포장의 생로병사에 대하여

Ⅰ. 개요

경제 활동이 활발해짐에 따라 증가되어온 인적 물적 자원의 교류는 승용차, 항공기, 철도 등의 교통 수단을 지구상에 심어놓았다.  이용자와 교통시설 및 수단으로 대표되는 교통 시스템은 편리하고 신속하며 안전하게 이동하려는 인간의 교통 목표를 달성하게 해 주고 있다.

교통 시스템의 발전 중 특히 도로의 발전은  20세기초부터 적극 도입된 포장에 힘입은 바 크다.  기존의 비포장 도로에서 경험했던 저속의 불안한 차량 운행을 안전하면서도 고속으로 주행토록 해주었고, 양질의 승차감을 제공해주었기 때문이다.  국내의 경우 1960년대 말 30km에 불과하던 도로는 1998년 총 연장이 약 90,000km에 이를 정도로 발전해왔다.  비록 자연의 토지를 불투수층으로 덮어 버려 일부 환경 생태 학자들이 주장하는 죽은 대지를 낳았고 도로 발전 및 차량 증가에 따른 대기 온도 상승의 주범으로 몰리는 경우가 있다 하더라도 포장이 인류사회의 발전에 끼친 영향은 매우 크다고 할 것이다.

포장의 도입으로 발전한 현대의 도로는 이들이 가져온 이동성의 확보와 편리성 그리고 낮은 통행 비용 등으로 인해 심각한 교통 문제를 가져오고 있다.  직장과 가정 혹은 직장과 직장을 직접 연결할 수 있는 도로의 매력, 즉 접근성이 좋아짐에 따라 도로상의 교통 수요가 급증하였고 서울을 비롯한 대도시는 매일 교통 지체를 경험하고 있다.  도로 건설을 통한 공급이 수요를 따라 잡지 못함에 따라 발생하는 교통 지체는 1997년 18조원에 이르고 있다.  매일 도로상에서 발생하고 있는 교통 사고는 적지 않은 양의 인적 물적 자원 손실을 가져오고 있다.  더불어 자동차들이 쏟아내고 있는 매연과 소음 문제는 우리의 신체적 정신적 건강에 많은 해를 가져오고 있다.  모순되지만 양질의 포장 제공은 편리한 도로의 발전을 가져왔고 이는 교통 지체와 공해 그리고 사고라는 3대 문제로 우리 생활에 다가온 것이다.

문제 해결책으로 제시되고 있는 수단은 다양하다.  출퇴근 시간 변경이나 대중교통의 활성화 등을 통한 수요관리정책이 제시되기도 하고, 공급을 늘리기 위해 많은 양의 도로 건설을 해야 한다는 주장도 있으며, 도로 운영 시스템의 최적화를 추구하여 기존 도로의 용량을 높이려는 시도 또한 설득력을 얻어가고 있다.  그러나 본 저자는 이들 문제 해결에 있어 포장만큼 중요한 것이 없다는 인식을 가지고 있다.  포장이 교통 문제 해결사라는 주장은 다소 억지일 수 있다.  그러나 평탄한 포장이 없다면 도로 위의 차량은 설계 속도를 낼 수 없고 따라서 더 많은 교통 지체를 가져올 것이며 변형이 심한 포장 구조는 많은 교통 사고를 가져올 것이다.  예를 들어 비오는 날 러팅이 심한 포장 위를 달려본 운전자라면 포장이 얼마나 안전에 중요한 것인지 쉽게 이해하게 될 것이다.  소음과 매연으로 대표되는 교통 공해 역시 합리적인 포장공법 제시를 통해 어느 정도 해결해 나갈 수 있을 것이다.   개립도 아스팔트 포장이나 종방향 타이닝 및 기타 표면 처리로 콘크리트 포장의 소음을 상당한 양 이상 줄여나가고 있는 선진국의 사례는 교통 공해를 줄이는 데 있어 포장이 교통문제에 해결사임을 실증적으로 보여 주는 것이다.

이와 같이 중요한 교통 시설물임에도 불구하고 포장에 대한 국내 기술자의 인식은 매우 낮은 것으로 보인다.  포장이 학문의 한 분야로 인식되지 못하는 학계의 영향도 크지만, 사회의 필요성을 반영하지 못하는 학계의 풍토야 그렇다고 치더라도 필요성 자체를 무시하는 기술자들의 책임회피 역시 지적되어야 할 것이다.

포장이 선진국에서 각광받는 토목시설이기 때문에 기술적으로 인정을 받지 못한다는 주장 또한 일리 있을 것이다.  도로 건설 사업이 국가 발전과 더불어 진행되는 특성을 지니므로 후진국의 경우는 무조건적으로 공급을 늘리기에 급급하게 될 것이다.  선진국의 설계 도움을 받아 값싼 노동력을 바탕으로 건설을 진행 할 수밖에 없었던 상황에서, 설계 기술의 확보를 생각하고 시공 기술의 자립을 도모하게 되는 현재 우리의 모습은 아마도 중진국이라는 용어로 위치를 매김할 수 있을 것이다.  일정량이상의 도로망을 갖춘 선진국의 경우는 시설물의 건설보다는 운영의 최적화 및 관리 활동을 통해 신설 이상의 효과를 가져올 수 있는 기술의 확보를 생각하게 된다.

