1. 서 론
1970년대 산업화 이후 도시의 인구 집중화로 인해 사회 기반시설의 건설이 급속히 증가하였다. 그 중 도로는 인간 활동의 가장 기본적인 시설이다. 도심지를 통과하는 도로에서는 과도한 교통량에 의해 소음⋅진동⋅매연 등 여러 가지 환경 문제가 발생하고 있다. 환경분쟁사건의 피해 원인은 2020년 약 289건의 도로교통에 의한 민원이 기록되었으며, 그중 소음 진동에 의한 민원은 2018년 이후 200건 내외를 유지하고 있다(MOE, 2020). 특히, 서울시에서 운영되고 있는 자동차전용도로(12개 노선 158.64 km) 중 올림픽대로, 강변북로, 내부순환로, 동부간선로 등은 한강변과 도심지를 통과 하며, 대부분의 노선이 주거 밀집지역을 통과하여 지속적인 소음 문제의 원인으로 다뤄지고 있다.
소음민원 해결을 위한 직접적 방법은 방음벽을 설치하는 것이다. 종래의 우리나라에서는 대부분 방음벽 설치에 의한 소음저감 방안이 주로 사용되어 왔다(Lee et al., 2013). 하지만 방음벽 설치 시 도시미관, 낮은층 세대 조망권 침해, 빛 반사로 인한 주변거주지 실내 온도상승 문제 등의 2차적인 문제를 발생시킬 수 있다. 그에 따라 2010년부터 방음벽 설치 개소는 급감하는 것으로 나타났으며, 시행부서에서 방음벽 설치를 최소화하고 있는 것으로 판단된다(Hanmac engineering corporation, 2017).
이런 방음벽의 문제점을 극복하고 보완하기 위한 대책은 여러 연구기관과 학회에서 꾸준히 제시되어 왔다. 노면 소음 발생 민원 해소를 위한 대책으로 2000년대 초반부터 서울시 간선도로 등에 소음저감 포장이 적용되고 있다. 2016년까지 약 20,000의 소음저감 포장공법이 시공되었고 2016년 기준 약 830,000 m2 (시공대비 약 42%)가 유지되고 있다(Hanmac engineering corporation, 2017). Korea Expressway Corporation (2014)에 따르면 서울외곽순환도로 김포 영업소 일대 시공한 저소음포장 도로는 콘크리트 도로포장보다 6.3~9.1 dB의 소음저감 효과가 나타났다고 보고되었다.
본 연구는 2009년 이후 서울시 자동차전용도로에 시공된 소음저감 포장공법의 성능을 소음도 평가(Statistical Pass-by, SPB) 방법으로 측정한 소음값으로 비교하였다. 소음저감 공법은 배수성 공법과 비배수성 공법으로 분류하였으며, 각 공법별 시간경과에 따른 소음저감 기능을 비교분석하였다.
2. 저소음 도로포장의 연구동향
국내에서 저소음 포장이 적용된 것은 그리 오래 되지 않으며, 아직 관련 연구가 충분히 이루어지지 않은 실정이다. 하지만 일부 연구자들에 의해 연구가 진행되고 있으며, 이를 바탕으로 저소음 포장 관련 실용화 기술 역시 지속적으로 개발되고 있다.
Lee et al. (2016)은 저소음 포장이 시공된 3개 구간에 대해 5개월에서 40개월이 경과한 시점에 소음을 측정하였으며, 포장 상태의 변화를 소음 특성 변화의 주 원인으로 분석하였다. Kim et al. (2019)은 아스팔트 저소음 포장의 타이어 노면 소음과 포장 표면 조도를 공용년수 변화에 따라 조사하였으며, 공용중인 저소음포장의 소음저감 성능의 수명을 8~10년으로 평가하였다. Yoo (2020)는 저소음포장을 적용한 용인시 3개구간의 소음저감 효과를 측정한 결과 저소음 아스팔트포장은 시공 5년 후부터 소음저감 성능이 급격히 감소하는 것을 확인하였다. Lee et al. (2013)은 저소음 포장도로의 소음저감 성능 측정 절차로 설치전, 설치 후 단계를 구분하여 측정 절차 및 각 단계에 맞는 측정 방법을 제안하였다. Lee et al. (2017)의 연구에서 SPB 방식이 동일한 장소에 대한 저소음포장 시공 전과 후의 비교를 비교하는데 적합한 방법임을 확인하였다.
