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內政部建築研究所 研究計畫期末報告 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 基礎工程施工抽水對基地環境安全影響 與防災對策 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 計畫主持人: 陳組長建忠 協同主持人: 陳 研究單位: 內政部建築研究所 委託單位: 計畫編號: MOIS 921011 執行期程: 九十二年二月至十二月 中華民國九十二年十月十七日

內政部建築研究所 研究計畫期末報告 · ․施工用之排水設施(如公共下水道)之排水能力調查。 2) 正確的地下水特性分析與研判,並對各種抽排水施工方法

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  • 內政部建築研究所 研究計畫期末報告 ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ ․ ․

    ․ 基礎工程施工抽水對基地環境安全影響 ․ ․ ․

    ․ 與防災對策 ․ ․ ․ ․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․ 計畫主持人: 陳組長建忠

    協同主持人: 陳 宗 禮 研究單位: 內政部建築研究所 委託單位: 計畫編號: MOIS 921011 執行期程: 九十二年二月至十二月

    中華民國九十二年十月十七日

  • 內政部建築研究所研究計畫成果(期末)報告

    基礎工程施工抽水對基地環境安全影響 與防災對策

    計畫主持人: 陳 建 忠 組長

    顧 問: 黃 斌 黃 玉 麟

    陳 怡 睿 倪 至 寬

    協同主持人: 陳 宗 禮

    研 究 人員: 謝 舜 傑 徐 登 文

    陳 太 農 吳 維 庭

    研 究 助理: 陳 俊 琦 許 嘉 真

    研究單位: 內政部建築研究所

    計畫編號: MOIS 921011

    執行期程: 九十二年二月至十二月

    中華民國九十二年十月十七日

  • 基礎工程施工抽水對基地環境安全影響與防災對策 目 次

    前 言 第一章 緒論 1- 3

    一、研究計畫背景與目的 1

    第二章 地下水 4-14

    一、 地下水之認識及特性分析 4 二、 基礎工程施工與地下水位控制 10 三、 地下水之調查方法與研判要領 11

    第三章 地下水與地形、地質、河川、地域、地層之關係 15-28 一、 地下水與地形之關係 15

    二、 地下水與地質之關係 17 三、 地下水與河川之關係 20 四、 地下水與地域之關係 23 五、 地下水與地層之關係 25

    第四章 地下水與基礎挖方工法選定之關係 29-60 一、 大面積大規模之挖方工法 30

    二、 大深度之挖方工法 31 三、 不規則挖方平面之挖方工法 32 四、 非山坡地之傾斜地之挖方工法 33 五、 極軟弱地盤之挖方工法 35 六、 極堅硬卵礫石層地盤之挖方工法 38 七、 山坡地之傾斜地之挖方工法 41 1.坡頂傾斜地 2.坡腰傾斜地 3.坡腳傾斜地

    八、 山溝地區基地之挖方工法 45 九、 地下層層高較大時之挖方工法 47 十、 擋土牆段差下方基地之挖方工法 52 十一、鄰房高樓淺基條件之深挖方工法 53 十二、岩盤基地之深挖方工法 55 十三、鄰接基地同時開挖之挖方工法 57

    第五章 基礎挖方工法與地下水災變類型 61-71 一、 管湧(Piping)現象 61

  • 二、 泉湧與砂湧(Boiling) 62 三、 挖方底部地盤之鼓起(與隆起同稱為 Heaving) 65 四、 安息角挖方斜邊坡底部之洗掘坍塌 66 五、 流砂現象(Quick Sand) 67 六、 挖方底部地盤凍結之鼓起 71

    第六章 地下水位控制(抽水)工法及井口配置、井深選定 72-137 一、 地下水位降低之意義 74 二、 地下水位降低施工法之選定 76 三、 地下水位降低(抽排水)施工法及其適用條件 77 A.重力排水工法 B.強制排水工法 四、 地下水位控制井之井口配置與井深計畫 104

    五、 地下水位控制井之抽水時機及水位控制要領 119 六、 基礎挖方坑之內、外地下水位控制要領 129 七、 透水性與不透水性交互地層之地下水控制工法 134

    第七章 平地與坡地、坡腳平地、河岸邊基地之地下水特性 及處置要領 138-145

    一、 一般平地地下水 138 二、 坡地地下水 140 三、 坡腳平地地下水 141 四、 河岸邊基地地下水 143

    第八章 封井與封孔 146-156 一、 舊有、新設深水井孔之湧泉抑制與封井方法 146 二、 支撐中間樁孔之封閉方法 153

    第九章 地下水災變類型及防災對策工法 157-207 一、泉湧、砂湧之災變及防災對策工法 157 二、管湧洗掘掏空之災變及防災對策工法 163 三、基礎挖方底鼓起之災變及抑止對策工法 188 四、海水浸透地盤地下水災變及防災對策工法 194 五、坡腳基地湧泉之災變及防災對策工法 199

    六、預備井,復水井,觀測井,洩壓井之設置及應用 201

    結言 基礎工程施工挑戰地下水應有之思維 208

    附一、基礎工程施工與地下水災變防止之施工規範條文 修訂建議 213

    附二、地下水災變潛勢區域及判識方法(北、中、南) 241

  • 主 持 人: 陳 建 忠 (內政部建築研究所 安全防災組長)

    協同主持人: 陳 宗 禮 (一梅達工程顧問有限公司 總經理)

    研究人員: 謝 舜 傑 (長榮大學 助理教授)

    徐 登 文 (中興大學 教 授)

    陳 太 農 (成功大學 教 授)

    吳 維 庭 (內政部建築研究所 安全防災組研究

    員)

    研究顧問: 黃 斌 (成功大學 教 授)

    黃 玉 麟 (中興大學 教 授)

    陳 怡 睿 (長榮大學 教 授)

    倪 至 寬 (台北科大 副 教授)

    研究助理: 陳 俊 琦 (一梅達工程顧問有限公司 副總經理)

    許 嘉 真 (長榮大學 土地開發與管理研究所)

    註:本研究報告書為期末報告,文稿僅為文字初稿,附圖

    與實例照片尚整理中未及置入,章節與頁數亦為臨時

    編成尚待研討修訂。

  • Abstract Keywords: Underground water, Geotechnical engineering, Failure mechanism, Remedial measure, Disaster, Ground water pumping, The excavation and construction of basement involve geotechnical engineering, structural engineering and foundation engineering, and they are also the integration of construction methods, construction technologies and construction experiences. Groundwater can be a treacherous enemy to the excavation and construction of basement if neglected. The fact that groundwater may not be located near the foundation depth at a given point in time, does not necessarily insure its permanent absence. Potential changes in the groundwater level, and the possibility of artesian pressures must be evaluated. The presence of groundwater and/or artesian pressure can significantly influence both stability and settlement. This research is the extension of the project “failure mechanism and remedial measure of foundation construction disaster,” that was completed in 2002. The results show that disasters due to groundwater are the most widespread and serious in foundation incidents, Therefore, this research focuses on safety influence of foundation construction with ground water pumping. This study will review the design and construction in practice and propose key points that may be overlooked. The corresponding profound theorems will be elaborated and put to practice. The scope of this systematic study which is friendly in reference will be as wide as possible. The final results can benefit the workers and engineers on the job site and provide suggestions for amendment of construction specifications.

  • 前 言

    在地下基礎工程施工中,地盤中所存在之水常常成為極為重

    要的問題,也就是說「地下工程施工之許多事故,幾乎都是由地

    盤內之水所導致的」說法並不過份,況且,因為水的流動造成土

    質強度的降低或因水流洗掘土壤而形成土砂流出引起災害的事故

    之情形,多得不勝枚舉,因此,在土方挖掘作業中,其挖方面深

    度低於地盤中之地下水位時,或挖方作業之同時,由基地周圍向

    挖方坑內流入之水如無法即時排出,則亦造成挖方作業之困難,

    也因此,在挖方作業之前,大都先實施土質調查及地下水位調查

    等,再作成地下水位降低並予控制之抽排水施工計畫及檢討挖方

    之施工順序。

    挖方施工作業中所產生之事故或災害,絕大部份都係地下水

    之抽排水作業不當或不足所引起,尤其是最近之建築,其地下室

    之層數愈來愈多、挖方深度也愈來愈深,因此,對於地下水之抽

    排水作業的重要性也愈來愈受重視,由土質性狀之瞭解與地下水

    蘊藏地層、類型、水位、流向之正確研判,擬訂綿密妥善之抽排

    水工程計畫是挖方作業中不可或缺的。在擬訂地下水位控制抽排

    水施工計畫並成功地實施施工作業,不可或缺的三個條件,列之

    如下:

