UCM공법

1. UCM(Underground Cement Mixing) 공법 개요

본 U.C.M 공법은 지반개량 대상토질과 개량목적에 따라 적합한 지반개량제를 선정하여 선단교반장치와 회전주입을 동시에 실시하여 특수 선단장치로 원지반토에 지반개량재를 교반 혼합하여 대상지반을 개량하는 공법이다.
최근 대규모 건설사업들이 이루어 지면서 각종 연약지반개량공법들이 개발되었으나 고심도(H=20m 이상) 시공시 목적심도 부근에서의 기존 토사와 슬러지 등과의 교반의 미흡으로 설계치(Qu, K) 등을 획득치 못해 지반침하, 공벽붕괴, 차수벽 누수 등의 문제점 등이 발샐하였다.
따라서 본 U.C.M 공법은 위 단점을 완벽히 보완한 공법으로써 그 특징은 다음과 같다.
① 리더에 장착된 오거장비를 구동시켜서 굴착비트를 통하여 지반을 굴착하여 이 때 오거장치를 조금씩 하향시키면서 U.C.M 굴착비트를 소요깊이까지 지하로 관입시키며 소요깊이 획득 후 인발시에는 오거장치 축력축을 굴착 작동시와 반대방향으로 역회전시키며 인발한다. 이 때 각 통로를 통해서 들어오는 시멘트 몰탈, 약품, 공기압이 동시에 굴착비트 내의 혼합실로 유입되도록 한다.
② 혼합실로 유입된 시멘트 몰탈, 약품, 공기압은 자체적으로 압력을 동반하고 있는 상태이므로 이것들이 단일공간으로 된 혼합실로 유입되는 순간부터 자체압력들에 의하여 소용돌이 치면서 상호간에 혼합이 잘 이루어지는 상태가 되며 혼합실에서 혼합된 혼합물들은 다수의 굴착날에 의하여 기 교반된 원지반 토사에 몇 개의 작은 통로를 통하여 방출되어 교반되며 자체압력과 노즐통과에 의해 발생된 압력이 부합되어 탁월한 교반력을 획득할 수 있다.
③ 본 공법은 효율적인 교반으로 인하여 어떤 환경 및 조건에서도 연약지반 개량 및 연직차수벽 구축공사를 설계대로 시공하는 탁월한 효과를 가지고 있다.

2. UCM 공법 특징

① 교반효율이 양호하여 개량체가 균일하게 시공
② 교반효율이 증가하여 자재비가 감소
③ 지반 개량재를 자유롭게 선택 할 수 있음
④ 소요개량강도를 자유롭게 얻을 수 있음
⑤ 빠른 시공성으로 공사기간을 단축 할 수 있음
⑥ 시공시 주변 지반에 미치는 영향이 거의 없음
⑦ 선단 교반장치로 시공
⑧ 이토처분이 적음

3. UCM 공법 적용

① 항만 초연약지반 개량
② 쓰레기 매립장 유출방지 연직차수벽 설치
③ 토류벽 배면 차수 및 연속벽
④ 하천 제방 차수벽 및 기초지반 보강
⑤ 폐광산 방제 처리
⑥ 도로 연약 지반 개량
⑦ 지중 구조물의 기초지반 보강 및 침하 방지

4. UCM 공법 시공 순서

① 측량 후 장비 정위치
② 천공 굴착 (교반)
③ 주입 인발 (교반)
④ 주입 완료
⑤ 응력제 삽입 (H-Pile)
⑥ 완료 후 다음 공 이동

5. U.C.M 공 굴착 상세도 (D550 X 3축)

① 공기압과(AIR) 그라우팅액재는 혼합실에서 균질하게 혼합된 뒤 노즐을 통하여 고압으로 분출되어 기존 토사를 미세하게 파쇄시키며 또한 기존 S.C.W 공법의 경우 중간 비트에서만 공압을 나머지 양 비트에서 그라우팅약제를 저압으로 (펌프압) 주입되는 것과 달리, U.C.M 공법의 경우 모든 비트에서 고압으로 균질하게 분사되므로 최상의 교반, 주입을 통한 최고의 품질을 획득할 수 있다.

