제107회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제107회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 거푸집 동바리 시공 시 고려사항

Ⅰ. 정의

거푸집은 굳지 않은 콘크리트를 부어 원하는 형상과 치수의 구조물을 만들기 위한 틀이며, 동바리(서포트)는 거푸집을 소정의 위치에 지지하고 콘크리트 타설 하중, 시공 하중 등을 안전하게 구조체 또는 지반에 전달하는 가설 구조물입니다. 이들의 안정성은 콘크리트 구조물의 품질과 시공 안전에 직결됩니다.

Ⅱ. 시공 전 고려사항 (계획 단계)

• 구조 검토: 시공 상세도 작성 전, 동바리의 높이가 4m 이상인 경우 등 법적 기준에 따라 전문가의 구조 계산을 통해 안정성을 반드시 확인해야 합니다.
• 하중 산정: 거푸집 및 동바리는 고정하중(콘크리트 자중, 거푸집 무게 등), 작업하중, 측압, 풍하중, 지진하중 등 예상되는 모든 연직 및 수평 하중에 대해 안전하도록 설계해야 합니다.
• 기초 지반 검토: 동바리가 설치될 지반의 지지력을 확인하고, 지지력이 부족할 경우 지반 개량이나 깔판, 깔목 설치 계획을 수립해야 합니다.

Ⅲ. 시공 중 고려사항 (설치 및 타설)

• 재료 검수: 변형, 부식 등 손상된 부재는 사용을 금지하고, KS 규격품 등 성능이 검증된 제품을 사용해야 합니다.
• 조립 및 설치:
  • 수직도 및 수평도: 동바리는 연직으로 설치하고, 수평 연결재를 견고하게 연결하여 좌굴을 방지해야 합니다.
  • 이음 및 연결: 동바리 이음은 볼트나 전용 철물을 사용하고, 3개 이상 겹쳐서 사용하지 않도록 합니다.
  • 존치 기간 준수: 콘크리트가 충분한 강도를 확보하기 전까지 해체하지 않도록 존치 기간을 철저히 준수합니다.
• 콘크리트 타설 관리: 타설 시 한 곳에 집중 하중이 발생하지 않도록 분산 타설하고, 타설 속도를 준수하여 과도한 측압이 발생하지 않도록 관리합니다.

2. 도로(지반) 함몰 (Sinkhole)

Ⅰ. 정의

도로 함몰은 도로 하부 지반에 공동(Cavity)이 발생하고, 상부 아스팔트나 토사층이 그 공동을 메우지 못하고 함몰되어 지표면에 구멍이나 침하가 발생하는 현상을 말합니다. 도심지에서 발생 시 큰 인명 및 재산 피해를 유발할 수 있습니다.

Ⅱ. 발생 원인

도로 함몰은 주로 지하수의 이동 경로 변경이나 유출로 인해 발생합니다.

• 상하수도관 손상: 노후된 상하수도관의 접합부 이탈이나 균열로 누수가 발생하면, 주변 흙이 유실되어 공동이 형성됩니다. 💧
• 지하 공사 영향: 지하철, 전력구 등 대규모 굴착 공사 시 차수(지하수 흐름 차단)가 불완전할 경우 주변 지반의 토사가 지하수와 함께 공사장 내부로 유입되어 공동이 발생할 수 있습니다.
• 지반 특성: 석회암 지대에서 지하수에 의해 암반이 녹아 자연적으로 동공이 형성되는 경우도 있습니다.

Ⅲ. 방지 대책

• 예방 대책:
  • GPR 탐사: 지하투과레이더(GPR)를 이용해 도로 하부의 공동을 주기적으로 탐사하고 위험 구간을 사전에 파악합니다.
  • 노후 관로 관리: 노후 상하수도관을 지속적으로 점검하고 개량하며, 관로 주변 되메우기 시 다짐 관리를 철저히 합니다.
• 복구 대책:
  • 긴급 복구: 함몰 발생 시 즉시 교통을 통제하고, 유동성이 좋은 채움재(유동화 채움재 등)를 이용하여 공동을 신속하게 충전합니다.
  • 원인 규명 및 항구 복구: 함몰 원인을 정확히 파악하여 누수 관로 교체 등 근본 원인을 제거한 후 도로를 재포장합니다.

3. 교량등급에 따른 DB, DL 하중

Ⅰ. 정의

DB하중과 DL하중은 과거 도로교설계기준(허용응력설계법)에서 사용되던 차량 활하중(Live Load)입니다. 교량의 중요도와 설계 교통량에 따라 교량 등급(1등교, 2등교, 3등교)을 나누고, 각 등급에 맞는 하중을 적용하여 설계했습니다.

