투수성 아스팔트포장 구조설계방법에 관한 연구

이수형,유인균,김제원 한국도로학회 2011 한국도로학회논문집 Vol.13 No.3

The porous pavement system is widely considered very effective in urban street because of its various benefits on safety and environment,but the pavement thickness design system has not been established yet. In porous pavement system. rainwater penetrates to the subgrade through porous pavements layers. Porous pavements are expected to reduce or alleviate the problems caused by impermeable pavement layer such as flood damage due to heavy rain in the city, drainage load, disorder in ecosystem, and heat island. However, its structural design methods in traffic roads has not been made mainly because of not being able to consider adequately the effect of rainwater on subgrade strength. In this study, structural design method of porous pavements is suggested after considering the subgrade weakness due to rainwater and numerical mechanical analysis. It is noted that elastic modulus of subgrade is reduced by 20% as subgrade moisture content is increased by 2%at optimum moisture content in the literature review. As a result of both finite element analysis and strength loss of subgrade by the existing design method, it is necessary to increase subbase thickness about 30cm in porous pavements compared with the existing traffic road pavement system. It is similar to premium thickness of structural design of porous pavements in Japan. 도시부 도로에서 투수성포장의 효용성은 널리 인식되고 있으나, 빗물침투로 인한 노상의 약화를 고려한 포장 두께 설계는아직 제시되지 못하고 있다. 도시에서 빗물을 도로포장의 표면에서 바로 배수시키지 않고, 표면을 투과해서 노상으로 침투시키는 구조를 갖는 투수성포장은 도시홍수의 억제, 배수시설의 부하 경감, 지중생태계 개선, 열섬현상 억제 등 기존 불투수성 포장으로 인해 발생되는 여러 가지 문제를 저감시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 투수성포장의 구조설계는 빗물 침투로 노상이 약화되는 현상을 적절히 고려할 수 없어, 투수성포장에 대한 구조설계방법은 아직 제시되지 못하고 있다. 본 연구에서는 빗물에 의한 노상의 약화 정도에 대한 문헌적 정보와 역학적 분석을 통해 잠정적으로 적용할 수 있는 투수성 아스팔트포장의 구조설계방법을 제시하였다. 문헌적 정보는 노상함수비가 최적함수비에서 2% 증가에 따라 탄성계수가 20% 감소한다는조건을 적용하였다. 실제 현장을 대상으로 투수성포장을 적용할 경우 유한요소 해석결과와 기존 설계방법에 노상의 강도저하를 고려한 결과 기존두께에 30cm 정도 보조기층을 보강해야 하는 것으로 분석되었다. 이것은 일본에서 투수성 아스팔트포장의 구조설계에 적용하고 있는 증가두께와 유사한 것으로 나타났다.

투수성 아스팔트 포장에 대한 우려와 실제: 구조적 적합성, 홍수 완화 그리고 비점오염 저감

유인균,이수형,한대석,이상혁,Yoo, Inkyoon,Lee, Suhyung,Han, Daeseok,Lee, Sanghyuk 응용생태공학회 2016 Ecology and resilient infrastructure Vol.3 No.4

