제105회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제105회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 지반조사방법 중 사운딩(sounding)의 종류

Ⅰ. 정의

사운딩(Sounding)은 로드(Rod) 선단에 부착된 저항체를 지반에 관입, 회전, 인발 시의 저항치를 측정하여 N치, 지지력, 압밀 특성 등 지반의 공학적 특성을 파악하는 현장 원위치 시험법입니다. 시추조사와 병행하여 연속적인 지층 정보를 얻는 데 효과적입니다.

Ⅱ. 사운딩의 종류

종류	시험 방법 및 특징	주요 적용 지반
표준관입시험 (SPT: Standard Penetration Test)	63.5kg의 해머를 76cm 높이에서 자유낙하 시켜 샘플러가 지반에 30cm 관입하는 데 필요한 타격 횟수(N치)를 측정합니다. 가장 널리 사용되는 대표적인 사운딩 시험입니다.	사질토, 점성토 등 대부분의 토사 지반
콘관입시험 (CPT: Cone Penetration Test)	콘(Cone) 형태의 관입체를 일정한 속도(2cm/sec)로 지중에 압입하면서 선단 저항력(qc)과 주면 마찰력(fs)을 연속적으로 측정합니다. N치로 환산하여 활용 가능합니다.	연약한 사질토, 점성토
베인시험 (Vane Shear Test)	십자(+) 형태의 날개(Vane)를 점토 지반에 삽입한 후, 회전시켜 파괴될 때의 최대 토크(Torque)를 측정하여 점토의 비배수 전단강도(Cu)를 직접 구하는 시험입니다.	매우 연약한 포화 점성토
동적콘관입시험 (Dynamic Cone Penetration Test)	해머 타격에 의해 콘 관입체가 10cm 관입하는 데 필요한 타격 횟수(Nd)를 측정합니다. 장비가 간단하여 예비조사나 협소한 장소에서 사용됩니다.	자갈층을 제외한 토사 지반

2. 아스팔트 도로포장에 사용되는 토목섬유의 종류

Ⅰ. 정의

아스팔트 포장용 토목섬유(Geosynthetics)는 아스팔트 포장층 사이에 설치하여 포장의 성능을 향상시키고 수명을 연장시키는 역할을 하는 합성수지 재료입니다. 주로 보강, 분리, 방수 등의 기능을 수행합니다.

Ⅱ. 종류 및 기능

• 아스팔트 보강용 그리드 (Asphalt Reinforcement Grid)
  • 기능: 보강(Reinforcement) 기능이 주목적입니다.
  • 특징: 유리섬유(Glass fiber)나 폴리에스테르 등으로 만든 격자(Grid) 형태로, 높은 인장강도를 가집니다. 아스팔트 혼합물의 인장 변형을 억제하여 소성변형(Rutting), 피로균열, 반사균열의 발생을 저감시킵니다.
• 부직포 (Non-woven Geotextile)
  • 기능: 응력완화(Stress Relief) 및 방수(Waterproofing) 기능이 주목적입니다.
  • 특징: 아스팔트 택코트(Tack coat)를 충분히 흡수하여 방수층(SAMI: Stress Absorbing Membrane Interlayer)을 형성합니다. 이 방수층이 하부 균열의 움직임을 흡수하여 상부로의 반사균열 전파를 지연시키고, 포장체 내부로의 수분 침투를 방지합니다.

3. 콘크리트의 초음파검사 (Ultrasonic Pulse Velocity Test)

Ⅰ. 정의

초음파검사는 콘크리트 구조물에 초음파(인간이 들을 수 없는 고주파수 음파)를 발사하여 통과하는 속도를 측정함으로써, 콘크리트의 강도, 균열, 공동 등 내부 결함 및 품질 상태를 추정하는 대표적인 비파괴 검사(NDT) 방법입니다.

