擋土柱施工法應用于卵礫石層的施工品質暨安全性評估分析研究

宋偉

摘要：本研究主要探討應用于卵礫石層地質條件下地下深開挖擋土措施中的擋土柱施工法，該施工法依施工方式分為人工擋土柱工法及機械式擋土柱工法。按照研究“某工程”的機械式擋土柱施工經驗及某集合住宅采用人工擋土柱施工法的案例，探討現今擋土柱相關施工安全質量缺失，進而尋求改進及防止對策。

Abstract： This study mainly discusses the construction method of retaining column used in retaining measures for deep underground excavation under the geological conditions of the gravel layer. The construction method is divided into artificial retaining column method and mechanical retaining column method according to the construction method. Based on the construction experience of mechanical retaining columns in "a certain project" and the case of using artificial retaining columns in a residential complex， the current lack of safety and quality of retaining columns is discussed， and improvements and preventive measures are sought.

關鍵詞：擋土柱;卵礫石層;局限空間;安全性

Key words： retaining column;gravel layer;confined space;safety

中圖分類號：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）32-0111-03

1? 研究目的

本文依據研究案例的施工經驗探討現今擋土柱因安全疑慮及品質常見缺失，尋求改進及防止對策，使其在減少震動與噪音方面的成效能推廣使用。

2? 研究方法

2.1 研究流程

搜集國內擋土柱施工法的相關案例及文獻資料，了解現有施工程序及工作安全的做法，施工期間的機具、設備、材料、施工環境等作業相關影響因子，匯整有關作業流程，歸納分析整理，并針對作業過程中，施工質量與工人安全衛生的相關要點進行探討。

2.2 人工擋土柱施工法

擋土柱施工法在施工上的重要步驟為擋土柱坑（柱體）的挖掘，并且依挖掘方式進一步分類，采用人工挖掘方式施工的為人工擋土柱，以機械挖掘方式施工的為機械式擋土柱，采用哪種方式需視地基條件而定。

人工擋土柱作業因采用人工直接挖掘柱坑，具有：①造價低，②施工機具少，③無噪音，④無空氣污染，⑤無震動公害，⑥可多柱同時挖掘，⑦適用于卵礫石強度高的地區，⑧可靠近鄰房施工較無空間上限制等諸多特點。施工如遇地質上的不透水層產生滲水或土質松軟時，則需謹慎處理，否則易發生開挖施工柱坑塌陷的安全事故，因此主要缺點是對于施工人員的安全防護效果極差。

人工擋土柱作業的主要工作為挖掘及構筑柱體。它是由人工用簡單的挖掘工具，由上而下進行柱坑挖掘，通常作業深度約在10～20米間。擋土柱斷面尺寸設計一般長度約為1～2米，寬度視開挖區域擋土柱強度需求而定，在30～60厘米之間皆有，而規劃排置的擋土柱中心間距大部分相距2米左右。

2.3 機械式擋土柱施工法

機械式擋土柱施工方式主要為柱坑的挖掘采取機械（挖土機）替代人力挖掘施工。在施工環境條件限制上，需要有較大的腹地與動線，并且配合整體工作的推展，其在剩余土石方作業流程上需要有較完善的規劃。

3? 研究成果

3.1 人工擋土柱施工安全評估

人工擋土柱施工過程中，擋土柱坑內狹隘、通風不良與潮濕，施工人員在地下深處挖掘擋土柱坑，作業環境極為不良，須架設卷揚機等升降設備進出，并配備機械通風設備實施通風換氣來維持充分清凈的空氣;施工初期以機械進行表土層的降挖整地，然后人工挖掘人工擋土柱坑，在地基周圍的人工擋土柱完成后，再以機械方式進行地基大幅降挖并配合組立水平擋土安全支撐系統，所以不易發生損鄰危害。

3.2 機械式擋土柱施工安全評估

機械式擋土柱施工方式以單層擋土柱為例，初期進行地基大幅降挖至約設置擋土柱1/2長度高程后，挖掘柱坑并完成擋土柱柱體，再降挖至預定開挖高程配合組立水平擋土支撐系統，所以擋土措施未完成前，若開挖面過陡或遭遇較不穩定地質易發生崩塌，對施工機具存有威脅，同時對鄰近道路設施或鄰房會造成損鄰等危害。

依據法規在有“墜落”、“崩塌”等危險的作業場所引起的危害，雇主應有符合標準的必要安全衛生設備，且開挖作業前應確認機械（挖土機）、搬運機械（土石方運輸車輛）等應裝設倒車或旋轉警示燈及蜂鳴器，將施工運行路線進行危害告知。開挖作業中，應派專人指揮，并嚴禁操作人員以外的人員進入挖土機操作半徑范圍內，防止意外發生。另外在高處作業的除了個人安全護具安全帽配戴外，還應正確配戴使用鉤掛安全帶，避免發生墜落。

