제108회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제108회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 주계약자 공동도급방식

Ⅰ. 정의

주계약자 공동도급방식이란, 공동수급체 구성원 중에서 주된 공사를 시공하는 종합건설업체를 '주계약자'로 선정하고, 주계약자는 전체 공사의 계획, 관리 및 조정을 수행하면서 전문 공종에 해당하는 부분은 해당 전문건설업체와 공동으로 계약을 체결하여 시공하는 제도입니다. 이는 종합·전문건설업체 간의 상생 협력을 도모하기 위해 도입되었습니다.

Ⅱ. 목적

• 종합건설업체와 전문건설업체 간의 상호 대등한 입장에서의 계약 체결
• 하도급 계약에서 발생하는 불공정 거래 행위 방지
• 전문건설업체의 시공 능력 향상 및 동반 성장 유도
• 건설공사의 품질 향상 및 효율성 증대

Ⅲ. 장점 및 단점

구분	내용
장점	발주자와 전문건설업체 간 직접 계약으로 공사대금 체불 문제 해소 전문공종의 직접 시공으로 인한 시공 품질 향상 불필요한 하도급 단계를 줄여 공사비 절감 가능 책임 시공으로 하자 책임소재 명확화
단점	주계약자와 부계약자 간의 책임한계가 불분명하여 분쟁 발생 소지 주계약자의 종합적인 관리 및 조정 능력 부족 시 공사 비효율 초래 공동수급체 구성원 간의 긴밀한 협조체계 구축 어려움

2. 지하레이더 탐사 (GPR: Ground Penetrating Radar)

Ⅰ. 정의

GPR 탐사는 지표면에 고주파의 전자기파를 방사한 후, 지하 매질의 경계면(전기적 물성치가 다른)에서 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하여 지하구조의 단면을 영상으로 시각화하는 비파괴 물리탐사 방법입니다.

Ⅱ. 탐사 원리

안테나에서 방사된 전자기파는 지하로 전파되다가 유전율이 다른 매질의 경계면(예: 공동, 매설관, 지층 경계)을 만나면 일부는 반사되고 일부는 투과합니다. 이때 반사된 파가 수신 안테나에 도달하는 왕복주행시간(Two-way travel time)과 파형을 분석하여 지하 구조물의 위치, 깊이, 형태 등을 파악합니다.

Ⅲ. 토목 분야 활용

• 도로 및 포장 상태 평가: 포장층 두께 측정, 내부 공동 및 박리 탐사, 노면 하부 지반 상태 평가
• 지하 매설물 탐사: 상하수도관, 가스관, 통신 케이블 등 각종 매설관의 위치 및 심도 파악
• 구조물 진단: 콘크리트 구조물 내 철근 배근 상태 확인, 교량 바닥판 열화 및 손상 조사
• 지반 조사: 지층 경계면 확인, 연약지반 분포 파악, 지하 공동(싱크홀) 탐사

Ⅳ. 특징 및 한계

GPR 탐사는 신속하고 비파괴적으로 고해상도의 지하 정보를 얻을 수 있는 장점이 있지만, 전자기파의 감쇠가 심한 점토층이나 지하수위가 높은 지반에서는 탐사 심도가 급격히 줄어드는 한계가 있습니다.

3. 부력(Buoyancy)과 양압력(Uplift Pressure)

Ⅰ. 정의

• 부력: 유체(물 또는 공기) 속에 잠긴 물체가 유체로부터 중력의 반대 방향으로 받는 힘입니다. 부력의 크기는 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같습니다 (아르키메데스의 원리).
• 양압력: 지하수위 아래에 위치한 구조물 바닥면에 작용하는 상향의 수압(정수압)을 말합니다. 이는 구조물을 위로 밀어 올리려는 힘으로 작용하며, 지반 내 물의 압력에 의해 발생합니다.

Ⅱ. 차이점

구분	부력	양압력
작용 대상	유체에 잠긴 물체 전체	구조물의 저면에 주로 고려되는 상향 수압
개념	힘(Force)의 개념 (단위: N, tf)	압력(Pressure)의 개념 (단위: kPa, tf/m²)
고려사항	물체의 부상(floating) 여부 검토 시 주로 사용 (케이슨, 부유식 구조물 등)	지하구조물의 안정성(전도, 활동, 부상) 및 구조 설계 시 고려 (지하차도, 댐, 기초 등)

Ⅲ. 토목구조물에 미치는 영향 및 대책

지하구조물 설계 시 구조물의 자중이 양압력(부력)보다 작을 경우 구조물이 떠오를 수 있습니다. 이에 대한 대책은 다음과 같습니다.