관리 시대의 임박을 예고하는 징후는 여러 곳에서 목격할 수 있다.  기존 건물을 부수고 재건축을 추진하던 형태에서 renovation이라는 최근 건물 경영의 혁신적인 개념 도입 움직임과 더불어 도로 건설비용보다 유지 보수비용이 커진 미 연방 도로국의 예산 편성은 이를 잘 보여주고 있는 것이다.  도로 시공위주의 정책에서 관리의 시대가 도래함에 따라 가장 급 부상하게 되는 시설물은 여러분도 쉽게 수긍이 가능한 포장이다.  관리의 시대에 기술자가 당면하게 되는 시설물은 교량, 터널, 그리고 포장 등이지만 다발성과 보수비용, 그리고 사용자 지체 등을 감안할 때 포장만큼 중요한 시설물이 없다고 단언할 수 있다.

유지보수 시대가 도래함에 따라 교통 문제 해결의 중추적인 역할 가능성과 부각되고있는 포장은 지구상에 살아 숨쉬고 있는 생명체와 같이 생로병사의 과정을 거친다.  건설 기술자에 노력에 따라 잉태되어 차량이 달릴 수 있는 매끄러운 표면을 들어내며 세월이 지남에 따라 노화되어 각종 기능 장애를 경험하고 결국은 폐기 처분되는 운명을 가지게 된다.  도로 쟁이는 이를 계획, 설계, 시공, 운영 및 관리 활동 단계로 정의하고 관련 제반 기술을 활용하여 이용자에게 빠르고 튼튼하며 안전한 도로를 제공한다.  따라서 본 고에서는 토지 공사 직원들에게 포장 각 단계별로 국내 포장의 관련 현황을 살펴보고 장래 발전 방향을 제시하고 자 한다.

Ⅱ. 출산을 앞두고서

포장을 어떤 형식으로 선정할 것인가는 향후 포장의 일생에 가장 영향을 크게 미친다.  예산에 따라 비포장이 타당한가 포장이 타당한가를 결정하는 것이고 포장 도로일 경우 표층 재료를 아스팔트로 할 것인지 콘크리트인지를 선정하는 것이기 때문이다.

장기적인 관점에서 도로관리업무에 결정적인 영향을 미치는 이 과정은, 그러나 국내의 경우 경험적이고 획일적으로 이루어지고 있다.  고속도로의 경우 일반적으로 줄눈 콘크리트 포장이고 연약지반의 경우 아스팔트로 대부분 계획되고 있다.  콘크리트 포장이라도 연속 철근 콘크리트 포장은 중부 고속도로이후에 건설된 경우가 거의 없다.  일반 국도의 경우는 1980년 후반 정치적인 이유로 건설된 일부 구간을 제외하고는 100% 아스팔트로 건설되고 있다.  포항이나 광양 제철소에서 고속도로로 연결되는 일반 국도에도 아스팔트로 포장을 선정하여 러팅 문제로 골치를 썩고 있음에도 불구하고 아직까지 일반국도의 모든 포장은 아스팔트 하나로 건설되고 있는 듯 하다.

외국도 양적인 측면에서는 국내 상황과 비슷한 것으로 판단된다.  미국은 전체 도로 연장의 92.3%가 아스팔트 포장이며, 일본의 경우 93%, 유럽의 대부분 국가 또한 95% 이상의 도로가 아스팔트로 포장되었다.  그러나 고속도로 및 중차량 통행이 많은 주요 도로를 대상으로 하는 경우 미국은 55%, 프랑스는 약 20%, 그리고 서독의 경우는 38% 등으로 콘크리트가 높음을 알 수 있다.  그러나 저자가 경험한 바에 따르면 적어도 미국 등의 선진국에서 포장 형식 결정은 획일성에 기인하기보다는 치열한 홍보전에 따른 정치적 결정과 합리성에 근거한 기술 비교 등의 평가 결과에 따르고 있다. 따라서 이 두 포장을 근본적으로 살펴보아야 한다.

아스팔트 포장은 하중 재하에 의해서 생기는 수직 응력이 다양한 재질로 구성된 여러 층에 의해 분산되어 강도보다 낮은 값으로 길 바탕 흙(Roadbed Soil)에 도달하도록 설계된다.  반면 콘크리트 포장은 콘크리트 슬래브가 교통 하중으로 인한 전단이나 휨에 저항하여 하중에 의한 응력을 노상토의 지지력 이하로 전달함으로서 포장체의 구조적 안정성을 유지하도록 설계된다. 노상이나 보조기층의 탄성계수보다 콘크리트의 탄성계수가 비교할 수 없을 정도로 큰 구조물이다.  국내에선 표층만이 건설되던 초기의 포장 형식을 탈피하여 보조기층을 추가하여 건설하고 있다.  <그림1>은 각 포장 형식의 이름과 형식을 비교하여 보여주고 있는데 주의할 것은 콘크리트 포장의 경우 기층이 추가로 들어 있다는 점이다.  고속국도의 모든 도로에 린 기층이라는 이름의 건식 콘크리트가 평탄성 제공 및 기타 목적 하에 삽입되고 있는데 반해 미국의 경우 시멘트 안정 처리든 혹은 골재 보조 기층이든 한 층만이 사용되고 있다.