    1) 充分地實施有關抽排水施工計畫的調查

    ․土質調查與地形、地勢調查。

    ․地下水位調查。

    ․透水性調查。

    ․與海、河川之距離及地層之連結性等之廣域性地質資

    料。

  • ․挖方時期、季節中之降雨量、水位變化等之水文資料。

    ․施工用之排水設施(如公共下水道)之排水能力調查。

    2) 正確的地下水特性分析與研判,並對各種抽排水施工方法

    之優劣點,充分深入瞭解及認識。

    3) 擬定正確、合理、有效的地下水位控制抽排水施工計畫,

    且施工管理必須十分良好,妥善執行之。

    目前國內工程界在基礎工程基地開挖之設計與施工時大多忽

    略對地層中存在的地下水之適當處置對策,僅僅依地質調查報告

    書內之建議地下水位來評估水壓力納入擋土安全措施之設計檢討

    而已,設計重點僅著重在擋土措施之結構強度檢討及如何設計出

    足夠堅固可以承受土壓水壓等作用側壓的擋土牆與支撐設施,至

    於應如何施工所設計的設施(戰備)及運用此設施來達成安全施工

    的目標(戰術)都乏著墨,尤其關於地下水在施工前、施工中、施

    工後會有什麼變化及應注意事項等更是隻字不提(可能根本不知

    道要提什麼,或許認為只要設計出強度足夠的擋土設施就可以,

    至於安全與否根本與設計無關,何況設計圖上都有加註「僅供參

    考」字樣把「安全責任」推得一乾二淨),還好國內的專業廠商經

    驗豐富看到不可行的設計乾脆二話不說不屑一顧的重新設計一套

    來施工,更妙的是設計者連氣都不吭一聲,任由專業廠商恣意妄

    為,地下水抽排水作業更毋庸置言,完全任由鑿井業者恣意施工,

    反正只要抽得出水且抽得乾不妨礙挖土施工就滿意了,從來沒有

    人去注意監督,也不知道要如何監督,抽排水計畫究竟正確否更

    不知道應如何評估,長久以來工程界一直延續此種渾沌不明得過

    且過的心態迄今仍無改善,從基礎工程施工災變案例的研究與統

    計可以發現屬於地下水的災變為最多,對基地周邊安全環境的影

    響最大,災害情況也最嚴重,損鄰事件頻頻糾紛不斷,我們不得

  • 不加以重視並深入研究地下水抽水之有效防災對策,本研究案即

    針對此課題作施工經驗的總整理,力求研究架構的完整性納入相

    關的實際問題與思維,希望能藉此觸發對地下水挑戰的宏觀思維

    與完整的思考模式,並提供實際救災經驗成功有效的工法與對策

    思維,網羅廣泛層面的有關議題,以淺顯易懂的通俗語言簡要描

    述,務求將專家的知識能成為一般工程人員的常識,並期望能將

    目前的微觀思維層次提昇至宏觀思維層次,少談理論多論實務,

    希望能夠在短期內對工程界從事設計與施工的工程人員在思維的

    啟發與經驗的提昇有實質的助益,並能夠藉本研究提出之子議題

    觸發學者專家之後續研究熱潮更深入探討相關理論,經驗的傳承

    應可有效降低災變的風險及扼止災變的形成,有效的對策工法之

    學習應可抑制災變不致束手無策,「安全施工不是靠小心」,若無

    有效對策,災變照樣會發生,防災、減災、制災、救災乃工程師

    的天職,希望藉由本研究提出之思維與對策能對施工災變的抑制

    與抑止有所裨益。

    研究案 主持人 陳建忠

    協同主持人 陳宗禮 謹識

    九十二年十二月

  • 1

    第一章 緒 論

    一、研究計畫背景與目的:

    建築物之地下層及基礎挖方工程之施工,乃集「大地工程」、

    「結構工程」、「基礎工程」以及「施工法」、「施工技術」、「施工

    經驗」等之大成,並非是一種單一「技術」、單一「工程科學」。

    「地下層挖方」之目的乃「築造建築物之基礎」。挖方成功而

    基礎設計錯誤則效果為零;「挖方」使地盤失去原有的平衡狀態,

    必需以適切的安全擋土措施予以維護,人盡皆知;但「安全措施」

    施工之目的乃係「維護周邊鄰近結構物之安全及周邊地盤之穩定」

    即令對大地工程有透徹之研究,若乏對既有之鄰近構造物之營造

    方法、年代、施工方式、結構特性、基礎型式之認知及對擋土措

    施之施工法、施工技術之認知及應用方式經驗,則亦無法達成安

    全維護之目的。

    「安全施工」是所有工程技術人員努力的目標與基本的要求

    ,然而「施工災變」卻層出不窮,輕則損鄰,重則傷亡,究竟是

    技術能力與經驗不足?或施工不小心?或營建體制不良?或設計

    錯誤施工不良令人百思不解! 建築物之地下層及基礎施工,所面對的是構造極為複雜的「大

    地」尤其具有之十多億年歷史的「地球」,經由大氣循環與水循環

    歷經百年、千年、萬年形成地球表面的大地與海洋,以人類有限

    壽命中所習得之有限知識與經驗欲挑戰此大地,猶如以卵擊石, 地層構成係千萬年形成,猶如生物之 DNA,自有其血統及遺傳因

    子,愈深之地層歷史愈久,故開挖愈深其所需面對之地層愈複雜

    挑戰性也愈高,因此,在面對如此複雜多變的大地,除了應依據

    既有之土質理論研究之大地的微視觀來研判之外,更應以大地形

    成之歷史的巨視觀作為研判之修正,才不致「以管窺天」作出錯

    誤的研判與計畫導致重大之施工災害或吃悶虧,尤其近年來科技

    之進步與都市計畫之發展,逐漸有了作地下層深開挖的機會與技

    術,在深挖方施工中我們同時可以享受到探究歷史考古的樂趣, 同時也應警覺到,往日的理論與施工經驗只不過限於大地表層的

    研究而已,不能夠完全的依賴過往的經驗及有限的理論知識作為

    執行施工作業的方針或依據、而應以一種開拓新大陸的前鋒者之

  • 2

    心態來從事新的研究。

    自然科學正以日新月異的速度向前發展,作為直接推動生產

    力發展的技術科學,是在不斷辨證地肯定和否定自身的過程中前

    進的。一個科技工作者不但要善於遵守和應用規範、規程和定理, 而且應該成為勇於向傳統的規範、規程和定理挑戰的戰士。

    大地的歷史與複雜性,以當今的科技水準依然難以解明,我

    們不得不承認一半理論一半經驗的事實,儘管施工災變是不可避

    免的,但其有害程度是可以控制的,經驗的傳承應可有效降低其

    風險。

    「大地」是大自然歷經百年、千年、萬年形成之物,並無所

    謂好與壞之分。土壤似「肉」,地下水似「血」,血肉相連方得萬

    世生機,人類及生物亦得以生存與生活於其上。工程之地下挖方,

    均需「局限開挖」,將建築物或構造物之基礎植入其中;因此,挖

    植入基礎時不能只挖其「肉」(土方),不止其「血」。

    地下水「水文」之維持,吾們稱之為「水土保持」亦即「血

    肉相連」不可分離,肉(土)若無血(地下水),即乏生機而壞死。

    地盤之成份即為「土粒子」、「地下水」、「空氣」三種;依其構成

    之比例、成份之不同,而各有其特性,因此,地下層挖方需識其

    「性」;在淺層無地下水之表層挖方與深層有地下水之裏層挖方,

    其工法與技術是截然不同的。肉挖深必流血,血脈相連,若不予

    止血,則其周邊之肉必然壞死;同理,在地下水位以下之開挖,

    為何需以「止水性」擋土牆來止血,其理甚昭;地盤若失水(肉

    中無血),周邊地盤豈有不受損害之理?施工損鄰及災變亦因之形

    成。

    本研究之課題即針對「地下水」之控制技術及基礎工程施工

    中基地內、外「地下水文」及「地下水位」之控制手法,作經驗

    及學理之探討,分北、中、南之大都會區,不同之地層構成與地

    質及地下水文,全面探討其不同之防災對策,以實務經驗為主軸,

    以災變案例為引導,將專家的『知識』轉換為一般工程人員的『常

    識』,以求其「廣泛性」與「普遍性」之地下水災害防止之成效。 本研究課題,係延續九十一年度「建築基礎施工災害之破壞

    機制與預防對策」之研究案中,災變案例最多,災情最嚴重之「地

    下水的災害」,作深入探討。大地之地質條件雖複雜,地下水之動

    態雖多變但亦非無脈絡可尋。在本研究內容中,將提出對目前之

    設計與施工,最容易忽略的計畫觀念,及積三十多年之實務經驗

  • 3

    與有效防災對策;將艱深之理論予以實用化,化繁為簡,深入淺

    出,作有系統之整理,求其普遍化與廣泛性,俾利業界作有效之

    參考,及施工規範修訂參考。

    工程施工災變發生的原因,主要是實際負責現場施工的技術 人員之知識與經驗不足,而有足夠知識與經驗的專家都不在現場

    ,防止施工災變之鑰即「預知可能之災變類型,並謀求防災對策

    工法」若乏對策,光是小心施工,災變照樣發生,因此,如何將

    專家的知識與經驗轉換為一般工程人員的常識,以通俗的語言來

    達成經驗的傳承,才是本研究的主要方法與目的。

  • 4

    第二章 地 下 水

    一、地下水的認識及特性分析

    在瞭解地盤中之「地下水」對於挖方工程之重要性之後,首

    先必須認識什麼叫做「地下水」?我們首先要瞭解,地盤中之土

    壤乃由「土粒子」與「水」為主要之構成因素,而土壤的性質乃

    由土粒子間隙中的「水」來支配的,這個存在於土粒子之中的水

    通常我們稱它為「地下水」,「地下水」由「天水」(雨水)或「地

    表水」等所形成,而存在於地盤中之土砂岩石等之空隙或裂縫之

    中,依其存在於地盤中之形態,可將地下水作如下之分類:

    礦化水

    化石水

    處女水

    吸著水

    毛管水

    皮膜水

    層狀水

    裂罅水重力水(自由水)

    循環水

    地下水

    溫泉水

    湧泉水

    地 下 水 之 分 類 吸著水:由土粒子表面之吸著力作用,吸著之大氣層所含有

    之水蒸氣之水,如以105℃之高溫乾燥之即可將之

    除去。

    毛管水:土粒子之周圍或粒子之間隙中,因表面張力 作用

    所存在之水。

    皮膜水:附著於「吸著水」之外側,因植物之根部吸收或蒸發

    而產生移動之水。

    重力水:不受土粒子之支配,而以其重力之支配存在於土粒子

  • 5

    間隙中自由移動之水,又稱為「自由水」(即狹義之

    「地下水」)。

    在上述之「地下水」分類中,對於土方挖掘作業具有直接而

    重要之關係者即為「重力水」(自由水),一般即稱之為「地下水」,

    其存在形式之不同又可分為「自由水面地下水」與「被壓水面地

    下水」兩種。(參照下附之模式圖)

