第一章 緒論
1.4 論文組織
本論文共分六章，第一章為緒論，第二章為文獻回顧，說明沉箱工法、壓入式 沉箱工法沿革、施工原理、輔助工法、沉箱施工導致的地盤沉陷、地下建築構造物 材料與砂土界面摩擦行為研究。第三章為壓入沉箱工法相關案例介紹，包含：高雄 楠梓汙水主幹管壓重及壓入式沉箱工作井、及蘆洲線 CL700A 區段標壓入式沉箱連絡 通道，並比較壓入式沉箱工法與壓重沉箱工法之施工品質與工期。第四章為高雄地 區壓入式沉箱案例。第五章為室內噴流直剪試驗探討氣壓大小對降低介面摩擦力之 效果，第六章為結論與建議。
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4 輔助工法：NF 工法(Non-friction method)及噴氣工法，成為目前日本國內壓入式 沉箱的設計依據。
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6 bearing capacity)公式來求得，該公式如下：
(2.3)
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8 圖2-13)，以降低箱體壓入地盤時之摩擦力。台北市政府捷運工程局(2008)在”壓入沉 箱工法設計與施工”中提及，原本沉箱外圍混凝土壁面與周圍地盤接觸所產生之摩擦
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10 片粗糙度(Relative Interface Roighness, Rn)越高摩擦力也越大，實驗結果如圖 2.26。
而張崇義(1989) 的研究顯示同一種材料(例如混凝土或鋼材或木材)，其平滑與粗糙 度不同，測得的摩擦角亦有所差異，其結果如圖2-25 所示。
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16 的汰換作業，工程持續至隔天早上(200.7/10/9)5:00 完工。
案例二
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築沉箱箱體。等到混凝土強度足夠以後，會開始進行千斤頂的組裝並進行沉箱的下 沉，接著反覆進行構築箱體以後的步驟，直到沉箱沉設置預定位置。
3.2 蘆洲線 CL700A 區段標壓入式沉箱連絡通道
本節介紹台北捷運蘆洲線 CL700A 區段標以壓入式沉箱聯絡通道(以下簡稱
「CL700A 壓入沉箱」)。CL700A 壓入沉箱為台灣第一起壓入沉箱案例。以下介紹其：
工程概述、地質概況、選擇壓入工法原因、及施工對鄰近地盤建物沉陷之影響。
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20 遭建物造成的沉陷。CL700A 壓入式沉箱之沉陷監測區域，採取基地周邊依沉箱開挖 深度1.5 倍為監測範圍(圖 3-21，儀器編號參考表 3-5)，雖曾測得 7~10 mm 之沉陷(圖
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在蔡惠文(2011)統計過高雄的四個壓重式沉箱的預期完工日數與實際完工日數，
如表 3-4。該統計表顯示，壓重式沉箱的實際完工日數都是預期完工日期的 1.5 倍 以上。而兩個壓入式沉箱的實際完工日期與預期完工日期相差不超過一天。至於因 為 CL700A 壓入式沉箱是台灣的第一個壓入式沉箱施工案例，施工單位對工期的估計 非常寬鬆，因此不列入比較。表 3-4 顯示壓重式沉箱對於工期的掌握度並不如壓入 式沉箱精確。高雄的六個沉箱施工案例顯示，壓入式沉箱的下沉速率是壓重式的兩 倍以上，因此在工期方面，壓入沉箱明顯的占優勢。
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帶之黏土、粉土、砂及卵礫石等大小不同之顆粒，以不同比例沉積而成，其厚度因 地區不同而有所差異。現場鑽探後得到之鑽探資料顯示，此處的土壤以砂、泥、及 礫石為主。現場BH21鑽孔柱狀圖可如圖4-2(a)所示，沉箱深度與地層的相對關係可 參考圖4-2(b)，地層分布敘述如下：
第一層：回填土，厚度4.7公尺，SPT-N值分布在7-10間，平均為8。
第二層：灰色粉土質黏土夾粉土(CL)，厚度4.5公尺， SPT-N值分布在7-8間，平 均為7。
第三層：灰棕色粉土質細沙夾黏土(SM)，厚度3.4公尺，SPT-N值分布在15-24間，
平均為19。
第四層：棕灰色砂礫石層夾粗細砂(SP)，厚度3.15公尺，SPT-N值為20
第五層：棕黃色粉土質細砂夾灰色黏土(ML)，厚度3.25公尺， SPT-N值為46。
第六層：灰色粉土質黏土(CL)，厚度2公尺，SPT-N值為13。
第七層：風化泥岩夾砂質泥岩，厚度7.5公尺，SPT-N值分布在29-37間，平均為 32。
第八層：棕黃色粗細砂夾礫石，厚度1.95公尺，SPT-N值為73。
