地盤改良 : 臨海地區地下工程施工湧水案例與處理對策探討
撰稿 :劉益宏 林柏強 /駿馳工程股份有限公司 摘要: 地盤改良 – 於濱海地區進行地下工程施工，常使用水密性較佳之擋土措施，如全套管樁、鋼版樁、鋼管樁等方式進行擋土開挖作業。唯濱海地區因作業條件受海象、地層條件、擋土樁施工品質等複合性因素影響，導致擋土措施無法如預期達符合地下工程施工之水密性要求，產生擋土措施滲漏或開挖湧水狀況，進而影響地下工程施工進度與品質。因應上述，本文以低壓灌漿技術及其適用性進行探討，說明於濱海地區地下工程施工湧水案例之成因與地盤改良對策介紹。
關鍵字：開挖湧水、低壓灌漿、地盤改良
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1.前言
臨海地區地下工程依湧水程度、地質水文及現地條件，選用最迅速有效的封堵方式，防止工程災害擴大。經現地狀況調查後，於規劃階段須提出最佳解決方案，並以最安全、迅速的作業模式，大幅降低工程損失與工期延誤。
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2.工法與材料說明
依據地盤改良規劃結果，於不同工法須配合適用性材料進行止水灌漿方可達有效止水目的，常用地盤止水工法優劣比較、適用地質與使用之止水材料如表一所示。表一 為止水灌漿工法與材料。 
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2.1 雙環塞灌漿工法
雙環塞灌漿(Double Packer Grouting)為可重複灌注、依改良目的可灌注不同性質漿材之低壓灌注技術。主要以低壓滲透方式以滲透或壓密地層，降低地層透水係達滲水封堵目的。此工法採用灌注一次懸濁型CB漿材填充與均質地層；另以二次溶液型矽酸鈉化學漿材，進行均勻式土層止水改良。若施工環境位於高鹽份之濱海地區，需慎選於高鹽份地區具耐久性之化學漿材，方可達耐久成效，施工流程如圖一所示。
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2.2二重管複合式灌漿工法
二重管複合式灌漿工法(Dual Pipe Grouting Method)為土層止水改良均質性佳之工法，可分階段採順緩凝與凝漿液進行順級或逆級灌漿，對地層進行擠壓、劈裂、脈狀侵入或封堵灌注可達緊急止水需求。依改良目的可灌注不同漿材，可靈活控制漿液固化時間之低壓灌注技術。
鑽孔使用之二重管除鑽孔功能外，亦為漿液輸送管道，具有內、外管漿材分流，於二重管出口混和的特性，因此多配合二徑式漿材。其中每改良階段先灌注瞬凝漿液(漿液膠凝時間約3秒~7秒)進行孔口封堵與均質地層，接續切換至緩凝漿材(漿液膠凝時間約10秒~60秒)進行地盤止水改良，控制漿液在地層中固化時間與推進距離，以達到地盤改良或湧水封堵的目的。若改良地層為礫石層，加速施工功率，於鑽孔則會採用鑽堡鑽孔後，定位鑽機放置二重管進行止水改良，施工流程如圖二所示。
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2.3樹脂灌漿工法
樹脂灌漿工法(Resin Grouting Method)主要適用於結構體、岩盤地層與淺層土層地層湧水處理。藉由樹脂高強度物理性質、可調整膨脹倍率與膠凝時間之特性，除可進行湧水處理亦可強化結構體與岩盤整體強度。此工法施工過程極為快速簡便，非常適於淨空受限或是需要快速施工、快速復原作業地點，施工流程如圖三所示。
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2.4熱瀝青灌漿工法
熱瀝青灌漿工法(Hot Bitumen Grouting)利用特定種類瀝青，於高溫時呈現流體狀態，當接觸地下水降溫後粘滯度快速提升的特性，於流動水、湧水量大或大面積漏水等位置進行灌注，並藉由過程中產生之蒸汽壓，將液態瀝青注入岩層及結構裂隙或擠壓地層軟弱帶，達到封堵湧水目的。因為熱瀝青漿材以溫度作為膠凝時間控制，屬物理反應，無反應空窗期問題，適用於湧水處理狀況。可達到完整湧水封堵的效果。改質瀝青材料物性詳圖四所示。 
傳統灌漿方法處理地下湧水狀況時，常因動水流速高，漿液難以化合並有效發揮止水功能。瀝青漿材受溫度控制，當流動水接觸熱瀝青漿材時，漿材溫度降低，黏度快速升高，以達快速止水成效。施工原理如圖五所示。
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3.案例說明
3.1雙環塞灌漿施工案例
