國立中央大學 土木工程學系碩士論文 高壓噴射灌漿樁體固結前鄰近地盤 之變形特性 研究生 : 鍾佳靜 指導教授 : 張惠文博士 中華民國一 年六月

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1 國立中央大學 土木工程學系碩士論文 高壓噴射灌漿樁體固結前鄰近地盤 之變形特性 研究生 : 鍾佳靜 指導教授 : 張惠文博士 中華民國一 年六月

2 國立中央大學圖書館碩博士論文電子檔授權書 (98 年 4 月最新修正版 ) 本授權書所授權之論文全文電子檔 ( 不包含紙本 詳備註 1 說明 ), 為本人於國立 中央大學, 撰寫之碩 / 博士學位論文 ( 以下請擇一勾選 ) ( ) 同意 ( 立即開放 ) ( ) 同意 ( 一年後開放 ), 原因是 : ( ) 同意 ( 二年後開放 ), 原因是 : ( V ) 同意 ( 三年後開放 ), 原因是 : 論文將於期刊發表 ( ) 不同意, 原因是 : 以非專屬 無償授權國立中央大學圖書館與國家圖書館, 基於推動 資源共享 互惠合作 之理念, 於回饋社會與學術研究之目的, 得不限地域 時間與次數, 以紙本 微縮 光碟及其它各種方法將上列論文收錄 重製 公開陳列 與發行, 或再授權他人以各種方法重製與利用, 並得將數位化之上列論文與論文電子檔以 上載網路方式, 提供讀者基於個人非營利性質之線上檢索 閱覽 下載或列印 研究生簽名 : 鍾 佳 靜 學號 : 論文名稱 : 高壓噴射灌漿樁體固結前鄰近地盤之變形特性 指導教授姓名 : 張惠文 系所 : 土木工程學系所 博士班 碩士班 日期 : 民國 100 年 備註 : 8 月 8 日 1. 本授權書之授權範圍僅限電子檔, 紙本論文部分依著作權法第 15 條第 3 款之規定, 採推定原則即預設同意圖書館得公開上架閱覽, 如您有申請專利或投稿等考量, 不同意紙本上架陳列, 須另行加填聲明書, 詳細說明與紙本聲明書請至 下載 2. 本授權書請填寫並親筆簽名後, 裝訂於各紙本論文封面後之次頁 ( 全文電子檔內之授權書簽名, 可用電腦打字代替 ) 3. 請加印一份單張之授權書, 填寫並親筆簽名後, 於辦理離校時交圖書館 ( 以統一代轉寄給國家圖書館 ) 4. 讀者基於個人非營利性質之線上檢索 閱覽 下載或列印上列論文, 應依著作權法相關規定辦理

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5 摘要 近幾十年來台灣因為經濟發展迅速, 人口多往都會區集中, 也帶來了居住空間與交通壅塞等問題 為解決此一問題, 如何使土地更有效益之應用成為工程施工的一大困難與挑戰 當深開挖等工程越往大深度發展, 為保護鄰近施工現場之建物, 常會以地盤改良工法進行保護措施 在眾多的地盤改良工法中, 以高壓噴射灌漿工法最常被應用, 具有良好的止水效果 土壤剪力強度, 並適用於多種不同的地質條件 由過去高壓噴射灌漿施工經驗中發現, 進行地盤改良工作時, 曾造成地表沉陷或導致鄰近地下室產生裂隙 因係快速且大量地置換現地土壤, 因此噴射灌漿樁體未固結前, 不同的改良範圍可能對鄰近地盤造成不同之影響 本研究利用 ABAQUS 有限元素法分析軟體, 模擬進行高壓噴射灌漿改良後灌漿樁體固結前鄰近地盤之變形特性, 並探討工地中之施工載重與鄰近建物在前述之改良條件下對地盤位移之影響 研究結果顯示, 當施工載重與鄰近建物距離改良位置愈近, 對未固結高壓噴射灌漿樁體的影響愈大, 除可能使地表下陷外, 尚可能造成未固結高壓噴射灌漿樁體之樁徑縮小, 導致地盤改良不完全, 甚至發生垂直湧水之問題 關鍵詞 : 高壓噴射灌漿 噴射灌漿樁體 施工載重 地表沉陷 有限元素 法分析 I

6 ABSTRACT Due to the fast economical development in Taiwan in the recent decades, the population in some metropolitan districts increased rapidly. This also caused some problems of habitable area and traffic congestion. To solve these problems and how to use land effectively had become a big difficulty and challenge to construction engineering. The depth of foundation excavation and some other constructions are designed to some deeper positions in the ground. So, ground improvement methods are necessary to protect the neighboring buildings. Jet grout method is the most popular method due to its excellent sealing properties to groundwater and its shear strength. Furthermore, it can be used in various kinds of ground. In some construction cases which used jet grout method, ground settlement or apparent cracks in the neighboring buildings were found. The deformation of ground around columns may be caused by the softness of columns right after the completion of jet grout. Furthermore, construction loading and weight of neighboring buildings may offer some effects on the ground deformation. To investigate these construction problems, a series of FEM analysis was performed in this research. From the result of analyses, it is found that the construction loading and the weight of neighboring building do have some influences on the jet grout columns right after the completion of jet grout. Except the settlement of ground surface, it may cause the decrease of column diameter before the solidification of column material. This makes the incompletion of ground improvement, and may cause problems of vertical piping. Keywords:jet grout, jet grout column, construction load, settlement of ground surface, finite element analysis II

7 目錄 中文摘要... I 英文摘要...II 目錄... III 表目錄... VI 圖目錄... VII 符號說明... XI 第一章緒論 前言 研究動機與目的 研究方法 研究內容... 3 第二章文獻回顧 地盤改良後土壤之力學性質 軟弱地盤判斷方式 改良土的力學性質 地盤改良效果 高壓噴射灌漿... 6 III

8 2.2.1 高壓噴射灌漿工法施作方式 高壓噴射灌漿之應用範圍 高壓噴射灌漿改良後造成土壤之位移 高壓噴射灌漿於黏性土中導致地盤破壞機制 臺灣常用的高壓噴射灌漿工法 高壓噴射灌漿應用實例 國內案例探討 國外案例探討 高壓噴射灌漿工法施工要項 第三章分析方法 分析程式 - ABAQUS 主要功能與模組 分析模型建立 土層初始應力 材料模組 建立網格 元素類型 分析參數 使用單位 材料參數使用 IV

9 3.4 分析架構 第四章分析結果與討論 數值模型驗證 地表無施工載重之土層變位分析 未固結改良樁樁周土壤產生之水平位移 未固結改良樁樁周土壤之垂直位移 未固結改良樁樁頂土壤之垂直變位 未固結改良樁樁體附近之塑性區變化 鑽孔灌漿機載重對土層變位之影響 施工材料堆置之載重對土層變位之影響 施工材料位置與改良樁樁周土壤水平位移之關係 施工材料位置與改良樁樁周土壤垂直位移之關係 鄰近結構物重量對土層變位之影響 鄰近結構物與改良樁樁周土壤水平位移之關係 鄰近結構物與改良樁樁周土壤垂直位移之關係 第五章結論與建議 結論 建議 參考文獻 V

10 表目錄 表 2. 1 黏性土壤 N 值與無圍壓縮強度之關係 ( 台灣省土木技師公會, ( 2009) 表 2. 2 砂性土壤 N 值與相對密度之關係 (Terzaghi and Peck,1948; ( Gibbs and Holtz,1957) 表 2. 3 台灣地區常用之高壓噴射灌漿工法與 JSG 工法施工參數比較 ( ( 廖惠生等人,2006) 表 3. 1 本研究輸入參數使用之單位系統 表 4. 1 臺北捷運 CD266 標工址之地層資料表 ( 范世亮等人,2005) 表 4. 2 SPT-N 相對密度與內摩擦角之關係表 ( 日本土質工學會,1983)55 表 4. 3 現地案例驗證使用之簡化參數表 表 4. 4 本研究使用之分析材料參數表 表 4. 5 SJM 漿液配比 ( 日本 Superjet 研究會,2002) VI

11 圖目錄 圖 2. 1 改良土與未改良土之應力 - 應變關係 ( 陳修,1985) 圖 2. 2 地盤改良之配置型態 ( 鍾毓東等人,2007) 圖 2. 3 高壓噴射灌漿工法之種類 ( 歐章煜,2002) 圖 2. 4 噴射灌漿工法於開挖工程之應用 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 圖 2. 5 噴射灌漿工法於潛盾工法之應用 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 圖 2. 6 噴射灌漿工法於結構物基礎工程之應用 ( 日本噴射灌漿協會, ( 1994) 圖 2. 7 穩定液抵抗側壓力 ( 李光雄,1990) 圖 2. 8 噴射灌漿改良後之側壓力 ( 張惠文,2008) 圖 2. 9 排土不順暢之副作用示意圖 ( 謝旭昇等人,2002) 圖 高壓噴射灌漿圓筒型孔穴擴張模式 (Gibson and Anderson, ( 1961) 圖 單管灌漿環及監測系統平面配置圖 ( 鍾毓東等人,1994) 圖 臺北捷運於北門施做高壓噴射灌漿改良區示意圖 (Wong 等人, ( 1997) 圖 施工基地鄰近大樓與新建大樓平面圖與剖面圖 ( 范嘉程,2003). 26 圖 沉陷點沉陷量與傾度盤傾斜量與施工之關係 ( 范嘉程,2003) 圖 高壓噴射灌漿 SJM 工法鄰近地表沉陷點監測資料 ( 范世亮等人, ( 2005) VII

