굴착공사에서 흙막이 벽체가 얼마나 밀려나고 있는지 숫자로 확인할 수 있는 계측기기가 지중경사계(Inclinometer)입니다.
버팀대 방식 굴착공사라면 굴착 전 과정에서 흙막이 안전성을 직접 반영하는 사실상 유일한 계측기기입니다.
이 글에서는 지중경사계의 설치목적부터 설치위치·설치방법·측정방법·관리기준까지 KCS 11 10 15 : 2025를 기준으로 총정리합니다.
지중경사계란? — 정의와 측정 원리
지중경사계(Inclinometer, 지중수평변위계)는 지중에 매설된 경사계 케이싱(ABS 가이드관)을 따라 경사 프로브(Probe)를 삽입·인상하면서 심도별 기울기를 측정하고, 이를 누적 적분하여 각 깊이별 수평변위량을 산출하는 계측기기입니다.
KCS 11 10 15 : 2025(시공 중 지반계측, 2025.12.24. 개정)는 지중경사계를 “굴착지반이 연약하여 지반변위가 예상되거나, 굴착공사에 영향을 주는 범위 내에 중요한 구조물이 있는 경우” 적용하도록 규정합니다(3.10.2.1).
📐 수평변위량 산출 원리
각 측정 깊이에서 프로브가 측정한 기울기 각도(θ)와 측정 간격(L = 0.5m)을 이용하여 변위량을 적분합니다.
변위량(δ) = Σ L × sin θ
※ 최하단(부동점)에서 상단 방향으로 누적 합산
버팀대 공법(Strut) 현장에서는 지중경사계가 굴착 착수 전부터 최종 굴착 완료까지 흙막이 구조 안전성을 반영할 수 있는 사실상 유일한 계측항목입니다. 앵커(Earth Anchor) 공법에서는 앵커 하중계와 함께 병행 관리합니다.
| 항목 | 규격·기준 |
|---|---|
| 측정 대상 | 흙막이 배면지반 또는 벽체의 심도별 수평변위 |
| 천공 직경 | 86 mm 이상 (지중경사계 관 삽입 + 그라우팅 가능 직경) |
| 설치 심도 | 변위 없는 견고한 지층(부동층) 내부 1.5 m 이상 |
| 측정 간격 | 0.5 m 간격 (케이싱 하부에서 상부 방향으로 측정) |
| 측정 방향 | A방향(굴착방향) + B방향(굴착진행방향) 동시 측정 |
| 이음부 처리 | 리벳팅(Riveting) 후 실리콘·테이프 밀봉 (그라우팅재 차단) |
지중경사계 설치목적
지하구조물 설치를 위해 지반을 굴착하면 굴착 방향으로 수평변위가 발생합니다. 이 변위가 누적되면 배면 도로 침하, 인접 건물 손상, 흙막이 붕괴로 이어집니다. 지중경사계를 설치하는 목적은 다음과 같습니다.
💡 설치목적 4가지
① 변위 크기·위치·속도 파악 — 어느 심도에서 얼마나 빠르게 변위가 진행되는지 확인
② 흙막이 구조 안전성 검토 — 설계예상 변위와 실측값 비교, 1·2·3차 관리기준치와 대조
③ 굴착 진행 여부 판단 — 변위 발산 징후 발견 시 굴착 중지 및 역해석 수행
④ 인접 구조물 피해 예방 — 배면지반 수평변위를 통한 주변 도로·건물 영향 선제 관리
특히 버팀대(Strut) 공법에서는 띠장·버팀대 설치 이후에 변형률계·하중계가 설치되므로 굴착 초기 단계의 흙막이 안전성은 지중경사계만이 유일하게 반영할 수 있습니다. 이 점에서 굴착공사 계측관리의 핵심 기기로 꼽힙니다.
