도로포장의 파손 형태와 보수

[카게하시]

1. 포장 파손의 종류와 원인

포장 파손의 원인은 아래와 같이 내적인 요인과 외적인 요인으로 구분할 수 있으며 포장 공법의 종류별로 시공 특성 및 설계 특성 등에 따라 파손이 형상이 달리 나타나며, 포장이 놓여진 위치에 따라 그리고 하중이 가해지는 위치에 따라 파손 위치가 구분된다.

◦ 내적 요인 : 포장 단면의 부족, 재료의 불량, 배합설계 불량 등

◦ 외적 요인 : 차량하중 과다, 환경하중, 시공불량 등

따라서 포장의 파손은 도로의 등급별로 상이하게 나타날 수 있다. 예를 들어 도시부 도로와 같은 단속류 도로의 경우에는 교차로에서 소성변형과 같은 파손이 많이 발생할 수 있으며, 연속류 도로에 있어서는 기하구조 및 교통량에 따라 파손이 발생한다.

일반적으로 배포된 국내의 유지관리 관련 지침은 고속국도 및 일반국도에서 제정한 것들이 있으나, 파손의 분류 기준이 약간씩 상이하며, 보수 공법 역시 조금씩 상이하여, 향후에는 이들 유지보수 공법별 보수 기준의 제시가 필요하다.

포장 형식별로 일반적으로 나타나는 파손 형상, 원인 그리고 보수 공법을 <표 1>과 <표 2>에 나타내었다.

<표 1> 콘크리트 포장 결함의 종류, 원인, 보수방법

종 류	결함 내용	원 인	보수 방법
단차 (Faulting)	줄눈이나 균열 부위에서 표면에 층이 지는 현상	- 펌핑 - 노상 지지력 부족 - 슬래브 아래로 침투한 물이 동결 또는 동상	- Grouting (지지력 보강) - Grinding - 줄눈, 균열의 Sealing - 지하 배수구 설치
Blow-up	일종의 좌굴(Bucking) 현상으로 슬래브가 심하게 파손되거나 위로 솟아오름	- 온도 및 습도의 상승 - 줄눈 또는 균열부에 이물질 침투 - 다우웰바가 콘크리트 에 붙어 버린 경우 - 팽창줄눈이 없거나 제대로 작동치 않은 경우	- 전단면 보수 - 팽창줄눈 설치
Spalling	균열이나 줄눈의 모서리 부분이 떨어져 나감	- 하중에 의한 처짐으로 모서리가 부서짐 - 휨 현상 - 이물질 침입 - 다우웰바의 정렬불량 - 철근부식	심한 경우 소파보수(부분 단면 또는 전단면 보수)
Punch-out	CRCP에 주로 발생	- 지지력부족 - 균열간격이 좁은 경우 - 피로하중	전단면 보수
균열 (Cracking)	1. 횡방향 균열	- 온도 변화, 건조수축 - 줄눈 간격이 너무 긴 경우 - 지지력 부족 - 줄눈 시공 불량 - 노상토의 Swelling, 건조수축	심한 경우 균열 틈을 잘 청소하고 Sealant 주입
	2. 종방향 균열	- 휨 현상(온도, 습도 변화) - 종방향 줄눈 시공 불량	심한 경우 균열 틈을 잘 청소하고 Sealant 주입
	3. 모서리 균열	- 지지력 부족 - 과적	균열틈의청소후Sealant 주입 소파보수
	4. D형 균열	- 동결융해 - 알카리 골재 반응	균열틈의청소후Sealant 주입 소파보수

<표 2> 아스팔트 포장 결함의 종류, 원인, 보수방법

종 류	결함 내용	원 인	보수 방법
라벨링 (Ravelling)	포장체 표면 또는 가장자리로부터 골재가 이탈되는 현상	- 아스팔트 혼합당시 골재에 흙이 포함되거나 이물질이 포함된 경우 - 아스팔트 함량 부족 - 다짐 및 양생 불량 - 아스팔트의 경화 (aging)	결함이 약한 곳에서는 아스팔트를 spray, 심한 곳은 부분단면 보수 또는 덧씌우기
Flushing	아스팔트가 표면으로부터 유출 주로 더운 여름철에 바퀴자국을 따라 발생	- 아스팔트 함량 과다 - 프라임코트가 과다한 경우 - flushing이 있던 포장위에 아스팔트 덧씌우기 한 경우	결함이 심한 경우에는 seal coat또는 덧씌우기
Rutting	- 바퀴자국을 따라 발생한 영구변형 - 하중에 의한 압축과 아스팔트 층 재료의 수평이동에 의해 주로 발생	- 아스팔트 함량 과다 - 배합설계 불량 - 바인더의 선택 불량 - 과도한 하중	- 절삭 처리 - 국부적으로 심한 경우 소파보수 - 절삭 덧씌우기

<표 2> 아스팔트 포장 결함의 종류, 원인, 보수방법(계속)

