載重試驗規劃經驗談 高秋振 / 富國技術工程股份有限公司徐明志 / 富國技術工程股份有限公司何樹根 / 富國技術工程股份有限公司摘要由於高層建築結構巨大柱載重需求, 同時地下開挖擋土連續壁之施工技術日漸成熟, 近年來國內採用連續壁單元 ( 簡稱 ) 作為承載上部結構垂直載重基礎, 以替代大口徑場鑄圓樁之案例已逐漸普遍, 使之承載力分析與載重試驗驗證成為工程界探討之重點 由於一般最小單元長度約為 2.5 公尺, 因而極限載重試驗最大荷重需求往往遠高於傳統上小型圓樁之載重試驗荷重需求, 目前錨樁反力式載重試驗最大荷重已可達 8 噸, 然而大荷重試驗過程中常遭遇預期外之事故或缺失, 輕者造成後續回饋分析時困擾, 重者則可能於試驗中因安全問題被迫提前停止加載試驗 根據近年來多處極限載重試驗規劃與分析經驗, 本文提出載重試驗規劃之注意事項, 並透過現場實際案例加以說明, 以供工程界規劃載重試驗時參考 一 前言 由於近年來高樓建築物之發展, 同時地下開挖擋土連續壁之施工技術日漸成熟, 採用連續壁單元作為承載上部結構垂直載重基礎, 以替代大口徑場鑄圓樁之案例已日漸普遍, 然過去受限於載重試驗反力設備之能力, 可供參考達極限破壞載重之試驗案例不多, 故之承載及變形行為有待進一步深入探討 有關台灣之應用發展與承載行為等相關案例與研究之初步彙整探討可參見俞清瀚等 (213) 之介紹 ; 而極限載重試驗案例分析可參見徐明志 高秋振等 (215) 之探討 隨著近年來科技之大幅進步, 以鋼筋計 變位計等儀器裝設於樁身不同深度, 監測基樁於試驗加載過程中應力與應變之行為, 可求得各代表地層之摩擦力與樁底地層之承載力, 以供後續工程基樁回饋設計 基樁試驗加載過程中各深度樁體傳遞之荷重 (P), 目前係由裝設於樁體不同斷面之鋼筋計量測得應變量變化與基樁性質所推算, 其推算式如下 : P = ε ( EcAc + EsAs ) -----------------------(1) 式中 :ε = 鋼筋計應變量變化值 Ec = 混凝土彈性係數 Ac = 混凝土截面積 Es = 鋼筋彈性係數 As = 鋼筋截面積依上述計算各深度間傳遞的荷重差, 除以深度間之樁周表面積, 即可求得兩深度之間的單位樁周摩擦力 (fs), 其推算式如下 : fs Pi Pi A Pi Pi 1 = 2( B + L) D 1 = 式中 :Pi = 基樁 i 斷面之傳遞荷重 --------------(2) 45
地下工程案例 Pi-1 = 基樁 i-1 斷面之傳遞荷重 B,L = 寬度與長度 D = 計算基樁 i 斷面至 i-1 斷面之長度 A = 樁周表面積基樁靜力載重試驗依反力設置方式一般可分為呆重式與錨拉式 呆重式靜力載重試驗, 其反力來源需依賴呆重, 通常多採用鋼錠或混凝土塊當作呆重 錨拉式靜力載重試驗, 其反力是利用鋼筋將反力鋼梁與周邊的基樁錨定, 提供載重反力 由於一般最小單元長度約為 2.5 公尺, 因而載重試驗最大荷重需求往往遠高於傳統上小型圓樁之載重試驗荷重需求, 目前國內錨拉式反力設置最大載重已可達 8, 噸, 然而大荷重試驗過程中常遭遇預期外之事故或缺失, 輕者造成後續回饋分析時困擾, 重者則可能於試驗中因安全問題被迫提前停止加載試驗 根據近年來多處極限載重試驗規劃與分析經驗, 本文提出載重試驗規劃之注意事項, 並透過現場實際案例加以說明, 以供工程界規劃載重試驗時參考 圖 1 兩支錨樁方式 ( 摘自和社試樁計畫書 ) 二 之載重試驗規劃 2.1 試驗主樁與錨樁之配置針對基樁大載重試驗 (5,~8, 噸 ), 國 內錨拉式反力設置常用的配置有二拉一或四拉 一兩種型式 二拉一係以兩支錨定反力鋼 梁提供試驗主樁載重反力 ( 圖 1), 考量錨定鋼 筋數量與排列長度, 每支一般約需 3.5~4.5 公尺, 加上中央主反力鋼梁之空間 ( 無法設置 錨錠鋼筋 ), 兩支錨樁各約需 5~6 公尺長, 寬度 則視副反力鋼梁厚度而訂, 一般約需.8~1. 公 尺, 深度則依試驗載重需求與地層容許抗拔摩 擦力計算 四拉一則是以四支錨定反力鋼梁提供 試驗主樁載重反力 ( 圖 2), 考量錨定鋼筋數量 與排列長度, 每支一般約需 2.5 公尺, 寬 度與深度之考量同二拉一型式 圖 2 四支錨樁方式 ( 摘自和社試樁計畫書,211) 二拉一的優點是錨定力較集中, 副反力鋼梁承受彎矩力較小 ; 四拉一的優點則是距離試驗樁較遠, 應力相互之影響較小, 且錨樁各多一側短邊可提供抗拔摩擦力, 因而經濟效益較高 目前國際主要規範規定或要求試驗樁與錨樁淨距約介於 2.5~5 倍樁徑, 惟尚無對或長條型試驗樁訂定相關規定, 因而目前國內試樁規劃時, 除了參考圓樁規範之精神外, 主要依反力鋼梁之尺寸, 儘量將錨樁配置遠離試驗樁, 以減少其應力相互之影響 46
