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HEART LAB, South Korea

2Highway Engineering & Airport Research TaskforceHighway Engineering & Airport Research Taskforce

연구 배경1

투수성 블록 포장의 효과2

강우 모사 실험 개요3

실험 결과 및 결론4

3Highway Engineering & Airport Research Taskforce

인간과 환경이

공존하는 도로 건설

신속한 배수 필요

고속 주행 & 저소음

미끄럼 저항성 강조

접근성, 저속 유지

생태학적 도로 요구

내구성, 경관 유지

이동성 강조

접근성 강조

주간선 도로

보조 간선 도로

집산/분산 도로

이면 도로

사람과 친근하게

주변과 어울리게 자연과 조화로움

인간과 환경 위한 도로정비

도로와 연도가 일체화 생태계 고려한 도로정비

21세기 도로건설


어린이 보호구역표시판

속도제한 표시

험프설치

학교구역 표시

색치


서울시 ‘62년 대비 표면유출 482mm/년 증가

하천으로 배출되는 빗물 증가

<서울시 지속능한 친환경 보도 기준 (안) 보고서>

서울시 여름철 한낮 도심 최고 49.4~ 62.1도

(주변 녹지와 온도 차 20도 이상)

<보건 환경 연구원, 2009>

도로환경에 따른 요인 교통사고 비율: 노면 미끄러짐 ->

20% 차지함

스쿨존 어린이 교통사고 분석: 보행중 사고 -> 82%차지함

<도로교통공단, 2009>

‘04년 서울시 연간 우수 침투율 23% , ‘ 62년 대비 지하수유출 70mm/년 감소 => 지하수 줄어 하천 건천화

< 서울시 지속능한 친환경 보도 기준 (안) 보고서>

한강 생화학적 산소 요구량 기준치 1.5~2배 초과, 장기적 수질 오염 <서울지역 환경기술 개발센터, 2008>


연구 배경1





Chicago Green Alley Program


투수성 포장

투수성 표면

우수가 포장기층에

저장됨

노상까지 스며듬

불투수성 포장

불투성 표면

표면 유출수가집수관에 수집됨

포장 표면에 대한 정의

(Ref. Paul Shaffer, 2009)


Chicago Green Alley Program

Sustainable Drainage Systems


(Ref. Nilmini P.W.K. Kadurupokune, 2008)

투수성 블록포장의 유출 특성 - 1

첨두 유출율 지연

첨두 유출율 저감


(Ref. Kelly A. Collins, et al, 2006)

사용된 투수 블록 종류

PICP1 : 12.9 % 표면 공극률PICP2 : 8.5 % 표면 공극률

강우 조건

1st Event 2ed Event Interval

5.1 mm 4.3 mm 약 2시간

Permeable pavement parking lot in Kinston

투수성 블록포장의 유출 특성 - 2

감소

증가저감효과

첨두 유출 저감 효과는 강우발생 시간 간격,

강우량, 강우강도 및 포장 표층, 기층 공극률

에 영향을 받음


20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

Time

Tem

. at

roa

d su

rfac

e (℃

)

Normal As

Permeable As

Permeable ILB

Tem

. at ro

ad s

urface

(℃

)

포장 종류 반사율

투수성블록 포장 0.40

일반아스팔트 포장 0.08

투수성아스팔트 포장 0.07

(Ref. KIMIJIMA, Takeyuki, ANDO, Yutaka, 2009)

포장 종류 및 차량 주행 속도에 따른 정지거리 (m)

20kph 40kph 60kph

포장 표면 상태 건조 습함 건조 습함 건조 습함

아스팔트 포장 1.70 3.20 5.85 9.60 14.2 26.7

블록 포장 1.68 2.50 5.23 8.15 13.6 21.3

(Ref: David. R Smith 2000)

