建築物基礎構造設計規範修訂之研究---- 地層改良
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(2) ０９３－３０１０７００００Ｇ３－０１６. 建築物基礎構造設計規範修訂之研究 ---- 地層改良. 計畫主持人 ：蕭江碧所長 協同主持人 ：廖洪鈞教授 研. 究. 員 ：林英堂、陳逸駿 何泰源、余明山 曹源暉. 研 究 助 理 ：陳之穎. 內政部建築研究所協同研究報告 中 華 民 國 九 十 三 年 十 二 月.
(3) Editing the Ground Improvement Chapter of the Design Guidelines for Building Foundations. BY Liao Hung-Jiun Lin Ying-Tang Chen Yit-Jin Ho Ti Yun Yu Ming-Shan Dec. 31, 2004.
(4) 目. 次. 表. 次. vii. 圖. 次. ix. 摘. 要. xvii. 英文摘要. xviii. 第一章 通 則 1.1 適用範圍. 1. 1.2 地層改良方法. 2. 1.2.1 淺層混合工法. 2. 1.2.2 深層攪拌工法. 3. 1.2.3 灌漿工法. 4. 1.2.4 排水預壓工法. 5. 1.2.5 振動夯實工法. 6. 1.2.6 土壤冰凍工法. 7. 1.2.7 其他工法. 8. 1.3 地層改良方法之評估與選擇. 8. 1.4 地層改良前之補充調查. 9. 1.5 設計原則. 9. 1.6 施工計畫與管理. 11. 1.7 模擬施工. 12. 1.8 改良效果之檢核. 13. 1.9 局部改良之檢核. 14. 1.10 地層改良與環境污染. 14 i.
(5) 第二章 淺層拌合工法 2.1 說明. 15. 2.2 設計. 16. 2.2.1 調查. 16. 2.2.2 淺嶒拌合工法. 18. 2.2.3 硬化材. 20. 2.2.4 改良厚度之決定. 22. 第三章 深層攪拌工法 3.1 說明. 26. 3.2 設計. 26. 3.2.1 調查. 26. 3.2.2 工法. 29. 3.2.3 硬化材種類. 33. 3.2.4 改良範圍之決定. 36. 3.2.5 改良體之基本配置. 56. 3.2.6 硬化材用量. 60. 3.2.7 其他新的深層攪拌技術. 64. 3.2.8 設計上注意事項. 74. 第四章 排水預壓工法 4.1 說明 4.1.1 工法概述. 79. 4.1.2 工法說明. 79. 4.1.3 適用土層與工程應用. 83. 4.1.4 作業流程. 84. 4.2 設計 ii. 79. 86.
(6) 4.2.1 調查. 86. 4.2.2 材料. 88. 4.2.3 沉陷分析方法. 94. 4.2.4 穩定及承載力分析. 97. 4.2.5 配置. 98. 4.2.6 預期改良成果. 108. 4.2.7 改良成效. 109. 4.2.8 設計注意事項. 110. 第五章 灌漿工法 5.1 說明. 114. 5.1.1 工法說明. 114. 5.1.2 確認灌漿目的. 121. 5.1.3 灌漿工法之特性與作業流程. 122. 5.2 設計. 125. 5.2.1 調查. 125. 5.2.2 灌漿工法之選擇. 129. 5.2.3 灌漿材料之選擇. 140. 5.2.4 灌漿改良範圍. 148. 5.2.5 灌漿孔配置. 163. 5.2.6 材料用量. 167. 5.2.7 灌漿改良成效. 169. 第六章 動力夯實工法 6.1 說明. 174. 6.1.1 適用範圍. 174. 6.1.2 作業流程. 179 iii.
(7) 6.2 設計. 179. 6.2.1 調查. 179. 6.2.2 改良深度與範圍. 182. 6.2.3 主錘擊之單擊能量. 183. 6.2.4 主錘擊之平均夯擊能量. 185. 6.2.5 主錘擊各階段之夯擊次數. 187. 6.2.6 主錘擊之夯擊階段數. 189. 6.2.7 主錘擊之夯擊點配置. 190. 6.2.8 靜置時間. 191. 6.2.9 整平錘擊. 192. 6.2.10 施工影響評估與防治. 194. 6.2.11 模擬施工. 204. 6.2.12 施工監測. 205. 6.2.13 改良效果檢驗. 206. 第七章 振動擠壓工法 7.1 說明 7.1.1 適用範圍. 209. 7.1.2 作業流程. 216. 7.2 設計. iv. 209. 218. 7.2.1 調查. 218. 7.2.2 改良深度與範圍. 219. 7.2.3 改良樁打設間距. 220. 7.2.4 砂質複合地基之液化潛能. 222. 7.2.5 複合地基之容許支承力. 233. 7.2.6 複合地基之沉陷量分析. 238.
(8) 7.2.7 複合地基之滑動穩定分析. 241. 7.2.8 填料量. 243. 7.2.9 碎石墊層. 244. 7.2.10 施工影響評估與防治. 244. 7.2.11 填充材料. 250. 7.2.12 現場模擬施工（前導試驗）. 251. 7.2.13 施工監測. 253. 7.2.14 改良效果檢驗. 254. 第八章 振動擠壓砂樁與礫石樁工法 8.1 說明. 256. 8.1.1 工法說明. 256. 8.1.2 工法特性. 258. 8.1.3 設計流程. 260. 8.2 設計. 260. 8.2.1 調查. 260. 8.2.2 工法原理. 262. 8.2.3 冷凍方式. 264. 8.2.4 地層土壤之基本熱性質. 267. 8.2.5 凍土的特性. 272. 8.2.6 冷凍管型式. 277. 8.2.7 設計凍土形狀及冰凍管配置. 278. 8.2.8 凍土設計. 282. 第九章 炸震夯實工法 9.1 說明 9.1.1 工法說明. 290 290 v.
(9) 9.1.2 工法特性與設計流程 9.2 設計. 292 295. 9.2.1 調查. 295. 9.2.2 有效半徑與影響半徑. 296. 9.2.3 炸藥之選擇. 297. 9.2.4 佈孔間距與埋置深度. 298. 9.2.5 炸藥引爆與涵蓋次數. 299. 9.2.6 佈孔規劃與引爆順序. 300. 9.3 施工. 303. 9.3.1 施工計畫細節. 303. 9.3.2 施工準備. 304. 9.3.3 放樣. 304. 9.3.4 佈孔安排及現場組合. 305. 9.3.5 量測作業. 305. 9.3.6 安全維護. 306. 9.3.7 成效驗證. 307. 附件：期初審查會議專家建議之處理記錄. 309. 期中審查會議專家建議之處理記錄. 311. 期末研討會專家建議之處理記錄. 313. 參考文獻. vi. 316.
(10) 表. 次. 表 2.2.1-1 淺層混合處理工法是先調查、試驗項目. 16. 表 2.2.1-2 現場和室內強度比（參考例）. 17. 表 2.2.2-1 水泥系硬化材之成分（一般軟弱地層用）. 18. 表 2.2.2-2 中鋼牌地質改良劑物理化學特性. 19. 表 2.2.3-1 硬化材之穩定處理機制. 21. 表 2.2.3-2 硬化材之特徵及適用性比較. 22. 表 3.2.1-1 室內配比試驗之一般規範. 28. 表 3.2.3-1 CCP 工法@m3 標準配比. 35. 表 3.2.3-2 JSG/CJG 工法@m3 標準配比. 36. 表 3.2.4-1 改良體之設計基準強度. 38. 表 3.2.4-2 最小改良値(m). 39. 表 3.2.6-1 按工法別之硬化材最低添加量. 61. 表 3.2.6-2 CCP 工法有效改良直徑與地層之關係. 62. 表 3.2.6-3 CCP-S 工法有效改良直徑與地層之關係. 62. 表 3.2.6-4 JSG 工法有效改良直徑與地層之關係(砂、砂礫). 63. 表 3.2.6-5 JSG 工法有效改良直徑與地層之關係(黏土、腐植土). 63. 表 3.2.6-6 CJG 工法有效改良直徑與地層之關係. 64. 表 3.2.7-1 攪拌翼直徑與地質適用之範圍. 67. 表 3.2.7-2 砂質土改良直徑之選擇. 67. 表 3.2.7-3 粘性土改良直徑之選擇. 68. 表 3.2.7-4 漿液配比. 68. 表 3.2.7-5 SWING 工法分類. 69. 表 3.2.7-6 JACSMAN 工法之標準施工規範. 72. 表 3.2.7-7 HEMS 工法每 m³漿液之材料. 72. vii.
(11) 表 3.2.7-8 最近國內新型超高壓噴射攪拌工法之施工例. 73. 表 4.1.3-1 台灣地區排水預壓工程主要案例資料. 84. 表 4.2.1-1 排水預壓工法之土壤試驗. 87. 表 4.2.2-1 美國海軍設計手冊 DM-7 對砂床及砂樁材料之要求. 89. 表 4.2.2-2 抗管湧表視孔徑之一般要求. 93. 表 4.2.2-3 垂直排水帶常見檢驗項目及試驗規範. 94. 表 4.2.5-1. U-F(n)-Th 之關係數值表. 103. 表 5.1.1-1 台灣地區雙環塞灌漿工法主要應用案例. 121. 表 5.2.1-1 日本工廠廢水排放標準. 126. 表 5.2.1-2 我國放流水標準. 126. 表 5.2.1-3 土壤調查項目. 127. 表 5.2.2-1 灌漿工法分類表. 131. 表 5.2.3-1 各種土層適用之灌漿材料. 145. 表 5.2.3-2 選擇灌漿材料時考慮之基本條件. 146. 表 5.2.3-3 灌漿材料之適用界限(例). 146. 表 5.2.3-3 各種灌漿工法之特徵及比較. 147. 表 5.2.4-1 最小改良範圍表(單位：m). 153. 表 5.2.4-2 台北捷運潛盾到達端地盤改良範圍設計實蹟. 154. 表 5.2.4-3 台北捷運潛盾出發端地盤改良範圍設計實蹟. 155. 表 5.2.4-4 台北捷運連絡通道地盤改良範圍設計實蹟. 156. 表 5.2.6-1 各種土質之填充率及注入率之參考值. 169. 表 6.1.1-1 台灣地區應用動力夯實工法改良之案例. 175. 表 6.2.3-1 Lukas (1995)建議之 α 值. 184. 表 6.2.4-1 Lukas (1995)建議之單位體積夯擊能量. 186. 表 6.2.10-1 動力夯實施工之容許振動量標準值. 201. 表 6.2.10-2 動力夯實施工於不同距離之設計反應譜曲線. 204. 表 6.2.13-1 改良效果檢驗方法. 207. viii.