載重試驗規劃經驗談 2.2 試驗主樁之樁頭保護由於最大試驗載重經常需超過 4~5 噸以上, 必需採用 1~14 只油壓千 斤頂, 目前常用之油壓千斤頂每只直徑約 5 公 分, 因此一單元尺寸.8~1.m x 2.5m 之樁 頂面積不足以平均佈設油壓千斤頂 若勉強佈 設油壓千斤頂後, 往往因施力不均造成試驗過 程中產生樁頂受力偏斜而導致千斤頂漏油, 甚 至樁頂材料破壞而未達試驗目的 因此一般需 設置較大尺寸之樁帽或擴座, 擴座尺寸則視最 大試驗載重需要油壓千斤頂數量而調整, 一般 約為 1.2~1.5m x 2.7~3.m, 且隨樁帽之擴大必 需加強擴座內之配筋, 如圖 3 所示 值得注意 的是擴座之鋼套筒 ( 如照片 1), 主要為混凝土 澆灌時提供模板功能使用, 因矩形關係而不若 圓形鋼套管具有之圍束功能, 若欲加以使用時 則應設置多道拉桿, 如圖 4 所示 擴座內之加強配筋, 一般上無法在鋼筋籠 吊放 澆灌混凝土中一次完成, 因此需於樁頂 混凝土有足夠強度後進行二次施工製作完成 ( 如照片 2) 然而二次施工時, 於敲除樁頂劣質 照片 1 樁頭保護鋼套筒混凝土過程中, 應嚴謹避免損壞通過樁頂之監測電纜線等, 且需注意劣質混凝土打除及新舊混凝土面之接合性 由於二次施工製作樁帽或擴座較耗時耗力, 有施工承包商改以一次施作方式完成, 於混凝土澆灌至近地面時再套入鋼鈑及加強之配筋 為提供一次施作時套入擴座鋼鈑之作業空間, 導溝之製作亦需配合擴大, 如圖 4 所示, 惟試樁前此導溝應予敲除, 以免增加額外承載力 a. 樁帽平面圖 a. 長向剖面詳圖 b. 樁帽剖面圖 圖 3 二次施作方式配筋圖 b. 短向剖面詳圖 圖 4 一次施作方式配筋及導溝隔離詳圖 47
地下工程案例 此外, 一般之形狀因素而需採用 2 支 或更多之特密管同時澆灌混凝土, 但因試驗需 求樁頂需高出地面約 5~6 公分, 一次施作時 往往不利於澆灌混凝土並擠出劣質混凝土, 因 此有施工人員最後僅留下一支特密管澆灌混凝 土, 如此易導致劣質混凝土擠出不徹底或混凝 土不均質, 使後續載重試驗時發生樁頂材料破 壞之問題 照片 2 二次施作方式排筋後狀況 2.3 空打段摩擦力之隔離或扣除為使試驗載重能有效傳遞至有效樁身, 一 般可採用空打段摩擦力之隔離 扣除或降低之 方式, 分別說明如下 : (1) 空打段摩擦力之隔離 為減少空打段樁身之摩擦力, 一般上都想 到以帆布 夾板或保麗龍等再塗抹黃油潤滑 ( 如照片 3), 加以隔離空打段樁身與四周土壤, 甚至有廠商或顧問公司研擬特殊隔離裝置並申 請專利 然而根據筆者之經驗, 如同圓樁之試 驗結果, 摩擦力隔離效果不易掌握, 經常是 賠 了夫人又折兵, 尤其是隔離措施對於裝置於 近樁頂之鋼筋計增添了不易掌握之變數, 使 Ec 值回饋分析產生困難與不確定性 (Ec 值回饋分 析另見高秋振等,29) (2) 空打段摩擦力之扣除 由於上述空打段摩擦力隔離效果不易掌 握, 根據筆者之經驗, 於圓樁之條件下建議不 進行任何隔離處理, 而是於預定最大試驗載重 再加上空打段預估之摩擦力, 並於預定開挖面 裝置鋼筋計加以監測實際有效傳遞至 工程樁 預定樁頂 之載重 ; 或計算 空打段實際之摩 擦力, 然後再扣除之 然而因施作單元限 制, 不像圓樁可縮小樁徑進行試驗, 往往 因試驗反力設備能力限制了最大試驗載重之大 小, 若空打段摩擦力未降低, 常使載重試 驗未達真正的極限承載力, 則回饋設計時未能 達最佳效益 為降低空打段摩擦力且 Ec 值 回饋分析之影響, 筆者認為至少應打除近地表 之導溝與 PC 舖面 ( 如照片 4), 使試驗載重能有 效傳遞至樁身 照片 3 樁頂導溝之隔離 (3) 空打段摩擦力之降低 為減低試驗主樁空打段摩擦力, 可於樁身 混凝土有足夠強度後, 先以 Auger 鑽掘機之螺旋 鑽桿按圖 5 之位置 樁徑及深度鑽孔, 並於抽 出鑽桿之同時, 將已拌妥之皂土漿經由鑽桿之 空心軸藉壓力注入樁孔內 ; 此外, 亦可採用一般 CCP 地盤改良之鑽機與設備, 先以噴射水力切 割樁周土壤後再注入皂土漿, 藉由皂土漿形成潤 滑膜減低摩擦力及避免空打段整體懸空, 惟 本法之效果仍需視現場施工掌握程度而定 2.4 之鋼筋計配置由於基樁鑽掘過程中可能產生偏斜, 尤其 鑽掘傾斜岩層時容易偏斜 ; 另外, 採用錨樁反 力系統進行樁載重時, 因施工後錨樁與試驗樁 位置稍有差異, 或反力樑架設稍有偏心, 就會 造成試驗荷重加載時使基樁產生偏壓狀況, 並 導致鋼筋計應變量測值可能受偏心應力影響 48
