山坡地社區建築基礎設計規範之研擬
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(3) 目次. 目次 表次. ................................................................................... V. 圖次. ................................................................................ VII. 摘. XI. 要. 第一章 緒論 ............................................................................ 1 第一節 研究緣起與背景........................................................ 1 第二節 研究內容.................................................................... 2 第二章 研究方法 .................................................................... 5 第三章 相關規範與理論 ........................................................ 7 第一節 淺基礎支承力............................................................ 7 3.1.1 各國建築規範之岩盤支承力規定 ............................. 7 3.1.2 台灣本土之岩盤支承力經驗值 ................................. 8 3.1.3 考量岩盤內地質構造弱面之影響 ............................. 9 3.1.4 淺基礎支承力之理論公式 ....................................... 11 3.1.5 外國規範之支承力計算法 ....................................... 16 第二節 淺基礎沉陷量之計算.............................................. 21 3.2.1 單一淺基礎之沉陷量 ................................................ 21 3.2.2 淺基礎之容許差異沉陷量 ....................................... 23 I.
(4) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 第三節 樁基礎支承力.......................................................... 25 3.3.1 樁底端點支承力 Qb ................................................. 26 3.3.2 樁表面摩擦阻力 Qs .................................................. 27 第四節 樁基礎之沉陷量...................................................... 30 第四章 本文研究成果 .......................................................... 35 第一節 岩盤淺基礎支承力.................................................. 35 4.1.1 隨機場有限元素分析之模擬 ................................... 35 4.1.2 考慮岩體材料空間變異性下條型基腳差異沉陷之可 靠度設計 ............................................................................. 38 4.1.3 國內岩體材料空間變異性之輸入力學參數 ........... 39 4.1.4 分析結果 ................................................................... 43 4.1.5 設計規範比較 ........................................................... 47 第二節 樁基支承力研究...................................................... 48 4.2.1 國內樁載重試驗資料收集 ....................................... 48 4.2.2 樁身表面極限摩擦阻力(fs)之讀取： ....................... 50 4.2.3 樁身表面極限摩擦阻力(fs)與岩石單壓強度 σc 之關係 ............................................................................................. 53 第五章 結論與建議 .............................................................. 61 II.
(5) 目次. 第一節 結論.......................................................................... 61 第二節 建議.......................................................................... 62 附錄一 相關外文規範附表 .................................................. 65 附錄二 本研究收集之樁載重試驗資料 .............................. 71 附錄三 期中報告審查辦理情形表 .................................... 101 附錄四 期末報告審查辦理情形表 .................................... 105 附錄五 附冊 ........................................................................ 109 附錄六 專家會談會議記錄 ................................................ 161 參考書目 ................................................................................ 169. III.
(6) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. IV.
(7) 表次. 表次 表 3.1-1 考慮基礎底面形狀修正因子(L=長度、B=寬度)... 12 表 3.1-2 對應於圖 3.1-9 中之岩盤基礎支承力公式整理 ..... 20 表 3.2-1 考慮基礎形狀與剛性之因子 ................................... 22 表 3.3-1 沉積岩石之 α 建議值 ............................................... 28 表 4.1-1 台北地區現地岩心樣本座標與岩心強度 σ ............ 42 c. 表 4.1-2 本研究針對砂岩基礎所建議之容許承載應力 qa(MPa)範圍 ............................................................ 45 圖 4.1-7 不同 RMR 所對應之容許承載應力 qa 示意圖 ....... 46 表 4.1-3 本研究針對頁岩基礎所建議之容許承載應力 qa(MPa)範圍。 ........................................................ 46 表 4.2-1 本計畫收集 28 個岩盤內之樁載重試驗資料 ......... 56 表 4.2-2 本計畫岩盤樁載重試驗之樁身表面極限摩擦阻力與 岩石單壓強度計算值 .............................................. 58. V.
(8) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. VI.
(9) 圖次. 圖次 圖 3.1-1 目前國內建議沉積岩內基礎容許支承力值與國外規 範之比較 .................................................................... 8 圖 3.1-2 以 RQD 值推估岩盤容許支承力 .............................. 9 圖 3.1-3 台灣北部縣市砂岩、頁岩單壓強度之分佈整理 ... 11 圖 3.1-4 簡化淺基礎下方主被動區為直線狀剪力破壞面 .... 12 圖 3.1-5 水平岩盤(不含弱面或軟岩)上基礎之支承力因子. 14 圖 3.1-6 斜坡岩盤上之基礎支承力因子 ............................... 15 圖 3.1-7 基礎下岩盤由兩組弱面方位控制 ........................... 16 圖 3.1-8 加拿大基礎工程規範建議支承力修正參數 ........... 17 圖 3.1-9 美國工兵署整理岩盤基礎的破壞模式及其對應採用 支承力公式 .............................................................. 19 圖 3.2-1 各種層狀岩層之特殊狀況 ....................................... 23 圖 3.3-1 由岩心單壓強度直接推估樁身表面單位摩擦阻力 ... .................................................................................. 30 圖 3.3-2 岩盤內摩擦樁之彈性沉陷影響因子 ....................... 31 圖 3.3-3 榫入岩盤內摩擦樁彈性沉陷量折減因子 ............... 32 圖 3.3-4 岩盤內點承樁之彈性沉陷量折減因子 ................... 33 VII.
(10) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 4.1-1 有限元素分析網格 ................................................... 36 圖 4.1-2. RMR = 50 和 σ = 10 MPa 時 mi、E 、c和 φ 真實隨機 m. c. 場樣本示意圖 .......................................................... 37 圖 4.1-3 基礎的沉載曲線分析結果：(a)左邊條形基礎、(b) 右邊條形基礎、(c)角變量示意圖。 ...................... 38 圖 4.1-4 台灣與中國地區岩體變形模數( E )與岩體品質評分 m. (RMR)之現地試驗資料比較 .................................. 39 圖 4.1-5 mi 與 Mohr-Coulomb 參數對照圖 ......................... 40 圖 4.1-6 不同 RMR 所對應之容許承載應力 qa 示意圖 ....... 44 圖 4.2-1 本計畫收集樁載重試驗之岩盤深度與樁嵌入岩深度 分佈 .......................................................................... 49 圖 4.2-2 由樁載重試驗中岩盤段的 τ-z 曲線(圖中▲線)以類似 之詮釋法 Davission 法求取極限摩擦阻力 fs ......... 50 圖 4.2-3 樁載重試驗曲線之詮釋法 ....................................... 51 圖 4.2-4 本計畫砂岩、頁岩內樁身表面之極限單位摩擦阻力 大小之分佈 .............................................................. 52 圖 4.2-5 本計畫砂岩、頁岩內樁身表面極限單位摩擦阻力與 岩石單壓強度之關係 .............................................. 52 VIII.
(11) 圖次. 圖 4.2-6 本計畫收集台灣砂頁岩內樁身表面摩擦阻抗係數 α 之分佈 ...................................................................... 54 圖 4.2-7 台灣砂頁岩內樁身表面摩擦阻力分佈與國際資料之 比較 .......................................................................... 55 圖 4.2-8 以本研究 α 值推估台灣北部沉積岩層可能之樁身表 面摩擦阻力 .............................................................. 60. IX.
(12) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. X.
(13) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：淺基礎、樁基礎、支承力、差異沉陷、樁載重試驗。. 一、研究緣起. 山坡地的地質材料常是由土、岩相疊，一般為了整平地坪常需挖方、填方互 用，以符合保育原則。當填方較厚時，應考慮高填土對地基可能引起的沉陷問題； 在填方區可能因填土厚薄不等，造成不均勻沉陷問題；或在基礎需跨越挖、填方 區時，因挖方區岩盤較淺其支承力較填方區為高且沉陷較少，造成整體基礎不均 勻沉陷以致建築物開裂喪失功能。當填方很深時，基礎深度也會較深，並不符合 經濟效益，因而需改採深基礎型式，例如建構基樁並嵌入岩盤內一定深度內，以 確保支承力足夠。因此，山坡地社區建築基礎設計除涉及土壤材料，亦常需考慮 岩盤問題。 目前國內工程設計最常參考的「建築技術規則建築構造編基礎構造設計規 範」，主要是針對設置於土壤材料上之建築基礎進行規範，對土壤材料之基礎設 計已有完整規範，但鮮少涉及設置於岩盤中之基礎設計。 因此，國內工程界目前在岩盤基礎工程設計時，常直接採用土壤力學的分析 理論進行岩盤工程的相關設計，或是各自參考國際文章或外國之規範進行設計。 因此長期以來，國內並無一致且適切符合國內地質條件的參考準則可供利用。故 本計畫將首次探討座落於岩盤上基礎設計的可能考量，並經後續延續計畫研究成 果，以補充「建築技術規則建築構造編基礎構造設計規範」設計規範中解說條文 之不足。 XI.
