굴착공사가 진행되면 흙막이 벽체 배면 지반이 이완되면서 지표와 지반 내부에 침하가 발생합니다. 이 침하를 지표면에서 직접 측정하는 계측기기가 지표침하계(Surface Settlement Gauge)이고, 지반 내부의 심도별 침하량을 층별로 측정하는 계측기기가 지중침하계(Borehole Extensometer)입니다.
이 글에서는 지표침하계와 지중침하계의 설치목적부터 설치위치·설치방법·측정방법·유의사항까지 KCS 11 10 15 : 2025를 기준으로 총정리합니다.
지표침하계·지중침하계란? — 정의와 측정 원리
두 계측기는 모두 침하(沈下, Settlement)를 측정하지만 측정 위치와 방식이 다릅니다.
- 지표침하계(Surface Settlement Gauge)
- 지표의 침하량을 측정하기 위해 지표면에 침하판(Settlement Plate) 또는 침하용 측량못(Bench Mark Pin)을 설치하고 수준측량(레벨 측량)으로 초기 EL값 대비 침하량(mm)을 측정합니다.
- 지중침하계(Borehole Extensometer, 층별침하계)
- 지반의 각 치증별 침하량을 구하기 위해 지반 내 천공홀에 앵커(Anchor)를 심도별로 설치하고, 지표면에서 앵커 로드의 이동량을 측정하여 각 심도(지층)별 침하량을 구합니다.
📐 지표침하계 vs 지중침하계 핵심 차이
지표침하계 — 지표면 전체 침하량 측정 (수준측량). 설치·측정이 간단하나 어느 지층에서 침하가 발생했는지는 파악 불가
지중침하계 — 심도별(지층별) 침하량 측정. 어느 지층의 압축이 침하를 유발하는지 직접 파악 가능
굴착공사에서는 두 기기를 함께 사용하여 지표 침하의 크기(지표침하계)와 원인 지층(지중침하계)을 동시에 파악합니다.
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.2.1(9)(10)에 따르면, 지표침하계는 “굴착공사로 인해 지표면의 침하가 예상되는 경우”, 지중침하계는 “굴착공사로 인해 지반 내 지층별 침하가 예상되는 경우” 적용합니다.
| 구분 | 지표침하계 | 지중침하계 |
|---|---|---|
| 측정 위치 | 지표면 | 지반 내 각 심도(지층별) |
| 측정 방식 | 수준측량 (레벨기·스태프) | 앵커 로드 이동량 측정 (버니어캘리퍼스·다이얼게이지·LVDT) |
| 설치 방식 | 지표면 침하판 또는 측량못 설치 | 천공 후 심도별 앵커 매설 |
| 주요 활용 | 배면 지반 전체 침하 패턴 파악, 인접 구조물 피해 판단 | 침하 발생 원인 지층 특정, 연약지반 압밀 진행 상태 파악 |
지표침하계·지중침하계 설치목적
2-1. 지표침하계 설치목적
💡 지표침하계 설치목적 4가지
① 배면 지반 침하 모니터링 — 굴착 진행에 따라 흙막이 벽체 배면 지표면의 침하량과 침하 속도를 측정하여 지반 안정성 평가
② 인접 구조물 피해 판단 근거 — 지표 침하량을 허용치와 비교하여 인접 건물·도로·지하매설물의 피해 가능성 조기 파악
③ 침하 영향 범위 파악 — 흙막이 벽체에서 이격 거리별로 지표침하계를 설치하여 굴착의 실질적 침하 영향 범위 확인
④ 건물경사계·지중침하계와 상호 검증 — 지표 침하량(지표침하계)과 인접 건물 기울기(건물경사계)를 함께 분석하여 부등침하 발생 여부 판단
2-2. 지중침하계 설치목적
💡 지중침하계 설치목적 4가지
① 지층별 침하량 파악 — 지표침하계만으로는 알 수 없는 지층별 압축량을 심도별로 측정하여 어느 지층에서 침하가 주로 발생하는지 특정
② 연약지반 압밀 관리 — 연약점토층 구간의 압밀 진행 속도와 최종 침하량을 모니터링하여 다음 굴착 단계 진행 가능 여부 판단
③ 굴착저면 융기(Heaving) 감지 — 굴착저면 하부 지반이 위로 솟아오르는 히빙 현상을 지중침하계로 조기에 감지
④ 설계 지반정수 검증 — 실측 침하량과 설계에서 예측한 침하량을 비교하여 설계에 적용한 지반 압축계수의 적정성 검증
지표침하계·지중침하계 설치위치
KCS 11 10 15 : 2025 3.10.3.1(9)(10)에 따른 설치위치 기준입니다.