12 圖 高壓噴射灌漿 SJM 工法之地盤改良配置圖 ( 大陸工程,2003) 圖 瑞士 Aeschertunnel 高壓噴射灌漿位置圖 (Coulter and Martin, ( 2006) 圖 3. 1 本研究之分析流程圖 圖 3. 2 土壤應力 - 應變行為示意圖 (ABAQUS User s Manual V 6.10, ( 2010; 土質工學會,1979) 圖 3. 3 莫爾 - 庫倫破壞準則 (ABAQUS User s Manual V 6.10,2010) 圖 3. 4 軸差應力面上之莫爾 - 庫倫降伏面 (ABAQUS User s Manual ( V 6.10,2010) 圖 3. 5 應力子午面上之莫爾 - 庫倫降伏面 (ABAQUS User s Manual ( V 6.10,2010) 圖 3. 6 單支樁分析網格 - 全視圖 圖 3. 7 單支樁分析網格 - 俯視圖 圖 3. 8 單支樁分析網格 - 側視圖 圖 3. 9 單支樁分析網格 - 側視圖 ( 放大 ) 圖 三支樁分析網格 - 全視圖 圖 三支樁分析網格 - 俯視圖 圖 三支樁分析網格 - 側視圖 圖 三支樁分析網格 - 側視圖 ( 放大 ) 圖 網格元素示意圖 (Desai and Christian,1978) VIII

13 圖 邊界條件束制 - 概略示意圖 圖 4. 1 現地案例驗證網格圖 - 全視圖 圖 4. 2 現地案例驗證網格圖 - 側視圖 圖 4. 3 現地案例驗證結果 - 地表沉陷量 圖 4. 4 未施加載重樁周土壤水平變位量 -(a) 單樁 (b) 三支樁 圖 4. 5 考慮止水性之高壓噴射灌漿配置圖 ( 日本噴射灌漿協會,1994).. 60 圖 4. 6 一般配置之高壓噴射灌漿配置圖 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 圖 4. 7 高壓噴射灌漿改良樁縮徑 - 一支縮徑 圖 4. 8 高壓噴射灌漿改良樁縮徑 - 三支縮徑 圖 4. 9 未施加載重之樁周土壤變位量 - 單樁 圖 未施加載重之樁周土壤變位量 - 單樁 ( 續 ) 圖 未施加載重之樁周土壤變位量 - 三支樁 圖 未施加載重之樁周土壤變位量 - 三支樁 ( 續 ) 圖 未施加載重樁周土壤垂直變位量 -(a) 單樁 (b) 三支樁 圖 未施加載重之樁頂沉陷量 圖 未施加載重之土壤塑性區 - 單樁 圖 4.16 未施加載重之土壤塑性區 - 三支樁 圖 鑽孔灌漿機施工載重與未施加載重之樁周土壤水平變位比較圖 - -(a) 單樁 (b) 三支樁 IX

14 圖 鑽孔灌漿機之施工載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 單樁 圖 鑽孔灌漿機之施工載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 三支樁 70 圖 水泥筒倉 -SMW 工法配置圖 ( 日本 SMW 工法協會,1983) 圖 載重位置 - 距離 5m ( 單樁 ) 圖 載重位置 - 距離 5m( 三支樁 ) 圖 施工材料載重與未施加載重之樁周土壤水平變位比較圖 - -(a) 單樁 (b) 三支樁 圖 施工材料載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 單樁 圖 施工材料載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 三支樁 圖 載重位置 - 一戶, 載重 60 噸 ( 單樁 ) 圖 載重位置 - 一戶, 載重 60 噸 ( 三支樁 ) 圖 鄰近結構物載重與未施加載重之樁周土壤水平變位比較圖 - -(a) 單樁 (b) 三支樁 圖 鄰近結構物載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 單樁 圖 鄰近結構物載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 三支樁 X

15 符號說明 SPT-N 標準貫入詴驗打擊數 E 50 割線模數 (kn/m 2 ) q u 無圍壓縮強度 (kn/m 2 ) D r 相對密度 (%) c 土壤凝聚力 (kn/m 2 ) 內摩擦角 ( ) 柏松比 σ 正向應力 (kn/m 2 ) ε 正向應變 (%) γ 土壤單位重 (kn/m 3 ) XI

16 第一章 緒論 1.1 前言 近幾十年來台灣因為經濟發展迅速, 人口大多往都會區集中, 也帶來了居住空間與交通壅塞等問題 為有效解決此一問題, 如何使土地能更有效益之應用, 便成為當前最重要的課題 故現階段之工程施工不只向上延伸亦同時向下發展, 於此同時, 如何確保工程施作過程中的安全, 成了最需注重的環節 一般在進行深開挖等工程前, 為保護鄰近施工現場之建物, 常會以地盤改良工法進行保護措施 在眾多的地盤改良工法中, 以高壓噴射灌漿工法最常被應用, 可達到良好的止水效果 改善土壤剪力強度並適用於多種不同的地質條件 1.2 研究動機與目的 高壓噴射灌漿工法的施做, 原是為了確保工程施工期間之安全及降低 施工對鄰近建物之影響 但在近十幾年來的施工經驗中發現, 利用高壓噴 1

17 射灌漿工法進行地盤改良工作時, 曾造成地表沉陷或導致鄰近地下室產生裂隙, 而這類工程災害的發生在國內外時有所聞 本研究嘗詴以數值分析, 探討高壓噴射灌漿工法於軟弱黏土層中施做, 且高壓噴射灌漿樁體強度尚未發展前鄰近地盤之變形特性 因係快速且大量地置換現地土壤, 因此噴射灌漿樁體未固結前, 不同的改良範圍, 可能對鄰近地盤造成不同之影響 此外, 並探討工地中之施工載重在前述之改良條件下對地盤位移之影響情形, 以期成果能提供工程施工之參考與依據 1.3 研究方法 本研究主要以有限元素法模擬在軟弱黏土層中進行高壓噴射灌漿後, 改良樁體尚未固結發展強度前, 且考慮在施工載重或建物之影響下鄰近地盤的變形特性 採用分析的有限元素軟體為 ABAQUS, 利用其前處理模組 ABAQUA/CAE 進行三維模型的建立工作, 並產生網格 再利用 ABAQUS/STANDARD 模組進行分析, 以求得結果 2

18 1.4 研究內容 本研究分為五章, 第一章為緒論, 說明研究動機 目的及其內容 ; 第二章為文獻回顧, 依據過去學者在台灣所進行高壓噴射灌漿的地盤改良研究成果與國外施做高壓噴射灌漿之相關案例, 作為探討地盤改良特性之參考 ; 第三章為解說 ABAQUS 有限元素軟體與分析方式, 並解釋分析之架構 ; 第四章為數值分析結果之討論, 並與現地資料互相比對 ; 第五章為整體研究後之結論與未來研究之方向建議 3

19 第二章文獻回顧 2.1 地盤改良後土壤之力學性質 軟弱地盤判斷方式 軟弱地盤廣義的來說是泛指所有不合乎工程要求的地盤, 如支承力不足 可能產生過大的沉陷或變形之地盤, 也可以狹義的來說是指天然含水量等於或高於液性限度且富含有機質之土壤 SPT-N 值約介於 1~4 之間之黏性土壤且靈敏性高, 地層極易受擾動而導致剪力強度大幅降低及 SPT-N 值小於 10 於地震時有液化可能之飽和疏鬆砂土層等 Das(1990) 將軟弱地盤土壤簡單劃分成黏性土壤與砂質土壤, 可利用標準貫入詴驗 SPT-N 值來研判地層鬆軟程度 黏性土壤 N 值與無圍壓縮強度之關係, 如表 2.1( 台灣省土木技師公會,2009);Terzaghi & Peck 提出砂性土壤 N 值與相對密度之關係, 如表 2.2(Terzaghi and Peck,1948;Gibbs and Holtz,1957) 改良土的力學性質 影響改良土性質的原因有很多, 陳修 (1985) 以台北粉土為改良對象進 行研究, 研究結果顯示土壤經改良後強度明顯提升, 割線模數 (secant 4

20 modulus) 也會隨著改良土的強度增加 隨著改良土強度的增加, 改良土產生 破壞的應變 ε f 也會明顯的下降, 如圖 2.1 代表著改良後材料特性逐漸由延 展性變成脆性材料 地盤改良效果 台灣在近幾十年來的經濟成長下, 陸續推動各個重大公共建設, 而公共建設往往因為土地徵收 環境保護及其他因素, 經常遭遇軟弱地盤 因此國內地盤改良技術的發展, 隨著臺北捷運系統地下化及其他重大交通公共建設之興建, 累積出許多經驗 地盤改良一般多應用於軟弱地盤的深開挖工程, 隨著臺北捷運系統地下化之興建, 地盤改良技術逐漸廣泛地應用於臺北捷運潛盾隧道之高施工風隩處 ( 潛盾隧道的發進與到達端 ) 進行此類地盤改良主要目的是使土壤強度增加, 抵抗被動土壓力的能力提高, 抑制因開挖產生之地盤變位或擋土結構物壁體變形 目前國內已有許多相關之研究 ( 王繼勝和李耀明,1999; 林永光等人,2000; 張吉佐等人,2000) 依地盤改良目的, 所造成的影響大致可以分為以下幾種 : 1. 提高抵抗被動土壓力的能力, 並減少擋土結構的側向位移 2. 減少擋土結構所承受之剪力 彎矩及兼顧鄰房保護 3. 增加開挖作業之安全性與施工性 另為抵抗側向力或垂直力為目的的地盤改良方式, 常見的有底板狀構 5

