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第六章、動力夯實工法

6.1 說明

6.1.1 適用範圍

1、動力夯實工法係利用起重設備吊高重錘再令其自由落下,反復多次 夯擊地面,藉重錘落下時所產生之巨大衝擊能量改變現地土壤之組 構,使地層壓實,進而達到強化地層,增加支承力與抗剪力,減少 沉陷,或降低液化潛能之目的。

2、動力夯實工法適用於處理砂質土壤、低飽和度粉土與黏性土壤、回 填土等地層。

【解說】

1 、 動 力 夯 實 工 法 (Dynamic Compaction Method) 又 稱 動 力 壓 密 工 法 (Dynamic Consolidation),於 1696 年由法國工程師 Louis Menard 開 發成功,台灣地區於 1993 年首度引入應用於台塑六輕工業區建廠工 程。動力夯實工法係利用吊車或特製之起重設備將鋼製或混凝土製 之重錘吊起相當高度,再讓重錘自由落下,藉重錘落下時所產生之 巨大衝擊能量改變現地土壤之組構,使疏鬆地層壓縮趨於密實。為 能有效改良深層地盤,一般將夯擊點規劃為棋盤式配置(參見圖 6.1.1-1),各夯擊點間保持相當距離,並依改良需求及地層特性、

超額孔隙水壓激發情形等分一至數個階段(Pass)夯擊,每一夯擊點以 重錘多次反覆夯擊,此階段夯擊改良稱為主錘擊(Primary Tamping) 或稱主搗實。主錘擊完成後,由於夯錘衝擊地表形成陷坑,經整平 後再以較低夯擊能量之夯錘,進行密接式整平錘擊(Iron Tamping),

以改良表層疏鬆之地層。動力夯實工法初期僅用於滲透性高之砂性 土層改良,但經過數年的應用與發展,由於施工方法的改進與排水 條件的改變,本法也適用於低滲透性飽和粘土之改良。表 6.1.1-1 所示為台灣地區應用動力夯實工法改良之案例。

2、動力夯實工法改良土壤的原理大致可歸納為下述三項,第一為加密

1998.7~1998.11 抗液化、

改善基礎承載力 動力夯實工法 4.5 公頃 10m

事業廢棄物資源回收 處理場基地地質改良 工程

1999.1~1999.3 抗液化、

改善基礎承載力 動力夯實工法 4.25 公頃 10m

(High-Dynamic Stress)時,土壤孔隙中的氣泡被壓縮,而孔隙 中的水也因孔隙水壓的增高、消散而排出,土壤孔隙體積因而

1.夯擊點放樣 、高程測量

2.主搗實施工 3.陷坑測量 (直徑、深度)

4.陷坑回填 地表整平

5.下一階段 夯擊點放樣 、高程測量

圖 6.1.1-1 動力夯實工法主錘擊施工示意圖

減少,土壤顆粒結構重新排列,土層因此沉陷、壓實而成為較 緊密的狀態。當高能量反覆夯擊土層時,土壤孔隙中的氣泡將 逐漸被壓縮,氣泡所佔的體積百分比也將漸減,直到土壤達到 飽和狀態。土壤飽和後,若繼續以高能量反覆夯擊,則土壤的 行為可分別就飽和非黏性土壤及黏性土壤說明。

(2)飽和非黏性土壤

當土壤為飽和非黏性土壤時,因土壤顆粒及顆粒間孔隙水不可 壓縮,夯擊產生之高動應力,由孔隙水承受而產生超額孔隙水 壓,連續之夯擊將使孔隙水壓漸次提高,當土壤內產生之超額 孔隙水壓等於有效應力時,土壤將因失去剪力強度而呈現液化 情形。土壤液化後若停止夯擊,則土壤內孔隙水將因超額孔隙 水壓之消散而逐漸排出,土壤顆粒亦逐漸沉積。由於孔隙水的 排除,使土壤孔隙體積減少,土壤顆粒得以較原來更緊密的方

式重新排列,因而達到土壤改良的效果。

(3)飽和黏性土壤

Menard(1974)為了解釋細粒土壤的動力緊密現象,提出不同於 Terzaghi 的壓密理論模式如圖 6.1.1-2 所示。Menard and Broise (1975)根據動力壓密試驗結果說明接近飽和之黏性土壤於動力 壓密施工中錘擊能量、孔隙水壓、體積變化量及土壤承載力的 關係(如圖 6.1.1-3 所示),並提出四點動力壓密工法能有效的 應用於改良黏性土壤的原因:

A、飽和土壤中仍含有極微小的氣泡(Micro-bubbles) B、反覆的夯擊導致漸次性的土壤液化

C、土壤滲透性因裂隙或土壤接近液化狀態而改變 D、土壤強度的回復性

Menard and Broise(1975)雖提出動力壓密工法可以有效的應用 飽和黏土層的改良,試驗室亦有多項試驗證實動力壓密的效 用,但其真正理論仍未被確認,且實際案例有限,因此本規範 暫將飽和粉土與黏性土壤排除在動力壓密工法之建議適用範 圍外,前述地層若擬使用動力壓密工法改良,宜透過現地模擬 施工加以驗證其適用性。

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