載重試驗規劃經驗談 圓樁鋼筋計配置平面示意圖 RB5 RB8 RB6 RB7( 鋼筋計 ) 照片 4 近地表導溝與 PC 舖面挖空 a. 平面示意圖 圖 6 圓樁一斷面受偏心力時鋼筋計應力量測值 四支鋼筋計配置方式 八支鋼筋計配置方式 b. 剖面示意圖 鋼筋計 六支鋼筋計配置方式 1 鋼筋計 六支鋼筋計配置方式 2 圖 5 空打段摩擦力之降低方式圓樁之鋼筋計一般同一斷面裝設四支鋼筋計, 各呈 9 配置, 若同一鋼筋計斷面受偏心力時, 鋼筋計應變量測值一側會明顯增大, 而對稱之另一側則明顯變小 ( 如圖 6), 一般取該斷面所有鋼筋計平均應變量進行分析, 則偏心之影響因大小壓力可互抵而對試驗分析不致有影響 但若斷面中有鋼筋計異常而不計入平均時, 僅平均剩餘可用之鋼筋計量測值, 如此將錯估斷面之受 圖 7 之鋼筋計裝設配置平面示意圖力 此種情況下, 可將異常鋼筋計對稱位置的那組鋼筋計應變量刪除再進行平均計算 之鋼筋計一般同一斷面裝設四 ~ 八支鋼筋計 ( 如圖 7), 但由於受偏心應力時, 產生之偏壓不一定呈對稱關係, 因而不適宜採上述圓樁刪除方式 由於其偏心應力較為複雜, 異常鋼筋計處理方式目前仍有賴專業與經驗之判斷取捨, 建議後續各界可進一步研究 49
地下工程案例 2.5 採用連續壁作為錨樁若採用開挖擋土之連續壁作為錨樁使用, 或以工程樁作為錨樁使用, 安全係數需加大, 以避免錨樁拉出位移量過多, 或樁體混凝土開 裂, 而影響日後透水性或承載功能 以開挖擋土之連續壁作為錨樁使用, 可分 為部份 ( 或一半 ) 使用與全部使用, 如圖 8 與圖 9 部份使用連續壁作為錨樁, 即一側使用連續 壁作錨碇用, 另一側則以新增錨樁作錨碇, 因 而可節省錨樁數量一支或二支 若全部使用連 續壁作為錨樁, 除非開挖區是極狹長形 ( 需考 量現有反力樑長度 ) 使兩側連續壁皆可供錨碇 用, 否則在一般小載重試驗有選擇於連續壁角 隅處利用 L 型連續壁錨碇反力設施, 但由於不 對稱關係, 在較大載重試驗時有安全虞慮, 且 角隅處之施工土層擾動與應力互相影響下, 試 驗結果之代表性存疑 若地下開挖有設置扶壁或地中壁, 則可聯 合連續壁提供錨碇反力 ( 如圖 1) 另外, 若同 一工地同時有規劃多組試樁, 則可共用錨樁 ( 如圖 11), 若同時進行下壓與抗拔載重試驗, 需 考量錨碇鋼筋使用後切除之功能性, 所以一般 是下壓載重試驗先進行, 切除錨碇鋼筋後再進 行拉拔試樁 使用連續壁 扶壁或地中壁作錨碇用時, 需檢核其容許錨碇能力 一般較大載重試驗 時, 往往原設計擋土用之連續壁錨碇不足而需 額外加深長度 理論上可聯合兩側連續壁單元 分攤錨碇力量, 但由於單元間為搭接型式, 考 量水平傳力與施工不良等可能因素, 目前尚無 案例貿然嘗試 另外, 由於連續壁鋼筋需錨碇 至反力鋼樑, 因此連續壁之厚度一般需大於鋼 樑厚度 此外, 試樁區有座落於地下開挖區 ( 一般 即為建築物興建範圍 ) 內, 亦有座落於地下開 挖區外 若地層變化不大, 座落於開挖區外仍 具代表性 ; 而座落於開挖區內則試樁後隨地下 開挖需逐層敲除試開挖面以上之驗樁與錨樁樁 體, 因而額外増加費用與工期 圖 8 部份使用擋土連續壁作為錨樁之配置圖 ( 案例 ) 圖 9 全部使用擋土連續壁作為錨樁之配置圖 ( 案例 ) 圖 1 擋土連續壁與扶壁作為錨樁之配置圖 ( 案例 ) 圖 11 多組試樁共用錨樁配置圖 ( 案例 ) 5
