第一课挡土设施及支撑之种类及其工作原理第二课挡土支撑之力学课件.ppt

1、第一課：第一課：擋土設施及支撐之種擋土設施及支撐之種 類及其工作原理類及其工作原理第二課：擋土支撐之力學行為第二課：擋土支撐之力學行為 及側向變位量與管理及側向變位量與管理 值之關係值之關係 講師：簡茂洲講師：簡茂洲第一課習題講解第一課習題講解1.試從地質條件試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石如砂土層、黏土層、卵礫石層層)、工期、開挖深度等觀點，列表比較全、工期、開挖深度等觀點，列表比較全挖工法、支撐開挖工法、地錨開挖工法、挖工法、支撐開挖工法、地錨開挖工法、島區工法及逆打工法之優劣。島區工法及逆打工法之優劣。 2.試從地質條件試從地質條件(如砂土層、黏土層、卵礫石如砂土層、黏土層、卵礫石

2、層層)、工期、開挖深度、止水性等觀點，列、工期、開挖深度、止水性等觀點，列表比較兵樁、鋼版樁、排樁、連續壁、擋表比較兵樁、鋼版樁、排樁、連續壁、擋土柱等工法之優缺點。土柱等工法之優缺點。 (參考講義內容，自行體會瞭解)第一課習題講解第一課習題講解3.從兵樁及鋼版樁的施工特性來看，試列出其打從兵樁及鋼版樁的施工特性來看，試列出其打設施工階段及開挖階段工地所可能產生的設施工階段及開挖階段工地所可能產生的施工問題及鄰房損害事件。施工問題及鄰房損害事件。答：打設兵樁及鋼版樁會因為答：打設兵樁及鋼版樁會因為震動震動造成地盤下造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；開挖階段兵樁會有地下水滲陷及鄰房牆壁龜裂；開挖階段兵

3、樁會有地下水滲流，土砂流失造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；鋼流，土砂流失造成地盤下陷及鄰房牆壁龜裂；鋼版樁勁度小，變形大也會造成地盤下陷及鄰房損版樁勁度小，變形大也會造成地盤下陷及鄰房損壞；二者在拔除時常會連帶土砂一起拔出，再次壞；二者在拔除時常會連帶土砂一起拔出，再次造成地盤下陷及鄰房損壞。總共造成地盤下陷及鄰房損壞。總共三次三次損壞鄰損壞鄰房。房。 第一課習題講解第一課習題講解4.從預壘排樁的施工特性來看，試列出其施從預壘排樁的施工特性來看，試列出其施工階段及開挖階段工地所可能產生工階段及開挖階段工地所可能產生的施工問題及鄰房損害事件。的施工問題及鄰房損害事件。 答：答：施工階段，使用施工階段

4、，使用緩凝性緩凝性水泥砂漿，水泥砂漿，固結慢，軟弱土層容易擠壓側移及下陷而固結慢，軟弱土層容易擠壓側移及下陷而損壞鄰房；垂直度及施工品質難以控制，損壞鄰房；垂直度及施工品質難以控制，往往底部間隙過大，雖有止水灌漿，仍難往往底部間隙過大，雖有止水灌漿，仍難免土砂流失造成鄰房損害。免土砂流失造成鄰房損害。第一課習題講解第一課習題講解5.於地下水位高的砂質地盤中施作連續壁於地下水位高的砂質地盤中施作連續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那些工程問題？些工程問題？ 答：導溝內穩定液通常要高於地下水位答：導溝內穩定液通常要高於地下水位3.0m以上，穩定液壓力以上，穩

5、定液壓力地下水壓力，方足以地下水壓力，方足以維持連續壁挖掘土壁的穩定，否則土壁容維持連續壁挖掘土壁的穩定，否則土壁容易坍塌，嚴重影響連續壁施工之安全及品易坍塌，嚴重影響連續壁施工之安全及品質。解決方法為利用點井，將地下水位適質。解決方法為利用點井，將地下水位適度降低。度降低。第一課習題講解第一課習題講解6.於地下水位很低的砂礫質地盤中施作連於地下水位很低的砂礫質地盤中施作連續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭續壁，以您的經驗及觀念來看，可能會遭遇那些工程問題？遇那些工程問題？ 答：答：地下水位很低的砂礫質地盤很容易地下水位很低的砂礫質地盤很容易使穩定液逸失，砂礫質土壁沒有黏滯性，使穩定液逸失，

