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표제지
요지
목차
제1장 서론 19
1.1. 연구 배경 19
1.2. 연구 목적 22
1.3. 논문 구성 및 내용 24
제2장 연구 동향 25
2.1. 도로포장 손상 유형별 발생원인 및 국내 도로현황 25
2.2. 국내 연구동향 31
2.2.1. 프리캐스트 콘크리트 슬래브 리프팅 방법 31
2.2.2. 구조해석을 통한 프리캐스트 슬래브 리프팅 위치 32
2.2.3. 프리캐스트 콘크리트 포장 시험시공 34
2.2.4. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 포장 시험시공 35
2.2.5. 프리캐스트 콘크리트 패널운송을 위한 시험시공 38
2.3. 국외 연구동향 41
2.3.1. 프리캐스트 콘크리트 포장 41
2.3.1.1. 미국 뉴욕 44
2.3.1.2. 미국 워싱턴 45
2.3.1.3. 미국 일리노이주 46
2.3.1.4. 캐나다 47
2.3.2. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 포장 48
2.3.2.1. 미국 사우스 다코타 주 51
2.3.2.2. 미국 텍사스 주 52
2.3.2.3. 미국 캘리포니아 주 54
2.3.2.4. 일본 55
2.3.2.5. 러시아 56
제3장 프리캐스트 포장 슬래브 설계 57
3.1. 프리캐스트 슬래브 두께 설계 57
3.2. 리프팅 및 레벨링 방법 59
3.2.1. 리프팅 위치 59
3.2.1.1. PCI 기준에 의한 프리캐스트 슬래브 리프팅 위치 59
3.2.1.2. 프리캐스트 슬래브 리프팅 위치 결정 61
3.2.2. 레벨링 방법 63
3.2.3. 일체형 리프팅 및 레벨링 요소 기술 개발 64
3.3. 슬래브 접합 방법 설계 66
3.3.1. 포켓 접합 방식 66
3.3.2. 홀 접합 방식 67
3.4. 그라우팅 홀 및 채널 설계 69
제4장 프리캐스트 포장 시험시공 72
4.1. 콘크리트 포장 보수용 프리캐스트 포장 시험시공 72
4.1.1. 사전조사 72
4.1.2. 슬래브 설계 및 제작 75
4.1.3. 시험시공 79
4.1.3.1. 프리캐스트 슬래브 안착 전 작업 79
4.1.3.2. 프리캐스트 슬래브 안착 및 안착 후 작업 80
4.2. 아스팔트 포장 교체용 프리캐스트 포장 시험시공 83
4.2.1. 사전조사 83
4.2.2. 프리캐스트 슬래브 설계 85
4.2.3. 프리캐스트 슬래브 제작 87
4.2.4. 시험시공 90
4.2.4.1. 정거장 구간 90
4.2.4.2. 교차로 구간 92
제5장 프리캐스트 포장 거동 분석 95
5.1. FWD 시험 및 하중전달율 분석 95
5.2. 컬링거동 측정 및 슬래브 접합방식 분석 103
5.3. 초기 공용성 추적조사 109
5.3.1. 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 측정 111
5.3.2. 버스 진출입 구간의 아스팔트 포장과 프리캐스트 슬래브 단차 측정 115
5.3.3. 프리캐스트 슬래브간의 단차 측정 119
5.3.4. 프리캐스트 포장 미끄럼 저항 성능 측정 123
5.3.5. 프리캐스트 슬래브 레벨 측정 128
제6장 결론 및 향후 연구 방향 134
6.1. 결론 134
6.2. 향후 연구 방향 137
참고 문헌 138
부록 141
부록 A. 시험시공 사진 141
A.1. 콘크리트 포장 보수용 프리캐스트 포장 시험시공 141
A.2. 아스팔트 포장 보수용 프리캐스트 포장 시험시공 148
부록 B. 아스팔트 교체용 프리캐스트 포장 시험시공 추적조사 결과 158
B.1. 정거장 구간 추적조사 158
B.2. 교차로 구간 추적조사 164
Abstract 170
표 2.1. 아스팔트 포장의 포장시기별 파손형태 25
표 2.2. 콘크리트 포장의 파손유형 28
표 2.3. 차로별 도로현황(국토해양부 도로현황조사, 2008) 30
표 2.4. 일반 콘크리트 포장과의 비교 38
표 2.5. New-York주 교통국 발주 공사개요(www.fortmiller.com) 44
표 2.6. Washington-Dulles International Airport 공사개요(www.fortmiller.com) 45
