제115회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제115회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 워커빌리티(Workability)와 컨시스턴시(Consistency)

1. 개요

워커빌리티와 컨시스턴시는 굳지 않은 콘크리트의 성질을 나타내는 용어로, 시공성과 최종 품질에 큰 영향을 미칩니다. 컨시스턴시는 워커빌리티를 구성하는 하나의 요소로, 두 용어는 서로 밀접한 관계가 있지만 의미는 다릅니다.

2. 정의 및 관계

구분	컨시스턴시 (Consistency, 반죽질기)	워커빌리티 (Workability, 시공연도)
정의	주로 단위수량에 의해 좌우되는 콘크리트의 유동성 또는 변형의 용이성. (묽고 된 정도)	재료분리 없이 운반, 타설, 다짐, 마감이 용이한 정도를 나타내는 종합적인 성질.
측정 방법	슬럼프 시험, 플로 시험 등	직접적인 측정법은 없으며, 슬럼프, 공기량, 단위용적질량 등을 종합하여 판단.
관계	워커빌리티를 구성하는 가장 중요한 요소 중 하나.	컨시스턴시, 성형성, 마감성, 재료분리 저항성 등을 모두 포함하는 상위 개념.

3. 결론

컨시스턴시가 좋다고(슬럼프 값이 크다고) 해서 반드시 워커빌리티가 좋은 것은 아닙니다. 예를 들어, 물만 많이 넣어 슬럼프 값을 높이면 유동성은 좋지만 재료분리가 발생하여 워커빌리티는 오히려 나빠집니다. 따라서 좋은 워커빌리티란, 시공에 적합한 컨시스턴시를 가지면서도 재료분리가 일어나지 않는 균질한 상태를 의미합니다.

2. 온도균열 제어 수준에 따른 온도균열지수

1. 개요

온도균열지수(Icr)는 매스콘크리트 등에서 수화열로 인한 온도응력에 의한 균열 발생 가능성을 평가하는 지표입니다. 특정 재령(나이)에서 콘크리트의 인장강도를 같은 재령에서의 온도응력으로 나눈 값으로, 이 값이 클수록 균열에 대한 저항성이 높다는 것을 의미합니다.

온도균열지수 (Icr) = 콘크리트의 인장강도 (ft) / 온도응력 (σt)

2. 균열 제어 수준별 요구 온도균열지수

구조물의 중요도와 요구 성능에 따라 균열 제어 수준을 정하고, 그에 맞는 목표 온도균열지수를 확보하도록 설계 및 시공합니다.

균열 제어 수준	요구 온도균열지수 (Icr)	설명
유해한 균열을 허용하지 않는 경우	1.5 이상	수밀성이 요구되는 구조물, 미관이 중요한 구조물 등
관통균열을 허용하지 않는 경우	1.2 이상	일반적인 매스콘크리트 구조물
균열폭을 제어하는 경우	0.7 이상	철근으로 균열을 제어할 수 있는 구조물

3. 결론

온도균열지수는 매스콘크리트의 균열을 과학적으로 관리하기 위한 핵심 지표입니다. 설계 단계에서 수화열 해석을 통해 예상 온도응력을 계산하고, 목표 온도균열지수를 만족할 수 있도록 저발열 시멘트 사용, 프리쿨링/파이프쿨링 등 온도 제어 대책을 수립해야 합니다.

3. 아스팔트 혼합물의 온도관리

1. 개요

아스팔트 혼합물은 온도에 따라 물성이 크게 변하는 온도 의존성 재료입니다. 따라서 생산부터 포설, 다짐에 이르기까지 전 과정에서 규정된 온도를 철저히 관리하는 것이 포장의 품질과 내구성을 확보하는 데 가장 중요합니다.

