他山之石

冰凍工法災變案例(三)凍脹對地面變位的影響

姚義久技師

工程概要與發生災變狀況 

本工程係在電纜線接合部分約11m區間，將既有的潛盾圓形剖面擴大為馬蹄形剖面時之冰凍防護，如圖1（a）所示，自潛盾內預埋冷凍管成放射狀，俾形成紡錘形的凍土。施工現地位市區道路下方，旁有渠道與國道擋土牆以及填土相互平行。施工要求所有作業自潛盾內進行，不可妨礙交通。

圖1 在既有潛盾接合部分之冰凍工法施工概要

施工中地面發生超乎預測的變位（凍脹），路面發生龜裂。圖2所示者為地面變位之縱剖向以及平面分布。凍土形成量最大的中央部分，其最大凍脹量為95mm，經強制解凍以及灌漿之後，其最後下陷量為＋15 mm（比冰凍前之地面上浮）。再者，規劃時之預測值，凍脹量為16mm，下陷量為－23 mm。

災變原因

在砂層及礫石層不會發生凍脹，但在含細粒成分的粉土、黏土及壤土層等則會發生凍脹。因現地條件的不同，在冰凍過程中，有時因吸入未冰凍內的水，故所產生的凍脹量，會大於由原有含水量推估的凍脹量。在事前的土壤調查，地盤幾乎為砂層，預估凍脹率（冰凍後膨脹的容積與原有土壤的容積之比）約1％，對地面的影響極微，因而開工。但其後在現地地盤，採試樣做凍脹試驗，確認了實際的冰凍範圍之地盤，黏土成分含5～12％，凍脹率遠超乎預估值之3倍。而對地面的影響範圍，由於也發生在比預測的範圍更小的範圍之內，故凍脹量集中在此小範圍內而變大。

圖2 地面變位狀況

因應措施

地面或地下有重要結構物時，可考慮採取以下措施。

1.若挖槽溝可使地下埋設物外露時，則以此行之。

2.自潛盾內，利用斜向鑽孔採取形成凍土之外側的試樣。

本案例由於對上方市區道路之實際影響輕微，又對鄰近國道毫無影響，故未採取特別之措施。再者工程完成後，僅在市區路面之龜裂部分，以瀝青重新鋪面。

獲得的啟示

即使是砂地盤，但若含有細粒成分時，必須依其細粒成分的含有程度，考慮凍脹問題。若附近有重要結構物，擬精確預估凍脹以及下陷時，應仔細確認其土質，若屬可行，宜事前施行室內之凍脹試驗。此外，在淺處的砂層，冰凍對地面的影響範圍，時而集中於局部的狹小範圍，此點須特別留意。

參考資料

姚義久（2006）。地盤冰凍工法理論與實務，現代營建雜誌社。