표 2.7. Illinois주 고속도로국 발주 공사개요(www.fortmiller.com) 46
표 2.8. Quebec주 교통국 발주공사개요(www.fortmiller.com) 47
표 2.9. Georgetown, Texas 공사개요(www.precastpavement.com) 53
표 2.10. El Monte, California 공사개요(www.precastpavement.com) 54
표 3.1. 다양한 형태의 양중 시 권장되는 동적효과를 고려한 보정계수(PCI, 1985) 59
표 4.1. 최종 제작할 프리캐스트 슬래브 크기 75
표 5.1. FWD 시험 및 하중전달율 분석을 위한 시험시공 개요 95
표 5.2. FWD 처짐 시험 측정 시기 97
표 5.3. 시험시공 전 FWD 처짐 측정 값(microns) 97
표 5.4. 시험시공 후 FWD 처짐 측정 값(microns) 98
표 5.5. 줄눈부 하중 전달율 (LTE) 101
표 5.6. 수정된 줄눈부 하중전달율 (LTE) 102
표 5.7. 초기 공용성 추적조사를 위한 시험시공 개요 109
표 5.8. 정거장구간 추적조사 일정 110
표 5.9. 교차로 구간 추적조사 일정 110
표 5.10. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 (mm) 113
표 5.11. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 (mm) 114
표 5.12. 정거장 구간 진출입부 단차 (mm) 117
표 5.13. 교차로 구간 진출입부 단차 (mm) 118
표 5.14. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 간의 단차 (mm) 121
표 5.15. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 간의 단차 (mm) 122
표 5.16. 최소 마찰계수 기준표(국토해양부, 2009) 124
표 5.17. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 미끄럼저항 (BPN) 127
표 5.18. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 미끄럼저항 (BPN) 128
표 A.1. 콘크리트 포장 보수용 시험시공 개요 141
표 A.2. 아스팔트 포장 보수용 시험시공 개요 148
표 B.1. 정거장 구간 추적조사 일정 158
표 B.2. 정거장 구간 진출입부 단차 (mm) 158
표 B.3. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 (mm) 159
표 B.4. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 간의 단차 측정 (mm) 160
표 B.5. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 미끄럼 저항 (BPN) 161
표 B.6. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 1차 측정 (cm) 162
표 B.7. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 2차 측정 (cm) 162
표 B.8. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 3차 측정 (cm) 163
표 B.9. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 7차 측정 (cm) 163
표 B.10. 교차로 구간 추적조사 일정 164
표 B.11. 교차로 구간 진출입부 단차 (mm) 164
표 B.12. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 (mm) 165
표 B.13. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 간의 단차 (mm) 166
표 B.14. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 미끄럼 저항 (BPN) 167
표 B.15. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 1차 측정 (cm) 168