• 자중 증가: 구조물 본체의 단면을 키우거나 상부에 흙을 쌓아(압성토) 구조물 전체의 무게를 늘립니다.
• 앵커 공법: Rock Anchor나 Earth Anchor 등을 설치하여 지반에 구조물을 정착시켜 양압력에 저항합니다.
• 배수 공법: 구조물 주변에 영구배수시설을 설치하여 지하수위를 낮춤으로써 양압력 자체를 저감시킵니다.

4. 유수지(遊水池)와 조절지(調節地)의 기능

Ⅰ. 정의

유수지와 조절지는 집중호우 시 빗물을 일시적으로 저장하여 하류 지역의 홍수 피해를 줄이기 위해 설치하는 방재시설입니다. 저장 방식과 목적에 따라 다음과 같이 구분됩니다.

• 유수지 (Detention Basin): 홍수 시 유입된 물을 일시적으로 저류시킨 후, 하류 하천의 수위가 낮아지면 수문을 열거나 펌프를 이용하여 강제로 방류시키는 시설입니다. 주로 하천변 저지대에 위치합니다.
• 조절지 (Retention Basin): 개발 지역 등에서 유출되는 우수를 저류시켜 방류량을 조절하는 시설입니다. 일반적으로 유수지보다 규모가 작으며, 저류된 물을 서서히 자연 방류시킵니다.

Ⅱ. 기능

구분	주요 기능	특징
유수지	- 홍수 유량의 첨두(Peak) 유량을 저감 (Peak Cut) - 홍수 도달 시간 지연 - 도시 내수 침수 방지	- 주로 대규모 하천 홍수 방어 목적 - 평상시에는 공원, 운동장 등 다목적 공간으로 활용 - 인위적인 방류 조작(펌프, 수문)이 필요함
조절지	- 개발로 인한 우수 유출량 증가 억제 - 비점오염원(Non-point source pollution) 저감 - 친수 공간 제공	- 주로 소규모 유역의 유출량 관리 목적 - 연못 형태로 상시 물을 담아두는 습식과 평상시 비어있는 건식으로 구분됨 - 자연 유하 방식의 방류가 일반적임

5. 철근콘크리트구조물의 철근 피복두께 (Cover Depth)

Ⅰ. 정의

철근 피복두께란, 콘크리트 표면에서부터 가장 바깥쪽에 위치한 주철근, 띠철근, 스터럽 등 철근의 표면까지의 최단 거리를 말합니다. 이는 구조물의 내구성과 성능을 확보하기 위한 매우 중요한 요소입니다.

Ⅱ. 피복두께의 역할

• 내구성 확보 (철근 부식 방지): 콘크리트의 알칼리성(pH 12~13)은 철근 표면에 부동태 피막을 형성하여 녹스는 것을 방지합니다. 피복두께는 외부의 이산화탄소(중성화)나 염화물(염해)이 철근까지 도달하는 것을 막아 철근 부식을 억제하는 보호층 역할을 합니다.
• 구조적 성능 확보 (부착력): 철근과 콘크리트 사이의 부착력을 충분히 확보하여 일체로 거동하도록 하고, 응력을 효과적으로 전달하게 합니다.
• 내화성능 확보: 화재 발생 시 고온으로부터 철근이 직접 노출되는 것을 막아 강도 저하를 방지하고 구조물의 붕괴 시간을 지연시킵니다.

Ⅲ. 최소 피복두께 기준 (콘크리트구조기준 예시)

최소 피복두께는 콘크리트의 종류, 철근의 직경, 구조 부재의 종류, 그리고 구조물이 놓이는 환경 조건(부식, 동결융해 등)에 따라 규정됩니다.

조건	최소 피복두께 (mm)
흙에 접하거나 옥외 공기에 직접 노출되는 콘크리트 (D29 이상 철근)	60
옥외 공기나 흙에 직접 노출되지 않는 콘크리트 (슬래브, 벽체 - D35 이하)	20
옥외 공기나 흙에 직접 노출되지 않는 콘크리트 (보, 기둥)	40

※ 수중, 해상 구조물이나 화학적 침식의 우려가 있는 경우 등 가혹한 환경에서는 피복두께를 더 증가시켜야 합니다.

