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| 2019/11/04 12:38:10瀏覽14366｜回應0｜推薦1 | |
建設基地淺挖不獲良好支撐及或摩擦層;進而採取埋設於地下的結構構件傳遞建物荷重,其有極大的桿件長度與桿件斷面尺寸比,用於傳送地表構造物自身及承載荷重予樁周遭土體;稱摩擦樁,或樁底接觸堅實土壤;稱點承樁,二者均分配的也有。沙土提供摩擦力,沉泥質沙提供凝聚力及摩擦力。於樁載重試驗觀察,深樁的摩擦力幾乎承載了大多地表構造物荷重,傳遞分配到樁尖的荷重極少。在開挖工法的明挖覆蓋工法的中間樁是磨擦樁的典型,承載施工中及臨時交通維持的活載重。小口徑獨立基樁或組合的基礎群樁有因上部結構設計或逆打工法的需求,以大口徑樁取代。水中’海事工程則築圍堰以沉箱施工。不緊密鵝卵石’礫石及零星岩層分佈地層嘗試以井基礎替代;沒有圍堰的沉箱’手掘基樁。海事工程防護用的臨水或水中的防護樁’錨樁。大面積公園地下停車場的抗浮樁(中正紀念堂停車場為一例,即建物自重小’或缺足夠荷重的地下結構物)。地盤改良的地盤壓實樁’水泥漿液攪拌混合或全置換土壤樁. 圖1.樁基礎-規劃順序
圖2.樁基礎的分類及運用 Pile used for Building Foundations Civil Engineering Wednesday, February 08, 2017& CivilDigital.com – The Civil Engineering Website
樁的選擇 結構的性質’荷重條件’地表水位相對於樁帽的高程’所需的樁的可能長度’材料和設備的可選擇性’導致不利樁品質的可能因素’樁的成本概估和進行植樁作業的基地基礎底面位置之選定地質性質決定了適用樁的選擇。 基礎底面位置之選定 1.高架橋之基腳為避免地表淺層風化及人為地貌變更，一般均築在地表面 下。 2.跨越河川之橋基腳，設在高水位線上施工容易，考量水工;如沖刷河床.則應築於河川整治後之河床底下。 3.建築物視地表下建物(地下室)空間功能需求決定基礎底面高程。 圖3.樁及其施工法
樁之種類： 既成樁： 鋼筋混凝土’鋼鐵’木材等基本材料製成細長的支撐桿件,樁由打樁機及樁錘或錘打入地層,以傳遞荷載’建物重至堅實地盤土壤。這類單樁可以提供基本適切垂直及水平荷載需求。組合成群樁,則提供結構物基礎更多需求承載力。樁材料由工廠製造,品質穩定,樁設置快速,唯噪音過大,適用於郊區非居住區域。建物結構荷載需求再增,則由場鑄樁或如沉箱等地下結構傳遞荷載至承載地層。 圖4.由地質選擇工法及樁深
圖5.既成樁的種類
木樁 用於就近取材的施工地.施工地質為富凝聚力地層,例;河岸邊洪積層的築堤。 圖6.木樁運用於簡易橋工基礎
預鑄混凝土樁〈R.C樁〉 預鑄混凝土樁(PRECAST CONCRETE PİLES)相似斷面積容許荷重及抗張力較高,5型水泥混凝土材及樁面塗裝達成抗腐蝕的效用。較少數量即可替代量多密集的木樁。若需承載較大荷重則以群樁組合因應。樁錘選用與樁荷重需求相關,能量大的樁錘在N質高的地層造成樁大的壓應力,但在鬆軟地層則在樁產生大的張應力。原因是樁錘的連續作用機制是樁給予的反作用力,了解施工處地質資料作為選擇適當樁錘能量,可以避免樁體的破壞。施工上樁頂結構均有補強,樁錘樁帽有經驗上的造型組合,目的是最佳能量傳遞,並均佈荷重,減少樁頭張應力產生。 樁錘選用同時考量被載機具,大能量樁垂需求大能量被載機具(類履帶吊車specialized rigs). 樁以單動樁錘打設;樁承載能量估算與土壤應力重組因子(set –up factor;摩擦力因子,總和承力因子.) 