21 造式 梅花樁配置式與連續地中壁式等三種方式, 如圖 2.2 所示 此三種方式說明如下 ( 張惠文,1984; 鍾毓東,2007): 1. 底板狀構造式 : 於特定的區域內進行全面性的改良 2. 梅花樁配置式 : 改良土改良的形式與基樁相似, 但改良柱體間彼此不相連, 改良區域內為複合土體 3. 連續地中壁式 : 將改良區中之改良柱體連結成壁狀, 並與擋土壁體結合形成地中結構物 2.2 高壓噴射灌漿 高壓噴射灌漿工法施作方式 高壓噴射灌漿工法 (Jet Grout Method) 係指使用鑽機進行鑽孔到達預定深度後, 從鑽桿下端之特殊噴嘴, 將加壓之後的土壤固化劑噴出, 將土壤切割, 並與固化劑混合, 藉由鑽桿以一定速度旋轉 提升, 使改良後土體呈現圓柱狀 高壓噴射灌漿工法主要是利用三種工法進行灌漿工作, 此三種工法分別為 : 單管法 雙重管法及三重管法如圖 2.3, 比較此三種工法形成之高壓噴射灌漿改良樁樁徑以三重管法最大 雙重管法次之, 而單管法為最小 造成此結果是由於三重管法噴嘴經加壓噴射土壤固化劑之壓力為最大, 並 6

22 經由噴嘴加壓噴出空氣產生空氣膜, 使切削能力大為增加 ( 胡邵敏,1994; 歐章煜,2002) 高壓噴射灌漿之應用範圍 由於高壓噴射灌漿工法可依據所需的工程地質強度做調整, 可應用於多種不同的地質情況, 且設備簡單具經濟性, 工程界早已廣泛地使用, 以做為改善地質情況的方法 ( 余明山等人,2004) 高壓噴射灌漿工法主要應用於 : 1. 用於開挖工程 (1) 深開挖之地盤改良與保護如圖 2.4(a) 所示, 係利用改良土高強度與低滲透性來防止因深開挖可能造成之底部隆起 (heaving), 並可為開挖面兩側之擋土結構物提供側向支撐 (2) 加強擋土結構物開口部分之止水效果如圖 2.4(b) 所示, 由於改良土體具有低滲透性, 所以將擋土結構物之缺口部分利用灌漿處理以達到止水效果 (3) 基礎擋土壁之補強如圖 2.4(c) 所示, 利用改良土體之高強度特性補強擋土壁或是主樁橫板條的支撐性 7

23 2. 用於潛盾工程 (1) 潛盾隧道發進區及到達區的保護如圖 2.5(a) 所示, 藉由高壓噴射灌漿工法改良後之高強度與止水效果, 防止地下水湧入及周圍土壤塌陷 亦可以利用改良土體形成之改良樁體作為反力牆使用, 使潛盾機能順利發進 (2) 潛盾工程施工路線沿線之建物保護若潛盾機施工位置經過人口稠密之都會區中心或是交通要道上, 為避免潛盾機施工造成沿線建物產生沉陷而造成危害, 通常會先以地盤改良的方式增加土壤強度 如圖 2.5(b) 所示, 為幾種防止沉陷採用保護方式之典型灌漿斷面 3. 用於基礎工程 (1) 加強既有結構物之支承力如圖 2.6(a) 所示, 利用改良土高強度的特性, 對既有結構物之底部予以補強亦或是擋土牆背後回填材之加強 (2) 結構物之基礎強化如圖 2.6(b) 所示, 利用改良土高強度的特性, 對結構物之底部基礎予以支承, 能有效承受建築物載重 4. 用於水壩工程若水壩下方土層透水性高, 以致無法有效儲水時, 可以利用改良土 8

24 低滲透之特性, 利用改良土層形成阻水牆, 以發揮阻斷水流達到蓄水之 功效 高壓噴射灌漿改良後造成土壤之位移 高壓噴射灌漿施工原理與地下連續壁類似, 皆是利用液壓來維持挖掘槽溝的穩定, 地下連續壁槽溝內穩定液的液面通常會高於地下水位, 以提供足夠的液壓抵抗外側之壓力, 如圖 2.7 所示 ( 李光雄,1990) 此情形與進行高壓噴射灌漿改良後, 改良樁樁體尚未固化前之行為類似 但其不同點為在進行高壓噴射灌漿時, 高壓噴射灌漿改良前後之水位相同, 改良樁樁體尚未固結前呈泥漿狀態, 故改良樁樁體於泥漿狀態下產生之壓力, 無法完全抵抗來自未改良區的壓力, 如圖 2.8 所示 ( 張惠文,2008) 未改良土側之土壓力與地下水壓總和明顯大於改良樁體之壓力, 改良樁體尚未固結前可能無法完全抵抗周圍土壤所產生之壓力, 導致未改良土往改良土側擠壓, 而產生地表沉陷 高壓噴射灌漿在施做時, 也可能對土體造成影響 由於高壓噴射灌漿施做時, 需要將多餘之水泥漿體及泥漿沿著鑽桿與鑽孔之間的縫隙排出地面, 如圖 2.9 所示 ( 謝旭昇等人,2002) 但若因鑽孔時, 孔壁無法維持穩定狀態產生崩塌, 或因其他原因導致迴漿路徑阻塞, 多餘的水泥漿液及泥漿無法順利排出, 又持續自鑽孔注入水泥漿液, 將導致改良樁樁體體積增加, 9

25 並形成較大的壓力進而推擠周圍土壤, 亦有可能會造成地表隆起破壞之現 象 高壓噴射灌漿於黏性土中導致地盤破壞機制 由於高壓噴射灌漿施工需對土體進行切削, 使原有土體破壞, 且灌漿時壓力高, 因而導致進行高壓噴射灌漿作業區周圍土體產生應力及應變行為 根據圓筒型孔穴擴張理論 (Gibson and Anderson,1961) 如圖 2.10, 分析於台北松山層黏土中進行高壓噴射灌漿施灌時之地盤破壞機制, 結果發現孔內壓力若低於 1.0 倍的總覆土壓力時, 進行高壓噴射灌漿改良樁鑽孔周圍之土壤為彈性狀態, 而孔內壓力若介於 1.0 至 2.0 倍的總覆土壓力時, 高壓噴射灌漿改良樁鑽孔周圍之土壤達到塑性變形狀態, 若孔內壓力高於 2.0 倍的總覆土壓力時, 高壓噴射灌漿改良樁鑽孔周圍之土壤將發生破壞, 即導致地表隆起與側向位移 ( 黃立煌與高祥生,1994) 2.3 臺灣常用的高壓噴射灌漿工法 臺灣近年來於捷運工程中, 常使用的高壓噴射灌漿工法系統, 除了 1994 年於臺北捷運中和線之地盤改良工程採用 R2 工法屬歐洲灌漿工法系統外, 主要還是以日本系統之 CJG 工法 X-Jet SJM 及 RJP 等高壓噴射灌漿工法為主 在使用的日本系統中僅有 SJM 工法是利用二重管工法進行地盤改良, 10

26 其餘工法均使用三重管工法 其切削壓力至少在 30MPa(300kg/cm 2 ) 以上, 所形成樁體之直徑較常用之二重管 JSG 工法大, 且在切削與攪拌混合的效率方面均優於 JSG 工法, 故適合運用在高施工風隩處之地盤改良工程, 例如潛盾隧道的發進口與到達端及隧道聯絡通道之地盤改良 表 2.3 所示為臺灣地區常用之超高壓噴射灌漿工法與二重管 JSG 工法之施工參數比較 ( 廖惠生等人,2006) 2.4 高壓噴射灌漿應用實例 高壓噴射灌漿從發展之初, 被視為解決軟弱地盤之萬靈丹, 但經過幾 十年來的發展與應用, 發現高壓噴射灌漿施做時仍頇注意諸多問題 ( 謝旭昇 等,2002) 以下簡單說明曾於施作高壓噴射灌漿中, 產生工程問題之案例 國內案例探討 高壓噴射灌漿工法的應用, 隨著近幾十年來台北捷運系統工程地下化之興建, 逐漸由一般基礎工程之地盤改良, 廣泛應用到捷運潛盾機的發進與到達端 潛盾經過路線之地面建物保護及防止隧道接頭漏水 以下就高壓噴射灌漿於國內施作之實例進行探討 : 1. 高壓噴射灌漿引致之地層變位案例 ( 鍾毓東等人,1994) 於新北市中和地區進行高壓噴射灌漿環詴灌, 分別應用單管直灌 單管斜灌 雙重管斜灌 11

