제110회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제110회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 파랑(波浪)의 변형

가. 정의

파랑의 변형이란 심해(Deep Water)에서 발생한 파가 해안으로 전파되면서 해저지형, 수심, 구조물 등의 영향으로 파고, 파장, 진행방향 등 파의 특성이 변화하는 현상을 총칭합니다. 항만 및 해안 구조물 설계 시 반드시 고려해야 할 핵심 요소입니다.

나. 파랑 변형의 종류 및 특징

종류	정의	발생 원인	주요 영향
천수효과 (Shoaling)	수심이 얕아지면서 파속이 감소하고 파고가 증가하는 현상	수심 감소	쇄파(Breaking Wave) 발생의 원인
굴절 (Refraction)	수심 변화에 따라 파속이 달라져 파봉선이 등수심선과 평행해지려는 현상	해안선 근처의 불규칙한 해저지형	특정 지점(곶 등)에 파랑 에너지 집중
회절 (Diffraction)	파가 방파제 등 장애물 배후로 전파될 때, 파 에너지가 그림자 영역으로 전달되는 현상	구조물, 섬 등 파의 진행을 막는 장애물	방파제 배후 해역의 정온도(Calmness) 결정
반사 (Reflection)	파가 구조물이나 급경사 지형에 부딪혀 일부 또는 전체 에너지가 반대 방향으로 되돌아가는 현상	방파제, 안벽, 절벽 등 연직에 가까운 경사면	중복파(Clapotis) 발생, 구조물 전면 세굴 유발

2. 과다짐 (Over Compaction)

가. 정의

과다짐이란 흙의 다짐 시 최적함수비(OMC)보다 습윤측에서 과도한 다짐 에너지를 가했을 때, 오히려 함수량은 변하지 않으면서 건조단위중량이 감소하고 강도가 저하되는 현상을 말합니다. 이는 과도한 다짐 에너지로 인해 흙 입자 사이의 간극수가 압력을 받아 흙 입자의 재배열을 방해하기 때문에 발생합니다.

나. 발생 메커니즘 및 문제점

• 메커니즘: 과도한 다짐에너지가 흙 입자가 아닌 간극수에 전달 → 간극수압 상승 → 유효응력 감소 → 전단강도 저하.
• 문제점:
  • 건조단위중량 및 지지력(CBR) 감소
  • 전단강도 저하 및 시공 장비의 주행성 악화
  • 다짐 대상층 하부의 기 다짐층에 교란 발생
  • 불필요한 다짐 에너지 소모로 인한 비경제성

다. 방지 대책

구분	대책
함수비 관리	흙의 함수비를 최적함수비(OMC) 상태로 철저히 관리합니다.
다짐 관리	시험 다짐을 통해 최적의 다짐 장비, 다짐 횟수, 다짐 두께를 결정하고 이를 준수합니다.
현장 계측	다짐이 진행됨에 따라 현장밀도시험을 통해 다짐도를 지속적으로 확인하고 과다짐이 발생하지 않도록 관리합니다.

3. 토목섬유 보강재 감소계수

가. 정의

토목섬유 보강재 감소계수란 보강토 옹벽 등 토목섬유를 영구 구조물로 설계할 때, 재료의 장기적인 성능 저하 및 시공 중 손상 등 불확실한 요소를 고려하여 허용인장강도를 결정하기 위해 사용하는 계수입니다. 토목섬유의 극한인장강도에 각종 감소계수를 나누어 장기설계인장강도를 산정합니다.

T_a = T_ult / (RF_ID × RF_CR × RF_D)

나. 감소계수의 종류 및 내용

관련 기준: KDS 21 60 00 (보강토 옹벽 설계기준)

감소계수	명칭	고려 사항
RFID	시공 중 손상 (Installation Damage)	보강재 포설 및 다짐 과정에서 발생하는 물리적 손상(찢어짐, 마모 등)을 고려합니다.
RFCR	크리프 변형 (Creep)	장기간에 걸쳐 일정한 하중을 받을 때 발생하는 영구적인 변형 및 강도 저하를 고려합니다.
RFD	화학적/생물학적 내구성 (Durability)	자외선, 산/알칼리, 미생물 등에 의해 재료가 시간이 지남에 따라 분해되거나 약해지는 영향을 고려합니다.

