限高型連續壁工法介紹

 

壹、前言

地下連續壁工法(slurry wall),源於歐洲,從1920年德國Augst Wolfholz理論啟蒙,至1951年義大利發展成具體實用工法為止,歷經三十載,1954年後陸續推廣到歐洲各國,如:南美洲(1956)、加拿大(1957)、日本(1959)、美國(1962)...,台灣則在1971年,始由榮工處引進日本技術,運用於榮華大樓地下室工程,開創工法新頁,嗣後,各專業廠商陸續導入其它挖掘機種,使連續壁成為深開挖擋土結構主流,將國內開挖技術推向嶄新境界。

施工方式,採油壓式長臂掘削機作為開挖機具,開挖壁面以高分子聚合穩定液,包裹附著土體,施工時依核定單元分割圖進行開挖,依序吊放鋼筋籠、澆置混凝土、超音波檢測;本文以高雄左營鐵路地下化工程(中華陸橋下)為例,介紹限高型連續壁工法。

貳、限高型連續壁施工法

本工程(左營鐵路地下化)新庄子路至中華一路段,其中中華陸橋,因跨越連續壁主體,橋下高度限制為6.5m,連續壁構築須採限高型工法施作,基地現況及降挖規劃如圖1~圖2、施工數量如表1所示。

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圖1 限高段基地現況

 

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圖2 限高段降挖規劃

表1 限高型連續壁施工數量表

連續壁型式

厚度(m)

深度(m)

長度(m)

數量(m2)

ST1N01

1.0

36

31.4

1052

ST1N03

0.6

41

20.7

797

ST1N04

1.2

48

33.9

1541

ST1N05

1.2

50

26.1

1238

總計

112

4628

 

備註:限高段掘削深度達50m,依地質鑽探報告,土層以粉土質砂為主。

一、工法解析

(一)一般連續壁單元分割長度及型式配置,須考量下列條件:

1.開挖機械經濟開挖刀數;

2.穩定液調製儲存設備、廢土運棄暫存場地之容量;

3.接頭型式;

4.單元鋼筋籠吊放機械能量;

5.轉角刀法;

6.開挖時壁體之穩定性;

7.經濟的特密管數量;

8.現有地下及地上障礙物;

9.地層狀況及挖掘深度;

(二)限高段連續壁除考量上述要件外,需再加列「切削機具刀幅、穩定液/沉澱池容量、鋼筋籠吊放機械能量」以兼具安全性與經濟效益;本工程限高段採公單元及母單元兩種接頭組合方式,每單元掘削刀法以2.4m/一刀(母單元)及4.2m/一刀(公單元)為分割原則,如圖3所示。

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圖3 限高段連續壁掘削刀法

二、施工機具

本工程限高段,使用施工機具為BLK-a(如表2),各部尺寸配合現況調整項目包括,桁架長度、吊車後端配重修正、油管輪軸修正、吊索輪軸修正、電力系統重置等。

表2 BLK-a油壓式長臂掘削機規格表

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三、假設工程施作

(一)工區降挖及構築斜坡便道供機具進出。

(二)導溝施工:作業注意事項及步驟如下述(圖4)。

1.導溝開挖時,按圖說尺寸及位置進行放樣,並用木樁將槽溝中線及導牆標高標示清楚,方可挖掘。

2.導溝最少深度,需達到回填土層以下,導牆外緣回填時,須以良好級配料回填,並壓實至壓實度70%以上。

3.開挖區外側導牆,宜較開挖區內側之導牆高出5~10cm,以防止污水溢出而污染鄰址。

4.導溝面間的距離,需較連續壁厚度大,其超出範圍須在5cm內。

5.連續壁放樣時,須預留壁體施築、及開挖過程可能產生之最大側向位移量,避免侵入主體結構淨空。

圖4 導溝施工步驟

(三)本案因施工難度高、時程冗長、且重型機具緊鄰抓掘槽溝,為減少壁體坍孔,現場於導溝內外側施作地盤改良(JSG樁徑50cm),俾利工程順遂。

(四) 穩定液管理

1.採SUPER 300藥劑,作為連續壁挖掘時穩定液之主要材料,成分為聚丙烯胺(Polyacrylamide),為丙烯酸及丙烯胺,經過聚合作用所形成;SUPER 300藥劑,攜帶強陰電荷離子之分子鍵,可穿透土壤粒子表層陰離子層,與核心部分之陽離子吸附結合,包裹附著於土體,並利用槽溝水頭壓力,使穩定液向外側滲透至土壤內部,形成堅韌膠結膜,挖掘壁面隨即受到保護,防止崩落或坍塌。

2. 施工時現場須備有黏滯性測定儀(Funnel Viscosimeter)、比重器(Mud Balance)、過濾壓試器(Filter Press Tester)、pH值顯示儀、200號篩、1,000C.C量筒、深水取樣器等試驗設備。

3.管理基準:黏滯度=32~45秒,比重=1.02~1.15,含砂量=1%~3%,PH值=8.5~11.7。穩定液高程,採浮球控制自動補水(灌入溝槽內六小時後,其液面下降應保持在20cm以內;若大於20cm,需再調整穩定液濃度)。

4.穩定液必須用清潔水調配,水中不得含有油質、酸鹼物、有機物或其他雜質;穩定液拌合放置於1,000C.C量筒內10小時後,水之分離度應保持在5%以內。

(五)用電管理

1.掘削機之安全用電量為160kw,各項供電設備如表3。

表3 限高連續壁各項供電設備一覽表

項次

設備項目

單位

數量

單位用電(kw)

