連續壁槽溝穩定輔助工法-JSP施工法簡介

□何啟誠／臺北市政府捷運工程局北區工程處 規劃師

一、前言

        臺北捷運新莊線CK242標三重站之地層深度於地下2公尺至17公尺之範圍內為松五層砂土層，該砂土層較為鬆散，且緊鄰淡水河及二重疏洪道，地下水位很高及易受潮汐影響，另有感於以往於本工程附近施工案例，連續壁施工常在挖掘導溝及連續壁施作過程溝槽壁極易塌孔而引發地面沉陷，並進而嚴重影響連續壁施工品質甚至發生工安事件。
        故細部設計顧問-中興工程顧問股份有限公司基於施工安全及品質之考量，於設計時即要求連續壁施工前以「JSP灌漿工法」先進行連續壁內外側土質改良（詳圖一），增強土層穩定，用以保護連續壁掘削施工時，避免因砂質地層極易坍塌之現象，造成鄰側道路、鄰房建物損壞。
        現擬就該工法做一簡介及其成效做一檢討。

二、案例基地概況

        臺北捷運新莊線CK242標三重站位於三重市捷運路上，其主體工程包含站體、三個出入口及二個通風井（詳圖二），車站主體為地下二層之鋼筋混凝土結構，呈東西向之長方形，車站長約221.4公尺，寬約21.55公尺，地下開挖深度約19.2~21.85公尺，採明挖覆蓋工法施作，其車站主體之擋土措施係採1公尺厚、深38.84~39.85公尺之連續壁。
        其中出入口B位於疏洪東路與捷運路交叉口旁，該出入口將做為與捷運中正機場線連接之通道，其開挖深度平均約12.43米，擋土措施係採0.8公尺厚、深26.85~27.85公尺之連續壁；出入口C位於捷運路上，開挖深度平均約11.48米，其擋土措施係採0.8公尺厚、深25.31公尺之連續壁；出入口D位於捷運路19巷與37巷之間，開挖深度平均約10.47米，其擋土措施係採0.8公尺厚、深24公尺之連續壁。

三、土層狀況與地下水狀況

        本工程之地勢平坦，地表高程約為102.5m~103.5m (以基隆平均海水面訂為100m為基準)，主要係位於台北盆地第四紀沖積層上方之松山層內，松山層厚度約61公尺，其典型之地層特色為粘土與砂之互層，若由地表下深度約61m之景美卵礫石層頂面起算向上可將地層概分為六個次層，其中第一、三、五次層為砂性土壤，第二、四次層為粘性土壤，一般典型的台北盆地松六層在本工址已不明顯或較薄。
        工址之地表下1.0~4.8m為表土層，第Ⅵ次層之黏土層於車站南側鉆孔厚約2~3m，北側則未出現；第Ⅴ次層之砂土層厚度則約為12~13m，其下之次層則較顯凌亂，可能係受鄰近二重疏洪道沖淤之影響；卵礫石層出現深度大致上位於地表下60~62m間，該工程之簡化地表層剖面詳表一、圖三。
        本工程沿線之地下水位約位於地表下0.2公尺至1.6公尺之間，地表下17.0公尺以上之地下水壓約呈靜態水壓力分佈(詳圖四)。其相對總水頭之變化見圖五。
表一 三重站土層設計參數表
圖四、三重站水壓計與觀測井孔隙水壓分布圖

