제114회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제114회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 토량변화율

1. 개요

토량변화율은 흙의 상태가 변함에 따라 부피가 달라지는 비율을 나타내는 계수입니다. 흙은 자연상태(본바닥), 흐트러진상태(굴착 시), 다져진상태(성토 시)에서 각각 다른 부피를 가지므로, 정확한 토공량 산정과 운반 장비 계획을 위해 이 변화율을 반드시 고려해야 합니다.

2. 토량변화율의 종류 (L과 C)

• L (흐트러진 상태의 토량 환산계수): L = Vl / Vc
  • Vl: 흐트러진 상태의 토량 (m³)
  • Vc: 자연 상태의 토량 (m³)
  • 흙은 굴착 시 공극이 증가하므로 항상 L > 1.0 이다. (예: 보통흙 1.25, 암석 1.3~1.7)
• C (다져진 상태의 토량 환산계수): C = Vd / Vc
  • Vd: 다져진 상태의 토량 (m³)
  • Vc: 자연 상태의 토량 (m³)
  • 흙은 다짐 시 공극이 감소하므로 일반적으로 C < 1.0 이다. (예: 보통흙 0.9)

3. 활용

토량변화율은 토공 계획의 기본이 되는 값으로, 다음과 같이 활용됩니다.

• 토량 배분 계획: 절토량과 성토량의 균형(Balance)을 맞추기 위해 절토량을 다짐 토량으로 환산.
• 운반 장비 선정: 굴착된 흐트러진 상태의 토량을 기준으로 덤프트럭 등 운반 장비의 규격 및 대수 산정.
• 토취장 및 사토장 규모 산정: 부족하거나 남는 토량을 정확히 계산하여 토취장, 사토장의 필요 규모 결정.

2. 순환골재

1. 개요

순환골재란 건설 현장에서 발생하는 폐콘크리트, 폐아스팔트콘크리트 등 건설폐기물을 물리적 또는 화학적 처리과정을 거쳐 파쇄, 선별하여 「건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률」에서 정하는 품질기준에 맞게 만든 골재를 말합니다. 이는 천연골재 고갈 문제에 대처하고 환경을 보호하는 중요한 자원입니다.

2. 천연골재 대비 순환골재의 일반적인 특성

특성	천연골재 대비 순환골재	이유
밀도	낮다 (10~15% ↓)	골재 표면에 다공질의 시멘트 페이스트가 다량 부착되어 있기 때문.
흡수율	높다 (3~10배 ↑)

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

순환골재는 천연골재에 비해 일부 공학적 성능이 떨어지는 특성이 있으나, 충분한 기술 개발과 품질관리로 극복 가능합니다. 순환골재의 적극적인 활용은 지속가능한 건설산업을 위해 필수적입니다.

3. 지하안전관리에 관한 특별법

1. 개요

「지하안전관리에 관한 특별법」(약칭: 지하안전법)은 지하개발 공사 및 주변 지역에서 발생할 수 있는 지반침하(싱크홀) 사고를 예방하고, 지하공간을 체계적으로 개발·이용·관리하기 위해 제정된 법률입니다. 이 법의 핵심은 일정 규모 이상의 지하개발 사업 시 '지하안전영향평가'를 의무화한 것입니다.

2. 주요 내용

• 지하안전영향평가 실시: 굴착 깊이 10m 이상 20m 미만(소규모) 또는 20m 이상(일반)의 지하개발 사업자는, 사업으로 인한 지반 및 주변 시설물의 안전 영향을 사전에 평가하고 저감대책을 수립해야 함.
• 사후지하안전영향조사: 공사 중 및 준공 후, 영향평가 시 예측된 내용과 실제 지반 거동이 일치하는지 확인하고 필요한 조치를 취함 (계측 등).
• 지반침하위험도평가: 지자체장은 관할 구역의 지반침하 위험도를 평가하고 관리 계획을 수립.
• 지하시설물 통합지도: 지하에 매설된 상하수도, 가스, 통신 등 15종의 시설물 정보를 통합한 지도를 구축하여 관리.