표 B.16. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 2차 측정 (cm) 168
표 B.17. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 3차 측정 (cm) 169
표 B.18. 교차로 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 7차 측정 (cm) 169
그림 2.1. 아스팔트 포장의 대표적인 손상유형 26
그림 2.2. 콘크리트 포장의 파손 유형 28
그림 2.3. 국내 고속도로 포장비율(한국도로공사, 2011) 29
그림 2.4. 헤드앵커를 이용한 프리캐스트 슬래브 리프팅(김성민 외, 2008) 32
그림 2.5. 유한요소 해석에 의한 최적 리프팅 지점(김성민 외, 2007) 33
그림 2.6. 레벨링 작업 및 보수완료 후 프리캐스트 포장 34
그림 2.7. 프리캐스트 패널의 리프팅 35
그림 2.8. 하부지반의 모래 포설 및 다짐작업 36
그림 2.9. 패널의 배치 및 전단키를 이용한 패널의 정렬 36
그림 2.10. 차량하중의 위치별 측정을 위한 측정기 설치 37
그림 2.11. 프리캐스트 패널의 차량하중 위치별 측정실시 37
그림 2.12. 패널 운송 39
그림 2.13. 슬롯형성부재 파손 및 다웰바의 설치 문제점 40
그림 2.14. 미국 Fort Miller사에서 개발한 Super-Slab(www.fortmiller.com) 42
그림 2.15. 하부지반 평탄화 작업 과정(www.fortmiller.com) 43
그림 2.16. 워핑(Warped) 슬래브 제작 44
그림 2.17. New-York 시공사례(www.fortmiller.com) 45
그림 2.18. Washington-Dulles International Airport 시공사례(www.fortmiller.com) 46
그림 2.19. Illinois주 고속도로국 발주 시공사례(www.fortmiller.com) 47
그림 2.20. Canada Super-Slap 시공사례(www.fortmiller.com) 48
그림 2.21. PPCP(Precast Prestressed concrete pavement)의 구성도(www.precastpavement.com) 48
그림 2.22. PPCP 구성 패널(www.precastpavement.com) 50
그림 2.23. 하부지반 비닐 설치(www.precastpavement.com) 50
그림 2.24. 전단키(www.precastpavement.com) 50
그림 2.25. South Dakota 주의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 포장 공법(Metrritt D.K. et al., 2000) 51
그림 2.26. Georgetown, Texas PPCP 시공사례(www.precastpavement.com) 53
그림 2.27. California PPCP 시공사례(www.precastpavement.com) 54
그림 2.28. 일본의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 포장공법(Metrritt D.K. et al., 2000) 55
그림 2.29. 러시아의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 포장공법(Metrritt D.K. et al., 2000) 56
그림 3.1. 기존 콘크리트 포장 코어채취 위치 57
그림 3.2. PCI기준에 의한 슬래브 리프팅 최적위치(PCI, 1985) 60
그림 3.3. 프리캐스트 슬래브 리프팅 방법(조영교 외, 2010) 61
그림 3.4. 프리캐스트 슬래브 리프팅 지점 62
그림 3.5. 프리캐스트 슬래브 레벨링 방안 63
그림 3.6. 프리캐스트 슬래브 리프팅 및 레벨링 겸용 작업 65
그림 3.7. 일반적인 프리캐스트 슬래브 결합 방법 66
그림 3.8. 포켓 접합 방식 67
그림 3.9. 홀 접합 방식 68
그림 3.10. 홀 접합을 이용한 프리캐스트 슬래브 결합 68
그림 3.11. 그라우팅 홀(bedding grouting hole) 69