3. 소음 측정 지점 및 방법
본 연구에서는 Table 1과 같이 소음저감 포장공법이 적용된 자동차전용도로 중 11구간에서 소음을 측정하였다. 주로 도로소음 민원이 제기된 간선도로 주위의 도심 내부와 도로변을 중심으로 SPB 방법에 의하여 실시하였다. 포장공법은 총 3가지로 구분하여 배수성(Porous), 저소음(SMA), 그리고 박층(Thin) 포장으로 구분하였다.
Table 1
Measurement Point and Applied Methods
측정방법으로 선정된 SPB방법은 Fig. 1과 같이 주행차로의 중앙으로부터 7.5 m 거리에서 노면에서 1.2 m 높이의 소음을 측정하는 방법이다(An et al., 2013). 이러한 SPB방법은 저소음 포장도로에 대한 일반적인 소음저감 원리 등을 명확히 측정할 수 있어 저소음 포장도로의 설치 후 성능 측정 확인 방법으로 적정한 것으로 판단된다(Lee et al., 2013).
4. 소음측정 결과 분석
4.1 시간경과에 따른 소음값 변화
Table 2는 각 지점별 소음측정 결과를 나타내고 있다. 해당 표에서는 측정 값을 일반적으로 소음⋅진동에서 음압을 나타내는 무차원의 단위 데시벨(decibel, dB)로 표시하고 있다. 일부 지점에서는 포장면의 수명이 다하여 장기간 측정에서 제외되었다. 소음저감 포장공법이 적용된 모든 구간에서 시공 후 1년 시점에서 시공 전과 비교하여 소음이 감소한 것으로 확인된다. 한편, 일부 지점에서는 소음이 증가한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 소음저감 포장의 기능은 시공 3년 후부터 저하됨을 알 수 있으며, 기능 유지를 위한 주기적인 노면청소 등이 필요할 것이다.
Table 2
Noise Measurement Results (dB)
4.2 배수성 포장 공법
배수성 포장공법은 아스팔트 포장체의 20% 이상인 공극 사이로 차량 타이어에 의해 발생한 Air pumping이 해소되어 소음이 감소되는 원리이다. 따라서 공극의 유지는 배수성 저소음 포장공법의 기능을 유지하는데 필수적인 요소이다. 배수성 포장 구간 중 POR-1, POR-2 구간은 표층 5 cm로 배수성 아스콘이 시공된 구간이며, POR-3 구간은 중층 7.5 cm 개량 후 표층 5 cm를 배수성 아스콘으로 시공된 구간이다. POR-4 구간은 표층과 중층 각각 4 cm를 동시에 시공되는 공법이 적용된 구간이다. 따라서 POR-1과 POR-2는 배수성 단층 포장 공법이 적용된 구간으로 분류하고 POR-3과 POR-4는 배수성 복층 포장 공법이 적용된 구간으로 분류하였다. Fig. 2는 배수성 포장 공법구간 각 지점에서의 시간경과에 따른 소음 변화 값이다. 시공 후 1년까지는 평균 5.9 dB, 시공 후 3년까지는 평균 1.0 dB의 소음저감 기능을 유지하고 있다. 시공 5년 후 부터는 시공 전 상태의 소음값과 유사하게 조사된다.
4.3 SMA 포장 공법
SMA의 골재 입도는 단립도 조골재로 배합되어 현장 포설 후 다짐이 완료된 아스콘 표면은 음각표면(Negative surface)으로 일반 아스콘 포장 표면이 양각표면(Positive surface)과는 비교된다. SMA 포장은 기존 포장면을 노면 파쇄기로 5 cm 절삭 후 재포장한 구간이다. Fig. 3은 SMA 공법 적용구간 각 지점에서의 시간경과에 따른 소음 변화 값이다. 시공 후 1년까지는 평균 5.5 dB, 시공 후 3년까지는 평균 4.7 dB의 소음저감 기능을 유지하고 있다. 시공 7년 후에도 5 dB 이상의 소음 저감 기능을 유지하고 있다. 장기 소음 저감 기능이 유지되는 것은 공극에 의한 소음 저감 기능이 아닌 포장 표면의 음각표면 조직이 시간 경과에 따라 변화가 없는 것으로 판단된다.