Porous pavements are recommended as a Low-Impact Development (LID) method which is a strategy to develop a water cycle as close to a natural state as possible, and to solve the urban impervious surface problems. Porous pavements can yield a solution if it provides a more permeable surface with extra space to contain extra water from building roofs. But there are few applications in Korea because of a lack of recognition and experience. Highway engineers are mainly concerned about the infiltration of water into pavement structures. They worry about the weakening of the asphalt mixture and subgrade, and freezing during the winter season due to the infiltration of water. Meanwhile, hydrological experts doubt the effects of the amount of water to control during the flooding season, and environmental experts prefer a non-point pollution treatment system established beside highway. In this study, from reviewing the history and the body of literature about porous pavements, conclusions regarding the most advanced technologies were made. First, traditional thickness designs can be used for porous pavement, no extra distresses was found by weakening and freezing during the winter season. Second, hydrological design can be made by controlling the thickness of the pavement and the outlet of water. Third, the treatment efficiency of non-point pollution of porous pavements is not worse than any other method. Importantly, it's a more eco-friendly solution because of its lower requirement for de-icing agents. 투수성 포장은 도시에서 불투수면 증가에 따라 발생하는 환경문제에 대응하기 위한 대표적인 저영향개발 (Low-Impact Development, LID) 기법의 하나이다. 도시의 도로가 투수성 포장으로 바뀐다면 도시의 불투수면이 약 절반으로 줄어들고, 더 나가 지붕으로부터의 강수 유출까지 수용할 수 있다면 도로는 도시 물 순환 문제의 원인자에서 해결자로 전환될 수 있다. 그러나 국내에서는 경험과 인식의 부족으로 투수성 포장을 적용하는 경우가 거의 없는 실정이다. 도로 포장을 설계, 시공 및 관리하는 도로 기술자는 전통적으로 포장 구조에 물이 들어가는 것을 피하려 하고, 수자원 전문가는 투수성 포장의 도시홍수 저감효과에 대해서 의문을 가진다. 본 연구에서는 국내외의 다양한 연구 결과를 검토하여 투수성 포장에 대한 역사와 최신 기술을 분석하였다. 최신의 투수성 포장 기술을 요약하면 다음과 같다. 첫째, 투수성 포장은 기존의 방법대로 설계해도 노상 약화와 동결 융해로 인한 구조적인 문제가 없다. 둘째, 투수성 포장의 저수층 두께의 조절로 도시수문 설계에 직접 반영할 수 있다. 셋째, 기존의 다른 비점오염 처리시설에 비하여 수질처리 효과가 떨어지지 않는다. 특히 투수성 포장은 겨울철 제설제 사용을 저감하여 보다 친환경적이다.

바텀애쉬와 굴패각의 혼합률에 따른 간척지 토양의 투수성 개선 효과

김태진 ( Taejin Kim ),김동근 ( Donggeun Kim ),전지훈 ( Jihun Jeon ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 농지 면적 감소로 인해 국내 농지 면적의 약 10%을 차지하고 있는 간척지의 다각적인 활용에 대한 필요성이 증대되고 있다. 간척지를 농지로 이용할 경우 가장 중요한 문제는 간척지 토양의 배수 성능과 염분의 함량이다. 간척지 토양은 주로 세립토로 이루어져 있어 배수 성능이 매우 불량하고 바다와 가까워 해수의 침투로 인하여 염분의 함량이 매우 높다. 따라서 간척지를 효율적으로 이용하기 위해서는 배수 성능의 개선과 염분 농도의 관리가 필요하다. 이는 토양의 투수성과 매우 밀접한 관련이 있으며, 토양의 투수성이 높아질수록 배수 성능이 향상되어 간척지 제염에 더욱 유리하다. 이러한 간척지 토양의 투수성 개선을 위해 배수시설을 설치하거나 다양한 종류의 토양 개량제가 사용되고 있다. 한편 도시화, 산업화에 따라 다양한 산업 부산물이 대량으로 발생하고 있으며, 이를 재활용하는 것은 천연자원의 절약과 산업부산물의 처리에 긍정적인 영향을 미쳐 환경적, 경제적 이익을 얻을 수 있다. 국내 화력발전소에서 산업 부산물인 석탄회가 매년 다량 발생하여 회사장에 매립되고 있으며, 굴, 조개류 등의 패각 또한 다량 발생하여 환경문제를 발생시키고 있다. 석탄회 중 바텀애쉬는 입자가 크고 다공질이기 때문에 투수성이 높아 간척지 토양과 혼합 시 투수성의 개선을 기대할 수 있으며, 패각은 주로 석회질로 구성되어 토양 개량 시 사용되는 석회와 유사한 효과를 나타낼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 간척지 토양에 바텀애쉬와 굴패각의 혼합 시 혼합률에 따른 투수성 개선 효과를 평가하고자 하였다. 혼합토는 재료의 혼합률과 특성, 입경 등에 따라 투수성이 변화하므로 혼합률과 입경을 조절하여 간척지 토양의 투수성 변화를 확인하였다. 본 연구 결과는 산업부산물을 이용한 간척지 토양의 개량 및 배수 설계에 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

