工学基礎知識の対策

1級土木施工管理技士の第一次検定は、全問が四肢択一のマークシート方式で行われます。検定科目は土木工学等・施工管理法・法規の3科目で、このうち施工管理法だけが「知識」と「応用能力」に分かれます。合格基準は「全体の得点が60％以上、かつ施工管理法（応用能力）の得点が60％以上」とされており、応用能力にだけ足切りが設けられている点が1級の大きな特徴です（受検の手引には、試験の実施状況等を踏まえ変更する可能性がある旨の但し書きが付いています）。

出題は問題Aと問題Bの2冊に分かれ、近年は全101問の出題から70問を解答する形で実施されています。工学基礎知識はその冒頭に置かれ、5問すべてが必須問題です。1問も選択で逃げることができません。ただし、区分ごとの問題数・解答数は受検の手引には示されておらず、実際の問題冊子から分かる実績値ですので、最新の扱いは当日の問題冊子の指示に従ってください。

この区分は令和6年度から加わったものです。試験の実施機関である一般財団法人 全国建設研修センターは、第二次検定の所要実務経験年数を学歴に拘わらず一定とすることに伴い第一次検定問題の充実を図るため、令和6年度以降、新たに土質工学・構造力学・水理学の分野を追加すると公表しています。それまで第一次検定で正面から問われてこなかった内容であるため、多くの受検者が身構える部分になっています。

もっとも、必須だからといって難易度が高いわけではありません。ここで出る計算は、単純ばりの反力、垂直応力度、ひずみ、断面二次モーメント、静水圧、流量といった、公式に数値を当てはめれば答えが出るものが中心です。わずか5問とはいえ全員が同じ問題を解くため、対策の効果がもっとも直接的に表れる区分でもあります。

本サイトの「工学基礎知識」は11テーマ×各10問、合計110問を収録しています。土質工学・構造力学・水理学の3分野を、それぞれ入口から順に追える並びにしてあります。

土の分類と物理的性質

土の三相（土粒子・水・空気）から始め、含水比・間隙比・飽和度・湿潤密度といった量の定義と相互の関係を扱います。粒径加積曲線から読み取る均等係数と曲率係数、液性限界・塑性限界・塑性指数によるコンシステンシーの表し方、土質材料の工学的分類も含みます。

土の締固めと土質試験

締固め試験から得られる最大乾燥密度と最適含水比の意味、締固め曲線とゼロ空気間隙曲線の関係、締固めエネルギーを大きくしたときに曲線がどう動くかを学びます。CBR試験や透水試験など、目的の異なる試験を取り違えないよう整理します。

土の圧密とせん断強さ

粘性土が長い時間をかけて水を絞り出しながら縮む圧密の考え方、圧密試験から求める圧密係数と圧縮指数、圧密度と沈下量の関係を扱います。せん断強さについては、粘着力と内部摩擦角によるクーロンの式、一面せん断試験と三軸圧縮試験の違いを押さえます。

構造力学：力のつり合いと反力

力の三要素、合力と分力、モーメントの計算から入り、可動支点・回転支点・固定支点それぞれに生じる反力の種類を整理します。単純ばり・片持ちばり・張出しばりについて、集中荷重や等分布荷重を受けるときの支点反力を求める練習を重ねます。

構造力学：断面力とその図示

軸方向力・せん断力・曲げモーメントという3つの断面力の意味と、せん断力図（S図）・曲げモーメント図（M図）の描き方を扱います。等分布荷重を受ける単純ばりでは曲げモーメントが支間中央で最大になり、その図が二次曲線になる、といった典型的な形を覚えることが得点に直結します。

構造力学：応力度・断面の性質・座屈

垂直応力度・せん断応力度・曲げ応力度の定義、応力度とひずみの関係を表すヤング係数、断面一次モーメントと図心、断面二次モーメントと断面係数を学びます。細長い圧縮部材が急に横へはらむ座屈については、座屈荷重が部材の長さや支持条件でどう変わるかを扱います。

水理学：静水圧と浮力

静水圧が水深に比例して大きくなること、水平な面と鉛直な面に働く全水圧とその作用点、アルキメデスの原理による浮力を扱います。水の単位体積重量9.8kN/m³を用いた圧力や全水圧の計算が定番の出題です。

水理学：流れの基礎と開水路

連続の式による断面積と平均流速の関係、ベルヌーイの定理が表す位置水頭・圧力水頭・速度水頭の和、管路の摩擦損失を扱います。開水路については、径深と動水勾配からマニングの公式で流速を求める計算、常流と射流、跳水を学びます。

土の透水と地下水

ダルシーの法則と透水係数、室内透水試験（定水位法・変水位法）と現場透水試験、流線網から浸透流量を求める考え方を扱います。動水勾配が限界動水勾配を超えると砂が浮き上がるボイリング、水みちができるパイピング、掘削底面に働く揚圧力など、地下水が施工の安全に直結する場面を学びます。

構造力学：トラスと不静定・影響線

節点法と断面法によるトラス部材力の求め方、荷重を伝えないゼロ部材の見つけ方、静定と不静定の判別を扱います。単純ばりのたわみの算定式、荷重の位置が動いたときの反力や断面力の変化を表す影響線の読み方まで、断面力の計算を一段深めます。