4. 콘크리트 팝 아웃(Pop Out)

가. 정의

팝 아웃이란 경화된 콘크리트 표면에서 작은 원뿔 모양의 파편이 갑자기 떨어져 나가면서 곰보 자국 같은 얕은 홈이 생기는 현상을 말합니다. 주로 콘크리트 표면 가까이에 위치한 불량한 골재 입자가 원인이 되어 발생합니다.

나. 발생 원인

• 골재의 물리적 원인: 다공질의 약한 골재(셰일, 이암 등)나 흡수율이 높은 골재가 동결융해 작용으로 팽창하여 발생.
• 골재의 화학적 원인: 골재에 포함된 황화철 등이 수분과 반응하여 팽창성 물질을 생성하면서 발생.
• 기타 원인: 콘크리트 표면에 묻은 톱밥, 점토 덩어리 등이 수분을 흡수하여 팽창하면서 발생.

다. 방지 대책

• 재료 선정: 흡수율이 낮고 밀도가 높은 양질의 골재를 사용하고, 유해물질이 포함되지 않았는지 사전 시험을 통해 확인합니다.
• 시공 관리: 콘크리트 타설 시 이물질이 혼입되지 않도록 하고, 충분한 양생을 통해 콘크리트 표면의 내구성을 확보합니다.
• 배합 관리: AE제 등을 사용하여 콘크리트의 내동해성을 증진시킵니다.

5. 보일링(Boiling) 현상

가. 정의

보일링 현상이란 흙막이벽 배후의 지하수위가 높아 굴착 저면으로 향하는 상향 침투수가 발생할 때, 이 침투수압이 흙의 유효단위중량보다 커져 흙 입자가 위로 솟구쳐 오르며 마치 물이 끓는 것처럼 지반이 파괴되는 현상을 말합니다. 주로 사질토 지반에서 발생하며, Quick Sand 현상이라고도 합니다.

나. 발생 원인 및 문제점

• 발생 원인: 흙막이벽 근입 깊이 부족, 높은 외부 수위, 투수성이 좋은 지반 조건 등이 복합적으로 작용하여 상향 침투수력이 흙의 침강 저항력보다 커질 때 발생합니다. (한계동수경사 초과)
• 문제점: 굴착 저면 지반의 지지력 완전 상실, 흙막이벽 붕괴, 주변 구조물 침하 등 대형 사고로 이어질 수 있습니다.

다. 방지 대책

대책 구분	공법
지하수위 저하	웰포인트(Well Point), 딥웰(Deep Well) 공법으로 배후 수위 저하
상향 침투 경로 연장	흙막이벽 근입 깊이를 깊게 하여 침투 경로를 연장시키고 동수경사를 줄임
굴착 저면 보강	굴착 저면에 약액 주입(Grouting), 고압 분사(JSP) 공법으로 지반을 고결시켜 차수 및 강도 증진

6. GPS(Global Positioning System) 측량

가. 정의

GPS 측량이란 지구 주위를 공전하는 다수의 GPS 위성에서 발신하는 전파를 수신하여, 수신점의 3차원 위치(경도, 위도, 고도)를 정밀하게 결정하는 측량 기법입니다. 기존의 삼각측량이나 다각측량에 비해 시통(視通) 확보가 필요 없고, 신속하고 정확한 측량이 가능합니다.

나. 측량 방법의 종류 및 특징

측량 방법	특징	정확도	주요 적용 분야
정적(Static) 측량	장시간(수십분~수시간) 관측하여 데이터를 후처리. 가장 정밀함.	수 mm ~ 수 cm	측량 기준점(삼각점) 설치, 지각 변동 관측
RTK (Real-Time Kinematic)	기준국과 이동국의 통신을 통해 실시간으로 보정값을 받아 cm급 정확도로 위치 결정.	수 cm	지형 현황 측량, 구조물 측설, GIS 데이터 취득
네트워크 RTK	다수의 상시관측소(CORS) 데이터를 이용해 가상의 기준점을 생성, RTK의 단점인 거리 제약을 극복.	수 cm	광역 지형 측량, 건설 자동화(Machine Control)

7. ISO(International Organization for Standardization) 9000

가. 정의

ISO 9000은 국제표준화기구(ISO)에서 제정한 품질경영시스템(Quality Management System)에 관한 국제 표준 시리즈를 총칭하는 용어입니다. 특정 제품이나 서비스의 품질을 보증하는 것이 아니라, 제품을 생산하고 공급하는 전 과정에 걸쳐 일관된 품질을 유지할 수 있는 시스템을 갖추었는지를 평가하고 인증하는 제도입니다.

