第十一章钻掘墩基.ppt

第十一章 鑽掘墩基 11.1 緒論 沉箱（ caisson ）、墩（ pier ）、鑽掘豎井（ drilled shaft ）以及鑽掘墩（ drilled pier ）在基礎工程上經常被互相交換使用，其皆被認為係一種具有大約 750mm 或更大直徑之場鑄樁，具有或不具有鋼筋加強，以及具有或不具有擴大的底座，有時其直徑大小則可小於 305mm。 為了避免混淆，本文將鑽掘或挖掘一個孔洞至結構物基礎底部，然後灌滿混凝之方式稱為鑽掘墩。根據上壤條件的不同，在建造時可用套管或橫擋板（薄板或板樁）防止四周土壤之坍陷，而墩身直徑大小，一般為足夠讓一人進入檢查即可。 使用鑽掘墩基礎有幾項優點，如下： 1 ．單一鑽掘墩可取代群樁和樁帽。 2 ．在緊密砂層和礫石層建造鑽掘墩比打樁容易。 3 ．鑽掘墩可在完成整地作業前即可先行建造完 成。 4 ．當使用夯錘打樁時，地面震動可能導致附近結 構物損壞，而使用鑽掘墩則可避免之。 5 ．樁打入黏土層中可能導致地表的隆起，同時導 致已打入之樁產生側向移動，而鑽掘墩之建造 則不會發生此情形。 6 ．在建造鑽掘墩時沒有打樁時之錘擊噪音。 7 ，因鑽掘墩底部可擴大，對上揚力載重提供更大 的阻抗。 8 ．建造鑽掘墩底部之表面可以用肉眼檢查。 9 ．鑽掘墩建造時，通常需要輕便、機動之設備； 在適當土壤條件下，其可證實比樁基礎更為經 濟。 10．鑽掘墩對側向載重具有高阻抗。 使用鑽掘墩建造時亦有幾項缺點，灌漿時必須要非常小心的監督，天氣不好時可能會耽擱進度。同時，如同支撐開挖之情形，鑽掘墩之深開挖可能導致大量地表的流失並損及鄰近之結構物。 11 .2 鑽掘墩基之型式 鑽掘墩可根據其被設計用來傳遞結構載重至地基之方式來分類，圖 11.1 (a）顯示具有直井之鑽掘墩，它穿過上層軟弱土壤，且其底端置於堅硬承載土層或岩石上；必要時直井可用鋼殼或管加以套住（如同加套場鑄混凝土樁之情形）。如此的墩基型式，其作用載重之阻抗可由端點支承以及墩身周邊與土壤界面之摩擦阻力所產生。 鐘形墩［圖11.1， (b)和（c) ］係由一直井和鐘型底部所組成，被座落於良好之承載層上。鐘形體可建為圓頂形［圖 11.1 ( b ) ］或斜角形［ 11.1 ( c ) ] ，對於斜角鐘形體，市場上常用之底部擴大器可使邊和垂線呈30至45 度角。大部分在美國建造的鑽掘墩，全部之承載力歸屬於端點支承；然而，在某些情況下，端點支承和側面摩擦的能力均應列入考慮。在歐洲，側面摩擦阻抗和端點承載力總是被列入一起考慮。 直井墩的型式亦能延伸至底面岩石層［圖 11.1 (d) ] ，在計算此種墩之承載力時，端點支承以及沿著墩邊與岩石界面所產生之剪力，則可被列入考量： 11 .3 構築程序 最古老的鑽掘墩建造方法之一係 Chicago 法［圖 11 . 2（a）］。此種方法，係用人工挖掘一次深度為 0.6~1.8m且直徑為1.lm或更大之圓孔，此開挖孔洞之四周以垂直薄板襯砌，這些薄板稱為橫擋板（ lagging ) ，其以兩個圓形鋼環緊密定位。在放置這些鋼環後，繼續挖掘另一個0.6~1.8m ，當到達所需之挖掘深度時，隨之挖掘墩之鐘形部分；這些挖掘均完成後，最後則將孔洞灌滿混凝土。 建造墩基之 Gow 法［圖 11.2 (b) ] ，孔洞之開挖由人工完成，而套管金屬殼則用來維持直井；當灌漿漸進時，可一次移除一節鋼殼。 Gow 法之最小鑽掘墩直徑約為 1.22m , 任何已知鋼殼節之直徑比位於正上方那一節約小50mm，而以此法則曾建造出一 30m深之墩基。 目前大多數墩身之挖掘係由機械而非人工完成，開口螺旋鑽則是普遍的開挖工具，這些螺旋鑽具有刃口或切削齒，具有刃口的螺旋鑽大部分使用於軟弱均質土壤之鑽掘；具有切削齒則用於硬土層或硬地盤之鑽掘。螺旋鑽連接於一方型軸，稱為 Kelly ，然後壓入土壤中並旋轉，當螺旋葉片充滿土壤時，將螺旋鑽提升至地表面上，高速旋轉螺旋鑽使土壤堆積成一堆。不同直徑的螺旋鑽皆可取得，有時其可能大至 3m 或更大的尺寸。 當開挖延伸至承載層時，如有需要則用底部擴孔工具取代螺旋鑽以做成鐘形體，底部擴孔器主要包括一具有兩個切削片絞接於頂部之圓柱體（圖11.3）。底部擴孔器進入孔洞時，切削片折疊停留於圓柱體內部，當到達孔洞之底部時，切削片向外展開且底部擴孔器進行旋轉，鬆散土壤則落入圓柱體內部。間隔一定時間將圓柱體提起並倒出內部土壤，重覆此過程一直到鐘形體擴孔完成，而大部分底部擴孔器，可以切削三倍直井直徑之鐘形體。 套管及鑽掘泥漿之使用 在軟弱黏土中挖掘墩孔時