以三重莘聖沐光居為例

開挖破壞原因及破壞機制探討

周南山/土木技師/臺大土木系兼任教授

黃克紹/土木技師/大地技師

趙紹錚/宜蘭大學土木系教授

林聰能/土木技師

一、  事故發生經過

2025年1月6 日晚間，新北市三重區六張街發生民宅倒塌意外，原因為「莘聖沐光居」建案在進行地下室開挖時，導致鄰近184號公寓倒塌，190 號建築物則出現嚴重傾斜，七十四戶、一八二人撤離。

本建案為危老都更，基地僅九十七坪，規畫興建地上九層、地下二層共十六戶。建商以預壘排樁工法開挖地基，挖至GL-6.4公尺深度時，疑因淘空地基導致兩旁老舊公寓傾斜。儘管緊急灌水灌漿搶險，左側184號鄰宅依然倒塌，市府連夜拆除右側也搖搖欲墜的190號公寓。

圖1 本建案與鄰房之關係位置圖

二、  破壞原因探討

(1) 地質因素

三重的地質條件相當差，是康熙年間的台北湖沉積，算是很新的沉積地形。根據鑽探報告，本地區代表性的地層如下：

地表起0至-2.4m為回填層，-2.4m至-4.8m為粉土質黏土層(N=5-7)，-4.8m至-10.0m為疏鬆粉土質細砂層(N=8-12)，-10.0m至-17.0m為中等緊密之灰色粉土質細砂層(N=13-27)，-17m至-23m則為粉土質黏土層(N=5-9)。

圖2 地質鑽探剖面圖 (採自鑽探報告)		圖3 地質與深開挖關係圖 (採自設計圖說)

由這份鑽探報告可以看出：-4.8m以上的黏土滲透係數很低，而-4.8m以下的細砂滲透係數較大，若開挖面挖至-4.8m以下就有滲水及漏砂之可能性，因此在設計擋土設施時需把這項因素列入考慮。

(2) 環境因素

本地區位於三重舊社區，基地甚小，棟距甚近，周遭的鄰房多未有二層以上之地下室。因本案設計之開挖面為-8.5m(臨六張街側局部降挖至-9.3m)，若鄰房基礎高程高於此(應該都是)，即有可能因開挖而受損。此外，因為道路狹窄(僅6m)，鄰房靠近，若採用連續壁恐施工困難，且無空間設置施工機具及沈澱池、棄土坑等設施。若採用CCP等止水灌漿，亦需考慮是否會損及鄰房，因此灌漿壓力不得太大。因此本案先天環境條件不佳，設計施工都非常困難，需非常小心面對。

(3) 設計因素

本案在地質調查階段提供之資訊頗多，看似完整。可惜因砂土滲透係數較高，應該建議採用密閉性較高的擋土結構，如連續壁或重疊式(Overlap)或切削密接式的排樁，並加強灌漿等防止滲漏處理，否則可能產生滲流，造成漏砂現象，會掏空鄰房的基礎而造成不均勻沈陷或傾倒。

另外，在計算湧水的安全係數時，依規範假設擋土壁是100%密接，因此滲流是從外部的高水位從-17m擋土支撐的底部繞過，而進入開挖區域，因此路徑頗長。但實際上擋土壁可能因不密接而導致漏水，因而會從漏水處直接入滲到開挖基地，而路徑變短，導致安全係數不足。

現行深開挖設計規範對於砂湧之要求如圖4。進行鑽探之大地工程顧問公司假設排椿長度為17m，計算砂湧安全係數符合現行規範之要求(見圖4)。然而實際滲流路線並非如設計之路徑，而是從排樁間隙流出，因此安全係數不足。根據黃克紹技師之計算，安全係數僅為0.647(見圖5)。