載重試驗規劃經驗談 以上乃一般性評論, 除此以外尚需另評估 比較施工費用 連續壁單元施工分割及施作順 新莊案例 2-3 & 2-4 新莊案例 2-6 序等等, 以達最佳之效益 新莊案例 2-1 & 2-2 新莊案例 2-5 三 試驗案例 筆者曾參與台灣多處地區之試樁工作, 限 於篇幅, 以下特別針對近期開發案較多且較集 中之新北市板橋與新莊新開發地區, 彙整有關 載重試驗規劃資料與試驗成果 ( 詳表 1), 並分別介紹其載重試驗之案例 3.1 板橋區案例本案例基地位於新北市板橋區的一個都市 更新區域, 普遍簡稱為 新板橋車站特定區, 區域內有全臺第一個成型的四鐵共構 ( 高鐵 臺鐵 捷運 客運 ) 車站 萬坪都會公園及大 型廣場, 新北市政府各局處及中央政府轄下的 金管會 智慧財產法院 高鐵局 北區國稅局 等部會亦進駐於此, 未來則有大臺北歌劇院及 會展中心 觀光飯店的規劃, 並擁有多家複合 式購物中心或商場 本區約略位於台北盆地中央偏西南側 ( 詳 圖 12) 出露地層以第四紀全新的沖積層為主, 所含為未固結之泥沙和礫石, 綜合整理所完成 之鑽探資料, 本案例之簡化土層參數詳表 2 層別 板橋案例 1 板橋案例 A 圖 12 試驗案例位置圖 表 2 板橋區案例之簡化土層參數 地層概述 1 地表回填層 () 2 粉土質黏土層 () 3 4 5 6 粉土質中細砂層 (1) 粉土質黏土層或黏土質粉土層 (/ML) 粉土質中細砂層 (2) 黏土質粉土層或砂質粉土層 (ML) 黏土質粉土層或砂質粉土層 (ML) 7 卵礫石層 (GM) 分佈深度 ( 平均分佈深度 ) (GL-m) ~1.8 (~1.2).6~4.7 (1.2~3.3) 2.~21.3 (3.3~19.) 16.2~3.5 (19.~26.3) 22.5~46.3 (26.3~44.7) 平均厚度 S.P.T.-N ( 平均值 ) 1.2-2.1 15.7 7.3 18.4 26.55~36.2 2.7 42.8~49.7 (44.7~48.) 42.8~49.7 以下 (48. 以下 ) 3.3 1~8 (5) 2~32 (12) 3~25 (11) 1~38 (25) 11~34 (22) 12~23 (16) - >1 表 1 板橋區與新莊區試樁成果案例一覽表 地區 樁底地層 基樁施工工法 試樁尺寸 樁身之鋼筋計 樁底後灌漿方式 最大試驗荷重 極限承載力 最大試驗荷重樁頂沉陷量 備註欄 新北市板橋區 入卵礫石層 3.m 入卵礫石層 3.m 8cm 27cm 樁深 GL.-51.7m 8cm 27cm 樁深 GL.-51.8m 13 組 8 支 無 55t >55t 27.9mm 13 組 8 支 無 555t >55t 29.3mm 基地 A 入卵礫石層 3.2m 8cm 27cm 樁深 GL.-51.4m 8 組 8 支無 6t 48t 19.8mm 案例 1 粘土質粉土 12cm 27cm 樁深 GL.-58.5m 15 組 6 支 樁底 5m 灌漿 47t >47t 35.6mm 案例 2-1 粉土質粘土夾砂質粉土 12cm 27cm 樁深 GL.-58.5m 15 組 6 支無 44t >44t 32.7mm 案例 2-2 新北市新莊區 入卵礫石層 2.3m 入卵礫石層 2.3m 8cm 27cm 樁深 GL.-83.m 8cm 27cm 樁深 GL.-83.m 1 組 6 支無 62t >62t 51.4mm 案例 2-3 1 組 6 支 樁底高壓沖洗灌漿 68t >68t 61.6mm 案例 2-4 粘土質粉土 8cm 27cm 樁深 GL.-71.3m 1 組 6 支無 56t >56t 47.1mm 案例 2-5 粘土質粉土 8cm 27cm 樁深 GL.-7.m 9 組 6 支無 58t 56t 141.3mm 案例 2-6 51
地下工程案例 本案例基地內原已完成三組試樁作業, 但因其試樁規劃係因應樓高 14 層所需, 試樁皆僅為入卵礫石層 1m, 而最大試驗荷重為 27T, 扣除空打段的摩擦力, 有效試驗荷重僅為 22~26T; 若安全係數採用 2, 容許基樁承載力僅為 11T~13T, 然變更規劃為 47 層, 故該試樁成果並未能滿足此超高大樓基樁設計之高承載需求 因此應因本新建大樓較高荷重基樁設計需求, 另再進行一組壓力試驗, 試驗採用連續壁施工之, 尺寸約.8 2.7m, 入卵礫石層 3m, 樁深為 51.4m; 為配合 14 顆油壓千斤頂之放置, 試驗主樁樁頭於樁身混凝土到達規定強度後, 再施作劣質打除 鋼筋綁紮 混凝土澆置及必要之樁頭加強保護, 擴座樁頭尺寸為 3.8m 長 x1.5m 寬 試驗荷重依鄰近之試驗成果 ( 基地 A) 估計可達 55T 以上 考量經濟效益, 試驗區規劃於開挖區內, 並以開挖擋土連續壁作為試驗一側之錨碇使用, 