나. 건설 분야에서의 중요성

• 품질 신뢰도 확보: 발주처에게 일관된 품질의 건설 서비스를 제공할 수 있다는 신뢰를 부여합니다.
• 체계적인 품질 관리: 설계, 구매, 시공, 검사 등 전 과정에 걸쳐 업무 절차를 표준화하여 품질 오류를 예방하고 생산성을 향상시킵니다.
• 대외 경쟁력 강화: 공공 공사 입찰 시 가산점을 받거나 해외 건설 시장 진출 시 필수 요건으로 작용하는 등 기업 경쟁력을 높입니다.

관련 제도: 국내에서는 공공기관의 입찰참가자격사전심사(PQ) 시 ISO 9001 인증 보유 기업에 가점을 부여하는 등 활용되고 있습니다.

8. 흙의 전응력(Total Stress)과 유효응력(Effective Stress)

가. 정의

흙 속의 특정 면에 작용하는 응력은 흙 입자와 간극수로 구성된 흙의 특성상 두 부분으로 나누어 생각할 수 있으며, 이를 전응력과 유효응력이라고 합니다.

• 전응력 (σ): 외부 하중과 흙, 물의 자중을 포함하여 흙 속의 특정 면에 작용하는 단위면적당 전체 수직 압력.
• 유효응력 (σ'): 흙 입자 간의 접촉점을 통해 전달되는 응력으로, 흙의 강도나 압축 등 역학적 거동을 직접적으로 지배하는 응력.
• 간극수압 (u): 흙 속의 간극에 존재하는 물의 압력.

나. 유효응력의 원리 (Terzaghi's Principle)

유효응력의 원리는 흙의 전응력이 유효응력과 간극수압의 합과 같다는 것을 의미하며, 흙의 역학적 거동을 설명하는 가장 중요한 원리입니다.

σ' (유효응력) = σ (전응력) - u (간극수압)

다. 중요성

흙의 전단강도, 압축성, 투수성 등 모든 역학적 성질은 전응력이 아닌 유효응력에 의해 결정됩니다. 따라서 지반의 지지력, 침하, 사면 안정 등 모든 토질 문제의 해석은 유효응력 개념을 기반으로 합니다. 예를 들어, 보일링 현상은 유효응력이 '0'이 되어 발생하는 현상입니다.

9. 토량 변화율과 토량 환산계수

가. 정의

흙은 상태에 따라 부피가 변하는 특성이 있습니다. 토량 변화율은 이러한 흙의 부피 변화를 나타내는 비율이며, 토량 환산계수는 이 변화율을 이용해 토공량 계산 시 각 상태의 토량을 상호 환산하기 위해 사용되는 계수입니다.

• 자연상태 (In-situ): 흙이 교란되지 않은 원래 지반 상태.
• 흐트러진상태 (Loosened): 흙을 파내어 공극이 증가한 상태.
• 다져진상태 (Compacted): 흙을 다져서 공극이 감소한 상태.

나. 토량 환산계수 (L, C 값)

토량 환산계수는 자연상태 토량을 기준으로 흐트러진 상태와 다져진 상태의 부피 비율을 나타냅니다.

• L (토량변화율) = 흐트러진 상태 토량 / 자연 상태 토량
• C (다짐계수) = 다져진 상태 토량 / 자연 상태 토량

다. 토질별 토량 환산계수 (예시)

토질	L 값 (흐트러진 상태)	C 값 (다져진 상태)	비고
모래	1.10 ~ 1.25	0.90 ~ 0.95	토량 환산계수는 토공량(절토량, 성토량, 운반량) 산정, 장비 조합 및 공사비 산출의 기초가 됨
점토	1.25 ~ 1.40	0.85 ~ 0.90
암석 (발파암)	1.50 ~ 1.70	-

10. Cap Beam 콘크리트

가. 정의

Cap Beam 콘크리트란 말뚝기초 또는 현장타설말뚝(Pier) 상부에 설치되는 보(Beam) 형태의 구조물로, 두 개 이상의 말뚝을 일체화하여 상부 구조물의 하중을 말뚝 그룹에 균등하게 분배하는 역할을 합니다. 일반적으로 말뚝 머리를 감싸는 형태로 시공되며, 교량의 교각이나 건축물의 기초에 널리 사용됩니다.