(14) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 二、研究方法與過程. 本計畫在探討岩盤中淺基礎及樁基礎之垂直支承力與沉陷量問題時，主要透 過下列研究途徑：(A) 各國規範與理論公式收集整理比較，供國內工程參考比 較，(B) 國內岩盤樁載重試驗結果之收集評估，以建立國內岩盤樁身表面之極限 摩擦阻力之估算。主要研究主題旨在針對設置於岩盤中之(1)淺基礎、(2)樁基之 沉陷量與垂直支承力設計準則兩者解說條文研擬建議。. 三、重要發現. 由收集臺灣北部樁載重試驗資料分析結果顯示：樁基礎位於砂岩、頁岩或砂 頁岩內之樁身表面極限單位摩擦阻力. fs 多介於 20~60 tf/m2 之間，由 fs 與工址岩. 石單壓強度σc 可依 f s = α σ C 型式建構關係，參數 α 值平均多介於 0.1~0.4 之 間，介於國際經驗值範圍內。在淺基礎研究中，本文以性能設計觀念依可靠度分 析觀念，考慮限制在兩淺基礎間之沉陷差異不使建築物發生裂縫，並考慮台灣實 際岩盤力學參數空間變異性所引起的差異沉陷，透過有限元素軟體 ABAQUS 之 模擬載重行為。可由工址岩石單壓強度(σc)與岩體評分等級 RMR 等關係，推估 該岩盤之淺基礎容許支承力，並繪製由σc、RMR 與淺基礎之容許支承力圖以利 查用。報告中亦針對山坡地社區設置於岩盤的淺基礎及樁基之垂直支承力設計解 說條文進行補充建議。. XII.
(15) 摘要. 四、主要建議事項. 根據研究發現，本研究提出下列建議，以下分別從立即可行的建 議、及長期性建議加以列舉。. 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：無 由收集臺灣北部樁載重試驗資料分析顯示：樁基礎位於砂岩、頁岩 或砂頁岩內之樁身表面極限單位摩擦阻力(. fs )與岩石單壓強度(σ. )具有. f s = α σ C 之關係型式，其中樁黏著參數α值平均多介於 0.1~0.4 之間。. 長期性建議(一) 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：無 由本年度研究可知，在推估山坡地岩盤淺基礎或樁基支承力之準確 與否，首在對工址岩盤弱面狀況(如 RQD 或 RMR 等)及岩石單壓強度(σ ) 變異之代表性的掌握。因此，山坡地社區工址調查、鑽探取樣位置與深 度、岩心強度試驗均須進一步規範，以提升基礎設計正確性，減少災害 之發生。. XIII.
(16) 摘要. 長期性建議(二) 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：無 山地地社區建築基礎設計之安全，除了考量其容許支承力與差異沉陷問題 外，尚需檢討基礎的整體穩定性，因此對坡地社區之整地挖、填規劃與開挖 岩坡穩定都有待進一步瞭解規範。. XIV.
(17) ABSTRACT. ABSTRACT Keywords: Shallow foundation, pile, bearing capacity, differential settlement, pile load test.. The existing Taiwan building and foundation code is mainly for foundations built on soils. It is rarely written for foundations on hillsides, especially for those founded on rocks. For these foundations, the current practice in Taiwan is to directly adopt the design methods based on soil mechanics and theories or to directly implement the foreign building codes and research results. It seems necessary to develop design principles that are suitable for the domestic use for foundations on rocks. This project aims to extend the scope of the existing Taiwan building and foundation code to cope with these types of foundations. In particular, this project uses the following approaches to study the design principles for bearing capacity and settlement of foundations on rocks: (a) conduct an extensive review for design principles and design theories found in foreign design codes and literature; (b) compile a database of load tests on Taiwan rock-socket piles for subsequent study of skin friction in rocks. The aims are (a) to develop the design principles for the different settlement and bearing capacity of shallow foundations in rock mass and (b) to develop the design principles for the settlement and bearing capacity of pile foundations in rock mass. The preliminary analysis shows the following: for bored piles socketed in sandstones, shale stones and sandstone-shale interlayers, the ultimate unit skin friction. XV.
(18) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. τ ult. is mostly among 20~60 tf/m2. Moreover, the ultimate unit skin friction can be. estimated by. τ ult = α σ C where. σC. is the unconfined compressive strength of the intact rock, and. α. is in. average among 0.1~0.4. For shallow foundations built in rock mass, allowable bearing stress (limited to an angle distortion of 1/500) is found to be related to. σC. of the. intact rock and RQD of the rock mass. This criterion is determined by finite element analysis (by using ABAQUS) on spatially varying rock mass. Based on the results of this interim report, the following items will be further pursued: (a) Expanding the database of load tests on rock-socket piles to better understand the design formula for skin friction in rocks; (b) Giving clear recommendations for the allowable bearing stress (limited to a prescribed angle distortion) of shallow foundations in rock mass; (c) Obtaining opinions from experts regarding the revision of the Taiwan building and foundation code through conference meetings.. XVI.
(19) 第一章. 緒論. 第一章 緒論 第一節 研究緣起與背景 山坡地的地質材料常是由土、岩相疊，一般為了整平地坪常需挖方、填方互 用，以符合保育原則。當填方較厚時，應考慮高填土對地基可能引起的沉陷問題； 在填方區可能因填土厚薄不等，造成不均勻沉陷問題(潘國樑，2006)；或在基礎 需跨越挖、填方區時，因挖方區岩盤較淺其支承力較填方區為高且沉陷較少，造 成整體基礎不均勻沉陷以致建築物開裂喪失其功能性。當填方很深時，基礎深度 也會較深，並不符合經濟效益，因而需改採深基礎型式，例如建構基樁並嵌入岩 盤內一定深度內，以確保支承力足夠。因此，山坡地社區建築基礎設計除涉及土 壤材料，亦常需考慮岩盤問題。 國內現行「建築技術規則建築構造編基礎構造設計規範」(以下簡稱「基礎 構造設計規範」) 主要針是針對設置於土壤材料上之建築基礎進行規範，對基礎 在土壤材料中之行為與設計已有完整的規範，但鮮少涉及設置於岩盤中之基礎設 計考量與說明。 故在該規範，1.2 節之適用範圍內先已闡明「...特殊地盤之建築，如山坡地 等，除依照本規範外，應另遵照其他相關規範之規定辦理。」，此一說明即在建 議考慮山坡地地質狀況或地質材料之特殊性，尤其是對構造於岩盤中之建築基礎 工程設計。 其中，因「基礎構造設計規範」係因應內政部「建築技術規則」設計之需要 而訂定的，故「建築技術規則」第十三章中第 262 條規定：山坡地有以下情況者 不得開發建築：(一)坡度陡峭者：平均坡度超過百分之三十者。(二)地質構造不 1.
(20) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 良、地層破碎或順向坡有滑動之虞者。(三)活動斷層鄰近區。(四)有危害安全之 礦場或坑道影響範圍上方地面。(五)廢土堆。(六)河岸附近或向源侵蝕區。(七) 洪患區。(八)斷崖附近。限於研究期限，以上八項特殊地層狀況上列入本計畫探 討的對象。 目前，當國內工程界面臨在岩盤上進行基礎工程設計時，常常： (1) 直接採用土壤力學的理論進行岩盤工程的相關分析設計，導致常過度 偏於保守或不安全； (2) 或是各自參考國外規範或國際期刊文章發表之建議公式進行設計。 因此，長期以來國內並無一致且符合國內地質條件或施工習慣的準則可供參 考。故本研究將首先探討座落於岩盤上基礎設計的考量，以補充「基礎構造設計 規範」(含解說)中設計準則之不足，逐年計畫，增加針對座落於岩盤上建築物基 礎設計的考量與解說，以提供往後國內工程合理設計之參考，減少坡地建築災害 之發生。. 第二節 研究內容 本年度針對岩盤上淺基礎及樁基垂直支承力與容許沉陷量之設計解說條文 研擬建議，主要研究之主題如下：岩盤中淺基礎之沉陷量與支承力準則之研擬， 及岩盤中樁基之沉陷量與支承力準則解說條文之研擬。 對應於現行「基礎構造設計規範(含解說)」各章節內容，是在第四章(淺基 礎)及第五章(樁基礎)之支承力與容許沉陷量的部分。. 2.