樁以單動樁錘打設;樁承載能量(Dynamic Resistance)估算公式 (Pile Resistance - Single-acting Power Hammers) P = 2 W H / (s + 0.1) P = Calculated Resistance (lbs.) (Allowable) W = Weight of Ram (lbs.) H = Height of Ram Fall (ft.) s = Average Penetration for last 20 blows (inches per blow) 土壤應力重組因子(set –up factor;摩擦力因子,總和承力因子.) 理論上為土壤受擾動後砂土摩擦角改變,黏土附著力降低.停止打樁後靜置一段時間,唯不大於7天,恢復打樁後計算出的增加承載力因數.約在50%~200%. 圖7.預鑄 鋼筋混凝土 樁
圖8.既成樁 打樁設備
圖9.既成樁 樁頂樁帽 構造
圖9~1. 既成樁 樁頂樁帽 構造
圖10.既成樁的單樁及接樁
表1.常用既成樁單樁參考最大允許荷重 編輯自 GEOTECHNICAL MANUL (2018 by TEXAS DEPARTMENT of TRANSPORTATION)
預鑄預力混凝土樁〈P.C樁〉 特性相同於預鑄混凝土樁,較佳的鐵件焊接接樁或接鋼管樁接頭可以螺栓接合方式,得設計需求樁長,因此克服了長樁運輸困難的議題.中空型則減低樁重減低運輸吊樁荷重.打樁時的噪音’震動影響環境,亦有採用油壓壓樁機的方式植樁(Hydraulic Static Pile Driver Piling).若樁承載力為一,則壓樁機的反力重至少在2.5~3倍.需設計機動性高的壓樁機,亦須工地施工場地平整可輾壓,因此;實用性低. 圖11.中空型預鑄預力基樁施工
圖12.中空型預鑄預力基樁
圖13.預鑄混凝土樁電焊接樁(擷取於新加坡建設局; The Building and Construction Authority - BCA)
圖14.中空型預鑄預力基樁電焊接樁
圖15.PC樁 螺栓接樁
圖16.預鑄預力混凝土樁接鋼管樁接頭螺栓接合方式
圖17.預鑄預力混凝土樁接樁的螺栓接合方式
圖18.預鑄預力混凝土樁油壓式靜力植樁
圖18-1.預鑄預力混凝土樁油壓式靜力植樁機
鋼樁-鋼管樁’鋼管與混凝土合成樁’H型鋼樁 斷面不大,單位面積強度佳,長度需求可依打設阻力調整.在腐蝕性土層以陰極或防蝕塗膜保護. 小尺寸的鋼管樁,就4” 5”吧.在緊鄰老舊建物可植入當淺層開挖的臨時或永久擋土設施,植入鋼管通常以迷你鑽機伴隨水玻璃水泥系漿液注入,有一定止水效果. 大口徑鋼管樁或排樁(Steel Tubular Piles)可用於圍堰或板樁橫板條工法的主樁.管狀特性是慣性矩佳,加工時賦予止水榫則有止水功能.N質高或卵礫石’破碎帶岩層,可用不同挖掘工具先行,再壓入鋼管,形成擋土側允許微變形的永久或臨時擋土設施.(高雄捷運衛武營前潛盾鑽頭軸心更換的臨時工作井是以鋼管圍堰執行.) 圖19.型鋼基樁群及板樁擋土設施
圖20.型鋼樁 打設接續
圖21.鋼管樁 tubular-steel-pile
圖22.結合鋼管鋼板的海岸工程( Combi-Wall)
圖23. 台五線汐止交流道橋墩樁址預力基樁樁帽橋墩基礎施築
圖24.建築設施的鋼管基樁
圖25.型鋼樁 荷重試驗佈設 試樁
版樁或鋼板樁 版樁有預鑄鋼筋混凝土板樁與鋼鈑樁.台北基隆河截彎取直大直段防洪堤防,臨水側築有一整排平面預鑄鋼筋混凝土坂樁,以切斷地下水流線(Flow Net);樁長5公尺左右,樁寬約1.5公尺,由於位基隆河洪積段,打設位置極其軟弱,一片片壓入的順暢,臨岸側的懸臂防洪牆基板另設承重樁.土壤N植高處不適選用預鑄鋼筋混凝土板樁為防護設施,因其斷面植入土層,相對要擠壓出位置空間,施工可行性低. 板樁’鋼鈑樁的特性為不提供垂直向支撐,港灣工程使用作為港口設施的船塢’碼頭’船泊位的防護,防沖刷’擋土樁.