(12) 表 7.1.1-1 台灣地區之振動擠壓工法應用案例. 215. 表 7.2.4-1 地震反覆剪應力折減係數 α 之常見分析方法. 227. 表 7.2.5-1 打入飽和粘土層之砂礫石樁單樁極限支承力估算方法 237 表 8.2.3-1 冷凍方式之種類及優缺點比較. 267. 表 8.2.8-1 土壤種類、飽和度、冷凍溫度及凍土強度之關係. 282. 表 8.2.8-2 不同土層之凍土強度. 283. 表 8.2.8-3 飽和土壤之熱性質. 283. 表 9.2.1-1 土壤調查項目. 295. 表 9.2.2-1 炸藥重與有效半徑、影響半徑之關係. 297. 圖. 次. 圖 2.2.1-1 室內配比試驗流程. 17. 圖 2.2.4-1 淺層混合處理設計流程. 23. 圖 2.2.4-2 擋土墻構築於軟弱地盤. 24. 圖 2.2.4-3 回填土之穩定處理. 24. 圖 2.2.4-4 部分軟弱地盤之改良. 25. 圖 2.2.4-5 坡面侵蝕防止. 25. 圖 3.2.1-1 配比試驗之步驟. 28. 圖 3.2.2-1 機械攪拌工法各種攪拌翼. 30. 圖 3.2.2-2 機械攪拌工法施工順序示意圖. 31. 圖 3.2.2-3 高壓噴射攪拌灌漿工法施工順序示意圖. 32. 圖 3.2.2-4 三種高壓噴射攪拌工法攪拌機制比較圖. 33. 圖 3.2.3-1 硬化材之分類. 34. 圖 3.2.4-1 最小改良厚度. 39. ix.
(13) 圖 3.2.4-2 壁體改良之基本配置. 39. 圖 3.2.4-3 開挖部底盤改良. 40. 圖 3.2.4-4 地盤支承力與填土高. 41. 圖 3.2.4-5 圓弧滑動. 42. 圖 3.2.4-6 承受側向力之攪拌樁改良土壤. 43. 圖 3.2.4-7 承受軸向力之攪拌樁改良土壤. 43. 圖 3.2.4-8 改良土與原地盤之應力應變關係. 44. 圖 3.2.4-9 沉陷量之檢討. 44. 圖 3.2.4-10 外力之示意. 45. 圖 3.2.4-11 潛盾發進保護. 48. 圖 3.2.4-12 潛盾到達保護. 48. 圖 3.2.4-13 作用於改良體之外力. 49. 圖 3.2.4-14 改良範圍. 50. 圖 3.2.4-15 側部改良厚度. 50. 圖 3.2.4-16 黏土層滑動. 51. 圖 3.2.4-17 作用於改良體之浮力. 52. 圖 3.2.4-18 改良體軸向力. 53. 圖 3.2.4-19 假想滑動面. 53. 圖 3.2.4-20 作用於缺口外力. 54. 圖 3.2.5-1 改良模式與改良率. 56. 圖 3.2.5-2 樁體式. 57. 圖 3.2.5-3 區塊式. 57. 圖 3.2.5-4 高壓噴射攪拌工法之基本配置. 58. 圖 3.2.5-5 基本配置. 58. 圖 3.2.5-5 擋土壁的基本配置. 59. 圖 3.2.5-6 擋土壁缺損部基本配置. 60. 圖 3.2.6-1 硬化材添加量之決定流程. 61. x.
(14) 圖 3.2.7-1 RAS-Jet 工法攪拌機構. 66. 圖 3.2.7-2 鑚桿構造示意. 66. 圖 3.2.7-3 改良體築造之模式圖. 70. 圖 3.2.7-4 交叉噴射構造示意圖. 70. 圖 3.2.7-5 JACSMAN 工法與一般機械攪拌工法之比較. 71. 圖 3.2.7-6 攪拌翼合閉狀況. 73. 圖 3.2.7-7 攪拌翼開啟狀況. 73. 圖 3.2.8-1 深層攪拌地層改良之破壞形態. 74. 圖 3.2.8-2 路堤改良率和排列不足之問題. 75. 圖 3.2.8-3 無改良區之補強. 75. 圖 3.2.8-4 橋台背填下陷之防止. 76. 圖 3.2.8-5 開挖坡面之穩定. 76. 圖 3.2.8-6 深層開挖之底盤改良. 77. 圖 3.2.8-7 傾斜之支持層之根入. 77. 圖 4.1.2-1 排水預壓工法之原理. 80. 圖 4.1.2-2 不同排水預壓工法系統示意圖. 80. 圖 4.1.2-3 排水預壓工法分類. 81. 圖 4.1.2-4 袋裝砂礫樁施工示意圖. 81. 圖 4.1.2-5 排水砂礫樁施工示意圖. 82. 圖 4.1.2-6 排水帶施工示意圖. 82. 圖 4.1.2-7 真空預壓法施工示意圖. 82. 圖 4.1.2-8 降低地下水預壓法施工示意圖. 83. 圖 4.1.2-9 電滲預壓法施工示意圖. 83. 圖 4.1.4-1 排水預壓工法之作業流程. 85. 圖 4.2.1-1 土層工程性質於地盤改良前後結果比較. 87. 圖 4.2.2-1 排水砂樁及砂床所用砂料之粒徑分佈. 88. 圖 4.2.2-2 砂溝排水示意圖. 90. xi.
(15) 圖 4.2.2-3 國內外常用之排水帶斷面型. 90. 圖 4.2.2-4 土壤/地工合成物接觸面之漸變過濾層. 91. 圖 4.2.2-5 排水帶斷面受擠壓前後之形狀. 91. 圖 4.2.2-6 排水帶於試驗室粘土層中受壓前後之形狀. 92. 圖 4.2.2-7 水力坡度比(GR)試驗示意圖. 93. 圖 4.2.3-1 雙曲線法推估最終沉陷量 S∞示意圖. 96. 圖 4.2.5-1 t-de 關係曲線示意圖. 101. 圖 4.2.5-2 U-n-Th 之關係示意圖. 102. 圖 4.2.5-3 砂袋樁排列示意圖. 106. 圖 4.2.5-4 有效圓示意圖. 107. 圖 4.2.5-5. 108. U -l 關係示意圖. 圖 5.1.1-1 灌漿機制示意圖. 117. 圖 5.1.3-1 灌漿工法之作業流程. 124. 圖 5.2.2-1 灌漿工法之施工流程. 130. 圖 5.2.2-2 鑽桿工法施工順序示意圖. 131. 圖 5.2.2-3 多孔管工法施工順序示意圖. 132. 圖 5.2.2-4 雙環塞工法施工順序示意圖. 133. 圖 5.2.2-5 常用雙重管法前端噴漿口構造. 134. 圖 5.2.2-6 常用雙重管複合灌漿工法施工順序示意圖. 135. 圖 5.2.2-7 雙重管灌漿工法(複相式多孔管)施工示意圖. 135. 圖 5.2.2-8 雙重管灌漿工法(單相式多孔管)施工示意圖. 136. 圖 5.2.2-9 藥液混合方式. 138. 圖 5.2.2-10 上昇式灌漿工法. 138. 圖 5.2.2-11 下降式灌漿工法. 139. 圖 5.2.2-12 混合式灌漿工法. 139. 圖 5.2.3-1 水玻璃系藥液之種類. 141. 圖 5.2.3-2 矽酸系灌漿材料之分類. 145. xii.
(16) 圖 5.2.4-1 以止水為目的之灌漿改良範圍示意圖. 151. 圖 5.2.4-2 開挖底面止水之灌漿改良範圍示意圖. 152. 圖 5.2.4-3 潛盾出發及到達之灌漿改良範圍示意圖. 152. 圖 5.2.4-4 潛盾到達地盤改良範圍示意圖. 153. 圖 5.2.4-5 潛盾出發地盤改良範圍示意圖. 153. 圖 5.2.4-6 隧道周邊地層之灌漿改良範圍示意圖. 157. 圖 5.2.4-7 隧道內之灌漿改良範圍示意圖. 158. 圖 5.2.4-8 潛盾隧道施工之建物保護範圍示意圖(筏式基礎). 159. 圖 5.2.4-9 潛盾隧道施工之建物保護範圍示意圖(摩擦樁基礎). 159. 圖 5.2.4-10 潛盾隧道施工之建物保護範圍示意圖(點承樁基礎). 160. 圖 5.2.4-11 潛盾隧道穿越鐵路下方之保護範圍示意圖. 161. 圖 5.2.4-12 潛盾隧道穿越河川之保護範圍示意圖. 162. 圖 5.2.4-13 推進工法之灌漿改良範圍（鄰房保護）. 162. 圖 5.2.4-14 推進工法之灌漿改良範圍（出發及到達）. 162. 圖 5.2.5-1 灌漿孔配置. 163. 圖 5.2.5-2 灌漿孔之間距. 164. 圖 5.2.5-3 灌漿孔之配置例. 165. 圖 5.2.5-4 灌漿孔間隔及配置例. 166. 圖 5.2.6-1 階段式灌漿之示意圖. 168. 圖 5.2.3-2 矽酸系灌漿材料之分類. 173. 圖 6.1.1-1 動力夯實工法主錘擊施工示意. 176. 圖 6.1.1-2 壓密理論之模式. 178. 圖 6.1.1-3 動力壓密工法施工中土壤性質之變化. 178. 圖 6.2.1-1 動力夯實改良之設計施工流程. 180. 圖 6.2.4-1 動力夯實工法之土壤分類群. 186. 圖 6.2.4-2 單位體積夯擊能量與 SPT-N 值增量之關係. 187. 圖 6.2.5-1 夯擊次數與貫入量關係曲線之量測. 189. xiii.