지중경사계 설치위치
설치위치는 흙막이 벽체 종류에 따라 달라집니다. KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.1(2)와 현장 실무 기준을 종합하면 아래와 같습니다.
| 흙막이 공법 | 설치위치 | 비고 |
|---|---|---|
| 엄지말뚝+흙막이판 (H-Pile 공법) |
엄지말뚝(H-Pile)과 엄지말뚝 사이 배면지반에 별도 천공하여 설치 ⚠️ 엄지말뚝에 직접 부착 금지 |
H-Pile 직접 부착 시 강성 차이로 실제보다 작은 변위 측정됨 |
| 지하연속벽 (Slurry Wall) |
벽체 내부에 별도 설치관 매립 후 경사계 설치 | 벽체 전 길이가 측정 대상. 벽체 하단이 부동층에 미달 시 추가 천공 |
| CIP·SCW 공법 | 벽체 배면지반에 0.5 m 이격하여 별도 천공 | 작업공간 확보가 용이한 위치 선정 |
⚠️ 설치위치 선정 시 핵심 주의사항
• 배면 중요 구조물 인접 단면을 우선 설치 지점(대표단면)으로 선정
• 굴착면과 90° 방향으로 프로브 센서가 향하도록 관 방향 설정 (잘못 설치 시 실제보다 작은 변위 측정)
• 평면상 굴착면 코너부(우각부)는 최대 변위 발생 지점 — 반드시 설치 검토
• 대지 경계 협소로 설치 공간 부족 시 감리자와 사전 협의 필수
지중경사계 설치방법 — 단계별 시공 순서
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.1(2)에 규정된 설치 절차를 현장 적용 순서에 따라 정리합니다.
| 단계 | 작업 항목 | 세부 기준 |
|---|---|---|
| ① | 천공 | 천공 직경 86 mm 이상. 공벽 붕괴 우려 지층은 케이싱 사용. 굴착 예정 심도보다 부동층 내부 1.5 m 이상 깊이까지 천공 |
| ② | 케이싱 조합·번호 부여 | 사전에 수평·수직 변형량 고려해 케이싱+커플링 조합. 몇 개씩 리벳이음(Riveting) 후 고무테이프로 봉인. 각 케이싱에 번호 기입, 감리원 검측 |
| ③ | 케이싱 삽입 | 번호 순서대로 천공 홀에 삽입. 홈(Groove) 방향을 굴착면 방향(A방향)으로 정렬. 연결부 리벳이음+봉인 처리하면서 부동층까지 설치 |
| ④ | 그라우팅 | 되메움 재료는 주변 지층별 선택: • 점토층 → 시멘트·벤토나이트 혼합액 • 자갈층 → 모래 • 풍화암층 → 시멘트 그라우팅 그라우팅재 강도·변형계수를 주변지반과 일치하도록 시험배합 후 결정 |
| ⑤ | 그라우팅 양생 후 보호 설치 | 양생 완료 후 침하 부위 재그라우팅. 상단 측정공 주위 보호용 콘크리트 타설 + 보호박스 설치(깊이 20 cm 매립). 보호 마개 및 잠금장치 설치 |
| ⑥ | 초기값(초기치) 측정 | 그라우팅 양생 완료 + 적절한 양생기간 경과 후 초기치 측정. 감리원 입회하에 실시 후 즉시 제출. 굴착 전에 완료하는 것이 원칙 |
⚠️ 설치 시 빈번한 실수 3가지
① 센서 방향 오류 — 경사계 프로브 진행방향(A방향)이 굴착면과 90°를 이루지 않으면 실제보다 작은 변위가 측정됨. 설치 전 방향 표시 확인 필수
② 그라우팅 불충분 — 경사계 관과 주변 지반이 일체화되지 않으면 굴착이 진행되지 않은 부위에서도 이상 변위가 발생함
③ 심도 부족 — 부동층 1.5 m 이상 근입하지 않으면 기준점(하단) 자체가 움직여 변위 계산 오류 발생
지중경사계 측정방법 — 프로브 운용과 데이터 분석
설치 완료 후 계측은 아래 절차에 따라 수행합니다. KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.7(3)과 현장 계측 실무를 기준으로 합니다.
