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 (中)

          梁詩桐  技師

群聚鑽掘工法

CLUSTER DRILLS (DTH) 群聚鑽掘工法，對岩石單壓強度(UCS)100 to 200MPa、或強度超過之岩盤，都是一高效率的鑽掘機具。

群聚鑽掘鑽頭總成，是以動態組合多個尺寸不同的潛孔錘down the hole(DTH)hammers，組合成一個群聚體(即基樁外徑)，外罩以圓型鐵桶組成，動力來源是多台空壓機及平壓桶，提供鑽頭衝擊旋轉動力，基本群聚鑽掘機頭組成及工作原則，詳圖1。

圖1 基本群聚鑽掘機頭組成機制 ( 左)  群聚鑽掘桶狀管結構外觀 (右)		圖2  潛孔錘down the hole(DTH) hammers 施工直徑600mm的鋼管樁

CLUSTER DRILLS (DTH)群聚潛孔錘鑽掘工法，對堅硬的岩盤最有力，對軟弱岩盤效率會降低，尤其是岩石單壓強度(UCS)100MPa以下的岩盤並不適用，因為軟弱岩面經衝擊後，會產生一層軟弱黏質層，附在齒珠與岩盤基質間，產生阻尼現象，耗弱進尺效率，嚴重會停止運轉，不可不慎。

各別潛孔錘的活塞衝擊所產生的垂直力V遠大於世界上任何其他樁錘所產生衝擊力，而旋轉的扭力M，並非鑿裂岩體的關鍵因素，而且磨耗齒珠換置，也非常簡單及快速，它僅靠本身鑽頭重量就可運轉，不須額外加載。

隨著基樁鑽掘尺寸的加大，空壓機的需求相對增加，因此最有成本競爭力與基樁口徑之間，就有其極限。

筆者曾在金門料羅港區，以潛孔錘down the hole(DTH)hammers 施工600mm直徑的鋼管樁，貫入變質花崗岩，平均深度約3m (技師報第708期，於花崗變質岩與硬夾石英瓷土糾結下的海域基樁工法 -潛孔氣錘工法、鱷魚夾及沖錘設備的綜合運用 )。

群聚鑽掘工法的優勢與危機

1. 可設計的群聚潛孔錘，適用不同基樁直徑及地質條件

各別潛孔錘大小及齒珠尺寸選用及排列，對不同花崗石基岩的最佳掘進率起了決定因素，變鈍的齒珠增加與岩盤的接觸面積，將使切削後的岩盤，削變成粉末，多於產生新的切削屑，降低進尺率。仔細的檢查齒珠的磨耗或撕裂狀態，早期將造成磨耗齒珠的因素，指向下列因素：

(i)    減少鑽頭衝擊速度及降低進尺率

(ii)  明顯細小切削屑增加

圖3  可設計的 CLUSTER DRILLS (DTH) 底板 [註1]

2. CLUSTER DRILLS (DTH)群聚潛孔錘鑽掘操作性

1)  空氣壓力及氣體量

空氣壓力將主動開啟潛孔錘的引擎，並啟動潛孔錘的垂直壓力，在最佳空氣壓力下，潛孔錘每分鐘上下跳動達數千下，到最高的 4MN/min，要了解空氣壓力在水中作業會減弱，因此在水中作業時，保持管線盡量短，因為管線內部，會有摩擦力產生。

2) 充足的空壓量

充足的空壓量，可以把鑽頭齒珠鑿削下的切削屑，由孔底經由環形管帶到碎屑籃暫存，由於成粉狀切削屑的阻尼因素，比原物質大得多，一般切削物，必須藉由高速的氣體，對有效率鑽掘機制下有效移除並吹出，不充足的氣體不能適當地清潔孔底，而鑽頭會磨碎切削物成粉狀，逐漸地鑽頭就無法貫穿壓密層，因而不能再被吹出的粉層，最後鑽機貫入機制會停止，而不能再正常進行。

3) 鑽頭底板設計重要性

鑽頭底板設計，要獲得最佳進尺，就非常重要，鑽頭設計底板形狀，應該利於將切削物輸送到邊緣，經由桶邊的環形管，吹到位於鑽頭頂部的取岩桶，鑽頭底部越快清潔，新的切削物會不斷產生，鑽頭進尺會繼續正常進行。

3. CLUSTER DRILLS (DTH)  群聚潛孔錘鑽掘工法的危機

1)技術上的危機

群聚潛孔錘鑽掘最大危機，是因用不當參數設計群聚組件，並確認鑽孔底部是清潔的、水平的，且群聚潛孔錘桶是垂直正確的，一旦岩盤面傾斜，潛孔錘需要特殊設備去做改正，一旦無法改正到垂直鑽掘，導致鑽掘失敗，這點十分重要。

三明治式的硬、軟岩層或夾雜土壤，也會導致群聚潛孔錘鑽掘停頓，一旦鑽孔歪斜，唯一方式以混凝土回填，當強度達到單壓強度50Mpa後，再重新啟動鑽掘作業。

2)環境汙染的危機

群聚潛孔錘吹出的磨碎切削物，是造成環境污染最大的因素，郊外施工的影響相對比都市輕微，當然粉塵對環境及健康，都會造成威脅，如何抑低汙染危害都是重要課題，通常採取以下措施是有相當效果：

　   i)      在水中鑽掘試著對應適當空壓以減少掘進率，以抑低粉塵量的產生，因此在水中的鑽掘進尺率，一般不應高估，對汙染有兩個對策。

        ii)    使用集塵器；集塵器可以抑低灰塵，因為經常要移除灰塵，會導致掘進率降低，群聚潛孔錘的噪音程度比得上一般鑽機的噪音量不相上下，在震動方面顯示比相關法規要求為低。

圖4  CLUSTER DRILLS (DTH)  群聚潛孔錘[註1]

CLUSTER DRILLS(DTH)在金門塔山棧橋，基樁1000mm直徑施工百家爭鳴中，獨佔鰲頭，完成任務。

單個潛孔錘工法在料羅碼頭改建直徑 600mm鋼管樁施工中，表現優異。

當結構(建築)物朝向高層或巨積發展，基礎地質如遭遇花崗岩或玄武岩等基性高UCS 的基樁打設，反循環鑽掘工法 Reverse Circulation Drilling (RCD)或CLUSTER DRILLS(DTH)群聚潛孔錘鑽掘工法的抉擇，就顯得異常重要，關乎施工成本與工期的抉擇，寧不慎乎。

待續

參考 [註1]:感謝范傾慧先生提供。