(21) 第一章. 緒論. 「基礎構造設計規範(含解說)」目錄： 第一章 通則 第二章 基礎載重 第三章 基地調查 第四章 淺基礎……(本年研究對應範圍) 第五章 樁基礎……(本年研究對應範圍) 第六章 沉箱基礎 第七章 擋土牆 第八章 基礎開挖 第九章 地層改良 第十章 土壤液化評估. 3.
(22) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 4.
(23) 第二章. 研究方法. 第二章 研究方法 本計畫主要在探討岩盤中樁基礎及淺基礎支支承力與容許沉陷量力問題，研 究方法是透過下列途徑：. (I) 各國規範與國內外理論與經驗公式之收集 外國的基礎工程設計規範中，除對土壤內基礎工程進行規範，或多或少 也會對山坡地易遭遇的岩盤基礎工程設計進行建議。本研究主要參考以下外 國規範：. (1) 日本道路協會「道路橋示方書同解說 V」(2002)。 (2) 香港大地工程署「基礎設計與施工」規範(Foundation design and construction,2006)。 (3) AASHTO 「高速公路橋梁」標準規範(2002)。 (4) 美國海軍設計規範(Design manual 7.02)「基礎與土壤構造」(1986)。 (5) 美國工兵署「工程與設計－岩盤基礎」 (Engineering and design — rock foundations, 1994)。 (6) 加拿大「基礎工程規範」 (foundation engineering manual, 1992)。 (7) 美國加州運輸署「橋梁設計規範」(Bridge design specifications, 2003)。. (II) 國內資料則收集國內論文發表資料進行比較判斷、並收集國內各顧問公司之 樁載重試驗資料(有深達岩層內者)，歸納出適合我國地層狀況與施工品質之 基礎支承力經驗建議。 5.
(24) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 6.
(25) 第三章. 相關規範與理論. 第三章 相關規範與理論 本計畫針對坡地社區建築物岩盤上淺基礎支承力的研究途徑，以彙集 (A) 參考各國規範或規範、及(B)歸納比較各計算理論等兩種途徑為主要的研究方式。. 第一節 淺基礎支承力 3.1.1 各國建築規範之岩盤支承力規定. (1) 美國紐約建築規範規定軟岩(包含頁岩)、硬岩(包含頁岩)容許支承力 qa 介於 1.4~4.8 MPa (140~480 tf/m2)之間，詳見附表 3.1-1。 (2) 加拿大「基礎工程規範」規定各類岩盤容許支承力 qa =0.5~10 MPa (50~1000 tf/m2)之間，其間的差異變化極大。其中，沉積岩例如砂岩與頁岩(其單壓強 度介於 15~50MPa 之間者)之容許支承力 qa 約在 1~4Mpa (100~400 tf/m2)之 間，詳見附表 3.1-2。 (3) 香港大地工程署「基礎設計與施工」規範規定對各種風化狀況花崗岩之容許 支承力 qa 在 3~10 MPa(300~1000 tf/m2)之間，詳見附表 3.1-3。 (4) 外國工程案例經驗：附表 3.1-4 為國外一些實際工程案例採用的容許支承力， 其採用支承力 qa 在[頁岩] 0.3MPa(30 tf/m2) ~[花崗岩] 7.2MPa (720 tf/m2)之 間，顯示不同岩性之容許支承力差異極大。其中，沉積岩中例如砂岩與頁岩 之容許支承力 qa 多在 0.3Mpa ~1 MPa(30~100 tf/m2)左右。 7.
(26) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. (5) 日本道路協會「道路橋示方書同解說」之規定岩盤中鑽掘樁的樁端容許支承 壓力：(1) 泥岩、頁岩、粉砂岩： qa 低於 400 tf/m2；(2)良好的砂岩： qa 低 於 500 tf/m2。. 3.1.2 台灣本土之岩盤支承力經驗值 透過類似途徑經累積足夠本地工程案例使用經驗予以建議合理的數值。例如 散見於國內論文之工程案例設計值。其中，以陳斗生(2000a)對台灣地區沉積岩 容許支承力之建議最完整(詳見附表 3.1-5)。其中，以濕孔方式施工的新鮮砂岩容 許支承力 qa 低於 500 tf/m2、新鮮頁岩 qa 低於 300 tf/m2、新鮮泥岩 qa 低於 200 tf/m2。 陳斗生(2000a)建議於國內沉積岩(砂岩、頁岩、泥岩) 基礎的容許支承力之 工程經驗值與國外規範建議值之比較示如圖 3.1-1，由比較中可知建議國內採用 值均在國際規範之合理範圍內。 泥岩. (陳斗生, 2000). 頁岩. (陳斗生, 2000) 砂岩. (陳斗生, 2000). (日本道路橋示方書同解說). 泥岩、頁岩、粉砂岩. (日本道路橋示方書同解說). 良好砂岩 外國工程案例經驗. 香港GEO基礎工程手冊. 加拿大基礎工程手冊. 美國紐約建築規範. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 800. 900. 岩盤之容許承載力建議範圍 qa (t/m2). 圖 3.1-1 目前國內建議沉積岩內基礎容許支承力值與國外規範之比較 資料來源：本研究整理 8. 1000.
(27) 第三章. 相關規範與理論. 3.1.3 考量岩盤內地質構造弱面之影響 由以上資料可知訂定岩盤之容許支承力考慮因素極多，關係著各地區區域性 岩石種類、岩石的風化程度、內含弱面的狀況等等因素。 Peck et al.(1974)則以淺基礎下方一倍基礎寬之深度內(其內含弱面是緊閉 狀)，現場鑽探岩心 RQD 平均值的大小依比例折減完整岩石之單壓強度為岩盤容 許支承力(見圖 3.1-2)：. 圖 3.1-2 以 RQD 值推估岩盤容許支承力 資料來源：Peck, et al. 1974 美國加州運輸署「橋梁設計規範」根據弱面狀況，分別由岩盤品質 RQD 或 RMR 推估各類岩盤之極限支承力 qu ：. qu = Nms ×σc. (3.1-1). 經考慮安全係數後之容許支承力 qa = qu /FS。. 9.
(28) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 其中， σc 為基礎底面 2 倍深度範圍內完整岩心之單壓強度，在附表 3.1-6 的 沉積岩有：在 B 類岩石中頁岩的強度 σc 介於 1000~5100 psi ( ≅ 685~3510 tf/m2)、 粉砂岩強度 σc 介於 1400~17000 psi ( ≅ 965~11720 tf/m2)、黏土岩強度 σc 介於 200~1200 psi ( ≅ 135~825 tf/m2)之間。在 C 類岩石中砂岩強度 σc 介於 9700~25000 psi ( ≅ 6685~17240 tf/m2)之間。係數 Nms 與岩石種類有關，其值與岩石品質有關， 對沉積岩 Nms 介於 5~0.016 之間，詳細可查附表 3.1-6。 此類研究途徑相對較客觀、可全面涵蓋岩性差異或量化弱面等影響因素，例 如考量 RQD 或 RMR 狀況，確實可統合各類岩盤影響因素的變異本質，因此是 未來我國長期目標可採用的評估方式。 針對國內砂岩、頁岩、泥岩地層狀況，目前本文收集台灣地區各地層單壓強 度( σc )整理如附表 3.1-7(施國欽，1999)，並圖示如圖 3.1-3。由圖內可得知，岩 石單壓強度 σc 隨地層年齡而有增強的趨勢，值多數在 20MPa (2000tf/m2)以下， 但變異性極大。初步推估各地層岩盤支承力未來可參考上述量化手段，進一步再 考慮岩盤狀況，以 RQD 或 RMR 予以應用於本土工程設計。. 10.
(29) 第三章. 相關規範與理論. 圖 3.1-3 台灣北部縣市砂岩、頁岩單壓強度之分佈整理 資料來源：本研究整理自施國欽(1999). 3.1.4 淺基礎支承力之理論公式. (1) 軟岩或含密集弱面之基礎支承力計算： 本理論係由 Bell 假設基礎下方主、被動區剪力破壞面為直線狀(見圖 3.4)， 並採用 Hoek-Brown 岩體強度準則，推導得岩盤之容許支承力如公式( 3.1-2)： qa =. C. f1. s 1 / 2 σ c [1 + ms FS. −1 / 2. + 1) 1 / 2 ]. (3.1-2). 11.
