1.建築工程深基礎之成因；

1.1.建物增設室內公用停車空間鼓勵要點；容積率增加，公共停車位增加，促進     商業活動。

1.2.浮式基礎藉地表層以下土體移除之重量等於構造物總重為理念而行必要之基礎開挖。

1.3.地質考量；適當的承載層。

深基礎定義：必須構築擋土設施及妥善處理地下水後始能開挖構造物基礎土體，置換為構造物基礎結構。

2.地下構造物的施築方式

地質’水文’地工工法原理及合理經驗,考驗經理人決策的高度。

營建工法繁複,假設工程地下構造物的構築是為工程經濟目的促成。構造物內容的選擇須滿足地質’水文(地下水)’施築設備’假設工程’地工管理(監測等). 假設工程地下構造物的內容;

2.1.預築的擋土水設施,連續壁’鋼板樁(勁度’施工度能滿足淺挖地下構造物)’各式排樁(無法止水) 。

2.2.隨挖築造的邊保工法;包含地錨及鋼支撐。

2.3.擋土水壁內的開挖方式;

目的:經濟安全開挖運送土砂模式,經濟安全構造永久結構模式。

2.3.1.產生較通用方式為;

2.3.1.1.順築的開挖’支撐反覆至目的層,築大底,向上構築地下構造物。優點;目的路徑明確,管理者能目視直接反射管理動作。缺點;深開挖’廣開挖為滿足有效支撐長度的結構穩定,支撐密度大,支撐材’建材的運送’安裝均不易且緩慢。

2.3.1.2.逆築工法;逆打柱與結構柱的安排結合,分塊開挖及永久結構的分塊施築結合。一般的執行會減少毗鄰建物的擾動或損害。平衡擋土壁受力的開挖方式及棄方棄置,建材運送動線’出入口位置數量的規劃決定經濟’安全性。

2.3.1.3.島區工法,通常以大區域基地中心適當規模以土壤安息角坡度開挖至設計地下構造物預定大底,分層施築島區永久地下層,接續也分層開挖島區構造物與擋土水壁間的結構開挖,同時設支撐於擋土水壁與島區結構間。目的是減少支撐’支撐中間柱,滿足有效支撐長度的結構穩定,增加永久結構的施工空間,可以提升效率’增加安全性。

2.3..4.以地錨替代鋼支撐及支撐中間柱。地錨施工迅速,惟錨定端錨體強度須等待水泥水化強度增長。可提供較大施工淨空，方便開挖、結構工作，結構施工品質易控制,無中間柱，無結構新介面形成。缺點為支撐面錨頭地下水湧出不易控制。錨定端地質水文決定錨錠力供給,錨定端粘土層的親水性,往往造成錨定力失效。欲得較大橫向支撐力得侵入第三人的地下權.

3.基礎工程之族群 ；如表1。

 

4.基礎工程開挖工法，工法特點、適用條件；如表2。

 

 

 

 

圖2. 開挖工法-擋土壁內、支撐工法

 

圖2.1 擋土壁外支撐 地錨工法

 

圖3.築島式開挖工法示意

 

圖.4逆築工法種類及施工程序

 

圖.4.2逆築工法逆打結構鋼柱

 

圖.5壕溝式開挖工法

 

圖.6基礎工程開挖工法 ─ 沉箱

 

 

圖.7支撐工法

 

圖.8地下連續壁閉合圓自撐工法

 

5.基礎工程開挖工法適用之擋土或擋土止水壁；如表3。

基礎工程開挖工法適用之擋土或擋土止水璧

 

圖9.切削排樁工法

 

圖.11版樁壁

 

圖.12管樁壁

 

圖.13地下連續壁

 

6.新建建物基礎工程擋土或擋土止水壁與相鄰既存結構物建議之適當空間；如圖.14。

圖.14新建建物基礎工程擋土或擋土止水壁與相鄰既存結構物建議之適當空間

7.基礎工程開挖前之鄰屋保護工。最佳鄰屋保護為適當設計的擋土設施,高品質的地工工程,正確恰當務實的安全監測系統,湧水漏砂的阻絕機制.