그림 3.12. 프리캐스트 슬래브 하부 채널 설계 예시 70
그림 3.13. 폼개스켓(Foam Gasket) 71
그림 4.1. 프리캐스트 포장 보수 위치 72
그림 4.2. 기존 포장 크기 측정 73
그림 4.3. 기존 포장 평면도 73
그림 4.4. 기존 포장 커팅 계획 73
그림 4.5. 기존 포장 경사 측정 74
그림 4.6. 코어 채취 위치 및 측정 결과 74
그림 4.7. 프리캐스트 포장 체결 형상 76
그림 4.8. 홀 접합 방식 76
그림 4.9. 포켓 접합 방식 76
그림 4.10. 리프팅 및 레벨링 요소 77
그림 4.11. 하부 충진 그라우팅 주입구 77
그림 4.12. 완성된 precast slab 거푸집 77
그림 4.13. 그라인더를 이용한 프리캐스트 슬래브 타이닝 78
그림 4.14. 프리캐스트 슬래브 밑면 스펀지 부착 78
그림 4.15. 기존 슬래브 제거 작업 79
그림 4.16. slab dowel bar & tie bar 설치 79
그림 4.17. 하부지반 비닐 설치 80
그림 4.18. 슬래브 안착 작업 81
그림 4.19. precast slab 높낮이 조절 작업 81
그림 4.20. 실란트 주입 82
그림 4.21. 보수가 완료된 precast 포장 82
그림 4.22. 프리캐스트 포장 시험시공 위치 83
그림 4.23. 정거장 구간 사전조사 84
그림 4.24. 교차로 구간 사전조사 85
그림 4.25. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 체결 형상 86
그림 4.26. 프리캐스트 슬래브 발열선 설치도 86
그림 4.27. 프리캐스트 슬래브 설계도 87
그림 4.28. 프리캐스트 슬래브 제작용 거푸집 및 철근 배근 88
그림 4.29. 홀 접합 설치 88
그림 4.30. 리프팅 및 레벨링 요소 설치 89
그림 4.31. 융설 시스템 설치 89
그림 4.32. color precast concrete slab 89
그림 4.33. 하부지반 다짐 평탄화 작업 91
그림 4.34. precast slab 안착 작업 91
그림 4.35. 레벨링 작업 91
그림 4.36. 다웰바 체결 작업 91
그림 4.37. 다이아몬드 그라인딩 수행 전 정거장 구간 프리캐스트 포장 92
그림 4.38. 다이아몬드 그라인딩 수행 후 정거장 구간 프리캐스트 포장 92
그림 4.39. 기존 포장 제거 작업 93
그림 4.40. 지지판 설치 93
그림 4.41. 프리캐스트 슬래브 안착 94
그림 4.42. 그라우팅 충진 작업 94
그림 4.43. 완공된 교차로 구간 프리캐스트포장 94
그림 4.44. 다이아몬드 그라인딩 공법 적용 후 슬래브 표면 94
그림 5.1. FWD 처짐 시험 96
그림 5.2. FWD 측정 위치 96
그림 5.3. 슬래브 중앙 처짐 99
그림 5.4. 줄눈부 처짐 100
그림 5.5. 줄눈부 하중전달율 (LTE) 101
그림 5.6. 수정된 줄눈부 하중전달율 (LTE) 102
그림 5.7. 컬링 거동 측정 103
그림 5.8. LVDT 설치 103
그림 5.9. Thermochron i-button 설치 104
그림 5.10. 슬래브 깊이에 따른 온도변화 105
그림 5.11. 수직 온도구배 변화 106
그림 5.12. Joint 1(포켓접합)의 컬링에 의한 수직 변위 변화 107
그림 5.13. Joint 2(홀 접합)의 컬링에 의한 수직 변위 변화 107
그림 5.14. 포켓 접합부 코어 채취 108
그림 5.15. 홀 접합부 코어 채취 108
그림 5.16. 프리캐스트 포장 프리캐스트 슬래브 위치 및 방향 109
그림 5.17. 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 측정 위치 111
그림 5.18. 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 측정 방법 112
그림 5.19. 프리캐스트 슬래브 줄눈 간격 변화 114
그림 5.20. 프리캐스트 슬래브와 아스팔트 포장 단차 측정 위치 115
그림 5.21. 프리캐스트 슬래브와 아스팔트 포장과의 단차 측정 116
그림 5.22. 프리캐스트 포장 진출입부 단차 변화 118
그림 5.23. 프리캐스트 슬래브 간의 단차 측정 119
