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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○七年八月四日

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本期主筆:賴建宏
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

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 ()

          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

 

1 基本群聚鑽掘機頭組成機制 ( )

 群聚鑽掘桶狀管結構外觀 ()

 

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

   

可設計的 CLUSTER DRILLS (DTH)

底板 [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。

   
4  CLUSTER DRILLS (DTH)  群聚潛孔錘[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)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 [1]:感謝范傾慧先生提供。

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