通常結合錨樁(Anchor Pile)’斜樁(Batter Pile)’防護排樁(Fender pile)互補. 建物基腳或橋墩’橋台位地表下之淺挖,常以鋼板樁為臨時擋土設施.設計為基礎深挖的擋土設施,則需配設支撐(地錨或鋼支撐),加強支撐剛性,限制擋土牆變形的施工工安(公安)危害.五股工業區標準廠房大面積的地下設施開挖擋土,曾使用V型50公分寬20公尺長鋼板樁;案例中3~4公尺表層為沼澤地上填紅土卵石層,其下為壓密洪積砂質沉泥層.須經表層土置換後始能打設鋼板樁.N值大且不均勻密度土層打設長鋼板樁的程序為一定或全數需求鋼板樁片數插樁後分階打設,確保鋼板樁的土層端的不偏移;因為地表上的垂直控制是不能控制地表下軟弱土層誘使偏移.閉合的建物擋土設施採用鋼板樁,鋼板樁的垂直度是閉合關鍵.鋼板樁的閉合是地下建物防水’止水的關鍵. 圖26.鋼筋混凝土板樁reinforcement concrete sheetpile( railsystem)
圖27.預鑄鋼筋混凝土板樁以油壓振動樁錘植入中 Precast Concrete Sheetpile Wall installation(MEGAS)
圖28.Flow Net繪製推估防止砂湧的鋼板樁植入深度
圖29.露儲中的鋼板樁
圖30.鋼板樁擋土設施地錨支撐及淺井祛水
場鑄混凝土樁(PilesCast in situ) 適當選用衝擊或旋鑽式掘削器具,於預定工程設計位置,挖掘鑽孔一定尺寸,達支承佳的礫石層或岩盤. 挖掘鑽孔過程於軟弱易崩塌地層佐以套管為土壤變位臨時支撐,安定液取造膜’潤滑功能,給予樁壁臨時支撐,防樁底失水,令鑽齒冷卻,形成鋼套管與樁壁間潤滑劑;不論裸妝或套管樁均建議全施築過程使用穩定液.以加勁材’混凝土置換安定液’抽取鋼套管,完成場鑄樁. 裸樁及套管先後行場鑄鋼筋混凝土樁 裸樁 植樁時不使用外套管,樁體鑽挖時或鑽挖完成後之吊放鋼筋籠’澆置特密混凝土的過程均採穩定液促使穩定裸樁壁體. 預壘(螺旋桿)樁或預壘排樁(PIP;Packed In Place pile) 日常生活常用的螺絲釘置入木料中,可見木料表層置換出螺絲體積的部份木削,其餘體積是被置入力壓實成了周圍木料.預壘樁就是這個原理.通常不單獨用於承載樁,因為機具性能(扭力’接地壓力)’螺桿接續長度受限,不易突破N值>20土層.建議的樁徑在30~60公分,樁長不超過15公尺,可提供摩擦力承載簡易建物或為地下水位低於地下結構開挖高程,地下結構開挖不大於6公尺建物的擋土設施.注入水泥砂漿或水泥系漿液支撐樁壁與螺旋鑽桿提升的過程或許混雜置換土體,沒有擋水’止水功能.勁度佳’止水’擋水功能完善的擋土水排樁可考慮Secant pile wall,’切削排樁’.其施工機械被要求有良好垂直精度;避免後行樁樁體鑽掘受制於先行樁加勁材的被切割.北市鐵路地下化過淡水河段明挖隧道工程所採用的擋土水排樁工法;一場慘烈的地工工法實驗. 圖31.預壘(螺旋桿)樁(PIP;Packed In Place pile)施工程序
圖31-1. 預壘(螺旋桿)樁(PIP;Packed In Place pile)施工程序
圖32.PIP 排樁擋土壁
圖33.PIP樁擋土壁通用的施工順序排列
1’4’7’10’13’16……編號樁’為首日施工PIP樁的預定樁完成量.次日就施築2’5’8’11’14……編號樁的樁,第三日則施築3’6’9’12’15的編號樁. 1’4’7’10’13’16……編號樁間的樁填滿,但不代表密接,可提供止水’擋水.PIP樁從填充水泥砂漿或水泥系漿液完成,置入鋼筋籠的需求時間要低於水泥水化作用的初凝時間.另外適當的施工間距可避免擾動正在水泥水化作用的樁. 場鑄樁裸樁 樁體鑽挖造成樁面接觸地質的平衡破壞,地下水位下樁體面尤易崩坍.建物地表若為回填或生成時期為近年代也易崩塌.