<그림1> 아스팔트 포장과 콘크리트 포장

이러한 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 장단점을 객관적으로 논하는 것은 거의 불가능에 가깝다.  전자의 경우 최대의 장점은 포장은 무조건 아스팔트 포장이라는 인식에 있다. 승차감이 좋고 소음이 적으며 초기 건설비가 적다는 공학적 이점은 일반적 시각 뒤에 놓여 있다. 시공이 신속하고 간편하며, 단계시공 방식에 적합하고, 부분 보수가 용이하다는 점과 시공 후 즉시 교통개방이 가능하다는 점도 추가로 거론되는 장점에 속한다. 단점으로는 특히 국내의 경우 중차량 교통이 많은 곳이나 정체가 자주 일어나는 구간에서 바퀴자국 패임(Rutting)과 같은 영구 변형이 발생하여 단기간에 덧씌우기 등의 유지 보수가 필요로 하다는 점이다. 잦은 유비 보수 업무로 인한 교통 소통 장애는 결국 도로 이용자 비용의 증가로 이어지고 있다.

콘크리트의 경우는 인력 포설에 의한 새마을 도로로서 국내에 도입되어 저급의 도로 포장용 재료로 인식되어 왔다. 국내 상황은 아니지만 초기 건설비가 많이 든다는 미신적 믿음이 아직도 통용되고 있다.  소음이 심하며 승차감이 안 좋다는 점은 현재 많은 노력을 통해 극복되어 가고는 있지만 국내에서는 피할 수 없는 단점이다.  일상 유지 보수가 어렵다는 점 또한 자주 지적되는 단점중의 하나이다. 내구성이 좋아 장기간에 걸쳐 특별한 유지 보수가 필요 없다는 점과 재료의 풍부함에 따른 자원의 효율적 활용여부, 그리고 중차량이 통과하는 도로라 하더라도 바퀴자국 패임 같은 문제점이 없으므로 주행 시 안전을 확보할 수 있다는 점등의 장점은 부각되어 있지 않다.

양 포장의 경제성 비교는 대단히 복잡하고 어려운 문제이다. 콘크리트 포장이 내구성은 좋지만 초기 건설비용이 높다는 일반 인식은 오일 쇼크에 이후 높아진 아스팔트 가격으로 인해 초기 비용 역시 아스팔트 포장이 비경제적이라는 보고가 있기도 하다.  그러나 포장의 경제성은 분석 연수에 커다란 영향을 받게 된다는 것이 일반론이며 분석 년수가 짧을 때에는 아스팔트 포장이 유리하지만 분석기간이 길어짐에 따라 콘크리트가 유리하다고 알려져 있다. 도로 관련 건설비와 유지보수비 등의 직접 비용 이외에, 도로 이용자 비용 증가분과 공사중 교통 사고 유발 요인 증가 등을 정량화 하였을 때는 분석기간에 상관없이 콘크리트 포장이 아스팔트 포장에 비해 항상 유리하다는 주장도 있고, 초기 약 15년간은 아스팔트 포장이 그 후부터 30년까지는 콘크리트 등이 유리하다는 연구 결과도 있다.

본고에서 아스팔트냐 콘크리트냐의 해묵은 논쟁을 벌이고 싶지는 않다.  양 재료 모두 장단점을 가지고 있고, 특징을 가지고 있기 때문이다.  다만 포장 형식 선정에 있어 도로 건설을 책임지고 있는 기관은 반드시 객관적인 기준을 가지고 있어야 한다는 점이다.  아스팔트를 전량 수입하는 나라에서, 시멘트는 무궁무진한 현실에서, 아스팔트 포장만을 고집하는 것이 얼마나 비경제적인지는 원유를 생산하고 있는 중동국가에 콘크리트 포장을 하자고 주장하는 경우를 가정해보면 쉽게 판단할 수 있다.  모든 고속국도는 콘크리트 특히 줄눈 콘크리트 포장(Jointed concrete Pavement)으로 주장하는 경우 역시 문제가 있다.  오히려 미국 시절 은사였던 McCulloug 교수는 지반이 강한 경우는 아스팔트가, 약한 경우는 콘크리트가 경제적인 포장이라고 수업시간에 강의한 적이 있다.  이 논리가 맞는다고 가정하면 국토 대부분이 화강암 마사토인 국내 여건상 모든 고속도로에 콘크리트를 설치하고 연약지반의 경우는 값비싼 연약지반 처리 공법을 통해 아스팔트 포장을 하는 것은 문제가 있다.  완전히 거꾸로 된 선택일 수도 있다는 것이다.