另一側則以工作樁為錨樁, 試樁位置與配 置平剖圖詳圖 13~ 圖 15 與照片 5 此外, 為避免試樁時樁頂試驗荷重傳遞至預定開挖面下有效樁長之樁身摩擦力未能發揮到極限, 試驗前於樁頭四周進行約 6 孔空打段高壓水刀洗孔及填灌皂土漿作業, 以降低空打段之樁身摩擦力 試驗成果詳圖 16~ 圖 2, 試驗樁於樁頂最大試驗荷重 6T 時 ( 樁頂沉陷量約為 11cm, 詳圖 16), 樁底最大承載力達 6 t/m2, 但變位已超過 7cm, 樁底反力與變位之關係曲線 (q-w 曲線 ) 如圖 2 所示 全樁長極限承載力評估為 48T, 樁底變位約為 1.8cm, 其樁底反力發揮約 183 t/m2, 工作樁設計時建議之極限底承載力採 18 t/m2 而設計樁頂 GL.-17.9m 以下部份基樁之極限承載力 約為 38T 根據試驗結果, 針對長期載重狀況, 安全係數可採用 2. 時, 其容許下壓承載力為 19T; 參考試樁實測荷重 - 變位曲線, 在此容許承載力下之沉陷量約為 9.5mm 圖 13 板橋案試樁位置平面圖 圖 15 板橋案試樁配置平面圖 圖 15 板橋案試樁配置平面圖 圖板橋案試樁配置立面圖 圖 14 板橋案試樁配置立面圖 照片 5 板橋案試樁照片 52
載重試驗規劃經驗談 6 4 2 2 4 6 8 12 1 8 21 Depth belowpile top 3.2 新莊區案例 主, 所含為未固結之泥沙和礫石, 綜合整理各 本區域約略位於台北盆地中央偏西北側 ( 基地所完成之鑽探資料, 本區域之卵礫石層深 8 6 4 2 2 4 6 8 2 2 4 4 6 6 8 8 1 2 21 12 12 12 1 1 8 8 6 6 4 4 2 Depth belowpile top Depth belowpile top Time-Loading Elastic Deflection Plastic Deflection Time-Loading 126 84 Time(min) 1 2 3 6 4 5 Plastic Deflection 168 42 Time-Loading Plastic Deflection Time-Deflcetion Load-Deflection Time-Loading Plastic Deflection Elastic Deflection Time-Loading Elastic Deflection 21 168 126 84 42 Time(min) 21 168 126 84 42 Time(min) 21 168 126 84 Time-Deflcetion Time(min) Time-Deflcetion Elastic Deflection 3 4 5 1 2 6 1 2 3 4 5 6 Elastic Deflection 1 2 3 4 5 6 42 Load-Deflection Load-Deflection Loading (tons) SPT-N TPC1 圖 16 圖板橋案試樁成果四象限圖 16 板橋案試樁成果四象限圖 1 2 3 4 5Log 圖 16 板橋案試樁成果四象限圖 Loading (tons) SPT-N TPC1 Loading (tons) SPT-N Friction (t/m 2 Legend Loading ) SPT-N TPC1 1 2 Friction 3 (t/m 4 2 (tons) ) 1 2 3 4 5 SPT-N Log TPC1 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5Log TPC1 1 Friction 2 (t/m 3 2 ) 4 1 2 3 4 5 3 Log Loading 1 2 (tons) 3 4 5 6 SPT-N SPT-N TPC1 1 2 3 TPC1 4 5Log 1 2 3 4 1 2 3 4 5Log 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5Log 1 4 1 Legend Loading (tons) Legend 44 Loading Legend Loading (tons) 3 48 (tons) 3 4 52 1 3 4 1 1 1 44 56 4 1 44 1 2 48 