Ⅱ. 측정 원리

발진자(Transmitter)에서 발생시킨 초음파 펄스가 콘크리트 내부를 통과하여 수진자(Receiver)에 도달하는 시간(T)을 측정하고, 발진자와 수진자 사이의 거리(L)를 알면 초음파 전달속도(V)를 계산할 수 있습니다. (V = L / T)

콘크리트는 밀실하고 강도가 높을수록 초음파의 전달속도가 빠르고, 균열이나 공동 등 결함이 있으면 속도가 느려지는 원리를 이용합니다.

Ⅲ. 활용 분야

• 압축강도 추정: 초음파 속도와 콘크리트 압축강도 간의 상관관계(경험식)를 이용하여 강도를 비파괴적으로 추정합니다.
• 균질성 및 품질 평가: 구조물 각 부위의 초음파 속도를 측정하여 콘크리트의 균일 시공 여부를 평가합니다.
• 결함 탐지: 균열의 깊이나 내부 공동, 재료분리 등의 위치와 규모를 추정합니다.
• 열화 및 손상 평가: 화재나 동해를 입은 콘크리트의 성능 저하 정도를 평가합니다.

4. UHPC (Ultra High Performance Concrete: 초고성능콘크리트)

Ⅰ. 정의

UHPC는 일반 콘크리트보다 압축강도, 인장강도, 내구성 등을 획기적으로 향상시킨 차세대 건설 재료입니다. 일반적으로 압축강도 150MPa 이상, 고도의 유동성, 그리고 강섬유(Steel Fiber) 보강에 따른 높은 인성 및 연성을 특징으로 합니다.

Ⅱ. 주요 특징

• 초고강도 및 고연성: 압축강도가 일반 콘크리트의 5~8배에 달하며, 다량의 강섬유 혼입으로 취성파괴를 하지 않고 인장 및 휨에 대해 강하게 저항합니다.
• 고내구성: 재료의 입자가 매우 조밀(高밀도)하여 염화물, 화학물질 등의 유해인자 침투에 대한 저항성이 극히 우수하여 구조물의 수명을 크게 연장시킬 수 있습니다.
• 고유동성: 유동성이 매우 높아 복잡한 형상의 부재 제작이 용이하고 별도의 다짐이 거의 필요 없습니다.

Ⅲ. 장점 및 활용

UHPC를 사용하면 부재의 단면을 대폭 축소할 수 있어 구조물의 자중 감소, 장경간화, 심미적인 디자인 구현이 가능합니다. 이러한 장점으로 인해 교량, 초고층 건물, 해양 구조물, 방호 구조물 등 다양한 분야에 활용이 확대되고 있습니다.

5. 동결융해저항제 (AE제, 공기연행제)

Ⅰ. 정의

동결융해저항제는 콘크리트 내부에 미세하고 독립된 공기 방울(Entrained Air)을 균일하게 분포시켜, 동결융해 작용에 대한 저항성을 향상시키기 위해 사용하는 화학 혼화제를 말합니다. 일반적으로 AE제(Air-Entraining Agent) 또는 공기연행제라고 부릅니다.

Ⅱ. 동결융해 저항 원리

콘크리트 내부 모세관 공극 속의 물이 동결하면 약 9%의 체적 팽창이 일어나고, 이때 발생하는 팽창압이 콘크리트에 인장응력을 유발하여 균열 및 표면 박리(Scaling)를 일으킵니다. ❄️

AE제를 사용하면 콘크리트 내부에 수많은 미세 공기 방울이 형성됩니다. 이 공기 방울들은 물이 얼 때 발생하는 팽창압을 흡수하는 완충 공간(Cushion) 역할을 하여 콘크리트 조직이 파괴되는 것을 막아줍니다.