5-1. 수동 계측 절차
| 순서 | 작업 내용 |
|---|---|
| 1 | 경사계 관 상단 보호 마개 제거 후 관 내부 이물질 확인 |
| 2 | A방향(굴착방향, 0°)으로 프로브 휠을 홈에 맞춰 최하단까지 삽입 |
| 3 | 케이싱 하부에서 상부 방향으로 0.5 m 간격마다 정지하여 기울기 측정·기록 |
| 4 | 프로브를 180° 회전(B방향)하여 동일 방향(A방향) 재측정 — 기기 오차 보정용 |
| 5 | 프로브를 90° 회전(B방향, 굴착진행방향)으로 동일 절차 반복 측정 |
| 6 | A방향·B방향 합성벡터 산출 후 표기. 원시데이터(Raw Data) 보관 및 감리원 제출 |
5-2. 계측빈도
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.8에 따라 계측빈도는 붕괴유발 부재 여부에 따라 구분합니다. 붕괴유발 부재에 추가 하중이 가해지는 실시간 동안에는 실시간 계측을, 그 외에는 통상 빈도를 적용합니다. 일반적인 굴착 단계별 빈도는 아래를 참고합니다.
| 시공 단계 | 계측빈도 | 비고 |
|---|---|---|
| 굴착 착수 전 | 1회 (초기치 설정) | 감리원 입회 필수 |
| 굴착 진행 중 (각 단계) | 1회/일 이상 | 굴착 직전·직후 반드시 측정 |
| 이상변위 징후 발생 시 | 실시간(상시) 계측 | 자동계측 시스템 전환 검토 |
| 최종 굴착 완료 후 | 1회/주 이상 (수렴 확인까지) | 되메움 완료 시까지 계측 지속 |
지표침하계, 하중계, 변형률계 등 관련 계측항목은 동일시기에 측정하여 상호 비교분석하는 것이 원칙입니다.
※ 관련 포스팅 → 굴착공사 계측관리 가이드 (10종 계측기기 전체 빈도·관리기준 정리)
5-3. 계측결과 분석 — 경시변화 그래프 읽는 법
지중경사계 계측결과는 두 가지 그래프로 분석합니다.
💡 2가지 분석 그래프
① 심도-변위 그래프 — 현재 굴착심도에서 어느 깊이의 변위가 얼마나 발생했는지 파악. 굴착면 하부에서도 변위가 발생하면 불안정 징후
② 시간(경과일수)-변위 경시변화 그래프 — 특정 심도에서 시간 경과에 따른 변위 추이 분석. 굴착 없이 변위가 증가하면 즉시 현장 점검
계측결과 분석 결과 이상 징후가 발견되면 즉시 감리원에게 보고하고 역해석 수행 여부를 현장기술자·감리자 협의로 결정합니다. 관리기준 초과 시에는 다음 단계 굴착을 중지합니다.
지중경사계 관리기준 (수평변위 관리기준치)
KCS 11 10 15 : 2025 §3.10.3.11(4)에 따른 수평변위 관리기준치입니다. 최대허용변위(δmax)는 흙막이벽체 강성과 굴착심도(H)에 따라 결정합니다.
| 흙막이 벽체 종류 | 3차 관리기준 (최대허용변위) | 예시 (H=10m) |
|---|---|---|
| 강성 흙막이벽 (두께 t ≥ 60 cm 콘크리트 연속벽) |
δmax = 0.002H | 20 mm |
| 보통 흙막이벽 (두께 t ≒ 40 cm 콘크리트 연속벽) |
δmax = 0.0025H | 25 mm |
| 연성 흙막이벽 (H-Pile + 흙막이판) |
δmax = 0.003H | 30 mm |
위 3차 관리기준을 기준으로 1차·2차 관리기준은 다음과 같이 설정합니다.
| 관리 단계 | 기준치 | 판정 | 대응 조치 |
|---|---|---|---|
| 1차 관리기준 이하 | 3차 기준 × 60% | ✅ 안전 | 계획대로 굴착 진행 |
| 1차 초과 ~ 2차 이하 | 3차 기준 × 80% | ⚠️ 주의 | 계측빈도 증가, 원인 파악, 감리원 보고 |
| 2차 초과 ~ 3차 이하 | 3차 기준 이하 | 🔶 특별 관리 | 굴착 일시 중지, 역해석 수행, 보강 검토 |
| 3차 초과 | 3차 기준 초과 | 🔴 긴급 대책 | 즉시 굴착 중지, 긴급 보강 조치, 발주처·감리원 즉시 보고 |
⚠️ 관리기준 적용 시 주의사항
• 위 관리기준은 최종 굴착심도(H) 기준이 아닌 현재 굴착심도를 반영한 단계별 관리기준을 적용해야 합니다. 최종 H 기준값만 적용하면 중간 단계에서 이미 기준을 초과한 변위가 발생해도 안전으로 오판하는 위험이 있습니다.