6、砂礫質土壁沒有黏滯性，垂直挖掘很深也會坍塌造成危險；解決方垂直挖掘很深也會坍塌造成危險；解決方法為提高穩定液的濃度，並摻入止逸材料法為提高穩定液的濃度，並摻入止逸材料於穩定液中，降低逸失量，並一直補充穩於穩定液中，降低逸失量，並一直補充穩定液，至施工完成為止定液，至施工完成為止。第一課習題講解第一課習題講解7.如果您負責施工的工地在台中市區，地質為如果您負責施工的工地在台中市區，地質為非常堅硬的卵礫石層，地下水位約在地面非常堅硬的卵礫石層，地下水位約在地面下下5.0公尺，基地面積約公尺，基地面積約1,000m2，設計上要，設計上要開挖開挖15.0m，需施作擋土柱，需施作擋土柱18.0m深做為擋

7、深做為擋土設施，試以您可能想像的任何觀點及角土設施，試以您可能想像的任何觀點及角度來看，您認為遭遇到那些困難或困惑的度來看，您認為遭遇到那些困難或困惑的問題？問題？ 答：抽水井的深度、數量及打井方法，擋土答：抽水井的深度、數量及打井方法，擋土柱的工班安排，工安維護及施工成本、工柱的工班安排，工安維護及施工成本、工期等。期等。第一課習題講解第一課習題講解8.在上課的支撐系統幻燈片中曾經提到工地的在上課的支撐系統幻燈片中曾經提到工地的錯誤示範做法，請問是指什麼？您認錯誤示範做法，請問是指什麼？您認為可以如何避免之？為可以如何避免之？ 答：答： 錯誤示範為錯誤示範為在水平推置重物、材料在水平推置重物

8、、材料；應明令禁止承包商及工人犯此錯誤。；應明令禁止承包商及工人犯此錯誤。擋土支撐之力學行為及側擋土支撐之力學行為及側向變位量與管理值之關係向變位量與管理值之關係講師：簡茂洲講師：簡茂洲尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力P

9、o(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動擋土支撐之力學行為擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力 應變 (變形)開挖之力學行為：破壞平衡 變形土壓力 尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破

10、壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起

11、推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓

12、力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力P

13、a靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動圖圖2 主、被動土壓力與擋土壁側移的關係圖主、被動土壓力與擋土壁側移的關係圖(小)(相對大)被動土壓力靜止土壓力主動土壓力0內擠量側移量側向壓力一般的土壓力係數非凝聚性土壤凝聚性土壤KpKoKa3-141-20.4-0.80.4-0.60.33-0.

14、221-0.5擋土支撐的受力擋土支撐的受力 1.土壓力土壓力 2.水壓力 3.地面超加載重 4.視土壓力 土壤的專有名詞土壤的專有名詞非凝聚性土壤非凝聚性土壤砂性土層砂性土層透水性土壤透水性土壤凝聚性土壤凝聚性土壤黏土層及粉土層黏土層及粉土層低透水性土壤低透水性土壤 1. 土壓力土壓力1.1非凝聚性土壤之土壓力非凝聚性土壤之土壓力非凝聚性土壤，通稱為砂性土層，屬於透水性良好之土壤 有效靜止土壓力 有效主動土壓力 有效被動土壓力 ohotokhpawahtakckhcp2pwphtpkcckhp2地質條件越好地質條件越好有效抗剪角有效抗剪角 及凝聚力及凝聚力 越大越大主動土壓力越小主動土壓力越小

15、被動土壓力越大被動土壓力越大安全性越高安全性越高反之，危險性則越高反之，危險性則越高c1. 土壓力土壓力1.2凝聚性土壤之土壓力凝聚性土壤之土壓力凝聚性土壤，通稱為黏土性質土層，粉土層也屬於凝聚性土壤 靜止土壓力 主動土壓力 被動土壓力hoohotokhpuwtaScph2uwtpScph2地質條件越好地質條件越好不排水剪力強度不排水剪力強度 越大越大主動土壓力越小主動土壓力越小被動土壓力越大被動土壓力越大安全性越高安全性越高反之，危險性則越高反之，危險性則越高 uS擋土支撐的受力擋土支撐的受力 1.土壓力 2.水壓力水壓力 3.地面超加載重 4.視土壓力 圖圖3 非均質砂土層開挖抽水之地下水