(17) 圖 6.2.9-1 動力夯實改良示意圖. 193. 圖 6.2.10-1 距夯擊點 3m 處之地層側向位移. 196. 圖 6.2.10-2 距夯擊點 6.1m 處之地層側向位移. 196. 圖 6.2.10-3. 198. 敏感設備之一般振動容許規範. 圖 6.2.10-4 結構物之容許振動量. 199. 圖 6.2.10-5 英國、德國、瑞士對於振動限度之政府立案規範. 200. 圖 6.2.10-6 比能因子與土壤顆粒尖峰速度之關係. 201. 圖 6.2.10-7 各方向 PGV 隨距離衰減之關係. 202. 圖 6.2.10-8 不同距離建議之反應譜. 203. 圖 6.2.13-1 經動力夯實工法改良之砂質土壤強度隨時間增長案例 208 圖 7.1.1-1 振動擠壓砂樁施工示意圖. 211. 圖 7.1.1-2 濕式頂部投料之礫石樁施工示意圖. 213. 圖 7.1.1-3 乾式底部供料之礫石樁施工示意圖. 213. 圖 7.1.1-4 適用於礫石樁改良之顆粒級配曲線範圍. 214. 圖 7.1.1-5 細顆粒含量對地改後 qc 值增量之影響. 216. 圖 7.1.2-1 振動擠壓工法之作業流程. 217. 圖 7.2.3-1 振動擠壓工法改良樁之配置形式. 221. 圖 7.2.4-1 考量擠實效果及細料含量影響之 擠壓砂樁打設間距設計流程. 224. 圖 7.2.4-2 考量擠實效果之礫石樁打設間距設計流程. 225. 圖 7.2.4-3 考慮剪應力折減之砂、礫石樁間距設計流程. 226. 圖 7.2.4-4 徑向壓密理論解析結果. 230. 圖 7.2.4-5 砂、礫石樁打設間距設計流程 －Seed & Booker’s Method. 231. 圖 7.2.4-6 砂、礫石樁打設間距設計流程 －Ohkita’s Method(考慮井阻作用) 圖 7.2.5-1 砂、礫石樁複合地基破壞模式. xiv. 232 235.
(18) 圖 7.2.7-1 複合地層沿滑動面之抗剪強度. 243. 圖 7.2.10-1 振動擠壓砂樁之施工振動量隨距離之衰減關係. 246. 圖 7.2.10-2 礫石樁之施工振動量隨距離之衰減關係. 247. 圖 7.2.10-3(a) 礫石樁近距離(<30m)之施工振動設計反應譜. 248. 圖 7.2.10-3(b) 礫石樁遠距離(>30m)之施工振動設計反應譜. 249. 圖 8.1.2-1 冰凍工法之特色. 259. 圖 8.1.3-1 冰凍工法之設計流程. 261. 圖 8.2.2-1 凍土之成長過程. 263. 圖 8.2.3-1 冰凍工法之冷卻方式. 264. 圖 8.2.4-1 不同凍結型態之冷凍速度比較. 268. 圖 8.2.4-2 不同冰凍型態之凍結負荷比較. 269. 圖 8.2.4-3 凍土形成之判讀方式. 270. 圖 8.2.4-4 凍結日數與解凍厚度之關係. 271. 圖 8.2.5-1 凍土的強度與溫度之關係. 272. 圖 8.2.5-2 凍土的強度與鹽分濃度之關係. 273. 圖 8.2.5-3 凍土之粒徑與力學性質. 274. 圖 8.2.5-4 凍土的膨脹與收縮特性說明. 276. 圖 8.2.6-1 冰凍管之型式. 279. 圖 8.2.7-1 單列配置之凍土厚度. 280. 圖 8.2.7-2 複數列配置凍土厚度. 280. 圖 8.2.7-3 設計凍土形狀分類. 281. 圖 8.2.8-1 土層熱參數對照表. 286. 圖 8.2.8-2 凍土牆二階段形成示意圖. 287. 圖 8.2.8-3 土層溫度分布示意圖. 288. 圖 9.1.1-1 炸震夯實作用機制圖. 293. 圖 9.1.2-2 炸震夯實工法之設計與施工流程. 294. 圖 9.2.6-1 炸藥引爆延遲時間. 302. xv.
(19) 圖 9.2.6-2 炸藥引爆順序圖(例). 302. 圖 9.3.1-1 炸震夯實現場作業流程圖. 303. 圖 9.3.5-1 開炸水壓量測結果. 305. 圖 9.3.6-1 場地人員配置示意圖(例). 307. 圖 9.3.7-1 土層改良前後之 CPT 試驗結果. 308. xvi.
(20) 摘. 要. 關鍵字：地盤改良、設計規範、臺灣. 臺灣地區因地質多變，再加上地窄人稠，土地資源有限，因此面臨 的地工問題相當複雜。在此情況下，地層改良工法已成為大地工程師處 理困難地工問題的利器，過去三十幾年來，國內大地工程界對地層改良 之設計和施工，已經從無數的實際案例中累積了豐富的實務經驗。但在 因地制宜的處理原則下，地層改良工法具有相當大的「多樣性」。因此 為使工程界在進行地層改良之設計時，有較為明確的規範可供依循，內 政部建築研究所乃著手進行地層改良設計規範之編訂工作。為求較有系 統地彙整地層改良相關之設計規範，本研究嘗試將各種不同的地層改良 工法，歸納為淺層拌合工法、深層攪拌工法、灌漿工法、預壓排水工法、 振動夯實工法、土壤冰凍工法、炸震夯實工法、和其他工法等類別，並 分別研訂設計規範。但因地層改良工法經常是施工領導設計，缺乏明確 的設計規範和參數，而且國內相關之地層改良規範多是直接引用日本規 範。因此本規範之研訂，除了涵蓋地層改良設計規範外，同時也包括了 一些地層改良施工說明和本土化之設計和施工參數，以增加規範之完整 性和可讀性，供台灣地區地層改良設計之參考。. xvii.
(21) Abstract Key words: ground improvement, design guidelines, Taiwan Due to the complexity of geological conditions and the limited land area, the geotechnical problems encountered in Taiwan are usually quite complicated. To deal with such complicated geotechnical conditions, ground improvement has become the indispensable tool for geotechnical engineers. During the past 30 years, geotechnical engineers in Taiwan have gained a great deal of experience from various ground improvement practice. To provide better guidelines for the design and construction of ground improvement, the Architecture and Building Research Institute (ABRI) initiated this project to extend the content of ground improvement chapter of the current Guidelines for the Design of Building Foundations. So far the ground improvement methods adopted in Taiwan have a wide variety. To allow a better focus of the guidelines, the ground improvement techniques commonly used in Taiwan are grouped into the following categories: shallow mixing method, deep mixing method, grouting method, preloading & drainage method, vibration & compaction method, and ground freezing methods, blasting densification method, and others. The proposed guidelines for each ground improvement category mainly focus on the design aspect. However, the construction of ground improvement is also briefly discussed because construction is the dominant aspect of ground improvement practice. Although some contents of the design guidelines are adopted from the Japanese guidelines, local experience is also included in the guidelines to facilitate the design of ground improvement in Taiwan.. xviii.
(22) 建築物基礎構造設計規範修訂之研究 －地層改良 計畫主持人：蕭所長江碧、協同主持人：廖教授洪鈞. 摘. 要. 臺灣地區因地質多變，再加上地窄人稠，土地資源有限，因此面臨 的地工問題相當複雜。在此情況下，地層改良工法已成為大地工程師處 理困難地工問題的利器，過去三十幾年來，國內大地工程界對地層改良 之設計和施工，已經從無數的實際案例中累積了豐富的實務經驗。但在 因地制宜的處理原則下，地層改良工法具有相當大的「多樣性」。因此 為使工程界在進行地層改良之設計時，有較為明確的規範可供依循，內 政部建築研究所乃著手進行地層改良設計規範之編訂工作。為求較有系 統地彙整地層改良相關之設計規範，本研究嘗試將各種不同的地層改良 工法，歸納為淺層拌合工法、深層攪拌工法、灌漿工法、預壓排水工法、 振動夯實工法、土壤冰凍工法、炸震夯實工法、和其他工法等類別，並 分別研訂設計規範。但因地層改良工法經常是施工領導設計，缺乏明確 的設計規範和參數，而且國內相關之地層改良規範多是直接引用日本規 範。因此本規範之研訂，除了涵蓋地層改良設計規範外，同時也包括了 一些地層改良施工說明和本土化之設計和施工參數，以增加規範之完整 性和可讀性，供台灣地區地層改良設計之參考。. 關鍵字：地盤改良、設計規範、臺灣.
(23) Abstract Due to the complexity of geological conditions and the limited land area, the geotechnical problems encountered in Taiwan are usually quite complicated. To deal with such complicated geotechnical conditions, ground improvement has become the indispensable tool for geotechnical engineers. During the past 30 years, geotechnical engineers in Taiwan have gained a great deal of experience from various ground improvement practice. To provide better guidelines for the design and construction of ground improvement, the Architecture and Building Research Institute (ABRI) initiated this project to extend the content of ground improvement chapter of the current Guidelines for the Design of Building Foundations. So far the ground improvement methods adopted in Taiwan have a wide variety. To allow a better focus of the guidelines, the ground improvement techniques commonly used in Taiwan are grouped into the following categories: shallow mixing method, deep mixing method, grouting method, preloading & drainage method, vibration & compaction method, and ground freezing methods, blasting densification method, and others. The proposed guidelines for each ground improvement category mainly focus on the design aspect. However, the construction of ground improvement is also briefly discussed because construction is the dominant aspect of ground improvement practice. Although some contents of the design guidelines are adopted from the Japanese guidelines, local experience is also included in the guidelines to facilitate the design of ground improvement in Taiwan. Key words: ground improvement, design guidelines, Taiwan.
