1. 개요

1.1 배경

SHRP 2 재생(Renewal) 프로그램의 목적은, 신속하게 수행되어 최소한의 교란을 발생시키며 장기 수명을 가진 시설을 만들어내는 고속도로 재생을 달성하는 것임. 미국 대부분의 도시 지역에서, 많은 교통량은 차선 폐쇄의 길이 및 시간을 심각하게 제한하여, 그 지역에서 이상이 있는 포장도로의 효과적인 보수 및 수선에 대한 선택을 제한함. 프리캐스트 콘크리트 포장(precast concrete pavement, PCP) 기술의 사용은, 많은 교통 량을 가진 고속도로 코리더(highway corridor)에서 신속하고 오래 지속되는 포장 보수 및 수선의 관점에서 SHRP 2의 목적과 부합됨.

프리캐스트 콘크리트 포장 기술을 실증(demonstration) 및 생산 용도로 사용한 것은 2001년에 시작되었음. 지난 10년간 여러 미국의 고속도로 유관기관들(캘리포니아 교통부, 일리노이 유료도로, 뉴저지 교통부, 뉴욕 교통부, 유타 교통부 등을 포함)은 프리캐스트 콘크리트 포장 기술을 사용해왔고, 여러 다른 기관들은 실증 프로젝트를 수행해 왔음. 사용된 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템은 전유(proprietary) 및 비전유(nonproprietary) 시스템 모두를 포함함. 미국에서 프리캐스트 콘크리트 포장 기술의 생산 용도로의 사용은 최근의 일이고, 프리캐스트 콘크리트 포장 사례 및 성능에 대한 정보가 잘 문서화되어 있지 않기 때문에, 여러 고속도로 유관기관들과 산업계 파트너는 이 기술을 완전히 받아들이지 않았음. SHRP 2 재생 프로젝트 R05 ？ 모듈 기반의 도로포장 기술(Modular Pavement Technology) ？ 은 이 새로운 기술의 신속하고 성공적인 채택을 장려하기 위해 필요한 정보와 가이드라인을 개발하는 것에 목표를 두고 있음.

프리캐스트 콘크리트 포장 시스템은 많은 교통량을 가지고 있어 차선 폐쇄가 어려운 고속도로 코리더에서 사용됨. 생산 용도로 사용하기 위해 프리캐스트 콘크리트 포장 작업은 야간(보통 저녁 8시부터 다음날 오전 6시까지)에 수행되고 차선 폐쇄가 짧음. 차선 폐쇄 당 생산은 약 15 ？ 20 보수 개소(repair locations)이고 약 30 ？ 40개의 연속 배치 패널임(약 400 ？ 600 피트, 즉 122 ？ 183 미터).

1.2 프로젝트 R05의 핵심적인 임무

SHRP 2 프로젝트 R05의 핵심적인 임무는 다음과 같음:

1.  프리캐스트 콘크리트 포장 시스템과 미국 및 국제 사례의 파악
2.  프리캐스트 콘크리트 포장 성능의 평가
3.  프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 선정, 설계, 제작 및 설치에 대한 가이드라인의 개발
4.  모델 시방서(model specifications)의 개발
 

다음의 프리캐스트 콘크리트 포장 기술 적용이 연구되었음:

1.  일반적으로 연결 콘크리트 도로포장(jointed concrete pavements)에 사용되는 완전한 보수(full-depth repairs) 또는 완전한 판(slab) 교체에 대한 간헐적인 보수
2.  더 긴 길이 또는 더 큰 지역의 도로포장 수선을 위한 연속적인 적용(continuous applications). 기존의 포장도로는 아스팔트 콘크리트 또는 시멘트 콘크리트 포장일 수 있음.
 

두 가지의 프리캐스트 콘크리트 포장 타입은 다음의 경우에 적용됨:

·         연결 프리캐스트 콘크리트 포장. 이 도로포장은 전통적인 현장 타설(cast-in-place, CIP) 연결 콘크리트 포장과 유사하게 수행됨.
·         프리캐스트 프리스트레스 콘크리트 포장. 많은 프리캐스트 패널(일반적으로 10 피트 이상의 길이)은 포스트텐션(posttensioning)을 통해 연결됨. 이 접근방법은 100 ？ 300 피트(즉, 30 ？ 90 미터) 간격으로 더 작은 수의 연결부로 이어짐. 프리스트레스는 연결 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템과 비교해서 더 얇은 패널의 사용을 가능하게 함.
 

