撰稿人：Lia ／ 責任編輯：Zaphyra
2022年9月2日，在全球各大沿海城市的天際線不斷向上延伸的競賽中，一項源於工業應用、如今被重新定義的工程技術—「深層土壤混合工法」（Deep Soil Mixing, DSM）—正成為實現這些建築雄心的關鍵。從倫敦大笨鐘的緩慢傾斜，到舊金山千禧塔的顯著沉降，歷史與現代的案例反覆提醒著我們，所有宏偉的建築最終都受制於其腳下的土地。特別是在邁阿密這類地質條件複雜、由疏鬆石灰岩和沙土構成的沿海地區，建造超高層摩天大樓，在過去被認為是極具挑戰性的任務。然而，DSM技術的應用，正在從根本上改變這一局面，它透過直接改造地基土壤的物理特性，為城市的垂直擴張，提供了前所未有的可能性。
深層土壤混合工法的原理，是利用大扭矩的鑽機，將一個直徑可達十英尺的巨型攪拌頭，鑽入地下深處。在攪拌的同時，鑽頭會從葉片中高壓噴射出水泥漿，使其與原有的沙土、石灰岩等進行充分混合。這個過程，如同在地底深處運作一個巨大的廚房攪拌機，最終將鬆軟的土壤，轉變為一種被稱為「土力水泥」（soilcrete）的、高強度、高勁度且幾乎不透水的複合材料。透過在建築工地上，以網格狀重疊排列的方式，建造數百個這樣的土力水泥樁，工程師得以創造出一個巨大而堅固的均質地基，其承載能力遠非原始土壤所能比擬。
這項技術的效益是多方面的。首先，它顯著提升了地基的結構性能，包括抗壓與抗側向力的能力，為樓高百層的邁阿密華爾道夫酒店（Waldorf Astoria Miami）這樣的超級摩天大樓，提供了穩固的支撐。其次，土力水泥形成的連續牆體，幾乎完全不透水，這對於地下水位極高的濱水地產項目至關重要。它如同在地下建造了一個巨大的「浴缸」，將地下水隔絕在外，極大地簡化了地下室的開挖與施工過程，避免了傳統施工中需要與潮汐賽跑的困境。再者，經過改良的地基，也能夠更有效地抵抗颶風、地震等自然災害。在強風作用下，高樓會產生傾斜與拔升的力，一個堅固的地基能夠更好地抵抗這些力，保障建築的穩定性。從經濟角度看，DSM技術使得開發商能夠在原本有高度限制的地塊上，建造更高的建築，增加利潤豐厚的高樓層住宅單位，從而改變了房地產開發的經濟方程式。
然而，這項被譽為「遊戲規則改變者」的技術，同樣伴隨著顯著的風險與局限性。施工過程中，如果攪拌頭在地下遭遇到先前施工遺留的人造障礙物—如廢棄的混凝土塊或鋼材—可能導致鑽頭損壞或偏離預定位置，從而在連續的防水牆中，留下未能被充分攪拌的薄弱點。這些薄弱點，在後續的開挖過程中，可能成為地下水滲入的通道。2022年3月，邁阿密另一處名為UNA Residences的豪宅項目，便在進行深層土壤混合施工時，因不明原因發生了嚴重的地下水湧入事件，一度將工地變為一片「潟湖」，引發了周邊居民的擔憂。此外，該技術並非適用於所有土質，例如過於鬆軟的海灘沙地，便可能因無法提供足夠的圍束力，而導致土力水泥層開裂。一旦發生這種情況，修復工作將極為困難，甚至可能需要從頭開始。因此，DSM技術雖然為城市發展開闢了新的疆域，但其安全有效的應用，高度依賴於精確的地質勘探、嚴謹的施工管理與對潛在風險的充分認知。
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LIA. INDEPENDENT MEDIA 台北報導
自古以來，人類的文明便與建造的雄心緊密相連。從吉薩的金字塔到杜拜的哈里發塔，將結構物不斷推向天空，似乎是銘刻在我們集體意識中的一種本能。然而，在這場與重力的漫長抗衡中，我們最根本的對手，往往並非來自天上，而是來自腳下—那片承載著一切的土地。倫敦的大笨鐘，正以每年一毫米的速度，緩緩向北傾斜；舊金山的千禧塔，自2009年啟用以來，已沉降了超過一英尺。這些標誌性建築所面臨的困境，無聲地訴說著一個樸素的真理：無論設計多麼精妙，工程多麼偉大，其成敗最終都繫於地基的穩定。