某地下潛盾工程地改，工程位置位於濱海地區屬含鹽份較高之水文與地層，地下水位高且潮汐變化亦會影響地下水位高度。本案於潛盾洞道與推管工作發進端、到達端需進行地盤改良，另於潛盾切刃齒檢點維修區域需人工出艙檢修，地盤改良止水性能需求更是關鍵項目。
本案改良範圍地質屬以礫石層為主與砂泥岩層為次，於礫石層以雙環塞灌漿工法並於砂泥岩層輔助二重管複合式灌漿工法成功克服潛盾發進端、到達端與檢點區地質改良止水需求。
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3.2二重管複合式灌漿施工案例
某大橋橋基構築時，採用雙層鋼版樁夾層灌注低強度回填材(CLSM)作為臨時圍堰，因為海上打椿作業條件嚴峻，版樁連接卡榫鎖口無法完全密合，導致CLSM於水中澆注時產生多處透水路徑及縫隙，圍堰內部海水無法抽乾進行後續整地及基礎構築工作。 工程地點位於海面上，除了潮汐水位壓差影響外，海床地層鹽鹼性及海水對於注漿材料的影響，都將造成漏水封堵工作極大的挑戰。
經針對本地區地質條件、版樁漏水情況及CLSM回填紀錄進行詳細分析後，針對回填層(CLSM)以耐鹽鹼瞬凝化學漿封堵透水路徑、耐鹽鹼水泥化學複合漿材進行填充孔洞止漏加固。 由於工區海床地質條件，上部為中細砂層下方為風化岩層夾雜岩塊碎屑及局部高塑性粉土，版樁打設方式採扇形排列設計，作業平台搭設不易。經研判施工環境條件後，雙層鋼版樁間採用吊裝方式架設懸臂工作平台，並搭配二重管施工法進行：
(1)CLSM垂直鑽孔弱面調查
(2)瞬凝SSA化學漿材灌注
(3)速凝/緩凝FLW水泥化學複合漿材灌注，各項作業深度約12m~15m，須達到海床下方風化岩層2m以上。
施工後成功達到圍堰內部可以進行放樣、鋼筋綁紮及澆鑄混凝土等作業條件。
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3.3熱瀝青灌漿施工案例
某濱海火力發電廠因增加發電機組，規劃於兩道拋石海堤間新建一大型曝氣池及廢水冷卻排放渠道。因工程需求必須於沿岸海堤間設置封閉式不透水圍堰，以利後續抽乾圍堰內海水進行曝氣池結構施工。
該圍堰因拋石海堤孔隙極大，加上潮汐、海象、漂砂及海水鹽鹼度等因素影響，傳統灌漿方式無法達到封堵海水湧入圍堰功能。經過評估後決定藉由迎海面海堤拋石消波配合海堤內側採用複合式灌漿技術，建構四道深入海床的止水隔幕，同時達到封堵海水湧入施工面及加固海床的雙重效果。 相關規畫方案：
(1)灌漿材料採用耐鹽鹼長效漿材，確保海堤長期止水功能。
(2)受潮汐及海浪衝擊的介面上、下採用不同性質漿材複合配置，確保孔隙填充效果。本區海床面至高水位面(DWL)以海抛塊石(5~100kg)為主，相對而言，間隙較大且因潮位變化而有水流現象。採快速凝結且不溶於水，不受塩份影響，乾溼變化不會影響漿材成效之材料。
水下拋石層FLW漿材間夾心，運用類似壩心設計，採用改質熱瀝青灌漿技術(Hot Bitumen Grouting)，填充FLW漿材及Visco漿材未滲入的孔隙。漿材條件以攝氏80度時黏滯度不小於14000cps為主。設計採用熱瀝青灌漿材為柔性漿材，堤身變位不影響止水成效，漿液合理分佈，不會過度漫流。
止水性佳為環保材料，不污染環境。自重可抗衡靜水壓，設備場地需求面積較少。 為確保圍堰止水成效，於施工過程以鑽孔紀錄分析、灌漿壓力分析、圍堰堤內外潮位差觀測、施工前後地電阻檢測、現地透水試驗等方式進行施工過程品質確認，以確保大範圍圍堰工作可於施工中依據上述資訊修正相關參數，如期如質完成圍堰止水工作。
依據上述施工規劃、施工順序、灌漿管理原則、施工品質管理手法，本案順利如質完成，施工成果如下所示。
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3.4 樹脂灌漿施工案例
某海中基樁與鋼箱界面湧水，鋼箱與基樁界面密合度不佳，導致於海中鋼箱與基樁界面湧水，湧水量5噸/分鐘以上，影響後續結構施工。本案湧水處止水完成後，基樁需打除樁頭劣質混凝土，故止水漿材需具高抗壓、接著、抗震之性質。避免於震動過程再度湧水。經針對界面與混凝土PC，施灌高強度且速凝型剛性聚胺酯樹脂，有效克服湧水與後續耐震性問題。
本案例因應上述需求說明，故以電鑽鑽孔並埋設特製緊迫於混凝土、鋼箱與基樁漏水界面。並以高強度聚胺酯樹脂進行止水填充灌注，成功解決湧水與結構補強需求，施工示意圖如下圖所示。
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臨海地區地下工程施工湧水案例與處理對策探討
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