6. 골재의 흡수율과 유효흡수율

Ⅰ. 정의

골재는 내부에 미세한 공극을 포함하고 있어 물을 흡수합니다. 콘크리트 배합설계 시 정확한 물-결합재비를 관리하기 위해 골재의 함수상태와 관련된 흡수율을 고려해야 합니다.

• 흡수율 (Absorption Rate): 절대건조상태(절건상태)의 골재가 표면건조 내부포수상태(표건상태)가 될 때까지 흡수하는 물의 양을 절건상태 골재 질량에 대한 백분율로 나타낸 것입니다.
• 유효흡수율 (Effective Absorption Rate): 기건상태(공기 중 건조상태)의 골재가 표건상태가 될 때까지 추가로 흡수할 수 있는 물의 양을 기건상태 골재 질량에 대한 백분율로 나타낸 것입니다.

Ⅱ. 공식

흡수율 (%) = ( (표건질량 - 절건질량) / 절건질량 ) x 100
유효흡수율 (%) = ( (표건질량 - 기건질량) / 기건질량 ) x 100

Ⅲ. 콘크리트 배합에서의 중요성

콘크리트 비빔 시 사용되는 골재의 함수상태가 표건상태가 아닐 경우, 배합수의 양에 영향을 미칩니다.

• 골재가 습윤상태일 경우: 골재 표면에 묻어 있는 표면수만큼 배합수를 줄여야 합니다.
• 골재가 기건상태 또는 절건상태일 경우: 골재가 부족한 수분을 배합수로부터 흡수하므로, 흡수할 양만큼 배합수를 추가해야 합니다.

따라서, 정확한 흡수율(또는 유효흡수율)을 측정하고 이를 배합설계에 반영해야만 목표로 하는 물-결합재비와 슬럼프를 갖는 고품질의 콘크리트를 생산할 수 있습니다.

7. 장대터널의 정량적 위험도분석 (QRA: Quantitative Risk Analysis)

Ⅰ. 정의

정량적 위험도분석(QRA)이란, 장대터널에서 발생할 수 있는 화재, 폭발, 유독물 누출 등 잠재적 사고 시나리오에 대해 발생 빈도와 피해 규모를 과학적·계량적으로 분석하고, 이를 통해 사회적으로 허용 가능한 수준의 위험도인지 평가하는 체계적인 안전 분석 기법입니다.

Ⅱ. 필요성

장대터널은 폐쇄적인 공간 특성상 사고 발생 시 대규모 인명 및 재산 피해로 이어질 가능성이 높습니다. 따라서 QRA를 통해:

• 터널의 주요 위험 요소를 체계적으로 식별하고 관리합니다.
• 방재시설(환기, 소화, 대피시설 등)의 규모와 배치를 최적화하여 비용효과적인 안전 투자를 유도합니다.
• 터널의 안전 수준을 객관적인 지표로 평가하고, 사회적 합의를 도출합니다.

Ⅲ. 분석 절차

1. 위험원 식별: 터널의 설계, 교통 조건 등을 바탕으로 화재, 충돌 등 발생 가능한 모든 사고 유형을 식별합니다.
2. 사고빈도 분석: 과거 사고 통계, 시스템 고장 데이터 등을 이용하여 식별된 사고 시나리오별 발생 빈도를 산출합니다. (Event Tree Analysis 등)
3. 피해영향 분석: 화재 시뮬레이션(CFD), 대피 시뮬레이션 등을 통해 사고 시나리오별 인명 및 재산 피해 규모를 예측합니다. (Consequence Analysis)
4. 위험도 산정: 산출된 사고 빈도와 피해 규모를 조합하여 개인적 위험도(사망 확률) 및 사회적 위험도(F-N Curve: 사고빈도-사망자수 관계 곡선)를 산정합니다.
5. 위험도 평가: 산정된 위험도를 허용 기준(Acceptance Criteria)과 비교하여 터널의 안전성 확보 여부를 평가하고, 필요 시 위험도 저감 대책을 수립합니다.

8. GCP (Gravel Compaction Pile) 공법

Ⅰ. 정의

GCP 공법은 연약한 사질토 또는 점성토 지반에 진동다짐기(Vibrator)를 이용하여 구멍을 뚫고, 그 내부에 자갈이나 쇄석을 채워 다짐으로써 직경이 큰 자갈 기둥(말뚝)을 형성하는 지반개량 공법입니다. 모래다짐말뚝(SCP) 공법과 원리가 유사합니다.

