굴착공사에서 버팀보(Strut)와 어스앵커(Earth Anchor)는 흙막이 벽체에 작용하는 토압을 직접 받아내는 핵심 지지부재입니다. 이 부재들에 실제로 얼마만큼의 하중이 가해지고 있는지 직접 측정하는 계측기기가 하중계(Load Cell)입니다.
이 글에서는 하중계의 설치목적부터 설치위치·설치방법·측정방법·관리기준까지 KCS 11 10 15 : 2025를 기준으로 총정리합니다.
하중계란? — 정의와 측정 원리
하중계(Load Cell)는 버팀보(Strut)와 띠장 사이, 또는 어스앵커 두부(頭部)에 삽입하여 지지부재에 직접 작용하는 하중(축력)을 측정하는 계측기기입니다.
내부에 진동현(Vibrating Wire) 또는 전기저항식 센서를 장착한 원통형 실린더 구조로, 하중에 의한 실린더 변형량을 전기 신호로 변환하여 축력을 산출합니다.
📐 하중계 적용 지지부재 2종류
버팀보용(Strut형) — 버팀보와 띠장 사이에 삽입, 버팀보 축방향 압축력 측정
어스앵커용(Earth Anchor형) — 앵커 두부 브라켓에 설치, 앵커 인장력 측정
국내 건설 현장에서는 대부분 진동현식(Vibrating Wire) 하중계를 사용하며, 전기저항식에 비해 장기 안정성과 내환경성이 우수합니다.
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.2.1(3)에 따르면 하중계는 “굴착공사에 수반되는 흙막이구조물의 지지기구인 버팀보, 어스앵커 등과 같이 하중을 지지하는 기구”에 적용합니다.
| 항목 | 규격·기준 |
|---|---|
| 측정 대상 | 버팀보·어스앵커 등 흙막이 지지부재의 축방향 하중(압축력·인장력) |
| 측정 방식 | 진동현식(Vibrating Wire, 국내 주류), 전기저항식(Electric Resistance) |
| 정격용량 | 현장에 작용 가능한 최대하중의 200% 이상으로 선정 (3.10.3.1(4)) |
| 편심 방지 | 하중계 중심과 지지부재 축을 일치시키고 상·하부 편심방지 플레이트 설치 |
| 초기치 측정 | 어스앵커는 인장 완료 후, 버팀보는 스크류잭 가압 완료 후 측정 |
하중계 설치목적
굴착이 단계적으로 진행될수록 흙막이 배면의 토압은 증가하고, 이 토압은 버팀보·어스앵커에 직접 전달됩니다. 하중계는 이 과정에서 지지부재에 실제로 가해지는 하중을 측정하여 다음 목적에 활용합니다.
💡 설치목적 4가지
① 흙막이 구조 안전성 검토 — 버팀보·어스앵커에 작용하는 실제 하중을 설계하중과 비교하여 허용하중 초과 여부를 직접 판단
② 이상 하중 조기 감지 — 예상보다 과다한 하중 발생 시 즉각 감지하여 부재 좌굴·파단·앵커 파손을 예방
③ 굴착 단계별 하중 변화 추적 — 각 굴착 단계마다 지지부재에 가해지는 하중 증가 경향을 분석하여 다음 단계 시공 안전성 판단
④ 변형률계·지중경사계와 상호 검증 — 하중계(직접 하중 측면)와 변형률계(응력 측면), 지중경사계(변위 측면)를 함께 분석하여 흙막이 구조계 안전성을 종합 평가
※ 하중계와 변형률계의 역할 차이
하중계는 버팀보·어스앵커에 작용하는 축력(하중)을 직접 측정합니다. 변형률계는 부재 표면에 부착하여 변형률로부터 응력을 간접 환산합니다. 하중계는 상대적으로 신뢰도가 높지만 설치 위치가 고정되고, 변형률계는 부재 전체의 응력 분포 파악에 유리합니다. 중요 단면에는 두 계측기를 병용하면 상호 검증이 가능합니다.