圖五 三重站水壓計與觀測井總水頭分布圖

四、JSP灌漿施工法之簡介

        「JSP灌漿施工法」係利用裝置於鑽孔機鑽桿前端連接裝置有特殊噴射嘴之單重管進行，以沖水旋轉方式向下垂直鑽孔至設計高程後，泵浦加壓至30∼50㎏／cm2，將硬化漿液改由鑽桿前端之側向噴嘴向外噴射，以切削土壤使之混合，鑽桿一面持續緩慢迴轉，使硬化漿液與土壤達均勻拌合程度，一面徐徐自動向上提升鑽桿，至設計樁頂高程後減壓升起鑽桿，待漿液硬化後即形成一固結樁體（詳照片一、二），以增加軟弱地盤之承載力及減少沉陷量。
(一) JSP灌漿施工法之特色：
        1. 改良深度可隨意選擇。         2. 改良後的土壤強度提高及透水性減少。
        3. 改良範圍廣。
        4. 無公害及無噪音。
        5. 機械自動化。
(二) 施工範圍
        1. 位置：沿連續壁壁體範圍內外側各垂直鑽孔灌漿一排φ=60cm高壓噴射樁。
        2. 樁支間距：樁心間距為 @50cm。
        3. 鑽孔深度：自GL0m至GL-18m（L=18m）。
        4. 灌漿深度：自GL-2m 至GL-18m（L’=16m）。
(三) 施工機具
        本工程採用之鑽孔機具為近畿株式會社生產之M50B、M40B、M30B自走式履帶鑽孔機（詳照片三），惟因JSP灌漿施工法於噴射作業時極易產生過飽和壓力，對土壤造成推擠而致產生隆起之現象，並進而對鄰房及道路造成困擾，故為降低隆起現象，承攬商於鑽頭加裝翼片協助攪拌土壤(詳照片四、五、六、圖六)，以排除土壤內過飽和壓力。
        其中先行樁之鑽頭加裝翼片鑽孔直徑為 60cm，若為後行樁之鑽頭加裝翼片鑽孔直徑為30~40cm（視先行樁施作情形），其餘機具設備詳表二。

照片一 開挖時拔除的JSP樁
照片二 開挖時拔除的JSP樁
        另硬化劑之供給方式係以硬化材儲存桶配合拌合系統拌合硬化劑，將定量的200Kg 硬化材加入定量400L 水(重量比2：1)的快速拌合機內拌合成約468 L 之漿液，待完全拌合後，送入慢速攪拌桶儲存。灌漿時，將漿液送入灌漿幫浦內，經擠壓後通過壓力錶，再經高壓輸送管、鑽管，最後抵達噴嘴噴出。(詳圖七)

照片三 自走式履帶鑽孔機

照片五 鑽頭加裝翼片
照片四 鑽頭

照片六 先行樁翼片長度為60CM
表二 其餘機具設備


圖七 JSP灌漿施工法灌漿機具配置示意圖		 (四) 工程材料：
        1. 水：須使用清潔淡水，不得含有妨礙硬化材料凝固、強度及耐久性之油、酸、鹼等有機物或其他有害物質。
        2. 硬化劑：以卜特蘭 Type 1 水泥或「中鋼牌 HSC301 地質改良劑」為硬化材料，與水混合成均勻硬化劑。
        3. 每立方公尺硬化劑之配合比如下：
        (1) 卜特蘭 Type 1 水泥

