第五章  連續壁工法之應用

 

5.1 前言

5.2 影響連續壁品質之因素

5.3 案例

 

5.1 前言

 

台灣地區已進入開發中國家,人口集中於都市,而且發展趨於飽合,新建建築物必須蓋得更高且挖得更深,向上及向下發展爭取空間,但是都市裡建築物密集,開挖地下室及基礎無法採用明挖法,必須垂直向下開挖;為了不影響鄰房的結構安全,同時維護新建工地的施工安全及順利開挖時必須設置擋土設施,使施工得以順利進行。

 

擋土設施的型式有很多種,其中以連續壁最為常見,連續壁就如同在地下施作一道牆,將欲開挖地下室的區域圍住,使開挖地下室時,外側的土壤及水不會崩坍及滲入基地內,而能夠順利施工。連續壁除了擋土的功能外,也能夠作為地下室的外牆,屬於主要結構體,所以,連續壁的施工品質非常重要,不僅關係施工順利與否,更關係著日後使用機能。

 

本章將介紹連續壁施工過程中所需注意的項目,並探討提高施工品質的作法。

 

 

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5.2 影響連續壁品質之因素

 

連續壁施工流程如圖5-1所示。

 

基礎開挖後,基地內土壤及地下水移除,使基地內外側土水壓力不平衡,必須由連續壁及支撐系統來支持,因此,連續壁的結構強度必須足以抵擋內擠的壓力。此外,開挖時遇到地下水時必須抽除,則連續壁內外形成水頭差,需仰賴連續壁將地下水阻隔於連續壁外,若連續壁水密性不佳,在地下室開挖過程中可能會發生漏水,引發許多施工安全及損鄰的問題,所以連續壁的水密性也是一大重點。

 

連續壁施工品質的良窳不但會影響整個工程是否順利進行,甚至可能發生損壞鄰房的事件。為了提升連續壁施工品質,必須針對施工的每個細節做控制,以下針對連續壁的結構完整性及水密性,繪出其特性要因圖,如圖5-2所示,將可能影響連續壁完整性的要素列出,於後續章節中詳細討論。

 

 

 

5-1  連續壁施工流程圖


 

文字方塊: 圖5-2  連續壁完整性特性要因圖
 

 

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5.3 案例

 

一  單元幾何形狀

連續壁施作首先進行開挖,而後吊放鋼筋籠,再澆注混凝土。若要一次將連續壁全部開挖完成後,吊入鋼筋籠,再澆置混凝土似乎是最省時的作法,但是,開挖長度增大時就會發生嚴重的崩塌情形,所以一次全部開挖是不可行的。因此,必須縮短(reduce)開挖的長度,將連續壁切割成較小的單元,依序開挖施作。為了達到搭接的目的,將單元分割為公單元、母單元及公母單元三種型式。

 

單元開挖的長度較長,較容易發生崩孔的情形,由於母單元的施作,必須儘量避免崩孔的發生,以減少漏漿導致公單元鋼筋籠無法吊放的情形。所以,單元分割時,可以縮短(reduce)母單元的長度,減少崩孔及漏漿發生,而公單元部分,因較不受漏漿因素影響,則可以增加(extend)公單元的長度,以減少搭接次數。

二、減少擋土壁變形

 

連續續施作完成後,繼續進行開挖的工作,但是,在階段開挖完成到支撐架設完成施加預力的這段時間,連續壁因內外側土壓不平衡而發生變形,若連續壁的長度較長,所可能發生的變形量將很大,而影響鄰房及施工的安全,因此,必須設法減少連續壁的變形量。

如果能夠設法縮短(reduce)連續壁的無支撐長度,則可以有效的降低連續壁的變形,只要在基地的中段位置規劃施作橫隔壁,如圖5-3所示,則可達到縮短無支撐長度的目的。

 

 

 

5-3  連續壁加橫隔壁示意圖
 

此外,也可設法改變連續壁的斷面,設計扶壁,如圖5-4a所示,增加(extend)連續壁的慣性矩,增加抵擋側向土壓的能力,達到減少連續壁的變形。圖5-4a中的扶壁位於基地內側,在地下室施工時必須打除。對於扶壁的位置,也可轉向(change direction),將扶壁轉而設計於開挖區外側,如圖5-4b所示,將可免去將來打除的困擾,但是,必須注意扶壁必須位於自有地界之內,以免發生侵權的情形。

 

 

a

 

 

b

 

5-4  連續壁與扶壁示意圖

 


 

三   防止崩孔

(一)使用穩定液

 

開挖連續壁槽溝時,因土壤的移除,使土壤由原來的平衡狀態轉變為側向力不平衡的狀態,此時土壤可能會發生位移,甚至發生崩落及地表沉陷,造成鄰房因地表不均勻沉陷發生損壞的情事。

