地下連續壁施工法

─應用於深開挖工程簡介

林傳鐙 技師

深開挖工程施工災變

國內近幾年來,深開挖工程常發生施工中擋土設施失敗,導致工人傷亡及財產損失。國人常用之擋土設施,計有主樁橫板條法、鋼板樁施工法、預壘樁施工法、R.C排樁、SMW及連續壁施工法等。

主樁橫板條法又名鋼軌樁施工法,雖然施工容易,不需精密機械,然因具透水性,易發生擋土崩坍及湧水現象,處理非常困難。深基礎施工過程,通常會有隆起及砂湧現象,且施工易產生噪音困擾民眾,開挖深度及場合因而受限,因此該工法僅適用於土質良好及小型工程,一般深開挖工程均避免採用,以免造成損鄰事件。

鋼板樁施工若遇堅硬地質時,板樁打入不易,且深開挖時其斷面剛度不易抵抗彎矩應力,容易變形,其打入土時,垂直精確度不高易產生噪音及震動,造成附近居民抗議之困擾,因此適用場合亦受限制。

預壘樁法雖無上述缺點,但施工品質不易控制,故常發生災變,因樁之品質不佳,強度不足抵抗深開時擋土板產生之應力,導致破壞或變形。

連續壁工法則無上述缺失,因而自70年代引進即開始廣被採用,公認為最佳之深開挖擋土工法。

地下連續壁工法之優點

地下連續壁施工法因其剛性大,止水性佳,深開挖期間安全性高,且可作為地下結構物之外牆壁使用。對於工地鄰近地盤及構造物沈陷與位移的影響遠較其他幾種施工法小,已被公認為深開挖工程施工中之最佳擋土措施施工法。

由於地下連續壁施工法之鋼筋混凝土壁體水密性佳,對於擋土壁外圍的抽排水問題不需急速抽降,可將地盤壓密沈陷現象降至最低,因此對鄰近結構物水平、垂直等位移會減至最低限度,不會因附近土層沈陷而造成災變。

經二、三十年施工經驗及施工成果記錄,連續壁施工法對鄰房龜裂損害最小,並無發生重大災變案子。尤其是高層建築,配合逆打工法施工,可縮短工期,使深開挖工程施作安全無虞,因而地下連續壁施工法成了無可替代之角色。

地下連續壁不同施工法簡介

地下連續壁施工法除建築物地下室採用外,諸如土木工程、交通工程、立體地下車道、地下鐵及海岸工程之護岸、防坡堤等,皆因連續壁工法發揮上述特性,而使其應用日廣。

連續壁工法於國內採用期間,由於不同工法之施工品質控制不一,致有時欠缺經驗,如接頭處理不當造成漏水、混凝土灌注不當影響強度、壁體剛性不足、撓度增加,影響鄰近地盤下陷,造成鄰房傾斜龜裂損害,壁體施作垂直度不足,開挖後影響地下結構物之施工,預留筋位置不正確,增加工程費用,壁體鋼筋保護層不足,增加鋼筋袘k等缺失,亦值得再深入研究解決方法。

國內常用連續壁工法有以下數種:1.ICOS工法,2.BW工法,3.SHB工法,4.ELSE工法,5.KCC工法,6.OWS工法,7.ELSK-KELLY工法,8.KB工法,9.K-W工法,10.深井或連續壁開挖工法。

第1、2及3三個工法為國人最常使用,大體上來說,ICOS工法因其機具較簡,施工費用較低的原因,不會在國內市場上被淘汰的,但其施工精度不高,故僅被限用於開挖深度較淺的工程上運用。

BW工法具有相當之開挖精度,其開挖深可達地下30∼50m左右,但其施工機具繁多且價昂,施工進度緩慢,相對提高了工程單價,想必會逐漸地在國內市場消失。

第9種K-W工法是相當短暫的一種工法,因為其P.C版長受限制,且其版與版間之漏水現象無法克服,因此無法普遍被國內市場接受,若其能在P.C版長及接縫處有進一步改善方法,則其預鑄觀念之快捷優點將使此工法佔優勢。