16、滲流及水壓力分佈非均質砂土層開挖抽水之地下水滲流及水壓力分佈(摘自王劍虹，摘自王劍虹，1991)止水性擋土壁砂層砂層滲流水壓靜定水壓靜定水壓滲流水壓abc4545抽水水壓力 ab=bc(a)砂層中開挖抽水45砂層(b)擋土壁體貫入低透水性土層中45止水性擋土壁砂層抽水黏土層45砂層(第一層水位)抽水45砂層實際水壓力(第二層水位)實際水壓力黏土層()tUH(c)有受壓水層之狀況水壓力 ab=bcU1.2Htabc圖圖4 分析常用之簡化地下水壓力分佈圖分析常用之簡化地下水壓力分佈圖止水性擋土壁砂層砂層滲流水壓靜定水壓靜定水壓滲流水壓abc4545抽水水壓力 ab=bc(a)砂層中開挖抽水45砂層

17、(b)擋土壁體貫入低透水性土層中45止水性擋土壁砂層抽水黏土層45砂層(第一層水位)抽水45砂層實際水壓力(第二層水位)實際水壓力黏土層()tUH(c)有受壓水層之狀況水壓力 ab=bcU1.2Htabc圖圖4 分析常用之簡化地下水壓力分佈圖分析常用之簡化地下水壓力分佈圖止水性擋土壁砂層砂層滲流水壓靜定水壓靜定水壓滲流水壓abc4545抽水水壓力 ab=bc(a)砂層中開挖抽水45砂層(b)擋土壁體貫入低透水性土層中45止水性擋土壁砂層抽水黏土層45砂層(第一層水位)抽水45砂層實際水壓力(第二層水位)實際水壓力黏土層()tUH(c)有受壓水層之狀況水壓力 ab=bcU1.2Htabc圖圖4

18、分析常用之簡化地下水壓力分佈圖分析常用之簡化地下水壓力分佈圖擋土支撐的受力擋土支撐的受力 1.土壓力 2.水壓力 3.地面地面超加載重超加載重 4.視土壓力 地面超加載重地面超加載重(1)車輛及施工機具： 一般性交通車輛估計1.0tons/m2。 施工機具估計2.0tons/m2。(2)施工材料堆置： 按實際預定堆置量估計，施工時之堆置量不宜超過設計預估量之80%。(3)鄰房： 每層樓(含地下室)以1.0至1.2tons/m2估計，筏基以1.5至2.0tons/m2估計，但可扣除地下室取代之相等體積土重。 qv(t/m )2(t/m )hq2=q Kov=(t/m )qh2vq (t/m )2

19、Ldh6030hqvq LKoh60q K=h(t/m )q2qhhvoh30(t/m )vq2d45(tons)qvd45L=2d擋土壁體平 面 圖q Khqh(t/m )q2=h6030dLhvo(tons)qv2(t/m )斷 面 圖B1建築物v1q2(t/m )qv2(t/m )2B245v2q=qv1B1B2hqq K(t/m )hq2=v2 oA.均佈載重B.帶狀載重C.線形載重E.鄰近建物D.集中載重超 載 型 式超 載 型 式圖圖5 各種情況之地面超加載重計算公式各種情況之地面超加載重計算公式 (改繪自徐振煌，深開挖工程設計改繪自徐振煌，深開挖工程設計)擋土支撐的受力擋土支撐的

20、受力 1.土壓力 2.水壓力 3.地面超加載重 4.視土壓力視土壓力 H0.65K Ha(a)砂土層H-4Su(b)軟弱至中等堅硬粘土層0.75H0.25HH0.2H0.4H(c)堅硬粘土層H0.5H0.25H0.25H圖圖6 視土壓力分佈圖視土壓力分佈圖(Peck, 1969)視土壓力：概估支撐受力專用之土壓力視土壓力：概估支撐受力專用之土壓力圖圖7 開挖工程可能引起之問題開挖工程可能引起之問題房屋傾斜又有裂縫糟糕了水噴出來了！門、窗沒辦法關起來了原來的水位工程施工後的水位水道管水平支撐變形開挖面隆起擋土壁體變形(原地面)地面下陷咻水平支撐變形傾斜量抽水泵中間柱隆起房屋傾斜又有裂縫糟糕了水噴

