第三章 補灌漿原因及工法種類特性
3.2 灌漿工法種類
3.2.2 灌漿材料分類
選擇低壓灌漿工法與材料時，應綜合考慮注漿方式、改良目標、
土壤條件、施工工法、公害問題及經濟性等因素，可參考表3.2、表 3.3 及表3.4 選擇合乎灌漿目的之灌漿工法與材料。
表3.2 選擇灌漿材料時考慮之基本條件
項目 基本條件
止水 只考慮滲透性…低黏性溶液型藥液（但以懸
濁型作前處理）
滲透 滲透性良好且必須有某種程度強度…低黏 性溶液型藥液
脈狀 膠凝時間短、純膠體強度較大的懸濁型藥液
地層強化
滲透脈狀兼用 純膠體強度較大、滲透性良好藥液
改良目的
湧水
被地下水稀釋亦不會使膠凝時間延長之藥 液
瞬結性良好之藥液（溶液型或懸濁型）
先行灌漿 膠凝時間短、純膠體強度較大的懸濁型藥液 複合灌漿
二次灌漿 與先行灌漿藥液可以相容且滲透性良好的 藥液
特殊地盤 酸性 鹼性地盤 泥炭 火 山灰等
預算實施試驗灌漿判斷其適用性，再選擇灌 漿材料
其 它 檢討環保問題 毒性、地下水污染、水質污 濁等
資料來源：[17]
表3.3 考慮土壤性質不同所使用之灌漿材料
土質 灌漿材料
黏土層 粉土 黏土 壤土
水泥系藥液 水玻璃系懸濁型藥液 非鹼性系懸濁型藥液
砂土層 砂 粉土質砂
溶液型藥液 但以懸濁型作前處理
砂礫層 水玻璃系懸濁型藥液 大孔隙
溶液型藥液 小孔隙
層界或夾層 水泥系藥液
水玻璃系懸濁型藥液
資料來源：[17]表3.4 各種灌漿工法之特徵與比較
灌 漿 工法
可靠性 施工性成本 其它 土質 灌漿效果
固結形態 粘 土
層
形成較粗之脈狀灌漿，改良 效果不佳
砂層 形成較粗之脈狀灌漿，改良 效果不佳
礫 石 層
有時可獲致較良好改良效 果
單管鑽桿工法
易形成不均勻 改良體，缺乏 可靠性
最 便 宜 容 易 施工
單價便宜
藥 液 易 從 鑽 桿 周 圍 迴流逸出
改良範圍不易設定 藥 液 易 在 某 一 特 定 地點固結
互層 藥液僅貫入某特定地點，全 體改良困難
粘 土 層
形成較粗之脈狀體，改良效 果不佳
砂層 可獲致較良好改良效果 礫 石
層
可獲致較良好改良效果
單管多孔工法
比單管鑚管工 法較具可靠性
灌 漿 管 設 置 及 阻 塞 清 洗 手續麻煩，且 灌 漿 深 度 較 淺
單價較高
灌 漿 管 設 置 與 灌 漿 工程可分開施工，易 管理
灌漿管容易夾置
互層 可獲致較良好改良效果 粘 土
曾
形成較粗之脈狀體，改良效 果不佳
砂層 兼 具 脈 狀 貫 入 及 滲 透 固 結，可獲致較良好改良效果 礫 石
層
可獲致較良好改良效果
雙重管雙環塞工法
可靠性高 灌 漿 管 設 置、環塞材料 之 設 之 灌 入，養護等手 續 不 可 避 免 與 其 它 工 法 比 較 鑚 孔 徑 較大，單價較 貴
藥液確實混合 藥液性質穩定 環塞容易形成 灌漿經度高
外 管 不 回 收 較 不 經 濟
互層 可獲致較良好改良效果
粘 土 層
形成較密之脈狀體，改良效 果普通
砂層 可獲致較良好改良效果
礫 石 層
可獲致較良好改良效果
雙重管鑽桿工法（瞬結工法）
可靠性較高 施工簡便 單價較便宜
膠凝時間短，可防止 藥液溢出改良體外 施灌壓力較高
互層 可獲致較良好改良效果
粘 土 層
形成較粗之脈狀體，改良效 果不佳
砂層 可進行良好滲透，改良效果 佳
礫 石 層
可獲致較良好改良效果
雙重管鑽桿工法（複合灌漿工法）
可靠性高 施工較複雜
單價較貴
視 土 質 不 同 可 組 合 各 種 膠 凝 時 間 不 同 之藥液施工
使 用 各 種 膠 凝 時 間 不 同 之 藥 液 之 比 例 可認意調整
互層 可獲致較良好改良效果
資料來源：[17]