第8種工法KELLY BAR工法是由ICOS工法機具所做更進一步發展而來的,其運用KELLY BAR將抓戽貫入土層中,再以油壓力量關閉抓戽取土的觀念,在諸方法中是屬相當新的,其改革了ICOS工法之缺點,利用自重抓土有限取土方式,再運用KELLY BAR將抓戽貫入土中的特點,其發展前途應相當可觀,但其精度稍嫌不足,若其精度方面可以改良,相信具相當發展潛力。

第3種工法為最新引進的地下連續壁施工法,其特點在其抓戽為長7m之油壓控制挖掘機,X、Y方向共有12片校正版,故其精度可達到1/500∼1/2000,精度相當高,且在深開挖工程中,其長壁式抓戽可減少壁體崩坍的可能性,其挖掘原理是改良ICOS工法取土方式,除利用本身高達7m的開挖機自重外,在抓戽部份,再利用油壓控制開閉,使挖土效果更達充實,且其機動性良好,為一具有相當潛力的方法,其施工速度快捷,但抓戽每抓一刀,導溝旁需要專人重新校對位置,此為BW挖掘式工法的缺點。

連續壁工法已發展到具有鑽入岩層中約2公尺以增加抵抗上揚力的能力。另一方面,依國內發展趨勢已推動營造施工自動化,挖掘機器會逐漸走向僅需操作員一人即可施工的新境界,校正每刀開挖位置的人員,將被操作室內的螢光幕取替,直接由操作員自行對點校正,而無需旁人指導了。

目前最佳之連續壁施工法

從上述分析,最佳連續壁施工法首推SHB工法,SHB(San-Ching Hydraulic Bucket)係利用MHL(Masago Hydraulic long bucket)油壓長壁挖掘機掘挖連續壁的一種工法,MHL(如圖)之裝置是要配合目前興起的超高層建築物或大型基礎工程而設計,主要在利用此種挖掘裝置達到較高精度及效率,而其挖掘的深度也較其他工法深,可達地下55公尺,設備機器如照片所示。

SHB工法適用於地下鐵路、地下室、公共地下水道、污水處理場、防護壁或擋土牆、防坡堤之護岸工程、鐵塔基礎工程、橋墩工程、地下貯油槽及地下抽水站等各項工程。

SHB工法所使用MHL油壓長壁挖掘機之特徵,因有一種含傾斜計及修正裝置的精密組合掘挖機,其施工作業不需作導孔,採用油壓式,其挖掘能力甚強,操作容易,挖掘深度可達55公尺,頗適用於深開挖工程。

地下連續壁施工程序

按前所述,連續壁有十種以上之不同工法,但其基本施工順序無多大差別,前置作業不外是基地整平、測量作業及放樣、各種施工機具物品堆置之配置、鄰近物之觀察調查及地盤改良等。而進入實際施工為導牆施工及吊索機械舖面之施工,重點在挖掘作業及組立吊放鋼筋籠,防水功效之發揮首重連續壁之灌漿作業等。

一般利用機械挖掘削的深開挖基礎工法如前述1、2及3種工法,常因壁底沈澱物未完全清除,馬上開始澆置混凝土,以致完成後壁體結構產生不良的沈陷問題,因此灌注前必須注意,通常掘削完成及清除壁底後,距放入鋼筋籠而插入特密管的時間長達1∼3小時,這段時間在水中或皂土液中的泥砂(特別是砂質沈澱)大部份都會沈澱在壁底而構成施工的重大問題,因此開始灌注混凝土前必須清除沈澱物,清除方法通常有:循環水壓除去法、攪動浮游除去法、噴射水流除去法以及混凝土壓力除去法等四種方法。

普通所使用之方法為混凝土壓力除去法,乃利用特密管插入皂土液或水中引至底部,混凝土開始由壁底灌鑄,壓擠沈澱物,溢出壁外,非常有效。每個單元經以上步驟後,等混凝土強度足夠即可開始基礎開挖工作。

結語

地下連續壁工法為國內所用擋土措施中,止水性、剛性或安全性皆極佳之工法,其壁體可作為永久主體,壁體結構物對鄰近地盤及結構物沈陷與損壞現象也較其他工法為小,因此廣被採用。

若讀者有興趣進一步了解施工方法與要點,可參加二月廿四日在省公會舉辦之地下開挖擋土及鷹架支撐技術研討會。

 

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最後更新日期: 2005/05/07