교량 콘크리트 구조물과 강구조물에서 적용하는 일반적인 보수, 보강공법 소개

1. 보수, 보강에 대한 필요성 및 공법선정 기준

가. 필요성 판단

나. 공법선정기준

다. 우선순위 및 수준결정

2. 콘크리트 보수, 보강 방안

가. 보수시기의 결정

나.보수, 보강의 흐름도

다.보수공법 및 재료의 선정

1) 표면처리공법

2) 충전공법

3) 주입공법

4) 강판압착공법

5) 보강섬유압착공법

6) 프리스트레싱 공법

8) 앵커공법

9) 보강형 증설공법

3. 강재 보수, 보강 방안

1) Stop-Hole공법

2) 교정공법

3) 도장보수

4) 용접보수공법

5) 볼트교체공법

6) 보강판고력볼트 체결공법

8) 외부Cable공법

1. 보수.보강에대한필요성 및 공법선정기준

구조물의 보수, 보강은 손상구조물의 영향정도, 중요도, 사용환경조건 및 경제성 등에 의해서

보수, 보강방법 및 수준을 정하여야 한다.

가. 필요성 판단

보수의 필요성은 발생된 손상(균열 등)이 어느 정도까지 허용되는가의 판단에 의하여야 하며, 보강의 경우는 부재안전율을 각종 기준에서 정하는 수치이상으로 하기 위하여 어느 정도까지 부재단면 등을 증가시켜야 하는지를 판단하여야 한다.

1) 보수

교량에 발생한 손상들 중에서 교량의 안전성에 심각한 영향을 주지 않는다고 판단하는 손상에 대해서는 보수조치를 행한다. 콘크리트 부재에 주로 적용하는 보수공법은 표면처리, 균열에 대한 에폭시 주입, 모르터 충전, 열화방식, 중성화방식 공법 등이다. 강교의 경우에는 교정, 볼트이완체결, 윤활유 주입, 재도장 등이다.

2) 보강

교량에 발생된 손상들 중에서 교량의 안전성에 심각한 영향을 준다고 판단하는 손상에 대해서는 보강공법을 적용하여 교량의 안전성을 확보해야 한다. 보강공법을 선정할 때에는 그 원인을 정확히 파악한 다음 적절한 보강조치를 실시하며 보강 후 반드시 그 효과를 확인해야한다.

보수, 보강된 부위는 대체로 접근이 어려워 추후 관리가 소홀해 질 수 있으므로 교량관리자는 보수, 보강공사를 철저하게 관리 감독해야 함은 물론 주요 부분은 보강 효과에 대하여 재하시험 등을 통한 철저한 검증이 필요하다.

3) 교체

발생된 손상이 심각하거나 노후도가 심해 보수, 보강효과가 의심스럽거나 보수, 보강보다는 교체나 개축이 유리하다고 판단되는 경우에는 교체조치를 취한다. 일반적으로 교량부재의 교체나 교량 전체를 개축하는 것은 막대한 예산이 소요되기 때문에 명확한 근거자료에 따라 판단되어야 한다.

외관상 노후된 구조물도 실제 재하시험이나 파괴시험으로 평가해 보면 의외로 안전하게 평가되는 결과가 많기 때문에 외관상태, 보수이력, BMS 관련자료 등을 종합적으로 검토하여 판단하여야 한다.

나. 공법 선정 기준

구조물 결함에 따른 보수, 보강은 보수재료와 공법 선정시 구조적 적합성, 시공성, 경제성, 대민 영향도, 미관, 행정상 장래계획 등을 검토하여 결정한다. 이때 중요한 것은 구조물의 결함발생원인에 대한 정확한 분석이며, 이를 통해 적절한 공법을 선정할 수 있고, 또한 적절한 보수재료를 선택할 수 있다. 따라서 시설물관련 제반자료, 진단시 수행한 각종 상태평가 및 안전성 평가 결과를 기초로하여, 결함발생원인에 대한 정확한 분석 후 결함부위 또는 부재에 가장 적합한 보수, 보강공법을 선택하여야 한다.

1) 구조적 적합성

조치방법에는 각각의 공법특성을 갖는 것이 있고, 손상부재의 구조형식과 재질 등에 따라서는 채택이 불가능한 것도 있다. 또 손상부재의 구조계 전체 중에서의 위치적 문제에 대해서도 적합하지 않은 것이 있다. 따라서 조치방법을 선정할 때 이러한 점들을 충분히 검토하고 여기에 기술적, 경험적 내용도 포함해 평가하는 것이 중요하다.