2. 공정별 온도관리 기준

공정	관리 기준 온도 (일반 아스콘 기준)	관리 목적
생산 (Mixing)	150 ~ 170 ℃	- 골재 건조 및 아스팔트 바인더와의 완전한 피복. - 과열 시 아스팔트 노화(경화) 방지.
운반 및 현장 도착	135 ℃ 이상	- 운반 중 온도 저하 최소화 (보온덮개 사용). - 시공성 확보를 위한 최소 온도 유지.
포설 (Paving)	120 ℃ 이상	- 피니셔의 작업성 및 초기 평탄성 확보.
다짐 (Compaction)	초기: 110 ~ 140 ℃ 마무리: 80 ℃ 이상	- 규정된 다짐도를 얻기 위한 최적의 온도 범위. - 너무 낮으면 다짐이 안되고, 너무 높으면 밀림 현상 발생.

3. 결론

아스팔트 포장의 품질은 '온도와의 싸움'이라고 할 수 있습니다. 각 공정별로 정해진 온도 범위를 벗어날 경우, 조기 파손의 직접적인 원인이 되므로 방사 온도계 등을 이용한 지속적인 온도 측정과 기록을 통해 철저한 품질관리를 수행해야 합니다.

4. 순환골재와 순환토사

1. 개요

순환골재와 순환토사는 건설폐기물을 재활용하여 만든 건설자재입니다. 이는 천연자원 고갈 문제에 대처하고 환경을 보호하며, 폐기물 처리 비용을 절감하는 중요한 자원순환형 건설의 핵심 요소입니다.

2. 정의 및 비교

구분	순환골재 (Recycled Aggregate)	순환토사 (Recycled Soil)
원료	폐콘크리트, 폐아스팔트콘크리트 등	건설 현장에서 발생하는 건설폐토석 (흙, 모래, 자갈, 암석 등)
처리 공정	파쇄 → 자력선별(철근) → 이물질선별 → 입도조정	선별 → 파쇄 → 입도조정 등
주요 용도	- 도로 보조기층재 - 콘크리트용 골재 (품질기준 만족 시) - 아스팔트콘크리트용 골재	- 도로 성토재, 노체/노상재 - 매립시설 복토재 - 주차장 등 부지조성재

관련 법규

건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률에서는 순환골재 등의 품질기준, 용도, 의무사용 규정 등을 명시하여 재활용을 장려하고 있습니다. 일정 규모 이상의 건설공사에서는 일정 비율 이상의 순환골재를 의무적으로 사용해야 합니다.

3. 결론

순환골재와 순환토사의 적극적인 활용은 버려지던 건설폐기물을 가치 있는 자원으로 재탄생시키는 지속가능한 건설의 핵심입니다. 엄격한 품질관리를 통해 천연자재에 버금가는 성능을 확보하고, 적용 분야를 지속적으로 확대해나가는 노력이 필요합니다.

5. 절토부 표준발파공법

1. 개요

절토부 표준발파공법은 도로, 단지 등 토목공사에서 암반을 깎아내기 위해 적용하는 일반적인 발파 방법을 의미합니다. 발파 규모, 주변 환경 조건, 암반의 특성에 따라 다양한 패턴으로 구분되며, 안전하고 효율적인 굴착을 목적으로 합니다.

2. 규모에 따른 분류

공법	특징	주요 적용
대규모 발파	- 다수의 발파공을 동시에 또는 지연 기폭하여 대량의 암반을 한번에 파쇄. - 생산성이 높고 경제적.	보안물건(민가, 구조물)이 없는 광활한 지역의 대규모 절토
중규모 발파	- 1열 또는 수 열의 발파공을 사용하여 제한된 규모로 발파. - 진동과 소음을 어느 정도 제어.	일반적인 도로 절토 구간
소규모 발파	- 1~2개의 발파공을 사용하여 국부적인 암반을 제거. - 진동과 소음 제어가 중요할 때 사용.	기초 굴착, 구조물 근접 시공
제어발파 병용	- 최종 비탈면의 안정과 미관을 위해, 대/중규모 발파 시 최종면에는 선대균열발파(Pre-splitting), 스무스발파(Smooth Blasting) 등의 제어발파 공법을 병행.