為獲得設計的完整樁斷面,於是在鑽挖樁體置換土體階段,場鑄裸樁採淺套管(套管長度超越回填層30~50公分),維護地表層穩定.以比重1.03~1.08穩定液置換樁土體,給予裸樁樁壁支撐,平衡地下水壓. 裸樁或連續壁的鑽挖為獲壁體穩定,1991前穩定液調配製造主劑即為皂土(Bentonite). 加進添加劑 (蘇打粉或聚合物POLYMER )以提高吸水和膨脹力或製造抗污染皂土液.皂土工程性質;高塑性’導水度(與滲透率有關)低’剪力強度低’體積應變模數大’ 遇水膨脹.樁工程鑽挖前預製皂土安定液儲備,使其充分發揮其懸浮造膜(止水膜)特性.裸樁淺套管埋設後即可注入,對沙含量高的淺層土壤產生造膜穩定.穩定液對樁壁的臨時支撐保護藉由穩定液的液壓對樁體面造膜’液壓支撐,循環連續進行.因此;穩定液比重’黏滯度’含沙當量的適當試驗數值管理有其鑽挖效率正面功能.尤其在反循環置換土體工法中帶出土沙穩定液適當分離’沉澱土砂後的再製補充穩定液注入使用過程.往往場鑄樁施工現場缺乏’忽視穩定液的循環再製補充設施,穩定液隨鑽挖深度重複使用,逐漸形成密度高懸浮性差的劣質穩定液,當然容易被非專業人員負面認知皂土穩定液的經濟功能. POLYMER(高分子材料)有絮凝性、增稠性、表面活性等性能, 絮凝是在廢水中加入高分子混凝藥劑，高分子混凝藥劑溶解後，會形成高分子聚合物。這種高聚物的結構是線性的，線的一端拉著微小粒子，另一端拉著另一個微小粒子，在相距較遠的兩個粒子之間起著粘結架橋的作用，使得微粒逐漸變大，最終形成大顆粒的絮凝體（俗稱礬花），加速顆粒沉降。常用的絮凝劑有聚丙烯醯胺、聚鐵等. 凝聚和絮凝結合在一起使用的過程稱為混凝過程。混凝在實驗或工程上經常使用，如先在水中投入硫酸亞鐵等藥劑，消除膠體粒子之間的靜電排斥，然後在投加聚丙烯醯胺，使得微粒逐漸變大，形成肉眼可見的礬花，最後產生沉降. 聚丙烯醯胺分子鏈很長，使其能在兩個粒子之間的架橋，加速粒子的沉降,是很好的絮凝劑.因此穩定液是需要管理’處理’再製補充的,蒙脫皂土主劑穩定液容易除去樁鑽出的固體’懸浮顆粒,特性的防水造膜功能及鑽頭鑽齒’套管的冷卻潤滑功能.場鑄樁的施工廣義涵蓋;反循環’正循環及靜水工法.蒙脫皂土主劑穩定液適用性均佳. 圖34.泥水工法場鑄樁施工品管流程
圖35.樁壁體開挖使用皂土系穩定液對樁壁造膜支撐功能
圖36.皂土系穩定液品質控制常用的試驗儀器
圖37.穩定液的製造及廢液處理再生穩定液的製造及廢液處理再生
場鑄樁因鑽挖樁體排土效益自靜水工法’正循環工法衍伸至反循環工法 穩定液 靜水工法 穩定液在樁體開挖時置換樁土體,穩定液自重填充樁體而不以動力循環移動穩定液的流動. 地下水低下於支撐層的岩石地盤,一般選用凱利桿為鑽桿,鑽頭及取土設備安裝於凱利桿尖端,不同地層選用不同鑽頭及取土設備,通常與套管並進乾掘,套管支撐鑽挖壁體,無地下水則視樁壁狀況抽取套管於吊放鋼筋籠前,留置先端節套管供穩定表土層,再吊放鋼筋籠’澆置特密混凝土.鑽挖完壁體後也可注滿穩定液,同樣抽取套管於吊放鋼筋籠前,留置先端節套管供穩定表土層,再吊放鋼筋籠’澆置特密混凝土.安全的’品管佳的施工程序,惟作業上同步回收穩定液,及一定數量遭混凝土劣化的穩定液必須分槽,劣化穩定液要土砂分離,調整PH值近中性後再使用及部分劣質運棄.一般會選擇填充皂土液潤滑套管週邊及冷卻鑽齒,用套管繼續保護壁體,隨特密混凝土的累計澆置重疊套管高度,再分節移除套管.施工程序耗工,工班能有品質觀念較易正確執行.長樁往往在抽取套管時發生困難,甚至埋置套管,工法中套管是昂貴的,後續處理’重置費時費工. 圖38.用於鑽掘樁設備的背載機具 以德國寶娥(BAUREA RIGS)為例
圖38-1.鑽掘樁設備;Rotary drill rigs with crowd cylinde
38-2.鑽掘樁設備; Rotary drill rigs with crowd winch system.