7.1鄰屋保護工施作時機；

7.1.1.止水擋土壁施作前；例如地中連續壁導溝施作前。

7.1.2.基礎工程結構體空間土體移除前或中；基礎工程開挖安全觀測係統觀測值達警戒或行動值者。

7.2鄰屋保護工施作概念；

7.2.1.止水擋土壁與欲保護鄰屋間，加勁因基礎工程開挖而影響原土壤之區域範圍；如圖.15。

7.2.2.預期止水擋土壁內地下結構土體移除時將造成之鄰屋或地上物損傷，以重置方式處理較經濟時；則經建物調查鑑定並與所有者達成協議以重置方式處理。

7.2.3.選擇最有能力承擔風險的專業協商承攬保護工。鄰屋龜裂傾倒保險亦應慎重規劃。

圖.15基礎工程地下結構及基礎開挖鄰屋保護基本概念

 

8.基礎工程結構體空間土體移除之適用機具；如表4。

表.4基礎工程結構體空間土體移除之適用機具

8.1.土體移除機械-裝載機、挖溝機之作業方式；如圖.16。

圖.16土體移除機械-裝載機、挖溝機之作業方式

 8.2.土體移除開挖、堆土 、裝載、搬出機械之配合；如圖.17。

圖.17基礎工程結構土體移除開挖、堆土 、裝載、搬出機械之組合

 

圖17.1基礎工程結構土體移除開挖、堆土 、裝載、搬出機械之組合實例 

 

9.基礎工程結構體空間土體移除時之地下水處理。

9.1.基礎工程基礎開挖地下水之處理原因與原理；如圖.18。

9.2.沉水式深井泵的現況產品在4”,有35公尺揚程,每分鐘出水量60公升.是深開挖工程祛水井的便利工具,市場應用例極多.

圖.18基礎工程基礎開挖地下水衍伸的工程災害

 

9.3.基礎工程基礎開挖地下水排水工法之適用土質、所在土質深度及土壤粒徑與排水工法之關係；如圖.19及表.5

圖.19-基礎工程基礎開挖地下水之處理擋土側的減壓

表.5基礎工程基礎開挖排水工法及其特點

圖.20基礎工程基礎開挖排水集水坑及深井工法

 

真空泵深井法

 

 

圖.21點井工法應用

 圖21.1點井配置及機構詳圖

 

 

10.基礎工程結構體空間土體移除支撐架設，支撐之種類、特點及架設條件；如表.6。

表6. 基礎工程結構體空間土體移除支撐架設，支撐之種類、特點及架設條件

  圖.22基礎工程結構體空間土體移除支撐、角撐、支撐支點構造

 

圖.22.1基礎工程結構體空間土體移除支撐、角撐、構造

圖.23地錨

11.基礎工程地下結構體及基礎開挖施工安全觀測系統

11.1.目地：

對於深開挖工程而言，施工安全之保障應為觀測系統最重要最直接的目的。實際上，更廣義的目的除了保障安全外，尚有設計驗証與回餽及法律裁量之參考等目的。

11.2.基礎工程安全觀測系統一般執行項目；如表.7

表.7. 基礎工程安全觀測系統一般執行項目

圖.24. 連續壁內及鄰近擋土設施地中傾度管

圖.25水壓計、水位觀測井

圖.26隆起桿

圖.27支撐荷重及應變計

圖.28沉陷觀測點

圖.29結構物連續沉陷計

圖.30鋼筋計(連續壁內或結構體內)

圖.31連續壁內土水壓計

 

圖.32結構物傾斜計

 