Ⅱ. 하중의 종류 및 구성

• DB하중 (표준트럭하중): 세미트레일러 형태의 가상 트럭 하중을 의미합니다. 'DB'는 'D'는 도로(Driveway), 'B'는 세미트레일러를 뜻합니다.
  • DB-24: 1등교에 적용되는 하중으로, 총 중량 43.2톤의 트럭을 모델링한 것입니다. (24는 후륜 총하중 24tonf 의미)
  • DB-18: 2등교에 적용되는 하중으로, 총 중량 32.4톤입니다.
  • DB-13.5: 3등교에 적용되는 하중으로, 총 중량 24.3톤입니다.
• DL하중 (차로하중): DB하중과 등가인 등분포하중과 집중하중의 조합으로 구성된 하중입니다. 긴 지간의 교량에서 여러 차량이 줄지어 가는 상황을 모델링한 것입니다.

Ⅲ. 현행 기준 (KL-510)과의 관계

2015년 도로교설계기준이 한계상태설계법으로 전면 개정되면서, 차량의 대형화 추세를 반영하고 국제 기준과 조화시키기 위해 DB, DL 하중 체계는 KL-510 표준트럭하중 체계로 변경되었습니다. KL-510은 약 51톤의 총중량을 가지며, 현재 신설 교량 설계의 표준으로 사용됩니다. 기존 DB하중으로 설계된 교량의 안전성 검토 시에는 여전히 DB하중이 사용됩니다.

4. 자정식(自碇式) 현수교 (Self-Anchored Suspension Bridge)

Ⅰ. 정의

자정식 현수교는 일반적인 현수교와 달리 주 케이블의 인장력을 외부의 거대한 앵커리지(Anchorage) 블록에 정착시키지 않고, 보강 거더(교량 바닥판)의 양 끝단에 직접 정착시키는 방식의 현수교입니다.

Ⅱ. 구조적 특징 및 원리

주 케이블의 수평 인장력은 보강 거더에 압축력으로 작용하며, 시스템 전체가 스스로 힘의 평형을 이룹니다(Self-Anchored). 이로 인해 보강 거더는 휨모멘트뿐만 아니라 케이블의 수평력에 저항하기 위한 큰 압축력을 견뎌야 하므로, 일반 현수교의 보강 거더보다 단면이 훨씬 크고 강성이 높아야 합니다.

Ⅲ. 일반 현수교와의 비교

구분	자정식 현수교	타정식(일반) 현수교
케이블 정착	보강 거더 양 끝단	외부 앵커리지 블록
보강 거더	큰 압축력 작용 (강성이 커야 함)	주로 휨모멘트 작용 (유연함)
적용 지반	앵커리지 설치가 어려운 연약 지반에 유리	케이블의 큰 인장력을 지지할 양호한 암반 필요
시공 순서	보강 거더를 먼저 가설해야 함 (시공 복잡)	케이블 가설 후 보강 거더 설치
대표 교량	영종대교 (도로-철도 병용)	이순신대교, 광안대교

5. 건설기계의 주행저항

Ⅰ. 정의

주행저항은 덤프트럭, 불도저 등 건설기계가 지표면을 주행할 때 전진을 방해하는 모든 저항력의 합을 말합니다. 건설기계의 견인력은 이 주행저항을 이기고 남는 힘이어야 작업을 수행할 수 있습니다. 🚜

Ⅱ. 주행저항의 종류

• 구름저항 (Rolling Resistance):
  • 원인: 타이어 또는 무한궤도가 지면과 접촉하면서 변형되거나, 지면이 변형되면서 발생하는 저항입니다. 노면이 무르고 변형이 클수록 저항이 커집니다.
  • 특징: 주행저항의 대부분을 차지하는 가장 중요한 요소입니다.
• 구배저항 (Grade Resistance):
  • 원인: 경사면을 올라갈 때 차량 중량의 일부가 중력에 의해 뒤로 당겨지면서 발생하는 저항입니다. 반대로 경사면을 내려갈 때는 추진력으로 작용합니다.
  • 특징: 오르막 구배(+)에서는 저항으로, 내리막 구배(-)에서는 도움으로 작용합니다.
• 가속저항 (Acceleration Resistance):
  • 원인: 정지 상태의 기계를 움직이거나 속도를 높일 때 발생하는 저항입니다.
• 공기저항 (Air Resistance):
  • 원인: 차량이 주행할 때 공기 압력에 의해 발생하는 저항입니다.
  • 특징: 건설기계는 보통 저속으로 주행하므로 일반적으로 무시할 수 있을 정도로 작습니다.

