제106회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제106회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. TCR과 RQD

Ⅰ. 정의

TCR(Total Core Recovery, 총 코어 회수율)과 RQD(Rock Quality Designation, 암질 지수)는 암반 조사를 위해 시추한 코어(Core)를 이용하여 암반의 상태를 정량적으로 평가하는 대표적인 지표입니다. 둘 다 암반의 절리 발달 상태와 파쇄 정도를 나타냅니다.

Ⅱ. 산정 방법

• TCR (총 코어 회수율): 시추한 총 길이에 대한 회수된 코어 전체 길이의 백분율입니다. 암석의 강도가 약해 부서지거나 유실된 정도를 포함한 전반적인 회수율을 나타냅니다.
  TCR (%) = (회수된 코어 총 길이 / 시추 총 길이) x 100
• RQD (암질 지수): 시추한 총 길이에 대한 회수된 코어 중 10cm 이상인 암편들의 길이 합의 백분율입니다. 코어의 강도와 절리의 발달 정도를 평가하는 지표로, RQD 값이 낮을수록 암반의 상태가 불량함을 의미합니다.
  RQD (%) = (10cm 이상 코어 길이의 합 / 시추 총 길이) x 100

Ⅲ. 비교 및 활용

구분	TCR	RQD
평가 대상	회수된 모든 코어	10cm 이상의 단단한 코어
의미	시추 기술 및 장비의 효율성, 연약대 포함 전반적 상태	암반의 절리, 균열 상태 등 암질 자체의 양호도
활용	보조적인 지표로 활용	RMR, Q-System 등 암반분류의 핵심 입력 자료로 사용, 굴착성 및 지보 패턴 결정에 활용

2. 평판재하시험(Plate Bearing Test) 시 유의사항

Ⅰ. 정의

평판재하시험은 현장 지반에 직접 하중을 가하여 지반의 지지력 계수(K), 항복하중, 극한지지력 등을 측정하는 시험입니다. 도로의 노상 지지력 평가나 얕은 기초의 지지력 설계를 위해 실시합니다.

Ⅱ. 시험 전 유의사항

• 시험 위치 선정: 현장을 대표할 수 있는 위치를 선정하고, 시험 지반은 교란되지 않도록 평탄하게 정리합니다.
• 재하판 설치: 직경 30cm의 원형 재하판을 사용하며, 지반과 완전히 밀착되도록 수평을 유지하고 가는 모래로 바닥을 고르게 합니다.
• 반력 장치 설치: 예상 최대 하중의 1.5배 이상을 견딜 수 있는 중량물(덤프트럭, 롤러 등)을 반력 장치로 사용하며, 재하판 중심과 반력점의 중심이 일치하도록 설치합니다.
• 계측기 설치: 변위 측정용 다이얼 게이지는 재하판의 영향을 받지 않도록 충분히 이격된 위치(최소 1.5m)에 견고하게 설치합니다.

Ⅲ. 시험 중 유의사항

• 초기 하중 적용: 재하판과 지반을 밀착시키기 위해 약 0.35 kgf/cm² 정도의 초기 하중을 가한 후 다이얼 게이지의 영점을 맞춥니다.
• 하중 단계별 재하: 하중은 계획된 단계에 따라 재하하며, 각 단계에서 침하가 멈출 때까지(보통 15분 이내) 기다린 후 침하량과 시간을 기록합니다.
• 시험 종료 조건: 총 침하량이 15mm 이상 발생하거나, 하중을 증가시키지 않아도 침하가 계속되는 항복점에 도달하면 시험을 종료합니다.
• 안전 관리: 시험 중 반력 장비의 전도나 재하 장치의 파손 등 안전사고에 대비합니다.

3. 항만공사 시 유보율(留保率)

Ⅰ. 정의

유보율은 항만 공사에서 사석이나 블록 등을 수중에 투하하여 구조물을 축조할 때, 설계 수량 외에 시공 중 유실, 다짐에 의한 침하, 불균일한 시공 등으로 인해 추가로 소요될 것을 예상하여 설계 수량에 할증하는 비율을 말합니다.

Ⅱ. 적용 목적

• 수중 시공의 불확실성에 대비하여 재료 부족 방지
• 파랑, 조류 등에 의한 재료 유실 보정
• 기초 지반의 압밀 침하 및 사석 자체의 다짐으로 인한 체적 감소 보정
• 시공 오차를 고려하여 설계 단면을 확보하기 위함

Ⅲ. 유보율 산정 시 고려사항

유보율은 공사의 종류, 수심, 파랑 및 조류 조건, 기초 지반의 특성, 재료의 종류, 시공 장비 및 방법 등을 종합적으로 고려하여 결정하며, 일반적으로 항만공사 표준시방서나 설계 기준에서 제시하는 값을 참고합니다.