27 及三重管斜灌, 以瞭解灌漿環成環之有效性及灌漿施工過程引致地層變位之特性 以單管直灌為例, 單管直灌與監測系統之配置圖如圖 2.11, 結果發現其最大地表隆起量觀測值為 18mm, 於灌漿環縱向之最大沉陷影響範圍為 10 公尺, 至於灌漿環上方地層之最大水平側向位移為 60mm 且地表隆起量與灌漿體積增加並非呈線性關係, 而與施灌順序及迴漿性質與迴漿是否順暢有密切關係 並發現三重管灌漿方式因具有較低之迴漿密度與黏滯性, 迴漿較順暢, 引致之地表隆起量較低 2.Control of ground movements caused by jet grouting(wong 等人,1997) 就臺北市南港捷運線因通過一級古蹟 - 北門之東南隅下方, 於潛盾隧道通前, 為保護北門安全以高壓噴射灌漿施工法 JSG 進行地盤改良如圖 2.12 但在施做高壓噴射灌漿過程中, 於改良區前排觀測到最大地表沉陷量 40mm, 最大側向位移約 15mm, 其影響範圍約為 1~2 倍改良深度, 故建議不要連續地施作高壓噴射灌漿改良樁, 應加大高壓噴射灌漿改良樁之施工間距 3. 深基礎配置不均引致不均勻沉陷及補強案例 ( 范嘉程,2003) 於某地規劃興建地上 14 層 地下 2 層之大樓, 由於施工地鄰近一地上 12 層 地下 1 層之住宅大樓如圖 2.13 故於地下室開挖前, 為保護鄰房並兼為開挖擋土結構物之止水, 遂於鄰房外側約 1m 處施作高壓噴射灌漿 (CCP) 但於高壓噴射灌漿施工時, 隨即發現大樓東側柱位產生約 1cm~2.5cm 的沉陷 12

28 如圖 2.14, 大樓西側沉陷則不明顯 經調查後發現, 鄰近大樓基礎型式配置不均且其淺層土壤 ( 地表至地下 8m) 之 SPT-N 值約介於 2~8, 屬軟弱黏土層, 又因土層上方承受大載重, 故於高壓噴射灌漿施工時擾動淺層土壤, 使淺層土壤強度於短時間內降低, 導致鄰近大樓因建築物之大載重而產生沉陷 雖然基礎型式配置不均為此案例沉陷之主要因素, 然而於高層建物邊緣進行高壓噴射灌漿之鄰房保護工法, 若遇軟弱黏土時, 頇注意改良之施工對軟弱土壤產生之不利影響 4. 臺北捷運土城線 CD266 標發生隧道接頭漏水事故 ( 范世亮,2005), 為解決漏水問題, 利用高壓噴射灌漿工法進行地盤改良, 所選用之工法為臺灣第一次使用的 Super-Jet Midi 工法 ( 簡稱 SJM 工法 ) 在施做過程因為監控得宜並未發生地表隆起之現象, 但卻在部分地區測得超過 1 公分之沉陷量如圖 2.15, 推測原因可能為 SJM 工法以大量液態未固結灌漿材置換地層中原有土體, 且置換快速, 在灌漿材未固結前造成之地表沉陷, 其灌漿位置如如圖 2.16( 大陸工程,2003) 5. 臺北捷運新莊線 CK570C 由於需潛盾隧道頇穿越淡水河, 又工作井隔約 4.7m 寬之巷道與一排屋齡超過 60 年之老舊民宅相鄰, 潛盾機一發進出地盤改良區後, 隨即進入老舊鄰房之下方, 工程難度頗高, 故採用 Super-Jet Midi 工法利用斜灌方式作為發進部分之地盤改良 Super-Jet Midi 工法改良範圍為 : 地表下 m 長度 4.7m 於施工過程中, 卻因為導 13

29 致鄰房沉陷而暫時停工, 直至 7 個月後才完成發進端之高壓噴射灌漿地 盤改良 ( 林聿群,2005; 龐聲瑀等人,2006; 龐聲瑀 林聿群,2008) 國外案例探討 國外應用高壓噴射灌漿工法之案例, 多應發展地下交通網或保護鄰近施工現場之基礎構造物所需而進行之地盤改良, 以下探討國外使用高壓噴射灌漿工法導致工程災害之案例 : 1.Review of ground treatment carried out for tunnels of the Singapore Mass Rapid Transit System (Buttling and Shirlaw,1988) 新加坡之地層狀況複雜, 其土壤多屬軟弱黏土或疏鬆砂土, 故新加坡捷運施工時, 曾因擔心隧道施工導致地表沉陷而影響地下管線設備, 故在潛盾機發進前利用高壓噴射灌漿進行地盤改良工作, 希望能減少因施工造成之地表沉陷 但於高壓噴射灌漿施做時, 產生之地表隆起量卻高達 55 公分, 反而導致地下管線及鄰近結構物嚴重受損 2.Coulter and Martin(2005) 於瑞士 Aeschertunnel 進行高壓噴射灌漿, 以提供隧道開挖之支撐如圖 2.17, 但於施做高壓噴射灌漿時, 觀測到接近隧道表面有較大的沉陷量約 25mm, 其沉陷影響範圍大約為 30m( 約為 3 倍的隧道直徑 ) 並利用此觀測結果進行數值分析, 發現因為進行噴射灌漿時使用高壓, 導致土壤產生應變弱化之現象 並沿著隧道上方形成狹窄剪 14

30 力帶, 且因灌漿壓力超過 2 倍的覆土壓力, 導致產生狹窄剪力帶之隧道 上方土壤往下移動, 產生地表沉陷量 2.5 高壓噴射灌漿工法施工要項 廖惠生等人 (2006) 針對高壓噴射灌漿工法之設計與施工要項進行探討, 其中提到高壓噴射灌漿工法雖能有效改良土壤強度, 但於施工期間, 若施工品質控制不善, 則易發生損鄰事件 高壓噴射灌漿施工期間應對鄰近建物 地下結構物及地表面進行沉陷 隆起 傾斜及裂縫之監測, 以符合原設計之目的 15

31 表 2. 1 黏性土壤 N 值與無圍壓縮強度之關係 ( 台灣省土木技師公會,2009) 標準貫入詴驗 N 值 判別 無圍壓縮強度 (t/m 2 ) <2 極軟弱 (very soft) <2.5 2~4 軟弱 (soft) 2.5~5 4~8 中等 (medium) 5~10 8~15 堅硬 (stiff) 10~20 15~30 極堅硬 (very stiff) 20~40 >30 堅實 (hard) >40 表 2. 2 砂性土壤 N 值與相對密度之關係 (Terzaghi and Peck,1948;Gibbs and Holtz,1957) 標準貫入詴驗 N 值 判別 (Terzaghi & Peck) 相對密度 D r (Gibbs & Holtz) 0~4 極疏鬆 (very loose) <0.20 4~10 疏鬆 (loose) 0.20~ ~30 中等 (medium) 0.40~ ~50 緊密 (dense) 0.60~0.80 >50 極緊密 (very dense) 0.80~

32 說明 超高 壓切 削材 壓縮 空氣 水泥 漿 噴射切削示意圖 表 2. 3 台灣地區常用之高壓噴射灌漿工法與 JSG 工法施工參數比較 ( 廖惠生等人,2006) JSG CJG SJM X-Jet RJP 灌漿管構造二重管工法三重管工法二重管工法三重管工法三重管工法 切削方法 高壓水泥漿和空氣 超高壓水和空氣 超高壓水泥漿和 空氣 超高壓水和空氣 上噴嘴 : 高壓水和空氣下噴嘴 : 超高壓水泥漿和空氣 使用材料 水泥漿 水 水泥漿 水 上噴嘴 : 水下噴嘴 : 水泥漿 壓力 (kg/cm 2 ) 180~ ~ 水 :200 水泥漿 :400 流量 ( /min) 壓力 (kg/cm 2 ) 6~7 6~7 7~10.5 6~ 流量 (Nm 3 /min) 1.5~3 1.5~3 6~10 4~8 3~7 壓力 (kg/cm 2 ) - 20~50-30~ 流量 ( /min) - 140; ; 鑽桿迴轉數 (rpm) 5~10 5 2~5 4 3~5 提升速度 (min/m) 16~40 16;20; ;16;24 30;40;50;60 施工用地 (m m) 有效樁徑 (cm) 100~ ~ ~ ~320 噴射頭噴嘴 W: 水 工法 A: 壓縮空氣 C: 水泥漿 17

33 compression strength σ (kg/cm 2 ) Treated sand Untreated sand Axial strain ε (%) 圖 2. 1 改良土與未改良土之應力 - 應變關係 ( 陳修,1985) 擋土壁體 (a) 底板狀構造 (b) 梅花樁配置 (c) 連續地中壁 圖 2. 2 地盤改良之配置型態 ( 鍾毓東等人,2007) 18

34 灌漿液 約 20MPa 灌漿液 約 20MPa 高壓水 約 20MPa 壓縮空氣約 0.7MPa 壓縮空氣 約 0.7MPa 灌漿液 約 2~5MPa (a) 單管法 (b) 雙重管法 (c) 三重管法 圖 2. 3 高壓噴射灌漿工法之種類 ( 歐章煜,2002) 19

35 圖 2. 4 噴射灌漿工法於開挖工程之應用 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 20

36 圖 2. 5 噴射灌漿工法於潛盾工法之應用 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 圖 2. 6 噴射灌漿工法於結構物基礎工程之應用 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 21

37 地下水位 穩定液液壓 水壓 土壓 圖 2. 7 穩定液抵抗側壓力 ( 李光雄,1990) untreated soil Jet grout column pressure caused by grout slurry static pressure of untreated ground 圖 2. 8 噴射灌漿改良後之側壓力 ( 張惠文,2008) 22