나. 기능 및 역할

• 하중 분배: 상부 구조물에서 전달되는 집중하중이나 모멘트를 여러 개의 말뚝에 적절히 분배합니다.
• 말뚝 결속: 개별 말뚝을 수평적으로 연결하여 말뚝 그룹 전체가 일체로 거동하도록 만듭니다.
• 수평력 저항: 지진이나 바람 등 수평 하중에 대해 말뚝 그룹의 저항 성능을 향상시킵니다.

다. 시공 시 유의사항

• 말뚝 머리 정리: Cap Beam 타설 전, 말뚝의 불량한 콘크리트를 제거하고 주철근을 소요 길이만큼 노출시켜 Cap Beam과 완전히 일체화되도록 해야 합니다.
• 철근 배근: 상부 구조물로부터 전달되는 휨모멘트와 전단력에 저항할 수 있도록 설계도에 따라 주철근과 전단보강근을 정확히 배근해야 합니다.
• 콘크리트 타설: 재료분리가 발생하지 않도록 타설하고, 말뚝과 Cap Beam의 접합부가 밀실하게 채워지도록 충분히 다짐을 실시해야 합니다.

11. 포인트 기초(Point Foundation) 공법

가. 정의

포인트 기초 공법은 구조물의 하중이 크지 않을 때, 줄기초나 온통기초 대신 하중이 집중되는 지점에만 독립적인 기초판(Footing)을 설치하는 방식입니다. 특히 경량 구조물이나 바닥 슬래브를 지지하기 위해 지면에 점(Point) 형태로 설치되는 간편한 기초 공법을 지칭하는 경우가 많습니다.

나. 특징 및 적용

• 특징: 시공이 간단하고 빠르며, 거푸집 및 콘크리트 물량이 적어 경제적입니다. 주로 공장에서 제작된 PC(Precast Concrete) 부재를 사용하는 경우가 많습니다.
• 적용 분야:
  • 물류창고나 공장의 바닥 슬래브 지지
  • 비닐하우스, 경량 철골 구조물 등 하중이 작은 건물의 기초
  • 데크(Deck), 태양광 패널 등 부속 구조물의 기초

12. 밀 쉬트(Mill Sheet)

가. 정의

밀 쉬트(Mill Sheet)란 철강 제품(강판, 형강, 철근 등)을 생산한 제조사(Mill)가 해당 제품의 품질을 보증하기 위해 발행하는 시험 성적서입니다. Mill Test Certificate(MTC)라고도 하며, 건설 현장에서 사용되는 강재가 설계 기준에 명시된 재질과 성능을 만족하는지 확인하는 핵심적인 품질관리 서류입니다.

나. 주요 내용 및 중요성

관련 기준: KS(Korean Industrial Standards), 건설공사 품질관리 업무지침
주요 구조용 강재는 반드시 밀 쉬트를 통해 품질을 확인하도록 규정하고 있습니다.

구분	주요 내용
기본 정보	제품명, 규격, Lot 번호, 주문자, 제조사 등
화학적 성분	탄소(C), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등 주요 원소의 함유량 (용접성, 내구성 등에 영향)
기계적 성질	항복강도, 인장강도, 연신율, 충격 시험치 등 (구조물의 안전과 직결되는 핵심 데이터)

중요성: 밀 쉬트 확인은 부적합한 강재의 사용을 막고 구조물의 안전성을 확보하기 위한 필수적인 절차입니다. 서류 위조 여부 확인 및 현품과의 대조 검사도 중요합니다.

13. 노상토 동결관입 허용법

가. 정의

노상토 동결관입 허용법이란 한랭 지역의 도로 포장 설계 시, 동결 심도가 매우 깊어 동결을 완전히 방지하는 것(완전 동결방지법)이 비경제적일 경우, 노상토에 일정 깊이의 동결 관입을 허용하되, 그로 인한 동상(Frost Heave)이나 융해 시의 지지력 저하가 포장체의 파손을 유발하지 않는 범위 내에서 포장 두께를 결정하는 경제적인 설계 방법입니다.

나. 설계 개념

이 설계법은 동상에 민감하지 않은 재료를 사용하거나, 허용 동상량을 기준으로 포장 두께를 산정합니다.

• 개념: 동결로 인한 포장체의 부풀어 오름(동상)과 봄철 해빙기 지반 연약화의 영향을 종합적으로 고려하여, 포장의 공용 기간 동안 기능에 문제가 생기지 않을 수준으로 동결 관입을 허용합니다.
• 고려사항: 지역별 동결지수, 노상토의 동상 민감도(실트 함량 등), 교통량, 지하수위 등을 종합적으로 검토하여 허용 동결 깊이를 결정합니다.