        (3) 上述硬化材用量與配合比可依土質情況酌予調整，以達到設計所需強度 qu ≧ 20kg/㎝2以上之要求。
        (4) 材料配比用量計算
        A.注漿量：
        (A)φ=60cm樁體每m體積：
        (B)V=3.14*0.6m*0.6m/4=0.283m3=283 L。
        (C)土體置換率：採用60%。
        (D)每m應注漿量：283 L*0.6=170 L。(每m3漿體使用427kgHSC301硬化劑)。
        B.鑽桿提升率：
        (A)每m上升次數：每一step 5cm，100cm/5cm=20 steps。
        (B)每一step注漿量：170 L/100cm * 5cm=8.5 L。
        (C)灌漿機送漿量100 L/min，每秒漿量：100 L/60秒=1.7 L/秒。
        (D)鑽桿上升率：8.5 L/1.7 L=5秒，即每5秒上升一step（5cm）。
        C.鑽桿轉速：鑽桿轉速30 rpm，鑽桿0.5轉/秒，因係雙向攪拌翼片及噴嘴，則土體每秒攪拌噴漿一圈，每5秒上升一step（5cm），故每一step攪拌噴漿土體四圈。
(五) 施工步驟(圖八)
        1. 安排施工順序
        (1) 排樁施作前應先予樁支編號。
        (2) 施工時按機組劃分各機施工段。
        (3) 為避免後施作樁支擾動先施作已完成灌漿樁體，各機施工段依樁編號採分三批跳樁方式施工：
        第一批：（先行樁）以間隔三支樁，跳樁鑽灌完成。
        作業序號如：1-5-9-13-17-21-25-29-33---------
        第二批：（先行樁）以間隔三支樁，跳樁鑽灌完成。
        作業序號如：3-7-11-15-19-23-27-31-35---------
        第三批：（後行樁）單號樁完成後間隔一支樁，跳樁鑽灌完成雙號樁。
        作業序號如：2-4-6-8-10-12-14-16-18---------
        2. 放樣：由現場工程師放樣標示基準點，再由工作人員拉水線，按設計圖間距標出樁位。(照片七)
        3. 障礙排除：由於施作位置係於舊有道路旁，為避免鑽至管溝線路或遭遇其他鑽孔作業之障礙，故於確認樁位後，先以怪手探查樁位下方障礙物，如遇管線應即協調遷移，並將回填層雜物等障礙清除乾淨，以避免其影響鑽孔作業。(照片八)
　
        4. 定位：障礙物清除完成重新確認樁位後，將鑽機就定位。鑽頭對準樁位調校鑽桿垂直度。(照片九)
        5. 鑽孔：鑽孔前先用經緯儀或水平尺度量鑽桿X及Y軸向之垂直度，調整鑽桿至垂直度無誤後，以沖水或乾鑽方式鑽孔至設計底部深度(GL-18M)。(照片十)
　
        6. 灌漿：鑽孔至設計改良高程底部深度(GL-18M)完成後，將鑽桿底座封閉，改噴水為注入硬化劑，並同時提昇幫浦壓力至設計壓力(預定壓力範圍：先行樁30∼50kg/cm2，後行樁30∼50kg/cm2)，使之由底座上端及翼片外緣之噴嘴噴出。並依設定鑽桿轉速（15∼30 rpm）及提升速率（以每100秒上升100cm）進行噴射灌漿（注入流量每分鐘100 L）。此時鑽桿一面噴射漿液，一面旋轉上升，至噴嘴到達預定灌漿高程之頂部(GL－1M)，停止噴射漿液加快提升速率，改以淨水清洗鑽桿，完成後提升鑽桿至地面，即完成一支地盤改良樁。
(六) 施工應注意事項
        1. 鑽桿長度及垂直度
        (1) 作業前應先行丈量鑽機上鑽桿長度，並於設計(深)長度處以噴漆標示鑽孔停止點，以為鑽深依據。
        (2) 鑽孔垂直度校正應用水平尺度量鑽桿X向及Y向之垂直度，調整鑽桿垂直度無誤時方可進行鑽孔工作。
        2. 灌漿壓力
        (1) 鑽孔完成改噴水為注入硬化劑，應俟提昇幫浦壓力達到預定壓力範圍及流量時，方可進行鑽桿旋轉上昇動作。
        (2) 每組幫浦皆須加裝壓力錶，以為加壓注入時校核壓力之用。
        (3) 施做時須隨時查驗注入壓力之變化，若遇故障時須儘速換修，以確保有效樁徑之精度。
        3. 鑽桿提升時間：每台鑽機上均須配有自動計時開關，鑽機操作者須隨時查驗其計時器之準確性，若遇故障時須隨時以備用品換裝，以確保有效樁徑之精度。
        4. 灌漿時異常變化之處理
        (1) 灌漿作業中，遇機械故障或其他特殊狀況而停止灌漿時，若須先將鑽桿內漿液清洗乾淨或提昇鑽桿檢視原因，應於重新開始灌漿前，將鑽桿重新鑽孔至原停止灌漿處10cm以下，充分攪動地盤後始得繼續灌漿作業。
        (2) 施工中如壓力驟然提高，壓力幫浦配備之安全閥會自動減壓，流量亦將趨減至零。遇此塞管狀況時，須隨即停止灌漿幫浦之運轉，並將壓力洩除，俟排除通路障礙後再行鑽孔及灌漿作業。
        (3) 灌漿施作途中，若發生壓力驟減或單位時間內流量突增之異常現象時，此乃因破管、斷管、增壓座或噴嘴損傷所致。應迅速換修，以利正常作業。
        5. 防護與污染清理：施工時要預防粉渣、廢油、污水、廢漿及其他廢棄物等，污損道路、鄰房或設施，若發生時應即時清理復原之。
        6. 殘漿處理及運棄
        (1) 工程施作前於施作區域周邊位置先行挖出一道泥漿溝，避免灌注漿液溢出工地外造成污染，並可做為廢水之沉澱回收池，將沉澱過尚可利用來鑽孔之廢水抽回至儲水槽內作為鑽孔使用。
        (2) 施工過程中所產生之廢土係漿液與土壤攪拌混合之土體，故在隔天即可凝結乾固，而本工程施作時，現場配置一部挖土機，隨時將廢土集中在不影響施工範圍位置，一併清出由土車運棄。

