淺談金門花崗岩基樁工法

順訪金門大橋深槽區大口徑基樁施工 (上)

梁詩桐  技師

花崗岩中大口徑基樁的愛恨情仇

在約一億五千萬年前，一個鮮為人知的伊邪那岐板塊，慢慢侵入古華南地塊，經過噴發、張裂、變質、沉積，金門島在古地塊邊緣的斷裂帶獨立出來，經過沖刷、侵蝕、沉澱，經過最後的冰河期後海水上漲，金門島被孤立出來。

金門島主要基盤是花崗變質岩，在張裂過程，花崗變質岩張裂縫，被輝綠岩入侵或被石英岩脈晰出，在海岸清晰可見，可見金門地質的變異非常大。

在本島火山噴發地區(如台北市士林、天母 )或玄武岩露頭地區，岩石單壓強度高；在離島地區海域中，花崗變質岩的強度不但高且具多層次的覆(間有瓷土及珪石)土層，更難捉模。由於本島或離島建設，漸朝高樓、大型結構發展，對花崗岩大口徑基樁工法，就有深刻了解的必要，不論在陸域或海域施工大口徑基樁，特別是高強度如輕度至中度風化的花崗岩，往往在岩石單壓強度 (UCS) 大於100 Mpa，慎選施工機具變成一門顯學。

晚近適用於花崗岩大口徑基樁工法，主要在鑽頭對岩盤解裂機制，歸納為壓磨或鑿擊兩大類。

壓磨類，以反循環鑽掘工法 Reverse Circulation Drilling (RCD) 為代表；鑿擊類，則舉潛孔錘工法(DTH)Down-The-Hole Hammer。DTH潛孔錘工法，又分為單錘與群聚組合兩類，單錘適用1,000mm直徑以下的基樁，CLUSTER DRILLS群聚潛孔錘鑽掘工法適合直徑1,000mm 以上可達直徑2,000mm最適。業界稱；以CLUSTER DRILLS 群聚潛孔錘鑽掘工法，1,500mm直徑鑽掘進度功效最佳。

在金門塔山電廠輸油棧橋1,000mmΦ鋼管樁基樁，也試過十八般武藝，最後採用群聚潛孔錘鑽掘工法完成，筆者在料羅港棧橋碼頭施工600mmΦ鋼管樁基樁，以潛孔單錘鑽掘工法施工亦順利完成。金門大橋深槽區2,500mmΦ全套管基樁，採用RCD工法，如能順利完成，就會增加金門花崗岩中施工實績，以下分別介紹以 Reverse Circulation Drilling(RCD)與CLUSTER DRILLS群聚潛孔錘鑽掘工法(DTH)兩種工法：

反循環鑽掘工法 Reverse Circulation Drilling (RCD)

RCD鑽機是適用於大口經基樁(1,000-4,000 mmΦ)，特別是堅硬岩盤，硬岩鑽掘單壓強度75~250 Mpa，世界各地尤其是堅硬岩盤，深度(H)大於 50m之海域施工，RCD戰功彪炳。

RCD鑽機串是夾裝在外套鋼管頭，也稱:套管頂置鑽樁機套，所以外套鋼管是以全套管施工或螺旋鑽桿施工，把覆土層上的軟土質或風化岩層洗出。

RCD可稱為氣壓攜升[air-lift]法，與一般反循環樁不同，以水循環帶上切削泥塊，以高壓氣經中央管打入高壓，經切削頭上方噴出，帶上切削後碎料，削後碎料經另一管帶上，經過篩後循環使用，可以降低內管的水密度，啟動循環水、氣、切削混合料，經由鑽管進入儲存槽過濾，使用RCD系統，有效率、安全，對環境友善的解決方案。

Clamping Device管頭鉗箍，崁入鋼管外套管，方便RCD鑽機的穩定與運作，管頭鉗箍設備是2點絞接油壓，環形力量設計，可以讓承受RCD鑽機全部力量穩固並容易拆解，避免鋼管變形，鋼管要有充分足夠的厚度。

1. Power Pack能量供應總成

Power Pack能量供應總成，將鑽機引擎所需產生電力、馬力轉速、氣壓量、油壓輸出、pump等整合到一整體供應，於工區或海上施工便捷。

2. Drill String 鑽機總串

圖3  Drill String 鑽機總串[註2] 

RCD鑽機總串，由下而上總成，包括：鑽頭、BHA 鑽桿穩定器(下)、鑽桿頸圈、BHA 鑽桿穩定器(上)、十字轉接管、法蘭接頭空氣上昇鑽桿(配鑽桿穩定器)等構成。

所以RCD工法又稱pile top drill樁頂鑽掘工法，一串鑽管夾雜各式穩定器，利用鑽桿帶動鑽頭以旋轉、推刺及自重為切削機制，強力切削岩盤，以氣壓由副管打入鑽頭底部，經混合切削岩削碎粒，混合水由鑽頭底部吸口吸入，由主鑽桿上升排到過篩槽中，經篩出粒料後運棄，餘水經反循環再由副管注入鑽頭底部，循環使用。

3. Drill Bit 鑽機切削頭

圖4   Drill Bit 鑽機切削頭[註1]

切削頭的選擇型式、數量、排列角度: 依岩盤性質、深度及強度選擇，成本考量是一個重點，細部切削頭分成：齒輪式鑽刀切削頭適用硬土及中硬岩層；齒珠紐式鑽刀切削頭適用中硬及硬岩層；碟式鑽刀切削頭尖端龕有金剛鑽，適用硬及非常硬岩層。

鑽機鑽刀切削頭使用(研發)特性

1. 減少磨耗率、增加使用年限

2. 增加鑽掘進尺率、提高使用效率

3. 降低總成本及節省工作時間

鑽機各式切削頭[註1]

RCD鑽頭功率

RCD的鑽掘效率，絕大部分落在切削頭的耐磨、硬度高性能的提昇，當然RCD鑽機進尺效率，除了地盤花崗岩岩石單壓強度(UCS)外，還有岩石破裂角度、節理數、以及鑽頭齒珠材料本身的張力強度、磨擦度、剪力強度、磨耗度等，總和表現在岩盤可鑽掘度及鑽頭工具的耐用度。

選擇RCD工法的優勢在於：

1. 鑽桿連結頭快速及有效率。

2. 為增加進尺效率，可以在鑽桿增加壓載物提昇效率。

3. 接合鑽管或抽引鑽管以自身機具運做，不須另外吊車吊裝。

RCD工法在金門大橋深槽區大口徑基樁施工中，任重道遠。

（未完待續）