    所謂「自由水面地下水」乃為其水面與通風帶直接連接著,

    在土中受大氣壓之表面所限定著的地下水,此種水面稱 為「地下

    水面」(常水面)。

    「被壓水面地下水」則為「地下水面」以下之地層內所存在

    之「地下水」,受不透水性地層限制其水面之上限與下限。一般

    情況下,「被壓地下水」都存在於「自由水面地下水」之下側,

    此兩者之間,由黏土、沉泥等不透水性地層隔離著,如果,將此

    不透水性地層穿透,則「被壓地下水」會冒出至「被壓水面」,

    這種「被壓水面地下水」也就是一般工程人員所不瞭解或完全無

    知之「怪異地下水」(明明在挖方前試掘至某種深度,還看不到有

    地下水,可是「地質鑽探報告資料」中,卻列明地下水位在某一

    深度而覺得奇怪,甚或自作聰明地以為是地質鑽探報告資料不準

  • 6

    確的情形相當多,事實上,乃係對地下水之知識不足也)或在地下

    層挖方施工中發現,自中間支持樁或擋土牆之邊緣湧出泉水狀之

    地下水來(因中間支持樁或擋土牆之埋入深度,穿透了挖方底面下

    之不透水性地層,達於其下之透水性地層,形成地下水之管路,

    當「被壓水面」高於挖方底面時,自然就會循此管路湧出下層之

    「被壓地下水」了),因此,如果在挖方預定深度以下,有不透水

    性地層且其地層之厚度不大而在底下又有一層透水性地層,且挖

    方作業中之擋土牆或中間支持樁必須施工至此透水性地層中之深

    度時,或在黏土、沉泥等不透水層之下側有砂或砂礫層存在時,

    都必須視為其有「被壓地下水」之存在而一定要詳加測定「被壓

    地下水」,來作為挖方工程之地下水位控制抽排水施工計畫的依

    據,同時擬定及檢討其對策(目前在地質鑽探報告書中均乏著墨或

    提示)。

    一般所稱之「地下水面」即「地下水位」或「常水面(位)」,

    此乃「地下水」與「大氣壓」維持平衡狀態之水面也。一般因氣

    象條件、季節、地形之變化及測定之方法等具有很敏感的變化,

    且因毛細管作用而有變化,因此,欲調查地下水面(位)時,儘可

    能以大口徑之井口(例如30~60cm以上之口徑的水井或鑽探時在

    土質調查孔中安裝內徑40mm∮以上之多孔管(Strainer)等方式)

    作數日間以上之測定,較為可靠及準確。而在調查「被壓水面地

    下水」時,井內之水面的深度可稱為「被壓地下水位(面)」,但

    此時必須將水井上側之「自由地下水」予以遮斷,如果沒有妥善

    地遮斷自由地下水,則所調查之被壓水位必有出入,若依此調查

    結果來作施工計畫之依據,是非常危險的。(參照下圖所示)

  • 7

    上圖中(a)所示,第一滯水層為自由地下水位,第二滯水層之

    被壓水頭可以得知並確認第二滯水層有被壓地下水之存在,但如

    (b)所示,其第二滯水層之水頭在第一滯水層之自由水面以下時,

    則無法得知觀測孔內之水頭到底係被壓水頭或由第一滯水層滲入

    者,因此,必須如圖(c)在上下滯水層之間的不透水層部份之井口

    套管外圍,用環塞或注漿固結予以密封,將其上下滯水層完全隔

    離遮斷後,才可測定水位。(自由地下水位並非水平面而多與地形

    近乎平行之斜面,而被壓地下水位則屬連通管原理,挖方面之湧

    泉即為被壓地下水)

    除了「自由地下水」及「被壓地下水」之外,尚有一種地下

    水存在,此乃係自由地下水之特異形態,稱之為「宙水」,即表

    示積存在比較小範圍之不透水地層上之地下水,猶如隱藏於地底

    下的池塘(參照下附圖示);此種「宙水」之地下水乃限於由下雨

    等之來源而形成之滲透水,在短期間之抽水或施工中之排水的作

    業迅速消失了的地下水,雖然「宙水」在施工上不致於造成太大

    的障礙,但是,在潛盾施工或土方挖掘作業中,因「宙水」之規

    模大小而造成湧水致土砂流出,形成地盤表面下沉或挖方周邊地

    盤之不良影響是相當可怕的,因此也疏忽不得。(調查中不易發現

    而又確實存在)

  • 8

    自由水面、被壓水頭及宙水面之存在模式示意圖

  • 9

    自由水滯水層、被壓水滯水層及宙水滯水層模式圖例

  • 10

    二、基礎工程施工與地下水位控制

    在挖方擋土工程中,對於地下水的檢討重點,大致如下:

    1) 地下水作用於擋土牆之水壓力。

    2) 挖方地盤之欲施行「乾式作業」(Dry Work)的排水工法

    之選定。

    3) 被壓水或排水所產生之地下水位差,對挖方地盤之不良

    影響。

    4) 地下水抽排水作業,對近鄰所產生之影響。

    5) 採用安定液泥水工法時,對 pH 值之影響,排水時之水

    溫及水質是否適合等。

    因此「地下水之調查」對於「基礎工程之規模、工法、深度、

    內容」「基地周邊近鄰之條件」等,都必須一併加以綜合地考慮,

    依其施工目的來設定調查計畫才可以。

    由前述之地下水的認識,它存在於複雜多變的地層中,確實

    不太單純,而地盤乃由土粒子及其間隙中存在之水與空氣三者所

    構成,因此,在處理土方之同時,也必須對地下之水的處理方法

    一併考慮之。(一般在鑽探報告書及設計圖均乏著墨或提示)

    在土方挖掘作業前,如果能將地下水位降低,則可獲得下列

    之效果:(降低地下水位須隨挖方深度需求逐層降低,不可一次

    降太深,因挖方中坑內之地下水仍屬擋土支撐之功能)

    1) 地下挖方在乾作業狀況下施工,作業效率可提高。

    2) 可防止砂湧、泉湧(Boiling)及管湧(Piping)之破壞。

    3) 對鼓起(Heaving)破壞之防止,極具功效。

    4) 挖方坡面之洗掘現象不會產生。

    5) 可減輕擋土牆周邊所承受之水壓力。(透水性擋土牆)

    6) 可平衡擋土牆兩側地下水上流、下流之水位差異水壓(止

    水性擋土牆)

  • 11

    三、地下水之調查方法與研判要領

    地盤土質調查資料常見之問題

    地盤土質調查缺乏「計畫」

    鑽孔位置、深度之計畫?目的?

    未依地盤土質特性及計畫挖方深度(基礎深度)考慮設計者

    之需求數據,而僅迎合規範之需求深度及孔數作交待。

    (規範本身規定不足,仍有補正修訂之空間)

    鑽孔取點在基地中央(僅適用於基礎設計),是否適合引用

    為「擋土措施」之計畫參考,未予考慮。

    地質鑽探要求項目不明確。(土質、地層差異,需求不同)。

    地下水位認知不清,往往不透水地層之鑽孔中的「棲止水」,

    將之視為地下水位,或將「壓滯水頭」(深鑽孔時)視為「自

    由地下水水位」(淺挖方時之計畫與深層之壓滯水頭無關),

    易造成計畫者(設計者)之誤判。

    挖方擋土計畫之地盤對象為周邊之地盤,非為基地內地盤;

    往往周邊均無鑽孔調查,而直接引用基地內鑽孔之調查資料

    來設計擋土措施。(周邊地下管線埋管回填層成施工陷阱)

    地盤簡化土層參數表,只適用於小規模基地或淺挖方,大規

    模(面積)或大深度挖方時,其四周之差異極大,未見報告書

    中提示註明。(易造成設計時誤判,而未依四周地質、地層

    條件不同分別設計,尤其在傾斜坡地之坡腳平地其差異極大)

    調查報告書中,對側壓力之判定太過草率,易為誤用。(如:

    粘土質不透水地層,應為土壓、水壓合成之側壓;砂土或卵

    礫石等透水性地層,則為土壓與水壓分離之側壓,多未加註

    明,且在不同地層變化時,亦少見有正確之側壓判明方式。)

    (土壓之形成為持續漸進增大,水壓則為瞬間滿載,行為不同

  • 12

    ,地層土質不同其側壓行為亦不同)

    透水性地層與不透水性地層

    地層變化時,地層構成關係

    擋土牆之剛性或撓曲性之別

    臨時性與永久性擋土牆之別

    主動土壓係數與被動土壓係數之解明

    卵礫石層與岩層時

    側壓之收斂關係之考慮

    調查報告書中之「基礎分析及建議」與「擋土設施與開挖面

    分析及施工建議」及「結論與建議」,對工法及對策大多太

    過武斷偏執,乏專業之深度(甚至有些饡探廠商兼營基礎工

    程承攬時,大多會建議採用自己的專長工法,誤導設計者)。

    <7>調查報告書中對於「地下水」之研判僅就微觀思維陳述鑽

    探孔測出之結果,對其究竟係「自由地下水水頭」或「被壓

    地下水水頭」並未予以辨別明示,且缺乏宏觀思維,對於基

    地周邊地形、地域、地質、地層之環境條件與地下水關係及

    影響並無著墨,亦乏提示地下水特性分析與設計或施工時應

    注意之事項,未達到專業水準。

    地下水之調查方法與研判要領

    「地下水」乃蘊藏於地面下地層中之水,在不透水性之粘土

    質或沉泥質粘土地層中的地下水,並不會自由流動,屬於「吸著

    水」與「毛管水」,它只能影響土壤之性質,含水量多則土質軟

    弱,含水量少則土質堅硬,含水量若達飽和則土質類似流泥之膠

    體,一經擾動即呈液化完全無自立性(挖土時挖掘孔迅速淹沒不見

    痕跡),此種存在於不透水性地層中之地下水,無法以抽排水工法

  • 13

    予以排除,但也不會因地下水自由流動造成地盤掏空之災害(此類

    地層大多在河岸邊之沼澤地或回填之水塘,台北市天母、大直、

    內湖、信義計畫區基地多屬此類地質)。

    而在具透水性之砂土質或砂質沉泥地層中的地下水,則會自

    由流動,屬於「自由水(重力水)」,若失去平衡則會產生重力流

    動並帶動土砂造成地盤掏空或滑動崩坍,形成嚴重災變,在基礎

    深開挖中大多會遭遇此類地層,故在作地層調查時應將地下水調

    查列為重點,對「自由地下水」與「被壓地下水」分別詳細調查;