(24) 第一章 通則. 第一章、通則 1.1 適用範圍 1、本規範適用於一般土木建築相關之地層改良工程設計，因地層改良 工法眾多，各有其適用地層和條件，因此本規範只對其設計作原則 性之規範。詳細之地層改良設計細節與標準，應由設計人或承造人 依據本規範、基地特性與工程需求，另訂之。 2、基地之地層改良工作，是要使基地地層之整體工程性質符合構造物 之設計與施工需求，並維護基地鄰近構造物及設施之安全。 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。 【解說】 1、近年來，由於都市及工業之快速發展，所需土地大量增加，在工程 建設時，所選基地有時難免會遭遇到地質條件困難、甚或惡劣，以 及不適用之土層等，為解決問題，在有些情況下，地層改良可能為 一必要或最佳之選擇，以改善基礎土壤或岩石之工程性質，使符合 工程設計之需求。有些時候，地層改良之施作亦以維護鄰近構造物 及設施之安全為目的。 2、一般而言，地層改良方法之功能大致可分為下列各項： (1)增加支承力. (2)降少變形量. (3)減小側向土壓力. (4)防止液化. (5)增加止水效果或排水效果. (6)防止坡地之崩滑. (7)防止土層沖刷、流失. (8)環境保護. (9)處理廢棄物 每一種地層改良工法均有其主要功能及適用範圍，鮮少能同時具有 上列各項功能的，在選擇改良工法時，應視地層條件及改良目標， 選取最適用之方法。. 1.
(25) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 1.2. 地層改良方法. 1、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。 2、因地層改良之工法甚多，本規範只針對下列國內較常使用之工法加 以說明： (1)淺層拌合工法 (3)灌漿工法. (2)深層攪拌工法 (4)預壓排水工法. (5)振動夯實工法. (6)土壤冰凍工法. (7)炸震夯實工法. (8)其他工法. 【解說】 地層改良工法之分類方法很多，條文中所列各改良工法係依改良工 法之屬性而分類，為一般國內工程界較常使用之分類法，各工法之特性 及適用情況將分述於下列各節中。. 1.2.1 淺層拌合工法 淺層拌合工法是利用特殊之機具，將硬化材就地與地表面下1~3m內之 軟弱土壤拌合，經夯壓、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。 【解說】 民國 50 年代，土壤水泥土壤(soil cement)、土壤石灰(soil lime) 和土壤瀝青 (soil bitumen) 等淺層拌合之處理方法，常用於道路或機 場跑道等之軟弱地層改良，用來處理地表污泥、腐植土或廢棄雜物。近 年來由於各種新的土壤改良劑之研製成功，對高含水之黏土和有機污泥 亦可獲得改良效果，因此淺層拌合工法被廣泛地用於各種需要提高淺層. 2.
(26) 第一章 通則. 土壤承載力之場合。 1.2.2 深層攪拌工法 深層攪拌工法是利用特殊之機械於地層中注入硬化材，同時攪拌土壤， 使硬化材與土壤在現地拌合，形成固結體。藉由與原地層共成複合地基 之作用，來提高現地土壤強度或遮水性。其主要處理對象為深層之軟弱 粘土層或透水地層。 【解說】 深層攪拌工法在軟弱地層之處理上是非常有效的工法。在工法原理 上，三十多年來並未有太多改變，但隨著施工機具的改進其適用範圍大 幅擴大，用量也大為增加。在考量待改良地層之特性以及構造物之規 模、重要性、和經濟性時，深層攪拌工法是台灣地區經常被選用之軟弱 地層處理工法。 深層攪拌工法區分為機械攪拌、高壓噴射攪拌、機械和高壓噴射併 用等三種工法。依使用硬化材料之不同，又分為漿液系（濕式）和粉狀 系（乾式）兩種工法。 機械攪拌工法係利用附有有攪拌翼之複式中空鑽桿，配合水壓沖洗 鑽至設計深度後，提昇鑽桿，同時以適當壓力噴出硬化劑，並以攪拌翼 將土壤與硬化材拌合形成固結體。 高壓噴射法係利用裝有朝下噴嘴之噴射管，鑽挖至設計深度後提昇 噴射管，改用水平噴嘴，以高壓噴出硬化材，經高壓水流、氣壓噴流之 衝擊與切削作用，使硬化材與周圍土壤拌合成固結體。此外，在使用高 壓噴射攪拌工法時，也有將大量的改良對象土壤排出，再以水泥漿填充 之半置換式高壓噴射法，通常在要求較高強度之改良體時採用之。不同 工法之間，在改良地盤之特性、設計方法、 施工管理和品質管理上是 有其大同小異之處。. 3.
(27) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 1.2.3 灌漿工法 灌漿工法係將水泥漿、水泥砂漿、藥液或此等混合液，以壓力灌漿入地 層中，以改善其承載力、變形性及遮水性之工法。灌漿工法種類繁多， 因施灌機制與方法之不同，可概分為滲透灌漿、劈裂灌漿、擠壓灌漿、 高壓噴射灌漿及電誘化學灌漿五類。本規範將只涵蓋國內較常使用之滲 透灌漿及劈裂灌漿兩種工法，高壓噴射灌漿工法則併入深層攪拌工法專 章討論。 【解說】 早在 1887 年法國人，即發明了以水玻璃和氯化鈣先後注入地層內， 使水玻璃矽化之 Joosten 工法。隨後，灌漿工法就被廣泛地用來處理工 程上遭遇的軟弱地盤和地下工程的止水問題，直到 1974 年日本九州福 岡發生灌漿藥液污染水井事件後，才限制了藥液灌漿工法之發展，目前 藥液灌漿只可使用不含毒素及氟化物之水玻璃系藥液。 本規範所涵蓋之滲透灌漿及劈裂灌漿兩種工法，其施灌機制與方法 分別說明如下： 1、滲透灌漿工法(Permeation grouting)：在灌漿過程中，漿液在低壓力 下滲入土層孔隙或裂隙中，地層仍保有原來結構，不受灌漿擾動與 破壞。適用於含細料低之砂土層(細粒土壤含量在 10~15%以下)。 2、劈裂灌漿工法(Fracture grouting)：在灌漿壓力之作用下，部份漿液滲 入孔隙或裂縫中，另有部份漿液克服了地層之大地應力及抗張強 度，於地中劈裂出裂隙，並向外延伸，使漿液呈脈狀或層狀擴散。 通常發生於含細料高之砂土層或黏土層。. 4.
(28) 第一章 通則. 1.2.4 排水預壓工法 1、排水預壓工法係利用額外載重使土壤產生超額孔隙水壓，或利用透 水性良好之砂礫、砂袋(Sand-pack drains)、紙帶(Paper drains)、 織物排水帶(Prefabricated vertical drains, PVD)等材料，以縮短土 壤孔隙水之排水路徑，加速粘土之壓密速率；或結合兩者之效果， 使粘土層因構造物之加載而將產生之壓密沉陷量，得以在構造物施 築前完成。 2、排水預壓工法最終將減少土壤之孔隙比、含水量、透水性、以及增 大土壤密度，以達降低日後沉陷量和增加土壤剪力強度之目的。 3、排水預壓工法依使用排水材料或預載方式之不同，可分為預載排水 工法、砂樁排水工法、織物排水帶排水工法及預載配合砂樁（織物 排水帶）排水工法等四類。 【解說】 排水預壓工法主要係於構造物施築前，先於基地打設排水材及施加 預壓力，藉由水分排出土層而達到預先壓密之效果，於工程使用上可克 服土層沉陷及強度的問題。 1、沉陷問題：使地基在排水加載預壓期間，完成大部份或基本之沉陷 量,讓建築物建造後，不致發生不利之壓密沉陷及不均勻之沉陷。 2、強度問題：因排水可加速粘土層之壓密度並提高粘土之抗剪強度， 進而提高地基之承載力與穩定性。 排水預壓工法是由排水系統與加壓系統兩部分共同組合而成，其中 排水系統包含砂(袋)樁及織物排水材；加壓系統則包含堆載法、真空 法、降低地下水位法及電滲法。 1、堆載法係在構造物建造之前，先行以堆填土石料將基. 地加載預壓，. 經固結作用完成部份沉陷量，及增加地層載力，然後卸除堆填料施 築構造物。加載預壓之苛重應視地層沉陷量、固結時間及基土承載 5.
(29) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 能力而定。 2、真空法係在基地上舖設砂墊並蓋一層不透氣薄膜，薄膜四周深埋於 土內，然後以真空泵浦將砂墊內空氣抽出，造成膜內真空，基地因 2. 大氣壓力作用而產生預壓。真空預壓荷載一般可達 7~8 tf/m (約 為 70~80% 之大氣壓力)。 3、降低地下水法係以抽水泵將基地內之地下水位降低，使地層有效應 力增大，提早完成固結沉陷，提高地層之支承力。 4、電滲法係在粘土基地中，插入金屬電極並通之直流電。陽極離子連 同水分子受電場作用從陽極流向陰極，以點井方法排除水份，則陽 極處之含水量降低，強度及沉陷量均增大，可提高基地土層之承載 能力。. 1.2.5 振動夯實工法 振動夯實工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。適用於非粘性土層或回填土。 常用之工法有下列幾種： 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，藉由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、振動擠壓工法－係將砂、礫料強制擠入地層中，形成複合地盤，並 藉施工過程之振動與擠壓改良樁間土層，減少其孔隙比，增加其密 度，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。 【解說】. 6.