고려 요소	유보율 경향
수심	수심이 깊을수록 크게 적용
파랑/조류	파고가 높고 유속이 빠를수록 크게 적용
지반 조건	연약지반일수록 침하를 고려하여 크게 적용
재료 입경	입경이 작을수록 유실 가능성이 커져 크게 적용

4. 터널 라이닝(Lining)과 인버트(Invert)

Ⅰ. 정의

라이닝과 인버트는 NATM 터널 등에서 1차 지보재(숏크리트, 록볼트) 시공 후 터널의 장기적인 안정성을 확보하고 내부 공간 활용을 위해 설치하는 2차 지보재(주 지보재)입니다. 일반적으로 철근 콘크리트 구조로 시공됩니다.

Ⅱ. 기능 및 역할

• 터널 라이닝 (Lining):
  • 기능: 터널의 아치 부분(천장 및 측벽)에 설치되는 콘크리트 구조물입니다.
  • 역할:
    • 장기적으로 작용하는 이완 하중(토압, 수압)을 지지하여 터널의 안정성을 확보합니다.
    • 지하수의 누수를 차단하여 쾌적한 내부 환경을 조성합니다(방수 기능).
    • 환기, 조명, 방재 시설물 등을 설치할 수 있는 매끈한 내벽면을 제공합니다.
• 터널 인버트 (Invert):
  • 기능: 터널 바닥 부분에 설치되는 아치 형태 또는 슬래브 형태의 콘크리트 구조물입니다.
  • 역할:
    • 터널 단면을 폐합시켜 링(Ring) 구조를 형성함으로써 구조적 안정성을 크게 향상시킵니다.
    • 지반이 불량한 경우, 측벽 하부에서 발생하는 내공 변위(수평 변위)를 억제합니다.
    • 팽창성 지반에서 바닥이 부풀어 오르는 현상(Heaving)에 저항합니다.

인버트는 지반 조건이 양호한 경우에는 생략할 수 있으나, 연약 지반, 파쇄대, 고토압 구간 등에서는 터널의 안정성을 위해 반드시 설치해야 합니다.

5. 안전관리계획 수립대상공사

Ⅰ. 정의

안전관리계획은 건설공사 중 발생할 수 있는 각종 재해를 예방하기 위해 공사의 개요, 안전관리 조직, 공종별 안전점검 계획, 위험성 평가, 비상사태 대비 계획 등을 체계적으로 수립한 문서를 말합니다. 「건설기술 진흥법」에서는 일정 규모 이상의 위험 공사를 포함하는 건설공사에 대해 착공 전 안전관리계획을 수립하고 발주처의 승인을 받도록 의무화하고 있습니다.

Ⅱ. 수립 대상 공사 (건설기술 진흥법 시행령 제98조)

다음 중 하나에 해당하는 건설공사는 안전관리계획을 수립해야 합니다.

1. 시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법」에 따른 1종 및 2종 시설물의 건설공사
2. 지하 10미터 이상을 굴착하는 건설공사
3. 폭발물을 사용하는 건설공사 (20미터 이내에 시설물이 있거나 100미터 이내에 양육 가축이 있는 경우)
4. 10층 이상 16층 미만인 건축물의 건설공사 또는 10층 이상인 건축물의 리모델링 또는 해체공사
5. 건설기계(항타 및 항발기, 타워크레인 등)가 사용되는 건설공사
6. 발주자가 특히 안전관리가 필요하다고 인정하는 건설공사
7. 그 밖에 대통령령으로 정하는 건설공사

Ⅲ. 주요 내용 및 절차

안전관리계획서에는 공사개요, 안전관리조직, 공종별 위험성평가 결과 및 안전대책, 안전점검 계획, 비상시 긴급조치계획 등이 포함되어야 합니다. 시공사는 착공 전에 계획서를 작성하여 발주처에 제출하고, 발주처는 건설사업관리기술인 또는 공사감독자의 검토를 거쳐 승인 여부를 결정합니다. 🏗️

6. PSC 장지간 교량의 Camber 확보방안

Ⅰ. 정의

캠버(Camber)는 교량 시공 시 고정하중(자중)에 의해 발생할 처짐과 장기적인 변형(건조수축, 크리프)을 고려하여, 완공 후 교량이 계획된 형상(종단선형)을 유지할 수 있도록 미리 상부 구조물을 위로 볼록하게 들어 올려 제작하는 것을 말합니다. 특히 PSC(Prestressed Concrete) 장지간 교량은 변형량이 커서 정밀한 캠버 관리가 매우 중요합니다.