3-1. 지표침하계 설치위치
| 구분 | 설치 기준 |
|---|---|
| 기본 설치 구간 | 굴착공사로 인해 지표면 침하가 예상되는 흙막이 벽체 배면. 중요구조물 인근이나 침하 영향 범위 내 도로·보도 등에 우선 설치 |
| 이격 거리별 배치 | 흙막이 벽체로부터 다양한 이격 거리에 열(列) 형태로 복수 배치하여 침하 영향 범위와 침하 분포를 파악. 일반적으로 벽체에서 1 m, 3 m, 5 m, 10 m, 20 m 간격으로 배치 |
| 인접 구조물 인근 | 인접 건물 기초 인근 지표에 설치. 건물경사계와 함께 설치하여 지표 침하량과 건물 기울기를 동시 분석 |
| 기준점(BM) 설치 | 굴착 영향 범위 밖의 안정된 지반 또는 견고한 구조물에 기준점(Bench Mark)을 설치하여 수준측량 기준값으로 사용 |
3-2. 지중침하계 설치위치
| 구분 | 설치 기준 |
|---|---|
| 연약지반 구간 | 압밀 침하가 예상되는 연약점토층 구간에 우선 설치. 지층별 압밀 특성이 상이한 다층 지반에서 특히 중요 |
| 앵커 심도 설정 | 침하가 예상되는 각 지층 경계부 또는 중간에 앵커를 설치. 최하단 앵커는 침하가 발생하지 않는 부동층(不動層, 암반 또는 견고한 지층)에 고정 |
| 굴착저면 융기 감지 | 굴착저면 하부에 연약지반이 있는 경우 굴착저면 인근에 설치하여 히빙(Heaving) 발생 여부 모니터링 |
| 지표침하계 병행 위치 | 지표침하계와 동일 위치에 인접 설치하여 지표 침하와 지중 각 지층 침하를 동시 비교 가능하도록 함 |
지표침하계·지중침하계 설치방법
4-1. 지표침하계 설치 절차
| 단계 | 작업 항목 | 세부 기준 |
|---|---|---|
| ① | 측량못(침하판) 설치 | 도로·보도 등 포장면: 전동드릴로 천공 후 측량못(스테인리스 볼트 등)을 박아 에폭시 고정. 자연지반: 지반 내에 침하판(Steel Plate)을 매설하고 로드를 지표면까지 연장 |
| ② | 기준점(BM) 설치 | 굴착 영향 범위 밖 안정 지반 또는 견고한 구조물(교각·대형 건물 기초 등)에 기준점 설치. 기준점은 최소 2점 이상 설치하여 상호 확인 |
| ③ | 보호 시설 설치 | 측량못 주변에 콘(Cone) 또는 덮개를 설치하여 차량·보행자 밟힘 등에 의한 훼손 방지. 색상 도색 및 번호 표기 |
| ④ | 초기 EL값 측정 | 굴착 착수 전 기준점에서 수준측량으로 각 측점의 초기 EL값 측정. 감리원 입회하에 실시. 최소 2회 반복 측량하여 오차 ±2 mm 이내로 확인 |
4-2. 지중침하계 설치 절차
| 단계 | 작업 항목 | 세부 기준 |
|---|---|---|
| ① | 천공 | 최하단 앵커(부동층) 심도까지 천공. 공벽 붕괴 우려 지층은 케이싱 사용 |
| ② | 앵커 매설 | 측정 대상 각 지층에 앵커를 삽입. 최하단 앵커는 반드시 부동층(암반 또는 견고한 지층)에 고정. 앵커 주변은 그라우팅으로 지반과 완전히 일체화 |
