地下結構體於高地下水位環境的施工對策

前言

地下結構之施工，須考量基地地質條件、地下水位、開挖深度及臨時擋土措施等相關問題，施工時使用最佳的方法，讓地下室結構能在安全環境下施工且各工項施工品質能達一定之水準。

本文主要敘述地下結構開挖時之注意事項及如何在地下水位高之工地做好地下室之防水，讓地下結構處在安全情況下施工並保持地下室空間處於無滲漏水之環境。

施工前期準備

地質鑽探

地質鑽探調查包括鑽探、取樣及試驗，其主要目的在於獲得鑽探點之地層分布、瞭解地下水水位及地層之性質。

基地地層分布

鑽孔一般採水沖法方式進行，垂直地表面每隔1.5公尺以分裂式標準取樣器採取劈管土樣，並進行現場標準貫入試驗(SPT)，以求取N值（土壤阻抗力與承受性），並將現場鑽孔所取得劈管土樣送至試驗室進行物理性質與力學性質試驗。

根據鑽孔柱狀圖及土壤試驗結果，如 圖一，可分析出基地地層主要組成之層次，例如是否為回填層、粉土層、黏土層或細沙層等。

地下水位概況

現場鑽孔完成後，選擇於數個孔內埋設水位觀測井及開放式水壓計，然而地下水會隨著不同的雨量有不同的水壓結果，如 圖二，因此定期觀察並紀錄便相對重要，可藉以瞭解基地地下水位之情形，如 表一。

防水設計

基本的地下室防水工程如下：

• 基礎防潮層
• 地下室外牆止水帶
• 地下室外牆防水層

然而通常在防水工程容易失敗的地方便是基礎版與地下室外牆因分區澆置混凝土產生施工縫，因此導致防水工程的弱點，造成水路易往此施工縫溢流，因此如何掌握好施工縫的品質及確實的施作流程，為高地下水位施工的重要一環，相關處理流程及方式如下：

• 新舊混凝土交接面應為粗糙面。
• 澆置前交接面塗佈環氧樹脂接著劑。
• 施工時搗實作業之確實執行。

施工困難性

在高水位環境下，地下室施工的過程，常見開挖斜坡面或底部出水，其主要原因如下列兩點，也因此造成地下室基礎及防水工程施作不易。

• 下雨時地下水位升高。
• 夾層游離水滲出，如 圖三。

  圖三、夾層游離水滲出照片

  

然而開挖擋土措施，也因高水位及軟弱地質的影響，常造成以下幾點施工困難，導致影響施工安全及基礎和防水施工受阻。

• 因游離水層，導致土壤鬆軟，造成明挖坡面滑動，如 圖四。

  圖四、明挖坡面滑動狀況

  
• 地下水位高，導致側向土壓力過大，造成臨時擋土支撐傾斜，如 圖五。

  圖五、擋土鋼板樁傾斜狀況

  
• 游離水層及地下水易導致排樁縫隙湧出砂土及滲水，如 圖六

  圖六、擋土排樁滲水狀況

  

施工策略

開挖前降水計畫

開挖前依據鑽探報告，台南基地之地質狀況，開挖面深度屬於中等稠度黏土，於夾層摻雜約1.5公尺不等之砂質粉土，除基地開挖使用點井降水，該斷面高程即需要施作淺層砂質粉土降水位，避免開挖過程中因土壤含水造成施工困難，因此藉由施作臨時點井，以去除基地開挖面高程以上排水，設置則依據基地條件及地下水位設置，包括間隔、深度及孔徑，臨時點井施工程序如下。

先行埋設PVC管，再以不銹鋼鑽頭往下鑽掘土層施作，如 圖七。

鑽掘過程中，注入水源以衝擊方式將泥砂及汙水排出，如 圖八。

鑽掘至預定深度後放入PVC管過濾網，並放置抽水馬達，然後試抽水並回填砂封層，如 圖九。

 