• 실측 변형량이 설계 추정치를 초과하는 단계부터는 역해석 여부를 현장기술자·감리자와 협의하여 결정합니다.
• 현장 여건에 따라 관계 전문가 또는 관리청의 승인하에 기준치를 조정할 수 있습니다.
또한, 인접지반 균열방지를 위한 주간 변위변화량 관리기준도 병행 적용합니다.
| 7일간 변위변화량 (δ) | 판정 |
|---|---|
| δ ≤ 2 mm | ✅ 안전 |
| 2 mm < δ ≤ 4 mm | ⚠️ 주의 요망 |
| 4 mm < δ ≤ 10 mm | 🔶 특별관리 요망 |
| 10 mm < δ | 🔴 시급한 대책 요망 |
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. 지중경사계와 건물경사계(Tiltmeter)는 어떻게 다른가요?
지중경사계(Inclinometer)는 지중에 매설된 케이싱 내 프로브를 삽입하여 배면지반 또는 흙막이 벽체의 심도별 수평변위를 측정합니다. 반면 건물경사계(Tiltmeter)는 인접 건물 외벽에 부착하여 건물 자체의 기울기 변화를 측정합니다. 지중경사계가 흙막이 안전성의 1차 지표라면, 건물경사계는 인접 구조물 피해 여부를 확인하는 3차 지표에 해당합니다.
Q. 초기치(초기값)는 언제 측정해야 하나요?
그라우팅 양생이 완료되고 경사계 관과 주변 지반이 충분히 일체화된 것을 확인한 후, 굴착 착수 전에 측정하는 것이 원칙입니다. 초기치는 감리원 입회하에 측정하고 즉시 제출해야 합니다. 초기치 측정이 늦으면 굴착 초기 변위를 놓쳐 이후 누적 변위 분석이 부정확해집니다.
Q. 지중경사계 관리기준 초과 시 반드시 공사를 중지해야 하나요?
1차 관리기준 초과 시에는 계측빈도를 높이고 원인 파악을 우선하며, 반드시 공사를 중지해야 하는 것은 아닙니다. 2차 기준 초과 시에는 굴착을 일시 중지하고 역해석을 수행하는 것이 권장됩니다. 3차 관리기준 초과 시에는 즉시 굴착을 중지하고 긴급 보강 조치를 취한 후 발주처·감리원에게 보고해야 합니다. 단, 실측값이 설계 추정치를 초과하기 시작한 단계부터는 역해석 수행 여부를 현장기술자·감리자가 협의하여 결정합니다.
Q. 엄지말뚝(H-Pile) 공법에서 경사계를 H-Pile에 직접 부착하면 안 되는 이유는?
H-Pile은 흙보다 강성이 훨씬 높기 때문에, H-Pile에 경사계 관을 부착하면 실제 지반 변위보다 현저히 작은 변위가 측정됩니다. 이는 관리기준값과 비교 시 오류를 발생시켜 안전상 위험을 초래할 수 있습니다. KCS 11 10 15 : 2025도 주열식 흙막이벽에 엄지말뚝을 시공하는 경우, 엄지말뚝에 설치관을 부착해서는 안 되고 배면지반에 별도 천공하여 설치하도록 명시합니다(§3.10.3.1(2)⑨).
Q. 자동 지중경사계(IPI)와 수동 지중경사계의 차이는?
수동 지중경사계는 계측원이 주기적으로 현장을 방문해 프로브를 직접 삽입·인상하며 측정하는 방식입니다. 자동 지중경사계(IPI: In-Place Inclinometer)는 케이싱 내에 고정형 경사 센서를 설치하고 데이터로거를 통해 실시간으로 자동 계측·전송하는 방식입니다. 이상변위 발생 시 즉각 경보가 가능하여 도심지 대형 굴착공사에서 점차 적용이 늘고 있습니다. 단, 수동 방식에 비해 초기 설치 비용이 높습니다.
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📌 굴착공사 계측관리 시리즈
📎 적용 기준 원문
- KCS 11 10 15 : 2025 시공 중 지반계측 (2025.12.24. 개정) — 국가건설기준센터(KCSC)에서 열람
- KOSHA GUIDE C-103-2014 굴착공사 계측관리 기술지침 — 한국산업안전보건공단 KOSHA Guide에서 다운로드