제136회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제136회 토목시공기술사 1교시 참고답안

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1. 공정표 시간 계산 중 여유(Float)시간의 4가지 형태

여유시간(Float 또는 Slack)이란 한 작업이 가질 수 있는 시간적 여유로, 해당 작업을 지연시키더라도 전체 공사기간이나 후속 작업의 일정에 영향을 주지 않는 시간을 의미합니다. 여유시간은 공정 관리의 유연성을 판단하고 자원 배분을 최적화하는 데 중요한 지표로 사용됩니다.

1) 여유시간의 4가지 형태

종류	정의	특징
총여유 (TF, Total Float)	한 작업의 완료가 늦춰져도 전체 공기에 영향을 미치지 않는 최대 허용 지연 시간	- 주공정선(Critical Path) 상에 있는 작업들의 TF는 '0'이다. - 동일한 경로상의 작업들이 공유하는 여유시간이다. (TF = LFT - EST - D)
자유여유 (FF, Free Float)	한 작업의 완료가 늦춰져도 후속 작업의 가장 빠른 시작(EST)에 영향을 미치지 않는 시간	- 해당 작업만이 단독으로 사용할 수 있는 여유시간이다. - 자원 평준화에 우선적으로 활용된다. (FF = 후속작업 Min(EST) - EFT)
종속여유 (DF, Dependent Float 또는 간섭여유, INTF)	총여유(TF)에서 자유여유(FF)를 제외한 시간으로, 사용 시 후속 작업의 여유시간에 영향을 주는 여유	- 후속 작업과 종속(간섭) 관계에 있는 여유시간이다. - 이 여유를 사용하면 후속 작업의 자유여유가 감소한다. (DF = TF - FF)
독립여유 (IF, Independent Float)	선행 작업이 가장 늦게 끝나고 후속 작업이 가장 빨리 시작되어도 해당 작업에 남아있는 여유시간	- 가장 독립적인 여유시간으로, 선행 및 후속 작업에 전혀 영향을 주지 않는다. - 실제로 발생하는 경우는 드물다.

※ EST: Earliest Start Time, EFT: Earliest Finish Time, LST: Latest Start Time, LFT: Latest Finish Time, D: Duration

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2. 비용성과지수(CPI)와 공정성과지수(SPI)

비용성과지수(CPI)와 공정성과지수(SPI)는 건설 프로젝트의 성과를 측정하는 기법인 획득가치관리(EVM, Earned Value Management)의 핵심 지표입니다. 이 지표들은 특정 시점까지의 비용 및 공정 상태를 객관적인 수치로 평가하여 프로젝트의 효율성을 판단하고 미래 성과를 예측하는 데 사용됩니다.

1) 기본 개념

• PV (Planned Value): 계획된 공사량에 대한 예산 (계획 공정률 × 총 예산)
• AC (Actual Cost): 수행된 공사량에 대해 실제 투입된 비용 (실제 투입 비용)
• EV (Earned Value): 수행된 공사량에 대한 예산 (실제 공정률 × 총 예산)

2) 성과지수 정의 및 해석

지수	산출식	의미 및 해석
비용성과지수 (CPI, Cost Performance Index)	CPI = EV / AC	- CPI > 1: 예산보다 비용을 적게 사용 (비용 효율적) - CPI = 1: 예산대로 비용 집행 중 - CPI < 1: 예산을 초과하여 사용 (비용 비효율적)
공정성과지수 (SPI, Schedule Performance Index)	SPI = EV / PV	- SPI > 1: 계획보다 공정이 빠름 (공정 진척) - SPI = 1: 계획대로 공정 진행 중 - SPI < 1: 계획보다 공정이 늦음 (공정 지연)

예를 들어, CPI가 0.8이면 1원의 예산을 투입해 0.8원어치의 성과만 얻었다는 의미이며, SPI가 1.2이면 계획보다 20% 공정이 앞서있다는 의미입니다.