    此外,另有一種含飽和水的細砂層,雖含大量地下水,但因砂土

    顆粒太細致以一般之抽排水工法無法排水降低地下水位(砂粒會

    塞住抽水井濾網),其狀似流體(俗稱砂膏),若因挖掘失去平衡則

    會似溶解般呈液態流動,非常令人恐怖且措手不及,一下子就崩

    潰了一大片,此類狀似液體之細砂土層俗稱「啞吧砂層」或「流

    砂層」,最難應付也最可怕,因此,在地下水調查時亦應同時注

    意砂土顆粒之粒徑大小,以利於判斷及早防範或改變工法(此類啞

    吧砂層大多在河岸邊之砂質灘地,台北淡水河河岸環河南、北路

    附近基地多屬此類地質)。

    地下水是動態的,它與地形、地質、地層、地域、河川之關

    係密不可分,影響甚大,在作地質調查之前,應以宏觀大地學觀

    點預先研判來擬定調查計畫,不能僅以工匠心態從事地質調查,

    而應以專業工程師立場提供足夠之地層地質資訊以供設計與施工

    作出正確計畫。

    「地質調查」猶如「病理檢驗」,「地層鑽探」猶如「穿刺

    切片」,「地下水調查」猶如「驗血驗尿」,「土質試驗」猶如

    「細胞檢驗」,「地層鑽探地質試驗報告書」猶如「病理檢驗分

    析報告書」,將成為設計者或醫生作計畫與診斷之主要參考依據,

    因此「大地技師」就像是「病理檢驗師」,負責提供專業研判給

  • 14

    設計者或醫生參考。

    基礎工程施工挑戰的對象乃大自然大地,若以戰爭來比喻,

    敵人就是大地,「地質調查」即為「刺探敵情」,「地質調查報

    告書」即為「敵情分析報告書」,此第一手的「情報」即為擬定

    「戰略」(施工法)、「戰備」(安全措施)及「戰術」(施工管理)

    之主要依據,施工中之「觀測報告」即為「戰況分析」,戰爭欲

    勝利就要掌握「正確的情報」,如果情報渾沌不明則一定是一場

    生死不確定的混戰,最糟糕的是錯誤的情報將導致失敗的結果,

    因此,「地質調查」只是一種「科學」,「地質調查報告書」中

    的「研判分析」則是一種「藝術」,它是集知識、技術、經驗、

    智慧、功力之大成,也是大地技師的職責,如何提供設計者正確

    的敵情分析才是應努力的目標(目前尚未達到應有水準)。

    至於「結論與建議」則應保留給設計者思考與決策的空間,

    不宜以偏執的觀點與有限的知識經驗妄下斷語(目前大多如此),

    使得設計者毫無轉桓的空間(設計者才是戰略的決策者,應予尊重

    ,不要以為他不懂)。反而應在「研判分析」上多下功夫,由「微

    觀大地」、「宏觀大地」、加上自己現場踏勘對基地周邊環境認

    知的「專業思維」與「經驗觀點」綜合評估並詳實敘述,提供對

    設計者有用、有益、有效、正確、客觀的大地情報。

  • 15

    第三章 地下水與地形、地質、河川、地域、地層

    之關係

    一、地下水與地形之關係

    「地下水」隱藏於地表下之透水性地層中,其水頭(位)並非

    水平,而係沿著地形與大氣壓平衡的高高低低之曲面,由物質

    之重力原理在地層中滲透流動著,沿著地形由高往低匯聚成流

    ,再往溪谷匯集,露出地表,聚流入河川流向大海(此即所謂之

    「水循環」)。

    大地之「水循環」的水則由「大氣循環」而來,河川、海

    洋、地表之水份蒸發至大氣層形成「雲霧」,再因氣溫、氣流

    將「雲、霧」變成「雨、雪」,降於山岳或平地,溶解滲入地

    下成為地下水,再依上述之「水循環」程序反復循環不息,此

    即地球的生命力。

    「地下水」沿地形由高往低流動,它是動態的,並非靜態

    的,高山、丘陵之地形乃因造地運動形成,平地、盆地之地形

    乃因沖積、沉積形成,河川、溪流之地形乃水流沖刷形成,各

    有其因由,且其地層構成、地質亦不同,高山、丘陵地係以岩

    層(基盤)為底與表面覆土層所構成,其地下水有兩種型式:層狀

    之「自由地下水」(存在於覆土層)與脈狀之「地中水」(存在於

    岩層中),其「自由地下水」之水位與大氣壓平衡沿山坡滲流往

    坡腳平地匯流,若覆土層之土壤透水性不良,地下水則會沿著

    覆土層與岩層之間的層境流動,而岩層中的脈狀「地中水」則

    在岩層縫罅流動,若露出水脈會似管狀湧泉噴湧,其水勢十分

    驚人,否則只在岩層中蓄積不會流溢出來。(北宜公路坪林隧

    道工程即遭遇此破碎岩層之地中水災變而受阻,後來才以熱瀝

  • 16

    青灌漿止水工法解決)

    在坡地調查地下水與地下水位並不易,且難以準確,明明

    在實施調查時測得之地下水位,在下了一場豪雨後的一週內,

    地下水位會突然暴漲,此乃因地形關係使坡地之地下水不易蓄

    積而向坡腳洩流致調查時測不到因氣象變化時之差異水位,若

    設計者缺乏經驗,即可能以調查報告作為設計依據而釀成災變

    之因;尤其坡地岩層中之「地中水」根本無法測知,若施工中挖

    到水脈,一時應變不及束手無策,或盲目抽水,極可能形成大

    災變或嚴重之損鄰事件(如台北市天母一坡腳平地工程之地下

    抽水致損鄰846戶案例),挖到坡地或坡腳平地之地中水或抽地

    下水,猶如殺雞「割喉放血」包死無疑。故對於地下水與地形

    之關係及特性,不能不有正確的認知,否則極易踏入此設計及

    施工之陷阱而損失慘重(台北市信義計畫區松仁路有一重大災

    變案例)。

    岩層中之脈狀地中水實例照片

    坡地及坡腳平地之地下水型態與地形之關係概念圖

  • 17

    二、地下水與地質之關係

    「地質」由地盤鑽探取樣經試驗分析而得,屬於「微觀大

    地學」之實驗室理論分析,猶如醫學之切片檢驗作病理分析一

    般,地盤土壤之主要成份為「土粒子」、「空氣」、「水」三

    種,在地質學中依其土粒子之粒徑大小又分為「卵石」、「礫

    石」、「粗砂」、「中砂」、「細砂」、「粉土(沉泥)」、「粘

    土」、「紅膠土」等,再依其土粒子含量比率顯示「顆粒分析」,

    與土壤性質相關之「密度」、「比重」、「自然含水量」、「孔

    隙率」、「液性限度」、「塑性限度」・・・・等等參數來表述試

    驗分析結果,此亦即表述土壤中之「土粒子」、「空氣」、「水」

    三種成份的比率,比率不同其性質亦不同,不同地區也不會有

    同樣的比率,面對如此複雜且千變萬化的大地如何準確研判其

    性質,著實讓一般工程師們千頭萬緒摸不著邊際,因此迄今大

    多數的工程師都不得不承認大地學仍然是「一半理論,一半經

    驗」的事實,光學理論若乏經驗則難以深入堂奧一窺究竟。

    其實,複雜多變的「大地、地質」就如同「人體、性格」

    一樣的複雜而難以捉摸,以個人短短三十多年實際與大地挑戰

    之經驗得到如下的感受:

    (1) 「土壤」似「肉」,「地下水」似「血」

    (2) 「血」(地下水)、「肉」(土壤)相連,才有生機

    (3) 「肉」(土壤)若無「血」(地下水),即乏生機

    (4) 「大地開挖」就如同「手術開刀」

    (5) 「土粒子」就似「細胞」且各有其「DNA」

    (6) 「有限人生之有限知識」難以探究「無限大地」

    (7) 大地「地質」就似人類「體質」

    (8) 大地「特性」就似人類「性格」

  • 18

    「地下水」存在於地盤中直接影響「地質」,若因工程施工

    需求必須改變地質,則只要處理地盤中之地下水即可,地盤中可

    採用抽排水工法處理地下水的地質,其條件是要具有透水性,一

    般以地盤之透水係數 1×10-4 cm/sec 為分界點,大於則屬透水性,

    小於則屬不透水性,另外亦可以顆粒分析中「砂、卵礫石」含有

    比率大於50%之地層或「沉泥、粘土」含有比率少於50%之地層屬

    於具透水性地層,依此原則即可判別,唯在實務經驗中,經常遇

    到正巧在此分界點上下的地層,究竟該歸屬透水或不透水地層?

    十分令人疑惑,只好將此種地層稱為「非良性透水層」。可能產

    生地下水災變的地層即為具透水性的地層,也是本研究之重點,

    至於無法採用抽排水工法來改變地質的不透水性地層,須採用脫

    水壓密工法或注入固結工法來改變地質的研究則不納入於本研究

    中。

    「地下水」蘊藏於「透水性地層」中,可以自由流動,也因

    其流動在非控制狀態下極易釀成地下水災變,故如何由地質調查

    資料中研判地層中之地下水(如何找出挑戰目標)及應如何去調查

    (計畫)與其性狀之認知[水量、水質(礦物質或海水或有機質)、

    水位],在施工計畫、防災對策上都是非常重要的,所謂「知彼

    知己,百戰不殆」,認知敵人,找出敵人才能打勝仗。

    「地下水」潛伏於透水地層中因地勢及水量關係其滲流速度

    快量又大之地下水層稱為「伏流水」,有如地下河流潺潺不息,

    此伏流水以一般抽排水工法無法達成袪水目的,即使採用泥水工

    法施作基樁或連續壁在伏流水層中不但易坍孔,甚至連已澆置混

    凝土之樁體水泥漿也會被沖失而形成「骷髏樁(壁)」,因此研判

    地下水究竟屬於蓄積水或伏流水極為重要,其應對方法為施工區

    域外圍在伏流水層之水頭(上流)以臨時性遮水牆(如止水性鋼板

  • 19

    樁)予以阻擋分流至施工區兩旁,以誘水法將水流支開並減緩流速

    後再施工地下R.C.連續壁與基礎樁,此種無法以抽排水工法控制

    之地下伏流水只好改用誘導工法排除而不去硬碰硬,順應自然而

    非抵抗,四兩撥千斤才是技術性思維。

  • 20

    三、地下水與河川之關係

    「地下水」為「物質」,「物質」就有「重力」,有重力就

    會由高往低移(流)動,「積涓水而成溪流,集溪流而成河川,匯

    百川而成大海」此乃大自然之鐵律,蘊藏於地層中之地下水,在

    地底下因重力作用而流動著,依地層地質會自己找出流動的路徑

    ,最終會歸入溪流河川(地下水之露頭),自古以來,人類「擇水

    而居」形成部落,及至發展成都市與大都會,也可以說大都會區

    都在河川兩岸,由台北往返高雄之飛機上,若天氣晴朗,往下一

    望當知所言不假,大都會區建設最多,因此,在基礎工程須挑戰

    地下水的機會也最多,偏偏地下水就在大都會區之地盤下滲流入

    河川,也因此在大都會區之基礎工程施工災變中以地下水災變為

    最多,災變形成之主因在於認知不足與經驗不足,「地下水」之

    「流動」狀態稱之為「水文」,既會「流動」自有「流向」,在

    地質調查之報告書中僅陳述「微觀大地學」之基地地盤資料(「

    地文」資料),對於地下水之調查亦僅載明測得之「地下水位」

    而已,至於影響施工計畫最大的「地下水文」則甚少著墨,以致

    於使設計者在設計時只偏重於如何利用工程技術來抵抗大地之威

    脅(如設計了堅固的止水性擋土牆來抵抗土壓及地下水壓),而卻

    忽略了因此對「地下水文」產生的影響(止水性擋土牆在地下形成

    了「地中水壩」阻擋了「地下水流」,改變了「地下水流向」,

    也改變了「地下水文」),由於「地下水文」的改變使得「地質」

    也跟著改變,更因此使得原來在施工前所作的地質調查結果變成

    錯誤的設計參數(施工前的地質與施工中的地質變化成為不同的

    性質,地下水「水頭」之水位遽昇而「水尾」之水位則因地下滲

    流水無法供應而遽降),在下了一場豪雨之後即可能形成擋土(水)

