본 연구는 예방적 유지보수공법의 한가지 방법으로서 최소단면 보수공법을 제안 하였다. 최소단면 보수공법은 아스팔트 포장도로의 종방향 파손(소성변형, 종방향 균열)에 대한 보수공법으로 차량의 주행특성을 통계적 분석으로 추론하여 최소 유효보수범위를 70cm로 산정하였으며, 포장도로의 파손 정도에 따라 유효보수범위 변화를 고려할 수 있을 것으로 판단되었다. 최소단면 보수공법의 현장 적용성을 시험하기 위하여 시험포장을 하였으며, 시험포장 결과 일정 수준의 공용성을 회복하는 것으로 나타났다. 향후, 본 최소단면 보수공법의 적절한 활용은 연성포장의 합리적 보수공법 중 한 가지가 될 수 있을 것으로 판단되며 연성 포장의 유지보수 및 관리에 대한 장기적 측면에서 볼 때 포장수명 연장과 유지보수비절감 효과가 있을 것으로 예상된다.
도로포장은 충족되어야 하는 서비스 수준을 유지하기 위해 반복적인 유지보수를 필요로 한다. 그러나 노후화된 하부구조와 반복적인 유지보수는 포장의 파손속도를 가속화시키기도 하며, 이는 한정된 예산의 효율성을 저해하는 요소가 될 수 있다. 따라서 본래의 기능을 유지하기 위해 도로의 재포장이 주기적으로 요구된다. 특히, 국도는 그 건설수요가 한계점에 다다랐으며, 노후로 인해 재포장 및 유지관리의 필요가 점점 증가하고 있는 시점이다. 그러나 도로관리자들은 예산의 한계로 이러한 노후포장에 대해 재포장 및 효율적인 유지관리를 시행하기에 많은 어려움을 겪고 있다. 이는 의사결정에 필요한 장기적인 유지보수 전략의 부재 때문이라 할 수 있다. 이에 본 논문은 반복적인 유지보수로 인한 포장의 상태변화를 고려한 유지보수 전략을 도출하여 관리자들의 의사결정에 도움을 주고자 하였다. 분석을 위해 포장관리시스템(PMS)이 도입된 1986년부터 장기간 누적된 국도의 유지보수 이력데이터를 활용하였으며, 방법론으로는 유지보수 횟수에 따른 수명분포 도출 및 위험률(hazard) 함수의 변화과정을 분석한 후, 이 결과를 근거로 다양한 유지보수 대안들에 대해 중장기 유지보수비용을 산정하였다. 이를 위해 포장파손과정의 불확실성을 고려하고, 도로관리자들에게 보다 실용적인 정보를 제공하기 위해 확률론적 방법(몬테카를로기법)을 추가로 도입하였다. 또한, 신뢰성 이론을 활용하여 유지보수에 대한 품질보증과 관련된 정보도 도출하고자 하였다. 이러한 정보는 장기유지보수전략 수립에 중요한 정보로 활용할 수 있다.
포장도로는 신설된 후 계속적인 차량의 통행과 기후 조건의 변화등으로 시 간이 경과함에 따라서 그 상태가 저하된다. 따라서 포장도로는 일정기간이 지난 후에는 쾌적한 차량의 통행을 보장하기 위하여 유지보수를 실시하여야 한다. 이러한 유지보수를 효율적이고 과학적으로 수행하는 것은 대단히 중요 하다. 미국과 같은 선진국의 경우 도로 신설의 투자비 보다 유지보수에 사용 되는 예산이 더 많아지고 있는데 효율적인 유지관리 시스템의 개발로 투자 비를 적정화하고자 하는 노력이 크게 증가되고 있다. 도로 포장 구조체가 도 로 이용자에게 어느 정도의 안전성, 쾌적성 및 신속성을 제공하고 있는가를 평가하는 것은 포장관리의 중요한 고려사항이며 그 결과는 포장의 공용성 개념으로 표현된다. 포장상태 조사시 포함되는 항목들은 포장유지관리 시스 템을 운용하는 기관마다 약간씩 차이는 있으나 대체로 노면조도, 노면장애, 구조적 능력, 미끄럼저항등이다. 이중 진동계측장비가 많이 사용되는 항목은 노면조도와 구조적 능력평가 부분으로서 이 두 항목에 포함되는 진동 계측 장비와 그 이용방법에 관해서 논하고자 한다.
