圓形沉箱之現地檢測分析與數值模擬結果比較

首先考慮圓形沉箱式基礎。檢測時，其施工狀況為已達設計深度20m 之環形結 構。因應花蓮現場地形雨與防洪之考量，因此在沉箱上方有假設工程防水牆之設計，

其深度為5m。圖 6.2 所示為圓形沉箱之示意圖與現場照片。基於檢測人員之安全考 量，此次檢測只得以在防水牆上做檢測，圖6.3 與 6.4 為檢測當時之實況照片。

首先使用新開發之檢測系統來進行敲擊反應之檢測實驗。本系統可彈性地接上大 型衝擊鎚（型號086D50）與中型衝擊鎚（型號 086D20）。另外，本次實驗亦使用了 法國製之儀器組MIMP16，主要為為了比對本研究所開發之儀器是否能成功的進行敲 擊反應之檢測實驗。圖6.5 所示為兩種儀器系統所得之反應訊號比較。比較圖 6.5 可 知新開發之儀器系統與法國儀器組MIMP16 所擷取之訊號極為相似。主要之差異僅 在於反應正負號之定義而已。但因法國製儀器組已老舊，且不易擷取出其原始訊號以 便進行進一步之訊號處理，因此，本文以後之結果將只顯示新檢測系統之結果。

在有限元素數值模擬現地檢測實驗方面，圖6.6 所示為針對此圓形沉箱之有限元 素網格圖，表6.1 為數值模式之相關參數設定。

圖6.2 花蓮壽豐溪大橋之圓形沉箱示意圖與現場照片

圖6.3 花蓮壽豐溪大橋圓形沉箱進行敲擊反應檢測照片之一

圖6.4 花蓮壽豐溪大橋圓形沉箱進行敲擊反應檢測照片之二

圖6.5 以（a）自行開發之檢測系統與

（b）法國製儀器組檢測圓形沉箱之實測結果比較

表 6.1 模擬現地圓形沉箱之材料參數設定

Caisson Water Wall

Young’s modulus E (N/m²) 2.683×10¹⁰ 2.393×10¹⁰

Poisson’s Ratio ν 0.2 0.2

Mass Density 2300 2300

P-wave Velocity Vp (m/s) 3600 3400 R-wave Velocity VR (m/s) 2008 1869

圖6.6 模擬壽豐溪大橋圓形沉箱之有限元素網格圖

本次實驗結果為能與模擬結果比較，因此在最大振幅上皆調整為相同大小。圖

6.7 所示為數值模擬與現場實測之中型衝擊鎚之施力歷時曲線比較圖。圖 6.8 為數值 模擬與現地實測之速度反應曲線比較。由速度反應曲線之比較圖可以得知，防水牆深 度在現地實測與數值模擬結果中皆可反映出來。現地實測之防水牆深度為5.22m 與數 值結果之5m 比較，誤差僅只為 4.4%。而在沉箱底部反射波之辨識上，數值模擬之正 確沉箱底部反射波之波抵時刻應為14.05ms；而在現場檢測實驗上，反射波訊號所推 算之長度為26.55m，誤差為 6.2%。惟值得注意的是，數值模擬結果與現場實測之結 果在雷利波的反應上有相當大的差異。現場檢測結果中，其雷利波反應相當不明顯，

推測可能原因是複雜之現場土壤性質之影響，此問題將在下節中進一步討論。

圖6.9 所示為數值模擬與現地實測之大型衝擊鎚之施力歷時曲線比較圖。對於大 型衝擊鎚之模擬與實際檢測狀況之比較，為了讓其曲線能方便觀察，因此將其最大振 幅都調整為1。實際上，大型衝擊鎚所施加之衝擊能量大於中型衝擊鎚。由其產生之 沉箱速度反應曲線則顯示於圖6.10 中。圖中大型衝擊鎚之反應趨勢與中型衝擊鎚相 似，防水牆之反射訊號在數值模擬結果與現場實測結果中皆反映出來。實測水牆之深 度為5.45m，與實際長度 5m 之誤差為 9%。又依其沉箱底部反射波所推算之沉箱深 度為27.21m，與設計長度之誤差為 8.84%。由於大型衝擊鎚之接觸時間較長，數值模 式中底部反射之訊號埋沒在雷利波訊號之內，因此沉箱底部反射訊號較不明顯。

圖6.11 所示即為分別使用大型與中型衝擊鎚進行檢測試驗之數值模擬結果與現 地實測結果之綜合比較圖。由於衝擊應力波之波長不同，因此在檢測與數值模式上，

其衝擊波波長較長之訊號皆向右偏移，除此之外其訊號趨勢都非常接近。

圖6.7 數值模擬與現地實測圓形沉箱受中型衝擊鎚作用之施力歷時曲線比較圖

圖6.8 數值模擬與現地實測圓形沉箱受中型衝擊鎚作用之速度反應曲線圖

圖6.9 數值模擬與現地實測圓形沉箱受大型衝擊鎚作用之施力歷時曲線比較圖

圖6.10 數值模擬與現地實測圓形沉箱受大型衝擊鎚作用之速度反應曲線圖

圖6.11 數值模擬與現場實測圓形沉箱受中型與大型衝擊鎚作用之速度反應曲線圖