4. 균열관리대장

1. 개요

균열관리대장은 콘크리트 구조물에 발생한 균열의 상태와 변화 과정을 체계적으로 기록하고 관리하기 위한 문서입니다. 이는 균열의 진행성 여부를 판단하고, 구조물의 안전성을 평가하며, 적절한 보수·보강 시기와 공법을 결정하기 위한 필수적인 기초 자료입니다.

2. 주요 기록 항목

• 균열 정보: 고유 관리번호, 발견일자, 위치(균열도에 표시).
• 균열 제원: 균열의 종류(전단균열, 휨균열 등), 폭, 길이, 깊이.
• 진행성 여부: 정기적인 측정(균열 폭, 길이)을 통해 균열의 확대 여부 기록.
• 누수 등 특이사항: 누수, 백태, 박리 등 균열과 관련된 2차 열화 현상.
• 사진 기록: 균열의 전경 및 근경 사진.
• 보수 이력: 보수일자, 보수공법, 사용재료 등.

3. 결론

균열관리대장을 통한 체계적인 이력 관리는 시설물의 예방적 유지관리를 가능하게 합니다. 정량적인 데이터 축적을 통해 균열의 원인을 추정하고 거동을 예측함으로써, 구조물의 안전성을 확보하고 생애주기비용(LCC)을 절감할 수 있습니다.

5. 선행재하(Preloading) 공법

1. 개요

선행재하공법은 압밀 침하가 예상되는 연약 점성토 지반 위에, 본 구조물을 시공하기 전에 미리 흙쌓기 등(Surcharge)을 하여 지반을 압밀시키는 연약지반 개량공법입니다. 이는 본 구조물 시공 후 발생할 장기적인 침하를 사전에 완료시켜 잔류침하를 최소화하는 것을 목적으로 합니다.

2. 원리 및 특징

• 원리: 본 구조물 하중과 같거나 더 큰 하중을 미리 가하여, 장기간에 걸쳐 발생할 압밀 침하를 공사 기간 중에 인위적으로 완료.
• 특징:
  • 장점: 공법이 단순하고 확실하며, 경제적. 지반의 강도 증가 효과도 얻을 수 있음.
  • 단점: 압밀에 소요되는 기간이 매우 길고(수년), 넓은 재하중용 부지와 재료가 필요.

3. 공법 개선 (압밀 촉진)

긴 압밀 기간을 단축시키기 위해, 일반적으로 연직배수공법(Vertical Drain)과 병행하여 사용됩니다.

• 연직배수공법 병용: 지반 내에 PBD, SCP 등 연직배수재를 설치하여 압밀 시 간극수의 수평방향 배수거리를 단축시켜 압밀 시간을 획기적으로 줄임.

6. 얕은 기초의 부력 방지대책

1. 개요

부력(Uplift)은 지하수위 아래에 위치한 구조물에 작용하는 상향의 정수압으로, 구조물의 자중보다 부력이 클 경우 구조물이 떠오르거나 안정성을 상실하게 됩니다. 따라서 지하수위가 높은 곳에 지하실, 정화조, 지하철 등 가벼운 지하 구조물을 시공할 경우 반드시 부력에 대한 방지대책을 수립해야 합니다.

2. 방지 대책

구분	대책 공법	원리
자중 증가	바닥 슬래브 두께 증대	구조물 자체의 무게를 부력보다 크게 하여 저항.
	Rock Anchor / Tension Pile	기초 하부의 암반이나 지지층에 앵커 또는 인장말뚝을 설치하여 구조물을 지반에 묶어둠.
부력 저감	영구 배수공법	구조물 주변에 맹암거 등 영구적인 배수시설을 설치하여 지하수위 자체를 낮춤.
	Relief Well 설치	피압대수층으로 인한 양압력이 문제일 경우, 감압 우물을 설치하여 수압을 저감.

7. 주철근과 배력철근

1. 개요

철근콘크리트 슬래브 등에서 주철근과 배력철근은 각각의 명확한 역할에 따라 배치되는 철근입니다. 주철근은 하중에 의한 주된 응력에 저항하는 역할을, 배력철근은 주철근을 보조하고 2차적인 응력에 저항하는 역할을 합니다.