2) 시공성

- 현장조건 : 현장의 시공 가능성 여부 및 교통규제(차선제한, 속도제한, 중량제한, 통행금지 등)의 필요성에 대하여 검토한다. 또 차량을 통행시키면서 공사하는 경우에는 교량진동에 대한 품질관리 문제도 검토한다.

- 시공관리 : 기술적, 품질적으로 시공관리가 충분히 가능한가를 검토한다.

- 공사기간 : 시공기간과 시공시기를 검토하고, 교통규제가 조기에 개방될 수 있는지 여부를 확인한다.

3) 경제성

조치방법별 공사비를 검토한다.

4) 대민 영향도

주변의 주민에 대한 교통장애, 생활환경에 대한 장애를 고려한다.

5) 미관

조치방법 시행 후 미관을 현저히 해치는가를 고려한다.

6) 행정상 장래계획

노선의 선형개량과 중요도, 하천의 개수계획, 도시계획, 문화재로서의 보존성 등을 고려한다.

7) 기타

교량 유지관리상 상기 외에 필요한 사항에 대해서 검토한다.

다. 우선순위 및 수준 결정

1) 우선순위 결정

각 시설물은 주요부재와 보조부재로 이루어져 있으며, 이들 시설물에서 발생된 각종 결함에 대하여, 보강을 보수보다, 주요부재를 보조부재보다 우선하여 순위를 결정한다. 또한 전체시설물에서의 우선순위 결정은 각 시설물이 가지는 중요도, 발생한 결함의 심각성 등을 종합검토 후 결정한다.

2) 수준 결정

보수, 보강의 수준은 위험도, 경제성 등을 고려하여 아래의 경우 중에서 선택한다.

- 현상유지(진행억제)

- 실용상 지장이 없는 성능까지 회복

- 초기 수준이상으로 개선 및 개축

2. 콘크리트의보수 . 보강방안

콘크리트 교량의 유지관리 및 보수, 보강은 발견된 결함의 원인과 기타 조건을 고려하여 가장 적합한 방법을 채택한다. 즉, 보수범위와 규모, 환경조건, 공사기간, 경제성 등을 고려하여 적절한 보수재료, 보수공법, 보수시기를 선정한다.

가. 보수시기의 결정

1) Ⅰ(잠복기) : 외부염화물 이온의 침입 및 부식 발생

2) Ⅱ(진전기) : 부식이 진행되는 단계

3) Ⅲ(가속기) : 축방향 균열발생 이후의 급속한 부식단계

4) Ⅳ(열화기) : 부재로서 내하력에 영향을 미치는 단계

나. 보수, 보강 흐름도

다. 보수공법 및 재료의 선정

□ 보수재료의 종류 와 보수공법

□ 대표적보강공법과 보강재료

1) 표면처리 공법(보수)

미세한 균열(일반적으로 폭 0.2mm 이하)위에 도막을 입혀 방수성과 내구성을 향상시키는 공법이며 균열내부를 처리할 수 없고, 진행성 균열은 보수하기 곤란한 점이 있다.

적용부위<;<;

.미세균열(폭 0.2mm 이하)이 발생된 부위

.방수성, 내구성이 요구되는 부위

.균열의 성장이 멈춘 부위(경우에 따라 진행성 균열에도 적용가능)

.비구조적인 균열이 발생된 부위

유의사항<;<;

.균열의 진행여부에 따라 시공방법을 달리 적용한다.

.균열의 주변을 청결히 하고 충분히 건조시킨 후 적용한다.

.보수후 사용년수의 경과에 따라 성능저하여부를 관찰한다.

.도장시와 양생시 온도, 습도의 관계에 유의한다.

9차시

2) 충전공법(보수)

개 요<;<;

균열폭이 비교적 큰(0.5mm 이상)경우에 적용하는 공법으로서 균열을 따라 콘크리트를 V형이나 U형으로 절취하고 그 부분에 보수재를 충전하는 공법이며 이 공법은 철근이 부식되지 않는 경우와 철근이 부식된 경우로 나누어 보수한다.

적용부위<;<;

.균열폭이 0.5mm 이상인 대형균열 발생 부위

.수밀성과 내구성이 요구되는 부위

.균열의 깊이(보통 10～50mm)가 깊지 않은 부위

.비구조적인 균열이 발생된 부위

유의사항<;<;

.철근의 부식여부에 따라 적정한 충전재료를 사용한다.