    牆崩垮之「地下水災變」(台北市基隆河岸邊之「基河路力霸百老

  • 21

    匯」與「民族路濱江果菜市場」及台南市「海安路地下街」案例)。

    地下水是動態的,是有流向的,由「宏觀大地學」之觀點,

    大都會區之地盤中的地下水水文及地下水流向可由河川(近海都

    會區則為海岸)所在方位來研判,以工程基地所在,與河川(海岸)

    鄰近側應為地下水之「水尾」,相反側則為「水頭」,極易判斷。

    「地下水流向」之判別與「擋土工法」之選定有絕對的關係,

    為防止「地下水災變」之關鍵即在於如何維持「地下水文」,而

    地下水文可由「河川(海岸)」之地理位置簡易判定,僅由「微觀

    大地學」之「地質鑽探調查報告書」作為設計與施工之依據是不

    足的,如台南市海安路地下街案例經驗之鑑,其南北走向數公里

    長之止水性地下連續壁猶如萬里長城似的地中水壩,將由東向西

    (向海岸)之地下水流完全阻擋,破壞了地下水文,使得施工中災

    變頻頻,損鄰無數,鄰近房屋沉陷、傾斜、倒塌、損傷,承包商

    疲於奔命,工期拖延八年,承包商不堪損失而倒閉,糾紛不斷,

    損失難以估計,其實只是對地下水與河川(海岸)之關係及地下水

    文之維持對策認知不足,設計錯誤(戰略錯誤、戰備不足),承包

    商又缺乏經驗(戰術不良)苦無對策,責任歸屬難以釐清爭議不斷

    ,如此慘痛教訓應可避免,卻只差在「地下水文認知不足」,真

    叫人扼腕。

    「地下水調查」在河案邊且地質屬於透水性極佳之「卵礫石

    地層」的基地地盤是不易測出正確「地下水位」的,此乃因地盤

    只是地下水的經路,地下水因鄰近河川加上地層之透水性佳,會

    迅速洩流至河川,不會蓄積或停留,也因此在施工前測得之地下

    水位甚低,幾乎與河川水面相差無幾,若依此資訊設計,就會落

    入陷阱,錯誤而不自知,因為在施作止水性擋土牆之後(成為地中

    水壩)阻擋了地下水流,在水頭側之地下水位會遽昇甚高,地下水

  • 22

    壓亦會增加甚多,使得原設計之假設條件渾然不同,造成強度不

    足致生災變,故在河岸邊基地雖經確實調查得到之地下水位,仍

    應考量擋土牆工法後再作取捨,勿踏入設計陷阱。

  • 23

    四、地下水與地域之關係

    「地下水」乃由地殼表層之「大氣循環」與「水循環」產生,

    它蘊藏於地層中,台灣為海島地形,又屬地震帶,因板塊擠壓造

    山運動以中央山脈將台灣島分隔成東西兩邊,也因地震震央大多

    在東部宜蘭花蓮一帶(約在台灣島之中段),故台灣北部山脈因擠

    壓方向為東南向西北,致山脈走向均呈東北向西南,且山坡地亦

    多顯現東南側為順向坡西北側為逆向坡之地質(順向坡易滑動),

    而台灣中部與南部之山脈則呈南北走向,加上台灣島之氣候特性

    颱風、東北季節風帶來豪雨,不斷沖刷形成土石流並構成河川,

    因中央山脈之分界,西部河川流向由東向西,東部河川則為由西

    向東,北部則因有大屯山火山與觀音山火山爆發使地層陷沒海水

    倒灌形成古代的台北湖與現在的台北盆地,由台灣島形成之歷史

    研究角度(宏觀大地學)來看,很容易可以瞭解其地形形成之原因

    與各個地域之特性,台北大都會區為盆地地形,台中大都會區為

    土石流(卵礫石砂土即為殘跡)沖積扇地形,嘉南平原為沖積、沉

    積交互平原,台南、高雄大都會區則為沖積砂土平地(台南地區尚

    有泥岩層,高雄地區則全為砂土層,唯此兩地區均近海岸,臨海

    區域均為海水浸透砂土地層),此外,東北部之宜蘭平原為沖積平

    原,地層中地下水極豐,水位亦高(稻田多稻米產量高),羅東地

    區砂土粒子極細且含飽和水有流砂地層存在,此皆為台灣各地域

    之地層地質特性,若能由「宏觀大地」先對「地域性」地層地質

    有所認知,則在作地質調查(微觀大地)時才能抓住重點得到有效

    且正確的資料,否則漫無計畫及目標是無法利用調查結果作出正

    確的設計與施工計畫的。

    台灣的河川坡度陡峭,一遇颱風豪雨易形成土石流,河水迅

    速流向大海,河道狹窄,河水甚少停留,河床乾涸多為土石流殘

  • 24

    跡之卵石與砂礫石,因此都在上游興建水庫來蓄積水源,近年來

    又因地球之溫室效應與聖嬰現象,水資源逐漸短缺,使得存在於

    地層中之地下水資源成為眾所矚目的焦點,對地下水水權之管制

    亦十分嚴格,台灣中南部河川多屬此類河床乾涸之情況,其河川

    兩岸基地地層透水性佳且地下水位亦低,至於如台北盆地等地勢

    較平坦地域之河川,其河道支流較多且較婉延曲折,河水水位較

    高河濱沼澤地也多,河床多屬沉泥土質沉積土(無卵礫石砂土),

    支流河川交會點前段地域之地盤多屬沖積砂土質地層(如台北盆

    地之三重市、社子島區域),後段地域之地盤則多屬沉積粘土質與

    沖積砂土質交互地層(如板橋市、永和市、中和市區域)(河水上漲

    或洪水淹沒期會形成沉積粘土層,河水低退或洪水消退期會形成

    沖積砂土層,層層疊疊,其土層厚度則顯示期間之長短,層次之

    多寡則顯示此地域在歷史上洪水淹沒之次數),而河濱沼澤地則多

    為河川河口潮汐上漲調節水位之存水區(如台北市大直、內湖之基

    隆河濱區域)或河口海水倒灌淹沒之區域(如台北縣五股、蘆洲一

    帶區域),此即由大地形成歷史之「宏觀大地學」來研判大地之「地

    域地層土質特性」與「地下水」的方法與思維。

    每個地域有每個地域的歷史,每個地域有每個地域的地層構

    成與地質特性,各個地域依其地理位置、地形、與河川之距離、

    地勢,均各有特性,若能在作地質調查之前先由「宏觀大地學」

    之觀點來研判該地域之地層與地質特性再作出調查計畫,則必可

    直接切入重點獲得有效的地質資料。

  • 25

    五、地下水與地層之關係

    「地下水」滲流於透水性地層中,依重力原理流動,地層的

    構成並非規則的層次,其厚度亦非一致,因此可以說「透水性地

    層」即為地下水之「管道」,表層自由地下水受大氣壓力之壓制,

    沿地形起伏此層地下水就似裝在盆中之水,而裏層的深層地下水

    (受壓地下水)則似連通管,視其水頭之高低決定壓力大小,若在

    水頭以下之受壓地下水因上覆不透水層穿透(穿孔或破洞)與大氣

    層相通,則會依其壓力噴湧出來,而且會似湧泉般狂洩不止,直

    到受壓水層(連通管)內之地下水壓降低至破洞高程為止,此現象

    在山坡地尤其明顯,曾有一位於山坡地坡腰之寺廟前院之大池塘

    ,數百年來均湧泉不斷(其實就是坡腳地盤下受壓水層之水頭)保

    持一定水面,就在一次坡腳平地基地進行基礎工程之地下連續壁

    擋土牆壁孔掘削施工至某一深度時,突然發生孔內湧泉不斷(其實

    是挖掘到地下受壓地下水層),沒幾天坡腰上之寺廟前院大池塘內

    的池水就乾涸了(此地下受壓水層與池塘是連接的地層),大家還

    以為是犯了什麼大忌引起神明怒氣呢!!後來坡腳基地基礎工程完

    成後一段時日,寺廟池塘的水才再度湧泉慢慢回復原來的水面,

    後經大地專家解明大家才恍然大悟。(池塘的水是由坡頂滲流而

    來,並繼續往下經受壓水層滲透,寺廟前院池塘窪地正巧是此層

    受壓水層的水頭)此一案例所幸坡腳基礎工程採用止水性擋土(水

    )牆,形成地中水壩才能使上方之池塘水回復,否則後果將不堪設

    想(會在基礎挖方中形成管湧、洗掘掏空、地盤滑動、大崩塌等接

    二連三之大災變)。最近發生在台北市天母東路坡腳基地施工抽水

    損鄰846戶之案例即為對受壓地下水層地下水處理不當所致,此種

    受壓地下水層即似連通管道故其影響範圍會很廣,而且只發生在

    受壓地下水層的上游區域。

  • 26

    「地下水」蓄積於透水性地層中,隨地層之形狀呈層狀、脈

    狀、管狀、片狀,其層中水壓力視其水頭(位)之高低而定,山坡

    地因底部基盤層為岩層(不透水層),表層為覆土層,若覆土層具

