第五章 以直剪試驗探討 NF 工法及噴氣工法
6.2 建議
1. 因實驗室空壓機無法提供與現場同樣的最大空氣壓力σa(10 kgf/cm2即 981 kN/m2)及供氣量，因此僅能藉由降低直剪試驗正向應力σn以提高 APR，若能 增大空壓機之壓力及供氣量，或許可將試驗室的實驗資料，與現地作用於沉 箱周面之氣壓及摩擦力進行比較。
2. 因壓入沉箱並未安裝荷重計於沉箱底部，無法實際得知刃口處的承載力。如 果有機會安裝荷重計以獲得刃口承載力，可將沉箱自重與油壓千斤頂的壓力 總和扣除刃口承載力後。所得的值即為摩擦力與上浮力的和，可更精確推得 沉箱壁與土壤間的介面摩擦力。
37
12. Hu, L. and Pu, J., (2004) “Testing and modeling of soil-structure interface”
J. Geotech. Geoenviron. Eng.,ASCE, 130(8), 851-860.
13. Potyondy, J. G.,(1961) “Skin friction between various soils and construction materials,” Geotechnique, 11(4), 339-353
38
表2-1 周面摩擦力表 (摘自角田安一與泉滿明，1981)
單位：(kN/m2)
8 16 25 30 40
細砂 2 4 5 6 7
壓實的細砂 5 6 7 9 10
壓實的砂 12 14 17 20 22
混合礫石的砂 14 17 20 22 24
混合砂的礫石 17 20 22 24 26
壓實的砂礫 22 24 27 29 31
土質 沉箱深度(m)
39
40
表 2-3 有使用下沉促進工法之周面摩擦力表 (after 阪神高速道路公團，1990)
深度(m) NF
25.0～39.0
(平均値) 15.0
41
(CL700A)
捷運聯絡
42
表3-2 高雄楠梓汙水主幹管沉箱資料 沉箱編號 沉箱內部尺寸
(m)
壁厚 (m)
沉箱深度 (m)
施作工法 一 6.2 x 4.4 0.8 21.03 壓重沉箱 二 4.4 x 4.4 0.6 22.75 壓重沉箱 三 6.2 x 4.4 0.8 23.65 壓重沉箱 四 4.4 x 4.4 0.6 24.5 壓重沉箱 五 6.2 x 4.4 0.8 18.4 壓入沉箱 六 4.4 x 4.4 0.6 21 壓入沉箱
43
表 3-3 聯絡通道施工比較 (摘在台北市政府捷運工程局，2008)
工法 設置豎井 地中直接鑽挖
輔助工法 切削樁 沉箱 大口徑灌漿+壓氣 冰凍工法
費用 低 中 高 極高
交通影響 切削樁須進行日 夜24 小時施工
用地小，可配合離峰時 段施工，減少衝擊
大範圍地盤改良 車道管制5 個月
道路全區封 閉18 個月 影響通車
要徑工期 3 個月 3 個月 8 個月 15 個月
可行性 佳 優 可 普通
44
表 3-4 高雄楠梓汙水主幹管沉箱施工時間比較 沉箱編號 沉箱層數 沉箱深度 預估日數 工作日數
平均沉降一層 的所花的時間
(天)
平均沉降速 率(m/day) 一 6 21.03 60 101 16.83 0.21 二 7 22.75 60 147 21.00 0.15 三 7 23.65 60 106 15.14 0.22
四 7 24.5 60 168 24.00 0.15
五 5 18.4 60→38 38 7.6 0.48
六 6 21 45 46 7.67 0.46
45 SR-065,SR-066,SR-068,SR-069, SR-070,SR-071,SR-072,SR-074, SR-075,SR-076,SR-077,SR-078,
SR-086,