혼화재료를 고려한 압축 및 인장상태에서 콜드조인트 콘크리트의 투수성 평가

최세진(Se-Jin Choi),김성준(Seong-Jun Kim),문진만(Jin-Man Mun),권성준(Seung-Jun Kwon) 한국콘텐츠학회 2015 한국콘텐츠학회논문지 Vol.15 No.9

본 연구에서는 하중조건과 혼화재료의 영향을 고려하여 콜드조인트를 가진 콘크리트의 투수성을 정량적으로 실험적으로 평가하였다. 물-결합재비 0.6과 40%의 고로슬래그 미분말 치환률을 가지는 콘크리트 시편에 콜드조인트 콘크리트를 유도하였으며, 압축영역에서는 최대응력의 0%, 30%, 60%, 인장영역에서는 최대응력의 60%로 하중수준을 고려하여 투수성을 평가하였다. OPC 콘크리트 투수계수는 Control에서 2.41×10<SUP>-11</SUP>m/s로 평가되었는데, 압축하중 30% 조건에서 2.07×10<SUP>-11</SUP>m/s로 감소하였으나 60% 조건에서는 2.36×10<SUP>-11</SUP>m/s로 증가하였다. 또한 GGBFS 콘크리트의 투수계수는 각각 2.17×10<SUP>-11</SUP>m/s, 1.65×10<SUP>-11</SUP>m/s, 1.96×10<SUP>-11</SUP>m/s로 같은 경향을 나타내었다. 인장영역에서는 OPC 배합의 투수계수는 Control에서 2.37×10<SUP>-11</SUP>m/s 였으나 60% 조건에서 2.67×10<SUP>-11</SUP>m/s 로 증가하였다. 또한 GGBFS 콘크리트에서는 각각 2.17×10<SUP>-11</SUP>m/s, 2.24×10<SUP>-11</SUP>m/s로 평가되었다. 압축응력 조건에서 투수성은 하중의 증가에 따라 초기에 감소하다가 증가하였으며, 인장응력 재하시에서는 빠른 증가를 나타내었다. 이는 콘크리트내의 공극구조가 하중의 증가에 따라 압밀되고 이후 미세균열발생으로 인해 투수성이 증가하게 된다. 일반 콘크리트에 비해 고로슬래그 미분말, 하중조건, 콜드조인트는 투수성을 크게 변동시키므로 이를 고려한 투수성 평가가 필요한 것으로 확인되었다. This paper presents a quantitative evaluation of water permeability in concrete with cold joint considering mineral admixture and loading conditions. Concrete samples with OPC (Ordinary Portland Cement) and GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag) are prepared considering 0.6 of W/C ratio and 40% of replacement. 30% and 60% loading levels for compression and 60% loading level for tension are induced to concrete samples. In compression conditions, the permeability in control case shows 2.41×10<SUP>-11</SUP>m/s in OPC concrete, and it changes to 2.07×10<SUP>-11</SUP>m/s (30% of peak) and 2.36×10<SUP>-11</SUP>m/s (60% of peak). The results in GGBFS concrete shows the same trend, which yields 2.17×10<SUP>-11</SUP>m/s (control), 1.65×10<SUP>-11</SUP>m/s (30% of peak), and 1.96×10<SUP>-11</SUP>m/s (60% of peak), respectively. In tensile conditions, the permeability increases from 2.37×10<SUP>-11</SUP>m/s (control) to 2.67×10<SUP>-11</SUP>m/s (60% of peak) while that in GGBFS concrete increases from 2.17×10<SUP>-11</SUP>m/s (control) to 2.24×10<SUP>-11</SUP>m/s (60% of peak). Permeability coefficients decreases in 30% of compressive level but increases in 60% level, while results in tensile level increases rapidly. This shows pore structure in concrete is condensed and with loading and permeability increases due to micro-cracking. Permeability evaluation considering the effects of loading conditions, cold joint, and GGBFS is verified to be important since water permeability greatly changes due to their effects.