고속도로는 국가발전의 원동력인 사회기반시설물 중의 하나로 사회발전에 중요한 역할을 담당하고 있으며 고속도로 연장도 계속적으로 증가되고 있으며, 수송의 고속성 뿐만 아니라 안전성, 저공해성, 쾌적성 등 한층 높은 수준의 서비스가 요구되고 있다. 그러나 한정된 고속도로 유지보수 예산으로 보수가 지연되어 포장상태는 계속적으로 악화되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 문헌 및 포장유지보수프로세스 문제점 고찰을 통하여 최적의 고속도로 포장유지보수 관리 체계를 확립하고 개선된 고속도로 포장유지보수 업무 프로세스를 제시하여. 한정된 예산 내에서 최소 비용으로 최대 서비스 제공이 가능한 장수명 포장관리 체계의 확립과 포장의 내구수명을 연장 할 수 있는 현실적으로 실무에 적용이 가능한 효율적인 고속도로 포장유지관리가 가능토록 하고자 한다. 본 연구에서 제시한 개선된 유지보수프로세스를 검증한 결과, 기존 방법보다 공사일수 감소, 공사비 및 유지관리비 절감의 효과가 있었다.
포장의 합리적 유지관리를 위해서는 기본적으로 포장의 상태를 객관적으로 평가하고, 평가한 자료를 이용하여 경제성 분석을 실시함으로써 최적의 보수공법 및 보수우선순위를 결정해야 한다. 전체적인 포장 상태를 객관적으로 평가하기 위해서는 포장상태 평가지수와 같은 단일화된 평가 기준이 필요하다. 본 연구에서는 우리나라 고속도로 콘크리트 포장에 적합한 포장상태 평가지수를 개발하기 위하여 현장 상세조사 및 포장평가위원회의 평가를 실시하고, 그 결과의 회귀분석을 통해 포장평가지수를 개발하였다. 또한 개발된 포장평가지수를 이용하여 포장유지관리에서 이용되기 위한 보수공법그룹을 제시하였다. 개발된 포장평가지수의 상관계수는 0.68이었으며, 콘크리트 포장평가지수에 사용된 독립변수들은 종단평탄성, 균열, 패칭 등이었다.
현재 국도 PMS(Favement Management System)에서 적용하고 있는 보수공법결정체계는 소성변형과 균열의 기준치값에 대한 설정 근거가 명확하지 않다. 본 연구에서는 일반국도에서 아스팔트 콘크리트 포장의 보수 시 보수공법결정기준에 대한 근거를 제시하기 위한 것이다. 이를 위해 전국 일반국도 아스팔트 포장 구간을 대표할 수 있는 대표 구간을 선정하고, 포장전문가 패널(panel)을 선정하여 선정된 구간을 대상으로 패널이 대표구간을 평가하여 보수공법을 제안하였다. 포장전문가 패널이 대표구간을 평가한 결과를 분석하여 다음과 같이 보수공법 결정 기준의 근거를 마련하였다. 균열의 경우 절삭 덧씌우기를 요구하는 균열율은 35%, 덧씌우기 이상의 기준으로서 균열율 20%를 제안하였다. 소성변형의 경우 절삭 덧씌우기를 필요로 하는 소성변형 값은 13mm, 덧씌우기 이상을 요구하는 소성변형의 기준으로서 10mm를 사용할 것을 제안하였다.