    透水性則層內地下水呈層狀,若覆土層透水性不佳則其地下水會

    在覆土層與岩層之層境間自己找出一條(層)透水路徑,呈片狀滲

    透至坡腳平地下,此片狀透水層在地質調查中很容易被忽略或錯

    過,因此在地質調查時遇到覆土層與岩層層境務必取樣詳予分析

    及確認,在實務經驗中最簡易的研判方法可以目視法觀察山坡地

    表面,若林木茂密雜草叢生,則其下必有此片狀地下水層存在,

    若山坡地表面光禿一片或有地盤滑動跡象,則其下必無此片狀地

    下水層存在,此坡地之片狀地下水層若通暢則對坡地覆土層之土

    壤有穩定作用故其上能草木叢生穩定地盤,此即「風水地理師」

    所稱之「龍脈」(水脈),水脈通暢則地盤穩定故其「風水地理」

    必佳也,尤應注意,坡地地形之「谷溝」底下之岩層面必有相當

    厚層之透水層,此亦即坡地之主要洩水地下水溝道,坡地「谷溝」

    之形成乃因岩質軟弱且地下水豐沛經年沖刷蝕成,故坡地谷溝下

    方之平地大多為崩積地盤(其土源即谷溝沖蝕崩解之積土),此即

    大地地形形成之自然現象,這是地質調查在選點時必備之常識(若

    選點錯誤便無法獲得有效的地質資訊,也容易作出錯誤的研判),

    一般在此坡地之坡腳平地最容易形成地下水災變的地下水即此坡

    地地下水,坡地地下水平時不易調查,也測不到,但在豪雨之後

    數日卻可變成豐沛地下水源源不斷沖洩而下令人措手不及釀成大

    災變,故此「地下水」與「地層」之關係常識不能不有所認知,

    不可盡信地質調查結果,否則會吃悶虧而死得不明所以。

    平地地盤另外有一種地層構造,在表土層下為透水性良好之

    砂土地層,其下層則為不透水性之泥岩層,砂土層內地下水豐沛

  • 27

    水位亦高,此類地盤下之泥岩層層面並非平面或斜坡面,而大多

    是高低起伏有峰有谷的層面,其凹凸不平之凹谷就像是池塘一樣

    ,在作地下水位控制之抽排水井配置計畫時,若井位未在凹谷位

    置而選在凸峰處,非但抽水效率不佳,水位亦無法降低至水位控

    制目標,導致基礎挖方坑內泥濘不堪無法施工,甚至釀成災變,

    因此,遇到此類地層時,應在基地內外作較密集之地質調查鑽探

    孔,並將各鑽孔之泥岩層面高程作成等高線平面圖(不透水層等

    高線),再由地底下不透水層面之峰谷位置來決定地下水抽水井之

    配置,此即抽水之「殺雞割喉法」利用水之重力原理,只要把凹

    谷之水位降低至凸峰以下,凸峰區之水必往凹谷流動(高處往低處

    流),凸峰區雖無抽水井亦可降低水位,為了能夠達成「四兩撥千

    斤」之技術效果,預先認知此地層特性,並以詳細調查確認是必

    要的。(依施工經驗透水砂層下若為砂岩層或黏土層,其層面多為

    平面或斜坡面,唯若是泥岩層,則其層面多為凹凸不平之起伏面,

    其因可能係泥岩面受地下水浸泡而密度較小區域易蝕溶之故吧,

    此類地層在台南市東區多屬之)

  • 28

    利用挖方底下不透水地層面等高線研判窪谷配置抽排水井實例

  • 29

    第四章 地下水與基礎挖方工法選定之關係

    「地下水」與地形、地質、河川、地域、地層之關係十分複

    雜且密不可分,而基礎挖方深度、面積規模與地盤之地層構成及

    挖方深度內遭遇之地下水挑戰性對於評估選定「基礎挖方工法」

    有決定性的影響(戰略),對於設計結果(戰備)亦具舉足輕重的地

    位,除了必要的安全性要求外,也直接影響施工成本、工期、作

    業性。

    「基礎挖方工法」主要分為「擋土牆工法」與「支撐工法」

    兩類,依地層構成、地質、地下水特性評估及周邊環境條件與挖

    方深度、面積規模來決定究竟應採用「止水性」或「透水性」(地

    下水關係)、「剛性」或「橈曲性」(側壓變形關係)之擋土牆(猶

    如作戰時之盾牌)以及「剛性」(逆築工法之RC)或「彈性」(型鋼)

    支撐(猶如作戰時之武器),其中擋土牆除了要平衡地盤因挖方之

    應力解放產生之土壓外,若地層中有地下水層存在,尚須平衡水

    壓與防止因地下水流動造成的地下水災變。

    基礎挖方挑戰大地之主要對象為地層土壓與地下水壓,若將

    之視為一場戰爭,基礎挖方工法即為戰略,擋土(水)牆與擋土(水)

    支撐即屬戰備,戰略是否正確,戰備是否充足,左右施工之成敗,

    故其重要性不言可喻。

    地層中之土壓與水壓其行為完全不同,土壓由挖方使地盤應

    力解放而產生,也可以說土壓是由現場工程師製造的,不挖就不

    會增加,一開挖就會增加,其增加土壓力之大小則由土質來決定,

    依土質工學已可準確評估各種土質之最大(終)土壓力,但是土壓

    力的形成並非一挖方就馬上產生,而是須一段時間才會形成,其

    所須時間之長短則由土質之黏著力(粘土)或內摩擦角(砂土)來決

  • 30

    定,其行為乃漸進而持續,雖然是慢慢來但也不停的來,直到其

    達成最大(終)土壓力才會停止,亦即剛挖方後其土壓力並非依土

    質工學計算而得之土壓力,當最大土壓力達成土壤就不再滑動 (

    安息角之名即由此而來),土壤不再滑動土壓也不會再增加。水壓

    之行為則截然不同,水壓力之大小由其水頭(位)高低來決定,水

    壓之形成為瞬間滿載,且可由水位控制來控制其水壓力。

    基礎挖方工法選定常見之問題及應考慮事項列述如下:

    一、大面積大規模之挖方工法

    基礎挖方若屬大面積大規模,其基地地層之變化一定差異極

    大,挖方坑周邊所面對之地層構成與地質各邊不同,即使同一邊

    之左、右、中區段也可能不同,尤其地下水有其流向,水頭、水

    尾所在方位也不同,對擋土牆之側壓影響也不同,因此,設計或

    計畫時所引用之土質參數絕不可採用土質調查報告書中的「簡化

    土質參數表」,而應依各邊之相關鑽孔之參數個別作設計或計畫

    ,甚至若該邊之左、右、中區段的地層土質不同,亦應分別設計

    或計畫,周邊地層地質條件不同,若不予區別而取簡化或平均值

    直接簡化設計,不但無法真正反應實況,甚至可能因差異太大而

    造成災變。

    大面積大規模基地挖方,通常不適用內支撐擋土工法而採用

    背拉支撐工法或無支撐之島式開挖工法,由於各邊之地層地質條

    件差異,當然非得分別設計不可,若擋土牆又採用止水性牆,在

    地下水水頭側會形成地中水壩,遮斷地下水流使地下水位遽昇地

    下水壓增大,一般容易忽略此種施工後之變化,未對此側擋土牆

    特別加強設計,致生災變,應特別注意。(台北市民族東路濱江果

    菜市場災變案例即缺乏地下水之應對知識與經驗擅作主張將原設

    計的內支撐擋土工法變更為島式無支撐挖方工法,其自立性擋土

  • 31

    牆連續壁就只在台北魚市場之地下水水頭側受不了下雨後水位急

    昇水壓激增而折斷崩塌,其餘三側卻安然無事,此案由知名之大

    地專家提案原以為是改變工法可降低成本縮短工期的價值工程,

    可惜經驗及功力不足而生災變功虧一簣,專家變成專門害死人家

    的人,結果成本不但沒有降低反而損失不貲,工期也延誤一年多

    足資為訓)

    二、大深度之挖方工法

    近年來由於地下施工技術日益進步,土地利用需求日殷,都

    市內停車場不足,建築物高度越來越高,地下層越挖越深,此種

    大深度挖方所須挑戰的地層也越來越複雜,遭遇的地層屬於老地

    層(挖方深度達20M約屬三萬年前地層,深度達30M則約屬十萬年

    前之地層),在施工經驗上越來越陌生,越來越感經驗不足,當然

    地層層次也越多,遭遇地下水層之種類與特性機率越高也越複雜,

    除了自由地下水層與被壓地下水層外還有更下層之「下被壓地下

    水層」,大深度地下地層之土壤,不但土粒子形狀不同,連石礫

    顏色、貝殼化石也不同,土壤壓密度也比淺層地層密度大,在實

    務經驗中不禁會懷疑深層土之土壤力學是否仍與淺層土之土壤力

    學相同?傳統之土壤力學公式是否仍適用?土壓力是否會收斂?