4.4 박층 포장
비배수성 소음저감 포장으로 포장면의 음각표면이 타이어 펌핑음을 감쇄시키는 포장이다. 초박층 포장은 갭입도를 사용하기 때문에 소음이 감소하고 미끄럼 저항성이 향상될 뿐만 아니라 쾌적한 주행성의 확보와 우천 시 시인성의 개선효과를 얻을 수 있다(Kim, 2007). 박층 포장 구간은 기존 포장면의 균열이나 포트홀 등 불량 구간을 소규모 포장 정비 후 소음저감 공법이 시공되었다. SMA 포장과 달리 기존 포장면은 절삭하지 않는다. Fig. 4는 박층 포장 공법 적용구간 각 지점에서의 시간경과에 따른 소음 변화 값이다. 시공 후 1년까지는 평균 5.5 dB, 시공 후 3년까지는 평균 6.6 dB의 소음저감 기능을 유지하고 있다. 시공 7년 후까지도 소음저감 기능을 유지하고 있다. 장기 소음저감 기능이 유지되는 것은 공극에 의한 소음저감 기능이 아닌 포장 표면의 음각표면 조직이 시간 경과에 따라 변화가 없는 것으로 판단된다. 다만, 5년 이후에는 측정 데이터가 충분하지 않기 때문에, 보다 정확한 분석을 위해서는 추가적인 데이터 확보가 필요할 것으로 판단된다.
4.5 공법별 소음측정 결과 비교
소음저감 포장 공법별 시간경과에 따른 비교는 Fig. 5와 같다. 배수성포장의 경우 단층, 복층 모두 시공 후 3년 이후부터 소음저감 기능이 저하된 것을 확인할 수 있다. SMA 포장은 시공 7년 후 까지도 소음저감 기능을 유지하고 있다. 박층 포장의 경우 시간 경과에 따른 소음저감 기능이 향상되고 있다. 박층포장의 경우 THI-2, THI-3 구간 데이터가 없었기 때문에 추가적인 상대비교가 필요할 것으로 판단된다. 비배수성 포장공법에서, 시간이 경과함에도 불구하고 소음저감 기능이 유지되는 것은 포장면의 음각표면의 역할로 판단된다.
5. 결 론
본 연구는 2009년 이후 서울시 자동차전용도로에서 시공된 소음저감 포장공법의 성능을 비교하기 위해 수행되었다. 소음저감 포장공법은 배수공법과 SMA, 박층 공법으로 구분하며, SPB방법으로 적용하여 시공 후 측정된 소음을 비교하여 도출된 결론을 다음과 같이 정리할 수 있다.
소음저감 포장공법은 시공 1년 후까지는 평균 5.68 dB의 소음저감 기능을 유지하고, 시공 3년 후까지는 평균 3.76 dB 소음이 저감된 것을 확인할 수 있다.
배수성 포장 공법의 소음저감 효과는 시공 1년 후 5.95 dB, 시공 3년 후 1.0 dB로 측정된다. 시공 3년 이후부터는 소음저감 기능이 감소되고, 이는 20% 이상 공극률을 갖는 배수성 포장면이 시간이 경과함에 따라 오염 등으로 인해 성능이 유지되지 않는 것으로 판단된다. 따라서 배수성 포장 공법이 적용된 구간에 대하여는 세척 등 주기적인 유지관리가 필요한 것으로 판단된다.
비배수성 공법인 SMA공법의 소음저감 효과는 시공 1년 후 5.55 dB, 시공 3년 후 4.7 dB, 시공 5년 후 2.35 dB로 측정되었다. 박층 포장공법의 소음저감 효과는 시공 1년 후 5.5 dB, 시공 3년 후 6.0 dB, 시공 5년 후 8.9 dB로 측정되었다. 비배수 공법에서는 소음저감 성능이 장기적으로 유지되고 있는 것이 확인된다. 이는 포장 표면의 음각표면(Negative surface)조직이 시간경과에도 그 조직을 유지하는 것이 원인으로 판단된다.
본 연구에서는 분석대상 구간이 서울시 자동차전용도로 내로 한정되어 있어 소음저감 아스팔트 포장 공법의 소음저감 성능을 일반화하기에 한계가 있을 것이다. 또한 소음저감 포장이 적용된 각 구간의 교통량 연계 분석, 배수성 구간의 투수성 등의 영향이 반영되지 못하여, 향후 연구를 통해 각 공법별로 성능을 표준화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
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