（一） 鑽桿(單管)灌漿工法（Rod Injection）
早期用於水泥灌漿，但由於膠凝時間調整困難，常使得漿液逃逸 或部分凝結，因此大都使用於工程要求較低之緩結型灌漿，而不適用 於溶液型藥液之瞬結灌漿，瞬結灌漿需採用雙重管鑽桿灌漿工法進行。
（二） 雙重管鑽桿灌漿工法（Multiple Injection）
此工法係為需要急速固結，或為防止灌漿材料在灌漿管內膠凝而 發展之工法。
（三） 雙重管瞬結工法-LAG、DDS 工法
（四） 雙重管複合工法-Multilizer、Unipack 等工法
雙重管複合工法-能將具有不同膠凝時間之不同藥液，在同一行程 內控制變換施灌。
圖3.2 雙重管複合工法施工步驟圖[16]
（五） 雙環塞灌漿工法(Double Packer Injection)[21]
雙環塞灌漿工法之理念，是先行填充灌漿，促使複雜地層之透水 性降低和趨近一致，再以緩凝之漿料實施滲透灌注，以達到合理、有 效、經濟地改善地層之目標。為達到上述之理念，雙環塞灌漿工法採 用了具有逆止閥功能之特殊外管，該外管同時能做水平方向之滲透和 防止漿液之溢出地面。雙環塞灌漿工法所用之灌注用外管之種類有：
馬歇管、雙柵管、一般導管等。各型外管之構造雖有不同，但功能上 異曲同工。外管之材質主要有鋼質、塑膠和樹脂等，管徑和厚度也依 灌注量和壓力之不同，而有所差異。
雙環塞灌漿工法施工順序如圖3.4 及如下所示：
（1）
整地標出正確之鑽孔位置以確保安裝鑽孔機之精度，又為增進施工之 作業性宜將地面整平。連續壁周圍挖掘排水溝以利鑽孔廢水之排除。
（2）
鑽孔鑽孔機安裝就位後以水平器調整固定之。再以泵浦沖水鑽掘套管 到預定深度。鑽孔用二重管鑽管外管為O.D 118mm，內管為 O.D 73mm。
（3）
外灌注管插入以標準配合比之封堵材代替鑽孔用水，灌入鑽孔套管。將外灌注 管依順序銜接後裝入套管內。拔除套管則封堵材下降逐漸填滿至孔口 為止。
（4）
封堵材之劈裂灌注時期如封堵材齡超過一個月以上時，不用水壓先將封堵材加 以劈裂(cracking)則無法灌注，因此先實施封堵材之劈裂。
（5）
一次灌注封堵材破裂後開始一次灌注。一次灌注以水泥皂土液填充地下空 洞、軟弱部、水路等大間隙。灌注採用上昇方式，每階段提升灌注管 33cm，分段施灌至改良範圍之上限為止。
（6）
二次灌注一次灌注完畢開始二次灌注。用可滲透至土壤顆粒間之矽膠溶液 (Silicalizer)。灌注方式同一次灌注之上昇方式。
全部灌完後查看注入量和注入壓力之相關情形，如壓力有異常之 處再予以補灌。
a.鑽孔 b.外灌注管插入 c 灌注外管
d 封堵材之劈裂 e 一次灌注 f 二次灌注
圖 3.3 雙環塞灌漿工法施工順序圖[16]
圖3.4 引孔施工
圖3.6 鑽孔施工
圖 3.7 CB 灌漿施工
圖3.8 SL 灌漿施工
3.3 冰凍工法
冰凍工法的原理其實非常簡單，就像50 年代＂枝仔冰＂的作法一 樣，是將冰凍管埋入待處理的地盤中，藉由輸入的冷凍液(如液態氮或 R-22 等冷凍液)將冰凍管周圍之土壤中的孔隙水冷凍並和土砂凍結成 一體，若將冰凍管以適當的配置與間距埋設，則相鄰之凍土柱將會形 成連續之凍土壁或閉合之凍土圈，如此凍土壁體即具備有完全之止水 性與高強度，可作為臨時性之擋土壁體[18]。
冰凍工法之地盤凍結方式可採密閉式循環系統及開放式循環系統 兩種，茲分別說明如下：
一、 密閉式循環系統- BRINE(滷水)冰凍系統
密閉式循環系統冷卻方式如圖三所示，係經由冷煤、冷卻水與冷 凍液(滷水，其凝固點最低可達－70 )℃ 等三個循環系統，將地盤中之熱 量帶出散發於大氣中，以達到地盤凍結之目的。
