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1.1 依據 本規範依建築技術規則建築構造編(以下簡稱「建築構造編」)第五 十六條之二規定訂定之。 1.2 適用範圍 本規範適用於一般建築物構造之地基調查、基礎設計與施工。如引用 特別調查、試驗、研究及特殊技術,而能證明建築物基礎符合安全使 用之目的者,得不依本規範辦理。 特殊地盤之建築,如山坡地等,除依照本規範外,應另遵照其他相關 規範之規定辦理。 1.3 專業判斷 本規範所列之大地工程調查、試驗規劃、設計分析、施工監測及安全 評估準則,乃基於學理及工程實務經驗所訂之一般性準則,使用時仍 應針對工程實際情況作必要之專業判斷。 1.4 基礎型式 基礎構造分為下列二種基本型式︰ 1 淺基礎︰利用基礎版將建築物各種載重直接傳佈於有限深度之地層 上者,如獨立、聯合、連續之基腳與筏式基礎等。 2 深基礎:利用基礎構造將建築物各種載重間接傳遞至較深地層中者 ,如樁基礎、沉箱基礎、壁樁與壁式基礎等。 1.5 基礎支承力 基礎之支承力應依基礎型式作下列力學方面之考慮︰ 1 作用於直接基礎之各種載重,係由基礎底面之垂直反力、底面摩擦 阻力及基礎版前之側向反力承擔。 2 作用於樁基礎之各種載重係由樁之底面垂直反力、樁身表面摩擦力 及側向反力承擔。 3 作用於沉箱基礎之各種載重係由沉箱底面之垂直反力、底面摩擦阻 力及側向反力承擔。 4 綜合基礎構造係指採用前述兩種以上之基礎型式共同支承上部結構 物之載重。 1.6 基礎之規劃設計原則 1 基礎之設計,主要在選擇合適之基礎型式及尺寸,以確保所支承之 建築構造物不致發生不可接受之變形或傾斜,而符合建築物之使用 需求。 2 基礎之設計應充分考慮整體結構系統之均衡性,並適度考量所支承 建築物之使用目的、規模、重要性及使用年限等因素。 4 辦理基礎設計時,應充分瞭解基地地層狀況、地下水位變化、以及 地層在受基礎載重後之變形行為。 5 辦理基礎設計時,應先確實調查基地鄰近構造物之基礎狀況、地下 構造物及各項設施之位置與實際狀況,作為設計其保護措施之依據 。 6 基礎之設計應同時考慮施工之可行性及安全性,其施工不得影響基 地之四周環境、道路與公共設施等之正常使用。 2.1 一般說明 建築物基礎設計應考慮之載重可分為靜載重、活載重、風力、地震力 、上浮力、土壤及地下水之作用力、振動載重以及施工期間之各種臨 時性載重等。 基礎地層承受之最大基礎壓力視載重作用方向、分佈以及偏心等而定 。 基礎設計時應考慮建築物不同階段中可能同時發生之載重組合,作為 設計之依據。 2.2 靜載重 靜載重除依「建築構造編」第十條至第十五條之規定計算建築物靜載 重外,並應包括基礎本身之重量以及基礎上方回填材料之重量。 2.3 活載重 活載重應依「建築構造編」第十六條至第三十一條之規定計算。若有 特殊載重之建築物應依實際載重情形計算之。 2.4 風力及地震力 建築物所受之風力及地震力,應分別依「建築構造編」第一章第四節 及第五節之規定計算。基礎之設計應考慮上述載重所增加於基礎之壓 力、上拔力及側向作用力之影響。 地震時有土壤液化可能之建築基地,必要時建築物基礎應考慮液化後 基礎承載力驟減及土壤流動所造成之影響。 2.5 上浮力 建築物基礎若在地下水位以下,應核算地下水浮力對建築物之上舉作 用。地下水位應考慮最不利之情況,包括季節性變化與其他環境因素 所造成之影響。 施築中之建築物尤須隨時查核建築物總重量是否大於上浮力,以防上 浮。 2.6 土壤及地下水之側向作用力 建築物及基礎所受之土壤及地下水之側向作用力應依基地狀況審慎估 計之,並須注意地形原因所造成之不對稱作用力。 2.7 振動載重 建築物受有振動載重者,基礎設計應考慮振動載重之影響,將其加於 活載重內。 對於基礎長期承受振動載重者,應同時根據振動載重特性,評估振動 對基礎地層性質之影響。 2.8 施工載重 建築物基礎之設計,應視基礎型式、施工方法、施工步驟與擬採用之 施工機具等,考慮施工期間各階段對基礎產生影響之各種臨時性載重 。 實際施工時所採用之機具、方法與步驟如與原假定情形不同,應重新 加以檢討。 2.9 載重組合 1 對於建築物基礎之支承力與沉陷量分析、擋土牆或邊坡之穩定性分 析等,原則上應分別採用下列載重組合進行檢核: (1)長期載重狀況: 基礎設計應考慮之長期載重,包括靜載重、活載重、常時土壓、 靜水壓及上浮力(常時水位),以及其他因地盤沉陷或側向變位 所引致之載重等,其中活載重應包括一般狀況下經常發生之活載 重。 (2)短期載重狀況: 基礎設計應考慮之短期載重,除包括上述長期載重狀況中各單項 載重在建築物使用期限內之最大及最小載重組合外,並應考慮風 力、地震力、振動載重及施工載重之影響。各單項臨時載重之最 不利載重情況,原則上應考慮與其他各項常時長期載重或經常可 能發生之載重狀況作必要之載重組合,供設計分析使用。 2 基礎構材之設計,凡其應力得自工作載重分析者,應以容許應力法 進行設計;其應力得自極限載重分析者,應參照「建築構造編」之 極限強度法進行設計,惟所使用材料之規定極限強度應考慮基礎施 工之條件及品質而作適當之折減。 2.10 基礎抗浮之安全性 建築基礎受有上浮力作用時,其抗浮安全係數為建築物整體抗浮能 力與基礎底面所受上舉水壓力之比值。設計分析時,應視工程性質 、水文地質環境及可能之變異性,審慎評估基礎抗浮之安全性。 3.1 調查要求 3.1.1 一般說明 地基調查之目的,旨在取得與建築物基礎設計、施工以及使用期間 相關之資料,包括地層構造、強度性質及鄰近地形、地物、地震、 水文狀況與周圍環境等。 所有建築物基地均應依據第 3.1.2 節所列之考慮要素,兼顧建築 物安全經濟之設計要求,配合建築物規劃設計與施工之階段,擬定 調查計畫,進行調查並作出報告。 3.1.2 考慮要素 建築物地基調查計畫須綜合考慮下列各項要素而編擬之︰ 1 可資參考資料之完整性及正確性。 2 建築物之使用類別。 3 建築物之樓層數、基地面積及開挖深度。 4 基地地質構造及土壤性質之變異性。 5 建築物及其他設施之型式與特性。 6 建築物及其他設施之初步基礎設計。 7 基地之環境因素,包括地震、振動、降雨、洪水、地形、地下水 、鄰近建築物、地下障礙物與公共設施等狀況。 8 建築物之預定施工方法。 9 調查方法之適宜性。 3.1.3 一般要求 1 地基調查以取得與建築物基礎設計及施工相關之資料為目的。所 有建築物基地均應辦理地基調查,以資料蒐集、現地踏勘與地下 探勘及試驗等方法為之,其中地下探勘方法包含鑽孔、圓錐貫入 孔及探查坑。 2 四層以下非供公眾使用建築物之基地,如基地面積為六百平方公 尺以內,且基礎開挖深度為五公尺以內及無地質災害潛勢者,得 引用鄰地既有可靠之地下調查資料代替地下探勘調查。 3 除符合上款之情形者外,均須進行地下探勘。 4 基礎施工期間,如發現實際地層狀況與原設計假定不一致或基礎 安全性不足時,應即依據實際情形辦理補充地下探勘及配合變更 設計。 3.1.4 特殊要求 建築基地有下列情形之一者,應分別增加調查內容: 1 五層以上建築物或供公眾使用之建築物位於砂土層有土壤液化之 虞者,應辦理基地地層之液化潛能分析。 2 位於坡地之基地,應配合整地計畫,辦理基地之穩定性調查。位 於坡腳平地之基地,應視需要調查基地地層之不均勻性。 3 位於谷地堆積地形之基地,應調查地下水文、山洪或土石流對基 地之影響。 4 位於其他特殊地質構造區之基地,應辦理特殊地層條件影響之調 查。 3.2 調查方法 3.2.1 一般說明 1 地基調查應視設計或施工之需要、地層情形與當地環境等因素, 選用適當之方法。對於同一目的之調查,必要時應採用兩種以上 不同之方法為之,以供評估調查結果之可靠性與可信度。 2 調查時應考慮地盤之不均勻性、測定值之變異、試驗與測定方法 所致之差異,以及地下水位或水壓變動等所致之影響。 3.2.2 調查步驟 建築物基地之調查可配合建築計畫之規劃設計及施工作業階段逐步 辦理,調查之精度由低至高,並視工程之重要性與地層之複雜性, 採取不同之步驟。調查步驟包括資料蒐集、現場踏勘、初步調查與 細部調查。為特殊目的或施工之需要,亦可再進行特殊調查、補充 調查或施工環境調查。 3.2.3 調查範圍、點數與深度 調查範圍、調查點之數量、位置與深度,應依建築計畫作業階段、 地盤之複雜性、建築物之種類、規模及重要性等訂定之。 1 調查範圍 調查範圍至少應涵蓋建築物基地之面積,及其四周可能影響本基 地工程安全性之範圍;若以鄰產保護為目的而作之調查,其調查 範圍應及於施工影響所及之範圍。 2 調查點數 地基調查密度應視工程性質及對基地地質條件之了解程度而定, 規劃必要之調查方法及調查點數。原則上,基地面積每六百平方 公尺或建築物基礎所涵蓋面積每三百平方公尺者,應設一處調查 點,每一基地至少二處,惟對於地質條件變異性較大之地區,應 增加調查點數。對於大面積之基地,基地面積超過六千平方公尺 或建築物基礎所涵蓋面積超過三千平方公尺之部份,得視基地之 地形、地層複雜性及建築物結構設計之需求調整調查密度。 3 調查深度 調查深度至少應達到可據以確認基地之地層狀況、基礎設計與施 工安全所需要之深度。一般情況下,可採下列原則: (1)淺基礎基腳之調查深度應達基腳底面以下至少四倍基腳寬度之 深度,或達可確認之承載層深度。 (2)樁基礎之調查深度應達樁基礎底面以下至少四倍基樁直徑之深 度,或達可確認之承載層深度。 (3)沉箱基礎之調查深度應達沉箱基礎底面以下至少三倍沉箱直徑 或寬度之深度,或達可確認之承載層深度。 (4)對於浮筏基礎或其他各類基礎座落於可能發生壓密沉陷之軟弱 地層上時,調查深度至少應達因建築物載重所產生之垂直應力 增量小於百分之十之地層有效覆土壓力值之深度,或達低壓縮 性之堅實地層。 (5)對於深開挖工程,調查深度應視地層性質、軟硬程度及地下水 文條件而定, 至少應達 1.5 ~2.5 倍開挖深度之範圍,或達 可確認之承載層或不透水層深度。 3.2.4 調查方法 建築物基地之調查與試驗方法應依規劃、設計及施工之需求而定, 原則上應根據國家標準之規定辦理。國家標準尚無規定者,得依據 符合調查目的之相關規範實施,亦可參考內政部建築研究所之「工 址地盤調查準則」辦理。 3.3 調查報告 3.3.1 一般說明 地基調查報告應針對工程目的,敘述與工程設計、施工及建築物長 期利用相關之地層狀況與長期變化,並就大地工程之基本特性,如 地層之複雜性、調查與試驗之侷限性、力學理論之限制性、工程施 工之變異性與可能之困難等作必要之說明。 3.3.2 報告內容 建築物地基調查報告應分為紀實與分析兩部分,其內容依設計需要 決定之。 1 紀實部份包括下列內容︰ ‧工程之說明 ‧基地概述 ‧引用之既有文獻及資料 ‧調查目的 ‧工作範圍 ‧基地環境 ‧調查方法及說明 ‧調查點之位置、高程及地層柱狀圖 ‧地下水文 ‧現地試驗及探測結果 ‧取得樣品及室內試驗結果 ‧特殊調查試驗 ‧調查過程相片 ‧地質剖面圖、地層分類及描述 ‧地層綜論 2 分析部份包括下列內容︰ ‧計劃工程設施概述 ‧區域性潛在地質不利因素概述 ‧簡化之地層剖面及承載層 ‧建議之地層大地工程參數 ‧建議之基礎型式及設計準則,至少應包括基礎深度、支承力及 對鄰地與建築物之影響 ‧推估之建築物最大沉陷量、差異沉陷量,及對建築物之影響 ‧基礎施工應注意事項及安全監測項目 ‧進一步調查之內容 3 必要時尚應包括下列項目︰ ‧基礎開挖、擋土及支撐方式建議 ‧擋土開挖穩定性分析 ‧對基地挖填方法之建議 ‧基地地震液化潛能評估及其影響 ‧地層改良之需要性及對改良方法之建議 ‧邊坡之穩定性及穩定工法建議 ‧施工中排水及降水之建議 ‧沉陷速率之預估。 4.1 淺基礎設計 淺基礎之型式包含獨立基腳、聯合基腳、連續基腳及筏式基礎等,設 計時應視載重情況、地層條件及結構需求等選擇適用之基礎型式。 淺基礎應置於合適之承載地層上,以提供足夠之支承力,並使基礎不 致發生過大之沉陷、滑動與轉動,且避免受溫度、地層體積變化或沖 刷之影響,位於地震區則應考慮地震之影響。 4.1.1 獨立基腳 獨立基腳係用獨立基礎版將單柱之各種載重傳佈於基礎底面之地層 。 獨立基腳之載重合力作用位置如通過基礎版中心時,柱載重可由基 礎版均勻傳佈於其下之地層,版下之壓力不得大於第 4.3 節規定 之容許支承力。 柱腳如無地梁連接時,柱之彎矩應由基礎版承受,並與垂直載重合 併計算,其合壓力應以實際承受壓力作用之面積計算之,且最大合 壓力不得大於第4.3節規定之容許支承力。 偏心較大之基腳,宜以繫梁連接至鄰柱,以承受彎矩及剪力。 4.1.2 聯合基腳 聯合基腳係用一基礎版支承兩支或兩支以上之柱,使其載重傳佈於 基礎底面之地層。 聯合基腳之基礎版,除另以其他可靠方法分析外,可取柱為支點, 基礎版下壓力為載重,推算基礎版控制斷面之設計剪力及彎矩。 4.1.3 連續基腳 連續基腳係用連續基礎版支承多支柱或牆,使其載重傳佈於基礎底 面之地層。 多柱或牆使用同一連續基礎版為基腳時,基礎版之中心應儘量與多 柱或牆之合力作用位置相合或相近,以避免太大之偏心。基礎版之 設計,除另以其他可靠方法分析外,可取柱為支點,基礎版下壓力 為載重,依連續梁或連續構架分析推算基礎版之設計彎矩及剪力。 4.1.4 筏式基礎 筏式基礎係用大型基礎版或結合地梁及地下室牆體,將建築物所有 柱或牆之各種載重傳佈於基礎底面之地層。 以基礎版承載建築物所有柱載重之筏式基礎,應核算由於偏心載重 所造成之不均勻壓力分佈。 筏式基礎應考慮其可撓性,其結構設計應視其與地層相對勁度之大 小,採用剛性基礎或柔性基礎方法分析設計之。 4.2 淺基礎結構設計 基礎版底深度之設定須考慮地層受溫度、體積變化或沖刷之影響,如 有冰凍之地區,基礎版底之深度必須設在凍結線以下。 基礎版之結構分析,應檢核梁式剪應力,穿孔剪應力、彎矩、承壓應 力等,均不得超過容許值,其設計應符合建築構造編第六章之相關規 定。 4.3 容許支承力 4.3.1 極限支承力 淺基礎之極限支承力應根據第三章基地調查及土壤試驗之結果,依 下列公式估計之: qw=cNcFc5FcdFci +Y2DfNqFqdFqi +0.5YiBNy FrsFrdFn 式(4.3-1) 式內 qw =極限支承力(tf/m2) C =基礎版底面以下之土壤凝聚力(tf/m2) Y1 =基礎版底以下 B 深度範圍內之土壤平均單位重,在地下水 位以下者,應為其有效單位重(tf/m3) Y2 =基礎版底以上之土壤平均單位重,在地下水位以下者,應為 其有效單位重(tf/m3) Df =基礎附近之最低地面至基礎版底面之深度,如鄰近有開挖, 須考慮其可能之影響(m) B =矩形基腳之短邊長度,如屬圓形基腳則指其直徑(m) L =矩形基腳之長邊長度(m) β =載重方向與鉛直線之夾角(°) NC ,Nq ,Nr =支承力因數,與土壤摩擦角之關係如表 4.3-1 所示 Fcr,Fqs,Frs=形狀影響因素 Fcd,Fqd,Frd=埋置深度影響因素 Fci,Fqi,Fri=載重傾斜影響因素 上述各形狀、埋置深度及載重傾斜影響因素分如表 4.3-2 所示。 4.3.2 偏心載重基礎 承受偏心載重之基礎,應根據偏心狀況及偏心量大小,對支承力估 計予以特殊之考慮。長期載重情況之最大偏心量不得大於基礎版寬 度之六分之一,短期載重情況之最大偏心量不得大於基礎版寬度之 三分之一。 4.3.3 斜坡與層狀地層上基礎 斜坡與層狀地層上之淺基礎,應根據斜坡狀況及層狀地層之分佈狀 況,對支承力估計予以特殊之考慮。 4.3.4 載重試驗 基礎地層之容許支承力及地盤反力係數,得利用現場平鈑載重試驗 結果推求之,但應特別注意地層層次狀況及基礎規模效應之影響應 針對實際狀況作必要之修正。 4.3.5 安全係數 基礎地層之容許支承力,應依使用條件及載重狀況按第 4.3.1 節 所列公式計算極限支承力扣除基礎底面以上荷重,而得淨極限支承 力後,除以安全係數後,再加上基礎底面以上荷重,且其沉陷量必 須小於容許沉陷量而得之。建築物基礎支承長期載重之安全係數不 得小於 3,考慮短期性載重如地震、風力及積雪等,容許支承力得 予提高百分之五十。 4.4 沉陷量 4.4.1 一般說明 建築物基礎之沉陷現象係因基礎以下之地層受建築物載重、地下水 位變化、地下空穴或環境變化等影響所致。一般狀況下,基礎承受 建築物載重所致之沉陷量,得依本節規定計算之,至於其他因素所 造成之沉陷,應依基地條件適度考量之。 4.4.2 沉陷量分析之基礎載重 計算淺基礎之沉陷量時,作用於基礎底面之載重,以靜載重加上活 載重合併計算之,其中活載重應依建築構造編第二十五條計算並折 減之。 4.4.3 地層應力增量計算 地層因受基礎載重影響而增加之應力,原則上可依載重情況按彈性 力學公式計算之,惟應綜合考慮基礎形狀及地層變化等因素,而作 適當之修正。 4.4.4 沉陷類別 基礎載重所引致之沉陷量包含瞬時沉陷、壓密沉陷及次壓縮沉陷, 以及塑性流潛移等造成之沉陷。砂性土壤以瞬時沉陷為主,黏性土 壤則以壓密沉陷及次要壓縮沉陷量為主,特殊軟弱土壤如極軟弱黏 土、腐植土及有機土等應另加考慮塑性流及潛移導致之沉陷。 4.4.5 瞬時沉陷 地層承受基礎載重之瞬時沉陷量計算,得視地層為均質體以彈性力 學理論推估之。 4.4.6 壓密沉陷 黏性土層之單向度壓密沉陷量,原則上可由壓密前後之孔隙比變化 ,依下式推估之: n eaf-efi Hc=───── 式(4.4-1) i=1 1+eai 式內 Hc=壓密沉陷量(cm) eai=第層土壤初始正向應力為時之孔隙比 efi=第層土壤正向應力增加為時之孔隙比 σai=第層中央點之初始正向有效垂直應力(tf/m2) σfi=第層中央點之最終正向有效垂直應力(tf/m2) Hi=第層之厚度(cm) 4.4.7 次壓縮沉陷 次壓縮沉陷量可利用該壓縮性地層中所取得不擾動土樣之單向度壓 密試驗結果推估之。 4.4.8 容許沉陷量 建築物之容許沉陷應視地層狀況、基礎型式、載重大小、構造種類 、使用條件及環境因素而定,基礎沉陷所導致之角變量及總沉陷量 ,應不得使建築物發生有害之裂縫,或影響其使用功能。 4.5 接觸壓力 接觸壓力係指基礎版承受載重時作用於基礎地層之應力值,其分佈隨 基礎與地層間之相對剛性而異。在任何情況下,基礎之最大接觸壓力 均不得超過第4.3節規定之土壤容許支承力值。 4.6 承受水平力之淺基礎 4.6.1 安全係數 淺基礎之容許水平支承力,一般情況下可依下節式(4.6-1) 及式 (4.6-2) 之和計算其水平極限支承力,並除以安全係數得之。構 造物基礎承受長期性水平載重之安全係數不得小於 15 ,考慮短期 性載重時,如地震、風力及積雪等,其安全係數不得小於 1.2。 4.6.2 基礎版底面之摩擦阻力 基礎版底面之摩擦阻力得依下式計算之。 Rf=Ntanδ+ACa 式(4.6-1) 式內:Rf 基礎版底面之摩擦阻力(tf) N =作用於基礎版底面之有效鉛直載重(tf) δ=基礎版底面混凝土與地層間之摩擦角(°) (1)支承層為土壤或軟岩時取 2/3 至。 (2)支承層為硬岩時取 30° 至 45° 。 φ' =地層之有效內摩擦角(°) A =基礎版底面之有效接觸面積(m2) Ca=基礎版底面與地層之有效附著力(tf/m2) 4.6.3 基礎版前側之側向抵抗力 基礎版前之側向抵抗力如圖 4.6-1 所示,得依下式計算之: Rp= a L(σp△h)- L(σi △h)式(4.6-2) 式內: Rp=淺基礎版前側之側向抵抗力(tf) =1.0 0.4(Df/L)≦ 2.0 ,為形狀係數,依基礎之入土深度 與基礎寬度之比值而定。 L =基礎版前側承受側向抵抗力之版寬度(m) σr=被動土壓力(tf/m2) σi=主動土壓力(tf/m2) Kp =被動土壓力係數,原則上採表 4.6-1 值 Ka =主動土壓力係數,原則上採表 4.6-1 值 Y =地層之平均有效單位重量(tf/m3) Df =地表至基礎版底之深度(m) △h=基礎版厚度(m) he =地表至基礎版中心點之深度(m) 表4.6-1 地層土壓力係數 kp 及 KA 值 ┌────┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐ │φ(度)│ 0 │ 10 │ 20 │ 30 │ 40 │ 45 │ ├────┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤ │ Kp │ 1.0│ 1.4│ 2.0│ 3.0│ 4.6│ 5.8│ ├────┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤ │ Ka │ 1.0│0.71│ 0.5│0.33│0.22│0.17│ └────┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘ 5.1 通則 1 基樁之支承力因施工方式而異,採用打擊方式將基樁埋置於地層中 者,稱為打入式基樁;採用鑽掘機具依設計孔徑鑽掘樁孔至預定深 度後,吊放鋼筋籠,安裝特密管,澆置混凝土至設計高程而成者, 稱為鑽掘式基樁;採用螺旋鑽在地層中鑽挖與樁內徑或外徑略同之 樁孔,再將預製之鋼樁、預力混凝土樁或預鑄鋼筋混凝土樁以插入 、壓入或輕敲打入樁孔中而成者,稱為植入樁。 2 基樁於垂直極限載重作用下,樁頂載重全部或絕大部份由樁表面與 土壤之摩擦阻力所承受者,稱為摩擦樁;由樁底支承壓力承受全部 或絕大部份載重者,稱為點承樁。 3 基樁之選擇及設計,應綜合考慮地質條件、上部構造型式、載重方 式、容許變形、施工可行性、施工品質與環境、檢測條件等因素審 慎評估之。 4 同一建築物之樁基礎設計,應儘量避免混用不同材質、施工方法或 支承方式之基樁;惟特殊之情況經分析對建築物無不利影響者得混 用之。 5 若基樁通過可能液化之地層時,則於地震或振動載重下,應將可能 液化部份之土壤支承力予以適當之折減或不予考慮,並應適度考慮 液化後土壤流動所造成之影響。 6 基樁之設計應能承受基礎施加之全部載重,基樁間土壤之支承力一 般不予考慮。惟對於樁數超過 3 支以上之摩擦樁樁基,若經確認 基礎與其底面下方土壤不致發生分離者,則基樁間土壤之支承力得 予考慮。 7 基樁設計應考慮施工可能因樁身之垂直度不易控制、樁頭位置偏差 等原因產生之偏心影響。 5.2 基樁設計原則 1 基樁須能承受可能發生之垂直力、水平力、拉拔力及負摩擦力,並 考慮振動載重與地震作用所造成之動態效應,其容許支承力應依照 第 5.3 節之方法計算之,並應依照第 5.6 節之規定設計其樁體 結構。 2 群樁基礎之基樁間距應不得小於第 5.4.1 節之規定,並依第 5.4 .2 節之規定,計算群樁之容許支承力。 3 基樁應依第 5.5 節之規定推估其變位量,其變位量不得導致所支 承構造物之損壞。位於坡地或岸邊之樁基礎,應檢核其整體穩定性 。 4 位於坡地或岸邊之樁基礎,應檢核其整體穩定性。 5.3 容許支承力 5.3.1 單樁容許垂直支承力 單樁之極限垂直支承力包含由樁周表面提供之摩擦阻力及由樁底端 點提供之支承力,分別可依靜力學公式、貫入試驗公式、樁載重試 驗、動態分析等方法推估之。單樁之極限垂直支承力與容許垂直支 承力得依下列公式估算: Qu =Qs +Qh = fsAs+qhAb 式(5.3-1) Qw Qs Qb Qa =──+──+── 式(5.3-2) FS FS1 FS2 式內 Qu =單樁之極限垂直支承力(tf) Qa =單樁之容許垂直支承力(tf) Qs =樁表面摩擦阻力(tf) Qb =樁底端點支承力(tf) FS, FS1, FS2, =樁總垂直支承力、表面摩擦阻力與端點支承力之 安全係數,其值按表 5.3-1 所列規定,惟對於 長樁或鑽掘樁,樁端支承力之安全係數應視容許 沉陷量及施工品質酌予提高 s =樁表面摩擦阻力(tf/m2) As =樁身之表面積(m2) qb =樁端之極限支承壓力(tf/m2) Ah =樁端之斷面積(m2) 表 5.3-1 垂直支承力安全係數 ┌───────┬─────┬───────┐ │支承力推估方法│樁載重試驗│支承力推估公式│ │ ├─────┼───┬───┤ │載重狀況 │ FS │ FS1 │ FS2 │ ├───────┼─────┼───┼───┤ │平時 │ 2 │ 3 │ 3 │ ├───────┼─────┼───┼───┤ │地震時 │ 1.5 │ 2 │ 2 │ └───────┴─────┴───┴───┘ 2 以靜力學公式推估基樁極限支承力時,得參考以下方式推估: (1)樁表面之摩擦阻力 1 Fs=Ca+Kσ tanδ(tf/m2)式(5.3-3) r 式內 Ca=σCu 為土壤與樁身之附著力(tf/m2) α=對 cu 之經驗折減值,與土壤強度、樁長、樁徑及施工方 法等有關,一般介於 0.25 ~1.0 之間 Cn=沿樁身之平均土壤不排水抗剪強度(tf/m2) K =側向土壓力係數,與土壤及基樁施工方法有關 1 σv=有效覆土壓力(tf/m2) δ=樁身與土壤間之摩擦角,與土壤、基樁材料及施工方法等 有關,一般約為土壤內摩擦角之 1/3~2/3 土層如為粘性土壤,則上式之後項不計;如為砂質土壤,則前項 不計。 (2)樁端點之極限支承壓力 ‧ 1 ‧ ‧ qh=c N +σ N +0.5r DN(tf/m2) 式(5.3-4) C R q r 式內 ‧ ‧ ‧ Nc、Nq、Nr=支承力因數,其值與土壤性質、基樁施工方法及 貫入承載層深度等有關(參見解說) C =樁底部土壤之凝聚力(tf/m2) , σr=樁端點之有效覆土壓力(tf/m2) r =土壤之有效單位重(tf/m3) D =樁身之有效直徑,如係擴座基樁,其底部有效直徑不得超 過樁身直徑之兩倍(m) (3)砂質地層中,基樁之表面摩擦力及端點支承力,應根據土層之 相對密度、地下水位深度、樁徑及基樁施工方法,適當考量臨 界深度效應,或根據樁載重試驗結果考量之。 3 以貫入試驗公式推估基樁極限支承力時,得參考以下方式推估: (1)以現場標準貫入試驗 N 值推估基樁支承力,僅限用於砂性土 層,此時樁表面之摩擦阻力,及樁端點之極限支承力得依表 5 .3-2 所列推估之。 (2)對於樁底座落於礫石層或堅硬岩盤中之基樁,其端點支承力可 依載重試驗結果或當地經驗推估之。 (3)如係底端開口之打入式基樁,應考慮土栓效應,對端點支承力 作適當之修正。 5.3.2 單樁拉拔力 1 若樁為均勻斷面,則其容許拉拔力得依下式計算之: 1 Ra=Wp+── f1A2 式(5.3-5) FS 當以樁載重試驗確定其極限拉拔力時,容許拉拔力依下式計算: (Qut-Wp) Ra=Wp+────── 式(5.3-6) FS 式內 Ra=單樁之容許拉拔力(tf) Qut=單樁之極限拉拔力(tf) Wp=為樁體重量,並應考慮地下水之影響(tf) fs=為樁表面摩擦阻力,依第 5.3.1 節計算法推估(tf /m2) As=為樁之表面積(m2) FS=拉拔力安全係數,應按表 5.3-3 之規定 2 若樁底為擴座式,應依其可能破壞模式分析其極限抗拉拔力, 並除以適當之安全係數,推估其容許拉拔力,惟任何情況下, 其容許拉拔力均不得超過此樁容許垂直支承力之百分之七十五 。 5.3.3 側向支承力 1 基樁承受側向載重時,其容許之側向支承力應不致使樁體各部份 之應力超過材料之容許應力值,且樁頂部之變位不得超過建築物 所容許之側向變位,該側向變形應考慮群樁間之相互影響及樁頭 之束制條件。 2 使用斜樁時,其設計應考慮地震作用下之土壤~結構互制效應; 於可能發生地盤下陷之地區,則應考慮地盤下陷所引致之應力, 以免發生斷樁之情形。 5.3.4 負摩擦力 1 基樁四周之地層,若可能發生相對於基樁之沉陷位移情形,則設 計時應檢討負摩擦力發生之可能性與大小,並檢核基樁之安全性 。 2 單樁所受之負摩擦力應考慮中立點以上所有負摩擦力之總和。 3 中立點位置係依樁支承地層與樁四周壓縮地層之相對勁度而定, 設計時應予檢討。 4 使用群樁之情形,可考慮群樁之相互影響,將設計負摩擦力予以 折減。 5 考慮基樁之負摩擦力時,應按下式檢討其安全性: (P + Pfn)/ Ap ≦σsa 式(5.3-7) (P + Pfm)≦(Qp +Rf)/ 1.2 式(5.3-8) 式內 P =頂部之長期軸向荷重(tf) Pfn=中立點以上之負摩擦力總和(tf) Qp=端點之極限支承力(tf) Rf=身中立點以下之正摩擦阻力(tf) Ap=身斷面積(m2) σsa=材料之短期容許應力強度(tf/m2) 6 於考慮地震力、風力、衝擊力、車輛等短期載重情況時,可不計 負摩擦力之影響。 