Ⅱ. 개량 원리

• 다짐(Compaction) 효과: 진동 에너지를 통해 주변의 느슨한 사질토 지반을 조밀하게 다져 지반의 밀도를 증가시킵니다.
• 응력분담(Stress Concentration) 효과: 상부 하중이 상대적으로 강성이 큰 자갈말뚝으로 집중되어, 연약한 원지반의 응력을 줄여주어 전체 지반의 지지력을 향상시킵니다.
• 배수(Drainage) 효과: 자갈말뚝이 연직 배수재 역할을 하여 점성토 지반의 압밀을 촉진시키고 압밀 시간을 단축시킵니다.

Ⅲ. 주요 적용 대상

• 느슨한 사질토 지반의 액상화 방지 대책
• 연약 점성토 지반의 지지력 증대 및 침하 저감
• 해상 매립지반의 안정성 확보
• 도로, 철도, 공항 등의 성토 기초 지반 개량

9. 항만구조물 기초사석의 역할

Ⅰ. 정의

기초사석(Rubble Mound Foundation)은 방파제 케이슨, 안벽 블록 등 항만 구조물의 하부에 설치되는 사석층(깬돌, 바위조각 등)을 말합니다. 이는 구조물의 안정성을 확보하고 원활한 시공을 돕는 매우 중요한 기초 부분입니다.

Ⅱ. 주요 역할

• 하중 분산: 구조물로부터 전달되는 상부 하중을 넓은 면적으로 분산시켜 해저 지반에 전달함으로써 지반의 지지력 부족 문제를 해결합니다.
• 수평 지지력 확보: 구조물 저면의 마찰력을 증대시켜 파력, 토압 등 수평 하중에 대한 활동 저항성을 높입니다.
• 평탄성 확보 (고르기): 불규칙한 해저면을 평탄하게 조성하여 구조물이 안정적으로 거치될 수 있는 기반을 제공합니다.
• 세굴 방지: 파랑이나 조류에 의해 구조물 기초 주변의 해저 지반이 침식(세굴)되는 것을 방지합니다.
• 배수 기능: 구조물 배후의 과잉간극수압을 소산시키는 배수층 역할을 하여 뒤채움 흙의 안정성을 확보합니다.

10. 건설공사용 이동식 크레인의 종류 및 특징

Ⅰ. 정의

이동식 크레인은 원동기를 내장하고 불특정한 장소로 스스로 이동이 가능한 크레인으로, 건설 현장에서 자재 양중 및 설치 작업에 필수적으로 사용되는 장비입니다. 주행 방식과 장비 특성에 따라 다양하게 분류됩니다.

Ⅱ. 종류 및 특징

종류	주행 방식	특징	주요 용도
트럭 크레인 (Truck Crane)	타이어식 (일반 트럭 차대)	- 기동성이 매우 우수하여 장거리 이동이 용이함. - 작업 전 아웃트리거(Outrigger) 설치가 필수적임.	단기 작업, 도심지 공사, 교량 가설 등
크롤러 크레인 (Crawler Crane)	무한궤도식 (캐터필러)	- 접지 면적이 넓어 지반이 연약한 곳에서도 안정성이 높음. - 하중을 매단 상태로 주행이 가능함. - 이동 속도가 매우 느려 별도의 트레일러로 운반해야 함.	대규모 토목공사, 초고층 건축, 중량물 설치
휠 크레인 (Wheel Crane)	타이어식 (전용 차대)	- R/T 크레인: 야지 주행 성능이 우수 (Rough Terrain). - A/T 크레인: 고속 주행과 야지 주행 능력을 겸비 (All Terrain).	협소한 장소, 지형이 험한 현장 등

11. 공사비 수행지수 (CPI: Cost Performance Index)

Ⅰ. 정의

CPI는 프로젝트 관리 기법 중 하나인 성과측정관리(EVM: Earned Value Management)에서 사용되는 핵심 지표로, 투입된 예산이 얼마나 효율적으로 사용되었는지를 나타내는 비용 효율성 지수입니다.

Ⅱ. 산출 공식

CPI는 현재까지 달성된 공사의 실적(획득가치, EV)을 해당 공사를 위해 실제 투입된 비용(실투입원가, AC)으로 나누어 계산합니다.