38 圖 2. 9 排土不順暢之副作用示意圖 ( 謝旭昇等人,2002) 圖 高壓噴射灌漿圓筒型孔穴擴張模式 (Gibson and Anderson,1961) 23

39 圖 單管灌漿環及監測系統平面配置圖 ( 鍾毓東等人,1994) 24

40 圖 臺北捷運於北門施做高壓噴射灌漿改良區示意圖 (Wong 等人,1997) 25

41 鄰近大樓與新建大樓之平面圖 鄰近大樓與新建大樓工地之 A-A 剖面圖 圖 施工基地鄰近大樓與新建大樓平面圖與剖面圖 ( 范嘉程,2003) 26

42 圖 沉陷點沉陷量與傾度盤傾斜量與施工之關係 ( 范嘉程,2003) 27

43 圖 高壓噴射灌漿 SJM 工法鄰近地表沉陷點監測資料 ( 范世亮等人,2005) 28

44 圖 高壓噴射灌漿 SJM 工法之地盤改良配置圖 ( 大陸工程,2003) 圖 瑞士 Aeschertunnel 高壓噴射灌漿位置圖 (Coulter and Martin,2006) 29

45 第三章分析方法 有限元素法發展的起源, 是用來研究結構複雜的航空工程問題, 因其具有多變性與靈活性的特點, 故逐漸應用到各種不同的領域, 其為一種利用求得近似解的方式以瞭解 設計或探討各種問題的數值分析方法 有限元素法能有效模擬各種複雜狀況, 係利用不同類型的有限元素方塊切割, 並組合成各種真實結構體模型, 藉此以模擬實際結構體在不同環境作用下整體的結構力學行為, 此方法亦常用於土木工程領域 3.1 分析程式 - ABAQUS 主要功能與模組 因為 ABAQUS 具有完整的有限元素類型與各種材料建構的資料庫, 故其應用範圍十分廣泛, 包括土木 機械 航空與 3C 電子等 ABAQUS 為美國 Hibbit Karlsson & Sorensen 公司所發展出之有限元素法分析軟體, 本研究以 ABAQUS 6.10 版為分析之主要工具 ABAQUS 本身提供了前 後處理的模式, 其中前處理模式為 ABAQUS/CAE, 主要係提供使用者建構幾何模型 定義材料特性 置邊界條件 施加外力 選取元素類型與生成網格節點等, 並可經由內部程式轉換成 ABAQUS 所需之輸入檔, 以進行後續之分析運算 經分析運算後, 進入後處理模式 ( 涵蓋 ABAQUS/VIEWER), 30

46 可將 ABAQUS 之分析結果, 如應力 應變 溫度及位移等變化之情形或網格的變形資料, 直接以圖像方式顯示於電腦上 並提供使用者根據所需之資料, 繪製出特定物理量之關係圖, 並可將所得之圖形以圖檔方式輸出 於 ABAQUS 中進行分析時, 主要分成兩種分析模組 : (1)ABAQUS/Standard: 為通用的分析模組, 用於求解線性與非線性問題, 其分析方式是採用隱性時間積分法 (implicit time integration), 適合求取靜態解 (steady solution), 本研究即採用此分析模組 (2)ABAQUS/Explicit: 為具有特定用途之分析模組, 採用顯性時間積分法 (explicit time integration), 適合運用在短暫 瞬間的動態模擬分析 3.2 分析模型建立 本研究主要是針對進行高壓噴射灌漿後改良樁樁體強度尚未發展前, 鄰近土層之變位特性, 且在同樣條件下考慮施工載重或鄰近建物載重之影響 本研究利用有限元素法進行分析, 將高壓噴射灌漿改良樁樁體予以簡化, 假設尚未固結之改良樁樁體之斷面形狀為圓形, 並採用對稱分析 其分析模型建立步驟為 : 元素類型 網格形式及大小 材料組成律 邊界條件與荷重類型, 詳細流程如圖

47 3.2.1 土層初始應力 為了模擬現地狀況, 因此必頇給定模型自重, 而 ABAQUS 有限元素法 分析軟體具有模擬大地應力之指令, 給定模型之重力加速度值以及方向後, 即可使模型具有土層初始應力狀態 材料模組 土壤之應力 - 應變行為如圖 3.2(a) 所示 本研究為了分析上之方便, 利用割線模數 E 50 進行分析如圖 3.2(b), 並將土壤視為線性彈塑性材料如圖 3.2(c) 所需之參數值分別為彈性與塑性兩部分, 其中彈性部分以割線模數 E 50 與柏松比定義, 塑性部分則是以莫爾 - 庫倫破壞準則定義 在 ABAQUS 有限元素法分析軟體中擁有多種定義彈塑性之模式, 其中莫爾 - 庫倫破壞準則 (Mohr-Coulomb failure criterion), 如圖 3.3 為大地工程中常用之理論 故土壤力學行為模擬採用莫爾 - 庫倫破壞準則模式 (Mohr-Coulomb failure criterion model) 以凝聚力 c ( 等同於圖 3.2(c) 之 ) 大小做為分析時, 控制土壤是否進入降伏階段之臨界點, 材料內摩擦角則為控制軸差應力面 (deviatoric stress plane) 上降伏面之形狀, 其有效範圍 於 ABAQUS 有限元素法分析軟體中莫爾 - 庫倫的降伏面在軸差應力面 (deviatoric stress plane) 上之圖形成六角形, 如圖 3.4, 而莫爾 - 庫倫在應力子午面 (meridional stress plane) 上的降伏面呈現一直線, 如圖

48 對於土壤 E 50 c 等基本參數都有一定的範圍限制, 割線模數 E 50 可以由無圍壓縮詴驗求得, 的值則根據不同土壤種類而有概略範圍值,c 值可經由室內實驗求得 而高壓噴射改良樁樁體部分之組成為經由高壓噴射灌漿工法將土壤與泥漿攪拌而成, 所以亦使用線性彈塑性分析, 定義方式與土壤定義方式相同 建立網格 利用有限元素法分析時, 首要步驟為建立分析之網格, 由於高壓噴射灌漿改良樁之樁體與未改良土壤呈相對位置關係, 故以三維空間來分析此問題, 並採用對稱分析方式進行 本研究之分析網格係利用 ABAQUS 所提供之功能, 將接近高壓噴射灌漿改良樁樁體部分之網格密度加密, 在遠域部分則將網格加大 單樁之分析網格如圖 3.6~ 圖 3.9; 三支樁之分析網格如圖 3.10~ 圖 3.13, 三支改良樁之改良方向, 以 y 方向進行改良設置, 分析結果圖單支改良樁皆以圖 3.8 三支改良樁皆以圖 3.12 之 x z 方向進行討論 元素類型 ABAQUS 有限元素法分析軟體中元素種類眾多, 本研究採用固體元素 (solid element), 將高壓噴射灌漿改良樁樁體與未改良土壤皆使用三維八節 點之元素模擬, 代號為 C3D8 如圖

49 3.3 分析參數 使用單位 在 ABAQUS 有限元素法分析軟體中所有的數值輸入都視為無因次, 因此需在輸入參數前統一所需之單位系統, 例如土層參數 初始條件及邊界條件等, 以避免在讀取分析結果時產生混淆 以下列出本研究所使用之參數類型與單位, 如表 3.1 所示 材料參數使用 本研究第一部分為使用范世亮 (2005) 於臺北捷運土城線之松山層地層概況, 利用其 SPT-N 值並參考日本土質工學會 ( ) 所提出之計算公式 : (kgf/cm 2 ) (3.1) (kgf/cm 2 ) (3.2) 以求得土壤之割線模數 ( ) 與無圍壓縮強度 ( ) 進行模擬分析 其中單位重 為參考林士誠 (2006) 之地質狀況分析與陳修 (1985) 所做之室內實驗 在范世 亮 (2005) 之案列中, 進行高壓噴射灌漿後改良樁樁體尚未固結前, 假設材料 強度很弱,c 值皆趨近於零, 無圍壓縮強度則約為未改良土強度的 34

50 十分之一, 割線模數 亦為十分之一, 單位重則是依據林大港 (1992) 室內 實驗資料, 改良土的濕單位重約 16.19kN/m 3 第二部分則假設土層之 SPT-N 值為 3 時, 將高壓噴射灌漿位置訂為地表下 2m-14m 處, 探討在土壤中進行高壓噴射灌漿時, 可能造成之影響, 參數之取得與第一部分相同 3.4 分析架構 本研究主要係針對於軟弱黏土層中進行高壓噴射灌漿後改良樁樁體強度尚未發展前, 鄰近地盤之變位特性, 且在同樣條件下考慮施工載重及鄰近建物之影響 廖小菁 (2007) 利用 ABAQUS 進行分析發現, 高壓噴射改良樁樁體尚未固結前, 導致地表產生變位之範圍約為 60m 故本研究假設未改良土壤受到影響範圍約在 80m 內, 土層狀況假設為地表至地表下 30m 間為軟弱黏土層, 地表下 30m 則為堅硬之承載層 噴射改良樁樁體的尺寸係依據范世亮 (2005) 臺北捷運土城線 CD266 標實際施工產生之樁徑 2.8m, 樁長假設為 12m, 因此分析之土體大小為 80m 160m 30m, 且土體四周邊界允許垂直向變位, 束制水平向變位 ; 土體底部邊界則束制垂直向變位, 允許水平向變位, 並於土體四周邊界角落處束制水平向變位, 允許垂直向變位, 如圖 3.15 所示 因為網格過於密集, 故省略網格密集區之圖式, 大略畫出束制條件 35