종 류	결함 내용	원 인	보수 방법
균열 Cracking	바퀴자국을 따라 발생한 균열	- 과적(특히 해빙기) - 아스팔트 표층이 약한 경우	- 씰란트 주입 - 심한 경우 소파 보수
	종방향 시공 줄눈 균열	- 시공불량 - 온도 하강 등	- 씰란트 주입 - 심한 경우 소파 보수
	가장자리의 중앙선에 평행하게 발생한 균열	- 동결융해 - 지지력부족 - 포장폭의 부족 - 배수불량	- 배수개선 - 소파보수
	횡방향 균열	- 온도강하에 의한 수축 - 아스팔트재료 선택불량 - 동결융해 - 반사균열	- 씰란트 주입 - 소파보수
	거북등 균열	- 지지력부족 - 배수불량 - 차량반복하중 - 과적하중	- 소파보수 - 재활용 - 재시공 - 소파보수 후 덧씌우기

2. 유지보수 공법

가. 개요

도로포장의 유지보수는 포장 평가에 의해 파손의 종류 및 등급에 따라 보수공법이 정해지는데, 여기서는 국내에서 가장 일반적으로 적용되고 있는 보수공법에 대하여 간략하게 정리하였다.

나. 아스팔트 포장의 유지보수 공법

◦ 소파보수(패칭) : 포트홀 또는 경미한 거북등 균열 등과 같이 국부적으로 심하게 발생된 파손의 경우 표층 또는 기층을 제거하고 새로운 아스팔트 혼합물 재료를 채우는 방법으로 시공되며, 온도관리, 다짐관리 그리고 양생관리가 중요하다.

<그림 3> 패칭용 가열 혼합물 재료 운반 장비

◦ 균열실링 : 포장체 표면에 발생하는 균열에 실런트를 주입하는 방법으로, 실링 주입 전 균열부의 청소 및 건조 상태가 매우 중요하며, 실링 후 양생이 완료된 후에 교통을 개방해야 한다. 균열은 가능하면 파손이 발생된 후 바로 수행하는 것이 가장 경제적이다.

◦ 슬러리실 : 유화아스팔트, 잔골재, 석분 그리고 적당량의 물을 가한 혼합물을 6～12mm 정도로 포장면에 얇게 포설하는 공법으로 교통량이 많지 않고 표면결함의 정도가 심하지 않은 구간에 수행하는 것이 적합하다.

◦ 박층 덧씌우기 : 포장의 손상방지 및 미끄럼 저항성을 증진을 위해 2.5cm 두께의 덧씌우기를 시행하는 방법이다. 본 보수공법은 포장의 요철을 저감하고 승차감을 증진시킬 목적으로 사용되며, 구조적 보강에는 적용되지 않는다.

◦ 덧씌우기 : 포장체의 구조적 지지력이 저하된 경우 보강을 위하여 수행되는 공법으로 덧씌우기 실시 전 기존 포장체에 발생한 파손은 보수한 후에 덧씌우기를 수행하는 것이 타당하다.

◦ 절삭 덧씌우기 : 소성변형이 표층에만 발생한 경우 또는 주변 구조물로 인해 포장체의 계획고를 높일 수 없는 경우에 수행하는 공법으로 시공 시 배수의 영향을 고려해야 한다.

다. 콘크리트 포장의 유지보수 공법

◦ 실링 : 콘크리트 포장의 실링은 줄눈부와 균열부 실링이 있다. 줄눈부의 경우에는 주기적으로 파손 평가 및 보수를 수행하면 포장의 수명을 증가시킬 수 있으므로 매우 중요하다.

◦ 전/부분 단면 보수 : 균열 및 스폴링 등의 파손이 심화된 경우 수행하는 공법으로 보수 재료의 선정 시 기존 포장체와의 접착성, 재료의 내구성 등을 고려하여 결정해야 하며, 유지보수 실시할 때 하중전달의 효과 및 줄눈부의 효과 검증 등을 검토해야 한다.

◦ 그라인딩 : 하부 구조의 펌핑의 심화로 인해 발생된 포장체의 단차를 줄이기 위한 초창기 보수 공법으로 가능하며, 하부를 보강하는 서브 실링 공법과 동시에 수행하는 것을 검토해야 한다.

◦ 서브 실링 : 줄눈부 파손을 통해 침투한 물로 인해 침식된 하부 구조를 보강하고 더 이상의 침식이 발생되지 않도록 아스팔트 또는 시멘트를 주입하는 공법으로 서브 실링의 양을 파악하기 위한 평가가 매우 중요하다. 만일 슬래브의 침하량이 큰 경우에는 슬래브를 원 위치까지 회복하는 슬래브 재킹법을 검토해야 한다.