Ⅲ. 토공 계획 시 활용

주행저항은 토공 장비의 조합, 운반로의 노선 계획 및 유지관리 계획 수립 시 중요하게 고려됩니다. 예를 들어, 덤프트럭의 운반 효율을 높이기 위해 구배저항과 구름저항을 최소화하도록 운반 도로의 경사를 완만하게 하고, 노면을 평탄하게 유지 관리해야 합니다.

6. 시공 상세도(Shop drawing) 목록

Ⅰ. 정의

시공 상세도(Shop Drawing)는 설계 도면만으로는 시공이 어렵거나, 현장 조건에 맞춰 세부적인 조정이 필요한 부분에 대해 실제 시공이 가능하도록 자재의 규격, 형태, 제작, 설치 방법 등을 상세하게 나타낸 도면을 말합니다. 시공자가 작성하여 발주처(감리단)의 승인을 받은 후 시공에 사용합니다.

Ⅱ. 목적

• 설계 도서의 의도를 명확히 하여 시공 오류 방지
• 정밀 시공을 통한 구조물의 품질 향상
• 공사 참여자(발주처, 감리, 시공사) 간의 명확한 의사소통
• 필요 자재의 정확한 물량 산출 및 사전 준비

Ⅲ. 시공 상세도 목록 (Shop Drawing List)

시공 상세도 목록은 해당 공사에서 작성해야 할 모든 시공 상세도의 리스트를 체계적으로 정리한 문서를 말합니다. 착공 초기 단계에서 시공자는 어떤 종류의 시공 상세도를, 언제까지 작성하여 승인을 요청할 것인지에 대한 전체 계획을 담아 발주처에 제출해야 합니다.

주요 포함 내용:

• 공종 분류: 토공, 구조물공, 철근공 등 공종별로 분류
• 도면 명칭: 상세도의 구체적인 이름 (예: 교대 철근 배근도, 거푸집 및 동바리 설치도 등)
• 작성 예정일 및 제출 예정일: 도면 작성 및 승인 요청 계획 일정
• 승인 현황: 접수, 검토 중, 조건부 승인, 승인 완료 등 진행 상태를 추적 관리

7. 교면포장의 역할

Ⅰ. 정의

교면포장은 교량의 콘크리트 바닥판 슬래브 위에 설치되는 포장층으로, 차량이 직접 접촉하는 부분입니다. 일반 도로 포장과 달리 얇은 바닥판 위에 시공되므로, 교량의 특수한 거동과 외부 환경에 대응할 수 있는 다양한 기능이 요구됩니다. 🌉

Ⅱ. 주요 역할 (기능)

• 주행성 및 안전성 확보: 평탄한 주행면을 제공하여 승차감을 향상시키고, 미끄럼 저항성을 확보하여 차량의 주행 안전성을 높입니다.
• 바닥판 보호 (방수 기능): 교면포장의 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 빗물이나 제설용 염화물이 바닥판 콘크리트 내부로 침투하는 것을 막아 콘크리트의 열화 및 철근 부식을 방지하여 교량의 내구성을 증진시킵니다.
• 충격 흡수 및 하중 분산: 차량의 주행으로 발생하는 충격 하중을 흡수하고, 윤하중을 넓은 면적으로 분산시켜 바닥판 슬래브의 피로 손상을 줄여줍니다.
• 마모 저항층 역할: 차량 통행으로 인한 마모에 저항하여 바닥판 자체의 손상을 방지하는 희생층(Sacrificial layer) 역할을 합니다.

Ⅲ. 요구 성능

위와 같은 역할을 수행하기 위해 교면포장은 방수성, 평탄성, 내구성, 소성변형 저항성, 부착성, 피로 저항성 등 높은 수준의 성능이 요구됩니다.

8. 얕은 기초의 전단파괴

Ⅰ. 정의

얕은 기초의 전단파괴는 기초에 작용하는 상부 하중이 기초 하부 지반의 지지력을 초과할 때, 지반이 전단력을 견디지 못하고 파괴되어 과도한 침하나 기초의 기울어짐이 발생하는 현상을 말합니다. 이는 기초의 안정성과 직결되는 가장 중요한 파괴 형태입니다.

Ⅱ. 전단파괴의 형태

지반의 상대밀도(조밀한 정도)에 따라 파괴 형태가 다르게 나타납니다.