鑽機結構(Rotary drill rigs)由背載履帶機導桿及導桿上作為平行四邊形的鉸接件組成。導桿上安裝中央鉸鍊和兩個液壓千斤頂(Rotary drill rigs with crowd cylinder.)。在工作階段可以獲得正面和側面6°的傾斜度。這種特殊的鉸接允許工作軸的平移仍可維持導桿的垂直度。可以將工作軸與機器軸的距離從最小4100mm（136“）變化到最大5000mm（165”）。 鑽掘樁設備的背載機具於導桿上安裝油壓千斤頂給予油壓動力轉盤傳予鑽桿鑽頭壓力,可控式鑽頭接地壓的稱Rotary drill rigs with crowd cylinder. 鑽掘樁設備的背載機具於導桿上僅以滑車方式控制油壓動力轉盤傳予鑽桿’鑽頭重量(在水浮力作用下接地壓少於鑽掘設備重)接地壓力的稱Rotary drill rigs with crowd winch system. 接地壓力與鑽掘速率成正比,惟吃軟怕硬是鑽頭走向的自然選擇,樁體歪斜後將造成修正(直)困難,甚至鑽頭埋置.鑽頭接地壓力在可控垂直度下始能加壓. Rotary drill rigs with crowd cylinder市場產品占比極高. 背載機具提供液壓動力於導桿’液壓千斤頂’轉盤,一般可鑽掘直徑1.5公尺,深度30公尺左’右的樁.液壓轉盤傳遞鑽頭的扭力不足以克服破壞岩體或卵礫石的契合(剪力)強度時;則需增設配置獨立足夠扭力的全迴旋或搖管套管器(Casing Oscillator)液壓設備. 仿間偏好大口徑基樁,意味著機具設備的等級及風險增高.設計者不妨考慮以群樁替代.逆打鋼柱或以鋼臨時結構柱替代,每層開挖轉換為永久設計鋼柱.通用的樁徑設計在樁工期’品質一定,施工風險成為可控,施工成本降低,經濟效益提升. 圖38-3.凱利桿 (Keely Bar)
圖38-4.凱利桿 (Keely Bar)
圖38-5.凱利桿 (Keely Bar)
圖38-6.履帶背載機導桿式 樁鑽掘轉盤(Rotary)
圖38-6-1.履帶背載機導桿式 樁鑽掘轉盤(Rotary)大樣
圖38-7.凱利桿端鑽掘連接的鑽掘取土器具
圖38-8.適用不同地質及不同地下水位高度的鑽掘設備選用
鑽掘設備的鑽齒佈設原理 鋸子給予鋸齒的排列的排削空間,排削方向.樁的鑽齒排列中,排削齒齒尖齒面向樁中心,導引掘出樁土體向樁心移動. 岩體鑽掘與爆破原理類同,中心樁體突破’擴孔’樁周勻孔。 鑽齒破壞岩體的原理 點’線’面的連續循環擴孔.齒尖垂直岩層面,加壓’裂解剝離岩片’擴大裂解為區’延伸裂解深度.鑽齒組合在壓力’扭力動作下進行岩盤樁體的置換. 圖39.鑽齒破壞岩體的原理
圖39-1.樁鑽掘鑽具鑽齒對應地層抗壓強度的建議型式
圖39-2. 樁鑽掘鑽具鑽齒
圖39-3. 樁鑽掘鑽具鑽齒
圖39-3-1. 樁鑽掘鑽具鑽齒
圖39-4.子彈型鑽齒掘削原理及其運用於掘削桶螺旋鑽鑽掘器具
圖39-5. 凱利桿(Kelly Bar)式鑽掘器具及鑽掘頭的分類.取土及岩桶的先端設備
圖39-6. 凱利桿(Kelly Bar)式取土及岩桶的先端子彈型掘削鑽齒排列
圖39-7. 凱利桿(Kelly Bar)式取土及岩桶的先端子彈型掘削鑽齒排列
圖39-8.凱利桿(Kelly Bar)式Auger先端子彈型鑽齒齒座排列
使用全套管施築樁,視地層條件,一般地質可採行套管先行掘進,但切削排樁後行樁的鑽齒’鑽齒排列是考究的.原因是鑽齒需研磨切出至少280KG/CM2抗壓強度的先行樁混凝土,先行樁不正則面對切除Fy=4200kg/cm2降伏抗拉強度的高碳鋼.切齒為鎢碳鋼刃.全套管施築樁面臨卵礫石’岩層則需以點線面的方式突破,更換為掘削器具’鑽齒先進,套管跟進勻樁孔.樁的垂直度控制在鑽掘先端的適當接地壓力.儀控可以告知接地壓力與先端進行狀況,作業手操作的準則. 本地全套管基樁專業廠商對Hydraulic Hammer Grab或Down the Hole Hammer的使用為衝擊卵礫石或岩層並取衝擊碎削.觀念上造成效率低落及維修成本增高.附加的極大噪音重創環境安寧. Hydraulic Hammer Grab或Down the Hole Hammer在長衝程地運用,因已經與套管的摩擦及穩定液的浮力消耗極大能量,抵達掘削層已為強驽之末,進掘深度有限.設計上的落距就似揮大槌一般.靠自重及引力掘貫入,繼以油壓或鉸鏈,令鏟閉合取岩’礫.同樣的專業承商也應用衝錘(Chisel)當貫入岩礫層工具,甚或去鑿除障礙物(連續壁母單元預挖接頭漏漿凝結物.).是反映想當然耳的手段.建議以岩’礫破壞原理,建立自由面,也就是點’線’面的掘進,穩定液置換樁土體.連續壁母單元預挖斷的漏漿黏附接頭鋼板接榫,則適度洗刷後,依據單元混凝土澆置紀錄判定黏附位置,於地下結構物開挖前作擋土側的補強’止漏灌漿作業. 圖39-9.連續壁母單元預挖斷的漏漿黏附接頭鋼板接榫清除衝錘