NB-084,NB-090,NB-091,NR-092, NB-093,NR-096,NR-097,NR-098, NR-099,NB-100,NB-101,NB-102, NR-103,NR-105,NR-106,SB-061, SR-065,SR-066,SR-068,SR-069, SR-070,SR-071,SR-072,SR-074, SR-075,SR-076,SR-077,SR-078,
SR-086,
頻率 每週二次 每週一次
淺式沉陷點 SSI0090~94,SSI0095~98 SSI0093~98
頻率 每週二次 每週一次
建物傾斜計 NR-097,NR-106,SR-068,SR-075, SR-086
NR-097,NR-106,SR-068,SR-075, SR-086
頻率 每週二次 每週一次
土中傾度管 SIS0016,SIS0015 SIS0015,SIS0016
頻率 每週二次 每週一次
多桿式伸縮儀 EXM0007~8,EXM0009~10 EXM0007~8,EXM0009~10 頻率 每週二次(僅量測外管高程。) 每週一次(僅量測外管高程。) 豎管式水壓計 PZS0034~35,PZS0037~38 PZS0034~35,PZS0037~38
頻率 每週二次 每週一次
46 2 10.50 18,960.6 3,595.4 7,374.8 25,969.5 36,939.7 17,979.1 3 16.50 30,389.9 8,260.7 13,013.3 34,389.4 55,663.4 25,273.5 4 22.50 41,819.2 12,925.9 18,402.0 36,296.8 67,624.7 25,805.5 5 28.50 53,248.5 17,591.2 25,188.0 36,296.8 79,076.0 25,827.5 6 34.10 63,915.8 21,945.4 41,472.1 26,774.0 90,191.5 26,275.7 7 40.85 75,822.8 27,193.9 39,155.9 36,296.8 102,646.6 26,823.8
47
表4-2 壓入沉箱施工周邊監測頻率
編號 項目 儀器數量 觀測頻率 警戒值 行動值
1 傾度管 2 每周一次，開挖期間
兩次 50 mm 65 mm 或曲 率超過1:350 2 水位觀測井 1 開挖期間每周兩次，
建造期間每周一次 +-1.0 m +-2.0 m 3 沉陷觀測點 3 開挖期間每周兩次，
其餘一次 20 mm 25 mm
48
表5-1 渥太華砂性質
比重 Gs 2.65
最大孔隙比max 0.76 最小孔隙比 emin 0.5 有效粒徑 D10 0.21
均勻係數 Cu 1.52
(左圖
(a) 注
(圖
圖2 圖摘自台北
圖2-6 式
51
2-5 壓入沉 北市政府捷運
式(2-2)圓形
沉箱工法 運工程局，
形沉箱示意圖 2008)
圖
(圖
(圖
圖2-7 地 圖摘自台北
圖2-8 竹 圖摘自台北
52
地錨連結至 北市政府捷運
竹節形夾棒連 北市政府捷運
至竹節形夾棒 運工程局，
連結至千斤 運工程局，
棒 2008)
斤頂 2008)
(圖
(圖
圖 圖摘自台北
圖 2-10 圖摘自台北
53
圖2-9 油壓千 北市政府捷運
0 千斤頂夾 北市政府捷運
千斤頂 運工程局，
夾具示意圖 運工程局，
2008)
圖 2008)
(圖
圖 (圖
圖 2-1 圖摘自台北
2-12 加壓 圖摘自台北
54
1 千斤頂與 北市政府捷運
壓處舖砂以均 北市政府捷運
與加壓桁架 運工程局，
均勻承載面 運工程局，
架 2008)
面之壓力 2008)
(圖
(圖
圖2-1 圖摘自台北
圖2-14 圖摘自台北
55