6 44 2 48 52 48 52 56 52 56 2 6 56 2 2 6 2 2 6 2 3 3 Legend Pile top loading(ton) 3 3 3 3 3 3 5 t Legend Pile top 15 loading(ton) t Legend Pile top loading(ton) 4 Legend Pile top loading(ton) 4 25 t 5 t 5 t 5 t 15 35 tt 15 t 15 t 4 4 25 44 tt 4 4 4 25 t 4 25 t 35 52 tt 35 t 35 t ML/ ML/ 44 6 tt 44 t 44 t 5 52 t 5 52 t 52 t ML/ GW ML/ ML/ GW ML/ 6 6 t t ML/ ML/ 6 t 5 5 5 5 5 5 GW GW 圖 17 板橋案不同深度之樁身荷重傳遞曲線圖 GW GW GW 圖 17 圖板橋案不同深度之樁身荷重傳遞曲線圖 17 圖 17 Skin Friction(t/m 2 ) 1 2 3 Skin Friction(t/m 2 4 5 Skin Friction(t/m 2 ) ) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 8 6 4 2 12 1 2 8 4 6 6 4 2 8 2 4 6 8 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 圖 12), 基地出露地層以第四紀全新的沖積層為 168 84 42 Time-Deflcetion Time(min) 圖 16 板橋案試樁成果四象限圖 126 1 2 3 4 5 6 Depth belowpile top Skin Friction(t/m 2 ) 1 2 3 4 5 Time-Deflcetion Plastic Deflection 1 2 3 4 5 6 Load-Deflection Load-Deflection 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 5 1 15 2 Shaft 25Movement(mm) 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 5 1 15 2 25 3 35Shaft 4 Movement(mm) 45 Shaft 5 Movement(mm) 55 6 65 7 75 8 85 9 Shaft Movement(mm) 圖 18 各地層單位摩擦力 - 變位曲線圖圖 18 18 圖 18 各地層單位摩擦力 -- 變位曲線圖 - 變位曲線圖 Depth belowpile top Depth belowpile Depth top belowpile top 12 Legend Depth(M) Legend GL-2.~-17.9 Depth(M) m Legend Depth(M) Legend Depth(M) GL-2.~-17.9 GL-17.9~-28.5 m GL-2.~-17.9 m GL-2.~-17.9 m GL-17.9~-28.5 GL-28.5~-48.2 m GL-17.9~-28.5 m GL-17.9~-28.5 m GL-28.5~-48.2 m GL-48.2~-51.4 GL-28.5~-48.2 m GL-28.5~-48.2 m GL-48.2~-51.4 m GL-48.2~-51.4 m GL-48.2~-51.4 m Bottom pressure (T/m 2 ) 1 2 3 Bottom pressure 4 (T/m 2 5 ) 6 7 Bottom pressure (T/m 2 ) 度約於地表下超過 8 公尺, 各基地之簡化土層參數與地層分佈深度如表 3 試驗區規劃於開挖區外, 並新作四支為錨樁, 僅案例 2-5 因開挖區外空間不足而部份試驗區跨越至開挖區內, 但該試樁工程為設 計前期進行, 擋土連續壁尚未施作, 因而並不影響, 其試樁位置詳圖 21 此外, 案例 2-3 與 2-4 為同一開發單位照片 5 板橋案試樁照片, 考量試樁作業空間與經濟 效益, 試樁規劃於兩基地交界處且共用一側錨 