21、出來了！門、窗沒辦法關起來了原來的水位工程施工後的水位水道管水平支撐變形開挖面隆起擋土壁體變形(原地面)地面下陷咻水平支撐變形傾斜量抽水泵中間柱隆起圖圖7 開挖工程可能引起之問題開挖工程可能引起之問題2.1擋土壁體之變形擋土壁體之變形尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破

22、壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力 應變 (變形)開挖之力學行為：破壞平衡 變形土壓力 尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力P

23、a靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主

24、動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土

25、壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化o

26、PoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動控制擋土壁體變形的因素：控制擋土壁體變形的因素：(1)地質條件：土質條件越差，擋土壁體之變形越大，地質條件：土質條件越差，擋土壁體之變形越大， 風險越高。風險越高。(2)開挖深度：開挖深度越深，擋土壁體之變形越大，開挖深

27、度：開挖深度越深，擋土壁體之變形越大， 風險越高。風險越高。(3)開挖範圍：開挖範圍越大，擋土壁體之變形越大，開挖範圍：開挖範圍越大，擋土壁體之變形越大， 風險越高。風險越高。(4)擋土壁體剛度：擋土壁體之剛度越大，擋土壁體之擋土壁體剛度：擋土壁體之剛度越大，擋土壁體之 變形越小，風險越小。變形越小，風險越小。(5)支撐型式：支撐密度越高，擋土壁體之變形越小，支撐型式：支撐密度越高，擋土壁體之變形越小， 風險越小。風險越小。 支撐勁度越高，擋土壁體之變形越小，風險越小。支撐勁度越高，擋土壁體之變形越小，風險越小。 支撐施加預壓力，可減少擋土壁體之變形。支撐施加預壓力，可減少擋土壁體之變形。(6

28、)開挖未設置支撐之露空時間：開挖未設置支撐之露空時間： 露空時間越長，因基礎土層為塑性體，所以擋土壁體露空時間越長，因基礎土層為塑性體，所以擋土壁體之位移及土層內擠將與日俱增，風險不斷擴大，所以之位移及土層內擠將與日俱增，風險不斷擴大，所以開挖後支撐設置於最短時間內完成，實為最重要之任開挖後支撐設置於最短時間內完成，實為最重要之任務。務。 2.2開挖面以下擋土壁體之內擠開挖面以下擋土壁體之內擠(a)初開挖時變形逆向變形底部的移動軟弱地盤大的地表沉陷頂部上浮支撐上浮突肚變形大的逆向變形(b)擋土壁貫入深度尚可時(c)擋土壁貫入深度不足時貫入深度不足圖圖9 擋土壁體貫入深度不足所發生之危險狀態擋土

29、壁體貫入深度不足所發生之危險狀態圖圖10 原文摘錄建築物基礎構造設計規範之擋土壁貫入深度檢核公式原文摘錄建築物基礎構造設計規範之擋土壁貫入深度檢核公式2.3開挖面以下土層之隆開挖面以下土層之隆起起 圖圖11 開挖底面土層隆起所發生之危險狀態開挖底面土層隆起所發生之危險狀態 圖圖12 原文摘錄建築物基礎構造設計規範之開挖底面土層隆起檢核公式原文摘錄建築物基礎構造設計規範之開挖底面土層隆起檢核公式 2.4 砂質土層之砂湧砂質土層之砂湧 圖圖13 開挖底面土層砂湧所發生之危險狀態開挖底面土層砂湧所發生之危險狀態 圖圖14 原文摘錄建築物基礎構造設計規範之開挖底面土層砂湧檢核公式原文摘錄建築物基礎構造

30、設計規範之開挖底面土層砂湧檢核公式 2.5 受壓水層之上舉受壓水層之上舉 圖圖15 受壓水層上舉所發生之危險狀態受壓水層上舉所發生之危險狀態圖圖16 原文摘錄建築物基礎構造設計規範之受壓水層上舉檢核公式原文摘錄建築物基礎構造設計規範之受壓水層上舉檢核公式 2.6 開挖工程引起之地盤沉陷開挖工程引起之地盤沉陷(1)工地抽水工地抽水(2)擋土壁側移及變形擋土壁側移及變形問題問題1：開挖抽水的影響範圍有多遠？：開挖抽水的影響範圍有多遠？ 抽水井 (多)H水位下降線基地內抽水後水位透水性擋土壁R(a)透水性擋土壁之開挖抽水(b)止水性擋土壁之開挖抽水(未貫入不透水層)止水性擋土壁抽水井 (多)基地內抽