투수성 블록 포장의 기타 특성


연구 배경1





오산 도로교통 연구원 포장가속 시험동

2010년 5월 ~ 7월

투수, 일반블록 포장 시스템에서의 빗물 침투에대한 안정성 검토

유출수 저감효과 분석을 통해 강우초기 저류효과분석

공용횟수, 강우강도, 강우량 변화에 따른 포장체의투-배수 특성 파악

일반 및 투수블록포장 시스템에서의 적절한배수단면 결정


보조기층

투수 CTB

모래

Block

3.5 m

1.5 m

6.7 m

3 cm

8 cm

15 cm

30 cm

블록투수 CTB

블록표면은 구배, 유관의 종단 구배 1% 각 층에 유출량 집수를 위한 U형관 설치 투수 CTB층 위 유출수 집수관 미설치

* 중앙에 차수 위한 철판 설치* 모서리 및 각 벽면에 차수처리

보조기층

불수투 CTB

모래

Block

1.5 m

3 cm

8 cm

15 cm

30 cm

블록불 투수 CTB

철판

평면도

횡단면도


보조기층 다짐 CTB 포설 CTB 다짐

블록 포설 모래 다짐 배수로 설치


◆ 강우 모사량 : 30mm 3회 총 90mm; 강우량 97% 수준 모사

국내 일 강우량 30mm 이하 87%,

60mm 이하 94%, 90mm 이하 97%

<기상청 최근 20년 통계>

투, 배수실험 내용

불투수블록-불투수CTB살수 모습 투수성블록-투수CTB살수 모습

층별 유출수 관측양수펌프를 이용한 살수 모습

3년 강우빈도(60mm/hr, 30min)

30년 강우빈도(200mm/hr, 9min)

모사 된 조건 공용 전 5만 회 10만 회

포설량(L) 300 300 500 300

강우량(mm) 30 30 50 30

강우강도(mm/hr) 200 200 200 60

강우지속시간(min) 9 9 15 30


살수량

시간

Interval2.5hour

Interval2.5hour

1회 2회 3회

Direction

1.5m

6.5m

300ℓ

0.6m

0.6m


연구배경1





-20

-15

-10

-5

0

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000

러팅

량(m

m)

공용 횟수

(회)

일반B-불투수CTB

일반B-투수CTB

투수B-불투수CTB

투수B-투수CTB

AP포장(기층)

BPN 판 정

45∼55 양호한 기상 및 차량 상태일 시 미끄럼에 저항

56∼64심각한 기상 상태만 제외한 조건에서

미끄럼에 저항

65이상 모든 조건에서 미끄럼에 저항

0

20

40

60

80

일반 블록 투수 블록 화강판석 아스팔트

BPN

인접부

가운데

59 57 50 50

9 10

10

(ICPI 판정기준)


좌:줄눈부 포함부, 우:줄눈부 미포함부

1.27E-02

7.00E-02

4.40E-02

0 0.05 0.1

일반 블록 (줄눈포함)

자체투수 블록

(줄눈포함)

자체투수 블록

(단일표면)

(cm/sec)0.01

블록

◆ 대부분 표면 시공성 양호

◆ 6.0 x 10-2 ~ 8.4 x 10-2 cm/sec 정도의 투수계수가 측정

CTB


58

40

196

10

4

23

23

32

56 5871

0

20

40

60

80

100

일반B-불CTB 일반B-투CTB 투수B-불CTB 투수B-투CTB

30년 빈도 (마른 포장)

흡수량 및 미집수량

기층 유출량

표면 유출량

(%)

300L200mm/hr9min(1회)공용 전

◆ 투수성 재료를 포장에 사용 할 수록 예상과 같이 유출수가 줄어 듦

◆ 실험 측정횟수가 증가할수록 포장 포화에 따라 유출량 또한 증가

7967

52

35

17

18

31

28

415 17

37

0

20

40

60

80

100


30년 빈도 (젖은 포장)


기층 유출량

표면 유출량

(%)

