제118회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제118회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 비용분류체계(cost breakdown structure)

1. 개요

비용분류체계(CBS)는 건설 프로젝트의 총비용을 작업분류체계(WBS)에 따라 계층적으로 분할하여 코드화한 목록입니다. 이는 프로젝트의 예산 수립, 원가 추정, 실행예산 편성 및 공사비 집행 실적을 체계적으로 관리하고 통제하기 위한 기본적인 틀을 제공합니다.

2. 목적 및 기능

• 체계적인 원가 산정: WBS의 각 작업항목(Work Package)별로 비용을 산정하여 전체 공사비 예측의 정확도를 높임.
• 효율적인 예산 관리: 공사 진행에 따른 비용 집행 실적을 WBS/CBS 코드를 기준으로 추적하여 계획 대비 실적을 명확하게 파악.
• 원가 데이터 축적 및 활용: 향후 유사 프로젝트의 견적 및 예산 수립 시 기초 데이터로 활용.
• 성과 측정 기준: EVM(획득가치관리) 기법 적용 시 비용성과지수(CPI), 공정성과지수(SPI) 등을 산출하는 기준이 됨.

3. 구성 예시

WBS와 연계하여 대분류, 중분류, 소분류 등으로 상세화됩니다.

• Level 1: 교량 건설 프로젝트 총공사비
• Level 2: 100(하부공), 200(상부공), 300(부대공)
• Level 3: 110(기초공), 120(교각공), 210(거더 제작), 220(거더 가설)
• Level 4: 111(재료비), 112(노무비), 113(장비비)

4. 결론

비용분류체계(CBS)는 '일이 어떻게 구성되는가(WBS)'와 '비용이 어떻게 구성되는가(CBS)'를 연결하는 핵심적인 관리 도구입니다. 체계적인 CBS 수립을 통해 프로젝트의 원가 흐름을 투명하게 파악하고, 데이터 기반의 과학적인 원가 관리를 수행할 수 있습니다.

2. 마일스톤 공정표(milestone chart)

1. 개요

마일스톤 공정표란 공정계획의 주요 관리점(Milestone)을 설정하여 계약 이행 과정의 주요 진척사항(Event)을 시각적으로 표현한 공정표를 말합니다. 이는 프로젝트의 시작, 종료, 주요 보고 시점, 성과품 제출 등 중요한 사건들을 점(Point)으로 표시하여 전체 공정 진행 현황을 직관적으로 파악할 수 있도록 돕습니다.

2. 마일스톤의 특징

• 결과 중심적: 작업(Activity)이 아닌 중요한 사건(Event)이나 결과물(Deliverable)을 중심으로 관리. (기간=0)
• 직관적 이해: 복잡한 공정 네트워크를 단순화하여 경영진이나 발주처 등 비전문가도 쉽게 프로젝트 현황을 이해.
• 핵심 관리: 프로젝트의 성공에 필수적인 핵심 포인트를 집중적으로 관리.
• 보조적 역할: 단독으로 사용되기보다는 Bar Chart나 PERT/CPM과 같은 주 공정표를 보완하는 용도로 많이 사용.

3. 주요 마일스톤 예시

단계	마일스톤 예시
착수 단계	계약 체결, 착공, 선금 신청/수령
설계/시공 단계	설계도서 승인, 주요 장비 반입, 기초공사 완료, 골조공사 완료
종료 단계	준공검사, 최종보고서 제출, 준공

4. 결론

마일스톤 공정표는 복잡한 건설 프로젝트에서 핵심적인 관리 포인트를 시각화하여 의사소통을 원활하게 하고, 공정 지연 리스크를 사전에 식별하는 데 매우 유용합니다. 특히, 공정 보고 시 경영진이나 발주처에게 프로젝트의 전체적인 진행 상황을 효과적으로 전달하는 핵심 도구로 활용됩니다.

3. 과다짐(over compaction)

1. 개요

과다짐이란 최적함수비(OMC) 부근의 함수비를 가진 흙에 필요 이상의 과도한 다짐 에너지를 가했을 때, 오히려 흙의 전단강도가 저하되고 지지력이 약화되는 현상을 말합니다. 이는 다짐 에너지가 클수록 건조밀도가 계속 증가할 것이라는 오해에서 비롯되는 경우가 많습니다.