지오셀을 활용한 투수성포장의 지지력 보강 효과에 관한 연구

이수형,유인균,김제원 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

도시 면적의 많은 부분을 차지하고 도로포장면은 불투수성으로 비가 오면 빗물이 배수구를 통해 신속히 배수됨으로써 도시 홍수 발생, 지하수위의 저하와 용수의 고갈 등 생태계의 불균형을 초래하고 있으며 도시지역의 열섬현상과 같은 환경문제를 발생시키고 있다. 도시부에서 발생되는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 투수성포장이 적용되고 있으나 우수 침투로 노상이 연약화 될 것을 우려하여 차도에는 적용하지 못하고 있는 실정이며 중량이 가벼운 차량이 통과하는 광장, 주차장 및 보도, 자전거 포장에 투수성포장이 이용되고 있다. 차도에 투수성포장을 적용하기 위한 방안으로 투수성포장 하부 층에 연약지반 보강 공법으로 활용되고 있는 지오셀 두께 1.2㎜, 1.5㎜, 깊이 12㎝를 적용하여 지지력을 측정한 결과 두께 1.2㎜ 지오셀은 측정 위치에 따라 상이한 결과를 나타내었으며, 두께 1.5㎜ 지오셀은 보강 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 재하하중이 크면 클수록 그 효과는 더 큰 것으로 평가되었다.

플라즈마 블라스팅을 이용한 유류오염토양의 투수성과 정화효율 개선을 위한 실험적 연구

장현식 ( Hyun-shic Jang ),김기준 ( Ki-joon Kim ),송재용 ( Jae-yong Song ),안상곤 ( Sang-gon An ),장보안 ( Bo-an Jang ) 대한지질공학회 2020 지질공학 Vol.30 No.4

유류오염 토양의 투수성 및 정화효율을 개선하기 위하여 고전압 아크 방전에 의한 플라즈마 블라스팅을 토양에 적용하였다. 이 연구를 위하여 고전압 발생장치를 새로 제작하였고, 실트질 모래인 토양시료, 토양시료에 소석회를 혼합한 시료와 토양시료에 시멘트를 혼합한 세 종류의 토양시료를 다져서 소형 토조와 대형 토조를 제작한 후 각각의 토조내에서 플라즈마 블라스팅을 시행하여 유체확산의 범위와 투수성의 변화를 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행된 토양시료에서는 플라즈마 블라스팅이 시행되지 않은 대조군에 비해 유체의 확산 부피가 약 11~71% 증가하였다. 낮은 전압하에서 플라즈마 블라스팅이 시행되면 토양 내에서는 구조적 취약면(다짐면)을 따라 수평적 확산이 우세하게 나타났으나 높은 전압에 의한 플라즈마 블라스팅은 토양 내에 구형의 입체적인 확산을 발생시켰다. 플라즈마 블라스팅은 투수성 또한 증가시켰으며, 소석회 및 시멘트가 혼합된 토양에서 더욱 뚜렷하게 관찰되어, 플라즈마 블라스팅이 시행된 시료들은 대조군 시료에 비해 투수계수가 450~1,052% 범위로 증가하였다. 플라즈마 블라스팅이 1회만 실시된 토양시료의 투수계수는 방전 전압이 높아질수록 증가하였으나 동일한 전압으로 여러 번의 블라스팅이 시행된 토양시료의 투수계수는 증가하거나 감소하였다. 토양시료에 경유를 이용하여 인위적으로 오염시킨 토양시료에 플라즈마 블라스팅을 실시하여 정화효율을 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행되면, 방전지점 근처의 토양에서는 평균 393%, 방전지점으로부터 20 cm 이상 이격된 하부 토양에서는 평균 239% 정도의 정화효율이 개선되었으나 방전 전압과 정화효율은 상관성을 보이지 않았다. 위의 결과는 플라즈마 블라스팅이 토양의 투수성과 정화효율을 상당히 개선하므로, 유류오염 토양의 원위치 정화에 효율적으로 이용될 가능성을 보여주었다. Plasma blasting which is generated by high voltage arc discharge of electricity is applied to soil mass to improve permeability of soil and cleaning efficiency of oil contamination. A new high voltage generator was manufactured and three types of soil including silty sand, silty sand mixed with lime and silty sand mixed with cement were prepared. Small and large soil columns were produced using these types of soil and plasma blasting was performed within soil columns to investigate the variation of soil volume penetrated by fluid and permeability. Soil volume penetrated by fluid increased by 11~71% when plasma blasting was applied in soil. Although plasma blasting with low electricity voltage induced horizontal fracture and fluid penetrated along this weak plane, plasma blasting with high voltage induced spherical penetration of fluid. Plasma blasting increased the permeability of soil. Permeabilty of soils mixed with lime and cement increased by 450~1,052% with plasma blasting. Permeability of soil increased as discharge voltage increased when plasma blasing was applied once. However, several blastings with the same discharge voltage increase or decrease permeability of soil. Oil contaminated soil was prepared by adding diesel into soil artificially and plasma blasting was performed in these oil contaminated soil. Cleaning efficiency increased by average of 393% for soil located nearby the blasting and by average of 239% for soil located far from the blasting. Cleaning efficiency did not show any correlation with discharge voltage. All these results indicated that plasma blasting might be used for in-situ cleaning of oil contaminated soil because plasma blasting increased permeability of soil and cleaning efficiency.

