제103회 토목시공기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제103회 토목시공기술사 1교시 참고답안

1. 잔교식 안벽 (Open-type Wharf)

Ⅰ. 정의

잔교식 안벽은 해안선에서 떨어진 수심이 깊은 곳에 강관말뚝이나 PHC말뚝 등의 연직 및 경사 말뚝을 박고, 그 위에 철근콘크리트 상부 슬래브(Deck Slab)를 시공하여 선박이 접안할 수 있도록 만든 부두 구조물입니다. 육지와는 연결교(Approach Way)로 이어지며, 구조물 하부가 개방되어 있어 파력 및 조류의 영향을 적게 받는 특징이 있습니다.

Ⅱ. 구조적 특징 및 장단점

구분	내용
장점	환경 친화성: 구조물 하부의 해수 유통이 원활하여 파력 반사가 적고, 조류 흐름을 방해하지 않아 항내 수질오염이나 퇴적 문제 발생 가능성이 낮습니다. 연약지반 적용성: 중력식 안벽에 비해 구조물 자중이 매우 가벼워, 기초 지반의 지지력이 낮은 연약지반에 적용하기 유리합니다. 시공성: 해저 경사가 급한 곳에서도 뒤채움 토량이 불필요하거나 매우 적어 경제적인 시공이 가능합니다.
단점	공간 활용 제약: 상부 슬래브 하부가 비어 있어 안벽 배후 부지를 야적장 등으로 활용하기 어렵고, 에이프런(Apron) 폭이 제한적입니다. 내하력 한계: 말뚝 기초로 지지되므로 크레인 등 중장비 운용이나 중량 화물 취급에 한계가 있을 수 있습니다. 내구성: 강재 말뚝 사용 시 해수 비말대(Splash Zone) 등 부식에 가장 취약한 부분에 대한 방식(防蝕) 대책이 반드시 필요합니다.

2. 콘크리트 포장의 분리막 (Separation Membrane)

Ⅰ. 정의

분리막은 시멘트 콘크리트 포장에서 콘크리트 슬래브와 보조기층 사이에 설치하는 두께 0.1mm 이상의 폴리에틸렌 필름(Polyethylene Film)을 말합니다. 슬래브와 보조기층의 거동을 분리시켜 2차 응력을 저감하고, 콘크리트의 품질을 확보하는 중요한 역할을 합니다.

Ⅱ. 설치 목적 및 기능

• 마찰 저항 감소 (응력 저감): 콘크리트 슬래브는 온도 및 습도 변화에 따라 수축·팽창을 반복합니다. 이때 분리막이 없다면 보조기층과의 마찰 저항이 커져 슬래브의 자유로운 거동을 구속하게 되고, 이는 불규칙한 초기 균열을 유발하는 원인이 됩니다. 분리막은 이 마찰을 최소화하여 슬래브의 거동을 원활하게 합니다.
• 수분 손실 방지 (품질 확보): 굳지 않은 콘크리트의 배합수는 시멘트의 수화반응에 절대적으로 필요합니다. 분리막은 이 배합수가 건조한 보조기층으로 흡수되어 손실되는 것을 막아, 콘크리트가 충분한 수화반응을 통해 소요 강도를 확보하고 건조수축 균열을 방지하도록 돕습니다.
• 재료 분리 (오염 방지): 보조기층의 흙이나 이물질이 콘크리트 타설 시 슬래브 내부로 섞여 들어가는 것을 방지하여 콘크리트의 재료적 순수성과 품질을 보호합니다.

3. 피암(避岩) 터널 (Rock Shed Tunnel)

Ⅰ. 정의

피암 터널은 도로 또는 철도 인근의 급경사 비탈면에서 낙석, 토사 붕괴, 눈사태 등이 상시적으로 발생하거나 발생 위험이 매우 높은 구간에 설치하는 인공 터널 형태의 영구적인 방호 구조물입니다. 주행 중인 차량이나 열차를 외부 위험요소로부터 안전하게 보호하는 것이 주된 목적입니다.

Ⅱ. 구조 및 설계 고려사항

주로 철근콘크리트 라멘 구조나 아치 구조로 시공되며, 설계 시 다음과 같은 특수 하중을 고려해야 합니다.