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3. 군지수(GI, Group Index)

군지수(Group Index)는 도로 포장 설계 시 노상토의 지지력을 평가하기 위해 사용하는 경험적인 지수입니다. 흙의 입도분포(200번체 통과율), 액성한계, 소성지수를 이용하여 계산하며, 이 지수를 통해 흙을 세분화하고 포장 두께 설계에 필요한 상대적인 강도를 추정합니다.

1) 산정 공식

군지수는 다음의 경험식으로 계산되며, 계산 결과는 정수로 사용합니다. (0 또는 양의 정수)

GI = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd

• a: 200번체(0.075mm) 통과율 중 35%를 초과하는 값 (1~40)
• b: 200번체(0.075mm) 통과율 중 15%를 초과하는 값 (1~40)
• c: 액성한계(LL)가 40%를 초과하는 값 (1~20)
• d: 소성지수(PI)가 10%를 초과하는 값 (1~20)

2) 특징 및 활용

• 군지수 값이 클수록 해당 흙은 불량한 노상토임을 의미합니다. (압축성이 크고 전단강도가 낮음)
• 군지수가 0에 가까우면 양호한 흙, 20 이상이면 매우 불량한 흙으로 평가됩니다.
• AASHTO 분류법에서 세립토(A-4 ~ A-7)의 성능을 세부적으로 평가하는 데 사용됩니다.
• 포장 설계 시 CBR(California Bearing Ratio)과 함께 노상토의 지지력을 판단하는 중요한 지표로 활용됩니다.

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4. PTCP(Post-Tensioned Concrete Pavement)공법

PTCP 공법은 콘크리트 포장 슬래브에 포스트텐션(Post-Tension) 방식을 적용하여 긴장재(Tendon)로 압축응력(Prestress)을 미리 도입하는 공법입니다. 이를 통해 교통하중, 온도변화 등에 의해 발생하는 인장응력을 상쇄시켜 균열 발생을 억제하고, 슬래브의 길이를 대폭 늘릴 수 있습니다.

1) 특징 및 장단점

구분	내용
장점	- 줄눈 수 감소: 슬래브 길이를 100m 이상으로 늘릴 수 있어 줄눈 수가 획기적으로 감소하고, 주행성 및 승차감이 향상됩니다. - 슬래브 두께 감소: 프리스트레스 도입으로 두께를 약 30% 정도 줄일 수 있어 경제적입니다. - 유지관리비 절감: 줄눈부 파손이 적어 유지관리 비용이 절감됩니다. - 균열 제어: 초기 균열 및 건조수축 균열 제어에 매우 효과적입니다.
단점	- 복잡한 시공성: 긴장재 배치, 인장, 그라우팅 등 공정이 복잡하고 높은 기술력이 요구됩니다. - 높은 초기 공사비: 일반 콘크리트 포장에 비해 초기 공사비가 높습니다. - 부분 보수 어려움: 파손 시 부분적인 보수가 어렵습니다.

PTCP 공법은 공항 활주로, 고속도로, 교량 접속부 포장 등 내구성과 주행성이 중요시되는 구간에 주로 적용됩니다.

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5. 런칭 거더 시스템을 이용한 프리스트레스트 콘크리트(PSC)거더 가설공법

런칭 거더(Launching Gantry) 시스템을 이용한 가설공법은 교량 하부에서 크레인과 같은 대형 장비의 접근이 어려운 깊은 계곡이나 해상, 도심지 교량 건설에 사용되는 특수 가설 공법입니다. 미리 제작된 PSC 거더 세그먼트를 이미 가설된 교량 상부에서 전용 이동장비(런칭 거더)를 이용해 순차적으로 운반하고 설치하는 방식입니다.

1) 공법 종류

• Span by Span 공법: 한 경간 전체의 세그먼트를 런칭 거더에 매달아 조립하고 긴장력을 도입한 후, 다음 경간으로 이동하여 반복 시공하는 방식.
• FCM (Free Cantilever Method) 적용 방식: 주두부에서 좌우 평형을 맞추며 한 세그먼트씩 캔틸레버 방식으로 접합해 나가는 방식.