산성광산배수로 오염된 지하수 정화용 투수성 반응벽체 반응매질 선정 기초실험

지상우(Sang Woo Ji),정영욱(Young Wook Cheong) 대한자원환경지질학회 2005 자원환경지질 Vol.38 No.3

The batch tests were performed to evaluate the applicability of the permeable reactive barrier (PRB) to in-situ treatment of groundwater with high concentration of heavy metals. The leachates used in this study were collected from waste rock dump of the Imgy mine, and have a low pH and high metal concentration. The acidity loading was 65 kg as CaCO 3 /day, metal loading of Fe+Al+Mn was 11.6 kg/day. This type of water could be treated with biological-mediated sulfate reduction using the organic carbon mixture as a reactive media. The batch tests were carried out with five mixtures that were composed with different mixing ratios of mushroom compost, pine-tree bark, and limestone cheep. Results indicated that the PRB could reduce the acidity loading CaCO 3 /day to 12.3 kg and reduce the metal loading to 3.3 kg/day. Considering about the low pH and high metal loading, the contaminated water may be ameliorated by passing it through the buffering PRB composed with inorganic carbonate materials and then through the PRB composed with the organic carbon mixture which can induce sulfate reduction. 중금속으로 오염된 산성 지하수의 현장 정화방법으로 투수성반응벽체 기술의 적용 가능성을 평가하기 위하여 반응 매질 선정을 위한 실내실험을 수행하였다. 처리대상 오염지하수로 이용한 임기광산 폐석적치장 침출수는 낮은 pH와 높은 금속농도를 갖는다(산도부하량으로 65 kg CaCO 3 /일, 금속부하량(Fe+Al+Mn)으로 11.6 kg/일). 이러한 특성의 오염지하수는 반응매질로 유기탄소 혼합물을 이용하여 황산염환원 반응에 의한 처리가 가능할 것으로 판단된다. 다섯 가지 서로 다른 배합비를 갖는 버섯퇴비, 소나무 바크, 석회석의 혼합 반응매질을 이용한 배치실험 결과를 통해 보면 투수성반응벽체를 적용할 경우 산도부하량은 12.3 kg CaCO 3 /일, 금속부하량은 3.3 kg/일로 줄일 수 있다. 대상 지하 수의 낮은 pH와 높은 금속부하량을 고려하여 무기탄소를 위주로 한 완충용 반응벽체를 먼저 두고, 이어서 유기탄소 혼합물로 구성되는 반응벽체로 황산염 환원을 유도하는 방법 적용한다면 보다 효과적인 광산배수에 대한 정화를 기대할 수 있을 것이다.