• 충격하중: 낙석이 지붕 슬래브에 직접 충돌할 때 발생하는 충격력을 견딜 수 있도록 설계해야 합니다.
• 토사하중: 붕괴된 토사나 적설이 지붕에 쌓였을 때의 퇴적 하중을 고려해야 합니다.
• 충격 완화층: 지붕 슬래브 상부에는 낙석의 충격 에너지를 흡수하고 분산시키기 위해 일정 두께의 모래나 토사 쿠션층을 반드시 설치해야 합니다.
• 배수시설: 퇴적된 토사층 내부의 수분을 원활히 배수시켜 구조물에 과도한 수압이 작용하지 않도록 배수시설을 설치해야 합니다.

4. 분니현상 (Mud Pumping)

Ⅰ. 정의

분니현상은 콘크리트 포장 도로에서 슬래브 하부에 물이 고여 있는 상태에서 차량 하중이 반복적으로 작용할 때, 슬래브의 상하 거동(펌핑 작용)에 의해 슬래브 하부의 물이 보조기층의 세립토와 섞여 이수(泥水) 상태로 균열이나 줄눈부를 통해 밖으로 뿜어져 나오는 현상을 말합니다.

Ⅱ. 발생 메커니즘 및 문제점

분니현상은 포장의 파손을 가속화시키는 악순환을 유발합니다.

1. 초기: 포장체 내부로 물이 침투하고, 중차량 통과 시 물과 세립토가 밖으로 뿜어져 나옵니다.
2. 중기: 세립토 유출이 계속되면서 슬래브 하부에 공동(Void)이 발생하고, 슬래브의 지지력이 상실됩니다.
3. 말기: 지지되지 못한 슬래브는 차량 통과 시 과도한 처짐으로 인해 균열, 단차, 모서리 파손 등을 일으키며 결국 완전히 파괴됩니다.

Ⅲ. 방지 대책

발생 3요소(물, 교통하중, 세립토) 중 인위적으로 제어가 가능한 물과 세립토를 관리하는 것이 핵심입니다.

• 배수 대책: 줄눈부에 철저한 실링(Sealing) 처리로 표면수 유입을 막고, 보조기층 하부에 배수층과 유공관을 설치하여 내부로 침투한 물을 신속히 외부로 배출합니다.
• 재료 대책: 보조기층 재료로 세립분 함량이 적고(내부마찰각이 크고), 물에 의한 연화 현상이 적은 양질의 입상재료를 사용합니다. 필요시 시멘트나 아스팔트 안정처리공법을 적용하여 재료의 내침식성을 증대시킵니다.

5. 3경간 연속보, 캔틸레버 옹벽의 주철근 배근도

Ⅰ. 주철근 배근의 기본 원리

철근콘크리트 구조에서 콘크리트는 압축력에 강하고 인장력에 매우 취약합니다. 따라서 휨모멘트에 의해 인장 응력이 발생하는 영역에 철근(주철근)을 배치하여 인장력을 부담하게 하는 것이 철근 배근의 핵심 원리입니다.

Ⅱ. 3경간 연속보의 주철근 배근

연속보는 하중 작용 시 휨모멘트의 방향이 위치에 따라 달라집니다. 경간 중앙부에서는 보의 아랫부분이 늘어나는 정모멘트(+), 중간 지점부에서는 보의 윗부분이 늘어나는 부모멘트(-)가 발생합니다.

• 경간 중앙부 (정모멘트 구간): 보의 하부가 인장측이므로 주철근을 하부에 집중적으로 배근합니다.
• 중간 지점부 (부모멘트 구간): 보의 상부가 인장측이므로 주철근을 상부에 집중적으로 배근합니다.

Ⅲ. 캔틸레버 옹벽의 주철근 배근

캔틸레버 옹벽은 각 부재가 배후 토압에 의해 외팔보(캔틸레버)처럼 거동합니다.

• 벽체(Stem): 토압에 의해 배면(흙과 접하는 면)이 인장을 받으므로, 주철근을 배면측에 수직으로 배근합니다.
• 뒷굽 저판(Heel): 상재 토사 무게에 의해 아래로 휘어져 윗면이 인장을 받으므로, 주철근을 상부에 배근합니다.
• 앞굽 저판(Toe): 기초 지반의 반력에 의해 위로 휘어져 아랫면이 인장을 받으므로, 주철근을 하부에 배근합니다.

6. 아스팔트 콘크리트의 시험포장

Ⅰ. 정의

시험포장은 본 포장 공사 착수 전, 현장에서 사용할 재료, 장비, 인원을 그대로 투입하여 소규모 구간에 미리 포장을 실시하는 과정입니다. 이를 통해 최적의 다짐도와 평탄성을 확보하기 위한 혼합물의 생산·운반·포설·다짐 전 과정의 시공 기준과 품질 관리 방안을 확립하는 것을 목적으로 합니다.