在二十一世紀的今天，隨著全球城市化進程的不斷加速，尤其是在人口稠密的沿海地區，可供開發的優質土地日益稀缺。建築師與開發商們，不得不將目光投向那些地質條件更為複雜、更具挑戰性的地塊。在這樣的時代背景下，一場圍繞地基工程的技術革命，正在悄然發生。
地底深處的超級攪拌機
在佛羅里達州的邁阿密，一座樓高100層、預計將成為該市第一座超級摩天大樓的華爾道夫酒店，正在比斯坎灣畔拔地而起。其腳下的土地，是典型的邁阿密地質—由充滿孔隙的石灰岩與沙土構成，且地下水位極高。在傳統工程師眼中，要在這樣的土地上支撐起一座超過300米高的建築，無疑是一項艱鉅的任務。然而，該項目的工程團隊，正在運用一種被稱為「深層土壤混合工法」（DSM）的技術，從字面意義上，重塑他們腳下的地球。
負責該項目的工程師安德烈斯·巴克里索（Andres Baquerizo）將這個過程，生動地比喻為在地下操作一個直徑十英尺的巨型廚房攪拌機。一台大扭矩的鑽機，將一個巨大的螺旋攪拌頭鑽入地下四十英尺的預定深度。在攪拌頭旋轉、切削並混合土壤的同時，水泥漿會透過鑽頭內部的高壓管道，被源源不斷地注入地底。水泥、水與原有的沙土、石灰岩，在巨大的機械力作用下，充分融合，形成一種被稱為「土力水泥」（soilcrete）的高強度複合材料。待其凝固後，其物理特性已與周邊未經處理的土壤，發生了根本性的改變。
透過在整個工地上，以網格狀重疊佈設數百個這樣的圓柱體，工程師們最終在地下，創造出一個巨大、堅固且連續的改良土地塊。巴克里索解釋道：「最終，你所做的，是將一種僅有特定承載力的土壤，透過改良，使其抗壓能力與抗側向力能力都得到提升，讓它變得極度堅硬，並且幾乎不透水。」
一項技術，多重效益
DSM技術的應用，為邁阿密華爾道夫酒店這樣的濱水超高層項目，帶來了革命性的變化。
首先，是結構上的穩定性。經過改良的地基，其承載能力大幅提升，足以支撐起超級摩天大樓的巨大重量。此外，其增強的抗側向力性能，對於抵禦自然災害也至關重要。在邁阿密頻繁遭遇的颶風中，強風會對高樓產生巨大的推力，試圖使其傾斜。這會在建築基礎的迎風面產生巨大的壓力，在背風面則產生拔升的拉力。一個堅固且與周邊土壤緊密結合的地基，能夠更有效地抵抗這種傾覆力矩，保障建築的安全。
其次，是施工上的便利性。土力水泥牆體近乎不透水的特性，完美地解決了濱水工程最大的難題—地下水滲透。在傳統工法中，於高地下水位的地區開挖地下室，是一場與潮汐和滲水的不斷搏鬥，成本高昂且風險極大。而DSM技術所創造的地下連續牆，如同一個預先澆築好的、密不透風的「浴缸」，將地下水牢牢地隔絕在開挖區之外，使得後續的地下結構施工，變得乾爽、安全且高效。
最後，是經濟上的巨大誘因。正是因為DSM技術顯著提升了地基的穩定性，開發商才得以在這片土地上，規劃一座達到百層高度的建築，而不是一座更矮的建築。這意味著他們可以增加更多擁有絕佳景觀的高樓層豪華公寓單位—這些單位的起價高達千萬美元—從而極大地提升了整個項目的盈利能力。巴克里索稱這項技術為「徹頭徹尾的遊戲規則改變者」。它使得開發商與建築師，更願意去挑戰那些過去被認為不具備開發條件的地塊，從而推動了整個城市規模與高度的不斷增長。
風險與教訓並存
然而，正如任何強大的技術一樣，深層土壤混合工法也並非萬無一失的靈丹妙藥，其施工過程伴隨著不容忽視的風險。最大的挑戰之一，來自於地下的「未知物」。在城市中心的舊地塊上施工時，地下常常埋藏著先前建築遺留下的混凝土樁、鋼筋、甚至廢棄的管道。當高速旋轉的攪拌頭，撞擊到這些堅硬的人造障礙物時，不僅可能導致價值不菲的鑽具損壞，更危險的是，巨大的撞擊力可能使鑽頭偏離其垂直路徑。如果這種偏離未能被及時發現，就會在相鄰的兩個土力水泥樁之間，留下一個未能被有效攪拌的「縫隙」或薄弱點。
這個看似微小的瑕疵，在後續的基坑開挖過程中，可能演變為一場災難。地下水會找到這個壓力下的最薄弱點，開始滲入工地。2022年3月，在距離華爾道夫酒店不遠處的另一個豪宅項目—UNA Residences—的工地上，便發生了這樣一場嚴重的湧水事故。在進行深層土壤混合施工後，基坑內開始出現大規模的地下水滲漏，一度將工地淹沒成一片「潟湖」，迫使工程暫停。這類事故的修復工作極為棘手，因為「水總是會找到出路」，一旦防線被突破，要從內部進行封堵，將耗費巨大的時間與金錢成本。