全套管工法基樁 工法概述；施工機具由植管機、套管、取土器組成，於樁位，藉由植管機、取土器交互作業植入套管達樁之設計承載層，經樁體相關驗證後下放鋼筋籠後澆置特密混凝土拔除套管完成基樁。可以併履帶背載機導桿式 凱利桿樁鑽掘轉盤(Rotary)使用,當凱利桿鑽掘轉盤(Rotary)扭力不足時則以全迴旋鑽機藉全套管傳達扭力至卵’礫石或岩層掘進,取土工具置換出樁土體. 使用全套管基樁工法的理由； 1. 植管器定心定平正確，則六公尺或其他長度,良好方向度品質管制之剛性套管、套管接頭續接植入,構成樁之良好垂直度。 2. 適用性廣，軟弱、堅硬地層或地下水充沛滲透係數高之地質均適合。可施築大口徑、深深度〈D>3M、Ld>73M〉之基樁, 施築可行性增加，設計者有較多樁口徑深度之選擇。惟購置套管’機械設備費用龐大,不具通用性. 3.不使用安定液或配合使用安定液，提高了鋼筋混凝土樁身品質，並減少泥水 對環境的污染。 4.建物更新對原建物基礎能夠穿越切除，植入套管，施築新建物基樁。 5.利用先後行樁之排列切割，連接為不漏水之排樁，作為擋土止水壁。 圖40.基樁全套管工法施築程序
全套管基樁工法分類 以植拔器分類 搖管植拔器〈Oscillator〉。 圖41.Oscillators
全迴旋植拔器〈Casing Rotator〉。 圖42.Rotary All Casing Boring Machine
以排土設備分類 使用旋轉壓入設備，先端視需求裝設Auger、Bucket等。 吊車懸吊 Chisel、Hammer grabe及植拔器與排土設備合併之型式。 1.掘進排土設備與切削靴先後行分類 套管及切削靴前導契入樁位土體，掘進排土設備跟進掘挖排出樁位土體並與切削靴先端維持適當距離。適用軟弱或充沛地下水層以全迴旋植管器施築。 2.掘進排土設備先行挖掘，排出樁位土體，套管及切削靴即時契入。岩層或卵礫石、舊基礎地層適用。搖管植管器由於植入機構特性，亦建議以地心引力重力控制之掘進排土設備先行挖掘以掌握精度。 3.視地質及施築現況併用 1及 2項。 圖43.全迴旋全套管植管機套管帶動Auger鑽掘壓入設備
圖44.全迴旋套管植管機掘削排土型 (植拔管器與鑽掘取土器合併的機型)
基樁全套管工法施工品質控制技術； 1.定心定平。 2.儘可能套管及切削靴前導契入樁位土體，掘進排土設備跟進掘挖排出樁位土體並與切削靴先端維持適當距離。可獲取良好樁垂直精度及平順樁體。 3.全套管切削先端切齒之排列，間距200mm~250mm，切齒荷重2.5t/bit~3.5t/bit。 4.套管接頭強度〈Tensile strength & Torsional strength〉；OD：1000mm~797 Ton、OD：2000mm~2271 Ton。均遠大於機械型錄所載管重及地層摩擦力相關力學數據。適當施工套管及其接頭安全無虞.垂直精度不良及過大接地壓力是造成套管扭曲變形埋置災難主因. 5.適當的套管分節長度配置；掘削器運距(吊車搬運能力)及樁體混凝土澆置特密管與套管隨混凝土填充樁體長度拔除節數規劃。 圖45.全套管基樁雙層管壁套管機械資料及其接頭詳圖
圖45-1.全套管基樁單雙層管壁套管接頭詳圖
6.鋼筋籠加工、間隔器按裝、鋼筋籠分節吊放之精度控制須與套管置放精度一致。鋼筋籠之臨時懸吊定位與吊筋切除時點為第一次套管拔除，此後鋼筋籠以套管為支點矗立。間隔器即為鋼筋籠中無數個小支點，間隔器可維持鋼筋籠之中立，在套管拔除時避免鋼筋籠箍筋卡入切削先端切齒座，此為套管拔管時肇成鋼筋籠推升原因。 7.沉泥控制為在需要安定液之全套管基樁中需要管制的項目。處理方式為採底部開口裝設逆止栓蓋之泥水截取桶截取沉泥並置換良質安定液。 8.樁位混凝土澆置高度適度超越規劃拔除套管之上升套管公榫，以填補套管上升遺留空隙，即時支承樁緣土體，防止崩塌。適時即時提升套管並拆除為避免整樁體帶出〈拉拔力大於完成樁體重加套管及套管與樁緣土體摩擦力.主因為樁混凝已初凝.〉及套管埋置的必要規範。 圖45.全套管基樁套管拉拔力與地層摩擦力關係圖