하중계 설치위치
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.1(4)에 따른 설치위치 기준입니다. 버팀보용과 어스앵커용 설치 위치가 서로 다릅니다.
| 설치 부재 | 설치위치 | 비고 |
|---|---|---|
| 버팀보(Strut) | 버팀보와 띠장의 접속부 사이 — 전면 플레이트 → 하중계 → 후면 플레이트 순으로 삽입. 스트럿과 띠장이 수직이 되도록 배치 | 하중계 중심과 버팀보 축을 일치시켜 편심 방지 |
| 어스앵커(Earth Anchor) | 앵커 두부 브라켓 위 — 하부 플레이트 → 하중계 → 상부 플레이트 → 앵커 콘 순으로 설치. 앵커 축과 수직 유지 | 인장 전 브라켓 위에 조립 완료 후 유압잭으로 인장 |
⚠️ 설치위치 선정 핵심 원칙
• 정격용량 확인 — 하중계 정격용량은 현장에 작용 가능한 최대하중의 200% 이상으로 선정
• 편심 방지 플레이트 필수 — 상·하부 편심방지 플레이트(Bearing Plate)를 반드시 설치하여 하중을 균등하게 분산
• 축 일치 확인 — 하중계 중심과 지지부재(버팀보·앵커) 축이 정확히 일치하는지 설치 전 확인
• 수직 유지(어스앵커) — 앵커 두부와 하중계 접촉면이 앵커 축과 수직이 되도록 설치해야 편심 없이 정확한 인장력 측정 가능
하중계 설치방법 — 유형별 시공 절차
하중계는 적용 지지부재에 따라 버팀보용과 어스앵커용 두 가지 방식으로 설치합니다.
4-1. 버팀보용 하중계 설치
| 단계 | 작업 항목 | 세부 기준 |
|---|---|---|
| ① | 설치면 확인 | 버팀보와 띠장 접속부의 수직 여부 확인. 접촉면 이물질 제거 및 평탄도 확보 |
| ② | 플레이트·하중계 조립 | 버팀보 끝단에 전면 플레이트 → 하중계 → 후면 플레이트 순으로 조립. 하중계 중심과 버팀보 축이 일치하는지 확인 |
| ③ | 버팀보 거치 | 조립된 버팀보를 띠장에 거치. 스트럿과 띠장이 수직이 되도록 배치하여 편심 하중 방지 |
| ④ | 스크류잭 가압 | 스크류잭으로 버팀보에 예비 압축력(선행하중)을 가하여 흙막이 벽체와 밀착. 가압 토크 및 가압력은 설계값에 따라 관리 |
| ⑤ | 케이블 연결 및 초기치 측정 | 하중계 케이블을 데이터로거(지시계)에 연결. 스크류잭 가압 완료 후 초기치 측정. 감리원 입회하에 실시 후 즉시 제출 |
4-2. 어스앵커용 하중계 설치
어스앵커용 하중계는 인장 작업 전에 앵커 두부 브라켓 위에 미리 조립한 후 유압잭으로 인장합니다.
| 단계 | 작업 항목 | 세부 기준 |
|---|---|---|
| ① | 앵커 스트랜드 삽입 | 앵커 스트랜드(강연선)를 하중계 센터홀 내부로 삽입. 스트랜드가 하중계 중앙을 통과하도록 정렬 |
| ② | 하중계 조립 | 브라켓(지압판) 위에 하부 플레이트 → 하중계 → 상부 플레이트 → 앵커 콘 순으로 거치. 앵커 축과 하중계 접촉면이 수직이 되도록 유지 |
| ③ | 유압잭 설치 및 인장 | 상부 플레이트 위에 유압잭 거치. 설계 인장력에 따라 단계적으로 인장. 인장 중 편심 발생 여부 지속 확인 |
| ④ | 정착 및 유압잭 제거 | 설계 인장력 도달 후 웨지(Wedge) 또는 너트로 정착. 유압잭 제거 |
| ⑤ | 케이블 연결 및 초기치 측정 | 케이블을 데이터로거에 연결. 인장 완료 후 초기치 측정. 감리원 입회하에 실시 후 즉시 제출 |
하중계 측정방법
5-1. 계측 절차
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.7(3)(4)에 따른 하중계 측정 절차입니다. 부재 종류별로 초기치 설정 시점이 다릅니다.
| 부재 | 초기치 측정 시점 | 측정 내용 |
|---|---|---|
| 버팀보용 하중계 | 버팀보 거치 후 스크류잭 가압 완료 시점에 측정 | 선행하중 도입에 의한 초기 압축력 기록. 이후 굴착 진행에 따른 증가분 분석 |
| 어스앵커용 하중계 | 인장 완료 후 정착 직후에 측정 | 설계 인장력 대비 실측 인장력 확인. 락오프(Lock-off) 하중 기록 |
5-2. 계측빈도
| 시공 단계 | 계측빈도 | 비고 |
|---|---|---|
| 부재 설치 직후 (초기치) | 가압·인장 완료 후 1회 | 감리원 입회 필수 |
| 굴착 진행 중 | 1회/일 이상 | 굴착 단계별 전·후 반드시 측정 |
| 하중 급증 징후 발생 시 | 실시간(상시) 계측 | 관리기준 초과 징후 시 즉시 굴착 중지 후 감리원 보고 |
| 최종 굴착 완료 후 | 1회/주 이상 | 버팀대 해체 전까지 계속 측정 |
5-3. 계측결과 분석
하중계 계측결과는 시간(경과일수)-하중값 경시변화 그래프로 분석합니다. 분석 시 다음 사항을 중점적으로 확인합니다.