3.3 職業災害案例分析及防止對策

人工擋土柱施工災害案例：

人工擋土柱開挖作業，工人被掉落的土石掩埋死亡。

①災害發生經過：

某大樓新建工程地下室擋土柱工程，17年2月25日上午11時許，挖掘工丙發覺五號擋土柱坑有土石松動現象，報告工地主任丁，丁指示暫停挖掘，丙就在五號擋土柱坑潑灑水泥漿。后來有一片土石滑落，立即請地面上的工人戊將其吊上地面，當丙欲拆離位于五號擋土柱坑旁的吊運機臺時，戊隨著崩落土石滑落緊鄰的四號擋土柱坑，并被繼續崩落的土石掩埋，丙立即叫人前來協助將其從坑內挖掘出來送醫急救無效死亡。

②災害發生原因：

1）罹難者死亡原因為被泥砂掩埋，窒息致死。

2）罹難者因四號柱坑側壁穩定性不良發生崩塌，致滑落坑內被繼續崩落土石掩埋窒息死亡。

3）開挖擋土柱坑，未設擋土支撐。

4）對工人未實施安全衛生培訓，工人安全衛生意識不足。

③災害防止對策：

1）對露天開挖作業，開挖深度在1.5米以上有崩塌危險的，應設擋土支撐。

2）提高工人安全衛生知識。

3.4 施工質量案例分析及防止對策

3.4.1 施工品質案例分析

①機械式擋土柱柱坑開挖取土造成土石方崩落落坍塌，亦造成后續混凝土澆注置施工時材料損耗。

1）質量缺失情形：機械式擋土柱開挖時因機械（挖土機）操作不當或地質條件不良，造成頂部土石方塌陷;另因側面柱體超挖或柱體部位開挖時的不當擾動，引起柱坑壁體土石方崩落。亦造成后續混凝土澆注時增加損耗數量。

2）質量缺失發生原因：

a.機械式擋土柱開挖時因機械（挖土機）操作不當或地質條件不良。

b.現地規劃預留施工動線，所以擋土柱施工前期緊臨路權線外側（擋土柱頂部即梁外側）的軟弱表土，采取不降挖處理。

3）質量缺失防止對策：

a.挖掘過程如遇地質表土松散軟弱時，擬定解決方案為預先施工導墻，即擋土壁（板）。以導墻的側向支持力加強軟弱地層，避免在擋土柱施工過程中頂部土石方崩落塌陷。

b.施工機械（挖土機）的司機應技術熟練，在開挖過程柱坑頂部配合施工的指揮人員，應增加開挖位置檢查頻率，隨時反饋信息給司機，避免柱坑壁體不當超挖。

②擋土柱拆模時發生鋼筋裸露保護層不足。

1）質量缺失情形：

機械式擋土柱混凝土施工完成后，拆除擋土柱固定模板，發生柱體鋼筋籠的鋼筋裸露或混凝土保護層不足。

2）質量缺失發生原因：

機械式擋土柱在拆除模板時，會因機械施工性與精度欠佳，易發生墊塊脫落，使鋼筋與模板貼附，造成混凝土保護層不足。

3）質量缺失防止對策：

除外覆土施工應特別謹慎外，基本上加強固定混凝土保護層的間隔墊塊，或使用工作性良好的圓形塑料間隔器，并改善布設的數量及間距，可減少缺失發生率。

③混凝土澆注作業易發生漏漿情形。

1）質量缺失發生情形：

機械式擋土柱在混凝土澆注時，靠近擋土柱頂部側發生模板漏漿或爆模等狀況，見圖1所示。

2）質量缺失發生原因：

一般在頂部背部填土石方量較少處側向力相對較小，易發生爆模及露漿。

3）質量缺失防止對策：

機械式擋土柱作業過程中，采取加強夾板綁扎固定位置與數量來改善缺失。另外模板外側加強角材的圍束，降低缺失發生率。

④擋土柱混凝土澆注作業不易搗實。

1）質量缺失發生情形：

機械式擋土柱混凝土澆注作業，因擋土柱柱坑狹長（每一階段柱坑深約10米），無法使用一般震動機具搗實。

2）質量缺失發生原因：

機械式擋土柱柱坑第一階段長度在10米左右，第二階段擋土柱坑長度相似，所以在擋土柱混凝土澆注作業時，無法使用一般的混凝土震動機具進行搗實。

3）質量缺失防止對策：

針對此類缺失，工地使用工作性較好的高性能自充填混凝土。

⑤擋土柱水平與垂直準確度質量要求。

1）質量缺失發生情形：

機械式擋土柱施工，因施工精度不高，造成柱坑壁體超挖、位置偏離路權線或侵入影響基地內側結構體施工。

2）質量缺失發生原因：

即使施工精度不高時也應注意其水平與垂直度位置，使擋土柱完成外露面盡可能維持整體平整美觀，利于后續水平擋土支撐系統的架設。施工誤差亦可能使擋土柱位置偏離路權線或侵入影響后續基地內側結構體施工。