(30) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 式中，m、s 為 Hoek-Brown 強度準則中之岩體參數、 σc 為完整岩石單壓強 度， C f 1 為考慮基礎形狀之修正因子(其值參見表 3.1-1)，FS 為安全係數。 表 3.1-1 考慮基礎底面形狀修正因子(L=長度、B=寬度) Foundation shape. Cf1. Cf2. Strip (L/B>6) Rectangular L/B=2 L/B=5 Square Circular. 1.0. 1.0. 1.12 1.05 1.25 1.20. 0.90 0.95 0.85 0.70. 資料來源：Hoek, E. and Brown E.T. (1997) 進一步，若考慮基礎有埋入深度之覆土壓效用，可推導得岩盤之容許支承力 如公式( 3.1-3)： qa =. C. f1. [( m σ c σ 3 A + s σ c2 ) 1 / 2 + σ 3 A ] FS. 其中， σ3A = (mσcq + sσc ) + qs ， qs為埋入深覆土壓。 2 1/ 2. 圖 3.1-4 簡化淺基礎下方主被動區為直線狀剪力破壞面 資料來源：Hoek, E. and Brown E.T. ,1997. 12. (3.1-3).
(31) 第三章. 相關規範與理論. 2. 含極少數弱面的軟岩支承力計算：. (1) 水平狀岩盤地面： 當岩盤地面為水平狀、且幾乎不含弱面或軟岩的狀 況，可仿照前述公式，獲得一分別適用於條狀、矩型、圓形基腳之岩盤容許支承 力(即是 Bell Solution)如公式(3.1-4)所列：. qa =. C f 1 cN c + C f 2 ( γ B / 2 ) N γ + γ DN q ] FS. (3.1-4). 式中，B 為基腳寬度或直徑、D 為埋置深度， γ 為岩石單位重，如同土壤力 學理論的狀況，三個支承力因子 Nc 、 N q 、 N γ 可以如下表示或經查圖 3.1-5 獲 知：. NC = 2Nφ1/ 2 (Nφ + 1) Nγ = Nφ1/2 (Nφ2 −1) Nq = Nφ2 式中， Nφ = tan (45+ φ / 2) 、 φ 為岩體摩擦角，條狀淺基礎之 Cf1、Cf2 皆為 1、矩 2. 型與圓形基腳之 Cf1、Cf2 分別為考慮基礎形狀之修正因子(其值參見表 3.1-1)。. 13.
(32) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 3.1-5 水平岩盤(不含弱面或軟岩)上基礎之支承力因子 資料來源：Hoek, E. and Brown E.T. ,1997. (2) 斜坡岩盤：當基礎位於斜坡面上，且斜坡坡度低於 φ / 2 時(見圖 3.1-6)， 岩盤容許支承力應考慮下坡側之岩體側向支持力較少的折減問題，可修正為公式 ( 3.1-5)：. qa =. C f 1 cN cq + ( C f 2 γ B / 2 ) N γ q ] FS. (3.1-5). 式中，兩個支承力因子 Ncq 、 Nγ q 與一穩定因子 N o 有關，可經查圖 3.1-6 獲知， 圖內穩定因子 No. 14. = γH / c ，其入岩深度 D 應保守估計採取下坡側嵌入的深度、H.
(33) 第三章. 相關規範與理論. 為邊坡高度。其支承力隨斜坡角度增加而減少，當斜坡坡度高於 φ / 2 時，通常很 少檢討支承力問題，而應檢核整體邊坡穩定問題。. 圖 3.1-6 斜坡岩盤上之基礎支承力因子 資料來源：U.S. Department of the Navy, 1982. 低樓層建築可以遵循上述建築規範所訂定之容許支承力。而若大型荷重則需 考慮附近地質構造主控破壞方式之影響(或進行詳細數值分析)：. (3)當基礎位於含有双組傾斜弱面岩盤(見圖 3.7)之岩盤的破壞模式由弱面主 控時，其容許支承力可引用 Ladanyi & Roy (1971)建議公式(3.1-6)獲知：. qa =. [σ 3 A N φ 1 + ( c1 / tan φ1 )( N φ 1 − 1)] FS. (3.1-6). 15.
(34) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 式中， σ 3 A = (. c γB ) Nφ 2 + ( 2 )( Nφ 2 − 1) 。 2 tanψ 1 tan φ2. 圖 3.1-7 基礎下岩盤由兩組弱面方位控制 資料來源：Ladanyi, B. & A. Roy ,1971. 3.1.5 外國規範之支承力計算法. (1) 加拿大基礎工程規範建議 加拿大基礎工程規範則以岩石單壓強度為基準，乘以一修正參數 KSp (考量 基礎的寬度 Db 及埋入深度因子 d、節理間距 cd 、節理開口 ad 等因素)，見圖(3.1-8) 建議岩盤之容許支承力計算式，如公式(3.1-7)：. qa = σc Kspd. (3.1-7). 式中，深度因子 d = 1 + 0 . 4 L s ≤ 3 ， Ls 、 Bs 為榫入岩盤深度與直徑。但這方法不 Bs. 適合於軟弱的層狀岩盤，例如頁岩及石灰岩，顯示有其使用上的限制。. 16.
(35) 第三章. 相關規範與理論. Notes: (1). Allowable bearing pressure may be estimated from the strength of rock cores as follows: qa = Ksp qu-core d c Ksp 3+ d = Where qa qu-core Ksp cd ad Db. (2). Db. a 10 1 + 300 d cd. = allowable bearing pressure = average unconfined compressive strength of rock core = bearing pressure coefficient = spacing of discontinuities = aperture of discontinuities = base diameter. cd a < 2.0 and 0 < d < 0.02; and cd>300 mm; Db>300 mm and The equation is valid for 0.05 < Db. cd. ad<5 mm or 25 mm if infilled with debris. (3). The coefficient Ksp takes into account size effects and presence of discontinuities ans contains a factor of safety of at least ten against general shear failure.. (4). Depth factor (Ladanyi and Roy, 1971) can be applied to the allowable bearing pressure computed Ls as d = 1+ 0.4 ≤ 3.4 Ds. where. Ls = depth of socket in rock. Ds = diameter of rock socket. 圖 3.1-8 加拿大基礎工程規範建議支承力修正參數 資料來源：CGS, 1992 17.
(36) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. (2) 美國工兵署基礎工程規範建議 考慮岩盤的破壞模式，美國工兵署之岩盤基礎工程設計規範依基礎岩盤各類 可能破壞模式(包含剪力破壞、壓力破壞、劈裂破壞)，將引用支承力使用建議歸 納整合如圖 3.1-9 所示，而其對應支承力計算公式整理於表(3.1-2)。 該規範支承力分別適用於岩盤發生剪力破壞、壓力破壞、滑動破壞等模式情 況，涵蓋較廣泛，但僅適合於某些良好(sound)岩盤或含密集破裂節理之岩盤等特 定地層狀況下使用。. 18.
(37) 第三章. 相關規範與理論. Eq. (6.4). Eq. (6.1). Eq. (6.5). Eq. (6.1). Eq. (6.6). Eq. (6.3). Eq. (6.3). 圖 3.1-9 美國工兵署整理岩盤基礎的破壞模式及其對應採用支承力公式 資料來源：U.S. Armys Crops of Engineers ,1994. 19.
(38) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 表 3.1-2 對應於圖 3.1-9 中之岩盤基礎支承力公式整理. qult = cNc + 0.5γ BNγ +γ DNq. (6-1). qult = 0.5γ BNγ + γ DNq. (6-3). qult = cNc + 0.5γ BNγ. (6-4). qult = 2ctan(45+φ / 2). (6.5). qult = JcNcr. (6.6a). (圓形基腳). qult = 0.85JcNcγ (方形基腳) qult = JcNcγ /(2.2 + 0.18L/ B). (6.6b) (條狀基礎). 2Nφ2 1 S Ncγ = (cotφ)( ){1 − } − Nφ (cotφ) + 2Nφ1/ 2 1 + Nφ B Nφ. 資料來源：U.S. Armys Crops of Engineers ,1994. 20. (6.6c). (6.6d).
