各式海上深橋墩圍堰基礎施工初探

一般在海(水)域施工墩柱基礎，都需以圍堰築堤，抽水後模擬成陸地施工環境，不論以單層或雙層鋼板樁作為圍堰體，或加內支撐，都會因考慮工程環境及施工性，選擇不同型式的鋼板樁圍堰；深海區的圍堰狀況就複雜得多，海上鋼(RC)製圍堰，總體來說，分鋼製側版吊裝沉降工法、浮(預鑄)箱工法兩大類。採用時，最重大考量就是墩基數量規模與能掌握運用的施工機具資源，分述如后。

一、鋼製側版吊裝沉降工法

晚近，金門大橋完成首座「鋼箱圍堰」基礎工程 ( 見圖1)，就是鋼製側版吊裝沉降工法中的典範。

圖1 金門大橋鋼箱圍堰基礎(CECI柯明佳經理授權引用)

107年7月16日凌晨，金門大橋完成國內首座海域深槽區鋼箱圍堰基礎，顯現艱鉅的大橋工程，又突破一道關鍵的關卡。橫越大、小金門間海域之金門大橋工程，在近岸區規劃海床與基礎深度在1.3m以上時，橋樑墩柱基礎採用鋼箱圍堰工法施作，鋼箱圍堰最大尺寸使用在主橋段為29mL×23mW×5mH。在引橋段時最小尺寸為7.5mL×7.5mW×2.5mH，在深槽區的主橋與邊橋共有11墩、小金端引橋段共有15墩，採鋼箱圍堰基礎施作，對小數量的海中墩基，是一個不錯的選擇。

109年9月17日，省公會舉辦「金門大橋海上新工法及施工技術挑戰」研討會，邀請CECI柯明佳專案經理蒞會講演，對海上橋墩施工關鍵工法，有精闢的論述 (省公會會員可email: Email住址會使用灌水程式保護機制。你需要啟動Javascript才能觀看它，申請成省VOD會員觀賞:最新影片第三集，並附簡報檔)，茲簡述如下：

海上基礎鋼箱圍堰支承系統

圖2 金門大橋海上基礎鋼箱圍堰支承系統圖(CECI柯明佳授權引用)

施工順序首先利用海中基樁外套鋼管作為支撐，並將在高潮區以上基樁面整平並焊加強封頂版，以便架設臨時懸吊托架，在基樁外套鋼管適當位置，焊托架，組裝底部鋼梁、吊放底板並補焊接。

為利鋼箱圍堰於沉降中，不致偏移，需在鋼管樁側壁及鋼底板上，焊好限位鋼板、並將鋼管邊止漏封版預裝。

後續組裝中、下層二層海中鋼構側壁、並安裝下層內支撐，組裝下降階段鋼箱圍堰。

鋼箱圍堰同步下降與力量轉換系統

在鋼箱圍堰下降階段，除確保壁體不致變形及不漏水的狀況外，海中浮力逐漸轉換到機裝外套鋼管，是重要機制。

部份組裝完成之鋼箱圍堰，利用鋼管頂部懸吊12部油壓千斤頂，同步將呈十字架裝設的24支鋼棒逐節沉降，至海面下設計高程(EL-5,8m-約在海面下3m~9m間)，在下降過程中，將鋼管邊加焊臨時抗浮支撐柱，除穩定鋼箱穩定，並完成浮力轉換系統。

最終階段完成上層鋼構側壁吊裝，並安裝全部內支撐，並將鋼箱圍堰底版與基樁外套鋼管間封板密封，分二次澆置水中混凝土（厚度0.7m+0.8m）澆置完成。

鋼箱圍堰浮力轉換系統

在將鋼箱圍堰下沉或圍堰內抽水過程中，會逐漸產生超過總共1000噸以上的浮力，及每日2次循環之漲、退潮海浪的衝擊。浮力轉換系統是在其中6支基樁外套鋼管及外側4支抗浮鋼管，在鋼棒與鋼管間要隨著下降與抽水過程中，逐節加焊臨時抗浮支撐，以抵抗浮力及海浪的衝擊。

另外鋼箱抽水後，如有底板或側壁鋼板滲水，均須由潛水人員在鋼套箱外底部，搜尋滲漏處，進行封堵。若第一層基礎版灌築後，如有滲漏，均需進行止漏灌漿，以確保鋼箱內部陸上施工環境，始能進行基樁外套鋼管切除、基礎鋼筋綁紮及混凝土澆置。

首座鋼箱圍堰基礎施作從開始組模到基礎混凝土澆置完成，據知需時約兩個月時間，但為後續施工，奠定堅實基礎，完工後鋼箱圍堰側板可移作下一座基礎使用，臨時底板就保留在原址。