| ③ | 앵커 로드 설치 | 각 앵커에서 지표면까지 앵커 로드(Rod) 또는 와이어를 연결. 앵커 로드는 자유롭게 이동할 수 있도록 보호관(PVC관) 내에 삽입하여 주변 지반의 마찰 영향 차단 |
| ④ | 계측 헤드 설치 | 지표면에 측정 헤드(마그네틱 링 형식 또는 다이얼게이지 형식) 설치. 앵커 로드의 이동량을 지표에서 직접 측정할 수 있도록 구성 |
| ⑤ | 초기치 측정 | 그라우팅 완료 및 양생 확인 후 굴착 착수 전 초기 로드 위치값 측정. 감리원 입회하에 실시 |
지표침하계·지중침하계 측정방법
5-1. 지표침하계 측정 절차 (수준측량)
| 순서 | 작업 내용 |
|---|---|
| 1 | 기준점(BM)에서 레벨기(수준기)로 후시(BS) 측정 |
| 2 | 각 측점(침하판·측량못)에서 전시(FS) 측정 → 기계고에서 전시를 차감하여 각 측점의 현재 EL값 산출 |
| 3 | 현재 EL값에서 초기 EL값을 차감하여 침하량(Δ = 초기EL — 현재EL) 산출. 침하가 발생하면 양(+) 값 |
| 4 | 측량 종료 후 기준점으로 폐합. 폐합 오차 확인 후 감리원 제출 |
5-2. 지중침하계 측정 절차
| 순서 | 작업 내용 |
|---|---|
| 1 | 계측 헤드 보호 덮개 제거 후 상태 확인 |
| 2 | 버니어캘리퍼스·다이얼게이지·LVDT 등으로 각 앵커 로드의 현재 위치값 측정 |
| 3 | 현재 위치값에서 초기값을 차감하여 심도별 침하량 산출. 상부 앵커 침하량과 하부 앵커 침하량의 차이가 해당 지층의 압축량 |
| 4 | 각 지층별 침하량 집계 후 경시변화 그래프 작성하여 감리원 제출 |
5-3. 계측빈도
| 시공 단계 | 계측빈도 | 비고 |
|---|---|---|
| 굴착 착수 전 | 1회 (초기값 설정) | 감리원 입회 필수 |
| 굴착 진행 중 | 1회/일 이상 | 굴착 단계별 전·후 반드시 측정 |
| 침하 급증 징후 발생 시 | 실시간(상시) 계측 | 즉시 굴착 중지 후 원인 파악. 감리원 즉시 보고 |
| 최종 굴착 완료 후 | 1회/주 이상 (수렴 확인까지) | 침하가 수렴될 때까지 지속 |
5-4. 계측결과 분석
💡 이상 징후 판단 기준
① 침하 급증 경향 — 굴착이 진행되지 않는데 침하가 계속 증가하면 흙막이 차수 불량 또는 지반 크리프 의심 → 즉시 굴착 중지 후 감리원 보고
② 관리기준 접근 — 침하량이 1차 관리기준에 도달하면 계측빈도 증가 및 지중경사계·건물경사계 데이터와 동시 분석
③ 지중침하계에서 융기값 발생 — 굴착저면 하부 앵커에서 융기가 측정되면 히빙(Heaving) 발생 징후 → 긴급 보강 검토
④ 지표침하계와 지중침하계 불일치 — 지표침하계 값이 지중침하계 합계보다 현저히 크면 계측기 이상 또는 지표 가까운 심도에서 추가 침하 발생 가능성 → 원인 조사
지표침하계·지중침하계 결과는 지중경사계·건물경사계·간극수압계 등과 동시 비교분석하여 지반 안전성을 종합 판단합니다.