2) 시공 순서 (Span by Span 기준)

1. 교각 위에 런칭 거더를 설치합니다.
2. 지상에서 제작된 PSC 거더 세그먼트를 교대 후방 야적장으로 운반합니다.
3. 운반용 장비를 이용해 세그먼트를 런칭 거더 위로 이송합니다.
4. 런칭 거더의 리프팅 장비로 세그먼트를 들어 올려 설계된 위치로 이동 및 조립합니다.
5. 한 경간의 모든 세그먼트 조립이 완료되면 PS 강선을 삽입하고 인장(Tensioning)하여 경간을 완성합니다.
6. 런칭 거더를 다음 경간으로 전진시켜 상기 과정을 반복합니다.

3) 특징

동바리와 같은 하부 지지구조물이 불필요하여 하부 교통 및 하천 흐름에 지장을 주지 않으며, 고소 작업으로 안전성이 높고 시공 속도가 빠릅니다. 다만, 고가의 특수 장비가 필요하며 장비 설치 및 해체에 시간이 소요되는 단점이 있습니다.

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6. 댐 유수전환 방식의 종류

유수전환(River Diversion)은 댐 본체 공사를 위해 하천의 물 흐름을 일시적으로 다른 곳으로 우회시키는 공사를 말합니다. 댐 공사 중 작업장의 안정성을 확보하고, 홍수로부터 가시설 및 본 구조물을 보호하기 위한 필수적인 가설 공사입니다.

1) 유수전환 방식의 종류

방식	개요 및 특징	주요 적용 조건
가배수 터널 방식	댐 양측 암반에 터널을 굴착하여 유수를 우회시키는 방식으로, 가장 일반적으로 사용됩니다. 공사 후에는 방류구나 비상 여수로로 활용 가능합니다.	- 하천 폭이 좁고 양안이 암반인 지형 - 유량이 많고 홍수 위험이 큰 대규모 댐
가배수 암거(Culvert) 방식	댐 본체 하부를 통과하는 암거(박스 구조물)를 설치하여 유수를 전환합니다. 공사 후에는 그라우팅으로 폐쇄합니다.	- 계곡의 폭이 좁은 필댐(Fill Dam) - 터널 방식에 비해 경제적일 경우
반하천 체절 방식	하천의 절반씩을 가물막이로 막아 공사 구간을 확보하고, 나머지 절반으로 유수를 통과시키는 방식입니다.	- 하천 폭이 넓고 유량이 적은 곳 - 공사 기간이 짧은 소규모 댐
전하천 체절 방식	건기 동안 하천 전체를 가물막이로 막고 공사를 진행하며, 상류에 물을 저수했다가 공사 완료 후 방류하는 방식입니다.	- 유량이 매우 적고 건기가 뚜렷한 하천 - 소규모 댐에 제한적으로 적용

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7. 하이브리드 케이슨(Hybrid Caisson)

하이브리드 케이슨은 서로 다른 재료의 장점을 결합하여 만든 케이슨(Caisson) 안벽 구조물입니다. 일반적으로 상부는 강재(Steel)로, 하부는 콘크리트(Concrete)로 제작하여 각각의 장점을 극대화한 형태가 많습니다.

1) 구조 및 특징

• 상부 (강재): 공장에서 정밀하게 제작하여 현장으로 운송합니다. 속이 비어 있어 운반 및 예항 시 중량이 가볍고 부력을 확보하기 용이합니다.
• 하부 (콘크리트): 해수와 직접 접촉하고 기초 지반에 거치되는 부분으로, 내구성이 우수하고 중량이 커서 설치 시 안정성을 확보하는 데 유리합니다.

2) 장단점

구분	내용
장점	- 제작 및 운반 용이: 상부 강재 구조로 인해 전체 중량이 감소하여 대형 케이슨의 제작 및 해상 운송이 수월합니다. - 공기 단축: 강재와 콘크리트 부분을 동시에 제작할 수 있어 공사 기간을 단축할 수 있습니다. - 높은 안정성: 거치 후 속채움을 하면 하부 콘크리트의 중량으로 높은 안정성을 확보할 수 있습니다. - 파랑 저항성: 상부 강재 구조를 유공(Perforated) 형태로 만들어 파랑 에너지를 소산시키는 등 기능성을 부여하기 용이합니다.
단점	- 복잡한 제작 공정: 강재와 콘크리트의 접합부 시공이 복잡하고 높은 기술력이 필요합니다. - 부식 문제: 강재 부분은 해수에 의한 부식에 취약하므로 철저한 방식(부식 방지) 대책이 요구됩니다. - 높은 공사비: 일반적인 콘크리트 케이슨에 비해 공사비가 고가입니다.