五、成效

        本工程總計施作3558支JSP樁，依契約規定取樣率為3%，實際取樣數為111支，約佔施作總數之3.12%，其單孔岩心取樣率(RQD)及無圍抗壓強度之結果分述如下：
        (一) 總取樣數111支JSP中，其單孔岩心取樣率(RQD)最小為81.31%，最大為98.63%，平均單孔岩心取樣率(RQD)91.84%，標準標差為3.43，符合契約要求之80%以上。
        (二) 總取樣數111支JSP之無圍抗壓強度，扣除部分異常值後，其最小無圍抗壓強度為23kg/cm2，最大無圍抗壓強度為207kg/cm2，平均無圍抗壓強度為81.2kg/cm2，符合契約要求之20 kg/cm2以上。

六、結論與建議

        臺北捷運新莊線CK242標三重站經依細部設計顧問規劃並實際於連續壁施工前於其內外側進行JSP灌漿工法後，其確實發揮其功能，使該區域連續壁施工常在挖掘導溝及連續壁施作過程溝槽壁極易塌孔之情形降之最低，且未造成鄰側道路、鄰房建物損壞之情形，惟個人針對其設計仍有三點建議，以供工程先進參酌。
        (一) 因JSP灌漿工法雖有效降低連續壁之坍孔問題，然因施作數量龐大，致三重站連續壁全數完成（共185個單元）之實際施作時間約僅有八~九個月，但若加上該JSP之灌漿施工，則連續壁之工期達一年三個月，增加約四~五個月之工期，故如何有效規劃施工順序以提升其功率將為首要之工作。
        (二) JSP之灌漿工法現雖已普遍應用於各類之地盤之改良，然其成型之樁徑及強度仍無法百分之百之準確，致後續連續壁施作時會發生JSP入侵連續壁位置之情形，致連續壁開挖時需藉由其他設備（如鑽孔機、TRC機具等，詳照片十一、十二）來協助開挖，方不致產生連續壁偏移、傾斜之情形。
　
        (三) 因JSP灌漿施工係於連續壁內外側進行土質改良，致車站開挖後，其站體之連續壁表面部分會呈現圓弧面（詳照片十三），而該圓弧面不論是否會侵入站體淨空，則其後續作業施作前（如：防水膜舖設等）皆須進行壁體面之整修，故建議爾後於採用該設計時，JSP之外徑至少應距連續壁之表面有適當之距離較佳，或僅於連續壁之外側施作JSP即可，以避免影響後續作業。■