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과제기본정보

도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 연구1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 08CCTI-B050260-01
국가과학표준분류 1순위 건설·교통 | 교통시설·수단·환경 기술 | 도로 시설물 설계·최적화 기술 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 도로 동상방지층의 효용성 검증 및 설치기준 연구
주관연구기관 경희대학교(수원)
총괄연구 책임자 성명 이석근
소속 경희대학교 산학협력단 직위 박사
기관 대표번호 0312013795 FAX 0312028854
총 연구기간 2008-07-30 ~ 2012-08-07
당해연도 연구기간 2008-07-30 ~ 2009-04-29

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 1,762,717,000 80,000,000 40,530,000 120,530,000 1,883,247,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 국내 도로포장두께 설계는 미국에서 개발된 AASHTO 설계법, 일본에서 사용하고 있는 TA설계법 등을 주로 사용하고 있다. 그러나 이들 설계법은 각국의 기준에 맞추어 개발되었기 때문에 우리나라 실정에 잘 맞지 않아 설계수명이 실제 도로수명과 차이를 보이고 있다. 특히, 동결깊이의 결정에 있어 기온자료를 분석하여 만든 동결지수를 근간으로 하여 동결지수와 동결깊이의 상관관계식으로부터 동결깊이를 산정하고 있다.
우리나라는 겨울철 시베리아기단의 영향으로 한랭한 북서풍이 불기 때문에 지역별 기온차가 매우 크며, 봄철에는 그 영향이 약해져 기온이 상승 한다. 동토지역의 지역적 기후 조건 특성으로 국내 도로분야에서는 동결융해(freezing and thawing)로 인한 피해를 줄이기 위하여 도로포장구조를 설계할 때 노상이 동결하는 것을 방지하기 위하여 동상방지층(anti-freezing layer)을 노상위에 별도로 설치하도록 하고 있다.
도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 계절 및 재료 물성 특성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력 정도를 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재, 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용하다 보니 포장설계의 부실 내지는 과다설계의 우려가 있다.
이에 본 연구에서는 현장 계측(온도, 함수비등) 및 실내 동상시험을 통하여 국내기후 환경에 의한 도로 노상토의 동결융해 특성 평가와 합리적인 설계 동결깊이의 결정, 지하수위의 영향, 동상에 민감한 노상토의 처리 등 동상방지층에 관한 종합적인 기준 안을 제시하여 포장 설계 시 반영토록 하고자 한다. 현재까지 개발된 가장 우수한 포장 지지력 측정 장비 중 하나인 Falling Weight Deflectometer (FWD)를 이용하여 현장조건 (성토부, 절토부, 절성경계부) 및 기후조건에 따른 포장 상태의 변화를 분석하고, 도로포장의 동상에 의한 파손 상태, 구조적 지지력 저하 및 계절별 지지력 변화를 파악하고자 한다. 포장 하부구조의 지지력, 재료 물성 및 동상 민감성을 고려한 노상토 분류 체계를 개발하고자 한다.
도로 지하배수시스템 종류별 동상성능평가, 열전도 특성을 고려한 동결깊이 감소기법, 비동상성 재료의 특성 등을 고려한 다양한 동상저감기법의 효용성을 수치해석으로 검증하고 경제성 분석을 통하여 최적의 동상저감기법을 개발하고자 한다. 이러한 연구 성과 도출을 위하여 국내 노상토의 수리특성을 평가하고, 2차원 수분-열 해석 수치해석 프로그램을 개발하여, 다양한 동상저감기법의 효용성을 검증하고자 한다.
연구 대상 범위를 저성토부(2m이하 성토부), 절토부, 절성경계부로 구분하여 제시된 선행과제의 현장 계측기 및 기존 시험시설을 적극 활용하여 다양한 조건에서의 현장 계측과 실내동상실험을 통한 동결융해 특성을 규명하고, 동결융해 반복에 의한 도로 노상의 공용성 저하에 따른 합리적인 대처방안을 연구하고 분석된 결과를 기초로 지하수위, 온도 등 다양한 조건에서의 합리적인 동상방지층의 설치기준안을 제시하고자 한다.