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8. 대규격 제방(대제방, Super Levee)

대규격 제방(슈퍼 제방)은 기존 제방의 폭을 수십 배 이상으로 넓게 하여(제방 폭이 높이의 30배 이상), 제방의 비탈면 경사를 매우 완만하게 만든 구조물입니다. 단순히 홍수를 막는 기능을 넘어, 제방이 넘치거나(월류) 지진이 발생해도 쉽게 붕괴되지 않도록 안정성을 극대화한 차세대 제방 형식입니다.

1) 주요 특징 및 목적

• 붕괴 방지: 제방 폭이 매우 넓고 경사가 완만하여 월류 시에도 유속이 느려져 제방 비탈면의 침식을 방지하고, 붕괴까지 이르는 시간을 지연시켜 주민 대피 시간을 확보할 수 있습니다.
• 높은 내진 성능: 단면이 매우 크고 안정적이어서 지진 발생 시 액상화나 지반 변형에 대한 저항성이 뛰어납니다.
• 토지 이용 효율 증대: 넓어진 제방 뒷 비탈면 부지를 공원, 주택, 상업시설 등으로 활용할 수 있어 토지 이용 효율을 높이고 도시와 제방의 일체화를 도모할 수 있습니다.

2) 기존 제방과의 차이점

구분	기존 제방	대규격 제방 (Super Levee)
단면 형태	급경사의 사다리꼴	매우 완만한 경사의 넓은 단면
주요 기능	홍수 방어 (월류 시 붕괴 위험)	월류해도 붕괴되지 않는 구조 (Resilience)
부지 활용	활용 불가	뒷 비탈면 부지 개발 및 활용 가능

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9. 시공기면(Formation Level)

시공기면(Formation Level)은 도로, 철도, 공항 활주로 등 구조물의 기초가 되는 최상부 노상(Subgrade)면을 말합니다. 즉, 흙쌓기나 땅깎기 공사가 완료된 후, 보조기층, 기층, 표층과 같은 포장층이 시공되기 직전의 최종 지반면을 의미합니다.

1) 중요성

• 포장층의 기초: 시공기면은 상부 포장층으로부터 전달되는 하중을 직접 지지하는 기초 역할을 하므로, 평탄성과 지지력이 확보되어야 합니다.
• 배수 기능: 도로의 횡단 경사는 시공기면에서부터 시작됩니다. 노상으로 침투한 물을 원활히 배수시켜 지반의 연약화를 방지하는 중요한 역할을 합니다.
• 품질의 기준면: 모든 포장층의 두께와 높이를 결정하는 기준면(Datum Level)이 되므로, 설계 도면에 명시된 정확한 높이와 경사로 시공되어야 합니다.

2) 시공 시 관리사항

• 정확한 레벨 및 경사 관리: 설계 도면에 따라 정확한 높이와 횡단/종단 경사를 확보해야 합니다.
• 균일한 다짐도 확보: 규정된 다짐도(예: 최대건조밀도의 95% 이상)를 확보하여 충분한 지지력을 갖도록 해야 합니다.
• 평탄성 관리: 울퉁불퉁하지 않도록 평탄하게 마무리하여 포장층의 두께가 균일하게 시공될 수 있도록 해야 합니다.
• 배수 처리: 작업 중 강우에 대비하여 표면 배수가 원활히 이루어지도록 관리해야 합니다.

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10. 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법령」에 따른 성능평가 항목

성능평가란 「시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」(약칭: 시설물안전법)에 따라 시설물이 사용 기간 동안 요구되는 기능을 얼마나 잘 수행할 수 있는지를 종합적으로 평가하는 것입니다. 기존의 상태평가(손상, 결함 위주)에서 한 단계 나아가, 시설물의 기능적 측면을 평가하여 체계적이고 과학적인 유지관리를 도모하는 데 목적이 있습니다.

