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。
圖1 限高段基地現況
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。
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
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 |
部 |
1 |
62.5 |
62.5 |
2 |
拌合設備 |
組 |
1 |
10 |
10 |
3 |
抽水機 |
組 |
1 |
10 |
10 |
4 |
電銲機 |
組 |
6 |
12 |
72 |
5 |
照明 |
組 |
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。
【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】
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