51 表 3. 1 本研究輸入參數使用之單位系統 度量長度質量時間 單位 m kg s 應力 Pa(N/m 2 ) 密度 kg/m 3 建立部件 (Part) 建立材料特性 (Property) 各部件進行組裝 (Assembly) 設置分析類型和輸出要求 設置荷載 初始條件與邊界條件 切割網格 提交 ABAQUS 進行分析計算 以視覺化 (Visualization) 模組作後處理 圖 3. 1 本研究之分析流程圖 36

52 σ σ σ σ y (a) nonlinear ε ε (b) 利用 E 50 分析之模型 ε (c) elastic-plastic 圖 3. 2 土壤應力 - 應變行為示意圖 (ABAQUS User s Manual V 6.10,2010; 土質工學會,1979) 圖 3. 3 莫爾 - 庫倫破壞準則 (ABAQUS User s Manual V 6.10,2010) 37

53 圖 3. 4 軸差應力面上之莫爾 - 庫倫降伏面 (ABAQUS User s Manual V 6.10,2010) 圖 3. 5 應力子午面上之莫爾 - 庫倫降伏面 (ABAQUS User s Manual V 6.10,2010) 38

54 30m z y x 160m z 80m y x 圖 3. 6 單支樁分析網格 - 全視圖 80m y 160m x 圖 3. 7 單支樁分析網格 - 俯視圖 39

55 高壓噴射灌漿改良樁位置 30m z 160m x 圖 3. 8 單支樁分析網格 - 側視圖 高壓噴射灌漿改良樁位置 30m z x 42.8m 圖 3. 9 單支樁分析網格 - 側視圖 ( 放大 ) 40

56 30m 80m 160m y z x 圖 三支樁分析網格 - 全視圖 80m y 160m x 圖 三支樁分析網格 - 俯視圖 41

57 高壓噴射灌漿改良樁位置 30m 160m z x 圖 三支樁分析網格 - 側視圖 高壓噴射灌漿改良樁位置 30m z 79m x 圖 三支樁分析網格 - 側視圖 ( 放大 ) 42

58 圖 網格元素示意圖 (Desai and Christian,1978) z 圖 邊界條件束制 - 概略示意圖 x 43

59 第四章 分析結果與討論 4.1 數值模型驗證 根據范世亮等人 (2005) 於臺北捷運土城線 CD266 標所提供之工址地層各次層之性質, 如表 4.1 所示 工址之地層為典型之松山層, 可將其分為六個次層 進行高壓噴射灌漿工程之地層為松四層, 本研究取其所提供之 SPT-N 最小值進行參數設定 於黏土層中利用式 3.1 與式 3.2 取得割線模數與凝聚力 c 值, 並假設內摩擦角值為計算程式可以接受之極小值, 即 0.2, 柏松比為 0.49; 於砂土層則根據日本土質工學會之資料,N 值與 Peck 理論摩擦角之關係表, 如表 4.2 所示, 選擇內摩擦角值 此外並參考洪如江 (1966) 吳偉特(1979) 與謝文誠 (2007) 研究松山層之工程特性參數進行假設 其中未固結改良土部分取該土層強度之十分之一進行分析, 割線 模數 亦取十分之一, 凝聚力 c 值假設為極小, 內摩擦角值為計算程式 可以接受之極小值, 柏松比為 0.49, 分析參數表如表 4.3 所示 分析後與范世亮等人 (2005) 實際觀測沉陷量進行比較, 於圖 2.15 中, 當 SJM 地盤改良剛開始施作時, 找一具有明顯沉陷之地表觀測資料點, 因係 SJM 地盤改良剛開始施作, 產生之沉陷量應由單支噴射灌漿改良樁所造成, 故由圖推估所得之沉陷量約為 0.5mm 於進行分析時假設同時實施做 44

60 三支高壓噴射灌漿改良樁, 分析網格圖如圖 4.1 圖 4.2 同時實施做三支高壓噴射灌漿改良樁造成實際沉陷量為 1.5mm, 與分析結果之沉陷量 1.6mm 相差不多, 分析結果如圖 4.3, 其方向為圖 4.2 之 x 方向之地表沉陷量, 故以此為基礎進行後續研究分析 4.2 地表無施工載重之土層變位分析 利用高壓噴射灌漿工法進行地盤改良後, 樁體可做為鄰房保護及支撐開挖之擋土措施 但於進行高壓噴射灌漿工法剛施作完成, 改良樁樁體尚未固結前, 鄰近地盤之變位特性為本研究之研究重點 本分析假設高壓噴射灌漿工法於均質黏土層中 (N 值 =3) 進行改良, 改良深度位於於地表下 2m-14m 處, 改良樁樁體半徑則採用范世亮等人 (2005) 於臺北捷運土城線 CD266 標實際測得之半徑 1.4m 進行分析, 並假設其為均勻之圓型斷面, 分析材料參數如表 4.4 所示 並針對不同改良範圍 - 單支高壓噴射灌漿改良樁 三支高壓噴射灌漿改良樁, 於未施加任何地表載重之情況下, 進行比較鄰近地盤之變位量及未改良土側對未固結之改良樁樁體造成之影響 45

61 4.2.1 未固結改良樁樁周土壤產生之水平位移 分析結果顯示鄰近未固結高壓噴射灌漿樁體之未改良土產生之側向位移, 單支改良樁產生最大側向位移為內縮 12.05mm 三支改良樁產生最大側向位移為內縮 22.26mm, 約為單支改良樁之 1.85 倍 其中鄰近未固結高壓噴射灌漿樁體之未改良土產生之側向位移, 單支改良樁之結果如圖 4.4(a) 三支改良樁之結果如圖 4.4(b) 當高壓噴射灌漿施做完成後, 改良樁樁體尚未固結前呈現泥漿狀態, 較無法抵抗來自未改良側之土壓力 利用有限元素法分析後發現, 未固結改良樁樁體產生往改良樁樁體內部之位移變化, 若於實際應用上將會產生高壓噴射灌漿改良樁樁徑縮小之問題 根據日本高壓噴射灌漿協會 (1994) 提出之設計建議, 若考慮止水性, 其重疊區之配置如圖 4.5, 計算原則為 : 水平距離 : (4.1) 垂直距離 : (4.2) 一般配置之配置如圖 4.6, 計算原則為 : 水平距離 : (4.3) 46

62 垂直距離 : (4.4) 式中之為改良樁樁體直徑 由於高壓噴射灌漿施工為單支改良樁施設完成後, 在接續施作下一支改良樁 若產生縮徑之問題, 假設施做時只有單支改良樁產生縮徑, 以圖 4.5 為例, 產生縮徑後原本之重疊區影響並不大, 但在三圓剛好相切之處, 會產生未改良區如圖 4.7 所示, 於未改良區域未來可能有產生垂直湧水之疑慮 若施做三支改良樁皆產生縮徑, 如圖 4.8 所示, 則將殘留更大面積之未改良區, 更增加災變之危隩性 未固結改良樁樁周土壤之垂直位移 分析結果對於未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤之垂直位移, 將分成地表 改良樁樁頂 距改良樁樁頂 3m 處 距改良樁樁頂 6m 處 距改良樁樁頂 9m 處與改良樁樁底等五部分進行探討 單支改良樁之分析結果如圖 三支改良樁之分析結果如圖 , 並將單支改良樁 三支樁鄰近改良區之未改良土產生之垂直位移量分別以圖 4.13(a) 圖 4.13(b) 表示 根據分析結果顯示改良樁樁頂產生之沉陷量較地表產生之沉陷量大, 可以推測分析之土壤雖然軟弱, 但還是具有抵抗些許沉陷之能力 而離地表愈深處產生之沉陷量則愈小, 但於改良樁樁底周圍處之土壤, 產生了隆 47

63 起現象, 推測可能是因為在靜力平衡分析過程中, 將高壓噴射灌漿改良樁材料部分設置為接近泥漿狀態且單位重較小之軟弱材料, 對於改良樁樁底周圍處之土壤有解壓之效果, 故於改良樁樁底周圍產生了隆起現象 不論是單支改良樁之分析結果或是三支改良樁之分析結果趨勢都是一樣的, 只是同時施做三支高壓噴射灌漿改良樁造成之垂直位移變位量都較單支高壓噴射灌漿改良樁來得大, 單支改良樁樁周土壤產生最大地表沉陷量為 5.03mm 三支改良樁樁周土壤產生最大地表沉陷量為 22.00mm, 約為單支改良樁之 4.4 倍 且三支改良樁對樁周土壤的影響水平範圍約為 20m, 比單支改良樁之水平影響範圍要來的大 故若要連續施作高壓噴射灌漿改良樁, 頇特別注意對鄰近地盤造成之影響 未固結改良樁樁頂土壤之垂直變位 本分析探討不同改良範圍之樁頂沉陷量 單支改良樁之分析結果與三支改良樁之結果如圖 4.14 單支改良樁所產生最大樁頂沉陷量為 7.05mm 三支改良樁所產生最大樁頂沉陷量為 28.57mm, 約為單支改良樁之 4.05 倍 綜合以上之分析結果, 同時施做三支改良樁對鄰近地盤造成之影響比施做單支改良樁造成之影響要來得大, 因此改良樁不宜連續施作 48