포장 선정 형식의 중요도를 나타내기 위해 텍사스 대학의 Hudson교수는 <그림2>을 이용하여 장기간의 비용과 의사 결정의 중요도를 이용하여 설명하고 있다.  즉 포장의 계획단계에서의 의사 결정은 비록 비용이 적게 들지만 그 중요도는 매우 높고 건설이나 관리 단계의 경우는 비용이 많이 든다고 하더라도 의사 결정의 중요도는 매우 낮아진다고 주장하고 있다.

<그림2> 포장수명-유지보수 비용(Modern Pavement Management. 1994. Hudson외)

따라서 포장 형식의 기준이 없거나 미비한 도로 건설 기관이 나름대로의 판단 기준을 설정하여 도로 설계시 포장 형식을 선정하는 것은 매우 시급한 일로 판단된다.  이런 점에서 토지공사도 예외일 수는 없다.

Ⅲ. 틀 결정하기

도로법에 명시된 설계 기준과 지형조건 및 교통량에 따라 구체적으로 포장 두께와 재료 선정을 계획하는 단계이다.  콘크리트 포장의 경우 줄눈 부위 및 철근 배치 등 불연속면의 형태와 형식을 선정하고 규격을 결정한다.

포장 설계에 있어 가장 문제가 되는 것은 경험에 의존한 획일적인 두께 설계와 배합설계가 별 문제 제기 없이 반세기동안 사용되어 왔다는 점이다.  최근에 포장 공학회가 발족되면서 많은 문제가 지적되었고 감사원 감사 등을 통해 문제가 공개됨으로 어느 정도 실마리를 찾으려는 노력이 시도되고 있으나 현실은 기존의 경험적 설계를 벗어나기가 힘들기 때문이다.  고속도로의 경우 콘크리트 포장의 두께는 거의 모든 경우가300mm이고 국도의 경우는 280mm로 설계되어 있으며 아스팔트의 경우 고속도로는 표층은 100mm, 기층은 200∼300mm이고, 일반국도의 경우는 표층 100mm, 기층은 100∼200mm 으로 거의 정해있는 것과 마찬가지이기 때문이다.  어찌 보면 눈감고도 설계두께를 구할 수 있는 것이 현실일 수 있다.

다음은 문제 제기라기 보다는, 서글픈 설계 현실을 지적하는 추론이다.  초창기 적극적인(?) 토목기술자가 아마도 이론적 배경이 적은 상태에서 일본의 포장 관련 서적에 의존해서 실무 설계를 진행했었던 것 같다.  창조적인 이들이 씨앗을 뿌린 국내 포장 설계 관련 기술은 어깨너머로 전수되어 실무에 적용되어 왔지만8-90년대 미국의 AASHTO설계 지침이 신진 학자들에 의해 도입·적용됨에 따라 혼란이 생기는 듯하다.  설계 방법 혹은 과정은 미국의 AASHTO지침을 이용하는데 정작 입력 변수는 일본 지침의 실험을 따르거나 혹은 국적불명의 입력치를 적용하고 있기 때문이다.  예를 들어 평판재하 실험을 통해 얻게되는 흙의 subgrade modulus는 미국 실험 기준과 일본의 것이 다름에도 불구하고 이를 구분 없이 그대로 사용하고 있다.  CBR실험을 하는데 필요한 표준 하중은 어디 흙에 근거를 둔 것인지 알 수 없다.  마치 옷을 만드는 기준은 외국 것을 쓰면서 한국인의 키가 다르므로 옷은 경험적으로 작게 만들어 입어도 된다는 식인 것이다. 아주 서글픈 현실이다. 더 심각한 문제는 성수대교 붕괴사고 이후 토목 전 분야에 걸쳐 과다한 설계가 이루어지고 있다는 점이다.  두꺼운 포장, 값비싼 재료, 무조건적인 안정 처리 기층의 설치에서 살펴보듯이 경제성을 감안하지 않은 값비싼 포장이 정착되어 충분한 공학적 검토 없이 적용되는 경우가 현실인 것이다.

이렇듯 혼란스럽게 진행되고 있는 설계법의 위기를 인식한 건설교통부에서 한국형 설계법 개발을 위한 장기간의 연구과제를 진행하고 있는 것은 그나마 희망의 빛이 되고있다.  도로국이 주관이 되어 10년간 약200억원의 예산을 투입 개발하려고 하는 포장 설계법은 합리적이고 편리하며 발전이 가능해야 한다는 기본 이념 하에 국내외 포장 연구자들이 모두 참여하는 축제의 장 역할을 할 것이다.