Ⅱ. 캠버의 구성 요소

시공 단계에서 관리해야 할 제작 캠버는 다음과 같은 요소들의 합으로 계산됩니다.

• 고정하중에 의한 처짐: 콘크리트, 강재 등 교량 자중에 의한 탄성 처짐
• 프리스트레스에 의한 솟음: 긴장재(텐던) 도입 시 발생하는 상향 솟음
• 건조수축 및 크리프에 의한 장기 처짐: 시간 경과에 따라 발생하는 콘크리트의 시간 의존적 변형량
• 기타: 시공 오차, 동바리 침하량 등

Ⅲ. Camber 확보(관리) 방안

• 정확한 예측:
  • 설계 단계에서 사용 재료(콘크리트 탄성계수, 크리프 계수 등)의 특성을 반영한 정밀한 해석을 통해 시공 단계별 변형량을 정확히 예측합니다.
  • 현장 콘크리트의 재료 시험을 통해 얻은 물성치를 해석에 반영하여 예측 정확도를 높입니다.
• 시공 중 계측 관리:
  • 시공 단계별로 실제 교량의 레벨(높이)을 지속적으로 측량합니다.
  • 측정된 실제 값과 사전에 예측한 관리 값을 비교 분석합니다.
  • 오차가 발생할 경우, 원인을 분석하고 다음 단계 시공에서 보정할 수 있는 방안(텐던의 긴장력 조절, 거푸집 높이 조절 등)을 수립하여 반영합니다.

7. 교량에서의 부반력(Negative Reaction)

Ⅰ. 정의

부반력은 교량의 지점에서 일반적인 반력(상향력)과 반대 방향, 즉 아래 방향으로 작용하는 반력을 의미합니다. 이는 교량의 특정 부분이 위로 들리려는 현상을 억제하기 위해 발생하는 힘으로, 주로 다경간 연속교에서 특정 경간에만 활하중이 재하될 때 발생할 수 있습니다.

Ⅱ. 발생 원인 및 메커니즘

3경간 연속교를 예로 들면, 양쪽 끝 경간(측경간)에만 활하중이 재하되고 중앙 경간에는 하중이 없는 경우, 측경간은 아래로 처지고 중앙 경간은 위로 볼록하게 솟아오르려는 변형이 발생합니다. 이때 중앙 경간의 중간 지점에서는 교각이 상부 구조물을 위로 밀어 올리는 정반력(+)이 발생하지만, 양 끝단 지점에서는 상부 구조물이 들뜨는 것을 방지하기 위해 슈(받침)가 구조물을 아래로 잡아당기는 부반력(-)이 발생합니다.

Ⅲ. 문제점 및 대책

• 문제점:
  • 교량 받침(슈)이 인장력을 받도록 설계되지 않은 경우, 앵커볼트 파손 등 받침 장치가 손상될 수 있습니다.
  • 교량 상판의 들림 현상으로 주행 안정성을 해칠 수 있습니다.
• 대책:
  • 설계 단계: 부반력 발생 여부를 검토하고, 발생 시 부반력에 저항할 수 있는 인장 저항용 받침(Uplift-Restraint Bearing)을 설계에 반영합니다.
  • 자중 증가: 측경간의 길이를 중앙 경간보다 짧게 하거나, 측경간에 평형추(Counter Weight)를 설치하여 고정하중을 증가시켜 활하중에 의한 들림 현상을 억제합니다.

8. 상수도 수처리구조물 방수공법의 종류

Ⅰ. 개요

정수장, 배수지 등 상수도 수처리구조물은 구조물의 내용물(물)이 외부로 누수되거나, 외부의 오염된 지하수가 내부로 유입되는 것을 막기 위해 높은 수준의 수밀성과 내구성을 갖춘 방수가 필수적입니다. 또한, 인체에 무해한 친환경적인 재료를 사용해야 합니다.