교 반

분 사 노 즐

② 고압분사공법인 J.S.P공에서와 같이 모든 설계는 고압펌프(200kgf/㎠)에 따른 양관속도를 기준하였으나 최근 실제시공 시 초고압펌프(400kgf/㎠)를 사용하여 노즐 토출구가 많고 양관속도를 빠르게 하고 있음과 같은 원리라 하겠음.
③ 일반 교반 롯드는 3축 중 양축에서 각1개의 구멍에서 밀크주입이 저압으로 분사되고 중앙축은 Air만 나오는 반면, 본 개량롯드는 3축 전체(양축 ; 각3개의 구멍, 중앙축 ; 1개의 구멍)에서 밀크주입이 중고압으로 분사되므로 교반효과는 물론 시공속도가 훨씬 빠르다.
★ 일반교반 로드 ; 밀크주입이 무압, 일반 나선식 ROD로 교반력이 약하다.
★ 개량교반 로드 ; 밀크주입이 중압, 분리 격자형 나선식 ROD로 교반력이 우수(특허)
★ 일반교반 로드 ; 2.0 min/m → 개량교반 로드; 1.25 min/m 으로 약 1.6배가 빠르다.
★ 원지반 토사와 교반력이 우수하고, 기존 교반 로드는 분사홀이 3개소(밀크주입 2홀)로 무압이나, 개량 교반 로드는 분사홀이 7개소(밀크주입 7홀)로 중고압으로 설득력을 가진다.

7. U.C.M 공 굴착, 교반용 비트(특허)

8. 공법비교표

구 분		H-Pile+토류판	U.C.M
개념도
공 법 개 요		•천공장비 (오거, T-4)를 이용하여 1.8m간격으로 천공 후 H-pile을 삽입하여 엄지말뚝을 형성하고 굴착 단계에서 H-pile사이 전면에 목재토류판을 설치하는 공법	• 천공기에 U.C.M 전용 삼축 비트 및 굴착로드를 부착 후 개량지반을 천공하여 시멘트와 원지반을 교반 배합하고 일정한 간격에 H-PILE(0.9~1.35m)을 설치하여 흙막이 개량체를(T=650mm) 만드는 공법
시 공 순 서		•천공(오거, T-4) → H-Pile 근입 → 천공홀 되메우기 → 단계별 굴착	•U.C.M삼축로드 천공 →시멘트액 주입을 통해 원지반 교반배합 → 로드인발 → H-PILE삽입 → 단계별 굴착 → 지하층완료 후 H-PILE인발(필요시)
장 비
장 비		백호 변형장비 - 3.8m(폭)×10.0m(길이)	35TON이상급 크레인 - 4.5m(폭)×10.0m(길이)
공 법 특 징	장 점	•목재토류판 벽체 형성으로 경제성 우수 •인력으로 토류판을 간단히 설치하므로 시공이 간편하고 경험이 풍부 하여 공기 단축가능 •지장물 보호 가능(이설 불필요)	•중첩시공으로 인한 차수성이 우수하다. •SCW가 시공불가한 자갈층,풍화암층에 시공이 가능하다. •시공 후 주위지반의 변위가 작다 •공종이 단순하여 시공이 빠르고 시공시 소음이 작다. •수량이 많을 경우 경제적이다.
공 법 특 징	단 점	•투수성 흙막이 벽체로 별도의 차수공법 필요 •타공법에 비해 강성이 약함 •비교적 얕은 심도(H=10.0m 이하)에 적용	•장비가 대형으로 좁은 현장에는 적용이 불가하다. •풍화암 이상의 경질지반에는 천공이 불가하여 적용이 불가하다.