1.3 연구의 중점

프리캐스트 콘크리트 포장 기술은, 매년 건설되는 프로젝트의 증가와 프리캐스트 콘크리트 포장을 콘크리트 포장 보수 및 수선을 위해 특정하는 유관기관들의 증가와 함께 성숙하고 있음. 미국에서 건설된 프로젝트의 성능에 의하면, 프리캐스트 콘크리트 포장이 가지고 있는 다음의 핵심적인 네 가지 요소를 신뢰성있게 달성하는데 충분한 진보가 이루어졌음:

1.  시공성: 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 설치에 대해 받아들여질만한 생산률을 담보하기 위한 기법 및 장비가 현재 가용함
2.  콘크리트 내구성: 프리캐스트 패널의 플랜트 제작은 강도 및 내구성 측면에서 우수한 콘크리트 성질로 이어짐
3.  연결부에서의 하중 전달: 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 연결부에서 효과적인 하중 전달을 달성하는 신뢰성있고 경제적인 기법이 현재 가용함
4.  패널 지지 상태: 적절하고 균일한 지지 상태를 제공하는 기법이 지속적으로 개선되고 있음
 

i)       현장 테스트에 근거한 결론

SHRP 2 R05의 일환으로 16개의 프리캐스트 콘크리트 포장 프로젝트에서 수행된 현장 테스트에 의하면, 현재 사용되는 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템은 교통 하중 하에서 잘 수행하는 능력을 가지고 있음. 이러한 결과는, 신속한 도로포장 수선 및 수선을 달성하기 위해 프리캐스트 콘크리트 포장 기술을 사용하고 있거나 사용할 예정인 고속도로 유관기관들에게 신뢰성을 제공함. 건설된 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 거동 및 성능은 현장타설 콘크리트 포장도로와 유사한 것으로 보임.

ii)     프리캐스트 콘크리트 포장의 사용에 대한 가이드라인

다음의 가이드라인이 이 보고서에 포함되어 있음:

1.  프리캐스트 콘크리트 포장 프로젝트의 선정에 대한 가이드라인: 이러한 프로젝트 선정 가이드라인은 보수 또는 수선을 위해 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템을 고려하고 있는 고속도로 유관기관들에게 안내를 제공함.
 
2.  프리캐스트 콘크리트 포장 시스템 수용(acceptance)에 대한 가이드라인: 이러한 가이드라인은 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 승인에 필요한 요구사항을 다룸. 승인 절차는 두 부분으로 구성됨: (a) 제작자의 표준 도면과 표준 설치 절차에 대한 제출 및 검토; 그리고 (b) 시험 설치에 대한 건설 및 평가
 
3.  프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 설계와 관련된 개선된 사례에 대한 가이드라인: 이러한 가이드라인은 고속도로 유관기관들에게 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템의 설계에 대한 절차를 제공함. 가이드라인은 현장 타설 콘크리트 포장에 대한 사례, 새롭게 개발된 AASHTO Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (2008)의 사용, 그리고 현장 타설 콘크리트 포장과 프리캐스트 콘크리트 포장의 거동에서의 차이점에 대한 고려에 근거하고 있음.
 
4.  프리캐스트 콘크리트 포장 제작에 대한 가이드라인: 이러한 가이드라인은 프리캐스트 플랜트 인증, 플랜트 기술자 인증, 콘크리트 요구사항, 패널 하드웨어, 일반적인 패널 제작 절차, 품질 보증 및 품질 관리 요구사항 등을 다룸. 프리캐스트 콘크리트 제작은 구축된 기술이며 산업계의 표준과 고속도로 유관기관의 시방서에 의해 관리됨.
 
5.  프리캐스트 콘크리트 포장 설치와 관련된 개선된 사례에 대한 가이드라인: 이러한 가이드라인은 고속도로 유관기관들과 계약자들에게 프리캐스트 콘크리트 포장 시스템을 설치하는데 개선된 안내를 제공함.
 

iii)    모델 시방서

고속도로 유관기관들에게 그들의 프로젝트에 프리캐스트 콘크리트 포장을 사용하는데 있어 기관 고유의 계획을 개발하기 위한 프레임워크를 제공하기 위해 모델 시방서가 개발되었음. 모델 시방서는 다음의 웹사이트에서 가용함(www.trb.org/Main/Blurbs/167788.aspx).

