省公會這次有機會分兩梯次,參訪金門大橋施工,特別對深槽區大口徑基樁,引進反循環鑽掘工法 Reverse Circulation Drilling (RCD)印象深刻,在獲得完整成功鑽掘模式後,金門大橋深槽區基樁,仍然須面對鑽掘進尺率的無情考驗,畢竟華南古大陸地盤,歷經一億多年前的伊邪那岐板塊隱沒與蹂躪,或歷經多次火山噴發或張裂與入侵,造成金門地區部分變質花崗岩,局部裂隙被基性岩脈(如偉晶岩、流紋岩等)侵入,基樁施工的岩盤地質變異性增加,再經冰河退卻或部分沉積變質,覆土層似瓷土夾珪石、或風化岩層的三明治現象,都造成離島如金門、澎湖、馬祖地區,花崗岩基盤風化變異,相鄰十數公尺,花崗變質岩即有達 10m的高程差異,挑戰空前艱鉅。

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圖1 金門大橋邊橋支撐先進工作車

工程簡報與工地參訪

本參訪分別由台灣世曦李順敏副總經理、與周禮良董事長接待,另於第二梯次由省公會張錦峰理事長與北市洪啟德理事長帶隊,由駐地專案柯經理明佳作設計理念與施工概要簡報。

金門大橋建設計畫規劃,起點於烈嶼(小金門)后頭地區、與4-17 計畫道路(計畫寬度12 公尺)平面相交,道路縱坡爬升,跨越小金門濱海大道後,以半徑1,500 公尺之曲線右轉東行,經金門嶼南側礁石區後,直線跨越金烈水道,進入大金門端湖下南方,路線長度約5.34 公里,其中跨海部分長約4.78 公里,設計速率訂為60 公里/小時,引道段及連絡道則因與大小金門路網銜接,設計速率降為40 公里/小時(註1)。

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圖2 金門大橋主橋配置[註1]

金門大橋深槽區主橋,以5塔脊背橋設計,四孔跨距為280m,以預鑄節塊替代工法施工,深槽墩柱基礎編號: P44~P48 共設置2500mmΦ全套管基樁共計101支,深度介於41~55m ,平均入海床深度約為28.6m,在大金端覆土層較厚約 65公尺以上,小金端花崗岩岩盤面較高約2-40公尺,深槽區並做補充鑽探,發現以STA2+320 STA2+880 STA3+440為例,相臨距 25公尺的兩鑽孔,其岩盤高度相差到10公尺以上,而且岩盤風化差異大,補充鑽探後,經承包商應用地質技師及監造、設計,共同判定風化程度達 w3+1D (+2.5m)或w2支撐層內,為基樁鑽掘深度。樁長判定標準,為設計單位依據設計條件,外套鋼管打設深度,群樁折減效應,地質種類評估,岩心單壓強度與風化程度等級,承載力需求與位置,最終提出橋梁基礎基樁垂直承載力、拉拔力分析計算及基礎檢核成果,建議修正基樁長度。必要時也會調整鋼筋結構配筋。以 P46 基樁為例共有8支岩心資料,最終以貫入w2風化層決定基樁長度為45m。

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圖3 邊橋頂昇式平台基樁施工

海上船機包括:主要頂昇式平台船3艘、起重船2艘、拌合船2艘等,各式船舶共計21艘,基樁施工之震動樁錘 6台、1.5m直徑搖管機1台、2.0m 直徑搖管機1台、 2.5m 直徑RCD 4台等,以RCD 鑽機施工流程,在海上工作平台上,以外套鋼管及搖管機穿過覆土層,再以內套管穿過風化岩層,無坍孔之虞後,以RCD 鑽機磨鑽到計畫高程。如以頂昇式平台船施工,以棒錨將平台船固定於樁位上,配合導向樣架施作基礎,能快速作業是其優點,但易受海上風浪影響。目前 P46 完成5支基樁,P48 完成5支基樁( 107.5.22 ),進度稍嫌落後,隨著進度需求2.5m 直徑RCD 將會增加機組,投入施工。