全套管基樁工法選用注意事項 1.全套管植管器及機具設備、套管購置費用高，樁施築單位機械設備攤提費增加。 2.工法單純呆板，費用效率固定，改善空間有限。 3.切削穴與套管組成之地盤切削與樁壁緣穩定支撐系統為剛性體，系統弱點在 異常施工狀態套管受挫屈、管接頭損壞。非常態作業；過大接地壓造成鑽管先端鑽齒損壞,套管接頭插榫脫離造成套管埋置災難.復舊困難,工期’施工費失控。 4.樁體混凝土澆置須兼顧特密管及套管拔升撤除與鋼筋籠之懸吊或不懸吊定位。樁體混凝土澆置計劃須嚴謹，執行階段須確實，防止樁體複合材膠結不良及冷接縫產生、樁體拔出或鋼筋籠浮出等綜合劣事情境所產生的套管埋置 。 切削樁應用在深開挖建物為擋土支撐 切削排樁(Secant pile walls)與排樁(tangent pile walls)最明顯差異是切削樁先行樁之間的後行樁有至少每側8公分(3in)的疊接,取其有更佳的結構連續性與承受較大的主’被動土壓應力,也取得阻水’止水效果. 深基礎開挖選擇排樁擋水土的優缺點 1. 增加施工靈活性. 2. 剛性(stiffness)較鋼鈑樁大. 3. 可應用施工於卵礫及岩層. 4. 施工噪音較低. 5. 切削樁隨深度的延伸,誤差增多.為後行樁鑽掘自設障礙;後行樁掘削到先行樁加勁材是因先行樁垂直度不良造成. 6. 先’後行樁接頭水密性仍有瑕疵. 7. 工程費是高於鋼板樁的. 圖46.切削樁的加勁材佈設設計
圖46-1. 切削樁的加勁材佈設設計
圖47.全迴旋植管器先端切齒排列建議
衝擊式基樁 樁機由基座’導架’捲揚機組成.衝擊桿先端座為分裂地層構造的鑲嵌鎢碳鋼齒錘,灌入地層50公分左右,以取泥桶取樁體廢土,反覆作業至預定樁尖點.通常樁尺寸不大於1公尺直徑.深度在15公尺左右.運用在建物基礎開挖深度7公尺左右,由於樁體接縫不阻水,使用在地下水位低處,地下水不充沛地層.施築過程泥膜泥漿充沛,鑽挖壁體穩定度高.談不上品管的樁工法. 圖48.衝擊式鑽挖樁 施工機械
正循環工法 樁工程鑽挖樁土體時由鑽桿軸心注入穩定液至鑽桿先端沖揚泥水混合體上升排放至地表儲存池沉澱’濾淨後再泵入鑽挖中樁,填充穩定樁空體.有鑽桿軸心緣加設壓縮空氣管,於先端噴出,形成樁先端局部穩定液密度減低上湧,幫助排出高密度泥水,填充適宜穩定液.通常使用於灌漿工程鑽挖掘階段,地盤取樣鑽心鑽深階段,天然氣’原油井的鑽挖. 圖49.安定液正循環工法用於鑽掘樁井
反循環式基樁施築〈Reverse Circulation Drilling〉 工法概述；鑽機由底座、導架、牽引機〈Winch〉、轉盤、方形鑽桿、圓形延伸排泥法蘭接頭管、真空渦輪排泥泵、三葉鑽或蒜頭鑽組成, 鑽座常用蒜頭鑽於黏土層,三葉鑽於砂礫層。 鋼筋籠製作多依樁應力分佈配筋及其結果分節，樁頭鋼筋密度最大。一般由形狀筋、箍筋、主筋組成，鋼筋籠吊裝點須加設加勁筋，維持樁鋼筋籠吊裝入樁位過程鋼筋籠不變形，鋼筋籠製作必須於平整方正加工台製作，以符精度需求。 反循環基樁工法利用穩定液懸浮土砂原理，由鑽頭鑽桿抽吸泥水及樁位土體至穩定液沉澱循環槽，經泥水與土砂、土體分離沉澱後泥水再度重力式注入樁位，臨時填補樁體，循環作業直至鑽挖達設計或規劃承載層。接續驗證樁鑽挖品質，即樁徑、樁垂直度、樁深。鑽挖垂直度首要控制為鑽頭接地壓力，適當鑽頭接地壓確保樁身垂直度。鑽頭接地壓及真空渦輪泵之口徑、馬力又為基樁樁體鑽挖效力之主因。排土效率隨著鑽挖深度遞減,亦隨著靜置時間,樁底沉泥密度大增.因此有樁底的沉泥處理工法 - 氣泡減密揚泥法(Ai r Lift)的使用。 樁體土體鑽挖置換良質穩定液，依施工圖吊放鋼筋籠定位，配放特密管澆置混凝土至設計高程，另加劣質混凝土厚度需求。樁鋼筋籠吊放精度控制在鋼筋籠重心掌控，臨時吊掛撐材之水平。樁體混凝土澆置品質控制除水中混凝土自身品質外，在順利置換出樁體為樁穴穩定臨時填充之穩定液；因此特密管之適當埋至於樁體澆置混凝土中深度為品管重點，以3公尺每節特密管組成之澆置管系統為例，則特密管埋至深度每達4.5公尺，即為避免斷樁之特密管埋至深度為1.5公尺，就須抽取拆除乙節3公尺特密管，維持特密管內較外大之靜壓力以推擠特密管外與樁緣間之未初凝混凝土上升。上下抽動特密管在澆置特密混凝土時須避免。劣質混凝土之厚度端視穩定液品質而定，穩定液劣化則沉泥厚，沉泥隨特密混凝土澆置，因比重低被擠壓至樁緣減少樁保護層及澆置特密混凝土中之上方，部分與特密混凝土攙雜，形成劣質混凝土，穩定液控管可謂基樁品質之首要。 圖50.反循環式基樁施築機械配置示意圖