7 基樁若使用特殊表面處理,以減低負摩擦力時,則設計之負摩擦 力值可依實際量測效果予以折減。 5.4 基樁間距及群樁總支承力 5.4.1 基樁間距 樁基礎之各單樁間應保持適當間距,原則上各單樁中心間距應符合 下列規定。間距小於規定者,應視地層條件、基樁種類及施工方式 審慎檢討群樁之互制效應。 1 設置木樁時,其中心間距不得小於樁頭直徑之 2 倍,且不得小 於 60cm 。 2 設置預鑄混凝土樁時,其中心間距不得小於樁頭直徑之 2.5 倍 ,且不得小於 75cm 。 3 設置鋼樁時,其中心間距不得小於樁頭寬度或直徑之 2 倍,且 不得小於 75cm 。若採用底部封閉式之鋼管樁,其中心間距不得 小於樁徑之 2.5 倍,且不得小於 75cm 。 4 設置場鑄混凝土樁時,其中心間距原則上不得小於樁頭直徑之 2 .5 倍,且不得小於樁直徑加 1m 。 5 設置擴座基樁時,其中心間距不得小於樁頭直徑之 3.0 倍,且 不得小於擴座寬度加 1m 。 5.4.2 群樁總支承力 1 群樁垂直支承力 (1)座落於堅實地層中且其下方無軟弱土層之點承樁,其間距大於 第 5.4.1 節之規定者,群樁之總支承力為各單樁端點支承力 之和。 (2)座落於砂土層中之群樁,其間距大於第 5.4.1 節之規定者, 群樁之總支承力為單樁支承力之和。 (3)座落於粘土層之群樁,其總支承力可分別依下列方法計算,並 以其中較小者為設計值。 將群樁視為一整體之基礎塊,並以其底面之支承力及四周摩 擦阻力之和,為整體之支承力。 以單樁之摩擦阻力乘以樁數後之總和,再乘以適當之折減值 ,加上各單樁端點支承力之總和,為群樁之整體支承力。 2 群樁拉拔力 群樁之容許拉拔力,應就下列二計算結果,取其較小者: (1)群樁之各單樁容許抗拔力之總和。 (2)按下式之計算所得。 Rat =W +TLUG/FS 式(5.4-1) 式內 Raf =群樁之短期容許抗拔力(tf) W =群椿間土壤及樁體之總重量,並應考慮地下水之影響( tf) Ug =群樁之外圍周邊長度(m) L =樁長(m) t =土壤之抗剪強度(tf/m2) FS =基樁抗拔安全係數,短期載重為 3.0,長期載重為 6.0 。 3 群樁側向支承力 若地表面呈水平,設計地盤面位於樁帽底部且基樁間距大於第 5 .4.1 節之規定者,以各單樁側向支承力之和,為群樁之總支承 力。 4 群樁負摩擦力 群樁之負摩擦力,可考慮各樁之相互影響予以折減。群樁中單樁 之負摩擦力,應就下列二計算結果,取其較大者: (1) ─ UGLiτ1 +AgYsLfn Pfn=───────────── 式(5.4-2) np 如圖 5.4-1 所示,式中 Pfn =中立點以上各樁之負摩擦力平均值(tf) UG=樁群之外圍周邊長度(m) Li =基礎底面至中立點間各土層之厚度(m) τi=基礎底面至中立點間各土層之剪力強度(tf/m 2) AG=扣除樁斷面積之樁群底面積(m2) Lfn=基礎底面至中立點之距離(m) - Y=Lfn 間土壤之平均有效單位重(tf/m^3) np=樁數 (2) A1 Pfui=─ Pfno 式(5.4-3) A0 式中,Pfni=群樁中任一樁之負摩擦力(tf) Pfno=不考慮群樁效應之單樁負摩擦力(tf) A1=圖5.4-2所示各樁之負摩擦力分擔面積(m^2) 2 πD^2 A0=πr -───(m^2) e 4 ┌ Df D^2 ┐1/2 re=│────+── │ (m) └ ── 4 ┘ Ys D=樁徑(m) f=表面負摩擦力(tf/m^2) 5.5 變位量 5.5.1 單樁沉陷量 單樁之沉陷量應包含樁身受壓之變形量,及載重造成樁尖底部地層 之變形量。 5.5.2 群樁沉陷量 群樁之沉陷量應考慮樁身受壓之變形量,及群樁底部地層受群樁合 力影響而生之變形量。若底部地層為可壓縮性土壤時,應依第 4.4 節規定之方法,計算其沉陷量。 5.5.3 群樁側向變位量 群樁之變位量得將樁帽視為剛體,基樁及周圍地盤視為彈性體並依 結構理論分析推估之。 5.5.4 容許變位量 樁基礎之容許變位量應依第4.4.8節及第5.3.3節之原則考慮,而以 其所支承構造物之容許變位量為度。 5.6 樁體結構設計 5.6.1 木樁 1 樁材須為已剝皮之生圓木,不得有開裂等缺陷。 2 圓木樁最小直徑不得小於 15cm ,其直徑變化須均勻,上下端中 心點之連線不得超過樁外。 3 木樁斷面除須能承受基礎之載重外,尚應能承受搬運、吊樁及打 樁時之最大應力,其設計須符合建築構造編第四章之相關規定, 其容許支承力應按木樁之最小斷面計算。 4 木樁應採取適當處理以保護樁材免受菌蟲害而影響基樁品質。 5.6.2 預鑄混凝土樁 1 預鑄混凝土樁所使用之材料,如混凝土、鋼筋、預力鋼線、鋼鉸 線、硬鋼線或鋼棒等,均須符合建築構造編相關章節之規定。 2 預鑄混凝土樁之樁體須能承受依基礎設計之載重及搬運、吊樁及 打樁時之最大應力,其結構設計應符合建築構造編第六章之相關 規定。 3 以離心法製造之空心鋼筋混凝土樁,其設計得比照 CNS1260‧A2 031 之規定辦理。非以離心法製造之鋼筋混凝土樁應符合下列規 定: (1)預鑄鋼筋混凝土樁之混凝土規定抗壓強度不得少於 280kgf/cm 2 ,設計載重下所受之單位支承應力不得大於其規定壓力強度 之三分之一。 (2)基樁內之主鋼筋,方樁不得少於 4 支,圓樁及八角樁不得少 於 6 支;主鋼筋直徑不得小於 16mm ,且鋼筋總斷面積不得 少於樁斷面積之百分之一。 (3)主鋼筋須以箍筋或螺筋紮緊,箍筋直徑不得小於 6mm,樁兩端 各三倍樁徑(或寬度)範圍內,箍筋間距不得大於 8cm,其餘 部份間距不得大於 20cm 。 (4)混凝土樁主鋼筋之保護層,不得少於 5cm。 (5)須打擊入堅硬地層之基樁,樁尖須配置錐形或平底形鋼質或鑄 鐵片,以防樁尖受損,樁尖端與混凝土之接觸面需足以承受打 擊時所產生之應力。 4 以離心法製造之空心預力混凝土基樁,其設計得依照 CNS2602‧ A2037 之規定辦理。非以離心法製造之預力混凝土樁應符合下列 規定: (1)預力混凝土樁之混凝土規定抗壓強度不得少於 350kgf/cm2 。 (2)預力混凝土樁,樁長在 10m 以下者,有效預力不得少於 30k gf/cm2,樁長 10 ~15m 者,有效預力不得少於 40kgf/cm2, 樁長 15m 以上者,有效預力不得少於 50kgf/cm2。 (3)預力混凝土樁之容許壓應力不得大於下式之規定式(5.6-1) fe=0.33fe- 0.27 fpc 式內 fe=混凝土容許壓應力(kgf/cm2) fc'=混凝土規定抗壓強度(kgf/cm2) fpc=有效預力(kgf/cm2) (4)預力樁內預力鋼線或鋼鉸線,須以箍筋或螺筋紮緊,有關箍筋 之規定比照第 5.6.2 節中 3.(3) 款之規定。 (5)基樁內預力鋼線或鋼鉸線之保護層得比照第 5.6.2 節中 3.( 2) 及 3.(4) 款之規定。 5.6.3 場鑄混凝土樁 場鑄混凝土樁所使用之材料及其樁體結構設計除須依照建築構造編 第六章相關之規定外,並應符合下列規定: 1 場鑄混凝土樁之混凝土規定抗壓強度不得小於 210 kgf/cm2,且 最小水泥量不得低於 300 kgf/m3 ,於水中或泥水中打設時,其 水泥量不得低於 375 kgf/m3 。 2 場鑄樁澆注之混凝土強度應視混凝土之規定抗壓強度及其澆注環 境做適當之提高。於水中或泥水中打設時,澆注時採用之混凝土 強度應按規定抗壓強度再提高 35kgf/cm2。 3 於水中或泥水中打設之場鑄樁,其混凝土容許壓應力不得大於混 凝土規定抗壓強度之百分之二十二,且不得大於 60 kgf/cm2 。 於乾燥狀況下打設時,其容許壓應力不得大於混凝土規定抗壓強 度之四分之一,且不得超過 70 kgf/cm2 。 4 基樁內主鋼筋不得小於 6 支,主鋼筋直徑不得小於 19mm ,且 鋼筋總斷面積不得小於樁斷面積之千分之五,保護層之淨厚度不 得小於 7.5cm,箍筋直徑不得小於 13mm 。 5 場鑄樁之施工應儘可能保持垂直,原則上樁身之最大偏心距,不 宜超過樁長之七十五分之一,且基樁應力分析應考慮此偏心彎矩 之影響。 5.6.4 鋼樁 1 鋼樁包括鋼殼樁、鋼管樁及型鋼樁,使用鋼材之品質、形狀及尺 寸等,原則上應符合國家標準。鋼樁外露,可能銹蝕之鋼材厚度 ,不得考慮承受應力,否則應施予防蝕保護。 2 鋼殼樁 (1)為在基樁位置先行打入底部密閉式之金屬或鋼殼套,再行灌注 混凝土或鋼筋混凝土而成之樁。其殼套厚度不得小於 1.8mm, 樁徑不得小於 45cm ,樁尖部份直徑不得小於 20cm 。 (2)鋼殼樁之金屬或鋼殼套,不得視為基樁支承載重之一部份。 (3)鋼殼樁內灌注混凝土之規定壓力強度不得小於 210 kgf/cm2, 鋼筋混凝土樁體之設計應符合建築構造編第六章之相關規定。 3 鋼管樁 (1)為在基樁位置先行打入鋼管,以作為支承載重之基樁,鋼管中 亦可再灌注混凝土,而使鋼管與其內之混凝土共同支承載重。 (2)鋼管樁外徑不得小於 250mm,壁厚不得小於 9mm。鋼材之最低 降伏強度未達 2550kgf/cm2 時,鋼管之容許應力不得大於最 低降伏強度之百分之三十五。鋼材之最低降伏強度大於 2550k gf/cm2 時,鋼管之容許應力不得大於最低降伏強度之百分之 三十。 (3)鋼管中灌注混凝土用以共同支承上部載重者,其混凝土之規定 抗壓強度不得小於 210 kgf/cm2 。