(39) 第三章. 相關規範與理論. 第二節 淺基礎沉陷量之計算 建築於岩盤上基礎之沉陷量通常不大，設計上應注意建築物其差異沉陷問 題，務使其變形量處在上部建築物之容許變形範圍。. 3.2.1 單一淺基礎之沉陷量 座於岩盤上的獨立淺基礎之沉陷量計算，最簡單的算法可先將岩盤等值簡化 為均質等向岩石材料，再依彈性理論計算其沉陷量，例如公式(3.2-1)即為一例 (Wyllie, 1999)。. δV =. Cd qB(1−ν 2 ) Em. (3.2-1). 式中，q 為基礎底面之均布荷重、B 為圓形基礎的直徑或矩形基礎的短邊寬 度、Cd 為考慮基礎形狀與剛性的因子(見表 3.2-1)；Em 與ν 為等質化後岩盤彈性模 數與柏松比值，岩盤之彈性模數 Em 可透過 RQD 與完整岩石彈性模數 Eo 間經驗 公式估算之(AASHTO, 2003)，例如. Em = αE Eo. (3.2-2). 式中，考慮弱面影響，岩盤之彈性模數 Em 可由 RQD 適當折減，折減係數 αE 表示如下，. αE =0.0231 (RQD ) −1.32≥0.15. (3.2-3). 21.
(40) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 表 3.2-1 考慮基礎形狀與剛性之因子 Shape Circle Circle (rigid) Square Square (rigid) Rectangle: Length/width 1.5 2 3 5 10 100 1000 10000. Center. Corner. Middle of short side. Middle of long side. Average. 1.00 0.79 1.12 0.99. 0.64 0.79 0.56 0.99. 0.64 0.79 0.76 0.99. 0.64 0.79 0.76 0.99. 0.85 0.79 0.95 0.99. 1.36 1.52 1.78 2.10 2.53 4.00 5.47 6.90. 0.67 0.76 0.88 1.05 1.26 2.00 2.75 3.50. 0.89 0.98 1.11 1.27 1.49 2.20 2.94 3.70. 0.97 1.12 1.35 1.68 2.12 3.60 5.03 6.50. 1.15 1.30 1.52 1.83 2.25 3.70 5.15 6.60. 資料來源：Winterkorn and Fang, 1975 若有較特殊的地層狀況，如圖 3.2-1 整理各種地層狀況之沉陷量計算，包括地 層下夾有軟弱夾層等特殊地層狀況，其詳細計算可進一步參考 Wyllie(1999)。. 22.
(41) 第三章. 相關規範與理論. 圖 3.2-1 各種層狀岩層之特殊狀況 資料來源：Wyllie, D.C ,1999. 3.2.2 淺基礎之容許差異沉陷量 山坡地的地質材料常是由土、岩相疊，一般為了整平地坪常需挖填互用。填 方區因填土厚薄不一，或基礎跨越挖填方區時因沉陷量不同，造成不均勻沉陷問 題。建築物相鄰兩柱或相鄰兩支點間，因差異沉陷引致之角變量，應不得使建築 物發生有害之裂縫或影響其使用功能。國內「建築技術規則建築構造編基礎構造 設計規範」內已有規定各種容許角變量下建築物之對應損壞程度如下(見該規範 之表-解 4.4-1)：. 23.
(42) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 表-解 4.4-1 角變量與建築物損壞程度(Bjerrum,1963) 角變量. 建 築 物 損 壞 程 度. 1/600. 斜撐之構架有受損之危險. 1/500. 建築物不容許裂縫產生的安全限度(含安全係數). 1/300. 隔間牆開始發生裂縫(不含安全係數). 1/250. 剛性之高層建築物開始有明顯的傾斜. 1/150. 隔間牆及磚牆產生相當多的裂縫. 1/150. 可撓性磚牆之安全限度(含安全係數). 1/150. 建築物產生結構性損壞. 資料來源：內政部(2001)，「建築技術規則建築構造編－基礎構造設計規範」. 國內目前已有部分設計規範，已將性能設計之理念納入設計規範中，然而對 性能設計準則等相關研究，仍尚在起步階段，對基礎支承力設計則尚未討論。未 來發展除需符合國情需求外，更需考量如何與國際規範接軌，引進新技術與觀念。 例如，依據前述規定不容許建築物產生裂縫的安全限度之基礎相對角變量為 1/500。因此，本研究將依此觀念，考慮建築物的功能性要求，依性能設計之觀 念，利用有限元素分析軟體(ABAQUS)模擬基腳載重與沉陷行為。以可靠度分析 觀念，分析兩相鄰基腳間的差異沉陷，假定當差異沉陷使角變量達到 1/500 會致 使建築物產生裂縫而影響其性能時之外力施加極限，視為該地盤的容許支承力 qa(詳後第 4.1 章內容)。. 24.
(43) 第三章. 相關規範與理論. 第三節 樁基礎支承力 樁基礎除可在有限地表面積下借點承或摩擦傳遞方式解決結構支承力之問 題，亦可有效減少上部結構之沉陷問題。基樁支承力是借由樁結構體將上部荷重 傳遞到較深部的承載層，其傳遞方式可以是：(1)大部分借由樁底端點支承力 Qb支 持(點承樁)。(2)大部分借由基樁與周圍岩石界面之抗剪摩擦提供軸向摩擦阻抗力. QS. (摩擦樁)。(3)由上述(1)與(2)之組合。故基樁之極限垂直支承力 Q u 與容許垂. 直支承力 Qa 可表示為：. Qu = Qs +Qb = fs As +qb Ab Qa =. (3.3-1). Qu Q Q = s + b FS FS 1 FS 2. 式內 Q u ＝單樁之極限垂直支承力(tf). Qa ＝單樁之容許垂直支承力(tf) QS=樁表面摩擦阻抗力. (tf). Qb=樁底端點支承力(tf) FS, FS1, FS2,＝樁總垂直支承力、表面摩擦阻力與端點支承力之安全係數， 其值按表-解 5.3-1 所列規定，惟對於長樁或鑽掘樁，樁端支承力之安全係數 應視容許沉陷量及施工品質酌予提高. f s ＝樁表面摩擦阻力(tf/m2) 25.
(44) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. As ＝樁身之表面積(m2) qb ＝樁端之極限支承壓力(tf/m2) Ab ＝樁端之斷面積(m2) 3.3.1 樁底端點支承力 Qb. 估算基樁受壓時之樁底端點支承力 Qb 的方法，大都類似於前述淺基礎支承 力之估算法，可由上述淺基礎之支承壓力 qa 乘上樁端之樁斷面積 Ab 得知，亦即 樁底端點支承力 Qb= qa. Ab 。例如 AASHTO(2002)依岩體狀況建議，. qu = Nms ×σc. (3.3-2). 各類岩石的係數 Nms 可查前述附表 3.1-6。 於國內，陳斗生(2000a)建議可利用下式粗估樁端支承力 q a =. σc 5. ( N φ + 1) ，. 其符號定義如同前述 3.1 章。 根據彈性理論計算顯示，於工作載重小位移範圍下僅少部分垂直作用力傳遞 至樁之前端， Kulhawy & Carter (1988)曾指出即使勁度很大的粗短樁，傳遞至樁 端的垂直作用力也只有 10~20%；至於細長比更大的樁或入岩深度愈多，樁端分 配到的承載比例則更少。同時，須在外力足以讓整體樁體產生顯著大位移時，樁 底端點支承力才能發揮出來；另外，施工時樁底淤泥是否清除完全與樁底端點支 承能力也有密切關係。因此，在設計時樁底端點支承力之貢獻應格外謹慎折減估 計。. 26.