Ⅲ. 사용 효과

• 내동해성 향상: 동결융해에 대한 저항성을 크게 증진시켜 구조물의 내구성을 높입니다. (주된 목적)
• 작업성(Workability) 향상: 미세 공기 방울의 볼베어링(Ball-bearing) 효과로 콘크리트의 유동성이 좋아져 시공성이 개선됩니다.
• 수밀성 증대: 블리딩(Bleeding)과 재료분리를 감소시켜 수밀성이 향상됩니다.
• 강도 저하: 공기량이 1% 증가할 때마다 압축강도는 약 4~6% 감소하므로, 목표 강도를 고려하여 적정량(보통 4.5±1.5%)을 사용해야 합니다.

6. 비상여수로(Emergency Spillway)

Ⅰ. 정의

비상여수로는 댐이나 저수지의 주 여수로(Service Spillway)가 설계 홍수량 이상의 이례적인 대홍수(PMF: 가능최대홍수 등)로 인해 용량이 부족할 경우, 댐체의 안전(월류 방지)을 위해 긴급하게 물을 방류시키는 보조 여수로입니다.

Ⅱ. 기능 및 목적

비상여수로의 가장 중요한 목적은 댐의 붕괴를 막는 것입니다. 댐의 설계 빈도를 초과하는 극한 홍수가 발생하여 저수지 수위가 위험 수위까지 상승했을 때, 비상여수로를 통해 물을 방류함으로써 댐 마루 위로 물이 넘치는 월류(Overtopping)를 방지합니다. 특히 필댐(Fill Dam)은 월류에 매우 취약하여 붕괴로 이어질 수 있으므로 비상여수로의 역할이 절대적입니다.

Ⅲ. 특징

• 설계 빈도: 주 여수로보다 훨씬 낮은 빈도의 극한 홍수(예: PMF)에 대해 설계됩니다.
• 운영: 평상시에는 사용되지 않으며, 일생에 한 번도 사용되지 않을 수 있습니다.
• 구조: 일반적으로 별도의 수문 없이 제체의 일부를 낮게 만들거나, 침식에 강한 암반 지대를 이용하는 등 경제적으로 건설됩니다. 방류 시 일부 손상은 허용하는 개념으로 설계되기도 합니다.

7. 흙의 안식각(Angle of Repose)

Ⅰ. 정의

안식각은 건조한 모래와 같은 비점착성 흙을 자연스럽게 쌓았을 때, 흙 입자들이 미끄러지지 않고 안정을 유지하는 사면의 최대 경사각을 말합니다. 이는 흙의 내부마찰각(Internal Friction Angle, Φ)과 밀접한 관련이 있습니다.

Ⅱ. 특징

• 내부마찰각과의 관계: 건조하고 느슨한 상태의 모래에서는 안식각과 내부마찰각이 거의 같습니다. 그러나 지반이 다져지거나 흙 입자 모양이 모날수록 내부마찰각은 안식각보다 커질 수 있습니다.
• 영향 요소: 안식각은 흙 입자의 모양(둥글수록 작아짐), 크기, 함수비, 밀도 등에 따라 달라집니다.
• 점착성 흙: 점착력이 있는 흙은 입자 간의 부착력 때문에 일시적으로 수직에 가까운 사면을 형성할 수 있으므로 안식각의 개념을 적용하기 어렵습니다.

Ⅲ. 공학적 활용

안식각은 토목공사에서 다음과 같은 임시 구조물의 안정 경사를 결정하는 데 경험적인 지표로 활용됩니다.

• 토사 야적(Stockpile) 시 안정 경사각 결정
• 터파기 등 임시 흙깎기 사면의 기울기 결정

8. SMR (Slope Mass Rating)

Ⅰ. 정의

SMR은 터널 암반분류법인 RMR(Rock Mass Rating)을 암반 사면(Slope)의 안정성 평가에 적용할 수 있도록 Romana가 수정한 암반분류 방법입니다. 기본 RMR 값에 암반 사면의 특수성을 고려한 보정계수를 적용하여 사면의 안정성을 정량적으로 평가합니다.

