淺談捷運新店線CH223標微型樁工法
何啟誠

一、前言

         臺北都會區大眾捷運系統之規劃與興建，大都需通過商業活動量大、人口住宅密集的區域，而為盡量避免於施工期間影響道路交通及商業活動，捷運工程大多採用地下化方式興建。但因為工區四周建築物林立、管線複雜，而提高其施工之困難性，有鑑於此，捷運承包商除於施工中應確保本身的施工安全外，為避免因相距過近而影響或損害鄰近結構物，故需先行進行建物保護工作。
         而建物保護工法種類繁多，本文針對捷運新店線CH223標所採用「微型樁工法」做概略簡述。

二、案例基地概況

         CH223標之主體工程包括萬隆車站、出入口及通風口、轉轍站、變電站與潛盾隧道等六大項(詳圖一)。車站為地下二層之鋼筋混凝土結構，呈南北向之長方形，南北向長約250公尺、東西向寬約21公尺，開挖深度約為17公尺，擋土措施係採0.8公尺厚、深27至30.5公尺之連續壁(詳圖二)；而轉轍站為地下一層之鋼筋混凝土結構，南北向長約136公尺，東西向寬約21公尺，開挖深度約為17.5公尺(詳圖三)﹔隧道分上下行二條，長度分別為674公尺與666公尺，外徑為5.9公尺，環片厚0.25公尺、寬0.9公尺，地表至隧道中心上下行隧道約為10公尺至13公尺。
         本案案例位於萬隆站出入口B之兩棟鄰房(詳圖四)，其均屬五層樓之鋼筋混凝土樓房，依捷運施工前建物調查報告顯示上述建物均無地下室，且該建物已有多處裂縫存在，另經研判基礎型式可能為獨立基腳，基礎深度不超過1公尺。因車站開挖期間沉陷量已達12MM，為確保該建物之沉陷量能依據合約之規定控管於15MM，故需進行建物保護。


圖一 CH223標工程範圍平面圖


圖二 CH223標萬隆站擋土設施平面配置圖


圖三 CH223標轉轍站與變電站擋土設施平面圖


圖四 建物保護位置平面圖

三、土層狀況與地下水狀況

         該區地層主要為景美層，係由黃褐色礫石及砂或粉土等填充料所組成，在景美地區露出地表且厚度最厚，並以新店為中心向北成扇形分佈。景美層之下為第三紀中新世之岩層。石底層及南港層出露在本路段東側之溪子口附近。南港層則由厚至薄層之青灰色細粒石灰質砂岩和深灰色頁岩或粉砂岩構成。
         構成本路段主要地層之層次詳如表一，其中接近地表下有一層厚約3至5公尺之表土及粉土質砂或黏土質粉土層，顏色呈黃棕速或黃褐色。其下為一厚約10-12公尺的卵礫層，亦呈黃褐色，該層粒徑約在2至15公分之間，而下一層則為灰色粉土質砂或黏土質粉土層，粉土質砂之標準貫入試驗N值約在10至25之間屬中等緊密程度，黏土質粉土的N值則在5至15之間，屬中等堅實至堅實稠度﹔灰色粉土質砂或黏土質粉土層以下，則為灰色砂岩或砂夾礫石層，標準貫入試驗的N值在50以上。
         而本路段地下壓之觀測結果如圖五，地下水位大致位於地表下8-10公尺左右，地下水壓接近靜態水壓，現場透水係數值約2.56∼8.17×10-4cm/sec。
萬隆站
次層 深度(M) 土壤分類 N值
(打擊數/30CM)		 γt
(t/m3)		 Wn
(%)		 Ip
(%)
(t/m2)
(deg)		 Su
(t/m2)
1 0.0-4.5 SM 26 2.00 12.0 - 0 30 -
2 4.5-17.0 GP 50 2.30 7.0 - 0 40 -
3 17.0-24.5 SM 19 2.20 16.0 - 0 30 -
4 24.5- G >50 2.35 - - 0 40 -


圖五 萬隆站地層地下水壓觀測結

四、微型樁工法的簡介

1.原理及特性
         微型樁工法的原理係利用微型樁來增加連續壁背側滑動面之抗阻力，以減少土體滑動變形所產生之地面沉陷，受微形樁阻隔之土壤，因樁體與土壤間之摩擦力及其剪力強度來作為阻隔土壤破壞線及土壓力，致無法向開挖面滑動，使產生土拱效應，而達到保護之效果。
         所謂之微型樁，其一般口徑約在10~30 cm左右，當鑽掘至預定深度時以壓力灌漿方式注入水泥(砂)漿，再將數支鋼筋置入穩固後將套管取出即可，故依其施工及構造而言，該工法係介於高壓噴射灌漿與基樁之間。
         在與高壓噴射灌漿及基樁相比較之下，其具有下列之特性：
     A.與基樁相比較下，其口徑較小、施工較容易。
     B.與高壓噴射灌漿樁之比較下，其較具有固定之口徑、即可抗彎矩及抗拉拔。
     C.適用於地界線較狹小之處。
     D.漿液不會到處滲流，而影響鄰房之環境及安全。
2.施工步驟：
         施工步驟詳如圖六∼圖十一所示，說明如下︰
     (1)整地：係為標出正確之鑽孔位置，以確保安裝鑽孔機之精度及增加施工之作業性，並藉此探查地下管線或建物基礎位置。
     (2)放樣：改良區概略整平後，再依施工計劃之鑽孔位置進行樁位放樣。
     (3)鑽掘：掘鑽機進場定位後，採全套管鑽掘，套管底部(外鑽管)之口徑(外徑)應控制在樁徑之 1.5cm範圍內。
     (4)洗孔：鑽孔完成後可以噴氣或清水將孔底及套管內之土渣清洗乾淨。
     (5)灌漿及拔除套管：進行第一次灌漿至漿液溢出孔口為止，而後拔除灌漿管及套管，並進行第二次補灌，第二次補灌係以低壓方式灌注，俟第二次灌漿全部完成後需重新檢視，如灌漿面有下降之情形，則進行第三次補灌作業。
     (6)施作帽梁：俟微型樁灌漿完成後，施作帽梁。