파괴 형태	주요 발생 지반	특징
전반 전단파괴 (General Shear Failure)	조밀한 모래, 단단한 점토	- 명확한 파괴면이 기초 가장자리에서 지표면까지 발달합니다. - 파괴 시 급격한 침하와 함께 기초 주변 지표면이 융기(Heaving)하는 현상이 뚜렷하게 나타납니다.
국부 전단파괴 (Local Shear Failure)	중간 정도 밀도의 모래 및 점토	- 파괴면이 명확하지 않고 기초 하부에 국한됩니다. - 상당한 침하가 발생한 후에야 주변 지표면의 융기가 미미하게 나타납니다.
관입 전단파괴 (Punching Shear Failure)	느슨한 모래, 연약한 점토	- 파괴면이 거의 발달하지 않고 기초가 펀치처럼 지반 속으로 관입하며 파괴됩니다. - 주변 지표면의 융기 현상이 거의 없습니다.

9. 확장 레이어 공법 (ELCM: Extended Layer Construction Method)

Ⅰ. 정의

ELCM 공법은 저토피 구간이나 터널 입출구부 등 지반의 자립성이 좋지 않은 구간에서 굴착과 동시에 강력한 강관을 우산 형태로 터널 막장 전방에 촘촘하게 설치하여, 이 강관들이 형성하는 튼튼한 쉘(Shell) 구조물 내부에서 안전하게 터널을 굴착하는 특수 터널 보강 공법입니다.

Ⅱ. 특징 및 원리

이 공법의 핵심은 확장 기능이 있는 특수 강관을 사용하는 것입니다. 천공된 구멍에 삽입된 강관 내부에 유압을 가하면 강관이 부풀어 오르면서(확장), 천공 홀과 강관 사이의 공간이 그라우트재 없이도 밀착되어 지반과 일체화됩니다. 이 확장된 강관 다발이 아치(Arch) 형태의 강한 지지 구조를 형성하여 상부 하중을 지지하고 막장의 붕괴를 막습니다.

Ⅲ. 장점

• 강력한 보강 효과: 강관 자체가 지보재 역할을 하므로 일반적인 강관 다단그라우팅( अंब्रेला 공법)보다 훨씬 강력한 지지력을 발휘합니다.
• 신속한 시공: 그라우트 주입 및 양생 과정이 필요 없어 시공 속도가 빠릅니다.
• 환경 친화성: 그라우트재를 사용하지 않아 지하수 오염의 우려가 없습니다.
• 안정성: 터널 막장 전방에 견고한 보호막을 형성한 후 굴착하므로 시공 중 안정성이 매우 높습니다.

Ⅳ. 주요 적용처

• 터널 갱구부, 저토피 및 미고결 지반 구간
• 하천이나 도로 하부 횡단 구간
• 기존 구조물 근접 시공 구간

10. 서중 콘크리트 (Hot Weather Concrete)

Ⅰ. 정의

서중 콘크리트는 하루 평균기온이 25℃를 초과하거나, 최고기온이 30℃ 이상일 것으로 예상되는 시기에 타설하는 콘크리트를 말합니다. 높은 외기 온도는 콘크리트의 품질 저하를 유발할 수 있으므로 특별한 재료, 배합, 시공, 양생 관리가 필요합니다. ☀️

Ⅱ. 고온이 콘크리트에 미치는 영향 (문제점)

• 굳지 않은 콘크리트:
  • 수분 증발이 빨라져 단위수량이 증가하고 슬럼프 저하가 심해집니다.
  • 운반 및 타설 중 작업성이 나빠지고, 콜드 조인트 발생 우려가 커집니다.
• 경화 후 콘크리트:
  • 급격한 수화반응으로 초기 강도는 높게 나타나나, 불균일한 수화물 생성으로 장기 강도는 저하됩니다.
  • 표면의 급격한 건조로 소성수축균열이 발생하기 쉽습니다.
  • 수화열이 높아져 온도균열 발생 가능성이 커집니다.

Ⅲ. 시공 시 대책

구분	대책 방안
재료	- 시멘트는 중용열 포틀랜드 시멘트나 고로슬래그 시멘트 사용을 고려합니다. - 골재는 직사광선을 피해 보관하고, 살수하여 냉각시킵니다.
운반/타설	- 콘크리트 타설 시 온도는 35℃ 이하가 되도록 관리합니다. - 운반 시간을 최소화하고, 비교적 서늘한 시간대(오전, 야간)에 타설하는 것을 고려합니다.
양생	- 타설 후 즉시 습윤 양생을 실시하여 표면의 급격한 수분 증발을 막는 것이 가장 중요합니다. - 양생포를 덮고 최소 5일 이상 습윤 상태를 유지합니다.