Ⅱ. 주요 확인 항목

단계	주요 확인 및 결정 항목
생산 및 운반	- 아스팔트 플랜트의 생산 온도, 배합 시간의 적절성 - 덤프트럭 운반 시 보온덮개 효과 및 도착 시 온도 관리 기준
포설	- 아스팔트 피니셔의 포설 속도, 포설 두께 및 온도의 적절성
다짐	- (가장 중요) 다짐 장비(머캐덤, 탠덤, 타이어 롤러)의 최적 조합 - 각 롤러별 다짐 온도, 다짐 속도, 다짐 횟수, 롤러 패턴(주행 경로) 결정
품질 평가	- 시험포장 구간에서 코어를 채취하여 현장 다짐도(밀도) 측정 - 완성된 표면의 평탄성(Profile Index) 및 두께 측정

시험포장을 통해 확립된 시공 기준(온도, 다짐 횟수 등)은 이후 본 공사의 시공 및 품질 관리 기준으로 적용됩니다.

7. 도로공사에서 노상의 지내력을 구하는 시험법

Ⅰ. 개요

노상(Subgrade)은 포장 구조물을 최종적으로 지지하는 기초 지반으로, 노상의 지지력(지내력)은 상부 포장 구조물의 두께를 결정하는 가장 중요한 설계 요소입니다. 노상의 지지력을 평가하는 시험법은 다양하며, 각각의 목적과 적용 조건이 다릅니다.

Ⅱ. 시험법의 종류 및 특징

구분	시험법	내용 및 특징
실내 시험	실내 CBR 시험	현장 흙을 교란시켜 최적함수비 상태로 다진 공시체를 제작하여 측정합니다. 설계 단계에서 포장 두께를 결정하기 위해 가장 보편적으로 사용되는 노상 지지력 평가 방법입니다. 결과값(%)은 표준쇄석골재 강도에 대한 상대적인 강도를 의미합니다.
현장 시험	평판재하시험	현장 노상면에 직접 재하판을 설치하고 하중을 가하여 하중-침하량 관계로부터 지지력 계수(K값)를 직접 산출합니다. 신뢰도가 가장 높으나, 시간과 비용이 많이 소요됩니다. 주로 공항 포장이나 콘크리트 포장 설계에 사용됩니다.
	동적콘관입시험 (FWD)	Falling Weight Deflectometer의 약자로, 포장 표면에 충격 하중을 가한 후 발생하는 처짐량을 측정하여 각 층의 탄성계수 및 노상 지지력을 역산출하는 비파괴 시험입니다. 기존 도로의 지지력 평가 및 유지관리에 효과적입니다.

8. 교량에 작용하는 주하중, 부하중, 특수하중의 종류

Ⅰ. 개요

교량은 수명 동안 다양한 종류의 하중을 받게 되며, 안전한 설계를 위해 이러한 하중들을 체계적으로 분류하고 발생 가능한 최악의 조건으로 조합하여 검토해야 합니다. 도로교설계기준에서는 하중을 발생 빈도와 중요도에 따라 주하중, 부하중, 특수하중으로 분류합니다.

Ⅱ. 하중의 종류

• 주하중 (Primary Loads): 교량에 항상 작용하거나 발생 빈도가 매우 높아 모든 하중 조합에 기본적으로 포함되는 하중입니다.
  • 고정하중 (D): 구조물의 자중, 포장, 방호벽 등 영구적으로 부착된 시설물의 무게.
  • 활하중 (L): 표준트럭하중(KL-510) 또는 차로하중으로 대표되는 차량 하중.
  • 충격 (I): 차량이 이동하면서 발생하는 동적 효과를 정적 하중으로 환산한 것.
  • 건조수축(S) 및 크리프(C)의 영향 등.
• 부하중 (Secondary Loads): 주하중과 동시에 발생할 수 있으며 구조물에 상당한 영향을 미치는 하중입니다.
  • 풍하중 (W): 바람에 의해 교량에 작용하는 수평 및 상향력.
  • 온도변화의 영향 (T): 계절적 온도변화에 따른 구조물의 신축을 구속할 때 발생하는 응력.
  • 지진하중 (E): 지진 시 발생하는 지반 운동에 의한 관성력.
  • 수압(F), 토압(H), 부력(B) 등.
• 특수하중 (Exceptional Loads): 발생 확률은 매우 낮지만, 발생 시 막대한 피해를 유발할 수 있는 비정상적인 하중입니다.
  • 차량 충돌하중(CT), 선박 충돌하중(CV).
  • 세굴(Scour)에 의한 기초 지지력 변화.