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Friction (t/m 2 ) SPT-N TPC1 1 2 3 4 1 2 3 4 5Log 照片 5 板橋案試樁照片照片 5 板橋案試樁照片 樁 (2 支 ), 其試樁位置詳圖 22 Depth belowpile top Bottom pressure (T/m 2 ) 圖 19 板橋案樁身單位摩擦力分佈圖 GW 圖圖 19 19 19 板橋案樁身單位摩擦力分佈圖 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 Bottom 4 Movement 5(mm) 6 7 8 9 1 2 3 4 Bottom Movement Bottom 5 Movement (mm) 6 (mm) 7 8 9 Bottom Movement (mm) 圖 2 樁底承載力 - 變位曲線圖 2 圖 2 樁底承載力 - 變位曲線圖 53
地下工程案例 根據結構價值工程評估結果, 本區域六處 基地皆採用連續壁單元作為承載上部結構垂直 載重基礎, 但由於卵礫石層深度甚深, 若 承載於卵礫石層內, 以靜力公式估算承載 力甚高, 以當時 (211~212 年 ) 國內錨拉式反 力設置最大載重上限約達 6, 噸而言, 可能試 驗未能達極限承載力, 因此建議以摩擦樁設計 由於案例 2-1~ 案例 2-4 皆於同一期規劃 與試驗 (1 年 9 月 ), 試驗前本區域並無合適 之試驗案例可供參考, 因而係以靜力公 式估算承載力, 根據建築結構柱載重需 求, 規劃各基地之試樁深度約分別為 58.5m( 案 例 2-1 與案例 2-2) 與 83.m( 案例 2-3 與案例 2-4), 再訂定最大試驗荷重分別約為 4, 與 6,T 試驗成果 ( 詳圖 23) 顯示, 案例 2-1( 照片 6) 與案例 2-2 試驗樁於樁頂最大試驗荷重 4,4~4,7T 時 ( 樁頂沉陷量約為 3.5cm), 樁 頂載重與變位之關係曲線顯示仍未達極限 ; 案 例 2-3 與案例 2-4 試驗樁於樁頂最大試驗荷重 6,2~6,8T 時 ( 樁頂沉陷量約為 5~6cm), 樁 表 3 新莊區案例之簡化土層參數 圖 21 案例 2-5 試樁位置圖 2-5 2-6 2-1 2-2 2-3 2-4 S.P.T. N ( ) S.P.T. N ( ) 1 地表回填層 () ~8. 2~7 8~>5 ~5. (3) (-) 2 粉土質黏土層 () 8.~9.8 4 3~6 5.~11.4 (4) (4) 3 粉土質細砂層夾粉土質 9.8~28.5 5~19 11.4~32.1 12~24 黏土層 ( 夾 ) (18) 4 粉土質黏土層 () 28.5~34. 1~11 8~13 32.1~38.4 (1) (11) 5 粉土質細砂層夾細砂質 34.~37.5 12~17 38.4~41.9 19~41 黏土層 ( 夾 ) (15) (3) 6 黏土質粉土層或粉土質 8~12 37.5~45. 41.9~47.5 11~22 黏土層 (ML 或 ) (1) (15) 7 細砂質粉土或粉土質細 45.~5. 12~21 35 47.5~49. 砂層 (ML 或 ) (17) (35) 8 粉土質黏土層 () 5.~56. 1~13 49.~58.9 11~34 9 1 粉土質細砂層夾粉土質黏土層 ( 夾 ) 黏土質粉土層夾粉土質細砂層 (ML 夾 ) (11) 56.~62.9 19~33 (25) 62.9~71.3 14~22 (18) 11 粉土質細砂層 () 71.3~>9 26~52 (32) (18) 27 (27) S.P.T. N ( ) S.P.T. N ( ) S.P.T. N ( ) 3~5 7~8 2~3 ~4.8 ~7. ~5.2 (4) (8) (2) 5~8 5~7 3~8 4.8~11.7 7.~12.3 5.2~17.5 (7) (6) (6) 11.7~29. 3~16 12.3~29.3 5~16 17.5~25.5 5~12 (9) 9~1 5~8 29.~31.7 29.3~32.4 25.5~34.3 6~15 (1) (7) (9) 31.7~42.2 11~38 32.4~42.9 9~35 34.3~41.6 18~23 (2) 42.2~45.9 12~14 42.9~45.5 12~15 41.6~49. 