圖.33結構裂縫計、裂縫儀

二. 基礎工程地下結構及基礎開挖施工注意要點

1.   執行深基礎工程過程中，避免造成擋土側與開挖側土壓之失衡，地下水失控滲漏,掏空擋土側地層土石,並流入構造物開挖面;其施工規畫管制點為：

1.1.工址調查時土壤參數之測定。

1.2.選用施工可行性高的擋土設施及排水方法。

1.3.預先推估擋土設施’擋土壁之變位量及支撐應力，並規劃計測儀器。

1.4.測定之土壤參數與計測儀器量測數值比較及校核。

1.5.計測儀器多半伴隨擋土設施、支撐安裝。計測儀器之量測結果通常即可判斷擋土設施及支撐施工之品質管制良寙。

1.6.擋土設施之管理要點

1.6.1.施工規畫；必須的施築設備與施工機械。

1.6.2.熟識各種擋土設施之施工流程。

1.6.3.不論打設式、鉆掘式、抓掘式檔土設施；其垂直精度至少必須為規範之低標準須求。

1.6.4.施工中之擋土設施，壁體穩定必須是全程的。

1.6.5.打設式、鉆掘式、抓掘式擋土設施施工中的泥水管理良好。

1.6.6.加勁材(鋼筋籠)之吊放、接續管理。

1.6.7.鋼筋籠填充(knock out部)、保護(預埋筋)、止水材之置放及計測儀器之安裝及測試。

1.7.構造物基礎開挖前計測儀器初始值測讀。

1.8.開挖、排水、支撐施工規劃；

1.8.1.開挖機械之組合。

1.8.2.適當之出土口及必須之開挖機具組數

1.8.3.開挖前深井、集水坑、抽排水系統之安排及預定降水高程之設定。

1.8.4.支撐位置控制開挖深度，避免超挖引起非預測之超量變形。

1.8.5.支撐材組合長度規劃及吊入口安排；必須有足夠堆放加工空間。

1.8.6.支撐材結合，預力施築確實。

1.8.7.角隅支撐之規劃施工。

2.   擋土支撐及拆除與回撐；

2.1.淺挖與覆蓋板(或施工台架)。

2.1.1.淺挖(如圖.34)

a. 路面下或基地面下2M左右之開挖，對不能遷移管線之吊掛保護。

b. 排水系統規劃。

c. 開挖路徑規劃。

2.1.2.覆蓋板

a. 中間柱。

b. 支承座與支承縱鋼樑。

c. 覆蓋板樑。

2.1.3.開口防護。

2.1.4.防污染(洗車台設備)。

圖.34淺挖及覆工版(棧橋版)

2.2.除淺挖外之開挖與支撐。

2.2.1.開挖運棄

a. 配合支撐管制開挖深度，通常每階開挖較每階支撐深50公分。

b. 開挖動線與平衡土壤側壓之規劃。

c. 每階開挖之排水計劃(點井及排水溝坑)。

d. 開挖機具選擇與照明及通風設備延伸。

e. 基礎層開挖深度控制。(避免產生最大彎矩)

2.2.2.支撐

a.       支撐材與零件之準備、堆置。

b.      支撐材計有支撐架、橫擋、角撐、水平支撐、斜拉材、調整塊。

c.       支撐構造之密接(橫擋擋土壁間縫隙填築混凝土)。

d.      開挖與支撐之密切配合。

e.       施工通道及其安全欄杆維護。

f.        吊掛作業機具之選擇。

g.      支撐預力施加與監測系統安裝。

2.2.3.配合結構體之支撐拆除與回撐。

2.3.地錨(外支撐)。

2.3.1.地錨工法，如圖.23及35。

2.3.2.施工法：

a.       灌漿加壓型，如圖.36。

b.      地錨工法之場地佈設及鉆機，如圖.35。

c.       地錨工法之預力鋼鍵、預力鋼棒錨錠方式，如圖23。

圖.35.地錨施工程序

 