지오셀 보강 친환경성 투수성포장의 현장 적용성 검토

김영진,조신행,이수형,김낙석 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.2

Increase of paved areas due to urbanism resulted in a rapid increase of impermeable areas. As a result, it caused urban types of frequent floods and water circulation problems. The main objective of the research is to suggest a solution for these typical urban problems. Geocell reinforcement was adopted to improve the bearing capacity in permeable pavements. In this research, a pilot test site was operated to verify the field applications of environment-friendly permeable pavements. In addition, a pavement condition survey was conducted to investigate the performance and durability of the pavements. Test results revealed that the environment -friendly permeable concrete pavement could reduce the environmental problems in urban areas. 도시화에 따른 포장도로의 증가는 불투수성 면적의 증가를 가져왔다. 자연과 다른 도시 환경은 물순환 시스템의 문제로 나타나며, 이로 인하여 도시형 수해 등과 같은 환경 문제가 발생하고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 친환경형 투수성포장의 현장 적용성을 검토하였다. 투수성포장의 지지력 향상을 위하여 지오셀 보강공법을 적용하였으며, 시험포장을 통해 현장 적용성을 평가하였다. 또한, 현장 포장 상태조사를 통하여 공용성능 및 내구성을 분석하였다. 연구결과에 의하면 지오셀의 사용으로 인한 지지력 확보가 확인되었고, 포장층에 형성된 공극을 통해 열환경, 수환경 등의 기타 도시환경을 개선 할 수 있는 것으로 나타났다.

투수성 GFRP 보강 복합체 개발 및 투수성에 대한 연구

조병완,강석원,박철,김장욱 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.3

최근 콘크리트 구조물의 보강방법으로 FRP (Fiber Reinforced Polymer)를 이용한 외부부착보강공법이 많이 활용되고 있다. FRP 외부 부착보강은 중량에 비하여 높은 강도 및 강성, 우수한 내구성과 시공성 등 여러 가지 장점을 가지는 공법이다. 그러나 외부부착보강은 구조물이 투수성이 낮은 보강재로 밀폐되고 수분이 외부로 배출되지 못함으로 인하여, 장기적인 구조물의 손상을 발생시키는 문제점이 있다. 본 연구에서는 계면의 수분을 적절하게 배출할 수 있는 GFRP 보강재를 개발하고 투수성능을 측정하는데 주목적을 두고 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 기존에 많이 사용되고 있는 보강공법을 투수가능한 구조로 변형하고 GFRP 함량을 변수로 보강재의 투수과정을 모사하는 실내 투수시험을 수행하여 보강재의 투수계수를 측정하였다. 또한 보강재의 투수과정에 대한 수치해석을 수행하여 측정된 투수계수 값을 이론적으로 검증하고자 하였다. 그 결과 섬유 함량중 75%의 섬유 함량에서 가장 많은 0.5129 g/h m2의 수분이 배출되었으며, 인장강도 역시 75%였을 때 최대인장강도인 4,76.6MPa를 나타내어 75% 유리섬유 함량의 COSREM GP패널이 통기성 및 구조적으로 가장 우수한 것으로 나타났다. Recently the exterior attaching reinforcement method is being often used by using FRP (Fiber Reinforced Polymer) as a method of strengthening concrete structure. this FRP exterior attaching reinforcement method has several advantages like high intensity, stiffness, good durability and easy installment comparing to its weight. but its structure is airtight covered by reinforcement material whose water permeability is low and water can't be discharged, thus it may provoke a damage to the structure after a long while. the main purposes of this study are to develop GFRP reinforcement material which can discharge the surface water properly and to measure its special functions. for this, we have changed the normal reinforcement material to water permeable structure and measured its water permeance modulus by an indoor test which shows the process of water permeance with the parameter of contained GFRP quantity. also tried to verify the measured value of the water permeance modulus in theory by analyzing the numbers on water permeance process. the test result showed that the biggest quantity of water, 0.5129 g/h m2 was discharged when the fiber contained quantity reached at 75% and the tensile strength was also biggest by 476.6MPa at 75%, so it appeared that COSREM GP panel with 75% fiber contained quantity is the best in ventilation and structure.

시추공 물리검층 자료를 통한 결정질 암반 투수성 단열 판별에 대한 고찰

오양균(Yangkyun Oh),장찬동(Chandong Chang),이태종(Tae Jong Lee) 대한지질학회 2010 지질학회지 Vol.46 No.6