그림 5.24. 프리캐스트 슬래브 간의 단차 측정 120
그림 5.25. 프리캐스트 슬래브 간의 단차 변화 122
그림 5.26. 프리캐스트 슬래브 미끄럼 저항 측정 123
그림 5.27. 프리캐스트 포장 미끄럼 저항 측정 슬래브 위치 125
그림 5.28. 프리캐스트 슬래브 미끄럼 저항 측정 위치 126
그림 5.29. 프리캐스트 슬래브 레벨 측정 위치 129
그림 5.30. 프리캐스트 슬래브 레벨 측정 129
그림 5.31. 정거장 구간 프리캐스트 슬래브 레벨 131
그림 5.32. 교차로 구간 프리캐스트 슬레브 레벨 133
그림 A.1. 프리캐스트 포장 보수 위치 141
그림 A.2. 기존 콘크리트 슬래브 커팅 142
그림 A.3. 기존 콘크리트 슬래브 제거 작업 142
그림 A.4. 인접 슬래브 다웰바 및 타이바 설치 143
그림 A.5. 하부지반 비닐 설치 143
그림 A.6. 2번 슬래브 다웰바 삽입 144
그림 A.7. 2번 슬래브 안착 144
그림 A.8. 프리캐스트 슬래브 높낮이 조절 작업 145
그림 A.9. 홀 접합 연결 145
그림 A.10. 백업제 삽입 146
그림 A.11. 그라우팅 작업 146
그림 A.12. 실란트 주입 147
그림 A.13. 보수가 완료된 프리캐스트 포장 147
그림 A.14. 정거장 구간 시공 개요 148
그림 A.15. 하부지반 다짐 및 평탄화 작업 149
그림 A.16. 지지판 설치 149
그림 A.17. 프리캐스트 슬래브 안착 작업 150
그림 A.18. 레벨링 작업 150
그림 A.19. 다웰바 체결 작업 151
그림 A.20. 조인트 실링 처리 151
그림 A.21. 다이아몬드 그라인딩 수행 전 정거장 구간 프리캐스트 포장 152
그림 A.22. 다이아몬드 그라인딩 장비 152
그림 A.23. 다이아몬드 그라인딩 수행 후 정거장 구간 프리캐스트 포장 153
그림 A.24. 교차로 구간 시공 개요 153
그림 A.25. 기존 포장 제거 작업 154
그림 A.26. 하부지반 다짐 및 평탄화 작업 154
그림 A.27. 지지판 설치 155
그림 A.28. 프리캐스트 슬래브 안착 155
그림 A.29. 그라우팅 충진 작업 156
그림 A.30. 아스팔트 포장과의 접합부 처리 156
그림 A.31. 완공된 교차로 구간 프리캐스트포장 157
그림 A.32. 다이아몬드 그라인딩 공법 적용 후 슬래브 표면 157
초록보기 더보기
국내의 도로 실정은 최근 도로연장이 2배정도 증가한데 비하여 교통량은 20배에 이를 정도로 급격히 증가하고 있으며, 차량하중의 중량화, 환경적 영향 등 복합적인 요인에 의해 광범위한 도로파손이 발생되고 있다.
도로 포장의 보수 작업은 차량 통행의 차단을 수반하기 때문에 도로 사용자들은 빈번한 보수작업에 따른 불편을 겪으며 이에 따른 경제적 손실도 매우 크다고 할 수 있다. 따라서 도로 포장의 보수를 위해 교통 차단 시간을 최소화하고 고내구성 도로 포장 보수를 수행할 수 있는 공법으로 프리캐스트 슬래브를 이용한 프리캐스트 콘크리트 포장 공법을 들 수 있다.
본 연구에서는 더욱 신속한 프리캐스트 포장 설치를 위해 프리캐스트 콘크리트 슬래브 설계 항목 중 리프팅 및 레벨링을 일체화한 요소와 기존의 슬래브 접합 방식인 포켓 방식을 개선한 홀 접합 방식을 개발하였다. 이와 같은 요소를 이용하여 기존 콘크리트 포장 및 아스팔트 포장 보수 시험시공을 수행하고, 축중하중재하 시험, 하중 전달율 분석, 컬링거동 측정 및 프리캐스트 포장 거동 분석을 통해 프리캐스트 콘크리트 포장 공법의 적용성을 분석하였다. 또한 공용 중인 버스 전용차로 구간에 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 이용한 시험시공을 수행하였고 추적조사를 통하여 프리캐스트 포장의 초기 거동 및 공용성을 분석하였다.
본 연구를 통해 프리캐스트 콘크리트 포장 공법은 콘크리트 포장 및 도심지 버스전용차로의 정거장 및 교차로 구간 아스팔트 포장의 보수에 있어서 시공성이 우수한 것으로 판단되었으며, 설계 및 시공 시 주의할 사항을 파악할 수 있었다. 또한 여러 요소기술의 적절성과 프리캐스트 콘크리트 포장의 초기 공용성 확보를 확인할 수 있었다.
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