圖.36.地錨大樣圖

3.   排水、降水、止水

3.1.地下水處理：

3.1.1.處理目的(參圖.18)

a.       確保作業性。

b.      減低板樁背面之水壓。

c.       確保安全性。

3.1.2.排水工法之種類與選擇，參圖.19。

3.1.3.處理地下水應考慮之事項：

a.       地盤之壓密沈陷與其影響。

b.      埋設物或建築物之沈陷。

c.       水井或水池之乾枯。

d.      基地週遭排水系統排水量調查,淤泥厚度調查(排水溝能量減低)。

3.1.4.須要排水的情況；

若挖方深入地下水位線以下，而且土層的透水係數大於5*10^-6cm/sec就必需連續排水，使施工地點保持乾燥便於施工。

3.1.5.營建工程降水多採用沉水式電動抽水機，排水多採用離心蝸卷式抽水機。

3.1.6.淺深度的排水；粗粒土層作淺基礎的挖掘時可使用：

a.       明溝排水(open drainage)。

b.      截水溝(intercepter ditches)。

3.1.7.中深度(約9公尺)的排水；在粗粒土層或沉泥層內的挖掘深度達數公尺時，可使用：

3.1.7.1點井法(Well Point)：

a. 點井圍繞安置在基礎開挖工程排水區域的周圍水平距離1-3M,套管直徑2”，導管直徑6~12”，普通的抽水機及單階(single stage)點井系統大約可使水位降低 6~7M。

b. 點井，係藉重力作用使水流入點井。在粗粒土壤(粒徑小於0.05mm的土粒含量小於25%者；比較通用。

3.1.7.2.真空抽水法(Vacuum dewatering)：

在沉泥層，毛細作用會限制孔隙水的流動。在此種情況，將真空吸水器安置在井點系統的管道上，可幫助抽除土層中的水。為使抽水效率高，使用真空抽水系統時，點井及套管周圍的濾砂層必須到達地面以下數公尺，再在最上面數公尺，覆以不透水的土壤或其他材料。使用此種系統，點井間的間隔必須較小。本系統可降低地下水位適用於開挖深度5~6M之基礎挖深。

3.1.7.3.電滲法(electric-osmosis)脫水：

a. 細粒沉泥、粘土、或粗細粒混合的土層為低透水率的土壤(粒徑小於0.002mm的土粒含量不得多於25%)的排水，使用電滲法較適當。

b. 基礎原理；

將正電極與負電極桿分別插入飽和土壤中，然後將直流電通入電極間的土壤，則孔隙水即向負電極移動。若在負電極處放置排水井或點井，則匯集在該處的土壤水份即可由抽水泵抽除。

3.1.8.深排水；若挖掘達到地下水位以下很深處，或深入很厚的透水層時，使用深井與深井泵系統來排水。

深井：直徑60cm，深井內面襯有防護套管，管壁鉆有小孔眼，另將深井泵安置在套管底部附近。在井壁與套管之間，填充粗粒土壤作為濾層。

3.2.止水

3.2.1.深井之封閉方式；參圖.37。

重要的項目;台北捷運某工區曾因開挖已達結構基礎底層,為補救土方作業損毀的水位觀測井,實施重置。切記受限水層的噴發高度就是地表水位觀測景觀測所得高程.絕對禁止此高程以下再設水位觀測井。重置結果是受限水層鑽破,噴發湧泉,掏空直徑20~30公尺範圍深入地下20公尺左右地層。最終解決方案是以水填滿灌注整座明挖覆蓋站,平衡受限水層水頭。以萬換億的學費,監造單位也學到了實務。深井類同;封閉務須切實,免除完工後無法修繕後患。

圖37. 深井之封閉方式

3.2.2.擋土壁滲水之處理

a.       減緩滲流水之流速，阻絕擋土側土砂流出；方法為滲漏點沙包堆疊，堆疊高度宜高於滲水點30~50公分。

b.      堆疊沙包同時，動員L.W.系灌漿機具材料(水泥、#3水玻璃)設備，漿液攪拌台設置，電力及管路佈設。灌注平面位制訂定，起始灌注;試誤深度決定。

c.       L.W.配比及凝結時間調整，止漏灌漿地面鑽掘孔位置判定倂鑽至擋土水壁體漏水位置稍低處,後灌注。

d.      擋土止水設施瑕疵處之修補法則；為沙包及內填充物阻絕恰好凝結之L.W.漿液於瑕疵處，重複堆疊補實擋土止水設施空隙及經空隙流失之土體孔洞。

e.       擋土止水設施瑕疵處修補後，會因後續基礎結構土體之開挖形成擋土止水設施再次擾動變形變位而撕裂修補處，防止方式為加固加勁擋土止水設施瑕疵處背側土體，並於核心內注入膨潤材。