圖4 現有規範對於砂湧安全係數之要求及顧問公司根據17m排樁并假設水密性良好， 計算砂湧安全係數符合規範要求。

圖5 本文第二作者對於砂湧安全係數之計算，安全係數不足。

滲流路徑與開挖面及排椿之關係如圖6所示，原設計假設渗流路徑為自預壘排樁底部繞過，但實際路徑為自預壘排椿接縫處滲入，有頗大差異。

另可根據管湧之定義計算管湧之安全係數:管湧安全係數 = i_c /i_actual。其中 i_c 為臨界水力梯度 (Critical Hydraulic Gradient) ; i_actual為現場所估計的實際水力梯度，可由兩側水頭差 Δh除以滲透路徑長度 L求得。

本案水力梯度計算如下：i_actual=Δh/L=6.4/5.0=1.28

管湧之安全係數=  i_c /i_actual=1.0/1.28=0.78，安全係數明顯不足。

圖6 滲流路徑與開挖面之關係圖

由施工影片可以看出，本基地的湧水嘩啦流個不停，顯然預壘椿及CCP止水樁的止水效果完全失靈。

在擋土牆形式的選擇，結構工程師選擇了預壘排椿，而非連密性更佳的連續壁，可能考慮到工地規模太小，不太經濟，而且巷道寬度太窄(不到6m寬)不利運輸及擺設機具等，的確有其不得已之苦衷。然而。若決定採用水密性較差的預壘排椿，則需要設計與預壘排椿相同長度的止水椿在預壘椿中間，而非如設計圖中，只設置止水椿至開挖面下1.5m而已(即至GL-10.0m)。因深度不足，渗流線會自止水樁的底部轉彎，進入到開挖面，因此安全係數會降低很多。

(4) 施工因素

本案之施工，顯然預壘樁與預壘樁之接縫，未能用止水椿完全填補，恐有重大缺失。

另工地在漏水發生之初，未能立即採取適當的行動，任憑流砂發生二、三日，貽誤戎機，非常可惜。

三、  破壞機制

本案破壞模擬如圖7所示。破壞機制為典型的管湧(Piping)及砂湧(Boiling)現象。所謂管湧是指當水頭差過大時，地下水沿著預壘樁間之接縫自側面滲透，並帶走細顆粒，形成流通的管道，乃由水力梯度驅使。所謂砂湧則是指地下水浮力克服開挖面砂土層的自重時，砂土顆粒隨水上湧，形成類似沸騰的現象，這是由浮力導致的破壞模式。前者發生於預壘樁之間(圖8)，後者發生於開挖面底部(圖9)。

由施工中照片顯示，似乎以上二種現象皆曾發生，而以管湧較為顯著，管湧一旦遍地開花，不可收拾，甚至發生嘩啦嘩啦的水流。不論管湧或砂湧均可造成鄰房基礎土壤流失。土壤一旦流失，原坐落在土壤上面的鄰房就會發生不均勻沈陷(此時鄰房發生裂紋)，但若掏空面積甚大，超過重心位置，就會引起承載力不足而傾倒 (如圖7a)。

圖7a  滲流造成掏空，導致鄰房倒塌。		圖7b  管湧逐漸向源頭淘刷， 管流路徑越來越短，FS越來越小

砂湧或管湧的安全係數為滲流在土壤中的路徑除以內外水頭差(Head Difference)。因此滲流路徑越短，安全係數越小；此外，內外水頭差越大，安全係數也越小。一旦管湧發生，滲流水在土壤中的路徑就會越來越短，不斷向滲流源頭掏空、侵蝕，因此安全係數會越來越小。(圖7b)

因止水樁之效果不佳且長度不足，在預壘樁之間的接縫處造成原設計滲流路徑減少(原假設滲流繞至17m椿底再向上發展)，因此設計上有值得檢討之處。建設公司的總經理稱水位突然上升了3m，因此水頭差就多了3m，的確有不利的影響，但此並非事實。事實上設計時假設水位在地表面以下1m，因此水位上升應該是在設計的考慮範圍內。

