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

對花崗岩或安山岩等類型地質的基樁施工,筆者早期於台北故宮鄰近建案施築圍堰等深開挖區域,都可以看到以潛孔氣錘工法DOWN-THE-HOLE HAMMER鑿入岩盤的例子,晚近對溫泉鑿井打入岩盤動輒上千米,就非它莫屬了。近來有機會觀察到外島於花崗變質岩的地層中,施作海域基樁,其中運用到潛孔氣錘工法,由於海域地質多變,伴隨著硬夾石英瓷土,本文茲就如何於海域以潛孔氣錘工法、鱷魚夾及沖洗設備的綜合運用來克服困難,略敘一二。

潛孔氣錘工法DOWN-THE-HOLE HAMMER

潛孔氣錘(潛孔錘)工法是對付花崗岩(花崗變質岩或安山岩等超硬火山基岩)的利器,主要構成部分包括:

(一) 潛孔鎚DOWN-THE-HOLE HAMMER
本工程引進可縮式潛孔鎚由韓國出品,以氣壓帶動鑽頭旋轉切削頭並以氣壓將岩石碎屑沖出管外,其鑽掘速率決定於岩盤強度、空壓量及鑽頭bit 高鎢碳鋼強度及旋轉速率,岩盤強度愈硬,轉速相對調慢。

()  鑽頭切削bit

為岩盤掘進利器,多採用超硬碳化鎢合金鋼,3片切削bit可縮式,配合轉速以最低磨耗、最佳進尺為目標時,鑽頭齒珠之規格、材質、均關係到施工成本與施工進度,至為重要。

(三)  空壓機及空氣儲存槽

潛孔鎚鑽為汽壓帶動,鑽掘速率與氣量、氣壓與潛孔鎚之尺寸及施工流程有關,本工程使用5部750 CFM空氣壓縮機(含一部備用),產生之氣量同時輸入空氣儲存槽,工作壓力約為16kg/cm2,帶動機組進行工作,其中7~10 kg/cm2之壓力為鎚鑽使用,其餘之壓力做為噴出岩碴之用。

  實務上,鑽桿與鋼管樁之間的間隙應維持12-15mm,間隙太大則浪費空氣量,導致氣壓不足,無法吹出錘碎之花崗岩削。太小則花崗岩削會塞管,皆非所宜。

 

 

潛孔氣錘工法工序

(一) 海域H鋼樁架定位

 

H400*400mm)鋼樁使用震動樁錘打入海域海床,運用鼻桶架定位,鼻桶架下焊標桿,測定高程,以利控制鋼管樁打設位置及樁頂高程,由於可縮式潛孔鎚將比鋼管樁底部深12cm,以上細節都要考慮,以達到樁頂高程±5cm以內。

()置入鋼管樁以鱷魚夾夾出雜物及堆積層

以震動樁錘置入鋼管樁,海床0-4m間吊車配合鱷魚夾置入鋼管樁徑內,夾取鋼管樁內部淤泥及雜物大者如掉落之防舷材,直至硬土層為止。

(以氣動錘工法(潛孔錘機組及高壓空壓機)鑽入花崗岩層

以潛孔氣動錘工法破碎硬土層或岩盤以達設計之深度,潛孔錘機組由潛孔鎚、鑽頭切削bit、空壓機及空氣儲存槽等,鑽設過程中配合高壓空壓機將鑽碎之細小岩粒由空隙中自鋼管樁徑內排出,直至打設入岩盤深度(H2m)為止,入岩2m 故障除外,一般需時23-41分鐘之間。

(四)植樁

鋼管樁入岩盤至設計深度,管徑內更換特密管自鋼管樁底部澆置混凝土砂漿,後徐徐拉升整樁再使其震動下壓至設計高度,完成作業。

 

沖錘設備之運用

在火山地層風化過程中,不可避免發育成瓷土質混雜直徑0.5-1.2mm 石英結晶粒子,於地層層積未受擾動下,質地堅實 N≧50,這種地層並不適用可縮式潛孔鎚,因為受擾動後之瓷土質混雜石英結晶會填實3片鑽頭切削bit,將導致鑽頭切削bit無法縮回,致使潛孔鎚無法拔出。

 

沖錘設備之運用衝錘,以高壓空氣衝出海水夾泥,其衝錘重量及是否有焊切削刀,是為衝錘進尺的關鍵。施工作業中噴發的水柱,謂為奇觀,與未遇瓷土質石英結晶硬土層需增加約0.58/每支。


結論

在花崗岩或安山岩等類型地質施作基樁,以潛孔氣錘工法DOWN-THE-HOLE HAMMER鑿入岩盤,同時發展出鼻桶架定位、對雜物夾取運用鱷魚夾及瓷土質中混紮石英結晶硬土層發展出中沖錘設備的綜合運用,來克服困難,係工程實踐中是一個成功案例。

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