2. 비교

구분	주철근 (Main Reinforcement)	배력철근 (Distribution Reinforcement)
주요 역할	휨모멘트에 의해 발생하는 주인장응력에 저항. (구조 계산에 의해 산정)	- 주철근에 직각 방향으로 작용하는 2차 응력에 저항. - 하중을 주철근에 분산(배력). - 건조수축 및 온도변화에 의한 균열 제어.
배치 방향	1방향 슬래브의 경우 단변(짧은 변) 방향.	주철근에 직각 방향 (1방향 슬래브의 경우 장변 방향).
배치 위치	구조체 외곽(인장측)에 배치하여 유효깊이(d)를 최대로 확보.	주철근의 안쪽에 배치.

8. 액상화(Liquefaction)

1. 개요

액상화 현상이란 포화된 느슨한 사질토 지반이 지진과 같은 동적 하중을 받아 순간적으로 전단강도를 완전히 상실하고 액체처럼 거동하는 현상을 말합니다. 이로 인해 지반은 상부 구조물을 지지할 수 없게 되어 기초의 침하, 전도 등 심각한 피해를 유발합니다.

2. 발생 3요소 및 방지 대책

발생 3요소	방지 대책
1. 느슨한 사질토 지반	다짐(밀도 증대): 동다짐, 진동다짐, SCP 공법 등으로 지반을 조밀하게 하여 입자 골격 강화.
2. 포화된 상태 (높은 지하수위)	탈수(배수): 연직배수재, 자갈배수층 등을 설치하여 지진 시 과잉간극수압을 신속히 소산.
3. 일정 규모 이상의 지진 하중	고결(강도 증대): 약액주입(그라우팅), 심층혼합처리(DCM) 공법으로 흙 입자를 고결시켜 전단강도 증대.

9. 방파제

1. 개요

방파제는 외해로부터 내습하는 파랑을 차단하거나 약화시켜 항만 내부의 수역을 정온하게 유지하고, 선박의 안전한 항행, 정박, 하역 작업을 가능하게 하는 가장 중요한 외곽시설입니다.

2. 구조 형식에 따른 분류

종류	특징	장점	단점
경사제 (Rubble Mound Breakwater)	사석, 블록(TTP 등) 등을 경사지게 쌓아올려 파력을 소산(에너지 흡수)시키는 구조.	- 연약지반에 적용 용이. - 파랑 에너지를 흡수하여 반사파가 적음.	- 단면이 커서 재료 소요량이 많고 넓은 부지 필요. - 마루높이가 낮으면 월파(Overtopping) 우려.
직립제 (Vertical Wall Breakwater)	케이슨(Caisson) 등 직립벽으로 파력을 반사시키는 구조.	- 단면이 작아 재료 절약 및 공기 단축 가능. - 직립 안벽으로 선박 계류에 이용 가능.	- 양호한 기초 지반이 요구됨. - 반사파가 높아 항행에 지장을 줄 수 있고, 구조물 전면에 큰 파압 작용.
혼성제 (Composite Breakwater)	하부는 경사제(사석 기초), 상부는 직립제(케이슨)로 구성된 복합 구조.	- 경사제와 직립제의 장점을 결합. - 수심이 깊은 곳에서 경사제보다 경제적.	- 구조가 복잡하고 시공이 어려움. - 이질 구조의 접합부에서 부등침하 등 문제 발생 가능.

10. RQD와 RMR

1. 개요

RQD와 RMR은 터널, 사면 등 암반 구조물 설계 시 암반의 공학적 품질을 정량적으로 평가하기 위해 사용되는 대표적인 암반 분류법입니다. RQD는 암반의 균열 상태를 간단히 나타내는 지표이며, RMR은 RQD를 포함한 여러 요소를 종합하여 암반을 체계적으로 분류하는 방법입니다.