因此,必須設法平衡開挖槽溝所失去的側向土壓,由於液體能夠產生側向液壓,則可以將側向液壓轉移(transfer)替代側向土壓,而且液體可以流動,能在不影響施工下使用,是非常適合的,所以,只要用皂土調配適當密度的皂土液,即可作為開挖連續壁槽溝的穩定液。

 

(二)礫石層開挖

礫石和砂土相似,都屬球狀形土壤,本身不帶電荷,其剪力強度也是靠顆粒間的摩擦力所提供,因為不具凝聚力,所以自立性較差,所以在連續壁壁體挖掘時,遇到礫石層,容易發生崩塌,此外,因礫石層顆粒間孔隙大,穩定液無法形成泥膜,造成穩定液大量流失,不但損失穩定液,而且穩定液的液壓也會因此而降低而無法平衡,更增加壁面崩塌的機率。

 

假設的地盤為粘土層(CL)夾一層礫石層(GP),如圖5-5所示,由地層的分佈情形可以得知,當連續壁挖掘至礫石層時,礫石層壁面可能會發生大量崩塌,造成崩塌的原因前面已提及,要解決這個問頭,可從改變礫石層性質著手。但是,礫石層要改變成何種性質?要如何改變?

 

連續壁在粘土層中挖掘時,壁面的穩定性最佳,因為粘土有粘滯性或凝聚力,穩定液不會流失,所以壁面不易崩塌。若能讓礫石層具有粘土層的特性,則能夠改善容易崩孔的缺點。但是,要怎麼做呢?若能以粘土填塞礫石層的孔隙,即可阻止穩定液的流失,液壓力沒有損失,壁面穩定性能夠提升。此外,粘土藉由其凝聚力將礫石顆粒彼此結合,使礫石層行為轉由粘土控制,壁面能夠自立,而不易崩塌。

 

因此,在挖掘連續壁遭遇到礫石層時,如圖5-6,可拋入先前挖出之粘土,並用抓斗擠壓,將粘土擠壓而填滿礫石間的孔隙,如圖5-7所示,利用粘土取代泥膜功能,阻止穩定液流失,維持液壓,再行向下挖掘,如圖5-8,再拋入粘土、擠壓、再挖掘,如圖5-9及圖5-10所示,如此重覆施作直到通過礫石層。此外,將粘土與礫石混合在一起,就像是將礫石(GP)與粘土(CL)合併(combine)成為粘土質礫石(GC),經過這個改變,土層的剪力強度即包含了凝聚力及摩擦力,土壤顆粒不易分開,而透水性降低,穩定液液壓有效作用在壁面,也就不容易發生壁面崩塌的狀況。

此外,填塞礫石孔隙所拋入的粘土,為先前所挖掘出來的,如果此粘土含水量非常高,而仍然使用此粘土,則粘土可能因含水量高,流動性高,可能在拋下後,與穩定液混合流失,失去原有用意。所以必須設法減少(reduce)粘土之含水量,因此,可以在粘土拋入前加入鋸木屑,利用鋸木屑吸收粘土內的水,以減低粘土的流動性。而且,鋸木屑可以填塞礫石內較小的孔隙,使地盤的孔隙降至最低,助長穩定液泥膜的形成,增加壁面之穩定性。

 

 

 

5-5  礫石層開挖剖面圖


 

 

5-6  礫石層開挖穩定液流失

 

 

 

5-7  填塞粘土至礫石層

 

 

 

5-8  第二次礫石層開挖穩定液流失

 


 

5-9  第二次填塞粘土至礫石層

 

 

 

 

5-10  開挖通過礫石層

 

四  防止漏漿

連續壁施作力求結構完整性,母單元與公單元的鋼筋必須能搭接,如果母單元鋼筋籠如圖5-11a中所示,在兩端預留搭接鋼筋,即可與公單元鋼筋籠搭接。但是,當母單元進行混凝土澆置作業時,液體狀態的混凝土會在槽溝內流動,填充其所能到達的孔隙,所以,當整個單元被混凝土填滿時,鋼筋籠的預留搭接段也被混凝土填滿,則公單元鋼筋籠將無法吊入搭接。

 

因此,在混凝土進行澆置時,必須阻止混凝土將預留筋填滿,但是要如何做呢?我們可以利用兩塊寬度與單元厚度相同的鋼版與鋼筋籠合併(combine),如圖5-11b所示,兩塊鋼版所在位置恰好能將混凝土圍束於鋼筋籠中間,即可保持預留筋部分不受混凝土影響。

 

 

 

a

 

 

 

b

 

5-11  母單元鋼筋籠示意圖

 