(30) 第一章 通則. 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。動力夯實工法 改良土壤的原理大致可歸納為下述三項，第一為加密作用，指空氣或氣 體的排出；第二為壓密作用，指的是土體內孔隙水或流體的排出；第三 為預加變形作用，指土壤顆粒在結構上的重新排列。 振動擠壓工法包括振動擠壓砂樁或礫石樁工法兩者因成樁方式不 同，對周圍地層會產生三種不同的作用，一為擠壓密實作用(砂質地層) 或置換作用(粘質地層)，一為加勁補強作用，一為加速排水作用。. 1.2.6 土壤冰凍工法 土壤冰凍工法係利用埋置於地中之冷凍管，使土層內之孔隙水溫度降 至冰點下而凍結，以減低土層之透水性，並提高其強度。此法可適用 於地下水位以下之砂土層及軟弱粘土層，但因粘土層較不易冰凍，因 此在處理砂土/粘土互層時，需特別注意整體的冰凍效果。 【解說】 土壤冰凍工法須於欲改良土體中預先設置循環冷凍管，將不凍液 （如氯化鈣溶液）以大型之冷凍設備注入冷凍管中，使冷凍管鄰近之土 壤孔隙水凍結而達改良目的；也有利用液態氮作為注入冷凍管之冷媒。 前者冰凍效率較差，但成本也較低，故較適用於大範圍、長時間的土壤 冰凍工程；後者冰凍效率較佳，但因成本較高，故只適用於小範圍、短 時間的工程。此法適用於任何含有充分水份之土層，但地下水要在近乎 靜止的狀態下才適用。 惟土壤冰凍工法成本昂貴，將地盤長期維持在低溫須要很高之成 本，通常僅適用於為施工需要而採取之臨時性局部地層改良工法，台北. 7.
(31) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 捷運工程曾使用冰凍工法處理潛盾隧道施工災變和較大深度（> 30公 尺）地下車站潛盾機出發和到達之止水問題。 1.2.7 炸震夯實工法 炸震夯實工法係運用鑽孔裝置炸藥於待改良地層之深度，藉由炸藥之 引爆，造成大範圍砂質土壤之液化，破壞土壤原有結構，再經由自重 及覆土重使土壤顆粒重行堆積，形成緊密結構。此法適用於深層含水 砂質土壤之改良。 【解說】 炸震夯實工法（Blasting densification method, BDM），係運用 鑽孔置炸藥於所欲夯實之土層深度，接著引爆炸藥，造成大範圍土壤液 化，使顆粒重新堆積，進而達到夯實的目的。由於炸震夯實法係在地層 中施作，可有效提高深層土壤之強度與硬度，施工之噪音較動力夯實法 為小，且施作時間短，頗符合環保與作業上的需求。簡言之，炸震夯實 工法是於土層中埋設炸藥，藉由爆炸釋放出的能量破壞土壤結構，使土 壤顆粒排列趨於緊密，達到改良土層的目的。. 1.2.8 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。. 1.3 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：. 8. 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.
(32) 第一章 通則. 7、環保要求 【解說】 選擇地層改良工法時應考慮之因素很多，包括本條中所列各項，一 般而言，應針對各方法之適用性、可行性及需要性仔細詳估，以達經濟 有效之目的。. 1.4 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。 【解說】 土壤性質為地層改良工法成效之最重要影響因素之一，尤其是利用 水泥或化學添加物之地層固化工法，改良體成型之尺寸及強度等性質， 均與土壤種類、粒徑分佈、以及地下水之化學成分與酸鹼值(pH值)具有 非常密切之關係，故應於施工前確實補充蒐集有關資料，據以決定施工 機具，施工能量及壓力，以及添加物之成份、配比及使用量等，以免盲 目嘗試，不僅徒勞無功，有時反而擾動或破壞原有地層之性質，造成反 效果。. 1.5 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，應考慮改良效果時效性及材料之耐久性。 2、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。. 9.
(33) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 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。 【解說】 地層改良之目標係改善原有基礎地層之工程性質，其設計本來就是 針對特定工程與特定目標之作業，其實並無一定之準則或標準可言，本 節所列設計原則係指一般性之原則，為所有地層改良設計所應考量之重 點，所列項目包括： 1、地層改良施工之目的若為緊急應變之保護措施，則應選用能迅速發 揮強度、抑制變形或阻水效果之改良工法；若改良之目的是為永久 性構造物之基礎或沉陷之控制時，則應考慮所用改良材料之耐久 性，譬如水玻璃系列藥劑之耐久性即較差。 2、改良後之地層為一複合地層，其受力作用之力學機制將與未改良前 之機制不一樣，分析時應適度考慮改良土體與未改良土體之互制作 用，以合理之模式進行設計。 3、隨著施工機具之進步，地層改良技術之發展可謂日新月異，然而相 關設計理論之發展卻未見完整，理論預估與現場觀測資料往往有相 當大之差距，因此地層改良之設計仍須倚重於經驗，在經驗不足之 情況，應以現場測試或相關試驗驗証其可行性。. 10.
(34) 第一章 通則. 4、由於施工變數及地層複雜性之影響，使得地層改良施工之成效不易 掌握，包括改良範圍之大小及改良之程度等，均含有相當多之變數， 因此在設計時，必須要考慮到改良地層之不均勻性，以保守之原則 慎選設計參數。 5、地層改良施工之目的為改善改良區內土層之性質，但施工時難免會 對鄰近地區造成影響，尤其是擠壓型或振動型之施工方法，可能會 對鄰近地區造成影響，應有適當之保護措施，以免造成災害。此外， 對於周圍環境污染之防範亦為設計時必須要考慮之重要事項。. 1.6 施工計畫與管理 1、施工計畫：承造人應於施工前以其專業經驗，充分判斷檢討各種調 查資料，研訂妥善可行之施工作業計畫，經監造人核定或/及依規定 報請主管機關備查後，據以施工。 施工計畫內容至少包括： （1）臨時設施. （2）品質要求. （3）施工進度. （4）使用材料與機具. （5）施工步驟與要領. （6）安全措施. （7）廢棄物處理. （8）緊急應變計畫. 2、施工管理：承造人應照核定之施工計畫，管理其施工現場及材料， 並維持公共交通安全與衛生。 【解說】 要求承造人於施工前提出施工計畫，旨在使承造人事先規畫即將進 行之工作內容與進度，與可能遭遇之情況，進而檢討問題，預先規劃對 策，以避免倉促施工，不知問題所在，以致無法順利完工，或於發生事 故時不能立即處理。監造人亦可預先瞭解施工計畫，評估其可行性，儘. 11.
(35) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 速要求承造人謀求對策。此外，亦可依據預定施工進度，掌握檢驗時機， 以確保工程品質。 基礎施工常涉及地下開挖，易損及管線及鄰近設施，因此有必要於 施工前模擬狀況，提出緊急應變措施，以防事態擴大。 雖然施工計畫須經監造人核定，但依契約精神，承造人仍須對其施 工結果負完全責任。. 1.7 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。 【解說】 一般而言，地層改良之施工費用相當昂貴，而其成效卻不易掌握， 設計階段之預期成效是否確實可行，在缺乏具體理論基礎或經驗時，通 常有必要以模擬施工模擬整箇作業程序。模擬施工不僅可驗証設計構想. 12.
(36) 第一章 通則. 是否可行與是否具有預期之成效，同時藉由模擬施工之操作，可調整設 計參數、配置、添加物用量、以及品管措施等，以便未來大量施作時能 具有最大成效。若為緊急應變之保護措施時，通常無暇進行模擬施工。 此外，設計若採觀測法，施工程度完全仰賴現場觀測值決定者，可於實 際施作時，邊作邊調整，無須進行模擬施工。. 1.8 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。 【解說】 影響地層改良成效之因素很多，而且相當複雜，大部份之情況均非 純學理能完全推估其成效，因此改良後之地層應以適當之檢驗確認其施. 13.
(37) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 工品質及改良成效。至於檢驗之方式，原則上應針對改良之目標選取適 當之試驗方法，能以直接或間接之方式驗証其改良成效者均可使用。. 1.9 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。 【解說】 對於建築物之基礎，若僅進行局部地區土壤之改良時，應特別注意 改良後整箇基礎之行為，局部加強可能引致應力重新分配及不均勻沉陷 等問題，而有些現象是在經過一段時間後才會反應出來的，在進行局部 改良時均應仔細評估這些影響因素。. 1.10 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。 【解說】 化學灌漿材料一般可分為溶液型、懸濁型或半懸濁液型，材料選用 之基本原則必須為無害之化學物，以免污染地下水，危害人體健康。然 為確保使用該工法時對環境之影響，應於施工期間隨時監測鄰近地區土 壤及地下水之污染量，且於施工後亦應定期觀測查核，以確保公共安全。. 14.
(38) 第二章 淺層拌合工法. 第二章、淺層拌合工法 2.1 說明 本章之範圍以地表面下 1~3m 內之軟弱地層為主要對象之淺層拌合處理 工法。該工法是利用特殊之機械，將硬化材就地與土壤拌合，經夯實後 形成較堅實表層，以增加基礎承載力。此工法主要適用於軟弱黏土、砂 土及回填土。 【解說】 淺層拌合工法為表層處理工法中排水、被覆、置換和拌合等之一 種。約 50 年前土壤水泥 (soil cement)、土壤石灰(soil lime)和土壤瀝青 (soil bitumen)之處理方法常用於道路、機場跑道、地表污泥、腐植土和 廢棄雜物等之軟弱地層改良。近年來由於各種新的土壤改良劑之研製成 功，對高含水量黏土、有機質污泥亦可獲得良好之改良效果，因此淺層 拌合工法被廣泛用於各種需要提高淺層土壤承載力之場合。 自 1824 年英國發明波特蘭水泥後到 1950 年，利用土壤和水泥拌合 所成之土壤水泥，因價廉而普遍被歐美國家採用為築路之材料。1960 年後，因土壤水泥之乾燥收縮產生路面裂縫以及對土壤水泥之後續破 壞，利用土壤水泥工法之路面修築急速減少，而被評價更高之瀝青穩定 處理方法所取代。1970 年後半之石油危機，為降低成本和資源之有效利 用，排煙脫硫石膏、高爐水淬石渣、飛灰等工業副產物取代水泥或做為 水泥之輔助材料。近年來，因建設廢棄物處理地點的減少和環境問題， 對殘留土或不合格之回填砂土，用良質材料或填加水泥、石灰等加以改 良品質後再加利用。 早期台灣水泥公司曾經生產污泥固化劑，用以處理沼澤之爛泥，因 用量不穩定而暫停生產。1999 年，中聯爐石處理資源化公司利用中鋼之 爐石生產污泥改良劑、地質改良劑。曾經用以處理台中港管理大樓之軟 弱地基、金門金沙水庫庫底之不透層固化和高雄大學排水管底部之土壤. 15.