11. 터널의 Face Mapping (막장관찰조사)

Ⅰ. 정의

Face Mapping은 터널 굴착 작업이 일시 중단된 사이, 노출된 막장면(Face)의 지질학적 특성(암종, 절리, 단층, 파쇄대, 용수 상태 등)을 육안으로 관찰하고 기록, 도식화하는 작업을 말합니다. 이는 시공 중 지반 정보를 직접 확인하여 터널의 안정성을 평가하고, 차후 굴착 및 지보 패턴을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

Ⅱ. 목적

• 설계 단계에서 예측한 지반 조건과 실제 지반 조건의 비교·분석
• 전방 지반 상태를 예측하고, 다음 단계의 굴착 방법 및 지보 패턴(록볼트 길이, 숏크리트 두께 등)을 조정
• 막장의 안정성을 평가하고 붕락 가능성 등 위험 요소를 사전에 파악
• 시공 기록 자료로 축적하여 향후 유지관리 및 유사 공사의 기초 자료로 활용

Ⅲ. 조사 항목 및 방법

막장 스케치 용지에 격자망을 그리고, 아래와 같은 항목들을 관찰하여 기입합니다.

• 암반 상태: 암종, 색깔, 풍화도, 강도
• 불연속면: 절리의 방향(주향/경사), 간격, 거칠기, 충전물 상태
• 지질 구조: 단층, 파쇄대, 습곡의 유무 및 규모
• 지하수 상태: 용수 위치, 유출량(건조, 습윤, 누수, 유수 등)
• 기타: 막장의 자립 상태, 특이 사항 등

12. EPS(Expanded Poly-Styrene) 공법

Ⅰ. 정의

EPS 공법은 발포 폴리스티렌(Expanded Poly-Styrene), 즉 스티로폼 블록을 이용하여 구조물을 시공하는 공법입니다. EPS 블록은 초경량성(흙 무게의 약 1/100), 우수한 압축강도, 시공 용이성 등의 특징을 가지고 있어, 연약지반 위의 성토나 구조물 뒤채움 등에 널리 사용됩니다.

Ⅱ. 특징 및 장단점

구분	내용
장점	경량성: 연약지반에 가해지는 하중을 최소화하여 침하 및 안정 문제를 해결할 수 있습니다. 시공성: 블록 형태로 가볍기 때문에 인력으로 운반 및 설치가 가능하여 시공이 빠르고 간단합니다. 안정성: 수직으로 쌓을 수 있어 좁은 부지에서도 시공이 가능하고, 토압을 거의 발생시키지 않습니다. 단열성 및 배수성: 재료 자체의 단열성이 우수하며, 블록 사이에 배수 공간 확보가 용이합니다.
단점	내화학성/내유성 취약: 유류(기름)나 유기용제에 접촉 시 녹는 성질이 있습니다. 자외선 취약: 장시간 햇빛에 노출되면 성능이 저하될 수 있어 보호 마감이 필요합니다. 부력 문제: 지하수위가 높은 곳에서는 부력에 대한 검토 및 대책이 필요합니다.

Ⅲ. 주요 적용 분야

• 도로 성토: 연약지반 위의 도로 성토, 교대 뒤채움, 도로 확폭
• 옹벽 뒤채움: 기존 옹벽에 가해지는 토압을 줄이기 위한 뒤채움재
• 구조물 보호: 지하 매설관의 동결 방지 및 하중 경감

13. 이형철근의 KS 표시방법

Ⅰ. 정의

이형철근은 콘크리트와의 부착력을 높이기 위해 표면에 리브(Rib, 축방향 돌기)와 마디(Lug, 횡방향 돌기)를 만든 철근을 말합니다. 건설 현장에서 철근의 종류, 강도, 제조사 등을 쉽게 식별할 수 있도록 KS 규격(KS D 3504)에 따라 표면에 양각으로 표시를 합니다.

Ⅱ. 표시 내용 및 순서

철근 표면의 돌기(리브)에는 다음 정보가 순서대로 표시됩니다.

원산지 표시 - 제조사명 - 호칭치수(지름) - 강종

• 원산지 표시: 국가를 나타내는 문자 (예: K - 대한민국)
• 제조사명: 제조회사를 나타내는 약호 (예: HS - 현대제철, DK - 동국제강)
• 호칭치수: 철근의 공칭 지름 (mm) (예: 13, 19, 22)
• 강종 구분: 철근의 항복강도와 용접 가능 여부를 나타냅니다.
  • SD400: 일반용(Steel), 이형철근(Deformed) 중 항복강도가 400MPa인 강재. (표면에 추가 표시 없음)
  • SD500: 항복강도 500MPa 강재. (마디의 일부가 한 방향 경사짐)
  • SD400W, SD500W: 용접용(Weldable) 강재. (표면에 'W' 표시 추가)