2. 발생 메커니즘

함수비가 높은 흙에 과도한 다짐 에너지가 가해지면, 흙 입자 사이의 물이 빠져나가지 못해 과잉간극수압이 발생합니다. 이로 인해 흙 입자간 유효응력이 감소하고, 전단저항력이 약해지면서 이미 다져진 지반이 물렁물렁해지는 현상이 나타납니다. 특히 실트질 모래나 점토 성분이 많은 조립토에서 발생하기 쉽습니다.

3. 문제점 및 방지 대책

문제점	방지 대책
- 전단강도 및 지지력 저하	- 함수비 관리: 현장 함수비를 최적함수비(OMC)보다 약간 건조측 또는 OMC에 가깝게 관리. - 다짐에너지 관리: 시험시공을 통해 해당 흙과 다짐 장비에 맞는 최적의 다짐 횟수를 결정하고 이를 준수.
- 압축성 증가 및 투수성 감소
- 시공 효율 저하 (장비 주행성 악화)

4. 결론

'다짐은 많이 할수록 좋다'는 생각은 잘못된 것입니다. 과다짐은 오히려 지반의 공학적 특성을 악화시키므로, 다짐 시공 시에는 해당 흙의 특성에 맞는 최적함수비와 최적의 다짐 에너지를 적용하는 과학적인 품질관리가 반드시 필요합니다.

4. 피어기초(pier foundation)

1. 개요

피어기초는 지표면 근처에 양호한 지지층이 없어 깊은 심도까지 하중을 전달해야 할 때 사용되는 대구경 현장타설말뚝 기초의 일종입니다. 일반적으로 직경 60cm 이상의 큰 단면을 가지며, 인력 또는 기계로 지반을 굴착하고 철근망을 삽입한 후 콘크리트를 타설하여 만듭니다.

2. 말뚝(Pile) 및 케이슨(Caisson)과의 비교

• 말뚝(Pile)과의 차이: 일반적으로 직경이 더 크고, 항타에 의한 타입이 아닌 굴착에 의해 시공됨. 개별 말뚝 하나하나가 거대한 기둥(Pier) 역할을 함.
• 케이슨(Caisson)과의 차이: 케이슨은 구조물 내부에서 작업자가 직접 굴착하는 방식인 반면, 피어는 지상에서 장비로 굴착하는 차이가 있음.

3. 시공 방법 (굴착 방식)

공법	특징
All Casing 공법	전 구간을 케이싱(Casing)으로 보호하며 굴착하여 공벽 붕괴를 완벽하게 방지. (안정성 우수)
RCD 공법 (Reverse Circulation Drill)	정수압을 이용하여 공벽을 보호하며, 물의 역순환으로 굴착토를 배출. (대구경, 대심도, 수중 시공에 유리)
Earth Drill 공법	안정액(벤토나이트)으로 공벽을 보호하며 회전 버킷으로 굴착. (가장 보편적)

4. 결론

피어기초는 큰 하중을 깊은 지지층까지 안전하게 전달할 수 있는 신뢰성 높은 기초 형식입니다. 교량의 교각 기초나 대형 건축물 기초에 널리 사용되며, 시공 시에는 공벽 붕괴 방지와 공저 슬라임 처리를 철저히 하여 설계된 지지력을 확보하는 것이 품질관리의 핵심입니다.

5. 수팽창지수재

1. 개요

수팽창지수재(Water Swellable Waterstop)는 물과 접촉하면 부피가 팽창하는 성질을 가진 고무 또는 벤토나이트계 재료로 만들어진 지수재(Waterstop)입니다. 콘크리트 구조물의 시공이음부 등 누수 취약 부위에 설치하여, 물이 침투하면 스스로 팽창하여 틈새를 막아 방수 효과를 발휘합니다.

2. 원리 및 특징

• 원리: 건조 상태에서는 일반적인 고무줄과 같은 형태이나, 물을 흡수하면 재료 내부의 친수성 고분자가 팽창하여 수배~수십 배까지 부피가 늘어남. 이 팽창압으로 콘크리트 이음부의 미세한 틈을 완전히 막음.
• 특징:
  • 시공이 간편함 (접착제 등으로 부착).
  • 복잡한 형상이나 요철이 있는 부위에도 쉽게 적용 가능.
  • 반영구적인 지수 효과.