300L200mm/hr9min(3회)공용 전


300L60mm/hr30min(1회)공용 10만

300L60mm/hr30min(3회)공용 10만

4734

140

23

2149

40

30

4537

60

0

20

40

60

80

100


3년 빈도 (마른 포장)


기층 유출량

표면 유출량

77

50

2719

20

33

54

45

317 19

36

0

20

40

60

80

100


3년 빈도 (젖은 포장)


기층 유출량

표면 유출량


0%

20%

40%

60%

80%

100%

공용전

(300L-200mm/hr)

5만

(300L-200mm/hr)

10만

(500L-200mm/hr)

표면

유출

량

일반블록-불투수CTB 일반블록-투수CTB

투수블록-불투수CTB 투수블록-투수CTB

0%

20%

40%

60%

80%

100%

공용전

(300L-200mm/hr)

5만

(300L-200mm/hr)

10만

(500L-200mm/hr)

총유

출량




0%

20%

40%

60%

80%

100%

공용전

(300L-200mm/hr)

5만

(300L-200mm/hr)

10만

(500L-200mm/hr)

표면

유출

량



0%

20%

40%

60%

80%

100%

공용전

(300L-200mm/hr)

5만

(300L-200mm/hr)

10만

(500L-200mm/hr)

총유

출량




유출계수 산정Surface type Runoff Coefficient

Porous pavement surfaces

Aggregate

Range of gradations 0.30 to 0.70

Turf, grass cover grater than 50 percent 0.05 to 0.53

Open-jointed blocks

With 0.80″to 0,20″aggragate fill 0.30 to 0.50

Open-celled Checkerblock and Monoslab grid

With topsoil and Kentucky bluegrass 0.00 to 0.27

Open-celled Turfstone(Turfblock) grids

With sandy loam and Bermuda grass 0.18 to 0.36

With topsoil and Kentucky bluegrass 0.00 to 0.56

Porous asphalt

Newly installed 0.12 to 0.40

3 to 4 year after installation 0.18 to 0.29

Dense pavement surfaces

Dense asphalt 0.73 to 0.95

Dense concrete 0.75 to 0.97(Ref: Bruce K, Ferguson, 2005)


구분 이론 출처

방법 A

C: 유출계수

rd: 유출량

M: 강우지속기간

이원환, 수문학(제3판), 2009

방법 B Qp = 0.2778 CIA

Qp: 시간에 따른 평균유출(m3/sec)

C : 유출계수

I: 평균강우강도(mm/hr)

A: 배수면적(km2)

하천설계기준, 2000

방법 C Q’p = 0.2778 CIA

Q’p: 펌프 용량에 따른 첨두유출(m3/sec)

C : 유출계수

I: 평균강우강도(mm/hr)

A: 배수면적(km2)

하천설계기준, 2000

M

m

d

Rm

rC

1


투수블록

투수기층(CTB)

보조기층

노상

모래

살수량ℓ

유출량ℓ

투수블록-투수CTB, 면적 : 1.5*6.5 m2, I = 60mm/hr(약30분)

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 2:00:00 2:30:00 3:00:00 3:30:00 4:00:00 4:30:00 5:00:00 5:30:00

3min 5s10min 26s

15min 25s

2min 23s

5min 19s

300 300 300

0

0.0002

0.0004

0.0006

0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 2:00:00 2:30:00 3:00:00 3:30:00 4:00:00 4:30:00 5:00:00 5:30:00

표면 유출

투수기층 유출


투수블록

투수기층(CTB)

보조기층

노상

모래

유출량ℓ

살수량ℓ

300 300 300

5min 21s

4min 38s 2min 39s

0

0.0002

0.0004

0.0006

0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 2:00:00 2:30:00 3:00:00 3:30:00 4:00:00 4:30:00 5:00:00 5:30:00

3min 42s

2min 38s

2min 54s

투수블록-투수CTB, 면적 : 1.5*6.5 m2, I = 200mm/hr(약9분)