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圖4 RCD基樁施工

簡報後,至大金端邊橋最後一跨實地參訪,邊橋以支撐先進工法,僅剩最後一垮就會完成,隔壁就是深槽區第一跨施工RCD, 看見RCD機頭裝置在鋼管樁頂,日夜不停的旋轉壓磨,雖然每小時進尺在 5~10cm ,但所有施工人員都很敬業, 夜以繼日的趕工,奮鬥精神令人敬佩,世曦工務所並以空拍機做追蹤錄影,作為紀錄。

鑽岩對策

一、深槽區施工與小三通通航的影響

深槽區施工,尤其緊鄰的P45~P47基樁,受小三通航班航行湧浪影響最大,必須與航班協調減速通過,及佈置警示燈以防碰撞,施工平台必須觀測,避免基樁位移。

二、傾斜岩盤偏磨影響

在海域中相鄰25m 岩盤差異達10m 以上,故傾斜岩面居多,RCD 鑽機以穩定桶及各鑽掘管穩定器,做為垂直控制的機制,遇傾斜岩面時,會導致鑽機機頭變形或偏心磨耗,這時應採取減低轉速與進尺率,當穿過傾斜岩面後,才能提高轉速,如發現偏移量超過容許值,必須將RCD 鑽機抽出,將傾斜岩面殘餘軟岩或碎屑,以鱷魚夾清除後澆置混凝土,當混凝土強度達50Mpa後,再以RCD 鑽機繼續鑽掘,克服困難。

三、主跨預力箱型梁,以預鑄節塊替代工法施工,加速上構作業

上構預鑄節塊在興達港預鑄基地製作,再以平台船拖行到金門工區,進行海上吊裝後施預力完成。

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圖5 參訪技師與施工監造團隊留影

結論與感想

一、 金門大橋原始規劃

於2015年完成,但命運坎坷,目前接棒的第三手努力續跑,任重道遠。如今深槽基樁已有10數支成功達陣案例,可供後續施工學習與精進之功。

二、 施國欽技師建議

可參考地質鑽探時使用之金鋼鑽頭,將RCD 使用之強化鎢鋼鑽頭,更換為金鋼鑽鑽頭,將會提升達10倍以上之進尺率(引入 Disc Cutter蝶式切削頭(鑲金鋼鑽)比例混合使用)。

三、 金門成功使用潛孔錘工法的省思

潛孔錘工法以氣錘旋轉打擊為其優點,與RCD的壓磨的鑽掘機制相異其趣,據潛孔錘工法資深從業專家稱:目前潛孔錘工法最適直徑介於1.5m~1.8m間,超過2.0m 以上空壓機具使用變得不具效益,故深槽區如以2.0m或2.5m 直徑併行設計其基樁數量排列或樁台尺寸,雖然基樁數量總長度增加,但潛孔錘工法對花崗岩的掘進,越堅硬反彈越高,掘進越有效率,當然基樁在海中,因為海水深度會增加空壓機的使用數量,各種影響因子還是會對引進群聚式潛孔錘工法,有其考量,但2.5m直徑基樁是引進群聚式潛孔錘工法的障礙,逮無疑義。

筆者在中鋼建廠之初,有做過Ramond Step Taper Pile,在摩擦樁表現優異,基樁上部以2.5m直徑貫入覆土層,其下以Step Taper方式2.0m直徑群聚式潛孔錘工法施工,調整其鋼筋(鋼骨)結構及深度,或許是終南捷徑,畢竟橋台加大的混凝土與鋼筋數量與總體興建成本,將不成比例。

值此深槽區基樁正如火如荼地展開,施工人員的拼鬥精神值得嘉許。在盡得學習之功,在效率增加及引入更多的RCD鑽機後,金門大橋的完工就不是選舉時才浮出的橋,對台灣世曦監造團隊的周全與高公局的統籌,致上萬分敬意。(完)

註1:參考金門大橋修正建設計畫定稿本-計畫附件。

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】