31、水後水位原水位HRH2原水位地下水滲流不透水層止水性擋土壁原水位抽水井(少)基地內抽水後水位水位些微下降(c)止水性擋土壁之開挖抽水(貫入不透水層)圖圖17 透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別抽水井 (多)H水位下降線基地內抽水後水位透水性擋土壁R(a)透水性擋土壁之開挖抽水(b)止水性擋土壁之開挖抽水(未貫入不透水層)止水性擋土壁抽水井 (多)基地內抽水後水位原水位HRH2原水位地下水滲流不透水層止水性擋土壁原水位抽水井(少)基地內抽水後水位水位些微下降(c)止水性擋土壁之開挖抽水(貫入不透水層)圖圖17 透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽

32、水影響之差別透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別抽水井 (多)H水位下降線基地內抽水後水位透水性擋土壁R(a)透水性擋土壁之開挖抽水(b)止水性擋土壁之開挖抽水(未貫入不透水層)止水性擋土壁抽水井 (多)基地內抽水後水位原水位HRH2原水位地下水滲流不透水層止水性擋土壁原水位抽水井(少)基地內抽水後水位水位些微下降(c)止水性擋土壁之開挖抽水(貫入不透水層)圖圖17 透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別透水性擋土壁與止水性擋土壁開挖抽水影響之差別抽水影響半徑抽水影響半徑(1) Sichardt 公式： (m)(2) Weber 實驗式： (m)(3) Kozeny 公式： (m

33、)以上公式 R為抽水影響半徑。 s為井內最大水位降低量(m)。 k為土層滲透係數(m/sec)。 H為井內、外最大水頭差(m)。 t為抽水時間(sec)。 C為隨時間而改變之係數，通常 。 n為土壤有效孔隙率。 Q為抽水量(m3/sec)。 ksR3000ntkHCRQkntR1210C表表1 土壤種類與抽水影響半徑土壤種類與抽水影響半徑(改寫自林耀煌，1987，高層建築基礎開挖施工法與設計實例)土 壤 種 類滲透係數抽水影響半徑區 分粒 徑 (mm) (m/sec)R (m)粗 礫1010-21500礫21010-25001500粗 砂1210-310-2400500粗 砂0.51.010-

34、310-2200400中 砂0.250.5010-410-3100200中 砂0.100.2510-510-450100細 砂0.050.1010-610-51050粉土質細砂0.0250.0510-710-6510粉土10-810-715黏土10-81k圖圖18 高雄市靠海邊某工地抽水引起地盤沉陷之等沉陷量曲線圖高雄市靠海邊某工地抽水引起地盤沉陷之等沉陷量曲線圖問題問題2：開挖抽水的地盤沉陷量有多大？：開挖抽水的地盤沉陷量有多大？ 如何估算？如何估算？ 地盤沉陷量 (m)其中 為因地下水位降低所增加的土壤有效 應力，(t/m2)。 地下水位每降低1.0m， 增加1.0 t/m2。 為各壓縮土

35、層之厚度，(m)。 為各壓縮土層之彈性模數，(t/m2)。 各種不同性質土壤之彈性模數的經 驗值歸納如表2。nnsELpH1 p pLsE表表2 不同性質土壤的彈性模數不同性質土壤的彈性模數 (改寫自Bowles, J. E., 1988)土壤類別 (t/m2)一般性砂土50(N15)飽和砂土25(N15)黏土質砂土32(N15)粉土質砂土30(N6)緊密或夯壓砂土180075N礫石層含砂土120(N6)60(N15) ， N1560(N15) 200)，N 15正常壓密之靈敏性黏土(250500) 正常壓密之低靈敏性黏土(7501200)過壓密黏土層註：N為黏土之SPT-N值。 Su為黏土層