二、 開放式循環系統-LN 冰凍系統
開放式循環系統又稱液態氮(LN)冰凍系統，冷卻方式如圖四所 示，係將蒸發溫泉－196℃液態氮直接經由輸送管，或經由連接液態氮 儲槽直接灌入埋入待處理地盤中的冰凍管，藉由液態氮的汽化與－
196℃的氮氣排出過程吸走地盤中之熱量，以達到將地盤急速凍結之目 的。由於氮氣是直接排出於大氣中不再回收，故稱此冰凍系統為開放 式循環系統。
圖 3.9 密閉式、開放式循環系統圖[18]
圖3.10 密閉式循環系統圖[18]
表3.5 凍結方式比較
凍結方式 滷水系統（封閉） 液態氮系統（開放）
冷卻溫度 －20℃-－40℃ －100℃-－150℃
經濟規模 150m3 以上（凍土量） 150m3 以下
形成凍土費時 工期長 工期短
地下水臨界流速 2m/day 10m/day
維持凍結成本 低 高
基地規模 大 小
凍脹融沉量 大 小
其它 冷凍機組龐大操作困
難
機組操作簡單
資料來源：[18]
液態氮的冰凍方式是屬急速冰凍，由於成本較昂貴，一般係使用 於工期較急迫或改良體積小於100m3之工程；而BRINE 的冰凍系統則 是屬於循序漸進的冰凍方式，需較長之處理時間，但能造成較穩定之 凍土，因此較適合於處理工期長、大規模或需長期維持冰凍之凍土工 程。
地下水流之影響於冰凍工法規畫時應加留意，當地盤中之地下水 流超越某種界限時，其帶進的熱會使凍結管間之凍土無法連結，致無 法形成所期待之凍土牆。由施工經驗得知，通常流速低於1m/day 之地 下水流，對凍結幾乎是無影響，但如地下水流速超過界限流速時，則 應採取降低流速之必要輔助措施(如 Cut-Off Wall、灌漿等)。通常 BRINE 冰凍系統地下水流流速不得大於 2m/day，液態氮冰凍系統不得大於 10m/day。
冰凍及解凍過程之凍膨與融沉問題亦為規畫應考量之重點。一般 裝於容器中的水會因凍結而產生約9%之體積膨脹，但於地盤中因水受 擠壓會往外散開，故一般在透水性良好的砂或砂礫層地盤中不會產生 膨脹現象，但如土層中粒徑 20μ 以下之含量較高時，冰凍過程因水較 難往外擴散，故會產生膨脹。另在凍結時會產生膨脹的土壤，通常在 解凍時亦會產生比凍結前更大幅度的收縮，其主要原因在於當凍結土 中的冰，溶解時將很輕易地脫水，而較細粒之土壤則因結凍時已遭擠 壓，故解凍時亦較不易回復，因而產生沉陷。
實務上為減緩凍土膨脹影響可採取下列對策：(1)減小凍結區範 圍；(2)於凍土區內設置解壓孔；(3)凍結前將凍土區內之含水量降低；
(4)增加地下水之黏性；(5)儘量不要設計為封閉型凍結區。在減緩凍土 融沉對近鄰建築物與管線影響方面，可採以下對策：(1)在構造物下方 設計托底支撐；(2)在構造物下方進行地盤改良；(3)在冷凍區外做一阻 隔牆以限定沉陷區；(4)解凍時做脈狀灌漿或擠壓灌漿使沉陷量與隆起 量達到平衡。
冰凍工法因其具有(1)完整的止水性；(2)與其他構造物有良好的接 密性；(3)與不同的地質交互作用可得較佳之一體性；(4)安全性高；(5) 復元性佳；(6)施工的確實性好；(7)沒有公害；(8)改良後強度高且平均；
(9)施工管理確實…等特性，在國內外常被用來做深隧道之潛盾發進、
到達、地下接合與急曲線之防護，及深開挖災害搶救或擴挖 等較困 難工作，惟其費用昂貴，國內捷運早期工程僅應用於災變之復舊工程，
新近發包之工程則有應用於過河段潛盾發進、到達端地質改良之案 例。國內過去冰凍工法之施作均引進日本施工團隊，由於均屬災變後 之復舊工程，因此施工費用高昂，目前國內已有廠商引進俄羅斯冰凍 技術，預期在公平合理的商業競爭下，冰凍工法之施工費用應有再調 降之空間，屆時冰凍工法之應用將日趨普遍[18]。