第九層：青灰色砂礫石層夾粗細砂，厚度7.45公尺，SPT-N值分布在63-100間。
第十層：灰色粗細砂夾礫石(SP/SM)，因鑽探到此層終止，其厚度未知，SPT-N 值分布在34-77間，平均值為51。
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25 可施加壓力最大值為2400 kN。油壓千斤頂內部有兩個夾具，藉由兩個夾具輪流固定、
向下移動箱體來幫助沉箱穩定下壓，千斤頂作用方式如圖4-10所示。 桁架的用途為，將千斤頂的集中力(point load)透過加壓桁架變成一均佈載重，平均 分配在支壓盤上。再透過支壓盤將下壓力傳遞到沉箱壁體上，以幫助沉箱下沉。
4.6 沉箱壓入施工流程
26 (line load)，若刃口直接接觸在地層上，可能因集中載重造成刃口不均勻下陷，影響 沉箱施工之精度。
4.6.2 沉箱鐵腳
沉箱鐵腳內徑為15公尺，外徑為18.1公尺，於沉箱內側為一斜面，材料為鋼材，
如圖4-16所示。鐵腳外徑比箱體外徑(18 m)設計多10公分的原因為，避免下壓時沉箱 與土壤為緊密貼合，因而造成沉箱壁與土層介面摩擦力高於預估值。
27 為7-10 kgf/cm2支高壓空氣經噴氣管傳送到指定昇層的噴氣孔噴氣(如圖4-23)，降低
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沉箱之周面摩擦力，幫助沉箱下沉。
4.6.7 後續作業
當沉箱下沉及開挖至預定位置後，開始進行壓入沉箱的後續作業：鐵腳清洗及 水中攝影、打設水中混凝土與沉箱底板、及背填灌漿。
當沉箱下沉完畢後，開始以高壓水柱清洗鐵腳如(圖 4-24)。清洗完畢之後，投入 沉澱劑並靜置之，沉澱水中雜質。靜置沉澱過後，以水中攝影確認鐵腳處是否還有 淤泥如(圖 4-25)。若淤泥未清除乾淨，可能因淤泥形成水路，造成沉箱底部漏水。
確認鐵腳處的淤泥已清理完畢後，開始澆置水中混凝土，其過程可參照
圖4-26。於水中混凝土養護至預定強度期間，可藉由噴氣工法之 PVC 管實行箱壁外 側之背填灌漿，以填充沉箱壁與土壤間的縫隙。當水中混凝土強度達到預計強度後，
開始打設沉箱底板。
打設底板前，進行沉箱內部降水作業與清理沉箱壁。降水至底板後，先打除底 板上的劣質混凝土，再進行底板鋼機綁紮及混凝土澆置作業，如圖4-27 所示。
4.7 監測系統
為確保工程順利的進行，於沉箱周圍 2 倍開挖深度(81.8 公尺)為監測範圍，如 圖4-28 所示。施工單位於監測範圍內設置土中傾度管 2 支、水位監測井 1 個、及 3 處沉陷觀測點進行監測，監測儀器數量與監測頻率如表4-2。沉陷結果因整體工程仍 在進行中，因此缺乏完整監測資料進行研究。
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態下，渥太華砂的內摩擦角中尖峰值(peak value)為 32.9 度、殘餘值(residual value) 為32.1 度。 擦角逐漸自δ=13o(APR=1)，減小到δ=9.6o(APR=2)及δ=8.8o(APR=3)。整理上述各 種不同正應力與不同APR 得的資料，可繪出 APR 與界面摩擦角的關係圖，如圖 5-19。，
以此可以看出NF 膜及噴氣工法的降低摩擦力的效果。圖中界面摩擦角δ值隨著氣
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壓的增大(APR 從 0 增大到 5)，界面摩擦角δ逐漸減小。當 APR=3.0(σa為σn的三 倍)，δ角即不再隨著 APR 之增大而下降。這可能是由於噴氣孔周圍之高壓空氣延徑 間快速下降，氣體快速逸散，(如圖 5-20 所示)，因此界面摩擦角為值δ=8.8 度不 再改變
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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。
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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
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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)
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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
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(CL700A)
捷運聯絡
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
與加壓桁架