Ⅱ. 산정 방법

SMR = RMR_basic + (F1 x F2 x F3) + F4

• RMR_basic: Bieniawski의 RMR 분류법으로 산정한 기본 RMR 값 (지하수 조건은 건조상태로 간주).
• F1, F2, F3 (보정계수):
  • F1: 사면의 방향과 절리의 방향 간의 관계 (평행도) 보정. (가장 중요)
  • F2: 절리의 경사각 보정 (파괴 형태에 따라).
  • F3: 사면의 경사각과 절리의 경사각 간의 관계 보정.
• F4 (보정계수): 굴착 방법(발파, 기계굴착 등)에 따른 교란 정도 보정.

Ⅲ. 평가 및 활용

산정된 SMR 점수에 따라 암반 사면의 안정 상태를 '완전 안정'부터 '완전 불안정'까지 5등급으로 분류하고, 각 등급에 따른 예상 파괴 형태(평면, 쐐기, 전도 파괴 등)와 필요한 보강 대책을 제시하는 데 활용됩니다.

9. 토공의 시공 기면(Formation Level)

Ⅰ. 정의

시공 기면은 도로, 철도 등의 토공 작업에서 성토 또는 절토가 완료된 최종 흙쌓기 또는 땅깎기 마무리면을 말합니다. 즉, 노반(Subgrade)의 최상부 표면으로, 이 위에 보조기층, 기층, 표층과 같은 포장 구조물이 시공됩니다.

Ⅱ. 중요성

• 품질 기준면: 시공 기면의 평탄성과 지지력은 상부 포장층의 품질과 내구성에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 배수 기준면: 도로의 횡단 및 종단 경사를 결정하는 기준면으로, 노면 배수 계획의 기초가 됩니다.
• 시공 기준면: 후속 공정인 포장 공사의 두께 및 높이 관리를 위한 기준 레벨(Datum Level) 역할을 합니다.

Ⅲ. 시공 시 관리사항

시공 기면은 설계 도면에 명시된 계획고(높이)와 경사에 정확히 일치하도록 마무리해야 합니다. 이를 위해 흙쌓기 마지막 층은 양질의 재료(노상)를 사용하여 규정된 다짐도로 균일하게 다지고, 머캐덤 롤러나 타이어 롤러 등으로 평탄하게 마무리합니다.

10. 탄성받침이 롤러(roller)의 기능을 하는 이유

Ⅰ. 정의

탄성받침(Elastomeric Bearing)은 교량의 상부구조와 하부구조 사이에 설치되어 상부하중을 하부로 전달하고, 온도변화나 건조수축 등에 의한 상부구조의 신축을 수용하는 장치입니다. 얇은 강판과 고무를 여러 겹으로 번갈아 붙여 만듭니다.

Ⅱ. 롤러 기능 수행 원리

전통적인 롤러 받침(Roller Bearing)은 원통형 롤러가 물리적으로 구르면서 교량 상부의 수평 이동을 수용합니다.

반면, 탄성받침은 교량 상부구조물이 수평으로 움직일 때, 내부의 고무층이 전단 변형(Shear Deformation)을 일으키면서 수평 이동을 수용합니다. 즉, 물리적으로 구르는 대신 고무의 유연한 전단 변형을 통해 롤러와 같이 교량의 신축을 가능하게 하는 것입니다. 이 과정에서 발생하는 수평 저항력(전단 복원력)은 롤러 받침의 마찰 저항력보다 훨씬 작아 원활한 움직임을 보장합니다.

Ⅲ. 강판 보강의 역할

탄성받침 내부에 삽입된 강판은 고무가 수직 하중에 의해 옆으로 삐져나오는 것을 구속하여 수직 강성을 높이고, 큰 연직하중을 지지할 수 있게 하는 중요한 역할을 합니다.

11. 라멘교(Rahmen Bridge)

Ⅰ. 정의

라멘교는 교량의 상부구조(거더)와 하부구조(교각 또는 교대)를 강결(Rigid Connection)로 일체화시켜, 전체 구조가 문(門) 형태의 프레임(독일어: Rahmen)으로 거동하도록 만든 교량 형식입니다. 일반 교량과 달리 상부구조와 하부구조의 연결부에 힌지(Hinge)나 받침(Bearing)이 없습니다.