💡 이상 징후 판단 기준
① 하중 급증 경향 — 굴착이 진행되지 않는데 하중이 계속 증가하면 주변 지반 이완·크리프 하중 증가 의심 → 즉시 감리원 보고
② 관리기준 접근 — 실측 하중이 설계하중의 1차 관리기준(80%)에 도달하면 계측빈도 증가 및 보강 검토
③ 어스앵커 하중 급감 — 정착 후 하중이 빠르게 감소하면 앵커 크리프(Creep) 또는 그라우팅 이완 의심 → 재인장 또는 보강 검토
④ 변형률계·지중경사계와 비교 — 하중계 값은 증가하는데 경사계 변위가 급증하면 흙막이 구조 전체 안전성 긴급 점검 필요
하중계 결과는 굴착 전체 영역의 지중경사계·변형률계·지하수위계 등과 동시 비교분석하여 해당 단면 흙막이 구조계 안전성을 종합 판단합니다.
※ 관련 포스팅 → 굴착공사 계측관리 가이드 (10종 계측기기 전체 빈도·관리기준 정리)
하중계 관리기준
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.11(6)에 따르면, 하중계 관리기준은 설계하중 대비 실측 하중의 비율을 기준으로 3단계로 관리합니다.
| 단계 | 판정 | 기준 (설계하중 대비) | 대응 조치 |
|---|---|---|---|
| 1차 | ⚠️ 주의 | 설계하중의 80~100% | 계측빈도 증가. 현장 육안 점검 강화. 감리원 보고 |
| 2차 | 🔶 경고 | 설계하중의 100~120% | 굴착 일시 중지 검토. 보강 방법 수립. 발주처·감리원 즉시 보고 |
| 3차 | 🔴 위험 | 설계하중의 120% 이상 | 즉시 굴착 중지. 긴급 보강 실시. 원인 파악 후 재개 결정. 발주처·감리원 즉시 보고 |
⚠️ 관리기준 적용 원칙
• 위 표의 관리기준은 참고치이며, 실제 관리기준치는 현장 여건과 굴착 단계별로 담당 기술자와 감리원이 협의하여 설정합니다.
• 어스앵커의 경우 하중 감소(크리프) 관리도 병행합니다. 정착 후 초기치 대비 일정 비율 이상 하중이 감소하면 재인장 여부를 검토합니다.
• 관리기준 초과 시 원인이 해소되고 하중이 관리기준 이내로 회복된 것을 확인한 후에만 굴착을 재개합니다.
설치 및 운용 시 유의사항
| 항목 | 유의사항 |
|---|---|
| 정격용량 선정 | 하중계 정격용량은 현장에 작용 가능한 최대하중의 200% 이상으로 선정. 용량 부족 시 하중계 파손 및 계측 불능 발생 |
| 편심 방지 플레이트 두께 | 국내산 하중계 플레이트는 외산 대비 얇은 경우가 많아 편심 발생 위험이 있음. 충분한 두께의 플레이트를 사용하고, 대용량 하중계일수록 두꺼운 플레이트 적용 필요 |
| 축 일치 확인 | 하중계 중심과 지지부재 축이 일치하지 않으면 편심 하중이 발생하여 실제보다 낮거나 높은 값이 측정됨. 설치 후 수직·수평 정렬 상태를 반드시 재확인 |
| 온도 영향 관리 | 기온 변화에 따른 강재 열팽창·수축은 실제 하중 변화 없이 하중계 측정값을 변동시킬 수 있음. 특히 야간·주간 기온차가 큰 계절에는 온도 보정 적용 권장 |
| 센서 망실 대비 | 국내 하중계는 주로 3개의 내부 센서로 구성됨. 센서 망실 시 편심 보정식으로 실제 하중에 근접한 값을 추정 가능하나, 대용량·장기 계측 현장에는 4~6개 센서 제품 사용 권장 |
| 계측 종료 시점 | 버팀보용 하중계는 버팀대 해체 전까지 계측을 지속. 어스앵커용은 앵커 제거(해체) 전까지 측정. 해체 시 잭 다운(Jack-Down) 단계에서도 하중 변화를 기록 |
자주 묻는 질문 (FAQ)
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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