此外，DSM技術對土壤類型也有一定的要求。對於極度鬆軟、缺乏圍束力的海灘沙地，該技術可能並不適用。如果應用不當，在高壓攪拌下，土力水泥層可能會因無法形成有效的固結而產生裂縫，導致整個地基改良工程的失敗。
深層土壤混合工法，正從一項主要用於煉油廠等工業場地的專業技術，迅速轉變為定義全球高端城市住宅天際線的關鍵力量。它代表了人類改造自然、拓展生存空間能力的又一次飛躍。然而，邁阿密的經驗—既有華爾道夫酒店的雄心，也有UNA Residences的教訓—提醒我們，技術的進步總是與風險相伴而行。當我們不斷將城市的邊界向上、向更複雜的地質環境推進時，對工程的精確性、施工的嚴謹性以及對潛在風險的敬畏之心，將是確保這些鋼筋水泥的夢想，能夠長久安然矗立的唯一基石。
資料來源
The Wall Street Journal: Why Developers Are Mixing Soil to Build Skyscrapers
https://www.wsj.com/video/series/wsj-explains/why-developers-are-mixing-soil-to-build-skyscrapers
Engineering News-Record (ENR): Crews Work to 'Tame' Miami's Challenging Geology
https://www.enr.com/articles/54602-crews-work-to-tame-miamis-challenging-geology
The Next Miami: Construction Is Halted At Una Residences After Foundation Wall Failure, With Site Now A Lagoon
https://www.thenextmiami.com/construction-is-halted-at-una-residences-after-foundation-wall-failure-with-site-now-a-lagoon/
Keller Group plc (Geotechnical Contractor): Deep Soil Mixing
https://www.keller.com/emea/techniques/ground-improvement/deep-soil-mixing
Geo-Institute of the American Society of Civil Engineers (ASCE): An Introduction to Deep Soil Mixing
https://www.geoinstitute.org/sites/default/files/geotech-tools/introdeepsoilmixing.pdf
Construction Review Online: Waldorf Astoria Hotel & Residences in Miami, Florida
https://constructionreviewonline.com/buildings/waldorf-astoria-hotel-residences-in-miami-florida/
Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH): Waldorf Astoria Hotel & Residences Miami - The Skyscraper Center
https://www.skyscrapercenter.com/building/waldorf-astoria-hotel-residences-miami/34326