3）質量缺失防止對策：

可在柱坑開始進行機械挖掘時，由施工人員配合放樣引點，并在柱坑挖掘過程中，仰賴機械操作手與柱坑頂部指揮人員的配合。此外柱坑頂部配合施工的人員，需增加挖掘測量觀測及指揮頻率。

3.4.2 其它施工應注意重要事項

①壓梁的重要性。本研究案例施工的機械式擋土柱為個別獨立樁體，須在各別擋土柱全部完成后，另外進行頂部壓梁。此處壓梁作用在于圍束各獨立的擋土柱，使各別擋土柱受到的土壓力平均分布相鄰擋土柱，形成一整體性的擋土排樁，整體結構將比未設壓梁時的承壓性高，以增加整體擋土設施的安全性。

②視現況增設截水溝。有關深開挖擋土壁施工，施工前須對施工基地周圍的排水設施，作好截流排水的準備作業，避免地面徑流水或是鄰近排水建筑物滲流水侵入，造成后續基地內土壤細粒料流失，產生土石方崩塌陷落的危害。

③加強機械式擋土柱動態施工時的安全意識與認知。機械式擋土柱進行柱坑開挖取土作業時，柱坑的壁體開挖面為經過擾動、松散狀態。為施工安全起見，施工位置的開挖坡趾下方絕對禁止人員停留;此外擋土柱坑頂部亦存在有崩塌風險，應禁止人員靠近。

3.5 人工與機械式擋土柱的差異比較

在地層為卵礫石地質條件下，在多種深開挖擋土施工法中，多采用為擋土柱施工法，后續再配合開挖架設水平擋土安全支撐進行施工;擋土柱按施工方式可分為人工擋土柱與機械式檔土柱兩種形式，其工程特性的差異如表1所示。

3.6 人工及機械式擋土柱施工法安全管理

3.6.1 安全衛生管理

制定工程施工的安全衛生管理規范，以防止職業災害發生，保障員工的安全與健康。

3.6.2 緊急應變措施

針對各種可能發生的突發情況，制定緊急應變措施處置表，來應對可能發生的未知情況。

3.6.3 局限空間作業要點

①施工方應禁止作業無關人員進入局限空間的作業場所，并在入口顯眼處公告禁止進入的規定。

②工人在局限空間從事作業前，施工方應先確認該局限空間內有無可能引起工人缺氧、中毒、觸電、塌陷、被夾、被卷及火災、爆炸等危害，如果可能發生危害，應制定危害防止計劃，并使現場相關人員依規辦理。并在作業場所入口顯眼處公告注意事項。

③安全管理建議。采取使用替代物、改善作業方法或工程控制等有效手段或增設安全衛生設施項目與數量，來提升擋土柱施工時工人的安全衛生相關行為。

3.7 人工及機械式擋土柱施工法品質管理

人工及機械式擋土柱施工法質量管理由施工質量管理標準及施工檢驗組成;此階段主要是了解目標施工單位設定的需求后，將搜集觀察而來的施工單位意見，轉化成有意義的實際作為與措施，并建立質量管理反饋體系，在施工單位內部及外部進行經驗的分享與改善，并持續探索尚未滿足的施工需求，并精進擋土柱施工法質量管理的實用性。

4結論

①在卵礫石層地質條件下進行擋土柱施工，遭遇粒徑較大卵礫石時，能以人工破碎或機械挖除方式迅速排除施工（地質）障礙，故擋土柱施工法是適用于卵礫石層地質條件中（克服）深開挖的有效施工方法。

②現今環境保護越來越受重視，在都會地區施工期間如何減輕對環境沖擊相當重要，擋土柱施工法相對其它方法，其施工過程對于環境產生的影響沖擊最小，可有效降低噪音、避免振動及減少揚塵等環境公害。

③機械式擋土柱施工法在施工速率、施工深度、成本及施工人員安全維護上明顯優于人工擋土柱施工法。

④在施工查監與質量管理方面，施工單位須依據與業主工程合約圖說明的規范訂定相關質量標準，以確保施工的質量與安全。

參考文獻：

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