近日，閱讀起許久未看的土木施工法，這才發現有個工法稍作修改後，其實就有可能能夠解決高鐵地層持續下陷的問題。有關於高鐵地層下陷問題，其實就是砂土層自飽和狀態轉變為不飽和狀態，以致於砂土的孔隙水壓降低至無法自我承載，並由於上方土層有效荷重甚大，因而崩塌式地層下陷也就因應而生。一般來說，一立方公尺的飽和砂土和不飽和砂土的單位重會差到0.2公噸重，也就是水的體積佔約0.2立方公尺，相當於一平方公尺乘上20cm的高度。事實上，即便是飽和砂土和不飽和砂土有如此的差異，但是實際壓縮不飽和濕土的沉陷量不可能達到20cm，因為砂土顆粒極其緊密堆積亦有不少於60%之球狀體堆積空隙。因此，我認為比較合理的評估不飽和砂土沉陷量，應該是一立方公尺砂土至多產生8cm之沉陷量。不飽和砂土沉陷量之計算方式，透過孔隙率n和緊密堆積程度來作評估，並且和實驗建立相對應之關係，就可以獲知其沉陷推估方式。
我提出的解決方案，乃是先嘗試在沉陷量最大的一支橋墩周圍8.75m範圍內，以水泥和矽酸鈉攪拌液灌入地下不少於17.5m，並且在該水平面上高壓灌漿以形成一水平不透水面，之後再於其四周向上灌漿形成類似地下連續壁之不透水面，也就建造出一個底部和四周皆為不透水面之地下柱體結構。然後，於地面上自外部引水澆灌橋墩四周圍，並且不得超出地下柱體結構之範圍外，即可確保原基礎設計承載力維持在原始設計標準，而使得橋墩不會繼續向下產生沉陷量。在灌漿底部不透水面之深度方面，應該考慮承載面之適當位置和原始基礎計算書，我提出的17.5m是考慮以橋墩直徑為B = 2.5m，應該將不透水面設置於不少於7B的位置，而且乾旱季地下水位必須在底部接觸面之上，以2:1的比例計算地表下之應力分布，其有效應力將大幅降低至1.5625%，地表荷載或高鐵列車行經產生之垂直震動對於沉陷之影響幅度相當小。
在地下柱體結構整體自重方面，需要評估其下方土壤之承載力是否足夠，而且必須要停止地下水繼續抽水之行為，才能夠避免橋墩繼續往下沉陷。在評估深度方面，需要考慮到底部不透水層之下部土壤是否為非軟弱層，而且深度也不宜過深以致於地下柱體結構過重，導致其下方土壤承載力不足無法荷載。以我假設之尺寸做計算，底部為長寬皆20m高度17.5m，採飽和單位重2tf/m^3計其自重，並考慮地表橋墩、橋面版及列車經過自重400公噸，則全部施工後於土壤上方之總重為14,400公噸，相當於每平方公尺容許承載力需在36公噸以上。也就是說，地下柱體結構下方土壤必須是砂土，否則承載力就有可能會不足。至於下方黏土層壓密沉陷量方面，亦是需要考慮之長期沉陷量，該壓密沉陷屬於二次壓密沉陷量。在施工水泥漿體硬化後，橋墩將產生即時沉陷量，因而應該在施工後至水泥漿體硬化的幾天內，停駛經過該區段之列車。此外，在施工水泥漿體硬化後，高鐵應該停駛南北向列車於橋墩上方，以模擬行駛通過時橋墩之垂直載重，並作為地下柱體結構對其下方土壤預壓密作業之程序。
我提出的解決方案，其實是地質改良工法中的「藥液灌漿工法」，但是高鐵地層下陷案例並不是軟弱土層，而是想藉由藥液灌漿來建立「不透水面」，以降低地下水流失導致不飽和砂土產生崩塌式沉陷。以比較白話的解釋方式，就是把橋墩用一個開口朝上的不透水盒子封起來，然後在其內砂土層內灌水以恢復至原始狀態，就可以避免地層持續產生下陷之行為。我提出的解決方案需要半年以上的觀察，以確定橋墩是否不會繼續向下沉陷。倘若我的解決方案奏效，應該就可以在地層下陷區段內，對於每一個橋墩實施該工法，以解決高鐵長久以來的橋墩下陷問題。在驗證我的工法期間，應該停駛該區段列車，並於全面施作我的工法一年內，高鐵必須將行駛該區段列車之時減速至178km/hr以下，以避免發生崩塌式沉陷導致高速脫軌事故，再於爾後確定無安全疑慮之時恢復高速行駛。