Ⅱ. 요구 성능

• 수밀성: 장기간 수압에 저항하여 누수를 방지하는 성능
• 내구성: 수돗물의 소독제(염소 등)에 대한 내화학성, 자외선 저항성
• 안전성: 먹는 물과 접촉하므로 용출되는 유해물질이 없는 위생안전기준(KC인증) 적합 재료
• 시공성: 복잡한 형상의 구조물에도 시공이 용이하고 균일한 품질 확보가 가능할 것

Ⅲ. 방수공법의 종류

공법 종류	주요 재료 및 특징
시트(Sheet) 방수	합성고무(EPDM)나 PVC 재질의 시트를 접착제나 기계적 고정으로 부착하는 공법. 균일한 품질 확보가 용이하나, 이음부 처리가 중요함.
도막 방수	에폭시, 우레탄, 폴리우레아 등의 수지를 도포하여 방수층을 형성하는 공법. 복잡한 형상에 적용이 용이하고 연속적인 방수층을 만들 수 있음. 바탕면 처리가 중요함.
복합 방수	도막 방수와 시트 방수를 조합하여 각 공법의 장점을 극대화한 공법. (예: 도막-시트 복합)
결정체 성장형 방수 (침투성 방수)	콘크리트 모세관 공극으로 침투하여 물과 반응, 불수용성 결정체를 형성하여 공극을 막는 공법. 구조체와 일체화되며 바탕면 정리가 비교적 간단함.

9. Slip Form과 Self Climbing Form의 특징

Ⅰ. 정의

슬립폼과 셀프 클라이밍 폼은 교각, 주탑, 사일로 등 수직으로 높은 구조물을 시공할 때 사용되는 대표적인 자동화 거푸집 시스템(System Formwork)입니다. 크레인의 도움 없이 거푸집이 스스로 상승하며 연속적인 시공을 가능하게 합니다.

Ⅱ. 특징 비교

구분	슬립폼 (Slip Form)	셀프 클라이밍 폼 (ACS: Auto Climbing System)
상승 방식	유압 잭이 요크(Yoke)를 통해 연속적으로 미끄러지듯 상승 (24시간 연속 타설)	유압 장치를 이용하여 레일을 따라 단계적으로 상승 (한 층 단위로 타설 및 상승)
시공 속도	매우 빠름 (하루 3~6m)	빠름 (3~4일 당 1개 층)
구조체 형상	단면의 변화가 없는 수직 구조물에 적합	단면의 변화(축소, 확대)가 있는 구조물에도 적용 가능
시공 이음	없음 (일체화된 구조물)	각 층(리프트)마다 시공 이음(Construction Joint) 발생
주요 용도	사일로, 저장탱크, 아파트 코어 월	고층 빌딩 코어 월, 교량 주탑, 교각

10. WBS (Work Breakdown Structure: 작업분류체계)

Ⅰ. 정의

WBS는 프로젝트의 전체 범위를 관리하기 쉬운 작은 단위 작업(Work Package)으로 세분화하고, 이를 계층적(Hierarchical) 구조로 구성한 도표를 말합니다. 복잡한 프로젝트를 체계적으로 이해하고 관리하기 위한 가장 기본적인 도구입니다.

Ⅱ. 작성 목적 및 중요성

• 업무 범위 명확화: 프로젝트의 모든 작업을 누락 없이 식별하고 전체 업무 범위를 명확히 정의합니다.
• 효율적인 관리 기반: 세분화된 작업 단위를 기준으로 공정, 원가, 자원, 책임 등을 할당하고 관리할 수 있는 기초를 제공합니다. (공정표, 예산서 작성의 기본)
• 의사소통 증진: 프로젝트 팀원 간에 담당 업무와 책임을 명확히 공유하여 원활한 의사소통을 돕습니다.
• 성과 측정 기준: 각 작업 단위별로 진척도를 파악하고 성과를 측정하는 기준이 됩니다.

Ⅲ. 작성 원칙

• 100% Rule: 하위 수준 작업들의 합은 상위 수준의 작업 범위와 100% 일치해야 하며, 프로젝트 범위 외의 작업은 포함시키지 않습니다.
• 상호 배타성(Mutually Exclusive): 각 작업 단위 간에 업무 중복이 없어야 합니다.
• 성과물 기반(Deliverable-Oriented): WBS는 '작업 활동'보다는 '성과물' 중심으로 분해하는 것이 일반적입니다.

11. 철근콘크리트 부재의 대표적인 2가지 파괴 유형

Ⅰ. 개요

휨모멘트를 받는 철근콘크리트(RC) 보(Beam)와 같은 부재는 철근량에 따라 파괴 양상이 다르게 나타납니다. 파괴 유형은 부재의 안전성과 직결되므로, 설계 시 이를 고려하여 바람직한 파괴를 유도해야 합니다.