3. 시공 시 유의사항

• 콘크리트 타설 전 우수 등에 의해 조기에 팽창하지 않도록 보양 철저.
• 최소 피복두께를 확보하여, 팽창압에 의해 콘크리트 표면이 균열 또는 박리되는 것을 방지.
• 이음부가 발생하지 않도록 연속적으로 설치하고, 끝부분은 겹쳐서 시공.

4. 결론

수팽창지수재는 기존의 PVC 지수판에 비해 시공이 매우 간편하면서도 확실한 지수 효과를 발휘하여 지하 구조물, 박스 구조물, 터널 등의 시공이음부 누수 방지에 매우 효과적으로 사용되고 있습니다. 다만, 조기 팽창 및 피복두께 부족에 의한 문제를 방지하기 위한 시공관리가 중요합니다.

6. 내식콘크리트

1. 개요

내식콘크리트(Corrosion-Resistant Concrete)는 산, 염분, 황산염 등 화학적 침식 작용에 대한 저항성이 높도록 만들어진 콘크리트입니다. 하수처리시설, 해양 구조물, 화학 공장 등 특수한 부식 환경에 노출되는 구조물의 내구성을 확보하기 위해 사용됩니다.

2. 내식 성능 향상 방안

방안	방법	원리
수밀성 증대 (침식인자 침투 억제)	물-결합재비(W/C) 저감	콘크리트 조직을 치밀하게 하여 유해물질의 침투 경로를 차단. (가장 기본적인 방법)
	혼화재(플라이애시 등) 사용	포졸란 반응을 통해 장기적으로 조직을 치밀하게 하고, 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 줄여 화학 저항성 향상.
화학 저항성 증대	내산/내황산염 시멘트 사용	화학적 침식에 저항성이 큰 특수 시멘트를 사용.
	혼화제(방청제 등) 사용	철근 부식을 억제하는 방청제, 내화학성을 높이는 폴리머 등을 혼입.
표면 보호	표면 코팅, 라이닝	에폭시, 우레탄 등 내화학성이 우수한 재료로 콘크리트 표면을 코팅하여 침식 환경과 격리.

3. 결론

내식콘크리트의 핵심은 유해물질이 침투하지 못하도록 콘크리트 자체를 최대한 수밀하게 만드는 것입니다. 따라서 낮은 물-결합재비와 충분한 다짐을 통해 고밀실 콘크리트를 만드는 것이 기본이며, 노출 환경의 특성을 고려하여 내화학성이 우수한 시멘트나 혼화재료를 조합하여 최적의 내식 성능을 확보해야 합니다.

7. 일체식교대 교량(integral abutment bridge)

1. 개요

일체식교대 교량은 교량의 상부구조(거더)와 하부구조(교대)를 강결로 연결하고, 교량 양단의 신축이음장치를 제거한 교량 형식입니다. 온도변화 등에 따른 교량 전체의 신축은 교대 뒷부분의 토압 변화와 교대 기초(주로 말뚝)의 휨 변형을 통해 수용하는 구조입니다.

2. 장단점

장점	단점
- 유지관리 비용 절감: 고장이 잦고 비용이 많이 드는 신축이음장치가 없어 유지관리가 매우 유리.	- 적용 교장(길이) 제한: 과도한 온도 신축을 수용하기 어려워 주로 단경간 또는 중소규모 교량(일반적으로 60~100m 이하)에 적용.
- 주행성 및 승차감 향상: 신축이음부의 단차나 충격이 없어 주행성이 쾌적.	- 복잡한 거동 해석: 교대, 말뚝, 뒤채움흙 간의 상호작용(Soil-Structure Interaction)을 고려한 정밀한 해석이 요구됨.
- 내구성 향상: 신축이음부 누수로 인한 교대 및 받침부의 열화 문제를 원천적으로 차단.	- 뒤채움재 관리 중요: 교대 배면의 반복적인 토압 변화를 수용할 수 있는 양질의 뒤채움재 및 배수시설이 필수적.