9. 수도권 대심도 지하철도(GTX)의 기술적 특징

Ⅰ. 개요

GTX (Great Train Express)는 기존 지하철과 달리 지하 40m 이하의 대심도(大深度) 공간을 활용하여 노선을 직선화하고 고속 운행하는 광역급행철도입니다. 이러한 대심도 터널 공사는 기존의 천층 터널 공사와는 다른 고도의 기술적 과제를 수반합니다.

Ⅱ. 주요 공법 및 기술적 특징

• 기계화 터널 공법 (TBM) 적용:
  • 도심지 통과 구간이 길기 때문에 소음, 진동, 지표 침하를 최소화할 수 있는 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법이 주력으로 사용됩니다.
  • 지반 조건에 따라 암반 구간은 Gripper TBM, 토사 및 복합지반 구간은 Shield TBM(토압식, 이수식) 등 최적의 장비가 선정됩니다.
• 대규모 수직구 건설:
  • TBM 장비의 발진 및 도달, 터널 굴착 토사의 수직 반출, 자재 투입, 환기 및 비상 대피 통로 확보 등을 위해 도심지 곳곳에 대규모, 대심도의 수직구(Vertical Shaft) 건설이 필수적입니다.
• 고수압 환경 극복:
  • 대심도는 일반적으로 지하수위보다 훨씬 깊은 곳에 위치하므로, 높은 수압에 저항할 수 있는 고성능의 터널 방수 시스템과 TBM 자체의 실링(Sealing) 기술이 매우 중요합니다.
• 정거장 및 환승센터 건설:
  • 대심도에 위치한 정거장은 기존 지하철 노선과 효율적으로 환승할 수 있도록 초고속 엘리베이터, 장대 에스컬레이터 등이 설치된 복잡한 입체 구조로 건설됩니다. 굴착은 주로 NATM 공법이 적용됩니다.

10. 물-시멘트비(W/C)와 물-결합재비(W/B)

Ⅰ. 정의

두 지표는 콘크리트 배합에서 물의 양을 분체 재료의 양으로 나눈 비율로, 콘크리트의 강도, 내구성, 수밀성 등 모든 품질을 좌우하는 가장 중요한 요소입니다.

• 물-시멘트비 (Water-Cement Ratio, W/C): 굳지 않은 콘크리트 내 물(Water)의 질량을 시멘트(Cement)만의 질량으로 나눈 값입니다.
  W/C = (물의 질량 / 시멘트의 질량)
• 물-결합재비 (Water-Binder Ratio, W/B): 굳지 않은 콘크리트 내 물(Water)의 질량을 결합재(Binder) 전체의 질량으로 나눈 값입니다. 여기서 결합재란 시멘트와 더불어 그 자체로 수화반응에 기여하는 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카퓸 등 혼화재를 모두 포함하는 개념입니다.
  W/B = (물의 질량 / (시멘트 + 혼화재)의 질량)

Ⅱ. 관계 및 현대적 의미

과거에는 시멘트가 유일한 결합재였기에 물-시멘트비(W/C)가 절대적인 품질 지표였습니다. 그러나 최근에는 콘크리트의 내구성 증진, 수화열 저감, 장기강도 향상 등을 위해 고로슬래그, 플라이애시 등을 시멘트의 일부로 대체하여 사용하는 것이 일반화되었습니다. 이 혼화재들도 물과 반응하여 강도를 발현시키므로, 이들의 양까지 모두 고려한 물-결합재비(W/B)가 현대 콘크리트의 품질을 평가하는 더 정확하고 포괄적인 지표입니다. 따라서 현재 모든 설계 기준 및 시방서는 물-결합재비로 품질을 규정하고 있습니다.

11. 에어포켓이 콘크리트 내구성에 미치는 현상

Ⅰ. 정의

에어포켓(Air Pocket)은 콘크리트 타설 및 다짐 과정에서 빠져나가지 못하고 내부에 갇힌 비교적 크고 불규칙한 형상의 공극(Entrapped Air)을 말합니다. 이는 동결융해 저항성을 위해 의도적으로 생성하는 미세한 독립 기포(Entrained Air)와는 명확히 구별되는 시공 결함입니다. 표면에 나타난 에어포켓을 '곰보' 또는 '허니콤'이라고도 부릅니다.