2. 소개

포장도로 수선 및 재건설은 미국의 모든 고속도로 유관기관들의 주요 활동임. 이러한 활동은 기관의 자원에 상당한 영향을 미치며, 광범위한 차선 폐쇄는 교통 교란의 원인이 됨. 주요 고속도로 시스템에서의 교통량(특히, 도시 지역에서)은 지난 20년간 상당히 증가하였고, 이는 기대했던 것보다 일찍 고속도로 포장도로의 수선 및 재건설을 요구함. 도시 지역에서 포장도로 수선은 고속도로 유관기관들에게 상당한 어려움을 가져다 주는데, 왜냐하면 건설과 관련된 교통 체증과 안전과 같은 이슈 때문임. 많은 기관들은 또한 “지금의 더 긴 지체와 더 긴 서비스 수명” 대비 “지금의 더 짧은 지체와 더 짧은 서비스 수명” 사이의 딜레마에 빠져있음.

최근에 많은 기관들은 더 빠르지만 내구성있는 포장도로를 생산할 수 있는 포장도로 수선 및 재건설 전략을 연구하고 있음. 더 짧은 포장도로 수명으로 이어지는 신속한 수선(expedient rehabilitation)은 대부분의 고속도로 유관기관들에 의해 더 이상 고려되고 있지 않음. 유망한 대안 기술로 모듈 방식의 도로포장 기술, 특히 프리캐스트 콘크리트 포장 기술이 거론되고 있음. 이 기술은 포장도로의 신속한 보수 및 수선을 가능케 하고 내구성 있고 더 오래 지속되는 포장도로로 이어지게 함. 신속한 건설 기법은 차선 폐쇄 및 교통 혼잡을 최소한도로 유지시켜 운전하는 대중들에 대한 영향을 상당히 줄여줌. 도로 사용자와 작업자의 안전도 이들의 건설 교통에 대한 노출을 감소시킴으로써 향상됨.

프리캐스트 콘크리트 포장 기술은 40년 이상 동안 간헐적으로 연구되어 왔음. 초기에 이 기술은 기술적 호기심(프리캐스트 콘크리트 포장 기술이 기술적으로 실현가능한지 알기 위해) 또는 긴급 보수 기법(오랜 수명을 가진 성능에 대한 고려가 거의 없이)으로 간주되었음. 최근까지 이 기술을 비용 대비 효과적인 전략으로 완전히 개발하거나 생산 기반으로 기술을 사용하기 위한 진지한 노력이 이루어지지 않았음. 오늘날, 많은 교통량의 도시 지역 코리더에서의 고속도로 시스템의 한계는 적시의 포장도로 보수 및 수선에 대한 필요를 긴급하게 만들고, 고속도로 유관기관들로 하여금 더 짧은 차선 폐쇄와 경제적이고 오랜 수명의 포장도로를 가능케 하는 혁신적인 기술을 찾도록 만들었음. 지난 10년간, 새로운 프리캐스트 콘크리트 포장 기술이 개발되었고, 이 기술의 사용은 기술적으로 실현가능하고 개별 프로젝트 기반에서 경제적으로 정당화될 수 있게 되었음. 2001년에서 2011년 말까지, 20만 제곱야드가 넘는 프리캐스트 콘크리트 포장이 미국에서 건설되었음.

지난 수년간, 프리캐스트 콘크리트 포장 기술의 사용에 대한 더 나은 안내서를 개발하기 위해 여러 이니셔티브가 시작되었고, 많은 보수 및 수선 프로젝트가 이 기술을 사용하여 건설되었음. 그러나, 잘 문서화된 설계 및 시공 가이드라인의 부족은 이 기술의 폭넓은 사용을 가로막고 있음. 추가적으로, 설치된 프리캐스트 콘크리트 포장 프로젝트의 성능도 잘 문서화되어 있지 않아서 프리캐스트 콘크리트 포장의 현장 성능과 관련된 많은 의문이 남아 있음.