향후 개발될 설계법은 <그림3>에서 보듯이 FEM을 이용한 역학적 개념을 도입하고 피로실험 등의 실내시험이나 APT 장비를 이용한 포장 파손 경험을 이용하여 개발될 것이다.  또한, 도로의 등급과 교통량에 따라 차등적인 설계 방법이 제시될 예정이다.  고속도로를 포함한 고 등급 도로의 포장 설계는 모든 입력변수의 정량화와 분석과정을 지침에 따라 설계자가 진행하는 Full Analysis로, 저 교통량 도로의 경우를 개략적 설계 단면을 제시해주는  Catalogue식 설계 절차가 개발될 예정이다.

<그림3>한국형 설계법 개발방법 및 차등설계의 적용-콘크리트 포장

설계법의 전체적인 흐름은 <그림4>와 같다. 교통하중과 포장 단면 두께 및 재료 등 각종 설계입력변수들을 바탕으로 포장 거동을 해석하고 경험을 이용하여 포장의 공용성을 나타내는 전환함수를 만들어 낸다. 시험주로를 이용하여 해석 모형의 거동 비교 분석을 진행하며 실내 실험 결과와 현장 교통 하중하의 파손 진전을 파악하면  각각의 전환함수들을 이용하여 포장의 공용성과 관련지을 수 있는 통합지표가 개발된다. 신뢰도의 개념을 도입하여 신뢰수준에 따른 설계입력치를 결정하고 초기 건설비부터 포장의 수명이 다할 때까지의 유지보수비용을 고려한 경제성 분석(LCCA: Life Cycle Cost Analysis)를 실시하여 최적의 설계가 이루어지도록 한다.

<그림4> 한국형 포장설계법 절차 흐름도-콘크리트 포장

Ⅳ. 형태 만들기

설계된 도면에 따라 시공을 추진하는 단계인 포장 시공은 항상 실무 작업의 중심에 서서 발전해왔다.  현재 우리 나라의 시공 기술은 도로공사의 홍보지에 세계에서 가장 JCP를 시공 잘하는 회사라고 소개할 정도로 발전해오고 있다.  간혹 일부 부실 공사가 신문에 보도되지만 시공 기술만은 누구나 자랑하듯이 세계적인 수준에 도달한 듯하다.

그러나 시공에 있어 품질 관리에 관한 한 아직도 매우 낮은 기술 수준이다.  예를 들어 규정된 품질의 아스팔트 혼합물을 생산, 시공하기 위한 상세한 장비 및 시공관련 사항만을 명기하는 소위 방법 시방( Method Specification)이 아직도 현장에서 사용되고 있다.  이 방법은 □포설시의 대기온도는 온도 상승 중에는 4.5。C 이상이어야 하고, 온도 하강 중에는 7。C 이어야 한다. 1차 다짐은 10톤 진동롤러로 2회 이상 다져야 한다□는 식으로 시방을 규정한다.  문제는 간단하다.  시공 전 과정에 걸쳐서 위와 같은 방식으로 진행된 포장이 향후 조기 파손 등의 문제를 일으킨 경우에 하자에 대한 책임은 전적으로 도로 시공을 책임지고 있는 국가나 도로 공사 혹은 토지공사가 져야 한다는 것이다.  왜냐하면 시방에서 규정하는 과정을 준수했기 때문이다.

반면에 최근의 미국이나 유럽의 추세는 결과 혹은 성과 시방( End-Result Specification)으로 옮겨가고 있다.  시공 과정에 대한 검토는 거의 없고 시공 후에 선정된 공용평가 항목에 대해 품질 검사를 하게 되는 것이다. 예를 들어, 포장 주무 부서에서 만일 아스팔트 혼합물의 밀도가 중요한 공용성 인자라고 판단한 경우 시방은 다음과 같이 작성될 수 있다.  □(밀도) : 아스팔트 혼합물은 그의 올바른 평가를 위해서 1,000톤 단위의 로트크기로 나누고, 각 로트는 4개의 보조로트로 나누며, 각각의 보조로트에서 무작위로 1개의 시료를 채취한다. 다진 후에는 아스팔트포장의 코어를 채취하고, ASTM D 2726에 의하여 밀도를 측정한다. 4개 샘플의 평균밀도는 시험실 밀도의 98%이상 되어야한다. 만약 평균밀도가 98% 보다 작으면 혼합물에 대한 가격은 그만큼 감액한 가격으로 지불될 것이다.□

시공시방의 경우, 시방이 상당히 자세하여 규정이 길어지고, 시공과정에서 감리가 이루어진다. 또한, 감리자가 현장에 상주하게 된다. 이에 반해, 결과 성과 시방은 시방규정이 상대적으로 간략하고, 감리가 시공 후 적당한 때에 이루어지므로 감리자가 현장에 항상 있는 필요는 없다.  이들 성과 개념의 품질관리 노력을 구체적으로 포장 공학에서는 PRS(	Performance Related Specification)라고 정의하고 있다.