3. 결론

일체식교대 교량은 신축이음장치라는 고질적인 유지관리 문제점을 해결하여 교량의 장수명화를 유도하는 매우 효과적인 교량 형식입니다. 초기 건설비는 다소 증가할 수 있으나, 생애주기비용(LCC) 측면에서 매우 유리하여 선진국을 중심으로 그 적용이 점차 확대되고 있습니다.

8. 말뚝의 시간경과효과

1. 개요

말뚝의 시간경과효과란 항타(박기) 말뚝을 지반에 설치한 직후와 일정 시간이 경과한 후의 지지력이 달라지는 현상을 말합니다. 지반의 종류에 따라 시간이 지나면서 지지력이 증가하기도 하고(Set-up), 감소하기도(Relaxation) 하므로, 최종적인 말뚝의 지지력을 정확히 평가하기 위해 반드시 고려해야 합니다.

2. 종류 및 원인

종류	정의	발생 원인	주요 발생 지반
지지력 증가 효과 (Set-up)	시간이 경과함에 따라 말뚝의 지지력이 증가하는 현상	- 항타 시 발생했던 과잉간극수압이 소산되면서 주변 지반의 유효응력이 회복되고 전단강도가 증가.	포화된 점성토, 실트질 지반
지지력 감소 효과 (Relaxation)	시간이 경과함에 따라 말뚝의 지지력이 감소하는 현상	- 항타 시 발생한 잔류응력이 이완되거나, 부(-)의 간극수압이 소산.	포화된 조밀한 사질토

3. 공학적 중요성

• 정확한 지지력 평가: 항타 종료 직후에 재하시험을 실시하면 지지력을 과소 또는 과대평가할 수 있음. 따라서 시간 효과가 충분히 발현된 후 (일반적으로 7일~30일 경과 후) 재하시험을 실시해야 최종 지지력을 정확히 평가 가능.
• 경제적 설계: Set-up 효과를 설계에 반영하면 말뚝의 길이 또는 개수를 줄여 경제적인 설계가 가능. (단, 시험을 통해 효과를 반드시 확인해야 함)

4. 결론

말뚝의 시간경과효과는 항타 말뚝의 지지력 발현 메커니즘에서 매우 중요한 요소입니다. 특히 점토 지반의 Set-up 효과는 지지력을 크게 증진시킬 수 있으므로, 동재하시험(PDA) 등을 이용해 항타 시와 시간 경과 후의 지지력을 비교(Restrike Test)하여 그 효과를 정량적으로 평가하고 설계 및 시공에 반영하는 것이 바람직합니다.

9. 개질아스팔트

1. 개요

개질아스팔트(Modified Asphalt)는 일반 아스팔트(스트레이트 아스팔트)에 고분자 폴리머나 특수 첨가제를 혼입하여 그 성능을 개선한 고성능 아스팔트 바인더입니다. 일반 아스팔트가 온도 변화에 민감하여 여름철에 연화되고 겨울철에 취약해지는 단점을 보완하기 위해 개발되었습니다.

2. 주요 개질재 및 개선 성능

주요 개질재	개선되는 성능
SBS (Styrene-Butadiene-Styrene)	- 탄성과 신장 능력이 매우 우수. - 소성변형 저항성 및 균열 저항성 동시 개선 효과가 가장 뛰어남. (가장 널리 사용)
SBR (Styrene-Butadiene-Rubber)	- 접착력, 내마모성 개선.
EVA (Ethylene-Vinyl-Acetate)	- 고온 안정성(소성변형 저항성) 개선에 효과적.

3. 적용 분야

• 소성변형 우려 구간: 중차량 통행이 많은 고속도로, 교차로, 오르막차로.
• 균열 우려 구간: 교면포장, 저온 지역의 도로.
• 기능성 포장: 배수성 포장, 저소음 포장 등 고기능성 포장.

4. 결론

개질아스팔트는 도로 포장의 공용 수명을 연장하고 안전성을 향상시키는 데 필수적인 재료입니다. 국내에서는 포장의 온도 변화에 따른 성능을 등급화한 PG(Performance Grade) 등급 체계를 도입하고 있으며, 대부분의 고성능 포장에는 이러한 PG 등급을 만족하는 개질아스팔트가 사용되고 있습니다.