二、浮(預鑄)箱工法

（一）RC預鑄(鋼)箱體工法

圖3 RC預鑄箱體吊裝施工示意圖

在墩基數量略多、且擁有廣大的預鑄場腹地，並擁有大型海上吊船船機的海中墩基施工，RC預鑄(鋼)箱體工法會是一種不錯的選擇。 預鑄箱體為鋼筋混凝土預鑄構造，空間內部尺寸與墩基相同，一般高度约可達3~4m，RC壁厚約 30~40cm。作為墩基模板及護壁使用，混凝土預鑄箱體底版為鋼结構支撐，壁體裝設懸吊桁架支撐系統，與壁體吊放在基樁頂，可視為扁擔撐座（見圖3）。

圍堰箱體鋼底板開孔，是要依據實測樁位，在圍堰箱體鋼底板吊裝入基樁後，間隙止水可以採鋼環封孔、鋼板焊接密封或氣囊加壓密封等不同封孔裝置，圍堰箱體底板結構為平面鋼構架系統，並澆置混凝土，形成整體型鋼混凝土，確保底板強度，樁頂並設置懸吊桁架支撐系統，並與圍堰箱體側壁加勁裝置連接，確保箱體結構受力完整，樁頂桁架鋼橫梁承重系統亦可於陸上與RC預鑄箱壁體先行共構。

在混凝土預鑄箱牆體時，預埋鋼構件，將與預鑄箱體鋼構下部内壁焊接，混凝土預鑄箱整體吊裝後 ，靠樁頂設置鋼樑支承預鑄箱體全部重點。優點是:

(1)基礎圍體與安装一次完成 ，無海上拆模，增加安全性。

(2)混凝土預鑄箱體剛性提高，有效抵抗海浪衝力。

(3)混凝土預鑄箱體在陸上施工，品質控管良好。

當然基樁上扁擔撐座或箱體等整體安全支撐的內力，受海浪、潮汐浮力的衝擊，影響最大。除力的傳導計算構件型式與連接等，並須進行加固，以確保後續澆置基礎混凝土的安全，如限於吊重負荷，整體外套鋼箱也是一種替代工法。

混凝土預鑄箱牆體可在碼頭邊預鑄場施工，施工移動方式可參酌技師報第640期拙著 「沉箱氣囊工法-港灣工程另類工法」-大型沉箱陸上預製的一個選擇文章。以動力平台船裝置重型吊車
運到海域施工區。

圖4 大型鋼浮箱拖航沉降工法施工示意圖

（二）大型鋼浮箱拖航沉降工法

常用於跨海域斜張橋塔基座深大鋼圍堰工程，除可做為基礎混凝土施工圍堰功能，其鋼護床也可保留下來，作為基礎防撞措施。

大型鋼浮箱拖航

大型鋼浮箱結構，相當類似海中船體結構，以鋼構架空間力系構成，上下兩層夾倉形成工作與基礎平台，類似船體構造，可在海中拖航（見圖4）。

鋼浮箱分上下兩層鋼構架層板，下層夾倉以支撐基礎混凝土，上層夾倉為基樁施工層，鋼浮箱事先按圖安放基樁套筒，以供鋼管樁定位與基樁外套管下樁定位之用。

鋼浮箱束制

大型鋼浮箱結構(約30m*50m H=12m)首要考慮海上鋼浮箱穩定性，在預定基礎的四個角落，先打設鋼管樁束制構台，以確保鋼浮箱臨時固定的精確與穩定。

鋼浮箱固定

利用四角束制構台，焊制限位裝置，並大型鋼浮箱初步定位後，在大型鋼浮箱結構四周打設定位鋼管樁，以作為浮力轉換固定之用，其數量分布於四周，以大型鋼浮箱之規模打設40-1100mmΦ鋼管樁，L=45m，及37-2700mmΦ 基樁鋼外套管L= 42m，作為力系轉換之用。

鋼浮箱下沉與力系轉換

鋼管樁及外套管打設完後，大型鋼浮箱進水下沉，到預定高程，焊限位牛腿，限制鋼浮箱的上浮，利用浮箱周邊打設的44-1100mmΦ鋼管樁焊牢，大型鋼浮箱轉換浮力到鋼管樁上。

基樁施工

基樁外套管打入海床，在上層夾艙施工基樁，以迄完成，澆置混凝土高度配合基礎底面施工。

下層鋼束層封堵與浮力轉換

基樁打設完成後，就要封堵基樁套筒與基樁外套管間約10cm間隙，封堵10cm間隙的最佳方式，經實證為充填氣囊，在最低潮位先將氣囊降低到基礎底下一定位置，充氣0.2Mpa，使氣囊充塞間隙，待氣囊氣壓充塞全部完成後，以水中不收縮砂漿填塞，並在下層基樁套筒外側與浮箱下層上夾艙處焊八處連接鋼板，將浮箱下層夾板與基樁外套管連結，完成浮箱與基樁的最終浮力轉換。

鋼套管上層夾板切除、基礎混凝土分層施工

抽除箱體內的海水，使橋墩基礎在乾的環境中施工，先切掉影響基礎施工範圍內的套筒管與上層夾艙吊離，分二層施工橋墩基礎，基礎完成後，移除或保留鋼浮箱側邊鋼護床，則依照規劃進行。

【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】