    因為以傳統之土壤力學公式估算之側壓與實際觀測結果差異甚大

    ,蓄積在地層中之深層地下水行為也不同,是否應對深層地層土

    壤力學作更進一步的研究以探討解明其差異,此將是一個新課題

    留待日後繼續深入研究。

    大深度之挖方由於土壓、水壓極大,除了採用地下R.C.連續

    壁擋土牆工法外已無其他工法適用,而型鋼內支撐工法亦有其極

    限(多層支撐欲依賴中間支持樁支持不易,且中間支持樁長度過長

  • 32

    也不易正確植入),故大多採用與預植鋼支柱支持樁配合之逆築工

    法,利用地下層結構體來支撐(剛性支撐)的方法,此工法所依賴

    之地下R.C.連續壁由於壁厚較厚且深度又深施工不易,加上施工

    限制必須一單元一單元唌接,其壁體形成垂直接縫亦不可免,若

    此垂直之單元接縫有包泥或蜂巢等瑕疵,止水性不佳而漏水,則

    遇地下水層會形成「管湧災變」,造成鄰房、道路沉陷傾倒之重

    大災變,此類災變案例極多且災情慘重不可不慎。

    三、不規則挖方平面之挖方工法

    挖方平面不規則乃常見之情況,如長溝形、梯形、彎月形、

    菜刀形、中腰形、鋸齒形、半圓弧形、三角形、截角方形、鞋形

    以及斜坡面之各種平面形狀等,各式各樣不一而足且各有特性,

    加上每一邊之環境條件(超載力)、地層地質(側壓力)均有差異,

    應各別作擋土牆設計,不可只取一代表性斷面就唏哩呼嚕設計出

    來,如此十分危險,何況如果採用內支撐擋土工法,其支撐力之

    來源乃依賴兩端互相平衡,分攤側壓較大的一端必為主動側壓(例

    如鄰房側為土壓、水壓再加超載),分攤側壓較小的一端為了平衡

    支撐力則必然變成被動側壓(僅有土壓、水壓,因力小而會變成被

    動土壓來平衡),再加上因挖方平面不規則使得支撐必有至少一端

    與擋土牆呈斜交支撐,側壓力與支撐軸力成三角函數關係,若支

    撐反力不足,擋土支撐軸力亦不足(支撐軸力最大值即反力值),

    即使支撐斷面再大,強度再強也沒有用,採用內支撐工法在不規

    則挖方平面時,如何取得平衡反力及確認反力是必要的設計檢討

    ,否則側壓大側之擋土牆因支撐力不足而大肚變位,反力不足側

    之擋土牆則受對側推擠而退縮變位,造成地盤沉陷、鄰房傾斜之

    災變,一般設計者大多忽略此點,只著重於檢討支撐之強度耐力,

    卻忽略鄰房安全維護,此亦為何使用大斷面支撐(業主捨得多花錢

  • 33

    求安全)施工仍然無法避免鄰損而莫名所以之因(設計未抓住重點

    ,再認真小心施工亦無效)。

    在反力不足之情形下,必須採用不等深度挖方「預借土壓工

    法」來平衡,或輔以局部R.C.支撐(可撐亦可抗拉)配合型鋼支撐

    (只能撐不能抗拉)來抑制變位。

    平面形狀極不規則的基地挖方通常須採分區施工之方式將基

    地分割成適合內支撐工法的區塊,分區先後施工才能克服支撐平

    衡的問題,或採用逆築工法、逆築內支撐倂用工法、逆築單側島

    式支撐工法來克服不適用內支撐工法之基地。

    四、非山坡地之傾斜地之挖方工法

    基地周邊地面並非都是水平面,擋土措施主要對象乃基地周

    邊地盤而非基地內,基地面積若較大周邊地面有高差幾乎不可免,

    若其高差大(稱為傾斜地)在挖方擋土工法上因難以支撐平衡高低

    兩端(高差段之支撐一邊懸空無法取得反力),且在傾斜側之支撐

    架設也較不易(必須呈階梯形),不但在擋土牆設計上造成困擾且

    在支撐斷面配置計畫亦成難題,若採用斜仰支撐(俗稱鐵砲撐),

    則必須低側表層地盤反力足夠,偏偏地表層之土壤大多較鬆軟,

    同時必須承受兩層支撐之反力,一般狀況下大多無法滿足此需求

    ,如何取得足夠反力即為挖方工法設計之重點;最常見的設計疏

    失為(缺乏經驗之設計者)設計擋土牆時只將傾斜地四周之挖方深

    度各別依假設支撐點(不管該假設支撐是否為有效支撐)及土質參

    數來分別設計及選定工法,而忽略了反力不足的支撐乃無效支撐

    ,雖設計圖上畫有支撐,也按圖施工,但該支撐根本無支撐力(虛

    支撐),因而形成支撐瓦解挖方面崩塌之災變。

    最常見的設計疏失為在傾斜地之低側,因挖方深度淺主動土

    壓小如土質又不具透水性,就採用鋼軌、型鋼母樁木襯板擋土牆

  • 34

    工法,忽略了此低側並非承受主動土壓而是由高側而來的側壓反

    力之被動土壓力,殊不知母樁襯板擋土牆工法根本無法承受被動

    土壓(母樁會似刀子切陷入土中),故根本無反力(支撐為徒具形式

    之無效支撐),導致對側(高側)擋土牆成為無支撐之自立狀態造成

    崩垮坍塌之災變,其實低側擋土牆之設計重點並非擋土而是如何

    製造反力,此牆不但要比高側擋土牆更強且須檢討背土土質之被

    動土壓是否大於所需求之反力。

    尤其在高側採用止水性擋土牆時會阻擋地下水流擾亂地下水

    文,使得高側擋土牆因地下水位遽昇水壓急增,破壞支撐原有的

    平衡致低側反力不足,造成嚴重災變。[應注意地下水文之維持,

    必要時應採取止水性擋土牆在挖方面下透水層中「放水門」(連續

    壁單元採深刀淺刀,一高一低之齒狀壁底)使地下水在挖方底仍可

    暢通(唯地下水層若在挖方面上則須採用遮水壁)]