Ⅱ. 구조적 특징 및 장단점

구분	내용
장점	낮은 형하공간: 거더의 높이(형고)를 낮출 수 있어 교량 밑의 공간(형하공간) 확보에 유리합니다. 유지관리 용이: 신축이음이나 교량받침과 같은 부속 장치가 없어 유지관리 비용이 적게 듭니다. 주행성 양호: 신축이음이 없어 차량 주행 시 소음, 충격이 적어 승차감이 좋습니다. 미관 우수: 구조가 단순하고 날렵하여 미관이 뛰어납니다.
단점	기초 영향: 상·하부 구조가 일체화되어 있어 기초 지반의 부등침하에 매우 민감합니다. (양호한 지반에 적용) 해석 및 설계 복잡: 부정정 구조물로 해석과 설계가 복잡합니다. 온도변화 영향: 온도변화, 건조수축, 크리프 등에 의한 2차 응력의 영향이 큽니다.

12. 종합심사낙찰제 (종심제)

Ⅰ. 정의

종합심사낙찰제는 최저가 낙찰제의 과도한 가격 경쟁으로 인한 부실시공, 안전 문제 등을 방지하기 위해 도입된 공공공사 낙찰자 결정 방식입니다. 입찰 가격뿐만 아니라, 입찰자의 공사수행능력, 사회적 책임 등을 종합적으로 평가하여 최고 점수를 받은 자를 낙찰자로 선정하는 제도입니다. (주로 300억 원 이상 대형공사에 적용)

Ⅱ. 평가 항목

종합심사는 크게 공사수행능력 점수와 입찰가격 점수를 합산하여 평가하며, 항목별 배점은 발주기관 및 공사 특성에 따라 조정될 수 있습니다.

• 공사수행능력 평가 (50~70점)
  • 기술능력: 시공실적, 기술자 능력, 기술개발 투자 비율 등
  • 시공평가결과: 과거 수행한 공사에 대한 발주처의 평가 점수
• 입찰가격 평가 (30~50점)
  • 입찰가격의 적정성을 심사 (단순히 낮은 가격이 아닌, 합리적인 가격에 높은 점수 부여)
• 사회적 책임 가점
  • 건설 안전, 공정거래, 건설인력 고용, 지역경제 기여도 등

13. 공정관리에서 자유여유(Free Float)

Ⅰ. 정의

자유여유(FF)는 공정관리 네트워크(PERT/CPM)에서 한 작업(Activity)이 가질 수 있는 여유시간(Float)의 한 종류로, 후속 작업(Successor)의 가장 빠른 시작 시각(EST)에 영향을 주지 않으면서 해당 작업이 지연될 수 있는 최대 시간을 의미합니다.

Ⅱ. 특징 및 계산

FF = (후속 작업의 가장 빠른 시작 시각) - (해당 작업의 가장 빠른 완료 시각)

• 자유여유는 해당 작업 혼자서 독점적으로 사용할 수 있는 여유시간입니다.
• 자유여유를 사용하더라도 후속 작업은 원래 계획된 가장 빠른 시점에 시작할 수 있습니다.
• 모든 작업의 자유여유는 전체여유(Total Float)보다 크거나 같을 수 없습니다. (FF ≤ TF)
• 주공정(Critical Path) 상에 있는 작업들은 전체여유가 '0'이므로, 자유여유도 항상 '0'입니다.

Ⅲ. 활용

자유여유가 있는 작업은 해당 시간만큼 공사가 지연되더라도 다른 작업 공정에 전혀 영향을 주지 않으므로, 현장에서 자원(인력, 장비) 배분을 유연하게 조정하거나 공사 우선순위를 결정할 때 중요한 정보로 활용됩니다.