4.   安全觀測系統

為監測設施安裝、觀測頻率、觀測管理值及警示因應對策之釐定。

4.1.觀測系統之規劃設計

4.1.1.觀測項目選定。

4.1.2.觀測項目在施工過程中可能行為之預測。

4.1.3.儀器設置地點、設置時機之決定。

4.1.4.儀器規格之決定。

4.1.5.儀器裝設施工規範之擬訂。

4.1.6.儀器測讀正確性之檢核方法與程序之制訂。

4.1.7.觀測頻率最低要求之決定；如表.7。

4.1.8.觀測管理值之研擬及警示因應對策範列；如表.8。

 

4.2.一般之觀測項目

4.2.1.地下水位與水壓：

a. 水位觀測井(圖.25)

b. 豎管式水壓計(圖.25)

c. 水壓計(圖.31)

4.2.2.土壓計及支撐系統荷重

a. 土壓計(圖.31)

b. 支撐荷重計(圖.27)

c. 振弦式應變計(圖.27)

4.2.3.土壤及擋土結構之變形及應力變化

a. 地層傾度觀測管(圖.24)

b. 擋土結構內傾度觀測管(圖.24)

c. 鋼筋計(圖.30)

4.2.4.開挖區地盤之穩定性隆起桿(圖.26)

4.2.5.開挖區外圍之地表沉陷

a. 路面沉陷點

b. 地表沉陷點(圖.28)

4.2.6.鄰近結構物與地下管線等設施之位移、沉陷量與傾斜量

a. 結構物沉陷點(圖.28)

b. 連續沉陷計(圖.29)

c. 地下管線沉陷點(圖.28)

d. 傾斜計(圖.32)

4.2.7.用以觀測結構物之裂縫寬度

a. 裂縫計(圖.33)

b. 裂縫儀(圖.33)

4.3.施工準備工作；

在此階段主要工作大致為進行觀測儀器系統相關之各項計劃之提送審核。施工單位所須提送之資料可包含下列數項：

4.3.1.觀測儀器計劃，其內容包含：

a. 觀測計劃裝設詳細位置及時程進度。

b. 觀測儀器校正方法如証明、型錄、計算手冊、量測手冊。

c. 觀測儀器詳細裝設方法。

d. 儀器裝設計算表格。

e. 供應商名稱、原廠校正或出廠証明和儀器採購計劃。

f. 完成各項監測儀器之初始值測定(三次以上)。

g. 維持方法及裝設失敗或損壞之應變計劃。

4.3.2.沿線之建物管線、地物之調查(由有公信力之機關執行)最好包含地質鑽探。

4.3.3.監測系統需參照之相關工程詳細施工計劃，如下：

a. 連續壁工程。

b. 支撐工程(設計、施工)。

c. 開挖、構築計劃。

d. 降水計劃。

e. 其他工程。

4.3.4.建物保護計劃(如土質改良；微型樁)。

4.3.5.臨時階段之工作；施工階段之觀測工作主要係由施工單位執行。工作內容如下：

a. 隨施工進行，依量測頻率，展開監測作業。

b. 計算量測結果，作初步判斷（資料之正確性），再將資料整理分析，供業主參考。必要時將整理分析結果提送設計單位作進一步研判。

c. 定期作監測儀器之校正。

d. 做好監測儀器之維修計劃。

e. 異常狀況應立刻採取行動，以控制施工安全，並迅速通知有關單位。

5.   結語

建築工程深基礎開挖工法與施工，重點介紹實務，傳佈基礎工程相關特性，以期提供實用之參酌。工程管理以人為主導，正確的認知，擇善而固執之,則工程之人力素質始能提昇，工法亦能精進創新，工程規範與工程執行始能符合。每種開挖工法亦為眾多子工法組合而成；期待亦相互期許更多從業人員共同耕耘；標準化、自動化基礎工程。