0

0.0002

0.0004

0.0006

0:00:00 0:30:00 1:00:00 1:30:00 2:00:00 2:30:00 3:00:00 3:30:00 4:00:00 4:30:00 5:00:00 5:30:00

표면 유출

투수기층 유출


구분

투수블록-투수CTB 유출계수 C

60mm/hr 200mm/hr

1회 3회 1회 3회

방법 A 0 0.19 0.14 0.45

방법 B 0 0.23 0.21 0.50

방법 C 0 3.08 0.25 0.97

구분 단면별 유출계수 C

60mm/hr,방법 A,3회째

투수B-투수CTB 투수B-불투수CTB 일반B-투수CTB 일반B-불투수CTB

0.19 0.27 0.5 0.77


포장 표면 유출 지연 효과 - 200mm/hr – 9분 동안 지속 살수

구분살수 시작 시간 유출 시작 시간 유출 지연 효과(sec)

1회 3회 1회 3회 1회 3회

표면 0:00:00 5:00:00 0:05:21 5:02:39 321 159

기층 0:00:00 5:00:00 0:04:38 5:02:54 278 174

포장 표면 유출 지연 효과 - 60mm/hr – 30분 동안 지속 살수

구분살수 시작 시간 유출 시작 시간 유출 지연 효과(sec)

1회 3회 1회 3회 1회 3회

표면 0:00:00 5:00:00 - 5:05:19 - 319

기층 0:00:00 5:00:00 0:10:26 5:02:23 626 143

투수 블록 – 투수 CTB


가정사항- 흡수율 : 투수블록 (2.5~7 %), 투수 CTB기층 (1~1.5 %)- 1회 30mm 강우량을 2시간 간격으로 3회 모사

30mm(1회)

~90mm(3회)

100

14 ~ 45

27 ~ 10

13 ~ 2

13 ~ 9

28 ~ 32

5 ~ 2

30mm(1회)

~90mm(3회)

100

0 ~ 19

27 ~ 10

10 ~ 9

13 ~ 10

40 ~ 45

10 ~ 7

60mm/hr200mm/hr

30mm(1회)

~90mm(3회)

100

68 ~ 86

12 ~ 2

14 ~ 3

6 ~ 9

0 ~ 0

30mm(1회)

~90mm(3회)

100

47 ~ 77

12 ~ 2

18 ~ 1

23 ~ 20

0 ~ 0

60mm/hr200mm/hr

살수 횟수에 따라 약 20% 정도 표면 유출수 증가.투수블록 포장의 경우 불투수블록 포장 보다 25~75% 낮은 표면 유출량 보임.

단위(%)

단위(%)

단위(%)

단위(%)


구 분 층두께(cm) 공극률(%)우수저장 가용량

(ton/100m2)

보도

블록표층 6 10~15 0.6~0.9

모래안정층 3 30~35 0.9~1.1

투수기층 15 30~40 4.5~6.0

합 계 6~8

차도

블록표층 8 10~15 0.8~1.2

모래안정층 3 30~35 0.9~1.1

투수기층

(투수CTB)

20(15)

30~40(9~25)

6.0~8.0(1.4~3.8)

합 계 7.7~10.3(3.1~6.1)


투수성 블록 포장 적용 시 표면수 발생 지연 효과 및 빗물 저장

효과를 확인할 수 있었고 , 포장 형식 및 두께에 따라 약

6~10t/100m2 저류 가능한 것으로 산정됨

강우강도, 강우량, 공용횟수가 증가할수록 표면 유출량이 증가하

는 경향을 보이고 투수블록 포장의 경우 일반블록 포장에 비해

평균 50% 정도의 낮은 표면 유출량을 보임.

하중 재하 횟수 에 따른 러팅 측정 및 미끄럼 저항성 측정결과를

통해서 투수성 블록포장이 차도에 적용 가능할 것으로 판단됨

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