6. 해상 도로건설공사에서 가토제(Temporary Bank)

1. 개요

가토제는 해상이나 하천, 호수 등 수중에서 교량이나 방파제 등의 공사를 수행하기 위해, 육상 장비의 진입로 및 작업 공간을 확보할 목적으로 흙이나 암석을 쌓아 임시로 만드는 둑(도로)을 말합니다. 이는 해상장비의 투입을 최소화하고 육상과 동일한 조건에서 작업할 수 있게 하여 공사 효율을 높이는 역할을 합니다.

2. 목적 및 기능

• 작업용 진입도로(Access Road): 덤프트럭, 크레인 등 육상 장비가 해상 작업 지점까지 이동할 수 있는 통로.
• 작업 공간(Working Platform): 교각 기초 공사, 상부구조물 가설 등을 위한 작업장.
• 임시 물막이(Cofferdam): 기초 공사 시 주변의 물을 막는 가물막이 역할.

3. 시공 시 유의사항

• 안정성 확보: 파랑, 조류, 조위 변화 등 해상 조건에 대해 제체가 안정하도록 충분한 단면과 재료로 축조.
• 세굴 방지: 가토제 선단부나 측면이 물의 흐름으로 인해 세굴되지 않도록 사석, 토목섬유 등으로 보호.
• 환경 영향 최소화: 흙탕물(오탁수) 발생을 억제하기 위해 오탁방지막을 설치하고, 해수 유통을 고려하여 필요 시 통수관 설치.
• 철거 계획: 공사 완료 후 원상복구를 위해 가토제의 철거 방법과 시기를 사전에 계획.

7. 절토부 판넬식 옹벽

1. 개요

절토부 판넬식 옹벽은 절토 비탈면에 앵커(Anchor)나 네일(Nail) 등으로 보강재를 설치하여 비탈면의 안정을 확보한 후, 전면에 공장제작(Precast) 콘크리트 판넬을 부착하여 마감하는 옹벽 형식입니다. 이는 비탈면의 영구적인 안정과 미관 확보를 동시에 만족시키는 공법입니다.

2. 구성 요소 및 역할

• 전면 판넬(Facing Panel): PC 콘크리트 판넬로, 비탈면 표면의 침식과 풍화를 방지하고 미관을 향상.
• 보강재(Reinforcement): 쏘일네일(Soil Nail) 또는 어스앵커(Earth Anchor)로, 주동토압에 저항하여 비탈면의 전체적인 안정을 확보하는 핵심 부재.
• 연결부(Connection): 판넬과 보강재를 연결하여 토압을 보강재에 전달하는 부분.
• 배수시설(Drainage): 판넬 배면의 침투수를 원활히 배수시켜 수압 발생을 방지.

3. 특징

• 장점: 시공 속도가 빠르고 미관이 우수하며, 협소한 부지에도 적용 가능.
• 단점: 보강재의 성능이 전체 안정성을 좌우하므로 정밀한 설계와 시공이 요구됨.

8. 불연속면(Discontinuities in rock mass)

1. 개요

불연속면이란 암반 내에 존재하는 역학적으로 취약한 면으로, 암반을 여러 개의 암괴(Rock Block)로 분리시키는 균열이나 면을 총칭합니다. 불연속면은 신선한 암석(Intact Rock) 자체의 강도보다 암반 전체의 강도, 변형, 투수성에 훨씬 더 지배적인 영향을 미칩니다.