10. 용접부의 비파괴 시험

1. 개요

비파괴 시험(Non-Destructive Testing, NDT)은 강구조물 등의 용접부를 파괴하지 않고, 그 내외부에 존재하는 결함(균열, 기공, 슬래그 혼입 등)을 찾아내어 용접부의 건전성을 평가하는 검사 방법입니다. 이는 구조물의 안전성을 확보하기 위한 필수적인 품질관리 활동입니다.

2. 주요 비파괴 시험의 종류 및 특징

종류	약어	원리 및 특징	검출 대상
육안검사	VT	용접 표면의 형상, 균열, 언더컷 등을 눈으로 직접 검사. (가장 기본적)	표면 결함
자분탐상시험	MT	강자성체 표면에 자분을 뿌리고 자화시켜, 결함부에서 누설되는 자속에 자분이 모이는 것을 이용.	표면 및 표면 직하 결함
침투탐상시험	PT	표면에 침투액을 뿌려 결함부에 침투시킨 후, 현상액을 이용하여 침투액이 빠져나오는 것으로 결함 확인.	표면에 열려있는 결함
초음파탐상시험	UT	재료 내부에 초음파를 보내고, 결함부에서 반사되는 초음파(Echo)를 분석하여 결함의 위치와 크기 파악.	내부 결함 (균열 등 면상 결함 검출에 우수)
방사선투과시험	RT	X선이나 감마선을 투과시켜 필름에 상을 맺게 하고, 결함부의 투과량 차이로 인한 필름 농도 변화로 결함 확인.	내부 결함 (기공 등 체적 결함 검출에 우수)

3. 결론

각 비파괴 시험 방법은 검출할 수 있는 결함의 종류와 위치가 다르므로, 단독으로 사용하기보다는 여러 방법을 조합하여 상호 보완적으로 적용하는 것이 신뢰성을 높이는 길입니다. 구조물의 중요도와 용접 이음부의 종류를 고려하여 최적의 시험 방법을 선정하고, 자격 있는 검사자에 의해 정확하게 수행되어야 합니다.

11. 어스앵커(earth anchor)

1. 개요

어스앵커는 흙막이벽이나 비탈면의 안정을 위해, 구조물에 작용하는 외력을 배면의 안정된 지반(정착 지반)에 인장력으로 전달하여 지지하는 구조체입니다. 흙막이벽에 작용하는 토압을 배면 지반이 저항하도록 하여, 굴착 공간 내부에 버팀보(Strut) 없이 넓은 작업 공간을 확보할 수 있게 합니다.

2. 구성 요소

• 앵커 헤드(Anchor Head): 흙막이벽 전면에 노출되어 인장재를 정착시키고 긴장력을 도입하는 부분.
• 인장부 (Free Length): 앵커 헤드에서 정착부까지의 구간으로, 긴장 시 자유롭게 늘어나며 인장력을 전달하는 부분. (그라우트와 분리됨)
• 정착부 (Bond Length): 활동파괴면 뒤쪽의 안정된 지반에 그라우트를 주입하여 인장재와 지반을 일체화시키는 부분. (마찰 저항으로 인장력 지지)

3. 장단점

장점	단점
- 굴착 공간 내에 지장물이 없어 작업 공간 확보가 매우 용이.	- 인접 대지의 지하 공간 사용에 대한 동의(지상권)가 필요할 수 있음.
- 대규모, 대심도 굴착에 유리하고 공기 단축 가능.	- 지하 매설물과의 간섭 우려.
- 버팀보 공법에 비해 벽체 변위 억제에 효과적.	- 점성토 지반에서 장기적인 인장력 감소(Creep) 우려.

4. 결론

어스앵커 공법은 도심지 대심도 굴착 공사에서 작업 효율성을 극대화할 수 있는 매우 우수한 흙막이 지지 공법입니다. 다만, 정착부의 지지력이 앵커 전체의 성능을 좌우하므로, 정확한 지반조사를 통해 정착 지반의 강도를 명확히 파악하고, 고품질의 그라우트를 주입하여 지반과의 완벽한 일체성을 확보하는 것이 중요합니다.