(45) 第三章. 相關規範與理論. 3.3.2 樁表面摩擦阻力 Qs 1. 國內現況 針對土壤內之樁表面摩擦阻力，國內現行「基礎構造設計規範」是由 SPT-N 值推估基樁最大表面摩擦阻力 fs 值。例如，見下表建議 fs， 施工法 支承力. 打入式基樁. 鑽掘式基 樁. 預鑽孔工法. 中掘工法. fs. N / 3 ( 15). N / 3 ( 15). N / 5 ( 15). 1.5. qb. 30. 7.5. 植入式基樁. 25. 25. 此等經驗式，對山坡地社區建築之嵌入岩盤段樁表面摩擦阻力 fs 之估算則不 適用，國外目前慣用直接由岩心單壓強度σ 推估岩盤段樁表面摩擦阻力 fs。. 2. 國外慣用 加拿大基礎工程規範建議，假設沿著樁周之剪應力是均勻分佈的，則樁表面 摩擦阻力 QS應為榫入岩盤段之樁周表面積 As 與樁表面摩擦阻力 fs 之乘積，. Qs = πBLs fs. (3.3-3). 公式中，B 為榫入樁座之直徑、 LS 為榫入樁座長度、fs 為樁身與圍岩間之剪 力摩擦阻力。其中，樁表面摩擦阻力 fs 值之大小與樁身表面粗糙度、樁混凝土與 圍岩相對勁度有關， QS除以安全係數 FS 則為樁身表面容許摩擦阻抗力。而且因 欲趨動岩盤上方覆蓋土層與樁身的摩擦阻力之位移遠高於欲趨動岩盤摩擦阻 力，因此可以忽略上方覆蓋土層之影響。. 27.
(46) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 在國際間對岩盤內樁表面極限摩擦阻力 fs 之經驗式，因鑽取岩心容易提供岩 石之單壓強度 σC的資訊，故多將 fs 與岩石單壓強度 σC建立關係。例如，建立樁 身表面極限單位摩擦阻力(fs)與岩石單壓強度 σC的 1/2 次方建立關係式：. fs = α σ c 式中，. (3.3-4). fs 、 σC之採用單位均為 MPa。. 經驗係數 α 值一般介於 0.1~0.8 之間(介於 0.2~0.6 間最常被採用)，α 值大小與 岩性、岩體狀況、樁身表面狀況(粗糙度或穩定液之使用與否)有關(見表 3.3-1 例 子)，故 α 值將會與樁施工方法與技術造成樁表面粗糙狀況有關。 Kulhawy et al.(2005)則統計得知最低值 α = 0.2 。國內，古志生等人(2004) 曾對西部軟岩進行類似研究，得出西部軟岩無論風化與否， α 介於 0.16~0.21 之 間。 表 3.3-1 沉積岩石之α建議值. 資料來源：Serrano, A. & C. Olalla, 2004. 28.
(47) 第三章. 相關規範與理論. 或是，將式(4.5)以大氣壓力 pa 正規化為：. σ fs = b( c ) pa pa. (3.3-5). Rowe & Armitage(1987)回歸收集資料指出常數 b 最佳值為 1.42 (換算成上述. α = 0.45 )，而 Carter & Kulhawy(1988)也建議常數 b 一保守值為 0.63(換算成上述 α = 0 .2 ). AASHTO (2002)建議直接由岩心單壓強度 σC查圖推估樁表面極限摩擦阻力 fs (查圖 3.3-1)，例如樁表面摩擦阻力 QS為：. Qs = πBLs (0.144fs ). (3.3-6). 式中， Ls 為樁榫入岩盤長度、B 為樁徑。圖 4.1 中之橫軸是取岩石或混凝土 單壓強度較低者，若考慮弱面之影響針對座落於岩體內之樁支撐力，其岩石單壓 強度 σc 則應取岩體的單壓強度 σ cm ，而 σ cm 可由 σc 依 RQD 狀況予以折減，即. σcm =αEσc. αE = 0.0231 (RQD) −1.32≥ 0.15. (3.3-7) (3.3-8). AASHTO(2003)建議岩盤內抗拉樁之摩擦阻力 QS可以乘以 0.7 QS折減估計之 (此一建議與土壤地層類似)，群樁效應問題則可以不考慮。. 29.
(48) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 3.3-1 由岩心單壓強度直接推估樁身表面單位摩擦阻力 資料來源：Horvath, et al., 1983. 第四節 樁基礎之沉陷量 如果樁底淤泥無法有效清除，垂直荷重只由樁周摩擦阻力承擔，且樁身與圍 岩完全黏結，則樁之沉陷量 δv 也可依彈性理論計算，例如. δV =. Q×I B × Em. (3.4-1). 式中，樁周圍岩盤彈性模數 E m ( s ) 、Q 為樁所受垂直荷重外力、B 為樁徑； I 為彈性沉陷影響因子其值與埋入深度、基樁勁度等因素有關(參見圖 8.14)。. 30.
(49) 第三章. 相關規範與理論. 圖 3.3-2 岩盤內摩擦樁之彈性沉陷影響因子 資料來源：Pells and Turner, 1979. 若考慮某段(假設長度為下圖中 D)因凹陷而無法提供摩擦阻時，則需乘以一 折減係數 RF ，即. δ V = RF. Q×I B × Em. (3.3-2). 31.
(50) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 3.3-3 榫入岩盤內摩擦樁彈性沉陷量折減因子 資料來源：Pells and Turner, 1979. 若荷重完全由樁端點支承，而沒有樁周摩擦阻力時(點承樁)，含樁體本身的 彈性變形及岩盤沉陷量，其沉陷量依彈性力學理論算法如下：. 4Q D RF ′ × Cd B(1 − vm2 ) δV = [ + ] πB Ec Em. (3.4-3). 式中，樁端岩盤彈性模數 E m ( b ) 、ν岩盤之柏松比、 Ec 混凝土彈性模數、Q 為樁所受垂直荷重外力、B 為樁徑，Cd 為考慮基礎形狀與剛性的因子(見表 3.2-1)，折減係數 RF′ 可查下圖，. 32.
(51) 第三章. 相關規範與理論. 圖 3.3-4 岩盤內點承樁之彈性沉陷量折減因子 資料來源：Pells and Turner, 1979. 通常嵌入支承力良好的岩盤之基樁沉陷量較不會有問題(DM 7.1)，除非在軟 岩、石灰岩或地層下有既存坑洞、有很重或對沉陷敏感的結構。. 33.
(52) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 34.
(53) 第四章. 本文研究成果. 第四章 本文研究成果 第一節 岩盤淺基礎支承力 建築物相鄰兩柱或相鄰兩基礎間因差異沉陷引致之角變量，若使建築物發生 有害之裂縫或損壞就會影響其使用功能。因此，依性能設計觀念，在到達容許角 變量時之外力施加極限，亦可視為基礎之容許支承力。. 4.1.1 隨機場有限元素分析之模擬 本研究採用 ABAQUS 有限元素軟體進行分析，圖 4.1-1(a) 為有限元素之分 析網格，考慮二個條型(strip)剛性淺基礎位於岩體材料上。假設剛性基礎底部與 岩體材料之間的剪力變位是不被允許的，即考慮具粗糙基礎底面狀況，且兩個剛 性底版的下各元素的變位必須維持在同一直線上(如圖 4.1-1(b))，並假設基礎底 版結構(鋼筋混凝土)強度高於其下岩體材料強度。. (a)無變形網格. 35.
(54) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. (b)變形候塑性區的變形網格 圖 4.1-1 有限元素分析網格 資料來源：本研究成果. 基於山坡地岩盤材料本身的空間變異性，將引致兩基礎之沉陷差異，故模擬 概念中除柏松比 ν= 0.35 假設為常數之外，其元素的其他參數特性(包含 c、φ 和 Em ). 都以隨機選取的方式進行載重與變位行為模擬，並假設岩體破壞前後之行為. 是線彈性與完全塑性行為。 在模擬過程中，先假設岩體的 RMR、完整岩石的 σ c 、水平及垂直關聯性長 度 δ h 和 δ Z 為已知，且所有模擬岩盤的隨機場(random field)的關聯性長度 δ h 和 δ Z 都一樣。圖 4.1-2 為本研究幾萬組模擬岩盤的真實隨機場樣本之一個示意圖，包 含 mi 、 c、 φ 和 E m 四類隨機場。. 36.
(55) 第四章. 30. Em (MPa). 10. mi. 25 20 15 10 20. 4. 3. 20 10. z (m). 0. 0. 10. 20. 30. 40 10. z (m). h (m). 10. 0. 0. 10. 20. 40. 30. h (m). -0.1. c (MPa). 40. o φ( ). 10. 本文研究成果. 35. 10. 30 20. -0.6. 20 10. z (m). 0. 0. 10. 20. h (m). 30. 40 10. z (m). 0. 0. 10. 20. 40. 30. h (m). 圖 4.1-2 RMR = 50 和 σ c = 10 MPa 時 mi 、 E m 、 c和 φ 真實隨機場樣本示意圖 資料來源：本研究成果. 接著，於兩條形基礎施加一垂直載重，同時記錄基礎的歷時平均承載應力(q) 和兩基礎各自中心的垂直沉陷量(見圖 4.1-3)，則角變量 (da) 可以經由左右二條 形基礎中心的垂直沉陷量差值除以兩基礎中心之距離而得，直到不能收斂為止。. 37.
