△ 도로동결포장 관련

실측 동결깊이, 평균기온 데이터 이용 적합한 동결깊이 관리

한국건설기술연구원(원장 우효섭)은 겨울철의 추운 날씨로 인해 발생할 수 있는 도로 및 부속 시설물의 파손 및 파괴를 줄이기 위해 국내 포장도로 아래 지반의 얼어붙는 깊이를 실제로 측정하여 ‘국내도로의 최대동결깊이 분포도 작성 및 이의 관리 프로그램’을 개발했다.

우리나라는 겨울철에 기온이 0℃ 이하로 떨어지면 지반이 얼고, 봄철에는 지반이 녹는 계절 동토(얼어붙은 땅)지대이다. 기온이 0℃ 이하로 장기간 지속되면 땅 표면 근처의 흙 사이에 있던 물이 얼기 시작한다.

이때 모세관 현상에 의해 땅속 깊숙이 있던 물은 땅 표면 근처에 있는 물이 얼어 있는 얼음층으로 이동하여 점점 커진다. 그리고 이 얼음층으로 인해 지반이 팽창하면서 도로의 갈라짐 등이 발생한다. 이것을 ‘동상’이라 한다. 반대로 해빙기인 봄에는 얼었던 지반이 녹으면서 부피가 컨 얼음이 물로 바뀌면서 도로의 아래지반이 꺼지면서 도로의 갈라짐이 심해지는 ‘융해’가 발생한다.

이러한 동상·융해에 의한 지반의 팽창과 꺼짐으로 도로, 철도, 매설관, 절토사면 등의 국가 기반시설이 파괴되거나 수명이 단축된다.

동결에 의한 피해를 막기 위해서는 노상지반을 동결이 발생하지 않도록 자갈 등으로 바꾼 ‘동상방지층’을 만드는 것이 필요하다. 이때 국내의 기후조건 및 지반의 동토 공학적 성질에 맞는 ‘최대동결깊이’를 산정해야 한다. 그래야만 공사비도 절감할 수 있고 내구성이 높은 적절한 ‘동상방지층의 두께가 결정’될 수 있다.

한국건설기술연구원은 국내 기후 및 지반 조건에 맞는 최대 동결깊이를 산정하기 위해 필요한 동결깊이 실측(실제로 측정함)데이타를 1991년부터 매년 계측해 ‘최대 동결깊이 분포도’를 작성했다. 최대 동결깊이 분포도를 활용해 각 지역에 적합한 동결깊이를 알 수 있기 때문에 매설관의 깊이 및 도로 동상방지층의 두께를 결정할 수 있다.

또한 실측한 동결깊이와 동결지수(Freezing Index: 포장구조와 노상토를 동결시키는 대기온도의 강도와 지속기간의 누가영향)데이터베이스를 구축해 ‘동결깊이 관리시스템(FPDMS·Frost Penetration Depth Management System)’을 개발했다.

이 프로그램은 실측 동결깊이와 기상청 평균기온 데이터를 이용해 구축한 동결지수 데이터베이스를 연동하여 가장 적합한 동결깊이를 관리할 수 있다. 향후 인터넷을 기반으로 하는 프로그램이 구축된다면 전국의 동결깊이 및 동결지수의 확인이 가능해질 예정이다.

한국건설기술연구원 김영석 연구위원은 “국내 최대 동결깊이 분포도의 작성이 완료되고 이의 관리프로그램이 구축됨으로써 매설관의 동파 및 도로의 파괴를 방지할 수 있고, 또한 이들의 유지보수예산을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 적절한 동결깊이를 토목, 건축 구조물의 기초설계 시에 반영함으로써 과다설계 발생을 방지하여 국가예산 절감에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

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