地盤改良工法有哪些?4大施工作法一次搞懂 (上)

   日期:2022-02-11     瀏覽:707    
核心提示:興建一個建案的過程中,進行假設工程後,就要面臨挖掘土地基礎階段的土方工程。然而,施工前,在整地鑽探時,發現地盤基礎支撐力無法支撐地上結構物時,就需要進行地盤改良工程。

文 / 918建材庫

▲ 示意圖 (照片來源 / 付費圖庫)

 

興建一個建案的過程中,進行假設工程後,就要面臨挖掘土地基礎階段的土方工程。然而,施工前,在整地鑽探時,發現地盤基礎支撐力無法支撐地上結構物時,就需要進行地盤改良工程。但你知道地盤改良有哪些工法嗎?實際施工時需要評估的問題有哪些呢?

 

|整地前的探測

▲ 示意圖 (照片來源 / 付費圖庫)

 

一般而言,在整地時除了要清除基地內的雜草亂石及雜物,開挖前還得進行地質鑽探,以了解地層組織及載重能力,一方面是考量基礎設計的安全,另一方面,也藉此了解地下水文,估算地盤載重力及挖掘深度;如果發現基礎地盤土壤支撐力不足或地盤沉陷量過大,就要透過各種壓實或固結等工法,來改良地盤土壤顆粒的排列及空隙等不穩定因素。

 

台灣位處地震頻繁地帶,「土讓液化」已是地上建物不可忽視的問題。以目前土木工程來說,可以透過液化處置措施來提升土質的抗液化能力,至於要用哪種方式,必須視液化深度、建築物結構、地質及施工成本來考量。

 

|地盤改良常見工法


▲ 示意圖,與內文無關 (照片來源 / 付費圖庫)

 

以國內建築在進行地層改良較常使用的工法來說,淺層拌合、深層攪拌、灌漿都是常用工法,但預壓排水、振動夯實在國內則較為罕見。

 

較不常見的排水預壓工法為何少見?原因在於,目前大部分建案都不會選擇在土質環境不佳的地帶動工,因此會採取這類工法的土木工程,大多都屬於橋梁類型的大型建設,而且橋樑使用的基座,不同地區有不同土質,施工採用的工法也非常多元。

 

01 排水預壓工法

 

「排水預壓工法」就是利用透水性佳的砂礫、砂袋、紙帶或織物排水帶來加速黏土的壓密速度。施工前須先在基地打設排水材及施加預壓力,以藉由水分排出土層,達到預先壓密的效果,克服沉陷與強度的問題。

 

由於,這套工法是由排水與加壓組成,在加壓方式上包含堆載法、真空法、降低地下水位法。堆載法須先以堆填土石料來加壓基地,直到固結完成部分沉陷量後,再卸除堆填料;真空法則是在基地上鋪上砂墊且蓋上一層不透氣薄膜,把薄膜四周深埋進土內,最後以真空泵哺將砂墊內的空氣抽出,使基地因大氣壓力排出水分。


地盤改良工法之一的垂直排水帶工法,藉由排水帶達到壓密效果來改善土質。(照片來源 / 甲盟實業網站截圖)

 

降低地下水位法則是利用抽水泵來降低地下水位,使地層有效應力加增,以提早固結沉陷,提高地層支撐力。

 

由於這些工法都適用在軟弱飽和地黏土、有機黏土、沉泥、有機沉泥、疏鬆泥炭土及沼澤土等土壤,若建物要蓋在這些土壤上,建造完畢後仍可能有大量沉陷的問題,所以通常會用在鐵、公路、儲水油槽、工業區開發或河道整治等地盤改良。

 

02 振動夯實工法

六輕工業區在起初建造時以抽沙填海的方式來造陸(照片來源 / 台塑石化官網截圖)

 

振動夯實工法的原理是利用機械振動、夯實,或利用其他外力來增加基地土層的密度,當年創下一次填海造陸面積最大世界紀錄的雲林麥寮的六輕工業區就是以這種工法來改善其地盤。

 

最常見的就是動力夯實及振動擠壓等兩大工法,其不同之處在於,動力夯實是透過起重機設備來吊高重捶,反覆使之自由落下夯擊地面,透過衝擊力道改變土壤組織,達到增加地層支撐力的目的;而振動擠壓是將砂礫強制擠入地層中,透過振動與擠壓來改良樁間土層,增加土壤密度,達到強化地層的目的。

六輕工業區在改善地盤時就以動力夯實來進行,且以吊車吊起混凝土與鐵塊組合而成的立方體,以重力加速度的重量擊打地面,所以才會留下一格一格的棋盤狀的水坑。(照片來源 / 台塑石化官網截圖)

 

⏩TIPS:

以台灣現有的經驗來說,影響此工法改良土層效果的因素有很多,其中又以「夯擊能量」的決定影響最大,因為夯擊能量的選擇必須根據改良深度、地層種類及改良目標來決定。其次,夯擊次數也是工法設計上的一個重要參數,必須根據現場模擬施工時的測量次數與貫入量來決定。

 

至於振動擠壓工法,主要有砂樁或礫石樁兩種不同方式,可以對砂質地層產生擠壓密實作用,也能對黏土地層產生置換作用,且都能加強地層補強與排水。

▲ 振動擠壓工法的施工過程是用振動機及高壓空氣將砂料灌入土壤中,達到夯實土壤的作用。(照片來源 / YouTube影片截圖)

 

砂樁在施工上,主要是利用振動機及高壓空氣的補助,在中空的鋼管貫入土層,達到預定的深度後,再將砂料從鋼管上方投入,藉由鋼管上下反覆拉拔貫入,將砂料擠壓夯實成柱體,使柱體周圍土壤受到擠壓、緊密,同時砂樁有一定的透水性,所以更能防止砂質地盤液化。

 

至於礫石樁,最早是利用揚實錐的振動與擠壓回填粒料,來改良砂質地盤,後來也陸續應用在軟弱黏土改良上。在施工上,若以水沖出土而改填礫石,是屬於「振動置換法」,若全靠揚實錐擠壓成孔,再填充礫石,就是「振動位移法」。

 

不過,振動擠壓工法的施工較仰賴於工程經驗,國內還沒有較完備的理論基礎,所以影響土質改良效果的因素甚多,必須要透過模擬來驗證。

 

以上是較罕見的地盤改良工法,下一篇將告訴你常見於建築工程的土壤改良工法。

 

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