(39) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 固化等工程。2001 年，台灣高速鐵路林口隧道南洞口，採用土壤水泥工 法穩定邊坡。2004 年，復興北路穿越松山機場地下道工程之西滑行道端 地盤改良，採用淺層水泥漿噴射拌合工法處理。. 2.2 設計 2.2.1 調查 調查之目的在取得規劃、設計、施工所需之相關資料。為決定硬化材 之種類和添加量，應事先調查處理對象土攘之物理、化學性質。 除一般要求之調查、試驗事項外，對淺層拌合處理工法所需之調查、 試驗項目需另施作。 【解說】 1、軟弱地層一般之事先調查包含下列事項： （1）土壤之一般物性 （2）地層之分佈與支持層之深度 （3）地下水位、透水性與酸鹼度 （4）地下障礙物與管線 （5）臨近地區之地形、地物 （6）週邊環境與環保要求 2、淺層拌合處理工法需另增加之調查、試驗項目如表 2.2.1-1 所示。 表 2.2.1-1 淺層拌合處理工法事先調查、試驗項目 (日本土質工學會 1990，軟弱地盤對策工法) 處理 目的. 16. 軟弱地盤之表層拌合處理. 路基、底層之穩定處理. 試驗 項目. 原位置 強度. pH. 有機物 含量. 黏土礦 物判斷. 夯實. 單壓. CBR. 圓錐 貫入. 試驗 方法. 圓錐貫 入、十 字片鑽. 土質工 學會基 準. 同左. X光 折射. JIS A1210. JIS 1216. JIS 1211. JIS 1220.
(40) 第二章 淺層拌合工法. 3、室內配比試驗 （1）試驗步驟：硬化材添加量之多寡一般參考過去之經驗或依室內 配比試驗決定。室內配比試驗之流程如圖 2.2.1-1 所示。 處理土 準備. 硬化材 選定. 配比 計畫. 材料 拌合. 試體 製造. 養 生. 單壓 試驗. 試驗結 果整理. 圖 2.2.1-1 室內配比試驗流程 （2）現場強度與室內配比試驗強度：硬化材之添加量原則上依據室 內配比試驗強度（qul）和現場施工機械拌合強度（quf）比決定。 quf/ qul 之強度比，參考下表。 表 2.2.1-2 現場和室內強度比（參考例） （日本地盤改良工法便覽 1991，第 6 章水泥安定處理工法） 硬化材之 添加型態 粉 狀. 改良度象 軟弱土 ＊ 污 泥 高含水有機土 軟弱土＊. 液 狀. 污 泥 高含水有機土. 施工機械 處理機 挖土機 蚌殼抓斗 挖土機 處理機 挖土機 處理船 泥上作業車 蚌殼抓斗、挖土機. （現場/室內） 強度比 0.5~0.8 0.3~0.7 0.2~0.5 0.5~0.8 0.4~0.7 0.5~0.8 0.3~0.7 0.3~0.6. 註：「＊」表示包含夯實. 17.
(41) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 2.2.2 淺層拌合工法 淺層拌合工法之種類： 1、依材料種類分類： （1）水泥和水泥系硬化材穩定法. （2）瀝青穩定法. （3）石灰穩定法. （4）工業副產品穩定法. 2、依拌合方式分類： （1）鏟土機或推土機鏟斗拌合. （2）鏈條攪拌. （3）舖撒廠處理 【解說】 淺層拌合處理工法歸納言之可分為下列幾類。 1、水泥和水泥系硬化材穩定法 水泥穩定法係以水泥、水與土壤均勻舖撒，並在水泥初凝前，予以 充分夯實。壓實後之硬化土壤水泥，所形成之土壤硬塊，遇水不致 於軟化，亦不輕易破裂。除含有機物之土壤外，大部分之土壤都可 摻用合理數量之水泥做處理。水泥使用量隨土壤種類而不同，通常 為土壤體積之 8％~16％。 水泥系硬化材是以水泥為母材，添加各種化學成分製成。適用於高 含水量之黏土、有機土及利用產業廢棄物回填之地基等。一般軟弱 地層用之水泥系硬化材品質如表 2.2.2-1 所示。 表 2.2.2-1 水泥系硬化材之成分（一般軟弱地層用） （日本地盤改良工法便覽 1991，第 6 章水泥安定處理工法） 比表面積 blain（㎝ 2/gr） 2700 以上. Sio2 （％） 15~32.5. Al2O3 （％） 3.5 以上. CaO （％） 40~70. SO3 （％） 4.0 以上. 國內中聯爐石處理資源化公司生產之地質改良劑之物理化學特性如 下表。. 18.
(42) 第二章 淺層拌合工法. 表 2.2.2-2 中鋼牌地質改良劑物理化學特性 （修改自中聯爐石處理資源化公司，中鋼牌地質改良劑說明書） 產品名稱. HSC301. HSC300. 1.型態. 固體粉末. 固體粉末. 2.顏色. 灰色. 灰色. 3.比重. 2.93. 2.88. 4.＃325 篩篩餘量（％）. 4.0. 6.0. 4280. 5100. 2. 5.比表面積（㎝ /g） 物. 6.凝結時間（min）. 理 性 質. 2. 7.抗壓強度（㎏/㎝ ）. 8.水化熱（cal/g）. 化 學 性 質. 初凝. 210. 6.瞬結時間. 終凝. 483. （sec）＊1. 3天. 240. 0.5（hr）. 1.0. 7天. 375. 1(hr). 5.0. 28 天. 486.3. 3(hr). 20.0. ---. ----. 24(hr). 40.0. 7天. 59.4. 28 天. 65.5. 19. ------. 1.LO1（％）. 0.85. 0.78. 2.SiO2（％）. 27.52. 22.0. 3.AI203（％）. 12.24. 9.04. 4.Fe2O3（％）. 1.08. 0.96. 5.CaO（％）. 47.86. 50.40. 6.MgO（％）. 4.52. 3.25. 7.SO3（％）. 5.66. 9.30. ＊1：配比說明 水泥漿液：＃3 水玻璃稀釋液＝1：1 水泥漿液. 水泥：水＝1：1（重量比）. ＃3 水玻璃稀釋液. 原液：水＝1：2（體積比）. 2、瀝青穩定法：瀝青穩定法係以瀝青薄膜包裹土壤顆粒，供給土壤所. 19.
(43) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 需之黏結力。砂質土通常用較稠乳化瀝青或油容柏油之瀝青材料， 瀝青用量在 4~6％左右。粉土或黏土則以低稠度乳化瀝青或柏油較 適合，瀝青用量粉土約為 3％，黏土約為 6％。 3、石灰穩定法：常用之石灰，有生石灰[CaO]和消石灰[Ca（OH）2]兩 種。石灰有吸水降低土壤塑性之短期速效性和卜乍嵐反應增加土壤 強度之長期遲效性之功能。路基穩定之石灰用量一般為乾土重之 2~5 ％。土壤內如含有礬土及矽石，與石灰作用後產生新的化合物，可 增加土壤之改良強度。惟此化學作用進行緩慢，須經長時間之濕治 始能奏效。 4、工業副產品穩定法：水泥穩定處理如添加飛灰、高爐石粉末等工業 副產品，可促進卜乍嵐反應（加入飛灰時）和發揮潛在水硬性（加 入高爐碴粉末時） ，且可獲經濟效果。. 2.2.3 硬化材 淺層拌合處理工法之硬化材有下列種類。 1、水泥系：波特蘭水泥、高爐水泥、水泥固化劑 2、石灰系：生石灰、消石灰、石灰系固化材 3、瀝青 4、工業副產品：爐石粉、煤灰、石膏 【解說】 1、硬化材之穩定處理機制 一般，水泥及瀝青之穩定處理對砂土較為有效，石灰之穩定處理則對 黏土較為有效。各種硬化材之穩定處理反應機制和處理上之問題如表 2.2.3-1 所示。. 20.
(44) 第二章 淺層拌合工法. 表 2.2.3-1 硬化材之穩定處理機制 (日本土質工學會 1990，軟弱地盤對策工法) 硬化材種類. 穩定處理機制. 水泥系（普通波 特蘭水泥、高爐 水泥、水泥固化 劑）. 水泥之水合反應過程中形成 土粒子之固結和孔隙之填 充。 黏土粒子之物理、化學性質 改善及親水性之減低。. 適用土質 砂質土 粉質砂土 黏土. 黏土與石灰間之卜乍嵐反應 石 灰 系 （ 消 石 形成土粒子之固結和孔隙之 砂質土 粉質砂土 灰、生石灰、粒 填充。 黏土粒子之物理、化學性質 黏土 狀石灰） 之改善及親水性之減低。. 石灰∙卜乍嵐系. 卜乍嵐材料與石灰間之卜乍 嵐反應形成土粒子之固結和 砂質土 孔隙之填充。 粉質砂土 （卜乍嵐材料可利用煤灰、 燒成黏土、火山灰）. 藉瀝青接著性增加土粒子之 瀝青系（直餾瀝 結合及對水之穩定性。 砂質土 青、乳劑瀝青、 防止土粒子表面之疏水化及 礫石 油溶瀝青） 毛隙管吸水作用。. 處理上之問題 黏土時不經濟和拌合困 難。 有機土時阻礙水泥之水 合反應。 乾縮時產生橈度。 發揮處理效果需較長時 間。 受養生溫度和冰凍溶解 之影響大。 黏土少時穩定處理效果 差。 發揮處理效果需較長時 間。 受養生溫度和冰凍溶解 之影響大。 無法期待高強度 黏土時接著性變差和拌 合困難。 屬於物理性之穩定處效 果，遇水時容易剝離。 處理土之夯實密度低。. 2、硬化材之特徵及適用性 硬化材之使用需考慮處理對象土、改良目的、工程規模和施工環境等 條件，選擇最適合之硬化材種類。表 2.2.3-1 為硬化材之特徵及適用 性之比較。. 21.