64 4.2.4 未固結改良樁樁體附近之塑性區變化 本小節針對單樁與三支樁之不同改良範圍進行探討 在無施加任何外力情況下, 土壤於分析時鄰近改良樁樁體之塑性區變化, 單支改良樁之結果如圖 4.15 所示 ; 三支改良樁之結果則如圖 4.16 所示 單支改良樁之塑性區大致與改良樁範圍一致, 三支改良樁之塑性區略大於改良樁樁體 推測產生此結果之原因為, 單支改良樁之樁體較小, 對鄰近土壤影響不顯著, 亦即未有降伏現象 ; 而三支改良樁之樁體較大, 對於鄰近土壤之影響較為顯著 4.3 鑽孔灌漿機載重對土層變位之影響 此分析為考慮鑽孔灌漿機之施工載重對高壓噴射灌漿改良樁樁體尚未固結前鄰近土層之影響 鑽孔灌漿機重量為根據 ( 方永壽等人,2004)SJM 工法施工設置提供之資料與日本建設機械商事株式會社 (Nikken Shoji,2009) 鑽孔灌漿機機具規格表, 鑽孔灌漿機之重量為 4220kg 面積為長 2.5m 寬 1.67m, 進行分析時面積取為長 2.5m 寬 2.5m, 放置位置為距改良樁樁體 1m 處 以此施工載重進行討論當進行不同改良範圍時, 地表變位量及未改良土側對未固結之改良樁樁體造成之影響 49

65 分析結果發現, 鑽孔灌漿機造成之施工載重對尚未固結高壓噴射灌漿改良樁樁體之影響不大, 於單支改良樁中造成未改良土產生之側向位移與未加載重之結果大致一樣, 三支改良樁中之結果亦同 分析結果與未加載重之比較圖, 如圖 4.17(a) (b) 所示 地表沉陷量部分, 單支改良樁產生最大地表沉陷量為 5.68mm, 較未施加載重時, 單支改良樁產生最大地表沉陷量約為 5.03mm, 差異不大, 三支改良樁產生最大地表沉陷量為 26.80mm, 較未施加載重時, 三支改良樁產生最大地表沉陷量為 22.00mm, 差異亦不大 此結果與未加載重之地表沉陷量比較圖, 如圖 所示 4.4 施工材料堆置之載重對土層變位之影響 日本 Superjet 研究會建議之 SJM 漿液配比之資料如表 4.5 所示 本研究分析之高壓噴射灌漿改良樁, 樁徑為 2.8m 樁長為 12m, 進行高壓噴射灌漿所需水泥用量, 經計算結果得進行一支高壓噴射灌漿改良樁所需水泥約為 886 包, 故假設一天內只施作一支樁, 且工地放置之水泥數量為 2000 包 由於現在施工現場所需放置之水泥量太大, 所以施工現場通常都會設立一個水泥筒倉, 以存放散裝水泥, 水泥筒倉如圖 4.20 所示 ( 日本 SMW 工法協會,1983) 因此在進行分析時, 假設水泥筒倉之基座面積為 5m 5m, 50

66 施工材料 2000 包水泥造成之載重, 放置於距離改良樁 5m 8m 或 10m 處, 比較施工材料產生之施工載重對未固結高壓噴射改良樁鄰近地盤之影響 本研究採用對稱分析, 如將載重放置於對稱邊界上, 則網格自動生成時, 會產生問題, 故調整放置位置, 使網格能順利生成 分析之網格以放置距離為 5m 之單樁與三支樁為例, 如圖 所示 施工材料位置與改良樁樁周土壤水平位移之關係 分析結果發現當施工材料放置距離越接近未固結高壓噴射灌漿改良樁樁體位置時, 未固結高壓噴射灌漿改良樁樁體樁周土壤產生之側向位移略大於放置距離較遠之側向位移 以單支改良樁為例, 載重放置距離為 5m 時, 產生最大側向位移約為 18.48mm, 載重放置距離為 10m 時, 產生最大側向位移約為 17.04mm 將此分析結果與未加載重之未固結高壓噴射灌漿改良樁樁體樁周土壤產生之側向位移進行比較後發現, 地表上施加載重會造成未改良土產生之側向位移大於未加載重之未改良土側產生的側向位移 單支改良樁之分析結果如圖 4.23(a) 所示, 三支改良樁之分析結果如圖 4.23(b) 所示 分析結果不會趨近於零是因為分析時考慮到高壓噴射灌漿係利用切削原地盤土壤進行與土壤固化材之混合, 故僅利用分割工具定義材料邊界進行材料設置, 土壤屬於相連之連續體 又因材料設置邊界如圖 3.15 所示, 51

67 於土體四周僅束制水平方向, 故於施加載重時, 土體變形向未固結高壓噴 射灌漿改良樁樁體移動, 造成未改良土區有無法收斂之位移, 其實際造成 之位移量極小 施工材料位置與改良樁樁周土壤垂直位移之關係 鄰近未固結高壓噴射灌漿樁體地表沉陷量變化, 當載重放置位置越接近高壓噴射灌漿改良樁樁體, 造成之地表沉陷量越大 以單支高壓噴射灌漿改良樁為例, 當載重放置距離為 5m 時, 產生最大地表沉陷量約為 12.18mm, 載重放置距離為 10m 時, 產產生最大地表沉陷量約為 8.78mm 以此結果與未加載重之地表沉陷量作比較, 可以看出施工材料造成之載重確實會增加地表沉陷量 單支改良樁之分析結果如圖 4.24 所示, 三支改良樁之分析結果如圖 4.25 所示 分析結果不會趨近於零是因為分析時未改良區土壤與改良區土壤皆採用彈塑性分析, 屬於材料非線性的問題 故於施加載重後距離樁周較遠之地表有無法收斂之問題, 其實際造成之位移量極小 4.5 鄰近結構物重量對土層變位之影響 現在工程施工地點多位於人潮擁擠 交通輻輳之地, 施工時很難避免 鄰近結構物對施工產生之影響 故本研究假設臨近施工現場有一樓平房, 52

68 距高壓噴射灌漿改良樁施做處約 5m, 並改變平房之戶數 ( 一戶至四戶 ) 進行探討對於未固結高壓噴射灌漿改良樁鄰近地盤產生之影響 地上一層每層重約為 1.2t/m 2 ( 興富發建設股份有限公司,2010), 樓地板面積為 50m 2, 一樓平房產生之載重為 60 噸 本研究採用對稱分析, 但如將載重放置於對稱邊界上, 則網格自動生成時, 會產生問題, 故調整放置位置, 使網格能順利生成 分析之網格以放置距離為一戶載重為 60 噸之單樁與三支樁情況為例, 如圖 鄰近結構物與改良樁樁周土壤水平位移之關係 鄰近結構物對未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤產生之影響, 於分析一戶平房載重為 60 噸, 以單支改良樁為例, 造成未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤之最大側向位移為 14.30mm, 於四戶平房載重為 240 噸, 造成未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤之最大側向位移為 22.17mm 此分析結果與未加載重之結果進行比較, 單支改良樁產生之未改良土側向位移之分析結果, 如圖 4.28(a); 三支改良樁產生之未改良土側向位移之分析結果, 如圖 4.28(b) 分析結果發現當改變房屋戶數時, 戶數越少時未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤產生之側向位移越小, 越接近無施加載重之未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤產生側向位移 同時施作三支改良樁之未固結高壓噴 53

69 射灌漿改良樁樁周土壤產生側向位移大於單支改良樁之未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤產生側向位移 由此分析結果得知, 高壓噴射灌漿工法若於建物密集之工區附近施做, 頇注意高壓噴射灌漿改良樁未固結前樁周產生之側向變形 鄰近結構物與改良樁樁周土壤垂直位移之關係 鄰近結構物對未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤垂直位移之影響, 於分析一戶平房載重為 60 噸, 以單支改良樁為例, 造成未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤之最大地表垂直位移為 6.25mm, 於四戶平房載重為 240 噸, 造成未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤之最大地表垂直位移為 10.20mm 造成未固結高壓噴射灌漿改良樁樁周土壤之最大地表垂直位移, 鄰近建物越少造成之影響也越少 且同時施作三支改良樁之未固結改良樁樁周土壤產生垂直位移大於單支改良樁所造成樁周土壤之垂直位移 將單支改良樁與未加載重情況之垂直位移量分析結果比較, 如圖 4.29; 三支改良樁與未加載重情況之垂直位移量之比較, 則如圖

70 表 4. 1 臺北捷運 CD266 標工址之地層資料表 ( 范世亮,2005) 次層 深度 (m) 土層描述 含水量 (%) SPT-N 值 松六層 0-6 棕黃色粉土質黏土 松五層 6-19 灰色粉土質中細砂 松四層 灰色粉土質黏土 松三層 灰色粉土質細砂 松二層 灰色粉土質黏土 松一層 灰色粉土質中細砂 表 4. 2 SPT-N 相對密度與內摩擦角之關係表 ( 日本土質工學會,1983) SPT-N 值 相對密度 (Relative Density) 內摩擦角 Peck 理論 Meyerhof 理論 0~4 非常疏鬆 Very Loose 0.0~ 以下 30 以下 4~10 疏鬆 Loose 0.2~ ~30 30~35 10~30 中等緊密 Medium 0.4~0.6 30~36 35~40 30~50 緊密 Dense 0.6~0.8 36~41 40~45 50 以上 非常緊密 Very Dense 0.8~ 以上 45 以上 55