(56) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 4.1-3 基礎的沉載曲線分析結果：(a)左邊條形基礎、(b)右邊條形基礎、(c)角 變量示意圖。 資料來源：本研究成果. 4.1.2 考慮岩體材料空間變異性下條型基腳差異沉陷之可靠度設計 在選定一組 RMR、σ c 、δ h 和 δ Z 岩盤性質後，共計進行建構 1000 組的 c、φ 和 E m 隨機樣本岩盤取樣。對每一組 c、 φ 和 E m 隨機樣本岩盤均進行上述之載重 與變位分析，則可求得 1000 個岩盤極限承載力 q L 樣本，以 q L ( i ) ( 其中：i = 1, …, 1000)表示。藉由這 1000 個 q L 樣本可建立破壞機率 P F 和容許承載力 q a 之關係圖 (此時的「破壞」是表示每一樣本之基礎承載力 q a 必須是「小於達到極限角變量」 時之極限承載力 q L )，即 P F 和 q a 之關係如下：. PF ( qa ) ≈. 1 1000 Ι qa > qL(i ) ∑ 1000 i =1. (. ). 藉由所得之 q a 和 P F 關係，可更進一步應用於差異沉陷量之可靠度設計。 38. (4.1-1).
(57) 第四章. 本文研究成果. 4.1.3 國內岩體材料空間變異性之輸入力學參數 (A) 台灣岩盤之變形模數 Hoek 和 Diederichs (2006)曾依據台灣與中國地區的大量現地岩體試驗資料，針對 岩體變形模數和地質強度指數(GSI)提出下列相關公式：. Em ( MPa ) = 105. 1− D / 2 ⎛ 75 + 25D − GSI ⎞ 1 + exp ⎜ ⎟ 11 ⎝ ⎠. (4.1-2). 其中： E m 為岩體的變形模數；D 為修正參數。這些現地試驗資料點與上述公式 在 D 分別為 0、0.5、1 時之回歸公式一同繪於圖 4.1-4。地質強度指數(GSI)類似 於岩體品質評分(RMR)，最大差別為 5 (Hoek and Brown 1997)，故本研究暫忽略 此不同處，所以公式(4.1-2)中 GSI 可以 RMR 替代之。. 圖 4.1-4 台灣與中國地區岩體變形模數( E m )與岩體品質評分(RMR)之現地試驗資 料比較 資料來源：Hoek 和 Diederichs (2006). 39.
(58) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. (B) 台灣岩盤之剪力強度參數( c、φ) Hoek-Brown (1997)強度準則廣泛被使用於國內之岩盤分析設計上，但其破 壞準則不常被包含在有限元素分析軟體中。因此 Hoek-Brown 提供參數 mi 與 Mohr-Coulomb 準則 c、φ 間之轉換曲線圖(如圖 4.1-5 所示)，以方便應用於有限 元素分析軟體中。. 圖 4.1-5. mi 與. Mohr-Coulomb 參數對照圖. 資料來源：修改自 Hoek 和 Brown (1997). 因此，可藉由現場岩盤狀況 GSI (或 RMR)值和岩性參數. mi. (本文分析中. 含砂岩 mi =17、頁岩 mi =6；Marinos and Hoek, 2001)二個參數，即可查得到正規 化後之岩體凝聚力 c / σ c 和 摩擦角 φ 關係。其中 c / σ c 換算方式如下： 本研究模擬中，先根據砂岩(或頁岩)產生 mi 的隨機場樣本，並假定其為穩態 對數隨機分布，且令期望值. μm. i. 為各類岩石之 mi 值(砂岩 mi =17、頁岩 mi =6)；. 其變異係數則定為 10% (此處變異係數 10%值為典型砂土摩擦角的現地變異係 40.
(59) 第四章. 本文研究成果. 數；Phoon, 1995)。 隨機模型岩盤中給予局部每個元素的 可得知每個元素的. c /σ. c. mi 值後，已知 RMR 值，則利用圖 4.1-5. 值和 φ 值，其中再由 c / σ c 查值乘以岩石單壓強度 σ c (已. 知 σ c ) ，則可以求得估算後岩盤之 c值。. (C) 台北岩盤力學參數的水平及垂直關聯性長度 估算隨機場岩盤之水平關聯性長度( δ h )和垂直關聯性長度( δ Z )相當困難，這 是因為估算 δ h 和 δ Z 需要許多鄰近的資料樣本點(例如需要同一鑽孔內之多筆現 地資料點)。於沉積岩，可能可假定沉積岩的關聯性長度類似於土層，因此其值 應該接近於土壤的現地關聯性長度， Phoon(1995)曾根據 11 筆現地鑽孔資料的 δ Z 和 3 筆現地鑽孔資料的 δ h ，歸納出黏土剪力強度的關聯性長度為： δ Z 長度範圍 為 1m ~ 6m， δ h 長度範圍為 46m ~ 60m 之間。 本研究利用台北市信義計畫區某一工地，超過 20 組完整砂岩的單壓強度 σ c 的樣本(見表 4.1-1)進行現地驗證。此現地資料包含取自 10 筆鄰近的鑽孔資料， 其中水平鑽孔距離 145m 內，而垂直取樣距離小於 27m。. 41.
(60) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 表 4.1-1 台北地區現地岩心樣本座標與岩心強度 σ c. BH-2 BH-3 BH-5. Horizontal coord. x (m) y (m) 56.53 118.73 107.12 141.32 169.63 9.97. BH-6. 165.82. 42.16. BH-7. 144.66. 62.52. BH-9. 80.68. 44.60. BH-11. 109.60. 54.66. BH-13. 76.58. 89.00. BH-14. 104.09. 103.07. BH-15. 60.01. 140.65. Borehole. Depth z (m) 21.38 25.70 32.90 31.90 37.90 43.90 28.70 31.83 38.18 32.18 37.18 27.15 29.15 33.18 37.10 26.15 30.15 17.48 18.43 20.18 22.20 26.15 28.10. σc. (MPa) 0.30 0.37 0.37 0.27 0.14 0.73 0.46 0.33 0.31 0.35 0.33 0.19 0.12 0.37 0.56 0.20 0.16 0.15 0.30 0.16 0.15 0.36 0.32. 資料來源：本研究整理. 經過統計分析， δ h 和 δ Z 的最大可能性函數計算結果顯示， δ h = 44m、 δ Z = 2.35m 為最佳的評估結果，此估算值與前述土壤的關聯性長度類似( δ Z 在 1m ~ 6m 間、 δ h 在 46m ~ 60m)。因此，本研究後續的分析中 δ h = 44m、 δ Z = 2.35m 為岩盤 最佳關聯性長度。. 42.
(61) 第四章. 本文研究成果. 4.1.4 分析結果 圖 4.1-6 為本文考慮三種 δ h 和三種岩石強度 σ c 下之九種組合狀況，在基礎 間距 5m、極限角變量 1/500 限制下，以 4.1.2 節分析邏輯，分別模擬在岩盤不同 RMR 狀況與岩石強度 σ c 所對應獲得的容許承載應力 q a 圖。此圖說明了 q a 在不 同破壞機率下之變化 (實線、點線和虛線分別代表破壞機率 P F 為 0.1、0.01 和 0.001 之情形)。 研究期間發現，基礎間之間距雖會影響角變量，然而本研究發現在一般基礎 間距 5m ~ 10m 下分析結果差異不大，因此本研究只列出間距 5m 的分析結果。 砂岩單壓強度 σ c 則分別考慮為 1、3 和 10 MPa 三種情形。 在圖 4.1-6 中的分析結果，是當 mi 期望值為 17 (砂岩)、並引用台北現場資 料所估得之關聯性長度(即 δ h = 44m 和 δ Z = 2.35m)。另外，亦考慮另二種水平關 聯性長度 ( δ h = 5m 和 100m) 進行敏感性分析。結果發現，垂直關聯性長度 δ Z 對 差異沉陷的影響不大，因此可假定 δ Z =2.35m 為定值。 根據圖 4.1-6 可察覺以下趨勢： q a 隨著破壞機率 P F 、RMR、 σ c 之增加而增 加。而且 q a 通常限制在 Hansen 極限容許承載力公式(令 δ h 值無限長視如均質土 0.1. 壤)的 0.1 倍以下(如圖中的粗黑實線)，以 qu 表示(Hansen, 1967)。. 43.