3 沉箱外側 北市政府捷運
4 裝 NF 鐵盒 北市政府捷運
側之NF 膜 運工程局，
盒之示意圖 運工程局，
2008)
圖 2008)
(圖
(圖
圖 2-圖摘自台北
圖2-16 圖摘自台北
56
-15 安裝 N 北市政府捷運
沉箱壁外拉 北市政府捷運
NF 膜鐵盒 運工程局，
拉出之NF 膜 運工程局，
2008)
膜 2008)
NNF 鐵盒
(圖
(a) 設
(b) 噴 圖 圖摘自台北
57
設置箱體內
噴流孔與噴流 2-17 噴流孔 北市政府捷運
噴氣孔
內噴流管
流孔外蓋 孔設置 運工程局，
孔
2008)
1.打
59
圖2-19 壓入沉箱施工之前期作業流程 (摘自 台北市政府捷運工程局，2008)
施工規劃
鋼板樁設置
整地、回填
壓入地錨
墊木設置 地質調查、測量規
計測基準點及
計測設備設置
60
圖2-20 沉箱壓入作業
(摘自 台北市政府捷運工程局，2008)
刃口安裝
箱體構築
安裝壓入設備
沉箱壓入、開挖
下沉完畢 刃口製作
壓入設備撤除
餘土清除
施工架組立
圖2-21 上 (摘自
61
上海沉箱沉 自徐鵬飛等人
沉陷點配置圖 人，2014)
圖
圖2-22 沉箱下 (摘自
圖2-23 (摘自
62
下壓造成水 自徐鵬飛等人
沉箱下壓的 自徐鵬飛等人
水平方向擠 人，2014)
的後續影響 人，2014)
土效應
響
圖2-24 乾砂與結 (a
63
結構間摩擦力 after Potyo
力與垂直應 ondy)
應力關係圖
圖2-25 不同粗糙 (afte
64
糙度的鋼板 er Hu 和 P
板與砂之摩擦 Pu, 2004)
擦力實驗
圖2-26 乾乾砂與結構 (摘自
65
構材料間剪應 自張崇義
應力與垂直
，1989)
直應力關係圖係圖
圖 3-11 高雄楠梓
圖 3-2 一號 (摘
66
梓汙水主幹管
號沉箱位置 摘自蔡惠文
管六座沉箱
置(由東向西
，2011)
箱分布位置
西攝)
圖 3-3 二號 (摘
圖 3-4 三號 (摘
67
號沉箱位置 摘自蔡惠文
號沉箱位置 摘自蔡惠文
置(由東向西
，2011)
置(由東向西
，2011)
西攝)
西攝)
(a)鋼板板樁與夾具棒
圖 3-7 五號 (摘
圖 3-8 六號 (摘
69
號沉箱位置 摘自蔡惠文
號沉箱位置 摘自蔡惠文
置(由西向東
，2011)
置(由東向西
，2011)
東攝)
西攝)
一、
圖
圖
圖 3-11 五、
(摘
圖 3-12 三號 (摘
71
、六號壓入 摘自蔡惠文
號沉箱施工 摘自蔡惠文
入沉箱鑽探柱
，2011)
工導致放流管
，2011)
柱狀圖
管挫曲
圖 3-13 三號沉箱施 (摘
72
施工導致鄰 摘自蔡惠文
鄰近地盤沉陷
，2011)
陷及路面掏掏空
地質調調查
圖 3-15 (摘
圖 3-(摘
74
高雄一號沉 摘自蔡惠文
-16 反力鋼 摘自蔡惠文
沉箱施工現
，2011)
鋼板樁上浮
，2011) 現場
(
圖 3-17 蘆 (摘自台北市
75
蘆洲線 CL7 市政府捷運
700A 聯絡通 運工程局，2
通道 2008)
圖
圖 3-1 (
圖 3-18 蘆洲 (摘自
19 蘆洲線 (摘自台北市
76
洲線 CL700 自陳聯獻等人
CL700A 壓入 市政府捷運
A 壓入沉箱 人，2009)
入沉箱鄰房 運工程局，2
箱位置
房保護配置 2008)
圖 3-20 蘆洲線 CL7 (摘自台
77
700A 附近鑽 台北捷運市政
鑽探孔位分 政府，2008
分布與柱狀圖 8)
圖
圖 3-21 CL70 (摘自台北
78
00 壓入式沉 北市政府捷
沉箱監測儀器 捷運局，200
器配置 08)
圖
圖 3-22 CL70 (摘自
圖 3-23 (摘
79
00A 壓入式 自台北捷運
二號沉箱的 摘自蔡惠文
式沉箱周圍沉 運，2008)