PRS의 출발점은 1990년대 초에 시작한 SHRP연구에서 기존 시방의 문제점을 제시하면서이다.  아스팔트의 바인더에서 행해지고 있는 침입도 실험이 과연 포장 성능을 잘 설명할 수 있는가에 대한 의문이 제기되었다.  골재 마모실험 규정이 과연 포장 성능에 영향을 주는가 역시 또 다른 의문인 것이다.  마샬 다짐 실험에서 얻은 안정도 값이 러팅과 전혀 영향이 없음을 발견한 후, 포장 연구자들은 자신감을 얻으며 품질 관리 규정을 바꾸려는 노력을 시작하였다.  즉 공용성에 근거한 포장 시방 규정이 중요한 것이지 의미 없는 실험을 통과한 재료의 사용은 궁극적으로 비용을 낭비하게 될 것이라는 인식을 갖게된 것이다.

PRS에서는 시방규정에서 사용되는 품질 규정 항목(Acceptance Quality Characteristics : AQC)이 포장의 공용성 평가 항목과 직접적인 관계가 있어야 한다는 것이다.  예를 들어 콘크리트 포장의 수명은 휨 강도에 영향을 받으므로 품질 관리는 이를 바탕으로 행해져야 한다는 것이다. 아스팔트 바인더에 Bending Beam Rheometer 나 Dynamic Shear Rheometer  등의 새로운 실험 방법이 제시되고 이들을 바탕으로 복합 탄성 계수가 정의되었으며 균열과 러팅에 강한 바인더 선정 기준이 개발된 것 등이다.

이러한 노력은 더욱 더 발전하여 규정된 목표치(범위)와 시공된 측정치의 생애 주기 비용 분석(Life Cycle Costs Analysis: LCCA)을 통하여 지불금액을 산정하려는 노력으로 발전해오고 있다.  예를 들어 애리조나 주의 경우 포장의 평탄성을 이용하여 포장 시공 시 pay factor를 계산함으로서 수명이 긴 포장을 적은 비용으로 얻게 된 경우도 보고되고 있는 현실은 우리에게 나아갈 방향을 제시해 주고 있는 것이다.

Ⅴ. 고쳐가며 사용하기

끝으로 언급하고자 하는 것은 최근에 주목받고 있는 포장 관리 업무이다.  포장 관리활동은 시간이 경과함에 따라 본래의 포장 구조적 성능을 발휘하지 못하여 관리를 필요로 하게 되는데, 최적 시기에 적절한 유지보수나 복구를 시행함으로서 도로 이용자가 안전하고 편리하게 통행할 수 있도록 도와주는 일련의 작업이다.  덧씌우기나 소파보수 등과 같은 도로시설의 기능을 유지시켜주는 작업을 포함하게 된다.  관리 활동은 반드시 경제성을 평가해야 한다.  많은 비용을 들여 고급 재료를 이용한 유지 보수 활동은 누구나 할 수 있는 일이기 때문이다.

그러나 일반 국도를 제외하고는 객관적인 기준에 의한 체계적인 유지 보수 공법의 결정이 아직까지 이루어지지 않는 듯 하다.  도로 순찰자의 보고에 따라 관리자들의 주관적인 판단과 경험에 의해 유지 보수 공법이 적용되고 있는 것이 현실인 듯 하기 때문이다.  거의 모든 도로의 덧씌우기 두께는 아스팔트 50mm이며 표면 처리나 소파보수 등과 같이 기타 일상 유지 보수 시 쉽게 이용할 수 있는 지침서 하나를 발견하기 어렵다.  유지 보수와 관련된 활동들이 객관적이며 통일된 기준에 따라 이루어 질 수 있도록 틀을 만들고 그 틀의 운영을 담당한 관리자들의 편의를 위해 시스템을 구축하는 작업이 선진 외국에서는 이루어지고 있다.  토지 공사의 경우 시공만을 담당하는 경우가 많기 때문에 유지 보수에 대한 관심이 적을 수 있다.  하지만 포장분야를 차치하고라도 토지공사에서 관리하고 있는 모든 관련업무에 참고가 될 수 있으므로 건설 교통부가 일반 국도 관리에 사용하고 있는 일반 국도 유지 보수 시스템에 대해 간략하게 소개한다.  이 방법은 포장 관리를 떠나 교량, 터널, 산사태, 기타 안전 시설물 관리 시스템 등 도로는 물론 공공 시설물인 공공 빌딩, 운동장, 토지, 공항, 철도 등 모든 인프라 관리에 적용할 수 있으므로 관심을 갖기 바란다.

도로 관리 예산의 효율적 집행과 적정한 포장 상태 유지를 위하여 1987년 국내 최초로 건설 교통부는 포장관리 시스템을 도입하였다. 파손 등의 포장 상태는 도로유지관리에 있어서 중요한 요소이며, 이를 파악하기 위해서는 정기적인 조사를 시행해야 한다.  포장 상태를 정량화 하여 데이터 베이스를 구축하고 이 자료를 바탕으로 구간별 최적 보수 우선 순위 및 공법을 선정하는 과정을 따르고 있다.  궁극적으로 일반 국도 PMS(Pavement Management System)는 한정된 예산으로 전체 포장 상태를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

유지보수 예산을 효율적으로 집행하고 도로를 적정한 상태로 유지관리하기 위하여 PMS를 운용하는 건교부의 활동 흐름도를 표시하면 <그림5>과 같다.