開挖階段降水計畫

最主要是要排除基地內高地下水位所導致的滲水，處理方式如下，並且以 圖十作為說明。

• 開挖底部周邊設排水導溝。
• 設真空抽水井排除透水層游離水及增加邊坡穩定性，如 圖十一。

  圖十一、基地內真空點井照片

  

  
• 控制地下水位高度（約開挖面下1公尺）。

開挖前監測系統配置與開挖階段定期觀測

經常配置之監測系統有：

• 水位觀測井：於開挖面四周埋設水位觀測井與水壓計，以了解由於開挖及抽水等施工作業造成基地四周地下水與地下水壓變化情況，隨時檢核擋土壁所承受之水壓與控制基地內抽水作業。
• 沉陷觀測釘 安裝於基地既有道路及建築物附近，以觀測地面受開挖之影響而造成下陷情形。
• 壁體傾斜儀 防止擋土措施失敗之最有效預防方法即安裝傾斜變位管以觀測其變位情形，即時分析而防止其過度變形而遭致破壞。

一般可分壁體內及壁體外二種，壁體內傾斜儀可量測出擋土壁之側向變形；壁體外傾斜儀則可量測牆背土壤之側向變形。

• 建物傾斜計 施作於基地周圍之建物上，可以了解鄰房是否因基地開挖而造成傾斜，進一步對鄰房提供保障。
• 應變計 一般用在內支撐工法，應變計可裝於支撐鋼樑上以求得作用在支撐上支應力以防止支撐之失敗，當基地緊鄰建物或道路時，必需掌握支撐應變量以確保擋土措施之安全性。
• 鋼筋計 使用在連續壁或排樁，於主筋位置處裝設鋼筋計，可以量測主筋受力情況，進而反算壁（樁）體所受之彎矩是否超出容許範圍，對壁（樁）體之結構安全提供保障。

監測系統觀察頻率

• 一般約2~3日觀測一次。
• 遇豪大雨或有異常情況時應密集觀測。

觀測值

• 安全值內 擋土壁體與周遭環境處於安全狀態下。
• 達警戒值 需加強觀測頻率，並提出改善計畫。
• 達行動值 應立刻進行安全評估，並進行補強工作。

防水施工

基礎防潮層、地下室外牆防水按施工圖說與規範施工，另須注意以下施工細節及施工縫補強之處理，處理方式如下：

• 止水帶加強固定及灌漿時特別小心，避免遭混凝土覆蓋而失去功能性，如 圖十二。

  圖十二、止水帶施工狀況

  

  
• 地下室外牆施工縫之補強處理，如 圖十三。

  圖十三、地下室外牆施工縫之補強處理示意圖

  
• 基礎版施工縫之補強處理，如 圖十四。

  圖十四、基礎板施工縫補強示意圖

  

地坪導水層設計

以南科建廠為例，南科地下水位高，且因承載力需求需打設基樁，樁之頂部內側防水稍有缺失，地下水會因虹吸原理將水帶至地下室樓版面。

為了防止基礎防水施工不慎及基樁虹吸現象等所產生之地坪滲水，於地坪設計導水層概念，利用導水板將滲水導至陰井排出，使地坪無滲水情況，相關設計如 圖十五。

施工流程概述如下，並且以 圖十六說明。

• 地坪滲水處利用壓力注射止漏處理。
• 防水層塗佈
• 依規劃位置舖設導水板(需銜接至陰井)
• 導水板包覆不織布
• 舖設溫度鋼筋
• 混凝土澆置

結語

南科建廠的特色及挑戰之一，就是軟弱的地質和高水位的環境，因此，如何在需大量開挖的地下室結構體施工，成為一個重要的課題。施工團隊必須從施工前的地質探勘瞭解水位及夾層水高程，並依據探勘資料進行基地內外的降水計畫，以及防水工程的改良設計、施工品質的流程管控，都是環環相扣的重點，希望藉由本文可以降低南科新建廠房地下室的施工困難及提升防水品質。