7~17 (13) (14) (13) 45.9~49.5 11~22 (17) 49.5~53.2 18~19 (19) 53.2~ 15~39 >65.5 45.5~48.2 24~29 (27) 48.2~52. 17~21 (19) 49.~59. 16~29 (22) 52.~ 58.9~61.8 2~>5 59.~66. 16~26 >65.5 (22) 61.8~73.8 19~>5 - - - - 66.~76. 15~18 73.8~ >8.65 44~56 (5) 圖 22 案例 2-3 與 2-4 試樁位置圖 (16) - - - - 76.~8.7 43 12 卵礫石層 (GW) - - - - - - - - 8.7~ >5 54
載重試驗規劃經驗談 Deflection(mm) 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 1 15 11 115 12 125 13 135 14 145 Loading(tons) 5 1152253354455556657 Legend Title 案例 H11 2-1 案例 H111 2-2 案例 H112 2-3 案例 H113 2-4 案例 H822-5 案例 H882-6 計畫案樁底灌漿樁深最大載重案例編號樁深 H11 8 月最大載重 2 58.5 日樁底灌漿 44 H111 案例 2-1 不灌漿 58.5m 47t 58.5 樁底 48 5m 灌漿 H112 案例 2-2 不灌漿 58.5m 44t 83. 62 無 H113 案例 2-3 983.m 月 62t 13 83. 日 6831.2 無 H82 案例 2-4 不灌漿 83.m 68t 71.3 樁底高壓沖洗灌漿 56 H88 案例 2-5 不灌漿 71.3m 56t 7. 58 無 案例 2-6 7.m 58t 無 圖 23 新莊區試樁成果圖 例 2-6 試驗樁於樁頂最大試驗荷重 5,6T 以後, 樁頂沉陷量明顯增大, 並於 5,8T 時難以保持試驗載重而沉陷量急速增大, 因而判定已達極限承載力, 針對長期載重狀況, 安全係數採用 2. 時, 其容許下壓承載力為 2,8T, 對應之沉陷量分別約為 13mm 與 15mm, 因而評估此沉陷量尚可接受 四 結論與建議 (1) 由於最小單元約為 2.5 公尺長, 因而極限載重試驗最大荷重需求往往遠高於傳統上小型圓樁之載重試驗荷重需求, 考量大荷重試驗過程中常遭遇預期外之事故或缺失, 載重試驗宜謹慎規劃 (2) 之載重試驗規劃應注意之項目包括試驗主樁與錨樁之配置 試驗主樁之樁頭保護 空打段摩擦力之隔離或扣除 之鋼筋計配置 採用連續壁作為錨樁等 (3) 當試驗規劃合宜, 不僅可供回饋基樁最佳設計, 取得經濟 安全的設計, 亦可預先瞭解施工中可能產生之缺失, 俾於工程樁施工中可加以避免或改善 照片 6 案例 2-1 試樁照片頂載重與變位之關係曲線亦顯示仍未達極限, 但針對長期載重狀況, 安全係數採用 2. 時, 其容許下壓承載力分別為 3,1T 與 3,4T; 參考試樁實測荷重 - 變位曲線, 在此容許承載力下之沉陷量分別約為 17mm 與 21mm 隨後再規劃案例 2-5 與案例 2-6 試驗時, 建築結構柱載重需求最大亦約達 3,T, 惟考量上述案例容許承載力下之沉陷量稍大問題, 因而縮短試驗樁深度, 分別為 7m 與 71.3m, 並訂定最大試驗荷重約為 5,5T 試驗成果 ( 詳圖 23) 顯示, 案例 2-5 試驗樁於樁頂最大試驗荷重 5,6T 時, 樁頂沉陷量約為 4.7cm; 而案 參考文獻 [1] 高秋振 何樹根 (29), 樁體彈性係數對 基樁載重試驗分析之影響探討, 第十三屆 大地工程研討會論文集, 宜蘭 [2] 徐明志 高秋振 鄺柏軒 俞清瀚 陳正興 (215), 矩形極限載重試驗案例分析 與探討 ", 地工技術, 第 143 期 [3] 俞清瀚 徐明志 簡進龍 (213), 台灣壁 式基樁之應用發展與案例介紹 ",213 海峽 兩岸地工技術 岩土工程交流研討會, 台北 [4] 和社工程有限公司 (211),H11 & H111 基 樁抗壓載重試驗計畫書 誌本文撰寫期間蒙富國公司同事提供許謝多寶貴資料與意見, 在此特表誌謝 55