深開挖經驗分享
程鏡羽 技師
隨著近年施工方法與技術的進步,建築案的開挖深度,相較於過去已不可同日而語,本篇以筆者親身經驗,與各位先進分享深開挖施工遭遇的問題與解決方案。
本建築案為地下8層、地上32層之SRC建築物,面積約1844平方公尺,開挖深度至GL-28.8m。基地四周擋土壁採用厚度1.2m、深53~58m連續壁。因鄰近捷運板南線,連續壁與軌道環片淨距最小為10.67m,在施作連續壁時,於基地內同時構築數十道扶壁與壁樁,厚1.5m、深58m,加強連續壁內支撐力量。
為避免開挖中因地層受壓水之影響,而產生砂湧、管湧、上舉等現象,對鄰近之捷運地下隧道造成影響,本案進而採用封層止水計畫、臨時抽排水計畫。另外於車道挑空區,增加水平向車道梁支撐連續壁,防止壁體過度變形。以下分別介紹這三個計畫:
一、封層止水計畫
開挖前以二重管雙環塞灌漿工法施作封層止水,灌注懸濁型與溶液型漿液固結土層,以降低原土壤之透水係數K。另於隧道側追加保護灌漿,待開挖中監測狀況,檢討後續相關行動。此計畫分三次灌漿:第一次為鑽孔拔除套管前灌入封堵材以固定外管,第二次為CB漿填充地下空洞、軟弱部、水路等大間隙,第三次為MK漿填充較小空隙。各材料表列比較如下:
| 封堵材 | CB漿 | MK漿 |
材料配比 | 1. 水泥:150~250kg | 同封堵材 | 1. MK水玻璃:250L |
(每1000L) | 2. 皂土:20~60kg | 2. MK反應劑:30~65L |
| 3. 水:剩餘 | 3. 水:剩餘 |
凝結時間 | 未要求 | 無一定凝結時間 | 約60min |
灌注量 | - | <15L/min | <12L/min |
最大灌注壓力 | - | 3~5kg/cm2 | 1~2kg/cm2 |
灌漿工期 | - | 共20日,一日約38孔 | 共29日,一日約26孔 |
二重管雙環塞灌漿工法,特點有較為均勻的於計畫範圍灌注灌漿材料、可沿灌注外管上下選擇任意灌注位置、並能於同一位置灌注不同種類材料。
本案改良土層厚達3m,為於GL-32~-35m。連續壁周邊採1*1m配置;中間採1.5*1.5m配置,總計763注入孔。鑽孔工期44日,CB漿灌漿工期20日,MK漿灌漿工期29日,總工期100日。改良目標K<5*10-5cm/sec,全區最高為2.54*10-5cm/sec,平均5.5*10-6cm/sec,改良效果甚佳。
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圖1 第九挖(GL-28.8m)現場土質情況, 地表無受壓水冒出,地改品質良好。 | | 圖2 封層止水現況 |
二、臨時抽排水計畫
為確保開挖時施工安全,本案於開挖區內設置9口祛水井與10口解壓井進行降水,排除進入工區內之地下水,降低開挖面下方之地下水壓,防止開挖時產生上舉破壞。
名稱 | 直徑 | 深度 | 位置 | 數量 | 開挖工期 |
祛水井 | 16” | 85M | 連續壁內 | 9口 | 平均8~9日 |
解壓井 | 8” | 48M | 開挖面內 | 10口 | 平均3日 |
本案基地簡化地層參數表如下:
開挖前地下水位位於GL-6m,祛水井進行景美礫石層(GL-55.1m以下)祛水,將基地外原地下水位降至GL-11.94m以下,減少內外水壓差。
開挖階段 | 開挖深度 | 界面水頭 | Uw | ∑γihi | FS | 檢核結果 | 需降 | 預估抽 |
(GL.m) | (GL.m) | (t/m2) | (t/m2) | 水頭 | 水井數 |
1 | -5.3 | -6 | 49.1 | 99.67 | 2.03 | FS>1.2,OK | - | - |
2 | -8.8 | -6 | 49.1 | 92.77 | 1.89 | FS>1.2,OK | - | - |
3 | -11.7 | -6 | 49.1 | 87.15 | 1.77 | FS>1.2,OK | - | - |
4 | -14.9 | -6 | 49.1 | 80.96 | 1.65 | FS>1.2,OK | - | - |
5 | -18.1 | -6 | 49.1 | 74.61 | 1.52 | FS>1.2,OK | - | - |
6 | -21.3 | -6 | 49.1 | 68.21 | 1.39 | FS>1.2,OK | - | - |
7 | -24.5 | -6 | 49.1 | 61.81 | 1.26 | FS>1.2,OK | - | 1 |
8 | -26.2 | -6 | 49.1 | 58.41 | 1.19 | 需降水頭至GL-6.43m以下 | 0.4 | 8 |
9 | -28.8 | -6 | 49.1 | 53.21 | 1.08 | 需降水頭至GL-10.76m以下 | 4.8 | 8 |