連續壁挖掘槽溝的過程中,可能會遇到非凝聚性土層,而發生壁面剝落或坍塌的情形;雖然母單元鋼筋籠有端版圍束混凝土,但是,因為壁面有坍塌,使端版與壁面間出現孔隙,如圖5-12所示,在澆置混凝土時,混凝土會經由這孔隙繞過端版,流至預留筋區域並填滿搭接鋼筋,造成將來公單元鋼筋籠無法吊入搭接,連續壁鋼筋籠無法連續。因此,母單元僅靠端版來圍束混凝土,似乎無法完全達到預期目的,必須想辦法延伸(extend)端版的功能,阻止漏漿的發生。

 


 

 

 

5-12  壁面崩塌示意圖

 

 

再看母單元鋼筋籠的構造,其兩端有端版存在,混凝土無法從端版位置通過,轉而由左右兩側壁面的孔隙流出,所以只要將端版延伸(extend)至左右兩側,將整個鋼筋籠圍成一封閉空間,混凝土勢必無法再漏出。

 

但是,若鋼筋籠左右兩側使用鋼版包覆,成本太高,而且鋼筋籠重量增加,將造成吊放作業的負擔。因此,帆布似乎是一適當的材料,重量輕、有延展性且成本低,製作上僅需利用螺栓將帆布固定於端版上,如圖5-13所示,即能將鋼筋籠圍成一個封閉空間,避免漏漿的發生。

 

 

 

 

5-13  母單元鋼筋籠示意圖

 

 

若開挖遭遇如砂土或礫石等自立性差的土層,單元挖掘時極容易發生壁面崩塌,而且崩塌的範圍都較一般土層大。雖然母單元鋼筋籠已包覆帆布防止漏漿,但是,因壁面崩塌範圍過大,混凝土推擠帆布擴張,超過帆布所能承受拉伸長度時,帆布會被拉裂,如圖5-14所示,此時帆布將無法再阻擋混凝土,而發生漏漿。

 

 

 

 

 

5-14  帆布伸張示意圖

 

 

因此,必須思考更有效的解決方法。一般的建築物,在澆置混凝土結構時,是利用模板將混凝土圍束成形的。可以將這個方法轉移(transfer)到連續壁鋼筋籠使用,在非凝聚性土層部位鋼筋籠外側,再加上夾板,如圖5-15所示,利用夾板的勁度輔助帆布,使帆布不致破裂漏漿。

 

 

 

 

5-15  母單元鋼筋籠加上夾板


 

 

在混凝土進行灌注時,雖然母單元有用帆布包覆,但是連續壁施作相當深,在連續壁底端混凝土所產生的側向壓力非常大,若壁面崩塌範圍過大,超越帆布拉伸的能力,則帆布可能發生破裂,發生漏漿的情形,如圖5-16所示。

 

為了避免因漏漿填充預留筋而影響後續作業,在母單元澆置混凝土時,必須隨時用水尺檢測母單元端版外側深度,若檢測出深度有減少的情況,則可以判斷已發生漏漿的情形,亦即混凝土或水泥漿已繞過端版。

 

若漏漿預估可能發生時,必須在端版外側倒入碎石,直到超過可能漏漿的位置,如圖5-17所示,利用倒入的碎石與漏出的水泥漿液以及穩定液合併(combine),如同形成預壘混凝土,雖然在預留筋區域仍會發生固化,但是,漏出之水泥漿僅與部分碎石膠結,形成強度較低的劣質混凝土,將來公單元挖掘完成後,進行接頭清理時,用箱型鐵衝擊,即可將強度較低的劣質混凝土衝碎後挖除,則公單元鋼筋籠能夠順利吊放,完成搭接。


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

5-16  端版漏漿示意圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

5-17  端版外側先倒入碎石

 


 

五  澆注混凝土

混凝土即將進行澆置前,應先想一想要怎麼做?怎麼做才能夠讓混凝土順利將整個單元填滿,而且能夠維持原來配比。

 

當混凝土預拌車到達現場,直接將混凝土由槽溝頂端倒入,是最容易的方法,但是,會得到什麼結果?在混凝土落下後,進入充滿穩定液的槽溝,第一個接觸到的是穩定液,混凝土與穩定液混合,此時混凝土的配比已不是原設計配比,形成強度不足的劣質混凝土。而且,混凝土由槽溝頂端落至溝底,在墜落的過程中也會發生粒料分離的情形。因此,混凝土的澆置勢必不可由槽溝頂端倒入,任其由上而下自由墜落,必須讓混凝土由底端向上灌注,而且還要避免混凝土與穩定液混合。因此,只要延伸(extend)預拌車的澆注管達單元底部,即可由下而上灌注混凝土,延伸段的澆注管即特密管。利用特密管也能夠將混凝土與穩定液分隔開,保持混凝土應有品質,需注意在開始灌漿時使用橡皮碗阻隔特密管內已存在的穩定液。

 

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