2. 비교

구분	RQD (Rock Quality Designation, 암질지수)	RMR (Rock Mass Rating, 암반평점)
개념	시추 코어 중 길이가 10cm 이상인 코어의 총 길이를 전체 시추 코어 길이로 나눈 백분율.	암반의 강도, RQD, 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태 등 5가지(후에 방향성 추가) 항목에 점수를 부여하여 합산한 총점.
평가 요소	균열의 빈도 (단순)	암석 강도, 균열 빈도 및 상태, 지하수 등 (종합적)
활용	- 암반의 풍화도 및 균열 상태에 대한 개략적인 평가. - RMR, Q-system 등 다른 암반분류법의 입력 자료로 사용.	- 암반 등급(I~V) 분류. - 터널의 지보량 산정, 암반의 변형계수 및 강도정수 추정 등 설계에 직접 활용.

11. Tining과 Grooving

1. 개요

Tining과 Grooving은 시멘트 콘크리트 포장 표면에 미세한 홈(Groove)을 만들어, 우천 시 미끄럼 저항성을 높이고 수막현상을 방지하기 위한 표면 마감 공법입니다. 두 공법은 홈을 만드는 시점과 방법에 차이가 있습니다.

2. 비교

구분	타이닝 (Tining)	그루빙 (Grooving)
시공 시점	콘크리트 타설 후, 아직 굳지 않은 경화 전 상태	콘크리트가 완전히 양생된 경화 후 상태
시공 방법	강철 빗살 모양의 Tine 장비로 표면을 긁어 홈을 형성.	다이아몬드 날이 부착된 절삭 장비로 홈을 깎아냄.
특징	- 시공이 비교적 간단하고 경제적. - 홈의 깊이와 형상이 불균일할 수 있음. - 신설 포장에 적용.	- 홈의 규격이 균일하고 정밀. - 비용이 고가. - 신설 포장 또는 공용 중인 포장의 미끄럼 저항성 복원 시 적용.

12. 소일네일링 (Soil Nailing) 공법

1. 개요

소일네일링은 기존 비탈면이나 굴착 사면의 안정을 위해, 지반 내에 비교적 조밀한 간격으로 철근이나 강봉과 같은 보강재(Nail)를 삽입하고 그라우팅하여, 흙과 보강재의 마찰 저항으로 흙의 전단강도를 증대시키는 원위치 보강 공법입니다. 보강된 지반이 하나의 중력식 옹벽처럼 거동하도록 하여 안정성을 확보합니다.

2. 특징

• 수동적(Passive) 저항: 어스앵커처럼 긴장력을 가하지 않음. 사면이 변형하려는 움직임이 발생할 때 네일의 인장력과 전단력이 발휘되어 저항.
• 시공 순서: 일반적으로 Top-Down 방식으로, 일정 깊이를 굴착하고 네일을 설치한 후, 숏크리트 등으로 전면을 마감하는 단계를 반복.
• 적용: 주로 기존 절토 비탈면의 영구 보강이나, 도심지 굴착 공사의 임시 흙막이 지지 시스템으로 널리 사용.

13. 시멘트 콘크리트 포장에서의 타이바(Tie Bar)와 다웰바(Dowel Bar)

1. 개요

타이바와 다웰바는 시멘트 콘크리트 포장의 줄눈 부위에 설치되는 강봉으로, 포장 슬래브의 구조적 안정성을 확보하는 중요한 역할을 합니다. 두 강봉은 설치 위치와 기능이 명확히 다릅니다.

2. 비교

구분	타이바 (Tie Bar)	다웰바 (Dowel Bar)
주요 기능	인접한 슬래브가 좌우로 벌어지는 것을 결속(Tie)하여 이격 방지. (하중 전달 기능 없음)	차량 하중을 인접 슬래브로 전달(Dowel)하여 단차(Faulting) 및 응력 집중 방지.
설치 위치	세로줄눈 (Longitudinal Joint)	가로수축줄눈 (Transverse Contraction Joint)
형태	이형철근 (콘크리트와 부착)	원형강봉 (한쪽 끝에 기름칠/캡을 씌워 슬래브의 수축/팽창 허용)
설치 방향	포장 진행방향에 직각	포장 진행방향에 평행