2. 종류

종류	정의 및 특징
절리 (Joint)	암반 내에 발달한 규칙적인 균열로, 면을 따른 전단 변위가 거의 없음. (가장 흔함)
단층 (Fault)	지각 변동으로 암반이 파괴되면서 파단면을 따라 상당한 전단 변위가 발생한 구조. (단층점토 등 연약물질 포함)
층리 (Bedding Plane)	퇴적암에서 퇴적 환경의 변화로 인해 형성된 퇴적층 사이의 경계면.
편리 (Foliation)	변성암에서 광물들이 압력에 의해 특정 방향으로 배열되면서 형성된 평행한 구조.

3. 공학적 중요성

불연속면의 방향, 간격, 거칠기 등은 터널, 사면 등 암반 구조물의 안정성을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 따라서 암반 구조물 설계 시에는 불연속면의 특성을 정확히 조사하고, 이를 고려한 안정 해석 및 보강 대책을 수립해야 합니다.

9. 엑스트라도즈드교(Extradosed Bridge)

1. 개요

엑스트라도즈드교는 사장교와 PSC 박스거더교의 구조적 특징을 조합한 하이브리드 형태의 교량입니다. 사장교보다는 주탑의 높이가 낮고 케이블의 경사가 완만하며, PSC 거더교보다는 거더의 춤(높이)이 낮은 특징을 가집니다.

2. 구조적 특징

• 낮은 주탑과 완만한 케이블: 외관이 거더교에 가까워 미관이 수려.
• 케이블의 역할: 사장교처럼 케이블이 하중의 대부분을 지지하는 것이 아니라, 거더의 휨모멘트를 줄여주는 '보강' 역할을 함.
• 응력 변화폭 감소: 케이블이 활하중을 일부 분담하여 거더의 응력 변화폭이 작아져 피로에 유리.

3. 사장교 및 거더교와의 비교

구분	PSC 거더교	엑스트라도즈드교	사장교
주탑 높이	없음	낮음	높음
거더 춤	높음	중간	낮음
적정 경간장	~ 150m	100m ~ 250m	200m ~ 1000m

4. 결론

엑스트라도즈드교는 PSC 거더교와 사장교의 장점을 결합하여, 중장경간(100~250m) 영역에서 구조적 효율성과 경제성, 미관을 동시에 만족시킬 수 있는 우수한 교량 형식입니다.

10. 터널 숏크리트의 리바운드 영향인자 및 감소대책

1. 개요

리바운드(Rebound)란 터널에서 숏크리트를 분사할 때, 시공면에 부착되지 못하고 튕겨 나오는 재료의 손실분을 의미합니다. 리바운드는 경제적 손실을 유발할 뿐만 아니라, 숏크리트의 품질 저하, 작업 환경 악화 등 다양한 문제를 일으키므로 발생량을 최소화하도록 관리해야 합니다.

2. 영향인자 및 감소대책

영향인자	감소대책
재료 요인 (굵은골재 최대치수, 입도, 단위수량, 급결제)	- 최대 골재치수를 10~15mm 이하로 제한. - 입도분포가 양호한 재료 사용. - 적정 단위수량 및 급결제량 유지.
시공 요인 (분사 거리, 각도, 압력)	- 분사 거리는 1m, 각도는 시공면과 직각을 유지. - 과도한 분사 압력 지양.
작업자 요인 (숙련도)	- 숙련된 노즐맨을 투입하고 지속적인 교육 실시.

3. 결론

리바운드 발생량을 줄이는 것은 숏크리트 품질관리의 핵심이자 경제적 시공의 기본입니다. 양호한 재료를 사용하고, 숙련된 작업자가 표준 시공법을 준수하도록 관리함으로써 리바운드를 최소화하고 터널의 초기 안정성을 확보해야 합니다.

11. 유해위험 방지계획서

1. 개요

유해위험 방지계획서는 「산업안전보건법」에 따라, 추락·붕괴 등 중대재해 발생 위험이 높은 특정 건설공사를 착공하기 전에, 해당 공사의 유해·위험요인과 그에 대한 저감대책을 담아 작성하고, 한국산업안전보건공단의 심사를 받는 안전관리 계획서입니다. 이는 설계 단계부터 시공까지의 잠재적 위험을 체계적으로 관리하기 위한 제도입니다.