Ⅱ. 파괴 유형

구분	연성파괴 (Ductile Failure)	취성파괴 (Brittle Failure)
정의	인장측 철근이 먼저 항복하고, 상당한 변형(처짐, 균열)을 거친 후 압축측 콘크리트가 파괴되는 형태.	인장측 철근이 항복하기 전에 압축측 콘크리트가 먼저 압축 응력을 견디지 못하고 갑작스럽게 폭발하듯 파괴되는 형태.
발생 조건	철근량이 최소철근비 이상, 최대철근비(균형철근비) 이하로 배근된 경우 (과소철근보)	철근량이 최대철근비를 초과하여 과다하게 배근된 경우 (과다철근보)
파괴 전조	파괴 전 큰 처짐과 넓은 균열이 발생하여 대피 시간을 확보할 수 있음.	파괴 전조 현상이 거의 없이 갑작스럽게 파괴되어 매우 위험함.
설계 개념	바람직한 파괴 형태로, 모든 RC 부재는 연성파괴를 하도록 설계해야 함.	반드시 피해야 할 파괴 형태로, 구조 설계 기준에서 철근량을 최대철근비 이하로 제한함.

12. LCC (Life Cycle Cost) 분석법

Ⅰ. 정의

LCC(생애주기비용) 분석은 구조물의 기획, 설계, 시공 단계에서 발생하는 초기 투자 비용뿐만 아니라, 완공 후 운영, 유지관리, 보수, 그리고 최종 해체 및 폐기에 이르기까지 구조물의 전 생애에 걸쳐 발생하는 모든 비용을 현재가치로 환산하여 총비용을 평가하고 분석하는 기법입니다.

Ⅱ. LCC의 구성

LCC = 초기 비용 + 유지관리 비용 + 사용자 비용 + 폐기 비용

• 초기 비용: 기획, 설계, 시공, 감리 등 건설에 직접적으로 투입되는 비용
• 유지관리 비용: 운영, 점검, 보수, 보강, 에너지 비용 등 구조물의 기능을 유지하는 데 소요되는 비용
• 사용자 비용: 교통 정체, 사고 비용 등 사회적 비용 (필요시 고려)
• 폐기 비용: 구조물의 내용연수 종료 후 해체 및 폐기물 처리에 드는 비용

Ⅲ. 도입 목적 및 활용

• 경제적인 의사결정: 초기 공사비가 다소 높더라도 유지관리 비용이 적게 드는 공법이나 재료를 선택하는 등, 생애 전체 관점에서 가장 경제적인 대안을 선정할 수 있습니다.
• 유지관리 계획 수립: 장래에 발생할 유지관리 비용을 예측하여 체계적인 예산 계획 및 보수 전략을 수립할 수 있습니다.
• VE(가치공학) 연계: 최소의 LCC로 시설물의 필요한 기능을 확보하는 가치혁신 활동의 기초 자료로 활용됩니다.

13. 강 또는 콘크리트 구조물의 강성(Stiffness)

Ⅰ. 정의

강성은 구조물이나 부재가 외부 하중(힘)에 저항하여 변형하지 않으려는 성질, 즉 '단단한 정도'를 나타내는 물리량입니다. 강성이 큰 부재는 같은 하중을 받아도 변형(처짐, 변위)이 작게 발생하고, 강성이 작은 부재는 변형이 크게 발생합니다.

Ⅱ. 강성에 영향을 미치는 요소

부재의 휨강성(Flexural Rigidity)은 일반적으로 EI로 표현되며, 이는 강성을 결정하는 주요 요소가 재료와 단면 형상임을 의미합니다.

• 재료적 특성 (E: 탄성계수, Modulus of Elasticity):
  • 재료 고유의 성질로, 변형에 저항하는 능력을 나타냅니다.
  • 일반적으로 강재는 콘크리트보다 탄성계수가 약 8~10배 커서 훨씬 높은 강성을 가집니다.
• 단면의 기하학적 특성 (I: 단면 2차 모멘트, Moment of Inertia):
  • 단면의 형상과 치수에 따라 결정되며, 휨에 저항하는 능력을 나타냅니다.
  • 같은 단면적이라도 춤(높이)이 높은 I형 단면이 사각형 단면보다 단면 2차 모멘트가 훨씬 커서 휨강성이 우수합니다.

Ⅲ. 구조 설계에서의 의미

구조 설계 시에는 부재가 파괴되지 않도록 하는 강도(Strength) 설계와 함께, 과도한 처짐이나 진동이 발생하지 않도록 하는 사용성(Serviceability)을 검토해야 합니다. 강성은 이 사용성을 확보하기 위한 핵심적인 지표로, 구조물의 처짐, 고유진동수 등을 계산하는 데 사용됩니다.