依據上表顯示第八階段開挖需將礫石層水位解壓至GL-6.43m以下,第九階段開挖需將礫石層水位解壓至GL-10.76m以下,則上舉FS皆>1.2,避免基礎底板上舉破壞。
解壓井使基地內開挖面下松山層受壓水層解壓,防止基地內黏土層上舉破壞。上舉破壞界面深度(GL-32m),各開挖深度檢核如下:
開挖 | 開挖深度 | 界面水頭 | Uw | ∑γihi | FS | 檢核結果 |
階段 | (GL.m) | (GL.m) | (t/m2) | (t/m2) |
1 | -5.3 | -6 | 26 | 52.93 | 2.04 | FS>1.2,OK |
2 | -8.8 | -6 | 26 | 46.03 | 1.77 | FS>1.2,OK |
3 | -11.7 | -6 | 26 | 40.41 | 1.55 | FS>1.2,OK |
4 | -14.9 | -6 | 26 | 34.21 | 1.32 | FS>1.2,OK |
5 | -18.1 | -6 | 26 | 27.86 | 1.07 | 需降水壓至23.21t/m2(水頭GL-8.79m)以下 |
6 | -21.3 | -6 | 26 | 21.46 | 0.83 | 需降水壓至17.88t/m2(水頭GL-14.12m)以下 |
7 | -24.5 | -6 | 26 | 15.06 | 0.58 | 需降水壓至12.55t/m2(水頭GL-19.45m)以下 |
8 | -26.2 | -6 | 26 | 11.66 | 0.45 | 需降水壓至9.71t/m2(水頭GL-22.29m)以下 |
9 | -28.8 | -6 | 26 | 6.46 | 0.25 | 需降水壓至5.58t/m2(水頭GL-26.62m)以下 |
表中建議第五階段開挖,需開始將松山層受壓水層抽降,降低至GL-8.79m以下。
為了使開挖順利,增加10口抽水井,於每層開挖時,降低開挖面下的水壓至開挖面下1m。
祛水井開挖到撤場工期約103日,解壓井工期約40日,同時段亦有封底止水計畫。地改加上前置鑿井,總共約花了六個月時程,花費近七千多萬。
圖3 第九挖現況,開挖過程無上舉情形發生。圖中低漥處有水漥為開挖面水,利用抽水井促進開挖施工性。
三、車道挑空區水平向支撐梁
本案車道為弧形設計,緊鄰連續壁。車道與連續壁之間的挑空區高達22.7m,再加上該段連續壁靠近捷運板南線隧道,施工方建議應新增連結連續壁與車道梁的正交梁,傳遞壁體受力,減少連續壁變位,進而排除對捷運站體與隧道的危害。經檢討,各樓層新增三支正交梁(50*50),上下層主筋各5#8。
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圖4 正交梁鋼筋綁紮現況 | | 圖5 正交梁現場施作現況 |
本案採逆打工法,待澆置完當樓層樓板後再順打車道,施工上設計兩支假梁加勁,連接鋼柱與連續壁,預防開挖面與上一層樓板挑高過大。假梁經檢核配筋上層11-D25,下層6-D25,斷面80*45。
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圖6 支撐假梁現場組模情況 | | 圖7 支撐假梁拆模後,構築車道板時的現況 |
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圖8 支撐假梁施作情形 | | |
施工同時委託監控廠商,進行捷運隧道自動化監測,每兩小時更新數值。管理值與開挖中觀測最大值整理如下表:
開挖前安全管理值(已考量儀器誤差值) | 開挖中觀測最大值 |
監測項目 | 警戒值 | 行動值 | 危險值 |
建築物沉陷量 | - | ±4mm | ±8mm | ±25mm | -2.5mm |
隧道收斂值 | 上行線 | ±5mm | ±6.5mm | ±20mm | 2.2mm |
隧道水平位移 | ±4.5mm | ±5.5mm | ±10mm | 1.3mm |
隧道垂直位移 | ±4.5mm | ±5.5mm | ±10mm | -1mm |
隧道收斂值 | 下行線 | ±4.5mm | ±5.5mm | ±20mm | 2.3mm |
隧道水平位移 | ±4mm | ±5mm | ±10mm | 1.5mm |
隧道垂直位移 | ±4mm | ±5mm | ±10mm | -1.7mm |
建物傾斜計 | - | 1/3300 | 1/1500 | 1/1000 | 1/4125 |
監測結果顯示,隧道水平垂直收斂值、位移量、建物沉陷量與傾斜量,皆小於警戒值,可見上述各配套措施實行品質甚佳,無造成鄰房甚至捷運站體損害之虞。
本案為新北市建築案開挖深度最深、且相鄰捷運隧道之特殊基地。筆者有幸能參與施工過程,將書本所學與現地經驗整合。為使相關經驗能互相交流,以達拋磚引玉之效,筆者將現場經驗整理與各先進分享,盼能與各先進共同為施工技術共盡一份心力。