.균열의 크기와 깊이에 따라 폭 10～50mm, 깊이 10～50mm 정도의 U형 절취 또는 V형 절취를 실

시한다.

0

3) 주입공법(보수)

개 요<;<;

균열 부분에 에폭시계 수지 및 시멘트계 재료를 주입하여 콘크리트를 일체화시키고 콘크리트의 수밀성을 크게 하며 콘크리트 및 철근의 열화와 부식을 방지하는 공법이다

적용부위<;<;

.방수성, 내구성이 요구되는 부위

.다양한 균열폭(0.25 ～ 5mm)에 따라 적용 가능한 공법

.균열 보수후 미관유지가 요구되는 부위

.비구조적인 균열이 발생된 부위

유의사항<;<;

.균열폭에 따라 적정한 주입공법을 적용한다.

.주입시공시 적정온도를 유지한다.

.균열 주입구가 막히지 않도록 청결히 청소한다

.주입재료는 품질을 확인하고 유효기간이 지난 재료는 사용하지 않는다

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4) 강판 접착공법(보수, 보강)

개 요<;<;

콘크리트 바닥판(Slab)면, 보 또는 기둥면에 강판을 접착하여 기존 콘크리트구조물과 일체화시켜콘크리트 열화와 철근의 부식을 방지함은 물론 하중에 대한 내하력을 증가시키는 공법으로 주입공법과 압착공법 등 두 가지 종류가 있다.

적용부위<;<;

.내하력 향상이 필요한 부위

.강판의 부식이 적거나 접착제의 내구성이 확보되는 경우

.강판의 운반, 설치등 강판 부착작업이 용이한 경우

유의사항<;<;

.바닥판 보수에 적용할 경우 상부로부터 누수에 매우 취약하므로 철저한 방수 시공후 본 공법을 채택한다.

.주입공법, 압착공법등 현장의 여건에 따라 적정한 시공법을 채택

.강판의 접착력을 확보하기 위해 콘크리트의 표면처리를 철저히 하고 수분이나 열화된 부분은 제거한다.

.강판의 두께는 일반적으로 4.5mm 이상의 것을 사용한다.

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5) 보강섬유 접착공법(보수, 보강)

개 요<;<;

열화된 콘크리트 표면을 전체제거 한 후 보강섬유를 에폭시 수지로 함침하면서 접착시켜 강인한 보강섬유층을 형성케하며 콘크리트 표면을 보강하는 공법이다.

적용부위<;<;

.내하력 향상이 필요한 부위

.강판 접착공법적용 대상보다 부식환경이 열악한 경우

.강판 접착공법에 비해 작업조건이 불량한 경우

유의사항<;<;

.바닥판 보수에 적용할 경우 상부로부터 누수에 매우 취약하므로 철저한 방수 시공후 본 공법을 채택한다.

.기존에 설치된 구조물과 보강섬유의 일체화가 가장 중요사항이므로 누수, 콘크리트 표면 결함을제거한 후 시공한다.

.보강섬유는 에폭시 접착제에 의해 구조거동이 좌우되므로 적정한 에폭시 사용이 중요하다

.보강하고자 하는 방향으로 보강섬유가 배치되도록 접착해야 한다.

.현장의 조건에 따라 적정한 보강섬유를 사용한다.

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6) 프리스트레싱 공법(보강)

개 요<;<;

프리스트레스 도입에 의한 보강은 콘크리트에 프리스트레스력을 부여함으로써 부재에 발생하고 있는 인장응력을 감소시켜 균열을 복귀시킬 뿐만 아니라 압축응력을 부여하는 것을 목적으로 하는 공법이며 구조물의 내력 및 강성의 증강, 균열폭의 감소 등의 효과가 있다.

적용부위<;<;

.내하력 향상이 필요한 부위

.균열폭의 감소, 압축응력의 도입이 필요한 부위

.콘크리트의 압축강도가 프리스트레스력을 저항할 수 있는 부위

유의사항<;<;

.부재전체의 구조적 특성을 고려하여 공법을 적용한다.

.콘크리트의 특성, 균열의 방향, 규모에 따라 적정 프리스트레스력을 도입한다.

.현장의 조건에 따라 적정한 긴장재, 정착장치, 긴장용 기구를 선정 적용한다.

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7) 교체공법(교체)

개 요<;<;

교체공법은 손상된 부분만을 제거하여 새롭게 콘크리트를 타설해서 손상을 받지 않은 부분과 같은 정도의 기능으로 회복하는 공법으로 부분교체 공법과 부재를 전면적으로 회복시키는 전면공법이다.