※ 관련 포스팅 → 굴착공사 계측관리 완벽 가이드 (10종 계측기기 전체 빈도·관리기준 정리)
설치 및 운용 시 유의사항
| 항목 | 유의사항 |
|---|---|
| 기준점(BM) 안정성 확인 | 기준점이 굴착 영향으로 침하하면 모든 측점 침하량이 과소 또는 과대 측정됨. 기준점을 굴착 영향 범위 밖에 설치하고 매 계측마다 기준점 상호 확인 |
| 측량못·침하판 훼손 방지 | 도로·보도에 설치된 측량못은 차량·장비 하중에 의해 변형되거나 밀릴 수 있음. 보호 콘·덮개 설치 필수. 훼손 발생 시 위치 이동 불가 — 동일 위치에 새로 설치 후 데이터 단절 기록 |
| 지중침하계 앵커 부동층 고정 | 최하단 앵커가 부동층에 제대로 고정되지 않으면 모든 침하량 데이터의 기준이 흔들려 신뢰성이 상실됨. 최하단 앵커는 반드시 암반 또는 견고한 지층까지 천공하여 그라우팅으로 완전 고정 |
| 앵커 로드 자유이동 확보 | 앵커 로드가 보호관 내에서 자유롭게 이동할 수 있어야 함. 보호관 내부에 이물질이 끼거나 로드가 주변 지반에 직접 접촉하면 마찰 저항으로 침하량이 과소 측정됨 |
| 수준측량 동일 조건 유지 | 수준측량은 동일 기준점, 동일 노선, 동일 장비로 실시해야 비교 정밀도가 높아짐. 동절기 지반 동결·해빙이나 강우 직후에는 지반 변동을 고려하여 측량 결과를 해석 |
| 계측 종료 시점 | 침하량이 수렴되어 일정 기간 변화가 없음을 확인한 후 계측을 종료. 연약지반 구간은 굴착 완료 후에도 압밀 침하가 수개월~수년 지속될 수 있으므로 수렴 판단에 신중을 기해야 함 |
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. 지표침하계와 건물경사계를 함께 설치하는 이유는?
지표침하계는 건물 인근 지반의 수직 침하량을 측정하고, 건물경사계는 건물 구조체의 기울기 변화를 측정합니다. 지반 침하가 균등하게 발생하면 건물 기울기 변화는 작을 수 있지만, 부등침하가 발생하면 건물 기울기가 급격히 증가합니다. 두 계측기를 함께 사용하면 지반 침하의 크기와 패턴(균등 침하 vs 부등침하)을 동시에 파악하여 인접 구조물 피해 가능성을 정확히 판단할 수 있습니다.
Q. 지중침하계에서 최하단 앵커를 반드시 부동층에 고정해야 하는 이유는?
지중침하계는 최하단 앵커를 기준점으로 삼아 각 심도의 앵커 이동량을 ‘기준점 대비 변위’로 측정합니다. 최하단 앵커가 부동층에 고정되어 있어야만 기준점이 침하하지 않고 안정 상태를 유지하여 데이터 신뢰성이 확보됩니다. 만약 최하단 앵커도 침하하면 모든 측정값에 오차가 포함되어 어느 지층에서 얼마만큼 침하가 발생했는지 알 수 없게 됩니다.
Q. 지표침하계에서 기준점(BM)이 훼손된 경우 어떻게 하나요?
기준점이 훼손되거나 변동이 의심될 때를 대비해 기준점은 최소 2점 이상 설치하는 것이 원칙입니다. 하나의 기준점이 훼손되면 나머지 기준점을 이용하여 측량을 계속합니다. 기준점 훼손 시 훼손 시점과 대체 기준점 사용 시작 시점을 계측일지에 명확히 기록해야 데이터 연속성을 유지할 수 있습니다.
Q. 굴착저면에서 융기(Heaving)가 발생하면 지중침하계에서 어떻게 나타나나요?
히빙이 발생하면 굴착저면 하부에 설치된 앵커 로드의 측정값이 침하 방향(하강)이 아닌 융기 방향(상승)으로 나타납니다. 즉, 현재 측정값이 초기값보다 높아지는 음(-)의 침하량이 기록됩니다. 굴착저면 인근 앵커에서 융기값이 측정되기 시작하면 히빙 전조 징후로 판단하고 즉시 굴착을 중지한 후 감리원 보고 및 긴급 보강을 검토해야 합니다.
Q. 지표침하계 계측 종료 시점은 언제인가요?
일반 굴착공사에서는 되메움 완료 후 침하량이 수렴되어 일정 기간(통상 2~4주) 변화가 없음을 확인한 후 종료합니다. 단, 연약지반 구간은 굴착 완료 후에도 압밀 침하가 수개월에서 수년까지 지속될 수 있습니다. 이 경우 일정 기간 계측을 지속하여 침하 수렴 여부를 판단한 후 감리원과 협의하여 종료 시점을 결정합니다.
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📎 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