總用電(kw)

1

BLK-a

1

62.5

62.5

2

拌合設備

1

10

10

3

抽水機

1

10

10

4

電銲機

6

12

72

5

照明

1

5

5

掘削機安全用電量/部

159.5K

 

四、開挖作業

(一)前置準備

1.挖掘前先完成假設工程、材料檢驗、施工水電申裝、鋼筋綁紮。

2.導溝牆放樣(含標示高程及鋼筋頂部位置)。

3.安裝穩定液調製設備。

4.機具進場安裝、試機、校正及定位。

(二)挖掘

1.開始挖掘的同時應注入穩定液,穩定液之高度,以能確保槽溝不致崩坍為原則,穩定液面需高出地下水位1m以上,直至混凝土澆置完成。開挖中若發現穩定液突然消失潛入地下,立即採取應變措施(如土砂回填),以防止災害發生。

2.連續壁槽溝之挖掘,不可造成地表土壤移動、危及鄰近建物或火車軌道,挖掘時須使地面振動減至最低,且監測值如超過原設計預期值,現場須即採取必要應變保護措施。

3.作業期間現場須備妥測定儀,以檢測槽溝壁之開挖情況。

(三)沉泥清除

1.施工中沉泥來源,在於抓斗掘削過程中因上下攪動,懸浮細料與穩定液混合,致雜質懸浮於溝槽中。

2.單元接頭,因鄰接單元開挖懸置時間過久而附著沉泥,須妥善清除,避免影響施工品質(漏水)。

3.單元挖掘過程中,採高分子聚合物(穩定液),讓沉泥快速沉澱膠結,需反覆不斷清除沉泥至乾淨為止。

(四)深度控制

1.於抓斗上移動之油壓軟管做標記,作為開挖深度參考。

2.屆開挖至設計深度時,採水尺量測深度,避免超挖。

3.採超音波檢測,自動記錄深度(紙本簽名併入自檢表提送甲方備查)。

(五)許可差

採超音波檢測,操作方法係由導溝,將探測子往下測定鑽掘孔壁精度,單元垂直度許可差需<1/300。

五、鋼筋籠吊放

1.本工程連續壁深度為36~50m,降挖後,鋼筋籠實際長度33.5~47.5m,由於施工高度限制,限高鋼筋籠採機械式續接器續接,分為8節7搭~13節12搭施作,每節鋼筋籠主筋3.8米,採60cm交錯配置,每節總長度4.4m。(接合方式及長度,滿足核定圖說需求) 。

2.鋼筋籠製作場,應架設平台,以求鋼筋籠平整,平台高度須配合現場計測儀器安裝需求。

3.鋼筋籠製造必須準確堅固,確保吊起時不會變形,鋼筋每處連接點必須搭接,鋼筋籠兩側鋼鈑與止水鋼片銲接必須滿銲。

4.鋼筋籠製作完成後,兩側包裹之帆布須確實包紮穩當,避免混凝土澆灌時漏漿。

5.鋼筋籠吊放前,現場檢定槽溝壁沉澱情形、及探取距槽溝底部20cm至50cm深度,穩定液樣品之檢定含砂量。

6.鋼筋籠吊放,採自重緩緩放入槽溝壁,若有無法完全放入情形,應重新吊起,重新挖掘清理槽底沉澱物及砂土等廢料後,再行吊放,不可將鋼筋籠切割或壓下。

7.現場鋼筋籠吊裝用吊環,材質選用可銲性材料,以避免發生脆裂失敗。

六、混凝土澆置

1.混凝土澆置前,須將槽溝內的沉澱物、塌落砂土等雜物,處理清潔,避免影響混凝土強度,導致連續壁失敗;灌注混凝土應盡速於鋼筋籠吊放後為之,若超過1小時以上,仍未澆築混凝土,須將吊放之鋼筋籠取出,清除附於鋼筋上之淤泥及皂土。

2.特密管須保持清潔、不漏水、直徑大於20cm,足以使混凝土保持自由落下;特密管需延伸至槽溝底部,同時在第一次澆灌時放入皮圍(Plunger),再灌入混凝土,以確保特密管內穩定液完全擠出。澆置過程特密管底部,需埋入混凝土中至少1.5m,抽動時不得碰觸槽溝壁,以免砂土崩落與混凝土混和澆灌,影響連續壁品質。

3.若使用兩個以上之特密管澆置,管內混凝土面,均應保持同等高度,即每車次混凝土平均澆置於各特密管內;連續壁混凝土澆置時,至少需澆築至設計高度以上50~90cm為原則,此多出含有泥漿之劣質混凝土,須待硬化後予以打除。

4.每片連續壁單元,從鑽挖、鋼筋籠吊放至混凝土澆置完成為止,須連續施工,過程中如有待料或中斷(不可超過30分鐘),應控制好穩定液品質及水頭高程,每隔1小時,以測定儀檢測開挖壁體、量測鄰近建物及軌道變位情形,確保施工安全。

5.施工時須保有作業紀錄,內容包括槽溝挖掘紀錄表、壁體垂直度檢測紀錄、混凝土澆置日期時間及數量、地下水位高程、混凝土強度試驗紀錄、各種障礙或故障發生經過,詳實記載。

參、結論

工程施工時,機具操作所產生之噪音、振動,常造成附近居民不便,本案監造單位及主辦機關,主動結合承包商,設置民意反映聯繫單一窗口,定期對民眾關心之工程內容,建立暢通溝通連繫管道,敦親睦鄰,使工程順利推展,藉本文給辛苦的監造單位與主辦機關,讚美喝采。

 

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