<그림5> 일반국도 PMS 운영 절차

약 12000km의 일반 국도 구간 중 약 3000km의 조사 대상 구간이 매년 선정된다.  이들은 국도 유지보수 사무소의 보수 요청 구간을 포함하되 전년도 조사 구간 및 유지 보수 구간, 시 관할 지역, 4차선 확장 구간, 제주도 국도, 비포장 국도는 제외함을 원칙으로 한다.  조사 대상 구간 중 노면상태와 종단평탄성 조사에 의해 조사분석구간이 선정된다. 노면상태는 Decriroute 장비를 이용하여 조사하는데 이때 일반자료(행정구역, 교차로, 교량, 도로 폭), 도로기하구조(노선의 종단 구배, 평면 선형, 지형, 토공, 배수), 포장상태(포장 결함 상태, 변형, 균열, 거북등 균열, 소파보수, 골재 박리 현상, 블리딩, 종방향 균열)를 조사한다.  종단평탄성은 APL 장비를 이용하여 조사하게 된다.

조사 분석 구간은 일반적으로 5∼15km의 동질성 구간으로 나눈다.  이때, 속성 육안조사 결과인 육안 조사 등급, 관리 연장(5∼15km), 종단 평탄성 조사, 시공연도 및 포장조사, 등가 단축하중 교통량(ESAL) 등을 고려한다.  동질성 구간 조사 자료는 보수공법 결정 뿐 아니라 경제성 분석 프로그램인 HDM-시리즈의 주요 입력 자료가 되기 때문에 보다 상세하게 이루어진다.  분할된 동질성 구간 단위별로 노면상태조사(ARAN), 포장 구조적 지지력 조사(FWD), 노면 미끄럼 저항성 조사(SKID TESTER), 포장 단면 조사(GPR)의 4가지 조사가 이루어진다.

노면 상태 결과치인 Ⅵ등급과 FWD 조사 결과치인 처짐량을 이용하여 포장 상태를 9가지 등급으로 평가하게 된다.  Ⅵ등급은 노면 상태 조사 결과로 표면 상태의 결함 정도를 1∼7등급으로 구분한다. 그리고 동질성구간 전 구간에 대한 평균치를 최종 포장 결함 상태 등급으로 정하여 A, B, C의 세 그룹으로 나누어 분류하게 되는데, 이들 등급의 정성적인 상태는 다음과 같다. A : 등급 1 (균열이 없고 변형이 없음), B : 등급 2∼3 (약간의 변형과 함께 균열 발생), C : 등급 4∼7 (심한 균열과 변형 발생).

처짐량은 동질성구간별로 FWD로 측정하는데 전구간의 대표 처짐량을 계산하여 설계 처짐량 DC(Deflection Characteristic)를 산출한다.  이때, 설계 처짐량을 3개의 그룹으로 나누기 위해 처짐량 하한선(d1:0.6mm)과 처짐량 상한선(d2:1.0mm)를 설정하게 된다.	기술적인 유지 보수 공법은 포장의 구조적 지지 능력을 나타내는 최대 처짐량과 환산 축하중 교통량을 고려하여 ALIZE-3 모델을 적용함으로서 결정된다.   표면 처리와 4, 5, 7, 10cm 두께의 아스팔트 덧씌우기, 역청 기층 포설 후 5cm 덧씌우기 등 총 8가지 중에서 한가지의 기술적 유지 보수 공법이 결정되면, 세계개발은행에서 개발한 HDM-Ⅲ 모형의 경제성 분석을 통하여 보수공법과 우선 순위가 결정된다. 이 결과는 19개의 국도 유지사무소의 관리 실무자와 협의 과정을 통하여 최종 유지보수 공법으로 결정되어 실행하게 된다.  더불어 매년 예산 분석 등의 작업을 통해 국도 포장의 보수 및 보강 공법과 시행 우선 순위를 결정한다.  이상의 관리 업무 이외에도 매년 일정액의 연구비가 지원되어 국도 유지 보수 관리 체계를 개선·발전시키는 노력을 진행해오고 있다.

일반국도 PMS가 운영되어 온 지난 14년 동안의 유지보수 비용 및 포장 상태 추세를 바탕으로 시행 결과를 평가하였으며, 가장 대표적인 효과로는 유지 보수비의 감소이다.  <그림6>은 1980년대이래 가파른 상승세를 보였던 도로 유지 보수비용은 1991년을 기점으로 하락하여 안정세를 유지하고 있다.  즉 1991년 대비 유지 보수비용을 100으로 했을 경우, 약 60%에 해당되는 비용으로 국도 포장을 관리하고 있음을 보여주고 있다. 전국 일반국도의 평균 포장 상태의 변화도 안정적인 상태를 보여주고 있다.  매년 상세 조사가 이루어지고 있는 표본 구간의 처짐량, 종단 평탄성, 균열, 그리고 균열 등급 등을 살펴볼 때 과거에 비해 양호한 포장 상태를 보여준다. 그림 9.는 이러한 추세를 나타낸다. 적은 비용의 유지 보수비가 투입된다 하더라도 좋은 상태의 포장 관리가 이루어지고 있음을 알 수 있으며, 이는 곧 PMS 도입의 커다란 효과로 판단된다.

