建築工程深基礎開挖湧水封堵及低壓灌漿應用（下）

陳建民 技師

駿馳工程公司 李明書、劉益宏 副總經理

（三）處理目標及要求

1.處理目標

基礎開挖湧水屬於突發事件，不但影響工程進度，對於逆打工法施工建築物，亦可能造成逆打樁超額沉陷及上部結構物不均勻變形。因此，搶險處理目標設定為：

(1)在最短時間內完成湧水封堵，減少工程進度延遲。

(2)復建工作進行時，可以使用臨時汙水泵排除開挖面滲水。

2.處理要求

依照現場執行條件，要求：

(1)灌漿封堵後開挖過程中，不允許再度發生嚴重湧水情形。

(2)使用漿材固化後，硬度不得影響開挖作業。

(3)不能造成過度擾動，導致地層承載力降低。

(4)當灌漿位置接近基地內降水井時，漿液不得影響降水井功能。

（四）施工技術與方案

1.施工技術選擇

案例建案採用逆打工法施工，灌漿封堵工作必須於已完成的地下室內進行。依照現場條件，配合各項開挖湧水封堵工法適用性研判，採用瞬、緩凝化學漿材及水泥化學漿材，搭配使用小型鑽機作業的二重管灌漿工法(Dual Pipe Grouting Method)，在漏水點上方，逆打完成的樓版面，安裝機具設備，並局部洗孔穿透樓版，使灌漿管得以鑽進到達漏水點周邊，進行小範圍填充、擠壓灌注，形成多重地中封塞，達到湧水封堵及地層加固的效果，是最適宜的施工方式。

「二重管灌漿工法」，是一種可用於定壓、定量注漿的低壓灌漿技術，採用二重管搭配管口環塞設計，使雙液型瞬、緩凝漿材，在灌漿管口才充分混合，並依照設計時間固化，避免漿材被地下水析離流失，提升對於地層裂隙、孔洞、軟弱帶的填充、擠壓、加固效果，形成較好的重疊連貫區域。關於二重管灌漿工法施工步驟，如表3所示。

表3 二重管灌漿工法執行步驟

2.湧水封堵方案

為了能夠在最短時間內達到湧水封堵的目標，對施工人力、設備及材料緊急調配，同時進行合理分析，並即時提出施工方案，交付現場執行如下：

(1)灌漿範圍

為了在湧水範圍內，形成地層中封塞效果，運用本基地GL-23.25m~GL-35.00m之間的沉積地層，作為灌漿改良範圍。並以開挖面下GL-26.10~GL-29.6m灰色粉土質細砂層，為第一主要封堵區間，利用瞬/緩凝漿材，充分填充、滲透灌注，降低地層透水性。GL-29.6~GL-34.8m灰色黏土、夾薄層粉土質細砂層上、下方，為第二主要封堵區間，利用瞬、緩凝漿材擠壓灌注，在地層中形成封塞效果，阻擋下方卵礫石層承壓水滲透路徑。詳細地層剖面圖，如圖8所示。

圖8 地層剖面示意圖

(2)執行方案

因為案例工程發生開挖湧水位置高程，約為GL.-23.25m，接近開挖底面，為了利用動態平衡方式，降低湧水、湧砂情況，地下室六層已經注水淹沒，本次灌漿及鑽孔設備，只能依照現有地下室條件，安裝於地下五層及地下四層適當位置。

由於湧水位置共有4處，分別為降水點井周邊2處、鄰近地中壁降水井周邊1處及鄰近地中壁界面1處。執行方案設計時，搭配漏水點周邊構造物條件，分別採用2~4孔灌注方式，搭配地下水流動方向，以單向推進方式進行灌注，使緩凝漿材能夠充分填充細砂層縫隙，達到降低地層滲透係數的效果。

灌漿孔設置基本原則，以間距120cm，滲透距離75cm，漿液重疊範圍30cm環形配置為主。遭遇地中結構物影響時，則採割線配置退縮30cm，以便漿液充分填充結構物周邊地層，完全封堵透水路徑。

灌漿壓力，按照不形成土壤劈裂擾動的被動土壓力及灌漿深度設定，以不大於370kPa~630kPa間灌漿初壓適度調整。當使用化學漿材灌注時，為顧及漿液重疊需求及漿材固化後具有約200kPa內聚力的特性，首孔之後各注漿孔，灌漿終壓及補充灌注壓力修訂，為不大於570kPa~830kPa。