    傾斜地不同於山坡地的地方在於其地層及土質特性不同,傾

    斜地乃一般平地中之地表有高差坡度的基地,它的土質與平地同

    樣由砂土、粘土、卵礫石、崩積土、過壓密砂土等土壤構成,依

    地域地層形成歷史層層疊疊之地層所構成,其地層中之地下水為

    蓄積滲透型態存在,遇地形變化才會滲流,而山坡地則由覆土層

    與基盤層所構成,覆土層為極度風化之土壤,其土質視基盤層之

    岩質屬性而定,若岩質為砂岩則其覆土層土質為砂土,若岩質為

    泥岩則其覆土層土質為粘土,若岩質為頁岩則其覆土層土質為砂

    土粘土混合土,覆土層表土則因與大氣層長期接觸均屬壤土,此

    壤土為地球最珍貴的資產,在其中植物的根、動物蟲卵才得以生

    存,也因此在山坡地鑿岩挖填土築路時都會先刮除表土層堆放路

    旁俟道路完成再作為邊坡覆面植生土以利穩定邊坡,也唯有此壤

    土才利於植生護坡並非由地底挖出的土都能植生存活的,因此表

  • 35

    土一般可視為生物而非地盤 (大地之地質調查均對地表1.5M厚左

    右之壤土視為表土不作任何試驗分析)。

    山坡地之基盤層為岩層,大多不透水,雖岩層中亦存有地下

    水但以脈狀水脈形式存在岩層裂隙中,一般不稱為地下水而稱為

    地中水,而地下水則存在於覆土層與基盤岩層之層境,其地下水

    位沿坡地地形呈坡面與大氣壓平衡,故山坡地之地下水與傾斜地

    之地下水是截然不同的。

    傾斜地的地下水因地形關係大多是滲流著的動態水,因此在

    選擇工法時應儘量不破壞其水文,不得已時亦應存著施工時遮水

    ,施工後通水的觀念來作計畫,採用永久性遮(止)水壁時應在水

    頭側(上流)抽水,水尾側(下流)復水,並在地下水層等深之地下

    結構設置地下水流之連通管,使地下水層暢通,回復原有水文。

    五、極軟弱地盤之挖方工法

    地層中之含水量可以左右土壤的性質,在砂土質地層中的地

    下水因可以自由流動,故可採用抽排水工法將其袪除來改變砂土

    性狀,在土質試驗報告中砂土質地層測出之自然含水量都很低,

    且無塑性,除了含飽和水之細砂層狀似流體(啞吧砂)難以袪水外,

    其他砂土質地層均可強迫抽排水來改變性狀利於施工,然而粘土

    質地層卻完全不同,由於粘土質土粒子粒徑很小(5μ,0.005MM以

    下),若細粒徑土之粒子非常細小(小於2μ)時則其比表面積變成

    很大,便產生界面活性等之凝聚特性,界面活性增大則土粒子與

    間隙水的物理、化學作用變成很活潑,在土粒子表面形成吸著水

    層且作用於土粒子間的物理、化學作用將增大,結果導致細粒土

    之黏性、塑性的力學性質十分卓越且形成非常複雜的綿毛化構造

    (淡水粘土與海水粘土雖在程度上有差異,但均為密接粒子之集合

    互相呈連鎖狀構成大空隙之形式),如果將飽和之粘土的力學行為

  • 36

    放大來看,可以說含水量很低的飽和粘土(如高度壓密之粘土)顯

    示著固體(彈性)的性質,可是將含水量逐次增加則飽和粘土會變

    成黏彈性或塑性的舉動,若再增加含水量則飽和粘土會變成糊狀

    而由黏塑性的舉動變成黏性的舉動,接著,便呈懸濁液而具有液

    體狀之流動性(流體狀),此種含水量高的飽和粘土當受外力作用

    時,土粒子變成不安定,因此易成為軟弱土(有機物質更可以助長

    上列性質,因此有機質土也屬於軟弱土),粘土層是否屬軟弱土之

    簡易研判方法以N值來判斷: N<2為極軟弱粘土

    5>N≧2為中度軟弱粘土

    8>N≧5為普通堅硬粘土

    15>N≧8為堅硬粘土

    30>N≧15為極堅硬粘土

    N≧30為過堅硬(固結)粘土

    此外,由自然含水量與液性限度試驗值之比較亦可研判,若

    自然含水量≧液性限度,其土質必為糊狀爛泥或流泥之「極軟弱

    地盤」,此種地層在挖土時挖掘洞會瞬時回脹填補根本來不及看

    出挖土坑洞,就似用湯匙舀湯不著痕跡,足見其側壓之行為特性

    為瞬間滿載(與一般土壤之漸進持續的行為迴異),且側壓力極大

    幾近水壓(主動土壓係數Ka=0.6~0.8)又來得很快,在作挖土計

    畫時若經驗不足很容易形成內支撐瓦解、擋土牆折斷崩潰之大災

    難,有時快到災變發生連在基礎坑內的施工人員都來不及逃生而

    傷亡,此乃因其側壓又大又快,當挖土時由一邊依次挖至另一邊

    為一般的施工程序,但在此種極軟弱地層中,先挖的一邊一降挖

    該區段之擋土牆與支撐馬上就受側壓增加之作用,尚未挖掘的另

    一邊仍未受力,若擋土牆採用連鎖扣接之鋼板樁因每片受力大小

    與時點不同,變形時點也不同,在挖方中即可聽到鋼板樁扣接槽

  • 37

    因變形時點不同而嘎嘎作響,且擋土支撐亦因每道受力時點前後

    不同產生支撐構架之錯動致接點螺栓剪斷,霹啪之聲時有所聞但

    卻不易尋知其所在,若未能及時補換最後將導致支撐挫屈瓦解而

    崩垮,一片一片的鋼板樁就向彈鋼琴一般先後起伏,如曾身臨其

    境會令人萬分恐怖且餘悸猶存,對付此種極軟弱地層在設計時千

    萬不可以靜態視之,擋土牆工法務必選用剛性較大者以防止變形

    差異過大破壞支撐構架之平衡與挫屈耐力,土方挖掘程序更應對

    稱進行,由兩邊同步開挖往中央收尾,絕不可由一邊往另一邊以

    防止支撐受力時點差異期間過長致支撐受力不均造成接點破壞,

    更因此種極軟弱地層易形成挖方底部隆起災變,設計擋土牆之貫

    入深度要足夠,而又因擋土牆剛性要大貫入深度又要深其牆體自

    重當然會更重,偏偏此極軟弱地層之摩擦支持力又低,若未在設

    計時確實檢討確認,則挖方完成施工階段會因地盤支持力不足致

    沉重的擋土牆似菜刀一般切入下沉而使支撐拱起瓦解(台北市松

    仁路亞歷山大大樓災變案例),其防止對策為擋土牆在軟弱地層中

    相當間距應設計足以支持擋土牆自重之支持樁直達地下支持地層

    (岩層或卵礫石層)。

    ※極軟弱地層採用剛性大之深擋土牆以防止地質特性之變數,觀念 正確,但卻忽略了牆體自重大反而成為災變之風險,經驗不足,

    為了防災反而釀成災變,不能不記取慘痛教訓。

    此類極軟弱地層存在於古代沼澤地或湖泊遺址,如在台北市

    大直、內湖、西湖、天母、信義計畫區、關渡平原等地區均屬此

    類地層,其地質極特殊且N值僅為1~1/2,災變與損鄰案不勝枚舉。

    (日本將此類地盤歸類為「特殊地盤」或「特殊土」)

    ※極軟弱地層因呈糊狀或流泥,欲採用泥水工法施作剛性之地下 R.C.連續壁在壁孔掘削中因土質極軟弱致孔壁回脹快,抓斗來回 抓掘會造成周邊地盤沉陷及鄰損,其防止對策為採用鋼板樁作為

    外側深導溝以防止孔壁回脹,否則尚未挖方已造成損鄰就失去施 作安全擋土措施的意義了。

  • 38

    六、極堅硬卵礫石層地盤之挖方工法

    緊密之卵礫石層地盤十分堅硬,一般基礎施工機械不易施工,

    卵礫石地層之地質又分為卵礫石粘土質(不透水性地層)與卵礫石

    砂土質(透水性地層)兩種,卵礫石地層本身就是一種結構,它由

    粒徑較大的卵石、粒徑較小的礫石、砂土或粘土三者構成,卵石

    與卵石的空隙由礫石充填著,礫石與礫石的空隙則由砂土或粘土

    充填著,也由於卵礫石之比重大,因壓密作用使此類地層都非常

    密實堅硬,它不屬於岩層,也不屬於土層,故岩石力學或土質力

    學都無法解明其力學性質,可是迄今尚無卵礫石學之研究可供應

    用,卵石有圓形與扁平形及楔子形等不同形狀,其粒徑、形狀不

    同內摩擦角也應有不同,但是在土質試驗究竟應如何評估仍然莫

    衷一是,因此不論所評估的內摩擦角多少,設計時也只保守的取

    最大450為設計參數,雖然稍嫌保守但因尚無研究只好如此。

    卵礫石地層中欲施作擋土牆或基礎樁並不容易,除了打釘植

    入與抓掘構築工法外幾乎無其他工法可以克服,採用打釘植入工

    法之鋼材除高碳質鋼軌樁或SM200材質型鋼外,一般之SS41材質型

    鋼或鋼板樁等均無法釘入,採用抓掘構築工法則因泥水工法之逸

    水造成抓掘孔壁崩塌問題亦難度甚高,尤其扁平形與楔子形的卵

    石也容易夾住抓斗之爪縫造成抓斗卡住無法拔出之施工障礙,至

    於基礎樁施工因卵礫石地層透水性佳在地下水位以上地層易因逸

    水坍塌故大多採用乾掘工法配合全套管護壁抓掘施工,台中市地

    區屬卵礫石砂土層且地下水位高之區域因卵石粒徑較大,採用抓

    斗機械配合衝擊鎚(Chisel)仍然難以克服且成本高,於是發展一

    種以人工潛在水中挖掘的方式來作為樁孔、井孔、擋土壁孔,使

    用簡單的潛水罩套住頭部扛在雙肩再由地面以空壓機打入空氣供

    水下工作人員呼吸,也因屬性命交關之危險性作業故大多為夫妻

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    檔雙人組合一上一下的工作組合,此方式雖為古老的鑿井工法,

    但因採用人工手掘卵石於小桶再以捲揚機吊起並以預先備妥之粘

    土丸(置入水中不會溶解)糊填於掘後之孔壁卵石缝隙以防止崩塌

    之方式,對地盤之擾亂最少,穩定性亦高,施工安全性一般不成

    問題(唯仍有少數孔壁崩塌活埋事故,此乃因工人粗心未確實糊填

    粘土或貪心一次挖太深來不及糊填孔壁就崩孔了)且成本比機械

    挖掘低成功率又高,但此工法仍有可能罹患潛水夫病之慮,屬於

    非人道之工法之列。

    卵礫石砂土(透水性)地層基地其挖方深度若達其地下水位以

    下,如未降低控制水位,則地下水會由挖方坡面滲流洗掘卵石間

    之砂土導致卵石鬆動而崩塌之災變,因此,地下水位控制之抽排

    水是必要的,但若卵石粒徑過大致鑿井不易也只好採用上述之人

    工鑿井法來克服,至於卵礫石粘土(不透水性)地層如林口台地(古

    新店溪土石流沖積扇残跡)、桃園、中壢一帶之堅硬卵礫石粘土地

    層,其挖方幾乎可採用無擋土垂直或安息角明挖方式,或頂多在

    地表層採用釘鋼軌母樁連襯板都不用的擋土挖方工法即可達成挖

    方目的(無地下水),但在新社區開發地仍應注意其道路邊之排水

    溝在每塊基地都有預設之排水管口埋至基地邊緣不易發現,當下

    了一場豪雨後雨水流入路邊排水溝一時無法宣洩,溝內之水會由

    與基地相連之地下預設排水管口沖洩至已挖方基地坑內,此時挖

    方坑為該地區之最低點,因此該地區所有排水溝渠之水會全部往

    基地挖方坑流入,沖刷結果必成大災變,因此在新社區基地挖方

    前必須先找出排水溝之接管位置並將管口暫時以砂包或水泥砂漿

    封閉以防釀成災變。尚且在堅硬卵礫石粘土地層挖方若基地條件

    容許安息角明挖,日後尚須回填周邊,因地層之不透水性在下了

    一場豪雨後雨水滲入周邊回填層無法滲透至地層(原有挖方坑就

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    像一個臉盆裝滿了水),重則會形成將已完成之地下層結構體上舉

    浮起之災變,輕則在地下層結構施工接縫造成漏水不斷之困擾,

    切勿輕忽,最好不要自作聰明以為明挖可節省施工成本,仍應選

    擇釘鋼軌樁無回填之方式為宜。

    卵礫石砂土地層其實乃往昔土石流之殘跡,此類地層大多在

    坡地坡腳與河川之間的地域,其透水性極佳,故地下水調查不易

    確實(平時水位低,下雨後水位急昇差異極大),加上若採用止水

    性擋土牆工法又會形成地中水壩阻擋水流破壞水文,前已述及,

    故在工法選定時應予考量並擬定適切之對策。

    卵礫石砂土地層之深挖方擋土牆設計,因土壓極小(若不擾動

    它本身就是一種安定的結構),但水壓大(若採用止水性擋土牆就

    必須承受水壓),而深挖方勢必遭遇地下水,因此在選擇工法時就

    必須依施工規模、深度、周邊環境條件來決定利多弊少之合理工

    法,要知道沒有一種都是優點沒有缺點的工法的,對付大自然的

    有效方法就是順它切勿逆它或試圖抵抗它,能夠四兩撥千斤的方

    法才是真技術。

    ※極堅硬卵礫石地層在作設計時所採用之地層地質調查報告書

    應確認其調查日期,如果日期久遠已相隔一段時日最好重新調查

    不宜直接採用,因台灣近年來砂石材料短缺且河床砂石禁採致價

    格高揚,一些不肖廠商大多會以租地或以公共工程為名作掩護盜

    採卵礫石再以工業廢棄物與垃圾回填掩耳盜鈴,如有不察常會在

    卵礫石地層基地挖到垃圾谷而生災變,明明地層地質調查報告是

    卵礫石地層鄰地也是卵礫石沒想到挖到垃圾堆而傻眼,這是台灣

    獨有的現象且不罕見,更糟糕的是施工基地確是卵礫石而鄰地卻

    是廢棄物垃圾,在土質工學中又找不到垃圾山地盤工學可資應用

    ,原設計的地質條件假設全然廻異,當然計畫選用的工法與所有

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    設計全都錯誤了,施工災變也無可避免。這種情況地層地質調查

    也沒錯,設計都依據調查資料也沒錯,可是災變卻發生應該是錯

    誤才對,那究竟是誰錯?真傷腦筋!!

    七、山坡地之傾斜地之挖方工法

    山坡地之地質特性如前所述主要由覆土層與基盤岩層所構成

    ,覆土層屬於土質工學,基盤岩層屬於岩石工學,兩者性狀截然

    不同,土層有側壓(土壓力),挖土時須擋土壓,岩石為固體無側

    壓但有滑動力,雖不須擋土但須抑止或抑制岩層之滑動,岩層有

    節理,視其節理之角度其滑動傾向與滑動穩定性不同,岩層之滑

    動力則視滑動節理以上之岩層厚度與岩質而定,岩層一旦滑動以

    區區擋土工程是無法抵抗的,「擋得了土,擋不住山