海上基础施工

深海基礎施工

川村茂慈(作者)*巫燐(翻譯)**

昭淩工程顧問股份有限公司第二工程部*技術長**顧問

一、在日本的海洋橋與海中基礎之歷史

(一) 長大海洋架橋的夢想

日本國土由4個較大島構成的列島，有無數的島與海灣，從生活上或產業發展而言，都有架設長大海洋橋梁的願望，各地方都想有如此技術上的夢想。那些嚴苛的海洋限制條件，由於技術上、產業發展上逐漸獲得解決，使日本固有海洋架橋的夢想得以實現。並且為將來100~200m級深海與3,000m以上跨徑的需求，正邁進於新資財與施工技術開發的課題。

(二) 海中基礎的歷史

橋梁的建造費以跨徑長為主要控制因素，為此在可能範圍希望於海中設置基礎。因此，將困難且複雜的海洋條件，以技術及施工來解決的過程即為海洋架橋的歷史。

1. 歷史–1

在水深為10m左右時，與陸地或河川橋一樣做大規模圍堰進行大氣中（與水中之相對詞，即露天，以下相同）施工。在此時期，上部結構的長大化成為關鍵課題，而依其建造費與經濟價值的評估成為決定新建與否的因素。

例如若戶大橋、關門大橋、因島大橋等。

2. 歷史–2

在水深15m以上時，在大氣中施工是不可能的事，乃正式著手開發海中基礎施工。其代表性的研究成果有海中挖掘並設置沉箱或樁為主體的多柱式基礎。在其初期有天草橋梁工程的4號橋，以設置沉箱方式施工。在本州四國連絡橋架設（以下簡稱本四架橋），需要在40 ~ 50m水深設置基礎的技術，因此施做如下3座橋梁為實驗橋梁。

(1) 黑之瀨戶大橋—在急潮流、颱風經過地區而必須在短時間內保持穩定的

條件下，在海中挖掘（用碎岩船、抓斗浚渫船）後，用起重機吊下鋼製

沉箱模型，投入砂石增加重量以對抗潮流使沉箱穩定，再注入水泥砂漿

做成預壘混凝土（Pre-packed Concrete）以完成基礎。此工法已發展成岩

盤上做基礎的主流，而以南‧北備讚瀨戶大橋為其代表作。

(2) 大島大橋（山口縣）—位於急潮流的橫斷海峽橋梁，計畫是採用多柱式

基礎。將當做作業基地的浮台拖曳至定點後投下臨時支撐樁（Spats），然

後從千斤頂所頂起的浮台打設基樁的工法，對急潮流的短期穩定有功

效。此工法已發展至本四架橋中的大鳴門大橋之巨大基礎。但，對地震

而言自重的支持力有問題。單憑基樁工法而言對軟弱地盤也有其功能。

(3) 廣島大橋—對軟弱地盤與很大的潮汐，需要有短期的穩定措施，因此將

直徑10m、長25m的混凝土筒用大型起重船（當時最大的2,000T級）

吊下去使之穩固。由此大型起重機的高效性獲得好的評價，以後更陸續

大型化（現在最大為4,200T），而活躍於橋梁、港灣、海上機場、大型船

塢（Dock）等工程。

3.歷史–3 至明石大橋為止

以後各地方陸續進行海中基礎之施工。這些都是由陸續開發的新技術所貢獻。明石大橋的海中基礎是對50m水深的挑戰，是集結水中挖掘船、大型起重船、大型鋼殼製造與拖曳沉設、水中不分離性混凝土（代替預壘混凝土者）等的綜合技術所完成。

如以上所述，由於技術進步而能夠施作海中基礎，增加計畫架橋路線的自由性，從此岸至彼岸開始的海上橋梁時代，已演變為海洋架橋時代。現在正進行硬質地盤以水深約50 ~ 60m程度、軟弱地盤以水深約25 ~ 30m程度為目標，設置海中基礎之架橋計畫。今後的橫斷津輕海峽、橫斷東京灣口、橫斷伊勢灣、橫斷豐後水道等計畫，需要設置水深100m以上的海中基礎，因此正進行技術開發，等待著其實現的一天。如此可見海洋架橋並不是單純的土木技術，是需要集結各種產業的力量才能實現，因此綜合評價應歸功所有建設事業的技術貢獻。

二、海上橋梁與技術開發

大規模海中基礎需要技術開發，而技術開發非集聚產業所支持的總合技術力不可。所開發的主要技術如下。

(一) 大型作業船隻

起重船—建造多艘如前所述的最大為4,200T的起重船。混凝土拌合廠船—為巨大的海上工場，能供給大量混凝土而活躍於大規模的工程。（如東京灣橫斷道路的橋梁與人工島、明石大橋、關西國際機場等）

大型SEP（自動升降式駁船）—投下4根支撐樁，用千斤頂將船體頂升至海

面上，以其自重與樁的支撐力穩住。以後將船體當做作業基地進行各種海中工程。

挖掘浚渫船—將軟硬地盤挖掘成形的船。已開發了同時具備挖掘功能與浚渫功能的船。有支撐樁固定型與錨碇固定型兩種。

打樁船—搭載蒸氣錘才能打設大口徑樁，活躍於關西國際機場連絡橋、東京灣橫斷道路橋，同時各種港灣工程、築島工程亦不可或缺的船。

地盤改良船—使用於整修當做橋梁基礎的海中軟弱地盤之施工基面。在海上機場、軟弱地盤的圍堰護岸工程不能缺少的船。

(二) 大型氣壓沉箱工法

開發了築島困難（施工性與經濟性）的水深及在軟弱地盤要沉設大型沉箱所需水中構架棧台（Jacket）、大型鋼模製作與拖曳、隨澆注內部混凝土的緩慢沉設、設置移動式氣壓挖掘的複合技術等。對水面下30m以上的挖掘需要補助工法，於是開發了各種降低地下水位工法、混合氦氣（Helium）氣壓工法、各種無人挖掘工法（機械式、機器人式等），而且已能沉設至水面下60m的深度。（如名古屋港的3大橋等）

(三) 水中不分離性混凝土

初期的水中混凝土澆注，在小規模工程是用托密管（Tremie)澆注一般的混凝土；在大規模工程則在水中模板內填塞骨材後注入水泥砂漿的預壘混凝土工法為主流。這些工法的確保品質與確認有困難，而且需要將全部工程一口氣連續至完成。為改良此缺點而開發水中不分離混合料，變成能在水中穩定澆注混凝土。由此也可以部份澆注，以及做為鋼筋混凝土的澆注，能做各式各樣結構的施工。現在是以此混凝土為前題辦理海中基礎的計畫。

(四) 鋼管樁井筒工法

在海中的圍堰工程非常困難。與河川或陸地不同，要受水深、潮位、潮流、波浪等影響，臨時結構物就變為非常昂貴且困難。為此，開發以遮水性高、剛性大的鋼管樁當做沉箱利用，抽排井筒內水施做驅體後，將遮水部份以水中切斷拆除的方法。現在成為未滿10m，跨徑100m左右橋梁的主流。（東京灣橫斷道路淺海部份的橋梁及其他多數）

(五) 各種水中橋墩

在軟弱地盤的多柱式基礎，橋墩受地震慣性力的影響很大，因此規模會變大。將橋墩與樁的結合點降低，可獲得對地震時有利的效果。為此開發了水中模