水理学：管路の流れと損失水頭

管路を流れる水のエネルギー収支を扱います。レイノルズ数による層流と乱流の区別、ダルシー・ワイスバッハの式による摩擦損失、急拡・急縮・入口・出口で生じる形状損失、オリフィスやせきからの流出を学びます。動水勾配線とエネルギー線の関係も押さえます。

この区分に苦手意識を持つ人の多くは、公式を導けないことを気にしています。しかし第一次検定で求められるのは導出ではなく、公式を正しく選んで数値を代入することだけです。垂直応力度＝軸力÷断面積、ひずみ＝伸び÷元の長さ、流量＝断面積×平均流速、静水圧＝水の単位体積重量×水深。この程度の関係式を10個ほど手元にまとめておけば、計算問題の大半は処理できます。

計算でもっとも多い失点は、公式の誤りではなく単位の取り違えです。kNとN、mmとm、mm²とm²の変換で桁を間違えると、考え方が正しくても答えが選べません。たとえば断面積200mm²の鋼材に40kNの引張力が働くとき、応力度は40,000N÷200mm²＝200N/mm²です。数値を代入する前に単位をそろえる、という手順を癖にしてください。

構造力学は、反力を求める段階でつまずくと後がすべて崩れます。まず「鉛直方向の力の和がゼロ」「水平方向の力の和がゼロ」「どこか一点まわりのモーメントの和がゼロ」という三つの式を必ず書き出す、という手順を固定してしまうと安定します。慣れてきたら、等分布荷重は合力を中央に置いた集中荷重に置き換えて処理すると計算が速くなります。

土質分野は、土木一般の土質調査・盛土の締固めと内容が大きく重なります。最適含水比、締固め度、N値といった用語はどちらの区分でも問われるため、両方をまとめて学ぶと学習量を圧縮できます。水理学は範囲が狭く、静水圧の計算とベルヌーイの定理、マニングの公式を押さえるだけで大半の出題に手が届きます。

応力度とひずみ

応力度は、部材の断面の単位面積あたりにどれだけの力が働いているかを表す量で、単位はN/mm²です。ひずみは、元の長さに対してどれだけ伸び縮みしたかの割合で、単位を持たない無次元量です。弾性の範囲では両者が比例し、その比例定数がヤング係数（弾性係数）にあたります。

断面二次モーメントと断面係数

どちらも断面の形が曲げにどれだけ強いかを表す量です。断面二次モーメントはたわみにくさに関係し、幅b・高さhの長方形ではbh³÷12となります。断面係数は曲げ応力度の計算に使い、同じ長方形ではbh²÷6です。高さhが3乗・2乗で効くため、同じ断面積でも縦に使うほど曲げに強くなります。

圧密と圧縮

砂のように水が抜けやすい土は、荷重をかけるとすぐに縮んで落ち着きます。これに対し粘性土は水が抜けにくく、間隙水がゆっくり排出されるのに合わせて長い年月をかけて縮んでいきます。この時間依存の現象が圧密で、軟弱地盤の長期沈下の正体です。圧密を早めたいときに用いるのが、水の通り道を短くするドレーン工法にあたります。

常流と射流

開水路の流れは、フルード数が1より小さい常流と、1より大きい射流に分けられます。常流は水深が深く流速が遅い落ち着いた流れで、下流側の状態が上流へ伝わります。射流は水深が浅く流速が速い流れです。射流から常流へ移り変わるとき、水面が急に持ち上がる跳水が生じ、そこで大きなエネルギーが失われます。

計算問題は、解き方を読んで納得するだけでは本番で手が動きません。本サイトでは「工学基礎知識」の110問すべてに、途中の計算過程を含む解説をつけています。数字を変えた類題を繰り返し解くことで、公式を思い出すまでの時間を短くしていってください。

5問すべてが必須である以上、ここでの取りこぼしはそのまま全体の得点を削ります。登録不要・スマートフォン対応で、今すぐ取り組めます。

この分野の出題範囲を、テーマごとの一問一答にまとめました。答えと解説はその場で読めます。

• 土の分類と物理的性質の一問一答
• 構造力学：トラスと不静定・影響線の一問一答
• 水理学：管路の流れと損失水頭の一問一答
• 土の締固めと土質試験の一問一答
• 土の圧密とせん断強さの一問一答
• 構造力学：力のつり合いと反力の一問一答
• 構造力学：断面力とその図示の一問一答
• 構造力学：応力度・断面の性質・座屈の一問一答
• 水理学：静水圧と浮力の一問一答
• 水理学：流れの基礎と開水路の一問一答
• 土の透水と地下水の一問一答
• 基礎-1 1級検定のしくみと合格基準の一問一答
• 基礎-2 監理技術者制度と技術者配置の土台の一問一答
• 基礎-3 工学基礎：土質力学の用語と単位の一問一答
• 基礎-4 工学基礎：構造力学と水理学の入口の一問一答
• 基礎-5 コンクリートの基本用語の一問一答
• 基礎-6 土工と施工機械の基本用語の一問一答
• 基礎-7 施工管理の4大管理と応用能力の土台の一問一答