12. 막(膜)양생

1. 개요

막양생(Membrane Curing)은 굳지 않은 콘크리트 표면에 얇은 막을 형성하여, 수화반응에 필요한 내부의 수분이 증발하는 것을 방지하는 양생 방법입니다. 살수(물뿌리기) 양생과 같이 지속적으로 물을 공급하기 어려운 넓은 면적의 포장 공사나 기둥, 벽체 등에 주로 사용됩니다.

2. 종류 및 방법

• 피막양생재 살포:
  • 방법: 액상의 피막양생재(Liquid Membrane-forming Compound)를 콘크리트 표면에 분무기 등으로 균일하게 살포하여 방수성 피막을 형성.
  • 특징: 시공이 매우 간편하고 경제적. 도로 포장, 활주로 등 대면적 공사에 가장 널리 사용.
• 시트 덮기:
  • 방법: 비닐 필름, 양생 시트 등 불투수성 막으로 콘크리트 표면을 덮어 수분 증발을 억제.
  • 특징: 바람에 날아가지 않도록 단단히 고정해야 하며, 표면이 손상되지 않은 평탄한 부위에 효과적.

3. 시공 시 유의사항

• 살포 시점: 콘크리트 표면의 물광(Bleeding Water)이 사라진 직후, 표면이 마르기 전에 신속하게 살포.
• 균일한 도포: 빠진 부분이나 뭉치는 부분이 없도록 규정된 살포량으로 2회에 걸쳐 직교 방향으로 균일하게 도포.
• 초기 손상 방지: 양생재 살포 후 막이 완전히 형성될 때까지 비나 보행 등에 의해 손상되지 않도록 보호.
• 후속 공정 영향 검토: 피막이 후속 미장이나 타일 등의 부착을 방해할 수 있으므로, 필요 시 제거해야 함.

4. 결론

막양생은 콘크리트의 초기 건조수축 균열을 방지하고 충분한 강도 발현을 유도하는 효과적이고 실용적인 양생 방법입니다. 특히 피막양생재는 시공이 간편하여 널리 쓰이지만, 정확한 시점에 균일하게 살포하는 것이 양생 효과를 좌우하는 핵심이므로 시공관리에 주의를 기울여야 합니다.

13. 교량의 새들(saddle)

1. 개요

새들(Saddle)은 현수교나 사장교의 주탑 꼭대기에 설치되어 주케이블이나 케이블을 지지하고, 케이블로부터 전달되는 막대한 힘을 주탑으로 안전하게 전달하는 구조물을 말합니다. 말의 '안장'처럼 케이블을 얹어놓는 형태를 하고 있으며, 케이블을 보호하고 응력 집중을 완화시키는 중요한 역할을 합니다.

2. 기능

• 하중 전달: 케이블의 거대한 인장력을 주탑의 압축력으로 변환하여 안전하게 전달.
• 케이블 보호: 케이블이 주탑과 직접 접촉하여 마모되거나 손상되는 것을 방지.
• 형상 유지 및 응력 완화: 케이블이 급격하게 꺾이지 않도록 큰 곡률반경을 제공하여 응력 집중을 방지하고 케이블의 형상을 유지.
• 활동(Sliding) 허용: 시공 중 또는 공용 중 케이블의 불균형 장력으로 인한 미세한 움직임을 허용 (Roller Saddle의 경우).

3. 종류

종류	교량 형식	특징
현수교 새들	현수교	- 주케이블을 구성하는 수천 가닥의 강선을 가지런히 안치할 수 있는 홈(Groove)이 있음. - 주탑 상부에서 주케이블의 방향을 부드럽게 전환.
사장교 새들	사장교	- 각각의 케이블을 개별적으로 지지하며 주탑을 관통하는 형태. - 케이블의 각도 변화에 대응하고 마찰을 줄이기 위한 구조.

4. 결론

새들은 교량의 전체 하중이 집중되는 매우 중요한 구조 부재입니다. 케이블의 거대한 힘을 주탑에 안전하게 전달하고 케이블을 보호하는 역할을 하므로, 제작 시 정밀한 치수 관리가 요구되며, 설치 시에는 설계된 위치에 정확하게 거치하여 교량의 장기적인 안전성을 확보해야 합니다.