성능평가 3대 항목 (시설물안전법 시행령 제15조)

평가 항목	주요 평가 내용
1. 안전성능	시설물의 구조적인 안전성과 관련된 성능. - 내하성능: 설계된 하중 및 활하중을 안전하게 지지할 수 있는 능력 - 내진성능: 지진에 저항하는 능력 - 수밀성능: 누수 등을 방지하는 능력
2. 내구성능	시간이 지남에 따라 재료의 성능이 저하되는 것에 저항하는 능력. - 열화 저항성: 중성화, 염해, 동해 등 재료의 노화에 대한 저항성 - 피로 저항성: 반복적인 하중에 견디는 능력
3. 사용성능	시설물 이용자의 편의성 및 쾌적성과 관련된 성능. - 주행성능: 교량, 터널 등에서 차량의 원활한 주행을 보장하는 능력 (평탄성 등) - 배수성능: 우수 등을 원활하게 처리하는 능력 - 환경성능: 소음, 진동, 경관 등 주변 환경과의 조화

성능평가 결과는 시설물의 목표 성능 설정, 보수·보강 우선순위 결정, 잔존 수명 예측 등 장기적인 유지관리 계획 수립에 핵심적인 자료로 활용됩니다.

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11. 하천교량의 세굴 평가기준

세굴(Scouring)은 하천의 빠른 물 흐름으로 인해 교각이나 교대 주변의 하상(강바닥) 토사가 씻겨나가 파이는 현상입니다. 세굴이 심화되면 교량 기초가 노출되어 지지력이 약화되고, 심할 경우 교량이 붕괴될 수 있는 매우 중대한 위험 요인입니다.

1) 세굴의 종류

• 장기하상변동 (Long-term Degradation): 댐 건설, 골재 채취 등 하천 전체의 변화로 인해 장기간에 걸쳐 하상이 전반적으로 저하되는 현상.
• 하도수축에 의한 세굴 (Contraction Scour): 교량 설치로 인해 하천 폭이 좁아지면서 유속이 빨라져 발생하는 세굴.
• 국부세굴 (Local Scour): 교각, 교대 등 구조물 주변에서 발생하는 와류(Vortex)로 인해 국부적으로 깊게 파이는 세굴. 가장 직접적인 붕괴 원인이 될 수 있습니다.

2) 세굴 평가 기준 (설계 및 안전진단 시)

평가 항목	주요 내용
수리·수문학적 분석	- 설계홍수량, 홍수위, 평균 유속 등 대상 하천의 수리학적 특성을 분석합니다. - 특히 세굴에 가장 큰 영향을 미치는 설계 빈도(예: 100년, 200년)에 대한 유속을 산정합니다.
하상 재료 조사	- 하상토의 종류(점토, 모래, 자갈, 암반 등)와 입경, 분포 등을 조사합니다. - 하상 재료는 세굴 저항성을 결정하는 중요한 요소입니다.
예상 세굴심도 산정	- 상기 분석 자료를 바탕으로 경험 공식(예: CSU 공식, HEC-18 공식 등)을 이용하여 장기하상변동, 수축세굴, 국부세굴의 깊이를 각각 계산합니다. - 총 예상 세굴심도 = 장기하상변동 + 수축세굴 + 국부세굴
안전성 평가	- 산정된 총 예상 세굴심도가 교량 기초의 바닥면보다 깊은지를 비교합니다. - (안전성 판단) 예상 세굴심도 < 기초 근입 깊이 - 만약 세굴심도가 기초를 노출시킬 것으로 예상되면, 기초 보강이나 사석 보호공 등의 세굴 방지 대책을 수립해야 합니다.