圖51.反循環式基樁施築機械鑽桿導架及捲揚系統
圖52.反循環式基樁施築機械先端三葉鑽頭-常用於砂礫層
圖53. 限高段使用的低櫓式反循環鑽機
圖54.水中使用的樁施築反循環式鑽機設備
圖54-1.水中使用的樁施築反循環式鑽機設備
圖55.樁底的沉泥處理工法 - 氣泡減密揚泥法(Ai r Lift)
圖56.水中混凝土以特密管澆置原理
圖56-1特密管澆置套管樁混凝土
超音波樁體測壁儀介紹 顯示樁壁體的外觀;垂直度’坍孔’實際樁直徑’樁深度. 測定原理; 1.動作與原理： 記錄器開啟，馬達啟動皮帶迴轉，振盪控制閥及受訊控制部動作，振盪脈衝從探測子左右之發振子送波器發射至泥水中，振盪脈衝達壁面即反射，受波器接收變換為電器訊號，受訓控制部受訊元件放大後傳至記憶部暫時記憶左右反射波的訊號，記憶部依序有規則的取出訊號送入輸出放大器，由劃針顯示於記錄紙。記錄紙的轉出可選擇，與探測子升降速度成比例或保持定速度送紙，以連續紀錄樁位壁緣Z方向形狀。 2.超音波脈衝自發射至反射接收的時間關係： t=2L/C； t:超音波發射至接收時間 L:超音波脈衝自發射探測子送波器面至壁面距離 C:音速 圖57.超音波測壁儀構件
圖57-1. 超音波測壁儀升降機運作及探測子定位
圖57-2. 超音波測壁儀動作原理
圖57-2. 超音波測壁儀檢測紀錄
井基礎或沉箱及台中特產手掘基樁 歸類一起 ,是因為有相似處.台五線汐止交流道引道過基隆河右岸曾設計一井基礎,東線鐵路拓寬改線過溪橋基也為主流。 沉井是修築地下結構和深基礎的一種結構形式。是先在地表製作成一個井筒狀的結構物，然後在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土，使沉井在自重及上部荷載作用下逐漸下沉，達到設計標高后，再進行封底,井身填沙,封頂接續橋墩’台。 沉井與沉箱的特性 1. 沉井與沉箱整體剛度大，抗震抗性好。 2.與其他地工工法相比有其優越性，地質適用範圍更廣。 3.沉井與沉箱結構本身兼作圍護結構，且施工階段不需要對地基作特殊處理，既安全又經濟。 4.施工對周圍環境影響小，尤其是氣壓沉箱工法，更適用於對土體變形敏感的地區。 手掘基樁 同樣應用在卵礫石層的建物地下室深挖假設擋土排樁工程,由於卵礫石層自持力良好,僅臨近地表層不穩定,至造成工安事故。解決的方式只是研發簡易組合的臨時擋土設施;像腳手架外覆帆布,隨挖下沉,可以一次使用,最佳當然是多次使用。手掘樁的原工法是隨掘挖深度襯以襯版或環片’套管,達承載地層後置放加勁材,澆置樁體混凝土.多用於施工基地狹隘處;如坡地。 井基礎或沉箱及台中特產手掘基樁認知膚淺,僅是完整深基礎課題.假以時日或再研擬敘述。 基樁工程誠如工法分類所示繁雜，礙於實用、常用性，多介紹場鑄樁中之反循環工法及靜水工法中之全套管工法。全套管工法中之搖管植管器著墨極少，原因為搖管植管器適用於短樁，搖管植管器雖扭力、拉拔及壓入力較同等級全迴旋植管器高出甚多，惟植管精度不易控制，其肇因系搖管植管器定心定平於左右25度搖擺植入過程產生偏差。植管扭曲後相繼樁施工程序均將視偏差及早期發覺處理情況造成困難程度不等之糾正。應評估初始選用機械費用較廉之搖管植管器的C/P值。樁工法不外以抓的、打的、鑽的機械器具排出樁位土體，使用安定液或套管暫時穩定樁緣土體，置入加勁材、特密管後澆置水中混凝土完成樁的製程。經各種非破壞及載重試驗驗證後驗收。樁施工法之非破壞及載重試驗未敘述，將充分研擬後補充。
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| ( 知識學習｜隨堂筆記 ) |