71 表 4. 3 現地案例驗證使用之簡化參數表 次層 深度 SPT- 單位重 割線模數 柏松比 凝聚力 摩擦角 (m) N 值 (kn/m 3 ) (kpa) c(kpa) ( ) 松六層 松五層 松四層 松三層 松二層 松一層 未固結 改良土 56

72 表 4. 4 本研究使用之分析材料參數表 未改良土 (SPT-N 值 =3) 未固結改良土 單位重 (kn/m 3 ) 割線模數 (kpa) 柏松比 凝聚力 c(kpa) 摩擦角 ( ) 表 4. 5 SJM 漿液配比 ( 日本 Superjet 研究會,2002) 名稱 細目 對象土質 主材 名 SJ-1 H 型 砂質土 特殊 固化 材 SJ-2 SJ-3 比重 添加劑 3.10±0.05 黏性低下劑 使用目的 強度發揮型 L 型 2.96±0.05 強度 抑制 型 黏性土 C 80 kn/m 2 黏性土 C 80 黏性土用特殊固化材 kn/m 2 SJ-4 腐植土 腐植 土特 殊固 化材 水灰比 w/c= 135 % w/c= 135 % 3.04±0.05 w/c= 150 % 3.09±0.05 w/c= 150 % 2.91±0.05 w/c= 100 % 註 : 表中之固化材為特殊水泥系材料, 可確保改良土強度 漿液配比 SJ 主水材用 (kg) 量 (kg) 共計 (l)

73 50m 80m 160m y z x 圖 4. 1 現地案例驗證網格圖 - 全視圖 高壓噴射灌漿改良樁位置 50m z 160m x 圖 4. 2 現地案例驗證網格圖 - 側視圖 58

74 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) 圖 4. 3 現地案例驗證結果 - 地表沉陷量 Horizontal displacement of column surface(mm) Untreated Zone 2 Horizontal displacement of column surface(mm Untreated Zone Treated Zone Treated Zone Depth(m) Depth(m) Untreated Zone 20 Untreated Zone (a) (b) 圖 4. 4 未施加載重樁周土壤水平變位量 -(a) 單樁 (b) 三支樁 59

75 D l 2 l 1 圖 4. 5 考慮止水性之高壓噴射灌漿配置圖 ( 日本噴射灌漿協會,1994) D l 2 l 1 圖 4. 6 一般配置之高壓噴射灌漿配置圖 ( 日本噴射灌漿協會,1994) 60

76 未改良區 圖 4. 7 高壓噴射灌漿改良樁縮徑 - 一支縮徑 未改良區 圖 4. 8 高壓噴射灌漿改良樁縮徑 - 三支縮徑 61

77 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement (a) ground surface -30 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement (b) top of jet grout column -30 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) (c) settlement three meters below the top of jet grout column 圖 4. 9 未施加載重之樁周土壤變位量 - 單樁 62

78 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) (d) settlement six meters below the top of jet grout column Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) Vertical displacement of soil (mm) (e) settlement nine meters below the top of jet grout column Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) Vertical displacement of soil (mm) heave settlement (f) bottom of jet grout column -30 圖 未施加載重之樁周土壤變位量 - 單樁 ( 續 ) 63

79 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) (a) -30 settlement ground surface Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement (b) top of jet grout column -30 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) (c) settlement three meters below the top of jet grout column 圖 未施加載重之樁周土壤變位量 - 三支樁 64

80 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) (d) settlement six meters below the top of jet grout column Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) (e) settlement nine meters below the top of jet grout column Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) heave Vertical displacement of soil (mm) settlement (f) bottom of jet grout column -30 圖 未施加載重之樁周土壤變位量 - 三支樁 ( 續 ) 65

81 Vertical displacement of column surface(mm) Untreated Zone 2 Settlement Heave Vertical displacement of column surface(mm) Untreated Zone Settlement Heave Treated Zone Treated Zone Depth(m) Depth(m) Untreated Zone 20 Untreated Zone 圖 未施加載重樁周土壤垂直變位量 -(a) 單樁 (b) 三支樁 66

82 Vertical distance from ground surface (m) Horizontal distance from the center of jet grout column (m) Vertical displacement of soil (mm) Column surface 單支改良樁三支改良樁 -60 圖 未施加載重之樁頂沉陷量 Horizontal distance from the center of jet grout column (m) 灰色部分為塑性區 5 Jet Grout Column 圖 未施加載重之土壤塑性區 - 單樁 67

83 Vertical distance from ground surface (m) Horizontal distance from the center of jet grout column (m) 灰色部分為塑性區 5 Jet Grout Column 圖 4.16 未施加載重之土壤塑性區 - 三支樁 68

84 圖 鑽孔灌漿機施工載重與未施加載重之樁周土壤水平變位比較圖 -(a) 單樁 (b) 三支樁 69

85 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement Horizatal distance of loading from the column surface (at ground surface) drilling machine no surcharge loading 圖 鑽孔灌漿機之施工載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 單樁 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement Horizatal distance of loading from the column surface (at ground surface) drilling machine no surcharge loading 圖 鑽孔灌漿機之施工載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 三支樁 70

86 圖 水泥筒倉 -SMW 工法配置圖 ( 日本 SMW 工法協會,1983) 71

87 載重位置 圖 載重位置 - 距離 5m ( 單樁 ) 載重位置 圖 載重位置 - 距離 5m( 三支樁 ) 72

88 圖 施工材料載重與未施加載重之樁周土壤水平變位比較圖 -(a) 單樁 (b) 三支樁 73

89 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement Horizatal distance of loading from the column surface (at ground surface) (a) 5m 8m 10m no surcharge loading 圖 施工材料載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 單樁 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement Horizatal distance of loading from the column surface (at ground surface) (b) 5m 8m 10m no surcharge loading 圖 施工材料載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 三支樁 74

90 載重位置 圖 載重位置 - 一戶, 載重 60 噸 ( 單樁 ) 載重位置 圖 載重位置 - 一戶, 載重 60 噸 ( 三支樁 ) 75

91 圖 鄰近結構物載重與未施加載重之樁周土壤水平變位比較圖 -(a) 單樁 (b) 三支樁 76

92 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement Horizatal distance of loading from (a) the column surface (at ground surface) 一戶二戶三戶四戶 no surcharge loading 圖 鄰近結構物載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 單樁 Vertical displacement of soil (mm) Horizontal distance from the surface of jet grout column (m) settlement Horizatal distance of loading from the column surface (at ground surface) (b) 一戶二戶三戶四戶 no surcharge loading 圖 鄰近結構物載重與未施加載重地表沉陷量比較圖 - 三支樁 77

93 第五章 結論與建議 5.1 結論 本研究針對高壓噴射灌漿於軟弱黏土層中進行地盤改良, 並考慮於噴射改良樁體尚未固結前, 施工載重與鄰近結構物之重量對鄰近地盤變位之影響 由研究結果可得以下結論 : 1. 在本研究設定之條件下, 高壓噴射灌漿改良樁樁體尚未固結發展強度前, 在無任何外加載重之條件下, 三支改良樁樁周土壤產生水平側向位移約為單支改良樁水平側向位移之 1.85 倍 ; 產生之鄰近地表沉陷量或改良樁樁頂沉陷量, 三支改良樁皆約為單樁之 4 倍 2. 考慮鑽孔灌漿機施工載重對高壓噴射灌漿改良樁樁體尚未固結發展強度前之影響, 發現鑽孔灌漿機對未固結之高壓噴射灌漿改良樁樁體鄰近地盤影響不大, 造成之地表沉陷量亦是, 故於施工時不必過於擔心鑽孔灌漿機對工程施工產生之影響 3. 進行工程材料之載重位置之分析, 發現放置位置愈接近未固結之改良樁, 鄰近地盤所受之影響愈大, 產生之變位量也愈大 故施工時應盡量將施工材料往非施工區堆放, 或打設樁基, 將載重分散 4. 鄰近結構物之重量對未固結改良樁鄰近地盤之影響, 會隨著地表載重的 78

94 增加, 鄰近改良樁未改良土側之側向位移隨之增加, 地表沉陷量也會隨之增加 5. 本研究於分析中發現不論是否有外加載重的影響, 都會產生未固結改良樁樁徑縮小的問題, 若考慮外加載重的影響, 未固結高壓噴射灌漿改良樁樁徑縮小的問題更加明顯 6. 進行高壓噴射灌漿, 樁體若產生縮徑時, 不僅無法使地盤改良完全, 若於此時進行深開挖工程, 可能會因為產生縮徑而未改良到之未改良區影響而產生垂直湧水 5.2 建議 1. 工程設計建議 : 針對本研究之結果提出之建議, 進行高壓噴射灌漿設計時, 若主要目的為止水效果, 建議應該加大重疊面積或是採用 100% 的重疊方式進行高壓噴射灌漿, 以避免因為改良樁樁徑縮小所產生之問題 2. 研究方向建議 : 本研究僅針對水泥筒倉放置位置進行分析, 後續可將水泥筒倉加做基樁進行分析, 探討加做基樁後對地盤之影響 79

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