圖六 微型樁鑽掘(一)


圖七 微型樁鑽掘(二)


圖八 清洗鑽孔及灌漿(一)
圖九 清洗鑽孔及灌漿(二)


圖十 灌漿作業(一)


圖十一 灌漿作業(二)
3.施工材料
         微型樁所使用之材料以水泥漿或水泥砂漿為主，材料規定如下：
     A.水泥：水泥應符合CNS61第一類水泥。
     B.水：所使用之水須符合CNS3090之要求，且其PH值範圍須在5.0至8.0之間。
     C.填加物：係為改善水泥漿之工作性及減少其固化後之收縮量。
     D.水泥漿：水灰比之範圍為0.45∼1.0之間，
     E.水泥砂漿之配比為1:1:5。
4.施工及設計時應注意事項：
     A.水泥漿不應有泥水分離、坍度過大或浮水之現象，以避免影響樁體強度。
     B.水泥漿應於現場拌合，並於拌合完成至開始灌漿之間不得超過半小時。
     C.微型樁之樁距宜視土壤強度決定，唯建議應以3∼5倍的樁徑為佳，以避免降低其功能。
     D.微型樁之樁長，建議以20公尺以內為較佳且較具經濟性。

五、建物保護成效評估與分析檢討

         B出入口側之兩棟建物保護其微型樁配置如圖十二、十三、十四所示，共計配置微型樁65支。其中TYPE I微型樁與TYPE II微型樁之間距各為80公分，交互配置，形成平均間距40公分之配置;其中TYPE I微型樁之打設角度為3"∼8"，TYPE II微型樁打設之角度為15"∼20"，微型樁鑽孔之孔徑為10公分，TYPE I與TYPE II微型樁皆採用D25之高拉力鋼筋，並以鋼筋續接器續接施工，每支樁長度約為15公尺，施工期間為84.02.16∼84.02.19，而出入口B連續壁施作期間為84.03.01∼84.03.31，並於後續進行開挖及回築。
圖十二 微型樁配置剖面圖 圖十三 建物241-2號微型樁之配置圖

     為了解建物保護對於後續出入口開挖施工之成效為何，故於工區四周配置各項監測儀器，如：建物沉陷點、地面沉陷點、水壓計、房屋傾斜計及連續壁傾度管等(詳圖十五)，其變化說明如下：
十四 建物255號微型樁之配置圖 監測儀器配置圖

1.連續壁鋼筋應力觀測結果：
         裝設於出入口B之鋼筋計共有４支，配置於連續壁單元內，由量測結果知(圖十六)，連續壁壁體之應力隨開挖深度之增加而增大，俟回築階段後逐漸穩定，其最大應力值為363公斤/平方公分，仍遠小於警戒控管值800公斤/平方公分。
2.連續壁側向位移觀測結果
         B出入口共裝設三支傾度管，出入口開挖所導致之側向位移約6公厘(圖十七)，遠低於警戒控管值25公厘。
3.建築物傾斜觀測結果
         房屋傾斜計裝設於建物主結構之柱或牆壁上，量測方向包括垂直與平行開挖面兩測向。B出入口共計安裝3只，由圖十八知TI之量測值至完工階段尚小於警戒值100秒。
4.建物沉陷點觀測結果
         建物沉陷點裝設於建物主結構之柱或牆壁上，需保護之兩棟建物上各安裝6組及10組，由觀測結果圖十九知扣除先前車站站體連續壁之施作、開挖所造成之沉陷外，於B出入口施作期間之位移大多控管於5公厘以內，至完工階段除255號因距出入口B僅有10∼25公分側之沉陷值約15公厘達到警戒控管值外，其餘皆小於警戒控管值。
         經由上述各項監測儀器之觀測結果知，萬隆站B出入口建物保護採用微型樁之工法除有效減少後續出入口之開挖、施工影響外，並能確實達到合約之規定及預期之目標。


圖十六 鋼筋應力計觀測結果


圖十八 建築物傾斜觀測結果


圖二十 建物241-2號建物沉陷觀測情形
圖十七連續壁側向位移觀測結果


圖十九 建物255號建物沉陷觀測情形

六、結論

         捷運系統工程是重大交通建設，尤其在高地下水位、軟弱土層及地質複雜的台北盆地施工，更是對各種地盤改良工法是一大挑戰及考驗。所以「地盤改良」不僅是一種藝術(Art)更是一種科學(Science)，因為在眾多的方法中設計者需依賴以往的經驗並研究探討其理論、原由後挑選合適的工法，再藉由現場工程師之臨場經驗來調整其基本的參數，使其達到預期的改良效果，更使工法達到臻完善可行之境，在此亦期待國內能藉由重大工程的經驗來做有系統研發及培養專業施工人材，這正是我國人應該努力之方向。■

參考文獻：

1.CH223標B出入口地盤改良施工計劃，泛亞工程建設股份有限公司。
2.捷運新店線CH223標萬隆站及萬隆站至景美站間隧道工程局部驗收完工報告，泛亞工程建設股份有限公司。
3.王繼勝、李耀明，「深開挖工程與建築物保護分析設計實務」，現代營建雜誌社，1994。
4.「台北都會區捷運系統新店線CH223標萬隆站及萬隆站至景美站間隧道工程」，亞新工程顧問股份有限公司，1997。