(45) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 表 2.2.3-2 硬化材之特徵及適用性比較 （日本土質工學會 1990，軟弱地盤對策工法） 分類. 土壤種類、性質. 項. 黏. 目. 土. 生石灰 波特蘭水泥 高爐水泥 土壤改良劑. 硬 化 材. ◎最適. ◎ ○ ○ ◎. ○適. 砂 土. △ ○ ○ ○. 含 水 量 接 近 LL ○ ○ ○ ○. △普通. 含 水 量 為. 硬化材. 有. 有. 取. 機. 機. 得. 物. 物. 難. LL. 少. 多. 易. △ △ ○ ◎. ○ ○ ○ ○. △ × △ ○. ○ × 中 ◎ ○ 低 ○ ○ 低 ○ ○ 高. 1.5. ∫ 2.0. 危 險 性. 拌合、夯實 液 狀 硬 化 材. 價 格. × ○ ○ ○. 黏 土 拌 合 良 否 ○ △ △ △. 夯 實. ○ ○ ○ ○. 處理效果. 數 小 時 ◎ △ △ △. 長 期. ○ ○ ○ ○. ×不適. 2.2.4 改良厚度之決定 淺層拌合處理之改良厚度，基本上需考慮下列事項： 1、地盤之整體穩定性. 2、改良體之抗壓、抗剪、抗彎強度. 3、原地盤之支承力、沉陷量. 4、複合地盤之剪力抵抗. 【解說】 1、層拌合處理設計流程如圖 2.2.4-1 所示。 2、設計之基本構想 改良體之力學和變形特性與原地盤之差異甚大，因此構造上不具連續 性。例如，改良體之剪力強度為未改良土之 10~100 倍，而破壞應變 僅 1~2％。為改善此缺點，宜將改良體之剛性（ＥＩ）或變形係數（Ｅ） 減低，加大改良厚度以增大斷面之慣性力矩（Ｉ） 。 2. 一般淺層拌合處理之單壓強度約在 2~6 kg/㎝ ，改良厚度約為 1~2 m， 室內配比試驗強度為設計強度之 2~3 倍之例子居多。. 22.
(46) 第二章 淺層拌合工法. START. 改良寬、厚、強度. 整 體. 滑動計算. 之 穩. Yes. 定. No 滑動安全係數. 改. 極限設計法. Yes. 地盤係數法. 良 地 盤 之. 上構產生之地盤反力. 彎曲應力、剪應力. Boussinesq 應力. 地盤反力、沉陷量. 檢 討. Yes 應力、強度. No. 未 改. Yes. 良. 支承力及. 地. 衝孔計算. 盤 之 檢 討. Yes 地盤反力. No. 及支承力. STOP. 圖 2.2.4-1 淺層拌合處理設計流程 （日本地盤改良工法便覽 1991，第 6 章水泥安定處理工法）. 23.
(47) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 3、改良地盤之強度和改良範圍之決定 決定改良範圍之基本方法，首先決定改良地盤能否承受外載荷重， 再檢核對內應力之安全性以確認改良體強度。然後檢討原地盤之支 承力、沉陷量以及當做複合地盤時之剪力抵抗。 4、淺層改良之地盤多呈平板狀，常因受彎曲而產生拉力，此時除抗壓、 抗剪之外抗拉強度也應檢討。 5、分析方法：淺層拌合工法之分析方法，可參考內政部 2001 年頒布之 「建築物基礎構造設計規範，第四章淺基礎」 。 6、適用案例示意圖：. 穩定處理地盤 軟弱地盤 良好地盤. 圖 2.2.4-2 擋土墻構築於軟弱地盤. 良好地盤 穩定處理地盤. 圖 2.2.4-3 回填土之穩定處理. 24.
(48) 第二章 淺層拌合工法. 良好地盤 穩定處理地. 圖 2.2.4-4 部分軟弱地盤之改良. 改良土. 圖 2.2.4-5 坡面侵蝕防止. 25.
(49) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 第三章、深層攪拌工法 3.1 說明 攪拌工法有表層和深層兩種處理方式。本章之範圍以軟弱地層為主要對 象之深層攪拌混合處理工法。它是利用特殊之機械於地層中攪拌土壤之 同時注入硬化材使與土壤混合形成固結體之工法。 【解說】 深層攪拌工法在軟弱地層之處理上是極為有效之工法。原理上三十 多年來並未有太多改變，但隨著工法的改進其適用範圍大幅擴大，用量 也大為增長。在考量改良對象地層之特性、構造物規模和重要性以及經 濟性時深層攪拌工法常被考慮選擇之工法。 深層攪拌工法區分為機械攪拌、高壓噴射攪拌、機械和高壓噴射併 用等三種工法，機械攪拌依材料之形態又分為漿液系和粉狀系兩種工 法。不同工法之間在改良地盤之特性、設計方法、 施工管理和品質管 理上有其共同性。. 3.2 設計 3.2.1 調查 調查之目的在取得規劃、設計、施工所需之相關資料。軟弱地層之事先調 查範圍除特別要求外一般包含下列事項： 1、土壤之一般物性. 2、地層之分佈與支持層之深度. 3、地下水位、透水性與酸鹼度. 4、地下障礙物與管線. 5、臨近地區之地形、地物. 6、週邊環境與環保要求. 【解說】 1、調查時機、位置、範圍、深度 調查之時機大致分為施工前為取得設計、施工所需資料之土壤調 查，施工中之周邊環境調查和完工後改良體品質或形狀之確認調 查。土壤調查須能充分掌握原地盤軟弱層之厚度、地層之連續性和. 26.
(50) 第三章 深層攪拌工法. 起伏、地下水位、力學、物理和必要時化學等特性。 土壤調查位置盡可能在本工程施工範圍內，調查之間隔約為 50~200m，地層起伏大時調查間隔需縮小和增加橫方向之調查；另 調查之深度宜深入支持層 2 m。 2、土壤調查方法： （1）鑽探：鑽探調查之目的在掌握地層、地下水之分布狀況，實施 標準貫入試驗，採取土樣和原位置試驗之實施（包括量 測孔隙水壓和孔內水平載重試驗）。 （2）探測：採用探測調查以補充鑽探調查之不足，目的在確認地層 分布狀況和地盤之強度。一般地盤之強度以採取不擾動 土樣經由室內土壤試驗求得，但遇泥碳性之軟弱地層 時，因成形石之擾亂和試驗時之脫水等問題，宜用荷蘭 式二重管圓錐貫入試驗、電氣式静態圓錐貫入試驗等探 測試驗就地求取剪力強度。 3、土樣之採取 採取試料提供室內土壤試驗和配比試驗之外，試料之採取須按土 質、N 值以及試驗目的選用適當之取樣器。 4、室內配比試驗(限用於機械攪拌工) 機械攪拌工法由於現場改良強度之差異性很大，設計、施工前須做 室內配比試驗。由現場之單軸壓縮強度和室內之單軸壓縮強度比較 以決定硬化材之種類和使用量。室內試驗之試體可仿照日本土質工 學會制訂之安定處理土無夯實之製造方法製造。根據以往之經驗室 內單軸壓縮強度約為現場單軸壓縮強度之 1/3~1/5。試驗室之配比試 驗流程和配比試驗之一般規範分別如圖 3.2.1-1 和表 3.2.1-1 所示。. 27.
(51) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 試料採樣. 改良材. 試料調整. 改良漿液. 粉體. 混合 10 分鐘. 水. 試體製作. 養生. 單軸壓縮試驗. ∮5 ㎝×h10. 20±3℃. 7 天、28 天. 圖 3.2.1-1 配比試驗之步驟 表 3.2.1-1 室內配比試驗之一般規範 項 目 改 良 材. 標準規範 漿液系. 普通波特蘭水泥 高爐水泥. 改良材 之種類. 料. 水泥系固化材 ---. 生石灰、其他. 混合劑 配. 有或無. 拌合水. 自來水、海水. ---. 水灰比. 0.8~1.2. ---. 黏性土、砂質土 80~300. 比. 28. 粉體系. 條. 改良材添加. 件. 量㎏/㎝ 2. 有機土 200~500 ---. 生石灰 黏性土 40~100. 材齡. 7 日、28 日. 試模數目. 2或3個.
(52) 第三章 深層攪拌工法. 3.2.2 工法 攪拌工法分為機械攪拌、高壓噴射攪拌、機械與高壓噴射併用攪拌等 三種方式。機械攪拌依攪拌軸數分有單軸、雙軸和多軸等三種工法， 依攪拌軸之旋轉方向分則有正旋轉、正逆轉旋等二種工法，依硬化材 之形態分有乾式、濕式等二種工法。高壓噴設攪拌工法有單管、雙重 管、三重管等三種工法。 【解說】 1、工法開發經緯 （1）機械攪拌：最早之 MIP(Mixing In Place)、PIP(Packed In Place) 機械攪拌工法是美國所開發的，日本於 1950 年代引進該工法 後於 1960 年後半研發出目前之 DLM(Deep Lime Mixing)深層 攪拌混合處理工法。繼後，CDM(Cement Deep Mixing)濕式機 械攪拌工法於 1975 年開始使用，DJM(Dry Jet Mixing)乾式機械 攪拌工法也於 1981 年實用化。 1980 年後擴幅機械攪拌工法 SWING(Spreadable WING)和多軸 土壤水泥攪拌樁工法 SMW(Soil Mixing Wall)陸續被開發出，且 也多被國內引進使用。 （2）噴射攪拌工法：高壓噴射攪拌工法 CCP(Chemical Churning Pile)、JSG( Jumbo-jet Special Grout)、CJG (Column Jet Grouting) 大約在 34 年前在日本最先開始使用，國內則於 1980 年代和 1990 年代分別引進 CCP、JSG 和 CJG 工法，且被廣為使用。 近年來由於地層改良深度越來越深，較大之改良口徑更具經濟 性，因此以超高壓噴射攪拌或機械、噴射併用等之工法逐漸被 開發。這些超高壓噴射攪拌工法中 2003 年引進國內的有 SJM(Super Jet Midi)、RJP(Rodin Jet Pile)、X-J(Cross Jet)和 SJ(Super Jet)等超高壓噴射攪拌工法。. 29.
