씌우기	절삭 아스콘 덧씌우기
적용	∙전체적으로 포장개량을 시행하는 노선 - 호남선(전주~광주, 서전주~정읍, 서순천~고서), 88선, 영동선(서창~안산), 서해안선(서평택~안산)	∙부분적 보수구간 적용 - 단구간 보수
단면도
내구성 ①	∙모재 활용으로 구조적 지지력 유리 ∙절삭에 비해 기존포장 열화 지연 ∙반사균열 발생율이 절삭에 비해 낮음 ＊참조 : 호남지선 추적조사 결과	∙모재 절삭으로 구조적 지지력 불리 - 비절삭대비 1.3~2.1배 처짐 증가 - 하중전달율 6.0~15.0% 감소 ∙반사균열 발생율이 비절삭에 비해 높음(46% 증가)
시공성 ②	3,000 m2/일	2,600 m2/일
	∙절삭 대비 시공성 1.2배 유리 ∙공사기간 단축 가능	∙절삭 시공으로 공사일수 증가 ∙공사기간 과다 발생으로 이용객 불편 및 교통안전상 불리
경제성 ③	약 70억 소요(60%절감)	약 177억 소요
	∙폐기물 미발생	∙폐기물 발생으로 비 경제적

※ 서해안선, 호남선 Remodeling technical advisory review (Korea Expressway Corporation Parvement researchroom, 2019).

Table 10.

Composite section_asphalt inlay and asphalt overlay comparison of methods

구분	비절삭 아스콘 덧씌우기	절삭 아스콘 덧씌우기
대 표 단면도
적용구간	하부층 양호구간	하부층 불량구간
공사비	0.7억 원/km/1차로(15% 절감)	2.0억 원/km/1차로
시공성	1,250 m/일/차로(1.8배 증가)	694 m/일/차로
장･단점	∙모재 활용으로 구조적 지지력 유리 ∙비절삭으로 시공성 양호 ∙폐기물 미발생 ∙공사비 최소	∙모재 절삭으로 구조적 지지력 불리 ∙절삭으로 시공성 불리 ∙폐기물 과다 발생 ∙공사비 고가

※ 서해안선, 호남선 Remodeling technical advisory review (Korea Expressway Corporation Parvement researchroom, 2019).

6.4 내구성 검토

기존자료 조사결과 비절삭과 절삭 공법별 실내 및 현장시험결과 Figs. 5, 6, 7, Tables 11, 12와 같이 나타났으며, 유사노선 포장 상태 조사결과는 Table 13과 같이 나타나는 것으로 조사되었다

6.4.1 FWD (Falling Weight Deflectometer) 조사 결과

절삭으로 인한 FWD 처짐량은 Fig. 5와 같이 비절삭 대비 처짐 65%증가(1.3~2.1배), 하중전달율은 Fig. 6과 같이 비절삭 대비 하중전달율이 실내는 15%, 현장은 6% 감소, 반사균열은 Fig. 7과 같이 비절삭 덧씌우기 대비 절삭 덧씌우기의 반사균열 발생량이 46% 증가하는 것으로 조사되었다.

Fig. 5.

Deflection test result

Fig. 6.

Load transfer rate

Fig. 7.

Reflection crack

6.4.2 시공성 검토

공법별 비절삭과 절삭 덧씌우기 공사일수 산출결과 아래 Table 11과 같이 비절삭이 절삭대비 1.2배 시공성 유리(본 노선은 교량이 많은 노선으로 이용객의 불편 최소화를 위해 공기 단축 필요) 같다.

6.4.3 경제성 검토

공법별 비절삭과 절삭 덧씌우기 공사비 산출 검토결과 Table 12와 같이 비절삭이 절삭대비 60% 공사비 절감 가능한 것으로 조사되었다.

6.4.4 유사노선 포장 상태 조사

본 사업과 유사구간에 대한 조사결과 Table 13과 같이 절삭 덧씌우기보다는 비절삭 덧씌우기방식이 콘크리트 열화방지에 유리한 것으로 조사되었다.

6.4.5 덧씌우기포장 두께검토

노후 콘크리트 포장의 비절삭 아스콘 덧씌우기 두께별 비교 검토결과 Table 14와 같이 내구성, 시공성, 유지관리성 등을 고려시 덧씌우기 두께는 T = 10 cm로 적용이 적합한 것으로 조사되었다.