전라북도의 지방도 포장보수 이력 관리 현황은 현장 건설사의 포장보수 후 성과품에만 의존하여 엑셀, 한글 문서로만 관리되고 있는 실정이며, 덧씌우기 예산 등은 매년 불규칙적인 투입으로 안정적인 도로 관리 불가한 현황이다. 그에 따라 지방도의 체계적인 유지관리 방안 필요하다. 해당 논문에서는 도로 파손과 관련이 있는 데이터 및 도로 환경과 관련이 있는 데이터를 수집 및 가공하여, 도로 파손이 발생할 수 있는 위험지역을 도출하였다. 해당 예측 결과 지역을 현장검수하여 해당 방법론의 유효성을 파악하였다. 국토부에 따르면 일반국도의 도로 파임 발생 건수는 18년도에 약 4만7천건, 19년도에 약 3만8천 건이며 도로 파임 피해 소송건수는 18년도에 93건, 19년도에 119건으로 증가했다. 일반국도의 경우 도로 파임 발생 건수가 18년도에 비해 줄었으나 이는 도로 포장 보수 등을 진행하면서 발생 건수가 줄어든 것이라고 한다. 전라북도의 지방도의 포장보수 우선순위를 분석하기 위해 연구를 진행하기 위해, 엑셀, 한글 문서로만 관리되는 지방도 포트홀 상습발생지, 덧씌우기 사업구간, 긴급 보수구간위치와 같은 보수 이력데이터를 데이터화 하여, 분석하고, 보수 이력 데이터에서 벗어나 지방도의 체계적인 유지관리를 개선한다. 더 나아가, 도로와 관련된 다양한 현황데이터를 활용하여 공간 융합 데이터를 구축하고, 머신러닝 학습 데이터 및 예측에 필요한 데이터 형태로 가공하였다. 해당 공간 빅데이터를 사용하여 지방도 유지관리가 필요한 우선지역을 예측하고 도로포장 유지관리 우선순위 예측하였으며, 해당 결과를 활용하여 도로관리 예산 및 정책 수립에 활용하려 한다.
기존 미국의 포장 설계법(AASHTO)과 대표적인 도로포장 유지보수 의사결정시스템인 HDM-4는 국내 실정 또는 환경에 적합하지 않아 현실적인 도로설계, 시공 및 유지관리 차원에서 국내에 적합하지 않다. 포장 수명 연장에 따른 환경비용에서도 차이가 발생할 것으로 판단되는 바, 본 연구의 주요 목표는 대한민국의 환경조건과 차종별 특성을 반영한 한국형 도로포장 설계법(KPRP) 설계 소프트웨어의 도로 공용성 해석 모델을 기반으로 활용하여 운영 및 유지보수단계에서 대표적인 세 가지 유지보수전략별 LCCC 계산을 통해 최적 대안을 선정하는 것이다. 본 연구 결과 40년 동안의 누적 탄소배출량은 대안 2의 절삭 및 덧씌우기가 누적 탄소배출량과 LCCC의 현재가치비용이 제일 적은 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 다양한 도로관리 유지보수 공사별 $CO_2$배출 원단위 구축이 가능하며 향후 탄소요금의 증가에 따른 도로시설별 다양한 유지관리 전략 마련에 대한 기초연구를 수행하였다는 점에 의의가 있다.
서울시 도로는 교통하중, 도로포장 노후화 및 잦은 굴착복구 등의 열악한 도로조건으로 인하여 도로포장 수명이 기대수명에 미치지 못하여 효율적 도로포장관리(Pavement Management System, PMS)와 적절한 유지보수 시기가 요구된다. 본 연구에서는 도로의 표면상태조사와 FWD(Falling Weight Deflectometer)기반 조사를 통하여 장기 공용성 구간의 보수우선 순위를 선정하고 각 지수에 따른 우선순위의 상관도를 분석하여 명확한 포장상태 평가와 타당한 공법 및 시기의 선정에 도움이 되고자 한다. 이를 위해 서울특별시의 장기 공용성 구간(Long Term Performance Pavement, LTPP)을 활용하여 표면상태조사를 통해 균열, 소성변형, 종단평단성을 측정하였고 서울포장평가지수인 SPI(Seoul Pavement Index)로 포장상태를 나타내었다. 또한 동일 구간에 대해 FWD시험을 통한 처짐량과 코어채취에 의한 포장두께 자료를 이용하여 포장층의 탄성계수를 역산하고 허용 교통량을 산정하여 실제 교통량과 허용 교통량을 비교 후 잔존수명을 추정하였다. 이를 통하여 도출된 포장상태 지수와 포장지지력에 따른 잔존수명을 비교분석하였다. 결과적으로 표면상태지수인 Crack, Rutting, IRI(International Roughness Index) 값들의 보수 우선순위와 지지력에 의한 보수 우선순위를 분석하여 보수 우선순위에 따른 포장상태지수와 포장지지력의 상관성을 검토하였다. 그 결과, 균열과 소성변형에 대하여 R-square 값이 0.65이상으로 상관도가 높은 반면, 종단평탄성과 그 값을 포함한 SPI와의 상관도는 비교적 낮은 수준을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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