CPI = EV / AC

• EV (Earned Value, 획득가치): 현재까지 완료된 작업에 대해 당초 책정된 예산. (계획공정률 x 총예산)
• AC (Actual Cost, 실투입원가): 현재까지 완료된 작업을 위해 실제 투입된 비용.

Ⅲ. 지수 해석 및 활용

CPI 값	의미	상태
CPI > 1	실제 투입 비용이 예산을 초과하지 않음 (EV > AC)	양호 (Under Budget)
CPI = 1	실제 투입 비용이 예산과 일치함 (EV = AC)	정상 (On Budget)
CPI < 1	실제 투입 비용이 예산을 초과함 (EV < AC)	부진 (Over Budget)

CPI는 공정수행지수(SPI)와 함께 프로젝트의 비용 및 공정 상태를 종합적으로 파악하고, 이를 바탕으로 잔여 공사에 대한 예상 비용(EAC)을 예측하여 향후 대책을 수립하는 데 중요한 정보로 활용됩니다.

12. 숏크리트의 리바운드(Rebound) 최소화 방안

Ⅰ. 정의

리바운드란, 숏크리트 타설 시 압송된 모르타르나 콘크리트가 시공면에 부착되지 못하고 튕겨 나와 탈락하는 현상을 말합니다. 리바운드는 재료 손실, 분진 발생, 시공 품질 저하 등의 문제를 유발하므로 최소화하는 것이 매우 중요합니다.

Ⅱ. 발생 원인

• 시공적 요인: 노즐과 시공면 간의 거리 및 각도 불량, 과도한 공기 압력, 노즐맨의 숙련도 부족
• 재료적 요인: 부적절한 배합설계(굵은골재 최대치수, 단위수량 등), 급결제 사용량 과다
• 기타 요인: 시공면의 요철, 용수, 이물질 존재

Ⅲ. 최소화 방안

구분	최소화 방안
시공 관리	- 노즐은 시공면에 대해 직각을 유지하고, 거리는 1.0 ~ 1.5m를 표준으로 함. - 적정한 압송 공기압력을 유지. - 숙련된 노즐맨을 배치하고 원형 또는 타원형으로 연속 분사.
재료/배합 관리	- 굵은골재 최대치수를 10~13mm 이하로 제한. - 단위수량을 적게 하고, 실리카퓸, 강섬유 등 혼화재료를 사용하여 부착 성능 개선. - 급결제는 시험을 통해 최적의 사용량을 결정.
시공면 관리	- 타설 전 시공면의 뜬돌이나 이물질을 제거하고, 용수가 있는 곳은 배수 처리. - 리바운드된 재료는 즉시 제거하고 재사용 금지.

13. 일반구조용 압연강재(SS재)와 용접구조용 압연강재(SM재)의 특성

Ⅰ. 정의

SS재와 SM재는 건설 분야에서 널리 사용되는 강재(Steel)의 KS 규격 명칭입니다.

• SS재 (SS275 등): Structural Steel의 약자로, 인장강도 등 기계적 성질만을 규정하고 화학성분은 규정하지 않는 일반적인 구조용 강재입니다.
• SM재 (SM355 등): Steel Marine의 약자에서 유래했으나, 현재는 용접구조용(Steel for Welded Structure) 강재를 의미합니다. 기계적 성질뿐만 아니라, 용접성을 보증하기 위해 탄소(C), 인(P), 황(S) 등 화학성분을 엄격히 규제하는 강재입니다.

Ⅱ. 주요 특성 비교

구분	일반구조용 압연강재 (SS재)	용접구조용 압연강재 (SM재)
주요 특징	기계적 성질(특히, 인장강도)을 보증함.	기계적 성질과 함께 용접성을 보증함.
화학 성분	규제하지 않음 (용접성 보증 불가).	탄소(C) 함량 및 탄소당량(Ceq)을 낮게 규제하여 용접부 균열을 방지함.
용접성	용접 시 예열이 필요하거나 용접부 품질 확보가 어려울 수 있음.	용접성이 우수하여 별도의 예열 없이도 건전한 용접부 확보가 용이함.
주요 용도	볼트 접합 등 용접이 중요하지 않은 일반적인 건축, 토목 구조물.	용접이 필수적인 교량, 선박, 압력용기, 건축물의 주요 구조부재.
경제성	상대적으로 저렴함.	상대적으로 고가임.

※ 강재 표기에서 SS나 SM 뒤의 숫자는 최소 인장강도(MPa)를 의미합니다. (예: SS275는 최소 인장강도가 275MPa)