36、不排水剪力強度，(t/m2)。 Es(NC)為正常壓密黏土之彈性模數。 OCR為黏土之過壓密比。21)()(OCRENCs問題問題3：如何避免或減少砂土層開：如何避免或減少砂土層開挖挖 抽水的沉陷？抽水的沉陷？(1)儘量使用止水性擋土壁。(2)儘量使擋土壁貫入不透水層。(3)避免使用強制性降水，宜採用漸進式 或集水坑降水。(4)儘可能減少開挖深度。2.低透水性土層低透水性土層(不透水層不透水層)的祛水及沉陷的祛水及沉陷 粉土層的滲透係數小於粉土質細砂的1/10，黏土層的滲透係數小於粉土質細砂的1/100，粉土層及黏土層皆為低透水性土層(俗稱不透水層)，在低透水性土層進行開挖，因抽水井很難將地下

37、水自土層中分離抽除，只能以集水坑讓地下水自然由土層中泌流匯集，再利用抽水泵，標準的集水坑如圖19 。圖圖19 標準的開挖抽水集水坑標準的開挖抽水集水坑壓密沉陷壓密沉陷 低透水性土層地下水位雖然不會立即因開挖抽水而下降，但會遲緩的慢慢下降，地下水壓力跟隨慢慢的降低，土壤的有效應力慢慢的增大，地面沉陷量緩緩的增大，這種作用稱為壓密沉陷，地下水位下降及水壓力消散的示意圖如圖20。 A(原壓力水頭)BCHeHwf45ofo(最終壓力水頭)圖圖20 低透水性土層開挖降水之地下壓力消散示意圖低透水性土層開挖降水之地下壓力消散示意圖 壓密沉陷會拖延多久？經過許多工地的監測，新建大樓完工後，壓密沉陷還在持續發

38、生，以台北盆地的經驗，三年內完成的壓密度大約可達70%至80%，剩下的20%至30%何時終結，還需相當長的時間，數年或十餘年，尚無具體的答案。開挖後壓密前的土體有效垂直應力為 (t/m2)開挖後壓密完成的土體有效垂直應力為 (t/m2)最後的總壓密沉陷量為 (m) 其中 為壓密之再壓指數， 為土壤孔隙率。 ovv11fvfv1log11vfvowrfeHcHrcoe2.6.2 擋土壁側移及變形引起之地盤沉陷擋土壁側移及變形引起之地盤沉陷 尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響

39、範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動擋土支撐之力學行為一般之力學行為：物體受力 應變 (變形)開挖之力學行為：破壞平衡 變形土壓力 尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一次開挖之土

40、壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土壁Po第一

41、次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態)Po擋土

42、壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動尚未開挖狀態(平衡狀態

43、)Po擋土壁Po第一次開挖之土壓力變化PoPoo靜止土壓力土壓力降低土壓力增大第一次開挖擋土壁變形裂隙沉陷(主動破壞面)452-45影響範圍主動破壞面2第二次開挖45支撐-45沉陷增大第二次開挖之土壓力變化oPoPo土壓力增大主動土壓力Pa靜止土壓力輕微隆起推擠主動破壞面更深的開挖45推擠-452(較明顯隆起)支撐沉陷再增大被動土壓力抵抗力破壞力時為安全PPoPaPo靜止土壓力主動土壓力Po(抵抗力)(破壞力)被動破壞面(尚未發生)452(抵抗力)被動土壓力(完全發生)被動破壞面PP危險狀態之開挖破壞性隆起內擠支撐主動破壞面大量下陷Pa抵抗力破壞力時為不安全(破壞力)主動土壓力滑動第I區為砂土

44、層及軟弱至堅硬程度之黏土層。第II區為很軟弱至軟弱程度之黏土層，但開挖面以下黏土層的深度有限。第III區為很軟弱至軟弱程度之黏土層，但開挖面以下黏土層相當厚。圖圖22 開挖區附近沉陷量、開挖深度及影響距離關係圖開挖區附近沉陷量、開挖深度及影響距離關係圖 (Peck, 1969) 圖圖23 各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法)245tantHDpetHHHBHp)0()245tan(5 . 0BHp)0( swVV34DVww/32)(DXwi(a)平滑漸近線型沈陷評估(Capse 法)HpeHwi452-G.L.假設破壞面開挖底