Table 14.

Overlay thickness comparison

구분	아스콘 덧씌우기 두께
	T = 8 cm	T = 10 cm	T = 15 cm
단면도
단가 (억원/km/1차로)	1.3	1.6	2.3
장･단점	∙포장 내구성 불리 ∙반사균열 억제 불리 ∙시공성 유리 ∙경제성 유리 ∙유지관리 불리 ⇒ 향후 5 cm 절삭O/L 고려시 하부층 탈리 우려	∙포장 내구성 유리 ∙반사균열 억제 유리 ∙시공성 유리 ∙경제성 다소 불리 ∙유지관리 유리 ⇒ 향후 5 cm 절삭O/L 고려시 유지관리 양호	∙포장 내구성 유리 ∙반산균열 억제 유리 ∙시공성 불리 ∙경제성 불리 ∙공사기간 증가로 이용객 불편 및 교통안전상 불리 ∙유지관리 유리 ⇒ 향후 5 cm 절삭O/L 고려시 유지관리 양호

6.4.6 방수층 적용구간

기존 콘크리트 포장 비절삭 아스콘 덧씌우기 구간중 알칼리골재반응(AAR) 1~3등급 구간은 개질SMA+방수아스콘(공극율1%이하) 공법을 적용하여 Bathtub(욕조)현상으로 체류수 발생을 방지하도록 하였다.

6.4.7 최적 덧씌우기 단면 검토(안)

위와 같이 덧씌우기 공법 및 덧씌우기 두께 등 종합적으로 검토한 결과 아래 Table 15와 같이 단면 적용이 적정한 것으로 검토되었다.

그러나 제한된 코어링 시험을 통한 공법 적용 구간 선정이기에 향후 시공시 추가 코어채취 및 시험을 통하여 감독관 협의 후 필요시 현장 여건에 맞는 공법으로 변경을 수행해야 하며, 기존도로 유지보수 자료를 통하여 최근 2년 내 보수구간은 존치가 타당할 것으로 판단된다.

Table 15.

Cross-section status of aged concrete pavement improvement method (alternative)

기존 포장형식	개량공법	적용구간	단면도 & 적용수량
콘크리트 포장	비절삭 덧씌우기 단면보수+ 개질SMA (5 cm) + 수밀성SMA (5 cm)	압축강도 25 Mpa 이상 + HPCI 4~7등급
	비절삭 덧씌우기,방수 단면보수+ 개질SMA (5 cm) + 방수아스콘(5 cm)	압축강도 25 Mpa 이상 + AAR 1~3등급구간
	전단면 재포장 개질SMA (5 cm) + 기층(25 cm)	압축강도 25 Mpa 미만 (코어생성X, 균열, 파손 등) & AAR 4등급구간

7. 결 론

7.1 덧씌우기 공법

비절삭 아스콘 덧씌우기 공법과 절삭 아스콘 덧씌우기 공법을 비교 검토한 결과 모재 활용으로 구조적 내구성이 유리하고, 비절삭 시공에 의한 작업 일수 단축에 따른 조속한 공사 진행으로 이용객 불편 최소화가 가능하며, 절삭 비용 및 폐기물 미발생에 따라 경제적으로도 유리한 “비절삭 아스콘 덧씌우기”로 적용이 적정한 것으로 검토되었다.

7.2 덧씌우기 두께

내구성 및 시공성이 우수하고, 반사균열 억제에 유리하며, 경제성을 고려한 과도한 두께 미적용 및 유지관리 등을 고려하여 T = 10 cm로 적용함이 적합한 덧씌우기 포장두께인 것으로 검토되었다.

7.3 향후 추가 연구 방향

기존 슬래브의 파손 정도가 심각할 경우 전단면 재포장 공법 대안으로 기존 콘크리트 포장을 파쇄 후 재다짐(Crack and Seat, Rubblization) 후 덧씌우기 공법 검토가 필요할 것으로 판단되며 기후, 재료물성, 기존 포장상태 등이 종합적으로 반영된 객관/정량적 포장단면 구조해석 수행이 필요할 것으로 판단된다.