최종목표 본 연구는 2m 이하 저성토부, 절토부 및 절성경계부 등을 구분하여 재료별 열전도 시험, 동결깊이 예측모델 개발, 동상방지층의 구조적 역할 규명, 노상토 등급화 및 현장시험/실내 동상모사시험 등의 연구를 수행하여 동상방지층의 효용성 검증을 통한 우리나라 실정에 적합한 설치 기준을 제시하고자 한다. 또한 이러한 설계 기준의 정비로 도로를 건설하는 지역에 적합한 포장단면을 제시하여 그동안 무분별적으로 사용되었던 동상방지층 사용에 대한 기준을 정립함으로써 국가 예산 절감효과에 기여하는데 목표가 있다.
O 1세부과제 : 도로 동상방지층 설치 기준 개발
- 1-1과제 : 최근 기후조건의 전국 동결지수선도 제시와 포장 재료별 열전도특성 분석과 이를 고려한 동결깊이 예측 모델 개발 및 현장계측 결과를 통한 동상방지층 설치 기준 및 시방서 작성
- 1-2과제 : 도로포장 하부의 동상에 따른 지지력 평가 및 등급 체계 개발
- 1-3과제 : 다양한 동상저감기법에 대해 동상저감 효용성을 검증하고 경제성
분석을 통한 최적의 동상저감기법 개발

O 2세부과제 : 현장계측을 통한 도로동상 평가 및 실내 모사 시험 연구
- 2-1과제 : 북부지역 현장 계측(온도 및 함수비) 및 도로 현장 채취시료를
활용한 실내 동상 시험을 통하여 동상방지층의 효용성 검증
- 2-2과제 : 남부지역(동결지수 350℃/일 이하)에 대한 계측기 현장시험 및
계측자료 분석
- 2-3과제 : 현장 계측 모니터링 시스템 구축
연구내용 및 범위 O 1세부과제 : 도로 동상방지층 설치 기준 개발
o 1-1과제 : 도로동상방지층 설치 기준 연구
- 도로포장 및 노상토 재료별 열전도 시험
- 도로포장 특성에 따른 동결깊이 예측모델 개발 연구
- 도로동상방지층의 구조적 역할 규명
- 도로동상방지층의 재료 기준 개발
- 도로동상방지층 설치 기준 작성
o 1-2과제 : 도로 지지력 분석 및 노상토 등급화 연구
- 도로 동상방지층 유무에 따른 노상 지지력 연구
- 계절별 현장시험(FWD 등)에 의한 포장 구조체 지지력 분석
- 도로 노상토 등급화 연구
o 1-3과제 : 도로 동상저감기법 개발
- 도로지하배수시스템 종류별 동상 저감 성능 평가
- 도로 동상저감기술 개발을 위한 노상토 수리특성 평가
- 도로 동상방지를 위한 수분 영향 저감기법 개발
- 열전도 특성을 고려한 도로포장 동결 깊이 감소 기법 개발
- 비동상성 현장재료를 이용한 치환 기법 개발
- 동상방지층 설치유무와 저감기법 적용에 따른 경제성 분석

O 2세부과제 : 현장계측을 통한 도로동상 평가 및 실내 모사 시험 연구
o 2-1과제 : 북부지역 도로의 포장구조체 현장계측 및 실내동상모사 시험 평가
- 해외 도로포장에 대한 현장 계측기 운영실태 조사
- 선행연구과제 도로 현장 계측기 보수 및 활용(8개소 내외)
- 북부지역 계측을 위한 도로 현장선정 조사 및 현장 계측기 매설(27개소 내외)
- 북부지역 도로 현장 계측기 자료 수집 및 지속적인 유지보수
- 도로 현장 채취시료를 활용한 실내 시험(선행연구결과 분석 포함)
- 대형냉동고를 활용한 동결융해 가속시험
- 옥외 동상시험 및 동상 특성 분석
o 2-2과제 : 남부지역 도로의 포장구조체 현장계측 시스템 구축 및 계측결과 분석
- 포장도로와 관련된 동결융해 현장 연구 자료 수집
- 남부지역 계측을 위한 도로 현장선정 조사 및 현장 계측기 매설(16개소 내외)
- 남부지역 도로 현장 계측기 자료 수집 및 지속적인 유지보수
o 2-3과제 : 현장 계측 모니터링 시스템 구축
- 저성토(2m이하)구간 Pilot현장 계측기 설치 및 지하수위에 의한 모관상승고 측정
- 현장 계측자료(온도, 함수비, 모관상승고)의 DB구축 및 분석
- 현장 계측자료의 지속적인 모니터링 방안 연구
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 o동결 메커니즘 및 동상과 관련된 포장 재료의 물리적 특성 연구