混凝土之容許應力不得大於 規定壓力強度之三分之一。 4 型鋼樁 (1)為以型鋼直接打入地層以支承載重之基樁,其任何斷面厚度均 不得小於 10mm 。 (2)型鋼之翼版突肢長度不得超過翼版或腹版厚度之 13 倍,且翼 版寬度不得小於型鋼深度之百分之八十,其標稱深度不得小於 200 mm。 (3)型鋼樁之鋼材容許應力,比照第 5.6.4 節中之 3.(2) 款之 規定。 5 鋼樁應按實際需要,予以補強,以避免搬運、堆置或打樁時,產 生樁體變形。 5.6.5 接樁 1 基樁以整支應用為原則。必須接樁時,其樁頭不得在地表下三公 尺以內,且接頭不得發生脫節或彎折之現象。 2 經接續之基樁,其容許壓應力應根據接頭形式及接樁次數折減之 。其折減率可參考表 5.6-1,如非採用打擊方式設樁時,則折減 率得採用表 5.6-1 所列數值之半。 5.7 基樁載重試驗 5.7.1 試驗目的及適用範圍 1 基樁載重試驗之方法包括靜載重試驗、動載重試驗或其他方式之 試驗,其目的為求取或推估單樁於實際使用狀態或近似情況下之 載重-變形關係,以獲得判斷基樁支承力或樁身完整性之資料。 基樁載重試驗可分成極限載重試驗及工作載重試驗。 2 極限載重試驗係用以確定所選擇之基樁於該基地之適用性及與設 計極限支承力之符合性為主,於下列情況時,基樁之設計,均需 以極限載重試驗,驗證其承受載重之能力: (1)供公眾使用或極具重要性建築物之基樁。 (2)基樁沉陷將對結構物安全及使用功能具影響者。 (3)於基地鄰近地區之類似地層狀況中,缺乏同類型基樁之載重試 驗資料時。 (4)基樁支承於軟弱之地層狀況時。 (5)基樁承受長期拉拔力之狀況。 (6)基樁設計載重量超過一般之使用範圍時。 (7)根據第 5.3 節之計算,所得之支承力與該地區之基樁使用經 驗值有重大差異時。 3 基樁施工完成後,應以工作載重試驗確定基樁之支承力及施工品 質符合設計需求。 4 用於極限載重試驗之基樁,若於試驗中該樁已達降伏狀態,應檢 討其作為永久性基樁之適用性。 5.7.2 試樁之選擇 1 選擇試驗用之基樁應具代表性,並就設計條件、地層變化及施工 狀況選擇適當之試樁項目。 2 試樁總數目應不少於總樁數之百分之二,且不應少於 2 支,其 中工作載重試驗之試樁數目不少於總樁數之百分之一,且至少應 有 1 支。總樁數超過 300 支時,得視地層狀況及實際需要調 整試樁數目。 3 基樁載重試驗部份得採用動載重試驗法,惟動載重試驗之數量不 得超過總試樁數量之一半,且動載重試驗之有效性及正確性須先 予以確認。 5.7.3 試驗前之考慮 試驗前應充分檢討基樁之種類、截面積、貫入深度、使用目的及承 受之載重狀況,並決定試驗之最大載重、試驗方法、量測目的與精 確度。 5.7.4 試驗方法 原則上,載重試驗之裝設、加載、量測及精度應足以精確量測基樁 試驗過程之力學行為,並據以推估其支承力及變形量。國家標準已 有規定者應依該等標準辦理。 5.7.5 試樁之載重 1 原則上,極限垂直載重試驗之最大試驗載重應加載至土壤支承力 破壞或推估之極限支承力。 2 工作載重試驗之最大試驗載重不得小於極限支承力之2/3倍。 5.7.6 試樁之靜置時間 試樁應考慮基樁裝設過程中地層孔隙水壓及強度變化之影響。原則 上,砂質地層中之試驗樁應靜置五天以上,於粘質地層中則應靜置 十四天以上,始可進行試樁。如為場鑄樁則應待混凝土已產生足夠 強度後再進行試驗。 6.1 通則 沉箱基礎係以機械或人工方式分段挖掘地層,以預鑄或場鑄構件逐段 構築之深基礎,其分段構築之預鑄或場鑄構件,可於孔內形成,亦可 於地上完成後以沉入方式施工。 6.2 設計考慮 1 沉箱基礎之設計,除應考慮上部構造物所傳遞之垂直載重、側向載 重及傾覆力矩外,尚應考慮沉箱本身之重量與施工中之各項作用力 ,並檢核其安全性。 2 沉箱設計應檢核施工中沉箱體各構件所承受之應力,以及完工後整 體結構之穩定性。 3 沉箱基礎之設計應考慮施工可能發生之偏心及所引致之額外彎矩。 考慮之偏心量應視地層狀況及施工方法決定之,設計時所採用之最 小偏心量不得小於 10cm 。 6.3 沉箱基礎支承地層 1 沉箱基礎原則上應座落於堅實之地層上,支承地層之厚度至少為基 礎寬度之 1.5 倍以上。 2 沉箱基礎底面下,基礎寬度 3 倍以內之地層,原則上不得有高壓 縮性之軟弱地層存在,惟經分析對建築物無不利影響者不在此限。 6.4 沉箱容許支承力 6.4.1 沉箱載重支承方式 1 作用於沉箱之垂直載重,設計時原則上考慮由沉箱底面地層之垂 直反力所支承。 2 作用於沉箱之水平側向載重與傾覆力矩,設計時原則上考慮由沉 箱底面地層之垂直反力、底面摩擦阻力及沉箱正前方地層之水平 反力等支承之。 6.4.2 垂直極限支承力 沉箱基礎之垂直極限支承力應根據第三章基地調查與試驗結果,依 下列公式估算: qu =αc Nc +Y2Df Nq+0.5Bri Bnr 式(6.4-1) 式內 qw=基礎底面地層之極限支承力(tf/m2) C =基礎底面下土壤之凝聚力(tf/m2) r1=基礎底面下土壤之有效單位重(tf/m3) r2=基礎底面以上土壤之平均有效單位重(tf/m3) B=基礎寬度(m) Df=基礎之有效埋置深度(m) α,β=基礎底面形狀影響因素 Nc,Nq,Nr=支承力因素 6.4.3 水平極限支承力 沉箱基礎之水平極限支承力,以沉箱正前方地層之水平反力與沉箱 底面之摩擦阻力綜合考慮,其值得依本規範第 7.3 節及第 4.6 節規定計算之。 6.4.4 安全係數 沉箱基礎之容許垂直支承力及容許水平支承力,應依照本規範第 4 .3.5 節及第 4.6.1 節之規定,選定其安全係數。 6.5 沉箱負摩擦力 沉箱設計應檢討負摩擦力發生之可能性及大小,並按下式檢核其安全 性: (P +Pfn)/Ac≦σsa 式(6.5-1) P+Pfn ≦(Qh+Rf)/1.2 式(6.5-2) 式內 P =沉箱頂部之軸向長期載重(tf) Pfn=中立點以上之負摩擦力總和(tf) Qh=沉箱底面地層之極限支承力(tf) Rf=中立點以下之正摩擦阻力(tf) Ac=中立點位置之沉箱斷面積(m2) σsa=沉箱材料之短期容許應力(tf/m2) 6.6 沉箱之變位量 6.6.1 水平變位量計算 沉箱受力後之水平變位得依彈性地盤之理論推算之。 6.6.2 沉陷量計算 沉箱受垂直載重之沉陷量為沉箱體彈性變形量與沉箱底部地層沉陷 量之和。沉箱之彈性變形量可依載重大小及沉箱材料性質推算,沉 箱底部地層之沉陷量,應按本規範第 4.4 節所述方法計算之。 6.6.3 容許變位量 沉箱於設計地盤面之容許水平變位不得大於沉箱寬度之 1 %,且 以 5cm 為限,旋轉角則須小於 0.005rad ,且以不超出上部構造 物之容許變位量為限。 6.7 沉箱體結構設計 6.7.1 使用材料 沉箱基礎之材料,可採用鋼筋混凝土構材或以型鋼及鋼管加強之合 成構材。沉箱式基礎之混凝土規定壓力強度不得小於 210kgf/cm2 ,惟水中或泥水中澆置之混凝土,其澆置強度應按規定壓力強度再 提高 35kgf/cm2 以上。 6.7.2 結構設計 沉箱基礎各構件之結構設計應符合建築構造編之相關規定。 7.1 通則 擋土牆設計應依據其功能要求、行為機制、基地之地形、地質與環境 條件,以及容許變位量等,充分檢討其整體穩定性與牆體結構安全性 ,並妥適評析擋土牆之景觀調和性及施工性。 7.2 作用力 作用於擋土牆之側向壓力受牆體與地層間之相對變位行為、地下水位 、地層特性、周圍載重狀況及地震等因素之影響。設計時應考慮之作 用力如下: (1)側向土壓力,包含如主動土壓力、被動土壓力及靜止土壓力等。 (2)水壓力如靜水壓力、滲流壓力及上浮力等。 (3)地震所產生之土壓力、水壓力及慣性力等。 (4)地表上方超載。 (5)牆背回填土所產生之回脹壓力。 (6)擋土牆結構體之靜載重。 7.3 作用力計算 7.3.1 靜止土壓力 擋土牆不發生或不容許其產生側向變位時,作用於牆背之側向土壓 力應採靜止土壓力計算。在 h 深度處之單位面積靜止土壓力,可 依式(7.3-1) 式計算,其合力可依式(7.3-2) 式計算,合力作 用點在基礎版底以上三分之一牆高(H) 處。 σo =K0‧Y ‧h 式(7.3-1) Po =1/2 ‧Ko‧Y ‧H^2 式(7.3-2) 式內 σo =單位面積靜止土壓力(tf/m2) Po =靜止土壓力合力(tf/m) Ko =靜止土壓力係數,其值得依經驗推估之,但不得小於 0.5, 如土壤為過壓密狀態者,應詳加考慮其過壓密性質並酌予提 高值。 h =距擋土牆頂之深度(m) H =擋土牆總高度(m) r =土壤單位重,位於地下水位者,以有效單位重計(t/m^3) 7.3.2 主動土壓力 擋土牆設計所考慮之主動土壓力係擋土牆向外變位時,作用於牆背 之最小土壓力,如圖 7.3-1 所示,其值應依下列規定計算之。牆 背深度處之單位面積主動土壓力,可依式(7.3-3) 式計算,其合 力可依式(7.3-4) 式計算,合力作用點在基礎版底以上三分之一 牆高(H) 處。 σo =K0‧Y ‧h 式(7.3-3) Po =1/2 ‧Ko‧Y ‧H^2 式(7.3-4) 其中,Ka 為主動土壓力係數,可依下列方式考慮之。 