Ⅱ. 내구성에 미치는 악영향

에어포켓은 콘크리트 조직의 밀실함을 저해하여 다음과 같은 복합적인 내구성 저하를 유발합니다.

• 수밀성 및 차폐성 저하: 에어포켓은 서로 연결되기 쉬워 외부의 물, 염화물 이온(Cl-), 이산화탄소(CO2) 등 유해물질이 내부로 쉽게 침투하는 고속도로(Highway) 역할을 합니다.
• 열화 현상 촉진:
  • 철근 부식 가속화: 물과 염화물 이온의 침투가 용이해져 철근의 부동태 피막을 조기에 파괴하고 부식을 급격히 촉진시킵니다.
  • 중성화 촉진: 이산화탄소의 침투 속도를 높여 콘크리트의 알칼리성을 빠르게 상실시키고 철근 부식 환경을 조성합니다.
  • 동해(동결융해) 저항성 약화: 에어포켓으로 침투한 수분이 얼고 녹기를 반복하면서 내부 팽창압을 유발하여 콘크리트 조직을 파괴하고 표면 박리(Scaling)를 일으킵니다.
• 강도 저하: 하중을 전달하는 유효 단면적을 감소시켜 콘크리트의 압축강도 및 부착강도를 저하시킵니다.

12. PMIS (Project Management Information System)

Ⅰ. 정의

PMIS는 건설 프로젝트의 전 생애주기에 걸쳐 발생하는 공정, 원가, 품질, 안전, 문서, 기술 정보 등 방대한 데이터를 단일화된 플랫폼에서 통합 관리하고, 모든 프로젝트 참여자(발주처, 설계사, 감리단, 시공사, 협력업체)가 실시간으로 정보를 공유하고 협업할 수 있도록 지원하는 웹 기반의 프로젝트 관리 정보 시스템입니다.

Ⅱ. 주요 기능 및 기대효과

주요 기능 (모듈)	기대 효과
문서 중앙 관리	- 설계도면, 시방서 등 모든 문서의 최신 버전 관리 - 정보 유실 방지 및 검색 시간 단축
협업 및 의사소통	- 전자결재, 공문 발송, 회의록 공유 등을 통한 신속하고 투명한 의사결정 - 참여 주체 간의 분쟁 및 갈등 요소 감소
사업관리 (공정, 원가 등)	- 공정 및 기성 실적의 실시간 파악 - EVMS(성과측정관리)를 통한 공정-원가 통합 분석 및 미래 예측
품질/안전 관리	- 검측 요청 및 결과, 부적합 보고서(NCR), 안전 점검 등의 체계적 이력 관리 - 품질 및 안전 수준 향상

13. 공사계약보증금이 담보하는 손해의 종류

Ⅰ. 정의 및 목적

공사계약보증금은 계약상대자(시공사)가 계약상의 의무를 정당한 이유 없이 이행하지 않을 경우(채무 불이행), 이로 인해 발주기관이 입게 될 금전적 손해를 담보하기 위해 계약 체결 시 발주기관에 납부(또는 보증서 제출)하는 금액입니다. 이는 계약의 성실한 이행을 강제하고, 채무 불이행 시 발주기관의 손해를 신속하게 보전하는 것을 목적으로 합니다.

Ⅱ. 담보하는 손해의 종류 (법적 성격)

대법원 판례에 따르면, 공사계약보증금은 특별한 약정이 없는 한 손해배상액의 예정으로 추정됩니다. 이는 계약 불이행 시 발생하는 모든 손해를 포괄적으로 담보한다는 의미입니다.

• 계약 해제/해지에 따른 손해: 시공사의 귀책사유로 공사 계약이 중도에 해제 또는 해지될 경우, 발주기관은 실제 손해액을 일일이 입증할 필요 없이 계약보증금을 몰수(국고 귀속)함으로써 손해배상을 받을 수 있습니다. 이는 계약 위반에 대한 위약금(위약벌)의 성격을 가집니다.
• 지체상금 (지연배상금): 시공사가 정당한 이유 없이 준공 기한을 넘겨 공사를 지체한 경우, 발주기관은 지체일수에 따라 산정된 지체상금을 계약보증금으로 우선 충당할 수 있습니다.
• 하자보수 불이행에 따른 손해: 계약에 따라 하자보수 의무까지 계약보증금이 담보하도록 약정한 경우, 하자보수를 이행하지 않을 때 발생하는 손해도 담보할 수 있습니다.