토지 개발과 이들의 관리 업무를 주로 다루고 있는 토지 공사의 경우 포장 관리 시스템의 개념을 이용한 다양한 관리활용 등에 적용할 수 있을 것이다. 혹여 이들 시스템의 개발이 이미 끝나 사장되어 있는 경우는 없는지도 살펴볼 일이다.  왜냐하면, 현실적으로 기술자들이 사용할 수 없는 전산 개념만을 이용하여 구축된 불안전한 시스템이 많이 있기 때문이다.  비록 일반 국도 시스템은 현대적 개념의 전산 시스템은 아니지만 이를 지키려는 공무원들의 노력과 헌신적인 운영 의지로 막대한 이득을 국가에 가져오고 있다.  토지 공사의 각종 관리 시스템의 운영에 귀감이 될 수 있기를 바래본다.

<그림6> 일반국도 PMS 운용 효과

Ⅵ. 결론

도로 건설 및 확충으로 모든 교통문제를 해결할 수 있다는 믿음이 지배한 20세기는 도로의 비약적인 확장 시기였다.  그러나 교통 지체를 비롯한 대기오염, 교통사고 등의 3대 교통 문제가 도로 발전의 장애 요인으로 다가오고 있다.  포장은 이들 문제의 주된 분야는 아니지만 묵묵히 이들 문제 해결사 역할을 해오고 있다.  교통 속도 제공을 통해 지체를 해소하고 저소음 포장의 도입으로 소음을 줄여주며 투수성 포장 등을 통해 환경 친화적인 도로 구현의 중추적인 역할을 해오고 있다.  다가오는 21세기는 기존의 도로를 이용해서 신설·확장과 같은 용량 증가를 도모하고 각종 첨단 기술을 이용하여 정보 및 편의를 제공하며 기존 도로의 지속적인 관리를 통하여 수명 증가를 도모하는 운영 및 관리의 시대가 될 것이다. 포장이 주목받고 있는 이유가 바로 여기에 있다.

그러나 양적인 증가에 따르지 못하는 포장 기술력의 부족은 계획, 설계, 시공, 운영, 관리 측면에서 여러 가지 문제점들을 들어내고 있다. 계획단계에서는 획일적인 포장형식의 채택이 문제로 제기되었으며 이는 수명 주기 비용 분석을 통한 경제적인 포장 선정으로 해결되어야 한다.  설계단계에서는 다분히 경험적이고 감사만을 고려하는 단체별 통일된 두께와 형식의 설계가 이루어지고 있으나 최근에 한국형 포장 설계법의 개발 노력이 시도되고 있어 머지 않아 해결될 수 있을 것으로 판단된다.  시공단계에서는 기술이나 장비 구성에서는 문제가 없어 보이나 품질관리 기준이 미비하며 기준 역시 포장 공용성과는 거리가 먼 것들로 구성되어 있다.  그러나 최근 선진 외국의 공용성 시방규정 노력이 신진 학자들에 의해 소개되면서 품질관리에 대한 관심과 노력이 집중되고 있어 다행이다.  관리단계에서는 PMS의 부재, 획일적인 의사결정이 문제로 지적될 수 있다.

도로 신설로 예상되는 모든 교통문제를 해결할 수 있다는 믿음은 더 이상 지속될 수 없다.  태풍처럼 서서히 다가오고 있는 관리 시대를 앞두고 어떻게 도로 기술자들이 준비해야 하는가?  현재 문제점으로 지적되고 있는 1) 포장 관련 정보은행의 미비, 2) 경험적인 유지 보수 공법의 선정, 3) 기술자들의 도로 관리업무에 대한 과소평가, 4) 포장 관리 기준의 미비 및 정책 관심의 부재, 그리고 5) 포장 기술자의 지식 부족 등은 시급히 시정되어야만 한다.

향후에는 획일적이며 경험에만 의존하던 기존의 유지 보수 공법 결정 과정이 합리적으로 진행될 것이며 이는 관리업무에 대한 인식의 전환을 가져올 것으로 판단된다.  관리 차원의 기술 개발과 신 재료 및 신 공법이 도입되어 유지 보수 기술의 혁신적인 변화가 예상되며 각종 구조물 대상 혹은 공정별 관리 시스템이 실용화 될 것으로 판단된다. 더 이상 10년 사용 예정으로 설계된 도로가 5년만에 덧씌우기가 되는 경우는 없어야 하며 최적의 유지 보수 공법을 찾는 노력 역시 끊임없이 지속되어야 한다.  토지공사도 예외일수는 없다.