라. 예방적 유지보수 공법

예방적 유지보수는 포장의 전체 수명주기에서 구조적 문제가 발생하기 이전에 경제성 측면과 최상의 공용성을 유지할 목적으로 실시되며 주로 표면 결함을 보수하는 표면처리(surface treatment)와 균열 실링(sealing) 등이 있다. 이러한 보수방법은 최소 비용의 유지보수 공법을 적용하여 초기 공용 상태로 포장의 기능을 유지하는 기술로서 최근 미국에서 많이 적용되고 있다. 다음의 <그림 3>은 포장 상태에 따른 유지관리 방법을 나타낸 것으로 예방적 유지보수 공법은 포장이 양호한 상태에 반복적으로 수행하는 것으로 전체 공용 수명을 연장하는데 효과적인 보수 방법이다.

<그림 3> 예방적 유지보수 공법의 적용

(1) 포그실(fog seal)

포그실은 완속 경화형 유화 아스팔트를 얇게 살포하여 포장 표면의 미세 균열과 공극을 채워 노면을 재생하는 공법이다. 일반적으로 포장 표면의 노화에 의해 나타나는 현상으로 아스팔트의 노화 진전에 따라 표면의 골재가 이탈되면서 라벨링 등이 나타난다. 이러한 교통량이 상대적으로 적은 도로포장에 4시간에서 5시간 정도 교통을 차단하고 유화아스팔트의 포설과 경화가 충분하면 적절한 표면 마찰력을 제공하는데 효과적인 공법이다. 본 공법의 장점은 시공 비용이 상대적으로 저렴하면서 표면 처리 공법의 적용을 1년에서 2년까지 늦출 수 있다는 것이다. 시공 과정에서 주의할 점은 과도한 유화아스팔트가 살포되어 미끄럼 저항성이 떨어지는 경우이며, 이를 막기 위해서는 표층의 공극률이 최소 5% 이상인지를 확인하고, 필요한 경우 소량의 모래를 살포해도 무방하다.

(2) 재생제(rejuvenator)

아스팔트 포장 표면이 과도하게 노화된 경우에 이를 재생시키고, 2차 파손을 방지하기 위해 포장 표면에 아스팔트 살포기를 사용하여 재생제를 살포하는 보수 공법이다. 여기에 사용되는 재생제는 적정한 시간내에 포장체내로 최소 6.4mm까지 침투할 수 있어야 한다. 만약 포장 표면이 치밀하거나, 재생제의 점도가 너무 높거나 혹은 살포량이 과다한 경우에는 표면에 얇은 피막이 형성되어 미끄럼 현상이 초래될 수 있다. 그러므로 재생제는 주로 교통량이 적고 저속의 도로 혹은 주차장에 적용된다. 본 공법의 적용을 통해 표면 처리 공법의 적용을 1년에서 2년 정도 연기시킬 수 있다.

(3) 칩실

아스팔트 포장의 표면에 노화 현상이 진전되어 골재의 이탈 현장이 나타난 경우에 적용하는 보수 공법의 하나로서, 노면 위 또는 기층 위에 1회 혹은 2회 이상 시공하는 표면처리 공법이다.

본 보수는 아스팔트 혹은 유화아스팔트를 먼저 노면에 살포하고, 즉시 골재를 얇게 살포한 후 타이어 롤러 등으로 다짐하는 방법으로 진행된다. 과거에는 커트백 아스팔트도 사용되었으나, 현재에는 환경상의 문제로 더 이상 사용되고 있지 않다. 다중 칩실은 이와 같은 공정을 2회 혹은 3회 반복함으로서 시공된다.

<그림 4> 칩실 시공 모습

(4) 슬러리실

본 공법에 사용되는 슬러리 실은 유화아스팔트, 물, 양호한 입도의 잔골재, 채움재의 균질한 혼합물을 사용하며, 적정한 비율로 혼합하는 경우 액상의 크림과 같은 형상을 나타낸다. 이 재료들은 일반적으로 특수하게 제작된 트럭에 상차되어 있는 연속 혼합기에서 혼합되어 슬러리 상태로 스프레더 박스에 공급되어 부드럽고 얇은 층으로 노면에 도포된다. 스프레더 박스의 뒷면에는 일련의 고무 스퀴지가 장치되어 있는데, 그 주변에는 슬러리가 밖으로 흘러나가지 못하도록 차단되어 있고, 이 스퀴지는 슬러리 실의 포설 두께를 조절하는 기능을 한다.

(5) 균열 충전

포장 표면의 균열 충전은 일상적인 유지관리 활용의 하나로서 실시된다. 균열 충전은 먼저 포장 표면의 균열 부위를 깨끗이 청소하고 충전재를 주입하는 방법으로 시공되며, 이를 통해 포장내로 외부의 물 또는 비압축성 재료가 유입되는 것을 방지할 목적으로 적용된다. 균열 충전이 필요한 균열 파손은 종방향 균열, 횡방향 균열, 반사 균열, 단부 균열, 블록 균열 등이 있다. 보통 균열폭이 6.4～12.7mm 이상의 균열이 충전 대상이 된다. 최근에는 다양한 형태의 균열 충전재가 사용되고 있으나, 고무 성분을 첨가한 아스팔트 균열 충전재가 가장 효과적인 것으로 알려져 있다.

<그림 5> 슬러리실의 시공 모습

<그림 6> 균열실링의 시공 모습