적용부위<;<;

.내하력과 강성 회복이 필요한 바닥판

.바닥판이 전면적으로 손상을 받아 전면 교체나 제거가 필요한 부분.교통량이 적어 장기적인 교통제한이 가능한 교량

유의사항<;<;

.교통제한에 따른 교통계획수립과 우회도로의 개설이 필요하다

.바닥판의 교체시 기존 거더에 손상이 생기지 않도록 유의한다.

.거더의 전단연결재는 설계당시 바닥판과 거더의 합성 또는 비합성여부에 따라 설치하거나 생략한다.

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8) 앵커공법(보수, 보강)

개 요<;<;

균열이 구조내력에 지장을 주는 경우 균열부분을 강봉으로 봉합시켜 내하력을 회복시키는 공법이며 보강해야 할 부위가 넓지 않은 경우에 적용한다.

적용부위<;<;

.구조균열의 보강이 필요한 부위

.중, 소규모의 보강부위

.철근량이 부족하여 추가배근이 필요한 부위

.보강부분이 넓지 않은 부위

유의사항<;<;

.보강재와 기존구조물의 일체화를 도모한다

.앵커에 의한 균열의 봉합효과 확인이 필요하다

.얇은 부재에 적용시 주의가 필요함

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9) 보강형 증설공법(보강, 교체)

개 요<;<;

기존 바닥판 하면의 거더 사이에 1～2개의 세로보를 증설하여 바닥판의 지간을 줄여줌으로써 윤하중에 의한 모멘트를 경감시키거나 가로보를 보강 해줌으로써 교량전체의 보강효과를 꾀하는 보강공법이다.

적용부위<;<;

.주로 바닥판의 내하성능을 향상시키기 위해 적용하는 공법

.바닥판의 지간 감소효과를 통하여 윤하중 저항능력을 향상시키는 공법.바닥판에 누수가 진행되어 강판접착공법이나 보강섬유 접착공법의 도입이 곤란한 경우.차량의 통제가 어려워 바닥판 교체가 곤란한 경우

유의사항<;<;

.증설되는 세로보와 기존 거더의 강성차이로 인한 부등처짐의 발생에 유의한다.

.종형증설로 인해 바닥판의 구조계가 변화되므로 부모멘트가 생기는 바닥판의 상부철근량을 검토한다.

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3 강재의보수.보강방안

강교는 각종의 자연력 및 인위작용을 받아 시간경과와 함께 물리적, 화학적으로 변질；변형되거나성능저하가 진행되어 손상의 형태로 나타나며, 안전진단, 분석평가, 보수；보강의 각 단계를 유기적으로 상호 관련시켜 시행하면 보다 효과적인 보수；보강 효과를 기대할 수 있다.

1) Stop-Hole 공법(보수)

개 요<;<;

피로균열 선단에 구멍(Stop-Hole)을 설치하여 선단부의 국부적인 응력집중을 해소하고, 균열의 진전을 일시적으로 방지하는 방법이다.

적용부위<;<;

반복하중이나 국부적인 고응력의 작용으로 생긴 피로균열의 선단에 적용하며, 보수；보강 등 본격적인 조치에 앞서 균열의 진전을 지연시키기 위해 이 공법을 적용한다.

유의사항<;<;

.Stop-Hole을 설치하는 위치강재비파괴 탐상법으로 균열의 선단을 확인하고, 선단을 중심으로 Stop-Hole을 뚫는다.

.Stop-Hole의 직경Stop-Hole의 직경은 강재의 강도, 균열의 길이, 작용응력에 따라 다르나 ø24.5를 표준으로 하고

최저ø16 이상으로 한다.

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2) 교정공법(보수)

개 요<;<;

변형된 부재를 상온에서 교정하면 상당한 소성변형이 발생되므로 교정 후(소성변형후)의 인성저하를 고려해서 가열교정공법을 적용하는 것이 일반적이다.

적용부위<;<;

이 공법은 구조물이 지진, 화재 또는 외부 충격에 의해 부재에 국부적인 변형이 생겼을 때 적용한다.

유의사항<;<;

.변형이 큰 곳에서 작은 곳으로 서서히 교정하고, 가능한 타격에 의한 교정은 지양한다.

.가열교정시 잔류 변형이 남으므로 시공계획 단계에서 허용변형량을 확인한다.