(53) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 2、工法分類 （1）機械攪拌（攪拌軸數或硬化材型態分） 機械攪拌工法，係利用附有攪拌翼之複式中空鑽桿，配合壓力 水沖切鑽至設計深度後，提昇鑽桿，同時以適當壓力噴出硬化 劑，並以攪拌翼將土壤與硬化劑充分混合形成固結體。施工方 法依照所用之硬化材型態分有乾式(如 DJM 工法)和濕式(如 CDM、SWING、SMW 等工法)兩種。依照攪拌軸數分有單軸、 雙軸、多軸等三種，單軸又有單管和雙重管等工法。 施工原理如圖 3.2.2-1，施工順序如圖 3.2.2-2 所示。. 硬化劑加空氣. 噴出防止蓋 排氣或排液孔 順時轉. 逆時轉. 攪拌翼(如下圖). 順時轉. 外鑽管 硬化劑加空氣 攪拌翼. 攪拌專用(左旋轉) 扭力：小 旋轉速率：大. (逆時). 固結體. 攪拌翼 內鑽管 (順時). 鑽孔+右旋轉攪拌 扭力：大 旋轉速率：小. 上層攪拌翼 下層攪拌翼. 攪拌頭. 硬化劑噴射口 硬化劑噴射口. 掘削齒. (a)乾 式 攪 拌. (b)濕 式 單 軸 攪 拌. (c)濕 式 多 軸 攪 拌. 圖 3.2.2-1 機械攪拌工法各種攪拌翼 (建研所 2001，基礎工程施工參考規範與解說). 30.
(54) 第三章 深層攪拌工法. 鑽桿 頂部殘 餘土壤. 攪拌翼. 已攪散 之土壤. 固結體 噴射硬化劑並攪拌. (a)機械定位. (b) 攪 拌 翼 貫入土 層. (c)旋轉提昇. (d)完成. 圖 3.2.2-2 機 械 攪 拌 工 法 施 工 順 序 示 意 圖 (建研所 2001，基礎工程施工參考規範與解說). （2）噴射攪拌 A、改良原理 噴射攪拌工法是以超高壓硬化材、水、空氣等之噴射流切削 地層，同時灌注硬化材使與地層之土壤混合成形固結體之工 法。超高壓噴射流之運動能量破壞地盤組織結構，移動土壤 形成硬化材滲入之空間。此破壞之機構大體上是有下列原 因： （a）凹渦現象. （b）流體衝擊力. （c）水劈效果. （d）地盤疲勞效應. B、工法種類 按照噴射管構造噴射攪拌工法大致分有下列幾種： （a）單管：CCP （b）雙重管：JSG、SJM、 （c）三重管：CJG、RJP、X-J、SJ. 31.
(55) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. CCP 單管工法之設備較輕巧簡便，利用單管以超高壓噴射硬 化劑切削地層同時與土壤混合。雙重管工法之噴射裝置係採 用同心圓噴嘴，內噴嘴以超高壓噴射硬化劑，外噴嘴則噴射 壓縮空氣形成噴射冪包圍硬化劑噴射流以增加切削能力。三 重管工法，則於上層同心圓噴嘴噴射高壓清水及壓縮空氣先 行切削地層，再由下層噴嘴或同心圓噴嘴以低壓噴射硬化劑 （CJG 工法）或以高壓噴射硬化劑和空氣（RJP 工法）與土 壤混合。施工程序如圖 3.2.2-3，高壓噴射工法之噴射管構 造示意如圖 3.2.2-4。. 高壓水 高壓空氣 水. 硬化材. 鑚桿 旋轉提升. (a) 鑽挖導孔同時 放置噴射管. (b)旋轉噴射管同. 時噴出硬化材. (c)旋轉並提昇噴射管 同時噴出硬化材. 圖 3.2.2-3 高壓噴射攪拌灌漿工法施工順序示意圖 (建研所 2001，基礎工程施工參考規範與解說). 32.
(56) 第三章 深層攪拌工法. 水. 漿液. 空氣. 漿液. 超高壓水. 漿液. 空氣. 漿液. 漿液 空氣. 空氣. 漿液. （a）單管工法 (CCP 工法). (b)雙管工法 (JSG、SJ-midi 工法). (c)三重管工法 (CJG、RJP、SJ 工法). 圖 3.2.2-4 三種高壓噴射攪拌工法攪拌機制比較圖 (修改自建研所 2001，基礎工程施工參考規範與解說). 3.2.3 硬化材種類 攪拌工法使用之硬化材主要以水泥系為主，水泥系包括普通波特蘭水 泥，高爐水泥和水泥系固化材等。另也有使用石灰系硬化材，石灰系包 括生石灰、消石灰和石灰系固化材等。硬化材使用時有粉狀、液狀兩種 型態。粉狀硬化材僅限用於機械攪拌工法。為緊急止水或抑制改良強度 時可摻用適當之混合材。 【解說】 1、硬化材之分類如圖 3.2.3-1。. 33.
(57) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. 波特蘭水 水泥系. 高爐水泥 水泥系硬化劑. 硬化材. 生石灰 石灰系. 消石灰 石灰系硬化劑. 圖 3.2.3-1 硬化材之分類. 2、硬化材之固結原理 （1）石灰系： A、發熱膨脹脫水作用 軟弱地層中添加之生石灰與土壤中之水起化學變化形成消 石灰。此反應過程中產生熱量而促使水分蒸發。消石灰體積 也膨脹約二倍，同時進行周邊土壤之壓密。 B、離子交換反應凝聚作用 溶解之石灰產生游離鈣，因離子交換反應鈣離子附着於黏土 粒子表面，再因黏土粒子表面之帶電狀態之變動使黏土粒子 產生凝聚而團粒化。 C、卜乍嵐反應結合作用 數日後，鈣離子因水合作用和黏土礦物中之矽酸、氧化鋁結 合形成矽酸石灰和鋁酸石灰水合物。此卜乍嵐反應長期增進 固結體之強度和耐久性。 （2）水泥和水泥系固化材： A、水泥之水合反應 軟弱地層中添加之水泥與土壤中之水起化學變化形成消石灰。. 34.
(58) 第三章 深層攪拌工法. 消石灰離子水溶液中分為鈣離子和氫氧離子，附着於黏土粒子 表面之鈣離子和黏土礦物中之矽酸、氧化鋁反應形成石灰水合 物。 B、卜乍嵐反應 此種固化反應與卜乍嵐反應相同，因含有矽酸和氧化鋁黏土 礦物中之故，於水中逐漸凝結和自行硬化。 3、機械攪拌工法之標準配比 （1）特殊土壤適用之硬化材：有機物含量多之腐植土以使用水泥系 固化材較具改良效果。生石灰常用來改良不含有機物之黏 土。 （2）遲延劑：AE 減水劑亦常用以遲延水泥之初凝時間。AE 減水劑遲 延型有液態之木質磺氧化物和粉狀之羥羧酸。添加量分別 為水泥之 0.2％和 0.25％。 4、高壓噴射攪拌工法之硬化材：高壓噴射攪拌工法之硬化材以水泥系 為主，國內常用之硬化材種類和配比如下。 （1）CCP 工法之標準配比 表 3.2.3-1 CCP 工法@m3 標準配比 (CCP 協會 1993，CCP-S 工法型錄) CCP-5 號. CCP-6 號. CCP-7A 號 CCP-7B 號. CCP-8 號. 中強度型. 低強度型. 腐植土. A液. B液. 高強 度型. 水泥(㎏). ---. 400. 760. 550. 300. 760. 混合材(㎏). ---. ---. ---. ---. 400. ---. 混合劑(㎏). ---. ---. 12. 8.5. 4.5. 12. 硬化劑(㎏). 100. ---. ---. ---. ---. ---. 調整劑(㎏). 2~4. ---. ---. ---. ---. ---. 水(l). 剩餘. 370. 750. 820. 750. 730. 材料. 35.
(59) 建 築 物 基 礎 構 造 設 計 規 範 修 訂 之 研 究 --地 層 改 良. （2）JSG/CJG 工法之標準配比 國內常用之 JSG/CJG 工法配比如表 3.2.3-2 所示。 表 3.2.3-2 JSG/CJG 工法@m3 標準配比 JG-1. JG-2. JG-3. 標準型. 中強度型. 低強度型. 砂 qu＝30kg/cm2. 砂 qu＝20kg/cm2. 砂 qu＝10kg/cm2. 黏土 qu＝10kg/cm2. 黏土 qu＝5kg/cm2. 黏土 qu＝2kg/cm2. 水泥(kg). 760. 500~600. 350~400. 水(l). 760. 841~810. 889~873. 材料. 註：皂土等添加材視現場需要狀況添加. 3.2.4 改良範圍之決定 1、改良之形式主要分為樁體式和區塊式兩種。設計時將樁體式改良地 層當做複合地盤來分析，區塊式改良地層則當做結構體來分析。 2、改良範圍除依力學分析求得外，依各施工目的，配合施工之要求、 順序等，另須考慮施工機器之安全和參酌各該工法之施工經驗值做 最後決定。 3、改良體設計基準強度之設定，樁體式改良地層以室內配比試驗來決 定，區塊式改良地層可參酌各該工法之施工經驗值或依現場試驗施 工決定。 4、樁體式改良地層以複合地盤分析，須檢討之事項： A、地層之支承力. B、水平滑動之安全. C、圓弧滑動之安全. D、壓密沉陷量之估算. E、側向位移之估算. 36.
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