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12. 「산업안전보건법령」에 따른 위험성 평가

위험성 평가란 「산업안전보건법」 제36조에 근거하여, 사업장의 유해·위험요인을 사전에 파악하고 해당 요인에 의한 부상 또는 질병의 발생 가능성(빈도)과 중대성(강도)을 추정·결정하여, 그 결과에 따라 위험을 감소시키기 위한 대책을 수립하고 실행하는 일련의 체계적인 과정을 말합니다.

1) 위험성 평가의 절차

1. 평가대상 선정 등 사전준비: 평가 대상을 명확히 하고, 관련 도면, 작업 절차서, 통계 자료 등을 수집합니다.
2. 유해·위험요인 파악: 작업장 순회 점검, 근로자 의견 청취, 안전보건 자료 확인 등을 통해 사업장 내의 모든 유해·위험요인을 빠짐없이 찾아냅니다. (예: 추락, 충돌, 유해물질 노출 등)
3. 위험성 추정: 파악된 유해·위험요인이 사고로 이어질 수 있는 가능성(빈도)과 그로 인한 부상/질병의 중대성(강도)을 조합하여 위험성의 크기를 산출합니다. (예: 3단계(상중하) 판단법, 곱셈법 등)
4. 위험성 결정: 추정된 위험성의 크기가 허용 가능한 범위인지 여부를 판단합니다. 허용할 수 없는 위험이라고 판단되면, 위험성 감소 대책을 수립해야 합니다.
5. 위험성 감소대책 수립 및 실행: 결정된 위험성을 허용 가능한 수준으로 낮추기 위한 대책을 수립하고 실행합니다.
   • 우선순위: ① 본질적 안전조치(위험원 제거) > ② 공학적 대책(방호장치) > ③ 관리적 대책(절차서) > ④ 개인보호구 사용 순으로 적용

위험성 평가는 최초평가, 수시평가, 정기평가로 구분하여 실시하며, 평가 결과와 조치사항은 기록하고 3년간 보존해야 합니다.

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13. 연약지반 치환공법의 종류

치환공법(Replacement Method)은 지지력이 매우 부족한 연약지반(준설매립 점토, 유기질토 등)의 상부 또는 전체를 굴착하여 제거하고, 양질의 토사(모래, 자갈 등)로 교체하여 지반의 지지력을 확보하고 침하를 줄이는 가장 직접적이고 확실한 연약지반 개량 공법입니다.

1) 치환공법의 종류

공법	개요 및 시공방법	주요 특징 및 적용성
굴착 치환공법	연약토를 육상 또는 해상 굴착 장비(백호, 클램셸 등)로 직접 파내고, 그 자리에 양질의 모래나 자갈을 채워 다지는 방법입니다.	- 장점: 가장 확실하고 효과가 즉각적이며, 품질관리가 용이함. - 단점: 굴착 깊이에 한계가 있고(보통 3~5m), 굴착 시 주변 지반의 안정성 문제(Heaving)가 발생할 수 있음. 굴착토 처리가 필요함. - 적용: 비교적 얕은 깊이의 연약층에 적용.
강제 치환공법 (동적 치환공법)	연약지반 위에 양질의 재료로 성토한 후, 다짐 장비나 중량물의 하중, 진동, 수압 등을 이용하여 성토체의 무게로 연약토를 강제로 압출시켜 치환하는 방법입니다.	- 장점: 대규모 면적에 경제적으로 적용 가능. - 단점: 치환 깊이와 범위를 정확히 제어하기 어렵고, 연약토가 완전히 제거되지 않고 혼합될 수 있음. - 적용: 매우 연약하고 함수비가 높은 지반(N<2)에 적용. (예: Sand Mat 공법)
폭파 치환공법	연약지반 내에 폭약을 설치하여 폭파시킨 후, 액상화된 연약토 위에 성토체를 급속히 쌓아 그 무게로 연약토를 측면으로 밀어내고 치환하는 방법입니다.	- 장점: 깊은 심도의 연약층도 개량 가능하며, 공사 속도가 빠름. - 단점: 폭파에 따른 진동과 소음으로 인해 도심지 적용이 곤란하며, 안전관리에 고도의 주의가 요구됨. - 적용: 이탄(Peat) 지반과 같이 굴착이 어려운 지반이나 긴급 공사에 적용.