.완전 복원이 어렵거나 교정결과가 바람직하지 못할 경우 보강판을 첨가하거나 부분적으로 절단 교체한다.

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3) 도장보수(보수)

개 요<;<;

부식에 의해 결함이 발생한 부재는 녹의 진행속도도 빠르고 도막수명도 짧아 구조물의 내력이나 내구성에 영향을 끼칠 수 있다. 부식에 의해 단면손상이나 결함발생이 우려되는 경우 특수한 도장을이용한다.

적용부위<;<;

.먼지나 오물이 쌓여 부식이 우려되는 부위(상부플랜지 상면, 하부플랜지 상면, 거세트판)

.염해 또는 염분에 노출되기 쉬운 부위.강재의 모서리, 구석진 부분등 도장이 곤란하고 빗물이 고이기 쉬운 부분

유의사항<;<;

.시공조건에 대해 충분한 사전조사를 한다.

.구 도장재료를 확인하고 바탕면 처리를 철저히 한다.

.바탕면 처리후 즉시 하도 도장을 실시한다.

.폐쇄된 장소에서 작업할 때는 안전작업에 대한 대책을 수립한다.

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4) 용접 보수 공법(보수)

개 요<;<;

본 공법은 균열이 발생된 부위를 가우징으로 제거한 후 재 용접하여 보수하는 방법과 Tig 용접의비소모성 전극을 사용하여 균열부를 재용융하는 방법, 손상부에 첨접판을 대고 용접하는 방법 등이있고 현장 조건과 결함의 종류에 따라 적정한 공법을 적용하여 보수한다.

적용부위<;<;

.피로균열의 보수

.국부적인 부식부위

.용접결함 부위

유의사항<;<;

.손상의 종류나 정도에 따라 적용되는 공법이 다르기 때문에 용접시공시험을 실시한 후 공법을 선정한다.

.용접부위는 오물을 제거하고 적절한 개선형상을 확보한다.

.악천후시는 환경조건을 고려하여 작업을 중단하거나 대비책을 마련해야 한다.

.용접재료와 용접봉에 따라 용접온도가 다르기 때문에 용접조건에 따라 적절한 용접입열을 유지한다.

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5) 볼트 교체공법(보수)

개 요<;<;

볼트 이음부는 공용중의 진동, 충격에 의해 이완되기 쉽고, 빗물이나 습기에 노출되어 볼트가 부식되기 쉽다. 공용중 결함이 있는 볼트를 교체하기 위해서는 이음부의 구조적 특성을 파악하고, 적절한 순서로 교체한다.

적용부위<;<;

.부식환경이 열악한 장소에 위치한 강교량의 볼트이음부

.강 Arch교의 Rib와 같은 폐단면 구조의 볼트이음부

유의사항<;<;

.볼트교체는 1개씩 수행하는 것이 원칙이지만 여러개를 동시에 수행할 경우에는 구조적 안전성을

검토해야 한다.

.볼트 체결시 도입축력의 편차 및 축력감소를 방지하기 위해 체결력 검사를 수행한다.

.볼트교체는 축력을 받는 경우와 휨을 받는 경우로 나누어 아래의 개요도와 같은 순서로 수행한다.

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6) 보강판 고력볼트 체결공법(보수, 보강)

개 요<;<;

강재의 재질이 불확실하고 작업조건이 나빠 안정된 상태로 용접할 수 없는 강교에서 부식에 의한

단면 결손이나 피로에 의한 균열이 생겼을 때 단면의 보강효과를 기대하는 목적으로 이 공업을

적용한다

적용부위<;<;

.국부적인 부식이 발생하여 단면결손(손실)이 발생한 부위

.국부적인 피로균열이 발생한 부위

유의사항<;<;

.고장력 볼트 접합 방법중 마찰접합방법을 적용한다.

.모재와 보강판을 완전히 밀착시킨다.

.균열의 진행여부를 확인하기 위해 균열 단부를 노출시킨다.

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7) 외부 Cable 공법(포스트텐션법)(보강)

개 요<;<;

강구조물에 이상처짐이 발생하였거나 하중증가로 인해 내하력 향상이 필요한 경우에 적용하며, 부재에 긴장재를 설치하여 프리스트레스를 하는 공법이다.

적용부위<;<;

.내하력의 증가가 필요한 부재

.처짐이나 변형이 심하게 발생된 부재

유의사항<;<;

.정착부의 상세한 응력검토가 필요하다.

.정밀구조해석에 의해 프리스트레스 도입량을 결정한다.

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