建築工程深基礎開挖

湧水封堵及低壓灌漿應用（上）

陳建民  技師

駿馳工程公司 李明書、劉益宏 副總經理

摘　要

都會區建築物多層地下室設計已成為目前建築結構的主流，開挖過程萬一遭逢開挖面湧水，不但造成工期延誤，也可能對於鄰近道路及構造物，形成破壞或引發工安事故。開挖湧水形成的原因很多，解決方式各有不同，利用適合的低壓灌漿技術，進行湧水封堵及周邊地層改良，可以同時達到止水及降低地層擾動等目的。本文針對適用基礎開挖湧水治理技術進行介紹，並提出低壓灌漿應用案例作為參考。

一、前言

隨著都會區地下空間需求量激增，基礎開挖日益加深，相對衍生出許多工程挑戰，基礎開挖湧水即是其中一項。所有工程在施工前，必定經過詳盡地質調查及規劃設計，但礙於地質條件的不確定性，基礎開挖湧水事件，仍時有所聞。基礎開挖湧水，在施工程序中雖歸類於突發工程事故，但因其可能造成重大工安事故及社會危害，施工前的妥善應變規劃、營造單位的處置方式，及執行單位的實務經驗，便成為災害處理成功與否的關鍵要素。

傳統作業觀念中，遭遇基礎開挖湧水的應變方式，常採用增加點井降水、高壓噴射注漿封堵，或LW速凝水泥漿擠壓灌注等方法處理^[1]。但因為造成湧水的原因及產生性狀不同，傳統處理技術可能不是最有效、省時、經濟的方式。隨著工程科技的發展，灌漿工法、機具設備及灌漿材料，已經有了大幅度的演進，特別是低壓灌漿技術及新型化學藥劑的搭配運用，提供了較小地層擾動條件下，達到湧水封堵、地盤改良等工程需求的更佳選擇。

圖1 基礎開挖湧水淹沒地下室		圖2 基礎開挖湧水(約位於GL-20.0m)

二、基礎開挖湧水形成原因與解決方法

（一）形成原因

常見造成基礎開挖湧水的原因，有以下幾類：

1.開挖面下擋土設施存有瑕疵，形成透水路徑^[2]。

2.地層變異過大，開挖面局部上舉力破壞，形成低透水性封堵層破裂管湧。

3.地層夾埋封堵不完全的管件、鑽探孔、降水井、古井或腐木等異物，形成透水路徑^[3]。

4.基樁(壁樁)、中間樁、逆打樁或降水井側向封堵不完整，造成湧水孔隙。

5.降水井(解壓井)抽水泵故障或斷電，造成砂土層管湧或低透水性封堵層上舉破壞^[4]。

6.人為擾動，如開挖後增設基地內降水井、高壓噴射灌漿等，造成低透水性封堵層穿孔。

7.天災、工程延遲等因素，造成開挖面潛變隆起，形成低透水性封堵層裂隙。

近年來由於工程管理及規劃設計日益嚴謹，設計疏失造成開挖湧水的情況逐漸減少。但由於無法預期的地層夾埋及封堵不全造成開挖湧水情況，反而時有所聞。特別是舊屋拆除、新建多層地下室建築的工程項目，常因早期基地內設置的抽水井管(古井)或地層鑽孔，造成地下室開挖至舊有建築基礎高程下方時，突然發生局部湧水現象，形成施工危害。

圖3 地中舊有鑽探孔造成基礎開挖湧水		圖4 地中舊有管件(古井)夾埋造成基礎 開挖湧水

（二）解決方法

解決基礎開挖湧水的方法，須依照湧水成因選擇適當封堵方式。工法選擇時，亦須顧及後續開挖及基礎施工等特性，避免復建工作進行時，湧水情況再度發生或造成工作不便。目前常用的開挖湧水封堵方法，分別敘述如後：

1.加強降水^[5]、[6]

在基地內、外增設降水井(或解壓井)，以降低基地內地下水位方式，解除或減緩開挖面湧水問題。加強降水方法，適用於開挖面下為有限水補給地層，在鄰近設施密集的都會區，運用加強降水處理時，須提升周邊設施沉陷監測頻率，同時考慮鄰近市政排水系統負荷能力。