1 一般狀況時: cos^2(φ-θ) KA =───────────────────────────── ┌ ┌───────────── ┐2 cos^2cos(-δ)│1 -│sin(φ+δ)sin(φ+α) │ │ │───────────── │ └ cos(θ-δ)cos(θ-α) ┘ 式(7.3-5) 若φ<α,則假定 sin(φ–α)= 0 2 如地表面呈水平,牆背面為垂直面,且可不考慮牆面摩擦時: ┌ φ┐ Kp =tan^2 │45°+─│ 式(7.3-6) └ 2 ┘ 如牆背填土具凝聚力者,式(7.3-3) 及(7.3-4) 式之及應以 及代替,而 2c ┌ φ┐ Hc=H -─‧tan │45°+─│ 式(7.3-7) r └ 2 ┘ 2c ┌ φ┐ hc=h -─‧tan │45°+─│ 式(7.3-8) r └ 2 ┘ 上兩式中,如時,以零計算;如時,則應考慮長期效應所造成之 土壓力。 上述各式中 σA=單位面積主動土壓力(tf/m2) PA=主動土壓力合力(tf/m) r =土壤單位重,位於地下水位以下者,以浸水重計 (tf/m3) c =土壤凝聚力(tf/m2) H =牆之垂直高度(m) h =牆頂地表面至欲求土壓力點之垂直深度(m) φ=牆背土壤之內摩擦角(度) δ=牆背面與土壤間之摩擦角(度) α=牆背地表面與水平面之交角(度) θ=牆背面與垂直面交角,以逆時針方向為正,順時針方向為 負(度) 7.3.3 被動土壓力 擋土牆設計所考慮之被動土壓力係指擋土牆向內變位時,作用於牆 背之最大側向土壓力,如圖 7.3-2 所示,其值應依下列規定計算 之。牆背h深度處之單位面積被動土壓力,可依式(7.3-9)式計算 ,其合力可依式(7.3-10) 式計算,合力作用點在基礎版底以上 三分之一牆高(H)處。 σP =KP‧Y ‧h 式(7.3-9) Pp =1/2 ‧Kp‧Y ‧H^2 式(7.3-10) 其中,Kp 為被動土壓力係數,可依下列方式考慮之: (1)一般狀況時: cos^2(θ-φ) Kp =───────────────────────────── ┌ ┌───────────── ┐2 cos^2cos(-δ)│1 -│sin(φ+δ)sin(φ+α) │ │ │───────────── │ └ cos(θ-δ)cos(θ-α) ┘ 式(7.3-11) (2)如地表面呈水平,牆背面為垂直面,且可不考慮牆面摩擦時: ┌ φ┐ Kp =tan^2 │45°+─│ 式(7.3-12) └ 2 ┘ 式內 Pp =牆背之被動土壓力合力(tf/m) αp =牆背深度處之單位面積被動土壓力(tf/m2) 其餘符號與第 7.3.2 節之符號說明相同。 7.3.4 動態主動土壓力 地震時,擋土牆承受之主動土壓力合力,依式(7.3-13)式計算。 1 PAE=─‧r.H^2 ‧(1 -kv)‧KAE 式(7.3-13) 2 其中,k Ae 為地震時之主動土壓力係數,可依下列方式計算: cos^2(φ-θ-ψ) KAE=──────────────────────────── ┌ ┌───────────────┐2 cos^2φcos^2 cos│1 +│sin(φ+δ)sin(φ+ψ+α)│ (α+ψ+θ) │ │───────────────│ └ cos(α+ψ-θ)cos(θ-α)┘ 式(7.3-14) 式內 PAE=地震時,牆背之主動土壓力合力(tf/m) H=擋土牆高度(m) ┌ kh ┐ φ=tan^-1 │────│ └ 1-kv ┘ kv=垂直向地震係數 kh=水平向地震係數 其餘符號與第 7.3.2 節之符號說明相同。 7.3.5 動態被動土壓力 地震時,擋土牆承受之被動土壓力 PPe,可依式(7.3-15)計算。 1 PPE=─‧r.H^2)‧(1 -kv)‧KPE 式(7.3-15) 2 其中 KPE,為地震時之被動土壓力係數,可依下列方式計算: cos^2(φ+θ-φ) KPE=──────────────────────────── ┌ ┌───────────────┐2 cos^2ψcos^2 cos│1 -│sin(φ+δ)sin(φ-ψ+α)│ (δ-θ+ψ) │ │───────────────│ └ cos(α-θ+φ)cos(α-θ)┘ 式(7.3-16) 式內 PPE=地震時,牆背之被動土壓力合力(tf/m) H=擋土牆高度(m) ┌ kh ┐ φ=tan^-1 │────│ └ 1-kv ┘ kv=垂直向地震係數 kh=水平向地震係數 其餘符號與第 7.3.3 節之符號說明相同。 7.3.6 水壓力 1 當擋土牆背後上層中有高度之水位時,擋土牆背除承受側向土壓 力之外,亦應依式(7.3-17)計算牆背水位造成之水壓力,其合 力作用點位於基礎底面以上水位高度(Hw)之三分之一處。 1 Pw =─‧rw.Hw^2 式(7.3-17)式內 2 Pw=牆背之水壓力(tf/m) Hw=牆背水位高度(m) rw=水單位重(tf/m3) 如牆背及牆底有滲流狀況時,應考慮滲流造成之影響。 2 地震時,牆背地下水所造成之動態水壓力增量△Pwe 及其合力之 作用點位置應妥予計算。 7.3.7 地表上方載重 1 擋土牆背地表受有均佈超載重時,該載重得折算成等值填土高度 ,並依前節計算方法計算其對擋土牆造成之側向壓力。 2 擋土牆背地表受有線形超載重或集中超載重時,得依據主動土壓 破壞面之影響範圍,依圖 7.3-3 計算其增加之側向壓力。 7.3.8 其他考慮 1 擋土牆背回填土或牆背之地層非為均質時,應採用其他適當方法 ,計算擋土牆所受之土壓力。 2 採用其他較複雜型式之擋土牆時,應考慮該擋土牆本身之特性及 其與牆背土壤間之互制關係。 3 採用地錨作為擋土牆之穩定安全輔助設施時,須依據錨碇段地層 之性質、強度、地下水狀況,以及擋土牆之型式、規模、性質等 資料進行設計,同時應符合以下各項規定: (1)地錨之間隔、長度與容許拉拔力等,可參考中國土木水利工程 學會之「地錨設計與施工準則暨解說」中之相關規定進行設計 。 (2)其他有關端錨等之設計,應依建築技術規則建築構造編第 488 條至 491 條之規定辦理。 7.4 擋土牆牆體穩定性 7.4.1 牆體滑動 擋土牆抵抗滑動之安全係數,於長期載重狀況應大於 1.5,於地震 時應大於 1.2。安全係數之計算原則為: 作用於牆前被動土壓力+牆底摩擦力 安全係數=──────────────── 作用於牆背之側壓力 7.4.2 牆體傾覆 擋土牆抵抗傾覆之安全係數,於長期載重狀況時應大於 2.0,於地 震時應大於 1.5,安全係數之計算原則為: 對牆前趾產生之抵抗力矩 安全係數=─────────── 對牆前趾產生之傾覆力矩 7.4.3 基礎容許支承力 擋土牆基礎支承力之安全係數,應符合本規範第 4.3.5 節之規定 。 7.4.4 整體穩定性 擋土牆設計時應檢核沿擋土牆底部土層滑動之整體穩定性,其安全 係數於長期載重狀況時應大於 1.5,於地震時應大於 1.2,考慮最 高水位狀況之安全係數應大於 1.1。惟考慮最高水位狀況時,可不 同時考慮地震狀況。 7.4.5 土壤液化評估 擋土牆設計時應評估牆背面土壤及牆基礎下方土壤在受地震作用時 之液化潛能,並研判其對牆體穩定性之影響,必要時應採行適當之 防制措施。 7.5 地下牆設計 7.5.1 設計側壓力 1 建築物四周與地層直接接觸之地下構造牆,其設計除應考慮上部 構造物所傳遞之作用力外,尚應考慮作用於地下牆之側向土壓力 及最大水壓力。牆體背面地表面上如有超載重,應考慮其所增加 之側向壓力。 2 若基地位於地震區,尚應適當考量因地震作用而增加之動態側向 壓力。 7.5.2 材料強度 1 鋼筋混凝土地下牆如採用與地上構造物相同施工方法構築時,其 設計及材料容許強度應比照建築構造編第六章混凝土構造之各項 規定。 2 鋼筋混凝土地下牆如採用場鑄式地下連續壁之方式施工時,混凝 土之容許壓應力不得大於規定壓力強度之四分之一,且不得大於 70kgf/c㎡ ,於泥水中灌注混凝土而成之地下連續壁,其混凝土 之規定壓力強度不得小於 210 kgf/c㎡。且最小水泥量不得低於 375kgf/m3 。混凝土之容許剪應力強度及鋼筋握持長度,應分別 依建築構造編第六章混凝土構造之相關規定計算,惟剪應力強度 應折減百分之二十五,而鋼筋握持長度應增加百分之三十。 3 地下牆若兼做施工時期之擋土設施,其設計應對施工過程可能加 諸於牆體之殘餘應力作適當考慮。 8.1 通則 基礎開挖之設計,為確保開挖時基地內及其鄰近範圍之安全,須依照 第三章之各項規定進行基地調查,其中應特別調查下列各項重點,以 為設計防護措施之依據: 1 鄰近構造物之狀況及其基礎型式。 2 鄰近地下構造物及設施之位置及構造型式。 3 基地底下是否含有地下障礙物。 8.2 安全措施 基礎開挖必須依照建築技術規則建築設計施工編及本章之各項規定設 置適當之開挖及擋土安全措施,並應符合相關法令之要求。 8.3 地下水位控制 基礎開挖深度在地下水位以下時,應設置水位控制設施,以確保開挖 作業之安全。 水位控制方法須依據地層之地下水位、透水性、水量、及是否含有受 壓水層等進行規劃,必要時應實施現場抽水試驗,以決定該地層之適 用方法。 降水設計必須考慮對周圍環境之影響,並適度防止土壤流失及地層變 形,避免因水位下降而造成鄰地塌陷或鄰房損害,必要時應採取截水 、補注地下水或鄰房保護等輔助措施防護之。 8.4 邊坡式開挖 8.4.1 適用範圍 基地開挖若採用邊坡式開挖,其基地狀況通常必須具有下列各項條 件,但對高地下水位且透水性良好之砂質地層,並不適宜。 1 基地為一般平地地形。 2 基地周圍地質狀況不具有地質弱帶。 3 基地地質不屬於疏鬆或軟弱地層。 