45、部VswVD開挖寬G.L.H45D=Hv maxoh maxh(b)凹槽漸近線型沈陷評估(Nicholson 法)h/2(c)凹槽漸近線型沈陷評估(MAA 法)D245-主動破壞面G.L.Hh maxv max0.3Do=0.5v maxt(a)平滑漸近線型沈陷評估(Capse 法)HpeHwi452-G.L.假設破壞面開挖底部VswVD開挖寬G.L.H45D=Hv maxoh maxh(b)凹槽漸近線型沈陷評估(Nicholson 法)h/2(c)凹槽漸近線型沈陷評估(MAA 法)D245-主動破壞面G.L.Hh maxv max0.3Do=0.5v maxt圖圖23 各種估算因擋土壁體側移

46、及變形所造成地表沉陷量的方法各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法 maxmaxhvmax)5 . 00(vo圖圖23 各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法各種估算因擋土壁體側移及變形所造成地表沉陷量的方法(a)平滑漸近線型沈陷評估(Capse 法)HpeHwi452-G.L.假設破壞面開挖底部VswVD開挖寬G.L.H45D=Hv maxoh maxh(b)凹槽漸近線型沈陷評估(Nicholson 法)h/2(c)凹槽漸近線型沈陷評估(MAA 法)D245-主動破壞面G.L.Hh maxv max0.3Do=0.5v maxt max5 . 0maxhvmmt2 .

47、 10 . 1max76. 0hmt7 . 0max8 . 0hmt6 . 0圖圖24 沉陷量與主要影響區沉陷量與主要影響區(PIZ)之關係圖之關係圖 (Ou & Hsieh法)時，當0 . 1PIZdmax0 . 19 . 0vvPIZd時，當0 . 2PIZdmax342. 0242. 0vvPIZdD=7.50mmax. 10.0m4D4545()()()新建大樓工地岩盤01020403050距 離 (公尺)()：直接影響範圍()：主要影響範圍()：間接影響範圍圖圖25 深開挖工地對四周鄰房之影響程度實例深開挖工地對四周鄰房之影響程度實例(台灣省土木技師公會，1995)建築物沉陷觀測點裂

48、縫觀測器(沉陷影響線)建築物傾斜計測量基準點(地下水位)地面沉陷觀測點支撐應變計中間柱隆起觀測點鋼筋應力計水位觀測井支撐軸力計傾度觀測管開挖抽水井隆起觀測桿(擋土壁體)(貫入堅硬地盤)水壓計(隆起影響線)圖圖26 開挖安全監測系統配置示意圖開挖安全監測系統配置示意圖(台北市土木技師公會，實用開挖擋土支撐工程設計手冊，2002) 建築物沉陷觀測點裂縫觀測器(沉陷影響線)建築物傾斜計測量基準點(地下水位)地面沉陷觀測點支撐應變計中間柱隆起觀測點鋼筋應力計水位觀測井支撐軸力計傾度觀測管開挖抽水井隆起觀測桿(擋土壁體)(貫入堅硬地盤)水壓計(隆起影響線)圖圖26 開挖安全監測系統配置示意圖開挖安全監測

49、系統配置示意圖(台北市土木技師公會，實用開挖擋土支撐工程設計手冊，2002) 表表3 開挖安全監測管理值之涵義與處理對策開挖安全監測管理值之涵義與處理對策(內政部建築研究所建築物基礎施工大地監測計畫之作業準則)管理基準值 第一管理值 第二管理值 第三管理值 (注意值) (警戒值) (行動值)安全性安全安全但需加以注意安全性降低危險概括之涵義1.監測值低於設計值或容許值某百分比(通常定80%)。2.工地變化在預期範圍內。3.監測變化量正常。1.監測值低於設計值或容許值，但超過設定之百分比。2.工地變化在預期範圍內。3.監測變化量正常。1.監測值已超過設計值或容許值。2.設計規範所設定之安全係數或

50、安全因素已開始降低。3.工地變化可能超過設計預期範圍。4.監測變化量可能出現異常現象。1.監測值已接近極限值或臨界值。2.設計規範所設定之安全係數或安全因素已降低至接近1.0的程度。3.工地變化遠超過設計預期的範圍。4.監測變化量出現異常現象。應採取之處理對策正常施工及監測。正常施工及監測，但需注意監測值的變化趨勢。1.謹慎施工。2.加強監測，並注意監測值之變化趨勢是否正常。3.找出監測值變化異常原因，研判安全性，並開始擬定應變措施。1.暫停影響安全的施工項目。2.找出變化異常之原因，並立即採取應變及補救措施。3.密集監測，至監測值穩定正常為止。4.工程危機解除後再恢復正常施工。表表4 擋土壁