圖9 基地內灌漿位置示意圖

圖10 灌漿孔位配置示意圖

(3)漿材選擇

依據可有效降低地層滲透係數，並封堵湧水路徑、固化迅速、固化後硬度不影響開挖作業的處理目標及要求，選用適當漿材如下：

A.鄰近點井周邊土層止水加固

採用瞬凝及緩凝長效型矽酸鈉化學漿材(SSA漿)，配合二重管灌漿工法，進行逆/順級灌注，漿材及灌注控制條件，如表4所示。

表4 點井周邊化學漿材及灌注控制條件

B.鄰近地中壁周邊土層止水加固

由於滲水位置鄰近地中壁結構界面，因此採用瞬凝長效型矽酸鈉化學漿材(SSA漿)及緩凝長效型水泥化學漿材(FLW漿)，強化界面止水填充與周邊地層滲透改良效果。配合二重管漿工法，進行逆/順級灌注時，漿材及灌注控制條件，如表5所示。

表5 地中壁周邊水泥化學漿材材及灌注控制條件

圖11 灌漿完成後挖出的淺層固化化學漿材

3.效果驗證

本工程因為搶險作業時間急迫，現場採用地下室注水及加強降水動態平衡方式，降低出水、出砂狀況，灌漿完成後，無法採用現地透水試驗及直接目視，判定注漿封堵成果。效果驗證時因地制宜，運用現場可控條件進行檢測如下：

(1)抽水回升觀測。確認降水後無明顯水位回升現象。

(2)多循環降水歷時曲線斜率對比。利用單位時間內注水及抽水過程，水位高度對應歷時曲線，斜率一致性，驗證基底無明顯湧水。

(3)開挖面下水壓計監測值與地下室降水歷時曲線對比。確認高透水地層埋設水壓計，讀值不受降水影響，驗證灌漿封堵後地層通透性。

(4)降水到開挖底面，目視觀察出水狀況。直觀驗證灌漿封堵成果。

經採用二重管灌漿工法，對於湧水位置地層，進行封堵、填充、滲透、加固後，透過各項檢測顯示，地層透水路徑及湧水擾動軟弱帶，已受到有效封堵。藉由基坑內抽水至基礎高程進行全面檢視，確認開挖面僅有少量滲水情況存在，可以採用臨時性集水坑，配合投入式汙水泵順利排除，不會影響開挖及後續基礎施工後，達成處理目標及要求各項工作。

本搶險工作，因為適當的事故處理對策及合理的灌漿工法選擇，降低了災害產生風險和不可預期結果，在最短時間內順利完成深基礎開挖湧水封堵工作。

圖12 抽水驗證水位及水壓力監測歷時曲線

圖13 效果驗證完成抽乾地下室積水後開挖底面

圖14 原湧水位置封堵後情形

圖15 復建後開挖面僅有少量滲水情況

圖16 湧水封堵後順利完成基底PC層澆置

五、結論

深基礎開挖湧水，雖然不是常見的工程災害，但萬一遭遇時，如果沒有做好適當的因應措施，極可能釀成重大工程事故。傳統的基礎開挖湧水處理技術，已經沿用多年，但未必是最好的應變方式。隨著工程技術發展，動員迅速的低壓灌漿技術與新型化學藥劑搭配運用，提供了低地層擾動影響下，達到湧水封堵、地盤改良等工程需求的另一種選擇。

要防止基礎開挖湧水、湧砂現象，造成危害，唯有事先擬定有效的搶險計畫及備妥經驗豐富配合廠商名單，才能夠將損失降到最低。

以下的執行經驗可提供參考：

(1)遇到基礎開挖湧水、湧砂情況時，宜依照「減砂-止水-加固」的程序，進行搶險，以減少災害擴大，同時提升執行效果。

(2)傳統的高壓噴射灌漿及速凝水泥擠壓灌注，不一定是最好的開挖湧水搶險方案。低壓化學灌漿固化時間迅速，漿材不易被析離、沖散，漿液固化前滲透性高，較適合湧水封堵使用。

(3)二重管灌漿工法，可搭配化學漿材或水泥化學漿材使用，漿材固化時間可調控，對於地層擾動性低，同一灌漿孔可灌注不同漿材，可以執行逆、順級補充灌注，適合在地下水流動狀態、複雜地層或地層資料不確定的條件，作為止水搶險加固使用。

(4)任何灌漿工法，在快速流動的湧水中，都可能發生漿液稀釋、水泥析離與固化漿材被沖出的情況。當基坑條件適合時，可考慮採用緊急注水平衡方式，減少地層掏空，同時增加灌漿加固效果。

(5)基礎開挖湧水解決方案，並無一定作業模式，搶險時應尋求經驗豐富的設計單位及執行廠商配合，規劃適合工程條件的解決方案，以達到最迅速、有效、經濟的執行成果。營造單位不宜自行嘗試不熟悉的止水方式，錯失搶險時機，導致災害擴大。

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