8.4.2 邊坡穩定分析考慮因素 基地開挖若採用邊坡式開挖,所開挖邊坡之穩定分析應就以下因素 作適當考慮: 1 正常及暴雨期間地下水位之影響。 2 施工期間之地表上方超載重。 3 施工期間可能發生之地震影響。 4 施工期間之地表逕流,可能產生之沖刷影響。 5 開挖對周圍環境之影響。 8.5 擋土式開挖 基礎開挖時,若無法以邊坡式開挖維護開挖安全,則基地周圍應以合 適的擋土設施保護之。 8.6 擋土設施設計考慮因素 擋土設施之設計至少應考慮下列因素: 1 基地地質特性及擋土設施型式。 2 地下結構物之構築方式。 3 擋土設施之材料強度。 4 擋土設施之水密性。 5 擋土結構系統之勁度及變位對周圍環境之影響。 6 基地開挖過程中各階段開挖面之穩定性。 7 擋土設施與支撐之施工程序、時機及預力。 擋土設施基本上應為臨時結構物;但若作為永久結構物時,其設計應 符合建築技術規則建築構造編各相關章節之規定,並應對施工期間各 構件所產生之殘餘應力作適當考慮。 8.7 支撐設施 8.7.1 型式 基礎開挖若採用擋土式開挖時,應視需要採用支撐設施,以抵抗側 壓力並確保施工安全。 支撐設施包含內撐及背拉等型式。 8.7.2 設計考慮 支撐設施應足以承受由擋土設施所傳達之荷重,以抑制或減少其變 位。所考慮之荷重應包含: 1 側向土壓力 2 地下水壓力 3 地表上方載重 4 施工期間之臨時性載重 5 地震影響 8.7.3 側向土壓力計算 作用於支撐設施之側向土壓力,應視地層分佈、土壤特性,支撐型 式及擋土結構變位而定。 1 內撐式支撐設施 作用於內撐式支撐設施之側向土壓力,可依據彈塑性分析模式所 得結果或 Terzaghi-Peck 之視側壓力分配所得結果,取較大者 為設計之土壓力值。 2 背拉式支撐設施 作用於背拉式支撐設施之側向土壓力分佈,通常與主動土壓力分 佈情形相似,且接近開挖底部有趨近於靜止土壓力之情形。在計 算側向土壓力(P) 時,應考量鄰近構造物之位移量而選取主動 土壓力及靜止土壓力間之數值計算。若背拉式支撐設施之側向位 移量類於內撐式設施時,亦可採用 Terzaghi-Peck 之視側壓力 分佈值。 8.7.4 地下水壓力 若開挖面在地下水位以下,且所選擇之擋土設施具有擋水功能時, 則必須考慮擋土設施背側之水壓力作用。 8.7.5 地表上方載重 開挖面附近之結構物重量、交通及其他地表超載均應考慮其對擋土 設施所造成之側向壓力,可依第 7.3.7 節之規定計算之。 8.7.6 施工期間之臨時性載重 施工期間之臨時性載重包括施工材料及施工機具等,其中置於地表 面者應視為地表上方載重依第 8.7.5 節規定計算之,而直接置於 支撐設施上者應併入支撐設施之結構分析計算中。 8.7.7 地震影響 支撐之設計應就基地位置之地震分區及施工期長短,適當考慮施工 期間可能發生之地震,並檢核其安全性。 8.8 擋土式開挖之穩定性分析 有關擋土式開挖之穩定性,應檢核下列項目: (1)貫入深度 (2)塑性隆起 (3)砂湧 (4)上舉 (5)施工各階段之整體穩定分析 8.8.1 擋土壁貫入深度 擋土壁應有足夠之貫入深度,使其於兩側之側向壓力作用下,具足 夠之穩定性。擋土壁之貫入深度 D,可依下列公式計算其安全性: FpLp+Ms Fs=────────≧1.5 式(8.8-1) FALA 式內 FA =最下階支撐以下之外側作用側壓力(有效土壓力+水壓力之 淨值)之合力(tf/m) LA =作用點距最下階支撐之距離(m) MS =擋土設施結構體之容許彎矩值(tf-m/m) Fp =最下階支撐以下之內側作用側土壓力之合力(tf/m) Lp =作用點距最下階支撐之距離(m) 8.8.2 底面隆起 開挖底面下方土層係軟弱黏土時,應檢討其抵抗底面隆起之穩定性 。可依下列公式計算其安全性: x/2 a Mr Xfo Su(Xdθ) FS=──=─────────≧1.2 式(8.8-2) Md X W‧── 2 式內 Mr=抵抗力矩(tf-m/m) Md=傾覆力矩(tf-m/m) Su=黏土之不排水剪力強度(tf/m2) X =半徑(m) W =開挖底面以上,於擋土設施外側X寬度範圍內土壤重量與地 表上方載重(q) 之重量和(tf/m) 8.8.3 砂湧 如擋土壁下方為透水性佳之砂質土壤,且擋土壁未貫入不透水層時 ,即應檢討其抵抗砂湧之安全性。分析方法可用滲流解析方式、臨 界水力坡降解析方式、或以下列兩公式分別計算之,擇其中貫入深 度最大者為設計依據。 2Yxmh(D) Fs=─────≧1.5 式(8.8-3) Yw(△Hw) Ysub(△Hw+2D) Fs=────────≧2.0 式(8.8-4) Yw(△Hw) 式內 Ysub=質土壤之有效單位重(tf/m^3) D =擋土設施之貫入深度(m) Yw=地下水之單位重(tf/m^3) △Hw=擋土設施內外兩側地下水位之水頭差(m) 8.8.4 上舉 開挖底面下方土層中,如有不透水層且承受壓力水頭者,應檢討開 挖過程中此不透水層抵抗上舉破壞之安全性。可依下列公式計算其 安全性: Yti‧hi i Fs=─────≧1.2 式(8.8-5) Uw 式內 Yti =不透水層底面以上之各土層土壤單位重(tf/m3) hi =不透水層底面以上之各土層厚度(m) Uw =透水層頂部之水壓力(tf/m2) 8.8.5 施工各階段之整體穩定性分析 由擋土壁及支撐設施所構成之擋土結構系統,必須檢討其施工各階 段之整體穩定平衡,其安全係數皆須達到 8.8.1~8.8.4 之要求。 8.9 材料強度 8.9.1 容許應力 擋土壁及支撐設施應具有足夠之斷面及材料強度,各構件所承受之 最大應力,不得超過其容許應力值。臨時性擋土壁及支撐設施之容 許應力值,得較規定之永久性構件容許應力值提高百分二十五;背 拉式地錨之容許應力則依第 7.3.8 節中有關臨時性地錨之規定辦 理。 8.9.2 擋土壁之變形及控制 由擋土壁及支撐設施所構成之擋土結構系統,須具有適當之勁度, 並應事先評估開挖後所導致擋土結構體之變位及其對鄰近構造物之 影響。必要時應輔以完善的輔助措施,以避免擋土壁外側地表產生 有害之沉陷。 8.10 開挖安全監測 8.10.1 目的 基地開挖宜利用適當之儀器,量測開挖前後擋土結構系統、地層 及鄰近結構物等之變化,以維護開挖工程及鄰近結構物之安全。 監測資料可作為補強措施、緊急災害處理及責任鑑定之依據。 8.10.2 監測系統之設置 基礎開挖之設計若遇下列情形時,應配合基礎開挖工作之進行設 置監測系統: (1)經大地工程學理及經驗分析,結果顯示難以確定開挖所致之 影響者。 (2)相臨基地曾因類似規模之開挖及施工方法而發生災害或糾紛 者。 (3)開挖影響範圍內之地層軟弱、或其他相關條件(如高靈敏度 、高水位差、流砂現象等)欠佳者。 (4)開挖影響範圍內有供公眾使用之建築物、古蹟、或其他重要 建築物者。 (5)鄰近結構物及設施等現況條件欠佳或對沉陷敏感者。 (6)於坡地進行大規模開挖時。 (7)將開挖擋土壁作為永久性結構物使用,而於施工期間有殘餘 應力過高或變位過大之顧慮者。 8.10.3 監測規劃 監測工作應依開挖深度、土層構造及土壤性質、地下水位、水壓 及水流情形、施工時間長短、擋土結構型式、支撐型式、開挖及 支撐步驟、施工困難度、開挖區四周環境等因素,做適當之規劃 與設計。 8.10.4 監測項目 安全監測之項目一般包括下列各項,可視現場條件及設計需求作 適當之選擇。 (1)開挖區四周之土壤側向及垂直位移。 (2)開挖區底部土壤之垂直及側向位移。 (3)鄰近結構物及公共設施之垂直位移、側向位移及傾斜角等。 (4)開挖影響範圍內之地下水位及水壓。 (5)擋土設施之受力及變位。 (6)支撐系統之受力與變形。 8.10.5 配置原則及監測頻率 各監測項目之監測點配置、數量及監測頻率應符合一般大地工程 學理及經驗分析研判之需要,並以可充分維護基礎開挖及鄰近結 構物、設施等之安全為規劃原則。 9.1 通則 1 基地地層得視需要以適當之人為方法進行改良,使基地地層之整體 工程性質符合構造物之設計與施工之需求,並維護基地鄰近構造物 及設施之安全。 2 地層改良得利用置換、夯實、振動、壓密、脫水、固化、加勁或溫 度增減等物理或化學原理進行之,以增加地層之承載及抗剪強度、 減少壓縮性、改變透水性、增加地層穩定性及改善地層動態性質等 。 3 基本上地層改良屬地層之補強或改善措施,地層改良後之基礎設計 ,仍應依本設計規範其他各章節之規定進行。 9.2 地層改良之方法 選擇地層改良方法時,除應考慮構造物之重要性、地層條件、改良目 標、改良範圍、施工可行性、工期、材料之性質及經濟因素外、尚應 仔細詳估該類改良方法之有效性、相關之工程經驗、周圍環境之限制 、及對周圍環境與地下水污染之影響等。 改良地層方法可參考下列各類別選用之: (1)劣土置換法 (2)加密法 (3)排水固結法 (4)地層固化法 (5)溫度處理法 (6)加勁法 (7)其他工法 9.2.1 劣土置換法 本方法乃將表層劣土清除,然後以良土置換、分層夯實。本方法較 適用於淺層及地下水位以上之地層。 9.2.2 加密法 加密法之原理為利用機械振動、夯實或其他外力使基地土層密度增 加、孔隙比減少,以達到強化之目的。 本方法較適用於非粘性土層或回填土。常用之工法有下列幾種: (1)表層夯實-以人工或夯壓機械夯實。 (2)動力夯實-利用吊高重錘自由落下,反復多次夯擊地面使地層 壓實。 (3)擠壓砂樁-以鋼管採擠壓方式將填砂貫入地層成砂樁,地層因 受擠壓而密化之工法。 (4)振沖壓實-以振動機具配合沖水力量貫入地層而密化之工法, 貫入孔內可回填砂土或卵礫石塊。 9.2.3 排水固結法 本方法乃利用預加壓力及自然或人工排水系統使軟弱粘土之孔隙水 排出,達到快速沉陷及增加強度之效果。 本方法較適用於含水量高及滲透性低之粘土地層。 人工排水系統包括橫向及直向排水系統之設置,其中直向排水物, 例如砂樁、砂井、袋裝排水物、排水帶等係在天然地層中設置,用 以縮減土層排水路徑,加速排水效果。 一般用於預加壓力之方法有: (1)堆土預壓法 (2)真空預壓法 (3)降低地下水法 (4)以上方法之複合方法 此外,借助電滲作用,降低粘土含水量之電滲法,亦為排水固結方 法之一。 9.2.4 地層固化法 本方法係利用添加物改良土壤之物理及化學性質。常用添加物有水 泥、石灰、水玻璃等無害化學物。添加方法可利用攪拌、灌漿、或 滲入等方法進行。一般常用施工法有: (1)表層加固法-於地層表面加入固化劑,經混合、夯壓、固化後 形成較堅實表層,以增加基礎承載力。此法主要適用於軟弱粘 土、砂土及回填土。 (2)深層攪拌法-利用深層攪拌機械將固化劑與土層混合、固化成 堅硬柱體,與原地層共成複合地基作用。此法主要適用於軟弱 粘土。 (3)高壓噴射法-利用高壓力噴射作用將液態固化劑與土層相混合 ,固化成堅硬柱體,與原地層共成複合地基作用。此法主要適 用於砂性土壤。 (4)灌漿法-利用壓力將液態固化物灌注入土層之孔隙或裂縫,以 改善地層之物理及力學性質。此法主要適用於砂性土、卵礫石 及岩層。 9.2.5 溫度處理法 本方法係利用人工方法改變土層之溫度以改善其性質。可採用之工 法有: (1)冰凍法-利用通過冷媒使土層孔隙水溫度降至冰點下而凍結, 減低土層之透水性,並提高其強度。此法適用於飽和砂土及軟 弱粘土。 (2)加熱法-於鑽孔中加熱,使土層含水量及壓縮性減少,提高其 強度。 9.2.6 加勁法 本方法係於土層中埋設加勁材以達到提高土層總體強度、增加穩定 度及減少沉陷量之處理方法。加勁法一般有下列數種: (1)地錨 (2)岩栓 (3)土釘 (4)微型樁 (5)加勁土 (6)地工合成物 (7)短樁 9.2.7 其他工法 其他工法若經評估或模擬施工等步驟,確認其可達成地層改良之目 的,且無污染或其他不良影響者,亦可採用。 9.3 地層改良方法之評估與選擇 地層改良方法之評估與選擇可考量下列因素進行: (1)建築物基礎分析結果 (2)天然地層條件 (3)改良方法原理 (4)應用經驗 (5)施工機具與材料 (6)可行性分析 (7)環保要求 9.4 地層改良前之補充調查 當一般基地調查資料不足,或不符地層改良規劃及設計需求時,應針 對地層改良目的、改良方法進行特定目的之補充調查。 9.5 設計原則 地層改良之設計應依下列原則進行: (1)選擇改良方法或材料時,應考慮改良效果之時效性及材料之耐久 性。 (2)應就地層改良之力學機制,研判可能發生之破壞模式、或壓縮行 為,並參考類似案例設計之。 (3)若某一地層改良技術理論未臻成熟,除非已具有相當豐富之類似 工程經驗,否則應以現場測試或室內模型試驗,證實該改良方法 及設計理念之可靠性。 (4)改良後地層之設計參數,應考慮改良效果之不均勻性,作適當且 保守之選擇。 (5)應考慮改良區外之鄰近地層可能受改良施工影響而產生地層壓縮 、沉陷、隆起、側向移動、振動或強度減低等現象,並對鄰近地 區之構造物,採行適當之防護措施。 (6)應考慮因地層改良可能對環境所造成之污染。 9.6 模擬施工 1 模擬施工係指於工程開始前,就所選擇之地層改良方法,先行於工 程基地內,施以小規模之現場改良試驗,以確認所選擇之改良方式 ,包括施工方式、順序、改良點配置及間距、改良材料用量、品管 措施等之適用性及正確性。於下列情況下,進行地層改良時,應以 模擬施工驗證其改良方式: (1)供公眾使用、或極具重要性建築物之地層改良。 (2)地層層次構造複雜,各層次地層特性差異極大時。 (3)依據工程經驗,所選擇之改良方法不易達成均勻之改良效果者。 (4)改良標準超過一般經驗值時。 (5)經改良後之地點,若其成效未能符合設計需求但卻難以補強者。 (6)於工程基地鄰近地區之類似地層狀況中,缺乏同一改良方法成效 之檢核資料時。 2 以緊急保護措施為目的之地層改良,或改良過程中須定期監測地層 行為變化者,可不受上述限制。 9.7 改良效果之檢核 1 除緊急保護措施外,地層經改良後,均應針對改良目的,以詳細、 有效之現場或室內檢驗方式,檢核改良後地層之工程性質,以確認 施工品質及改良成效。 2 改良效果之檢核,基本上屬具特定目的之基地調查,改良成效若未 能符合設計要求時,應予補強改良,或就改良後之現況,選取適當 之土壤參數,修正原基礎或構造物之設計。其檢驗方式,宜參照下 述原則進行: (1)表層夯實之檢核,宜以平鈑載重試驗或相對夯實度等檢驗方式為 之。 (2)深層加密或以防止液化為目的之改良,應以現場貫入試驗為主, 試驗時間宜待夯實一週後進行。 (3)以灌漿或混合攪拌處理方式之改良,宜以現場試驗檢核,必要時 ,得以現場取樣進行試驗,以檢討其成效。其改良範圍,得以挖 掘試坑或其他適當方法檢核之。 (4)以預壓或排水固結法之改良,應定期監測土壤行為之變化,如孔 隙水壓與沉陷等,並藉工程學理研判改良之成效。 9.8 局部改良之檢核 1 如僅對基地之地層進行局部改良時,應針對已改良部份及未改良之 地層狀況,分別檢討其支承力及不均勻沉陷等問題,以確保構造物 之安全。 2 對臨時性之地層改良,應檢核其對構造物永久功能之影響,如不均 勻沉陷等效應。 9.9 地層改良與環境污染 地層改良如以化學方法進行者,為避免對環境造成污染,應於施工中 及施工後,監測地層中土壤及地下水之污染量。 10.1 土壤液化 建築物基地應針對基地之土層進行土壤液化潛能分析,評估地震時 是否產生地盤破壞現象,作為建築物基礎耐震設計之依據。 10.2 設計地震 土壤液化評估所採用之設計地震應依工程之重要性、基地之地質特 性及地震資料以機率法決定之,或參考內政部「建築物耐震設計規 範與解說」之震區加速度值選取適合該工程使用之設計值。 10.3 土壤液化潛能評估 基地土壤於地震作用下是否會發生土壤液化現象,係以地震引致地 層中之剪應力大小是否大於土壤之抗液化強度作為判斷之標準。在 工程應用上,一般使用安全係數來表示,安全係數定義為土壤抗液 化強度與地震引致剪應力的比值,即 R FS=── 式(10.3-1) L 上式中 FS=安全係數 R=r/α^s 為土壤抗液化強度τ與有效覆土壓力αv^s 之比值, 係指土壤在 N 次反覆荷載作用下達到初始液化或反覆流動所 需之反覆剪應力比值。 L=rav/αv^s 為設計地震對應於相當於 N 次反覆荷載作用之平 均剪應力 rav 與土壤有效覆土壓力α^s 之比值。 10.4 損害評估 建築物基地若具有高液化潛能之土層,應評估其受地震作用時之可 能損害程度,以進行地層改良設計或於結構物耐震設計時加以考量 。 10.5 地盤流動化之基礎耐震設計 建築物基地若位於可能發生土壤液化流動現象之地盤時,設計時應 適當考量地盤流動化之影響。 10.6 液化地層土質參數之折減 對於判定會液化之土層,在設計分析時應將其土質參數作適當之折 減,作為耐震設計之依據。 參考文獻 第一~三章及主要參考規範 1 內政部(1998),「建築技術規則-建築構造編」,營建雜誌社,397p p 。 2 內政部(1997),「建築物耐震設計規範及解說」,營建雜誌社,74pp 。 3 內政部(1997),「建築工程施工規範」,營建雜誌社,301pp 。 4 中華民國建築學會(1988),「建築技術規則建築構造編基礎構造設計規 範」,內政部營建署委託研究報告。 5 中國土木水利工程學會(1993),「工址地盤調查準則」,內政部建築 研究所籌備處委託研究報告。 6 中國土木水利工程學會(1998),「基礎工程施工規範(含解說)」,內 政部建築研究所籌備處委託研究報告,科技圖書。 7 中國土木水利工程學會(1998),「地錨設計與施工準則暨解說」,交 通部台灣國道新建工程局委託研究報告,科技圖書。 8 中國土木水利工程學會(1998),「混凝土工程設計規範與解說」,科 技圖書。 9 日本建築學會(1988),「建築基礎構造設計指針」。 10 日本道路協會(1996),「道路橋示方書‧同解說(I 共通編,VI下 部構造編,V 耐震設計編)」。 11 日本土木學會(1986),「國鐵建造物設計標準解說(基礎/抗土壓 構造物)」。 12 交通部(1995),「公路橋梁耐震設計規範」,幼獅出版社。 13 inhabitant Association of State main road and executive department Of- ficials(AASHTO),(1996). ”Standard Specifications for Hig- hway Bridges,” 16th Ed. ”The Bearing Capacity and Settlement of Foundations, ” branch of knowledge educational institution of Nova Scotia. 14 canadian river Geotechnical Society(1992).“Foundation Engineer- ing Manual.” 3rd Ed.

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