o시험도로를 이용한 동상방지층의 역학적 특성 평가
o포장 하부구조 지지력 평가 기준 개발 및 FWD 조사 /평가
o동상저감기법 개발 연구기반 구축
o현장계측기 매설 및 실내실험을 통한 동상팽창압의 변화 분석
o연구자료 수집 및 현장계측기 설치 		- 동결관련 기초이론 연구
- 포장재료의 물리적 특성 분석
- 동상방지층의 계절적 함수비 및 온도변화특성 분석
- 동상방지층의 단면특성별 지지력 분석
- 포장 하부구조 지지력 평가 기준 개발
- FWD를 이용한 포장체의 구조적 특성 분석
- 국내 특성이 반영된 도로포장 동상메커니즘 규명
- 국내외 다양한 동상저감 기법의 특성 분석
- 현장 계측기 매설
- 동상방지층 연구 기초기술 확보
- 동결지반의 역학적 특성분석
- Pilot 현장 계측기 설치 및 계측 자료 수집
연구성과 기술적 기대성과 - 최근의 기후특성을 반영한 동결지수선도 제시
- 국내 환경 및 재료에 부합되는 동결깊이를 산정
- 동상방지층의 합리적 두께 설정
- FWD 시험을 이용한 동상 방지층의 효과 규명
- 노상토의 동결융해와 포장체의 공용성간의 관계 규명
- 합당한 동상저감기법 적용 기술 개발
- 도로 포장체 동상 메커니즘 이론적, 실험적, 수치해석적
핵심요소기술 확보
- 국내 노상토 재료 불포화토 수리특성 D/B
- 기초기술개발로 기술력 확보
- 토목기초 기술 확보를 통한 북방지역 도로건설시 경쟁력 확보
- 도로의 동상방지층 설치 기준 및 동상 저감 기술 개발
- 동상방지층 설치 여부 기준 정립
- 무분별한 동상방지층 설치 억제
- 동상 방지재료 사용방안 정립
- 현장 도로 포장에 계측기 설치 기술력 확보
- 현장도로 시험의 기술력 확보 및 계측 DB 구축
- 모니터링 시스템의 활성화로 유지관리 기술력 확보
사회 경제적 파급효과 - 도로포장의 합리적 설계로 인한 도로건설예산 절감
- 동상에 의한 파손 절감에 따른 유지보수예산 절감
- 도로건설시 건설비 절감 효과
- 동상 방지층의 구조적 효과 평가로 공사비 절감
- 효과적 동상저감기법 적용은 도로 건설비 및 유지관리 비용 저감
- 도로 동상저감 기술력 학보로 해외 건설시장 창출
- 도로 이용자의 안정성 및 쾌적성 확보 요구에 부응
- 도로건설비용 절감
- 석산개발 억제로 환경파손 최소화
- 석산개발에 따른 민원감소
- 동상방지층 사용재료 절감
- 동상피해로 인한 복구비용 절감
- 도로 동상 설계기준의 정립을 통한 건설예산 절감
- 차후 계절적 동상지역의 건설산업 진출시 기술력 우위 점유
- 도로 환경요소 측정 계측기 시스템의 전국적인 망 구축
- 동상방지층 재료 구득에 따른 석산 개발 억제
- 동상방지층 계측 자료의 효과적인 성능평가 및 통합유지관리
실현으로 유지관리 비용 최적화
활용방안 - 지침 및 시방서에 반영
- 동결 노상토에 대한 합리적인 동상 방지층 설치 기준 마련
- 동상 방지층의 구조적인 효과를 평가하여 포장 설계에 반영
- 최적의 도로포장 동상저감기법 적용
- 합리적 동상저감기법 적용으로 도로 내구성 향상
- 선진외국의 핵심기술에 대한 국내기술력 확보
- 선진국 수준의 도로연장 확보 시 국가예산절감
- 도로 공사비 절감 및 공기단축에 의한 경제효과 발생
- 석산개발 억제로 환경생태 복원 비용 최소화
- 아시안 하이웨이 건설시 공사비 절감
- 도로 기초기술 확보로 경쟁력 확보
- 국내 동상방지층 설계 기준 작성 시 자료 제공
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 도로포장 동결깊이 동상방지층 현장계측 포장설계
영문 Pavement Frost Depth Anti-Freezing Layer Field Measurement Pavement Design
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