的不均勻沉
，2011)
沉陷量
沉陷
圖
80
圖4-1 沉箱剖剖面圖
鋼鋼板樁
圖44-2(a) 高雄
圖
圖4-2(b) 沉
82
沉箱與地層關關係圖
圖4-3 於
83
於降挖地面面上施作地錨錨
圖4-4
84
反力加壓系系統示意圖圖
加加壓樑
圖4-5 油 竹
85
5 壓入沉箱 油壓千斤頂 竹節鋼棒
箱反力系統 頂
86
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
刃口深度（ｍ）
反
圖 反力架
4-7 地錨的 沉箱
地錨
87
的固定端與自 千斤
錨
自由端示意 斤頂
意圖
88
圖4-8 地錨施工流程圖
鑽孔定位
鑽孔
內套管拔除
一次灌漿
吊入鋼鍵 機具進場
機具離場 外套管拔除
二次灌漿
圖
4-89
-9 中空油壓壓千斤頂
(a)
圖4-11 竹
91
竹節鋼棒與地地錨之連接接處
圖4-12
92
沉箱施工壓壓入流程圖圖
鐵腳腳
圖4-13 墊
圖
4-93
墊木及鐵腳
14 墊木鋪設 墊木
腳鋪設平面圖
設示意圖 圖
圖4
圖4-16 沉 第一節
94
4-15 墊木上
沉箱鐵腳處
上的鐵腳
處局部放大圖圖
鐵鐵腳
裝
沉箱壁
裝NF 膜的
圖
圖 的鐵盒
圖4-17 焊在
圖4-18 掛
95
在鐵腳上內
掛於第一層沉
內裝NF 膜的
沉箱上的N 鐵腳
NF
的鐵盒
NF 膜 膜
圖 (a) 綁紮
圖4-19
4-20 高雄壓 紮鋼筋
96
9 置於沉箱
壓入沉箱第
箱旁之NF 膜
第二昇層箱 (b) 澆
膜
體製作
澆製箱體混凝凝土
圖
97
圖4-21 水中中開挖
圖4-22((a) 噴流管上
圖4-22
98
管上預留氣體
2(b) 箱壁上
體噴射管道
上的噴流孔
道的保麗龍塊
孔
塊
圖4 (a) 空壓
4-23 空壓機 壓機
99
機與連結到不不同昇層的 (b
的噴流管 b) 噴氣管
(a) 設設備吊入水
(a) 沉
圖4
102
4-28 沉箱監測範範圍
(a)
(c
(e) 混
混凝土用
c) 混凝土用
混凝土試體
圖 5-用模具
用水泥
體完成
103
-1 直剪混凝凝土製作 (b) 混
(d) 水泥 拌合
混凝土用砂
泥與砂加水 砂
圖
圖5-2 附外徑
圖5-3 模
徑3mm 銅質
模擬噴氣工法
104
質噴氣管及
法直剪試驗
及噴氣口之
驗混凝土下盒
混凝土下盒
盒之製作模 盒試體
模具
(a)
(a) 空壓
(a) 剪力
(a) 置入
圖
圖5-9 中等緊緊密渥太華
109
華砂剪應力及及體積應變變隨剪位移之之變化
圖5-10 中等緊 ψ=32.
110
緊密渥太華 .8o
華砂之破壞包包絡線
圖
圖5-11 平滑滑混凝土與渥
111
渥太華砂界界面之剪應力力隨剪位移移變化
圖5-12 平平滑混凝土
112
土與渥太華砂 δ=2
砂界面隨剪 22o
剪位移之變化變化 δ=22o ψ=32.8o
圖5-13 混凝土對包
113
包覆NF 膜上上盒之剪位位移對剪應力力
圖5-14 混混凝土對包
114
包覆NF 膜上上盒之正向應應力對剪應應力
ψ=32.8o
δ=22
δ=16.7o
o
2o
圖5-15 在 30kN/mm2對應APR
115
R 為 1、1.55、2、3、44、5 之剪應應力對剪應變變
圖5-16 在 455kN/m2 對應
116
應APR 為 1、2、3 之之剪應力對剪剪應變
圖
圖5-17 在 60kN/m2對
117
對應APR 為為1、2 之剪剪應力對剪應剪應變
圖5-18 不同噴氣氣壓力下混
118
混凝土與包覆覆NF 膜之上上盒剪應力力對正應力
圖5-19 界
119
界面摩擦角隨隨氣壓之變變化
混凝土 剪力盒
土 σn
圖5-20 渥太
σa
120
空氣壓力分 太華砂
N
分布示意圖圖 噴氣管