2. 제출 대상 공사

• 지상높이 31m 이상 건축물 또는 공작물.
• 최대 지간길이 50m 이상인 교량.
• 다목적댐, 발전용댐 및 저수용량 2천만톤 이상의 용수전용댐.
• 터널 건설 등의 공사.
• 굴착 깊이 10m 이상인 굴착공사.

관련 법규

산업안전보건법 제42조(유해위험방지계획서의 작성·제출 등)에서 제출 대상, 시기, 절차, 내용 등을 규정하고 있습니다. 해당 공사의 사업주는 공사 착공 전까지 계획서를 공단에 제출하여 심사를 받아야 합니다.

3. 결론

유해위험 방지계획서는 위험한 공사에 대한 '사전 안전성 심사' 제도로서, 계획 단계에서부터 위험요인을 제거하고 안전한 공법을 채택하도록 유도하는 데 큰 의의가 있습니다. 사업주는 형식적인 서류 작성이 아닌, 실질적인 재해 예방 대책을 담아 계획서를 작성하고 이를 현장에서 철저히 이행해야 합니다.

12. 저탄소콘크리트(Low Carbon Concrete)

1. 개요

저탄소콘크리트는 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂) 배출량을 일반 콘크리트보다 줄인 친환경 콘크리트를 말합니다. 콘크리트 재료 중 시멘트는 생산 시 막대한 양의 CO₂를 배출하므로, 저탄소콘크리트 기술의 핵심은 시멘트 사용량을 줄이는 데 있습니다.

2. CO₂ 저감 방안

방안	기술 내용
시멘트 대체재 사용	- 시멘트의 일부를 산업부산물인 고로슬래그 미분말이나 플라이애시로 대체. - 이들 혼화재는 자체적으로 수경성 또는 포졸란 반응을 일으켜 장기강도를 증진시키면서 CO₂ 배출량을 줄임. (가장 일반적인 방법)
저탄소형 시멘트 개발	- 소성 온도가 낮은 저클링커 시멘트(LCC) 등 시멘트 자체의 CO₂ 배출량을 줄인 제품 사용.
CO₂ 활용 기술	- 콘크리트 생산 과정에서 CO₂를 포집하여 광물화시키는 등 CO₂를 직접적으로 저감하는 기술.

3. 결론

전 세계적인 탄소중립 목표 달성을 위해 건설 분야의 CO₂ 배출량 감축은 필수적입니다. 저탄소콘크리트 기술은 건설 분야의 온실가스 감축을 위한 가장 현실적이고 효과적인 대안으로, 고로슬래그, 플라이애시 등 산업부산물의 재활용을 촉진하여 자원순환 사회 구축에도 기여합니다.

13. 유토곡선(Mass Curve)

1. 개요

유토곡선은 도로, 철도 등 선형 공사의 토공 계획 시, 토공량의 누적 분포를 시점부터 종점까지의 거리에 따라 그래프로 나타낸 곡선입니다. 세로축은 누적 토량을 (절토 +, 성토 -), 가로축은 거리를 나타냅니다. 이를 통해 토공 물량의 균형, 운반 거리, 토취장 및 사토장 계획 등을 수립할 수 있습니다.

2. 성질 및 활용

• 성질:
  • 곡선이 상승하는 구간은 절토, 하강하는 구간은 성토 구간.
  • 곡선에 그은 수평선과 만나는 두 점 사이에서는 절토량과 성토량이 같아 토량 균형을 이룸.
• 활용:
  • 토량 배분 계획: 자체 유용 구간, 사토 구간, 토취 구간 결정.
  • 평균 운반거리 산정: 토공 장비 조합 및 비용 산출에 활용.
  • 토취장 및 사토장 선정.