圖8 滲流自排樁隙縫中流入開發挖區 (即管湧)，掏空了建築物下面的基礎。		圖9 開挖面底部發生砂湧現象

四、搶救措施檢討

據聞管湧發生了兩、三天，施工單位並未立即採取適當措施。後來情況越來越嚴重，乃採取緊急注水灌砂，希望能夠平衡內外側水壓，但時間上已來不及。一旦承載力不足破壞是任何補強工法都無法挽救的。

茲自學理上檢討搶救措施的合理性： (1)砂湧：對自底部上湧的流砂而言，及時填土灌水加重，可以減少水頭差和增加滲流路徑，因此若及早處理可以增加抵抗的安全係數; (2)管湧：自預壘樁接縫處流出來的細砂，因為管路已經形成，滲流水在土壤中的路徑會越來越短，此時填砂無效，灌水雖然可以減少水頭差，但除非開挖區水位已灌至管湧路徑的頂端，恐怕也緩不濟急。但在滲流發生的初期，管湧流速頗小時，若能從牆外緊急灌漿，加強止水椿之功能，自源頭處封鎖滲流，或許尚有一些希望。

根據文獻 (駿馳工程公司，2023)，隨著灌漿技術的發展，二重管灌漿工法(Dual Pipe Grouting Method)搭配超瞬凝化學漿(SSA)或超瞬凝化學水泥漿(FLW)，或一徑式熱瀝青灌漿工法搭配適當種類瀝青材料，可以有效控制漿材在2~10sec內達到14000cps黏滯度，迅速封堵湧水路徑同時加固周邊地層，提升了開挖湧水封堵成功率。但在後期，一旦形成穩流，管湧路徑發展完全，任何工法恐無濟於事矣。

五、本案的教訓

1.本建案為危老都更，基地僅九十七坪，規畫興建地上九層、地下二層，共十六戶，規模甚小。加上地質條件相當差，是康熙年間的台北湖沉積。若要避免開挖時產生破壞，在規劃上必須謹慎。在理想情況，本案之擋土結構需採用連續壁才能防止地下水入滲。惜因巷道狹窄、地基狹小，且鄰房貼近，無足夠之機具施放空間，若無法採用連續壁，則需考慮其他擋土措施水密性不足、可能造成湧水之風險，因此若能在規劃時將地下室改為一層，開挖面皆在黏土層，則不致發生湧水災變。

2.若必須採用2層地下室，則預壘樁需用雙層(Overlap Piles)或切削密接式，且止水樁需延長至預壘樁底部以下，並需謹慎施工以確保水密性。

3.本案原設計開挖深度為9.3m，目前只挖到6.4m即已出事，顯見砂湧安全係數嚴重不足。雖然不敢確定原設計是否都符合設計規範，但僅依照現行設計規範亦恐有不足。

4.此災變原因係湧水造成，因此即使增加預壘樁之寬度、增加內支撐強度或採用逆打工法，若無法增加水密性，恐均無助益。

5.本案自發生滲流至採取行動已歷經二、三日，貽誤戎機。監測資料若未有精通土壤力學學理之技師和豐富經驗之工地主管在現場，第一時間及時採取行動，再多的監測資料未必有用。

6.目前深開挖案審查多僅要求一位大地技師或大地相關教授一名參與，恐有不足。宜改為要求2位以上大地背景委員參與審查。

7.我國建築物基礎構造設計規範僅針對水密性良好的擋土壁體(例如連續壁)提供砂湧(Boiling)檢核公式，並未針對水密性差的預壘樁、鋼軌樁、H型鋼樁等擋土壁提供管湧(Piping)之檢核公式，當然也無規範值可依循。實務上施工承商常在壁外、甚至基地外鄰房側自行袪水，以平衡內外水頭差，不啻對鄰房又增加了袪水沉陷的風險。

參考文獻

●  新北市三重區新海段805,806地號等兩筆土地新建工程地基調查報告書，和盛工程顧問股份有限公司，2023。

●  建築物基礎構造設計規範，內政部營建署，2023。

●  深基礎開挖湧水低壓灌漿封堵案例分享:二重管工法湧水封堵技術，駿馳工程公司，2023。