Mr. Engineer工程先生

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【工地人生】土木系大學課程銜接營造工作系列-土壤力學

只要基地有碰到開挖,都滿有可能用到土壤力學的,尤其地下室工程又是工地前期很危險的時間點,學會判斷一些基礎的地下水位、土壤性質,至少可以藉此決定因應對策,算是滿實用的學科。


土壤力學學的是土壤的分類法、土壤滲透性、土壤的物理性質……等等,比起材料力學跟結構學是偏向設計端的學科,土壤力學用在判斷點井深度、擋土牆的工法選擇、開挖危害的判斷,都算是幫助下決策有用的知識,不過這也只是基礎而已,知道是什麼狀況不是重點,知道什麼狀況後用什麼方法處理才是重點。


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土壤力學學什麼

土壤力學主要是在研究土的物理特性,土的什麼物理特性跟房子有關呢?就是土會不會因為被建築物壓而沉下去,地下水會不會太多讓建築物浮起來,比較簡單來講是關注這些事情,但理論到實務還差滿遠的就是了。

土壤分類法

土力一開始會學的就是統一土壤分類法,這在出社會工作之後會在地質鑽探報告裡面看見(有興趣可以參考這篇【工地人生】地質鑽探報告的簡易判讀方法)。

地質鑽探報告會告訴你這塊工地土壤的屬性是砂土、黏土,還是卵礫石層等等不同的屬性,每種屬性會有不一樣的乘載力跟透水性,乘載力可以決定你的建築物需不需要打樁,每次提到打樁我就要講,打樁不是看建商要不要打,而是看地質,所以建商拿打樁來打廣告是很不道德的事情。

土方廠商也會針對土質去判斷這是有價土還是單純的廢土,不過他們不會看地質鑽探報告就是了,他們會直接來現場看,有些有局部污染的土壤,鑽探恐剛好沒鑽到的話也沒辦法提前發現,所以挖開之後來看現場是最準的。

土壤滲透性

土壤滲透性會決定地層透不透水,如果你把點井的透水管裝在不透水層,那保證抽不出水來,這部分打點井的廠商判斷上還滿專業的,會知道要避開不透水層去安裝透水管,如果他隨便亂裝,你大概可以知道那師傅是半路出家學到皮毛就想自己出來接工作的半調子。

如果你的開挖深度有包含一層含水層,一層不透水層,其下在有一層含水層的話,那水位會永遠降不下去,要配合俗稱小烏龜的抽水馬達去把面水抽掉,才能做到開挖完成面表面去水的結果,至於為什麼呢?這解釋起來有點麻煩,就先略過了。

土壤應力

這裡面有個專有名詞,叫有效應力,土還有一個特性,就是加了水的土有效應力會變得特別低,那現象體現在你去踩爛泥巴,整隻腳都會陷下去,就是有效應力很低的狀況,不過西方科學思想就是很厲害,可以把它轉換成專有名詞。

這也是為什麼我們希望開挖面是乾燥的原因,土加水下去踩就是陷下去而已,沒別的選擇,那工作起來非常不方便,不過你不用學會有效應力,也會知道爛泥巴會陷下去XD。

土壤壓縮性

如果建築物發生不均勻沉陷,那梁、柱、牆就有可能產生裂縫,如果土壤的壓縮性太好,也有可能整棟建築物一起往下沉,兩者都不是好結果,這個在

土壤力學工地實際運用

其實我上面好像都講得差不多了,土壤力學的功能主要是拿來判斷,該怎麼執行還是看工地主任的功力,像有些工地主任看到擋土壁一直在噴泥漿出來還不做任何處理的,那真的是讓人不知道該說什麼,而且年紀還不小,照理來說應該很有經驗才對。

擋土壁噴泥漿出來要提防的事情是鄰房沉陷,因為地基掏空,新聞上說工地施工隔壁馬路出現天坑,就是因為地基被掏空的關係,這在工地裡面都可以看的出來,有兩種工地主任顧工地惠顧到發生這種事,第一是本職學能太弱,看不懂、第二是整天都待在辦公室不出門,怎麼會知道工地發生什麼事。

點井透水段深度判斷

有關於點井的透水段深度除了看地質鑽探報告之外,現場在施鑽的時候也可以在旁邊觀察,或問師傅也行,鑽到透水層的時候會噴水出來,像噴泉一樣,挺有趣的。

因為鑽堡的管子都是一段一段的,你只要記得打幾段進去,比方說打一節1.5米,打了三節噴水,那透水層就是4.5米。

關於點井的施作方式,有興趣可以參考這篇:【工地人生】點井工程是做什麼的呢?

擋土牆施工方法選擇

擋土牆的工法其實結構技師都會標示,但是根據擋土牆專業施工廠商及營造廠的經驗,有可能採取水密性更強的施工方式,比如說,本來打鋼軌樁,但根據附近工地的經驗,土壤很容易流失,那可能就會採取鋼板樁的施作方式。

地下室擋土工法是很貴的,有些業主因為想省錢會想請營造廠用比較便宜的施作方式,我不是老闆沒辦法決定答不答應,但良心上建議不要,因為鄰房沉陷到時候業主是不會負責賠償的,寧可不接也不要讓外行領導內行。

▋危害判斷

做基礎最容易碰到的危害就是什麼砂湧、土湧之類的,不過那都是比較少見的危害方式了,擋土壁的土整個坍方下來還比較常見,但就這最基本最常見的,常常見到後知後覺的工地主任。

以上那些危害,都會造成鄰房傾斜、地基掏空、沉陷等等的狀況,如果隔壁鄰居家的梁柱都裂開了,那是賠也賠不完,所以一定要小心。

結語

本來也想說我土壤力學學的沒多好,結果不知不覺就寫了這麼多,工地前期開挖是很危險的,所以很多優秀的主任才會說地下室做起來他就比較放心了,地下室工程的項目,真的是不能不謹慎。

我寫的工程相關的文章都整理在此篇 『 工程系列文章』,未來也會繼續更新,希望對你有幫助囉。

我是工程先生,在營造業工作的小小工程師。營造業是個資訊很封閉的行業,所有經驗大部分只能靠業內傳承下來,希望盡自己的一點小小心力,把業內的知識及生活分享給大家。如果對文章內容有任何問題,歡迎在底下留言讓我知道。 此篇有幫助到您,請幫我拍手拍五下!

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