2.高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿採用土壤置換方式成型，對於地層具有擾動性。在地下水持續湧出條件下，容易造成水泥漿析離流失，形成湧水狀況加劇的反效果。高壓噴射灌漿搭配速凝水泥漿材，適用於湧水壓力及流量較小的樁側補充灌注、存在瑕疵擋土設施外側止水隔幕成型等狀況，對於承壓水層大量湧水情況，封堵效果較差。

3.低壓灌漿

早期低壓灌漿封堵，多採用一徑式灌漿工法，搭配LW速凝水泥漿，對湧水位置進行填充、擠壓封堵。但因為速凝水泥漿液的固化時間略長，且固化時間不易控制，當遭遇出水量較大時，漿材固化前常會被析離或沖散，無法達到封堵效果。此外，速凝水泥漿屬於懸濁型漿材，在地層中滲透性較差，注入地層後常因無法均勻分布，導致改良後地層止水加固成效不彰。

隨著灌漿技術的發展，二徑式灌漿工法(二重管灌漿工法)及熱瀝青灌漿工法，可以在短時間內達到漿材固化效果，迅速封堵湧水路徑同時加固周邊地層。茲針對開挖湧水低壓灌漿封堵技術，介紹如後。

三、低壓灌漿封堵技術^[7]

低壓灌漿，通常指利用灌漿設備，將出口壓力小於4000kPa的適當漿材，注入土壤中或岩層縫隙，以滲透、擠壓、劈裂、填充等方式，達到地層加固、湧水封堵或降低地層滲透係數的單一或複合目標之工程行為。採用低壓灌漿技術時，需要隨時監控灌漿壓力及漿液流量(流速)，以避免漿液對於地層造成過度劈裂、抬昇，或對本基地周邊地下設施，如鄰房地下室外牆、地下連續壁、洞道、箱涵、管路等地下結構，造成過度擠壓。此外，於可能存在裂隙的地下結構附近，進行灌漿作業時，需要特別注意各項監測數據，一旦出現急遽壓力或流量變化，極可能發生漿液流入地下空間情況，應盡快暫停灌注作業，查明原因，以防止損壞既有地下結構功0能。

（一）低壓灌漿技術分類

低壓灌漿，依照其使用條件及目的不同，運用的機具設備、執行方式及使用漿材，也存在較大差異。規劃時必須依照工程條件，選擇適當的灌漿技術搭配運用，方能得到預期目標。常見的低壓灌漿工法，及其優、缺點與適用範圍，如表1所示。

表1 常用低壓灌漿工法^{[8]、[9]、[10]}

（二）漿材用量^[11]

低壓灌漿漿材用量，常採用下列公式進行估算，但因為現場地質條件複雜，相關參數得參考既有文獻資料及設計人員累積經驗訂定。應特別注意的是，分析計算後的灌注量僅為估算值，實際使用量應透過現場試灌或分次灌注後，依據現場監測數據適當調整。

四、基礎開挖湧水低壓灌漿封堵應用案例

（一）現場描述

本工程位於都會區精華地段，基地面積約947m²，建築物規模地上19層、地下6層，基礎開挖深度GL-23.25m，採用逆打工法施工及樁筏基礎，搭配加強扶壁設計。當建築物開挖至接近基礎底面時，鄰近降水點井及地中壁周邊，發生4處湧水現象，湧水量約20.9m³/小時。因為出水中夾帶細砂，為防止地層發生掏空現象，同時保護上部已完成的地下室設備，營造單位緊急採用注水及加強開挖面下點井降水方式，維持動態水壓平衡於GL-19.5m高程位置，同時召集專業廠商，研討湧水封堵工作。

圖6 地中壁周邊湧水、湧砂		圖7舊有地中井管湧水

（二）地質條件及地下水位

基地所在位置屬於沉積地層，根據本工程地基調查報告書所列資料，地表下共分10個層次，GL-39.67m以上主要為黏土、粉土及中細砂互層，以下為蘊含承壓水的高滲透性卵礫石夾中細砂層。開挖範圍平時地下水位約GL-3.0m。相關本基地簡化土層參數表，如表2所示。（未完待續）

表2 基地簡化土層參數表

* 標示為常用經驗值。