References
我提出的解決方案，乃是先嘗試在沉陷量最大的一支橋墩周圍8.75m範圍內，以水泥和矽酸鈉攪拌液灌入地下不少於17.5m，並且在該水平面上高壓灌漿以形成一水平不透水面，之後再於其四周向上灌漿形成類似地下連續壁之不透水面，也就建造出一個底部和四周皆為不透水面之地下柱體結構。然後，於地面上自外部引水澆灌橋墩四周圍，並且不得超出地下柱體結構之範圍外，即可確保原基礎設計承載力維持在原始設計標準，而使得橋墩不會繼續向下產生沉陷量。在灌漿底部不透水面之深度方面，應該考慮承載面之適當位置和原始基礎計算書，我提出的17.5m是考慮以橋墩直徑為B = 2.5m，應該將不透水面設置於不少於7B的位置，而且乾旱季地下水位必須在底部接觸面之上，以2:1的比例計算地表下之應力分布，其有效應力將大幅降低至1.5625%，地表荷載或高鐵列車行經產生之垂直震動對於沉陷之影響幅度相當小。
在地下柱體結構整體自重方面，需要評估其下方土壤之承載力是否足夠，而且必須要停止地下水繼續抽水之行為，才能夠避免橋墩繼續往下沉陷。在評估深度方面，需要考慮到底部不透水層之下部土壤是否為非軟弱層，而且深度也不宜過深以致於地下柱體結構過重，導致其下方土壤承載力不足無法荷載。以我假設之尺寸做計算，底部為長寬皆20m高度17.5m，採飽和單位重2tf/m^3計其自重，並考慮地表橋墩、橋面版及列車經過自重400公噸，則全部施工後於土壤上方之總重為14,400公噸，相當於每平方公尺容許承載力需在36公噸以上。也就是說，地下柱體結構下方土壤必須是砂土，否則承載力就有可能會不足。至於下方黏土層壓密沉陷量方面，亦是需要考慮之長期沉陷量，該壓密沉陷屬於二次壓密沉陷量。在施工水泥漿體硬化後，橋墩將產生即時沉陷量，因而應該在施工後至水泥漿體硬化的幾天內，停駛經過該區段之列車。此外，在施工水泥漿體硬化後，高鐵應該停駛南北向列車於橋墩上方，以模擬行駛通過時橋墩之垂直載重，並作為地下柱體結構對其下方土壤預壓密作業之程序。
我提出的解決方案，其實是地質改良工法中的「藥液灌漿工法」，但是高鐵地層下陷案例並不是軟弱土層，而是想藉由藥液灌漿來建立「不透水面」，以降低地下水流失導致不飽和砂土產生崩塌式沉陷。以比較白話的解釋方式，就是把橋墩用一個開口朝上的不透水盒子封起來，然後在其內砂土層內灌水以恢復至原始狀態，就可以避免地層持續產生下陷之行為。我提出的解決方案需要半年以上的觀察，以確定橋墩是否不會繼續向下沉陷。倘若我的解決方案奏效，應該就可以在地層下陷區段內，對於每一個橋墩實施該工法，以解決高鐵長久以來的橋墩下陷問題。在驗證我的工法期間，應該停駛該區段列車，並於全面施作我的工法一年內，高鐵必須將行駛該區段列車之時減速至178km/hr以下，以避免發生崩塌式沉陷導致高速脫軌事故，再於爾後確定無安全疑慮之時恢復高速行駛。
References
- C. M. Huang（2011.06.14）有關於高鐵地層下陷問題之探討，Ching-Min Huang Office，http://cmhuangoffice.blogspot.tw/2011/06/blog-post_14.html
- 許素惠、鐘武達（2011.06.14）官方首度證實 地層下陷 高鐵撐不到10年，中國時報（http://tw.news.yahoo.com/官方首度證實-地層下陷-高鐵撐不到10年-192145074.html）