(62) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 4.1-6 不同 RMR 所對應之容許承載應力 qa 示意圖 (實線、點線和虛線分別代表破壞機率 PF 為 0.1、0.01 和 0.001 之情形，粗黑線為 均質岩盤) [mi 期望值 = 17 (砂岩)；極限角變量 = 1/500；基礎間距 = 5m]。 資料來源：本研究成果 根據以上圖示結果，本研究針對在砂岩中，條型基礎所建議之容許承載應力 整理如表 4.1-2 所示，並依照 RMR 大小將岩體品質分為：非常差，差，中等， 好、和非常好五個等級。. 44.
(63) 第四章. 本文研究成果. 表 4.1-2 本研究針對砂岩基礎所建議之容許承載應力 qa(MPa)範圍 Very Poor. Poor. Fair. Good. Very Good. PF. RMR 0~20. RMR 20~40. RMR 40~60. RMR 60~80. RMR 80~100. 0.1 0.01 0.001. 0.15 ~ 0.85 0.06 ~ 0.75 0.04 ~ 0.69. 0.61 ~ 2.49 0.34 ~ 2.31 0.24 ~ 2.21. 2.15 ~ 7.5 1.46 ~ 7 1.15 ~ 6.7. 7 ~ 18.7 6 ~ 17.6 5 ~ 16.5. > 18 > 16 > 14.5. 0.1. 0.18 ~ 1.70. 0.95 ~ 5.10. 3.98 ~ 16. 15 ~ 42. > 39. 0.01 0.001. 0.08 ~ 1.43 0.05 ~ 1.19. 0.45 ~ 4.61 0.31 ~ 4.11. 2.34 ~ 14.5 1.63 ~ 13.5. 10.5 ~ 37 9 ~ 35. > 33 > 30. 0.1 0.22 ~ 4.74 0.01 0.14 ~ 3.02 10 MPa 0.001 0.08 ~ 2.21 資料來源：本研究成果. 1.42 ~ 14.18 0.60 ~ 11.24 0.38 ~ 10.07. 7.30 ~ 45 2.97 ~ 40 1.90 ~ 38. 33 ~ 117 16 ~ 103 10 ~ 95. > 100 > 65 > 47. σ. c. 1 MPa. 3 MPa. 同理，對頁岩 ( m i 期望值 = 6) 的分析結果整理如圖 4.1-7，且根據分析結 果，建議頁岩之容許承載應力 q a 範圍整理如表 4.1-3，可以清楚得知頁岩之容許 承載應力比砂岩容許承載應力小很多。. 45.
(64) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 圖 4.1-7 不同 RMR 所對應之容許承載應力 qa 示意圖 (實線、點線和虛線分別代表破壞機率 PF 為 0.1、0.01 和 0.001 之情形，粗黑線為 均質岩盤) [mi 期望值 = 6 (頁岩)；極限角變量 = 1/500；基礎間距 = 5m]。 資料來源：本研究成果 表 4.1-3 本研究針對頁岩基礎所建議之容許承載應力 qa(MPa)範圍。 Very Poor. Poor. Fair. Good. Very Good. PF. RMR 0~20. RMR 20~40. RMR 40~60. RMR 60~80. RMR 80~100. 1 MPa. 0.1 0.01 0.001. 0.07 ~ 2.23 0.05 ~ 0.22 0.03 ~ 0.20. 0.23 ~ 0.65 0.18 ~ 0.62 0.15 ~ 0.59. 0.61 ~ 1.76 0.56 ~ 1.73 0.52 ~ 1.71. 1.6 ~ 3.8 1.4 ~ 3.6 1.3 ~ 3.6. > 3.4 > 3.1 > 2.8. 3 MPa. 0.1 0.01 0.001. 0.11 ~ 0.50 0.05 ~ 0.46 0.03 ~ 0.44. 0.45 ~ 1.53 0.29 ~ 1.42 0.22 ~ 1.23. 1.36 ~ 4.5 1.23 ~ 4.4 1.02 ~ 4.2. 3.8 ~ 10 3.4 ~ 9.5 3.2 ~ 9.5. > 9.2 > 8.1 > 7.6. 0.1 0.18 ~ 1.45 10 MPa 0.01 0.10 ~ 1.27 0.001 0.06 ~ 1.13 資料來源：本研究成果. 0.98 ~ 4.50 0.52 ~ 3.77 0.32 ~ 3.56. 4.02 ~ 14.3 2.34 ~ 12.0 1.47 ~ 10.7. 12 ~ 31 10 ~ 30 7.7 ~ 28. > 29 > 25 > 23. σ. 46. c.
(65) 第四章. 本文研究成果. 綜合分析結果顯示：RMR 似乎是影響差異沉陷最重要的參數，例如容許承 載力明顯隨著 RMR 增加而增加 (RMR 範圍從 0 ~ 90，qa 可增加到 10 倍以上)； RMR 超過某個門檻值之後，極限承載力破壞可能發生在達到極限角變量之前， 此時差異沉陷量將不再影響可靠度設計。 完整岩石的強度σc 和 mi 對 qa 仍有某 種程度之影響，相較於 RMR，σc、mi、水平關聯性長度 (5 ~ 100m) 、和基礎間 距 (5~10m) 對於差異沉陷只有極小的影響，其影響將反應在小範圍的 qa。. 4.1.5 設計規範比較 對於砂岩和頁岩二種基礎而言，現今規範所訂定的容許承載應力 qa 之範圍 約在 0.5~5.0 MPa 之間(見圖 3.1-1)，初步顯示目前設計規範的基礎容許支承力範 圍與本研究所建議之範圍相似(參見表 4.1-2~4.1-3)。 但對砂岩而言(qa 之設計值最大為 5MPa)：對強度較低的砂岩(σc =1MPa)，其 最 大 上 限 設 計 值 是 對 應 於 本 研 究 結 果 之 品 質 中 等 (40<RMR<60) 至 好 (60<RMR<80)的砂岩容許支承力建議值(見表 4.1-2)；對強度較高的砂岩(σc =10MPa)者則對應於品質差(20<RMR<40)之砂岩。故說明了現今的設計規範對於 砂岩基礎的設計值似乎偏向保守。 對頁岩而言(qa 之設計值最大為 3MPa)：目前設計規範，對強度較低的頁岩 (σc =1MPa)而言，其上限設計值是對應於本文的品質好(60<RMR<80)至非常好 (80<RMR<100)之頁岩上容許支承力建議值(見表 4.1-3)；對強度較高的頁岩(σc =10MPa)則對應於品質中等(20<RMR<40)之頁岩。是故說明了現今的設計規範對 於頁岩基礎的設計值可能偏向高估。. 47.
(66) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 第二節 樁基支承力研究 4.2.1 國內樁載重試驗資料收集 基樁與土體間應力與變形之傳遞行為甚複雜，在複雜的地質條件、不同施工 方式下，為推估單樁之載重－變形關係以判斷基樁支承力，通常需要經過現地基 樁載重試驗予以確定。基樁載重試驗所得到的支承力最可靠，最能代表實際載重 情形，但也因為最昂貴若又需加裝樁體內監測儀器更會提高試樁經費，國內常因 試樁預算太高致使業主取消試樁計畫、或不預設樁體內監測儀器，也使失去用國 內現場量測數據來提昇設計與建立本土性資料庫的機會。 單樁受壓垂直極限支承力為樁基礎設計最重要的一環，其中，樁底端點支承 力 Qb 可類似於前述 3.3 節淺基礎支承壓力 qa 之理論法估算，再乘上樁端之樁斷 面積 Ab 得知，但需留樁底淤泥是否清除完全與樁端點支承力發揮時機予以謹慎 評估。而樁表面摩擦阻力 Qs 應為樁周表面積 As 與樁表面摩擦阻力 fs 之乘積，國 際規範都朝向建立樁表面極限摩擦阻力 fs 與岩石單壓強度 σC之關係而努力。 本研究為瞭解在國內岩層內樁之表面極限摩擦阻力. fs 與岩石單壓強度 σC之. 關係，於研究期間共收集到 89 年到 96 年間試驗之 28 個適用的例子(詳見附錄 二)，即(1)樁長深達於岩盤內，(2)並且試驗樁體內裝設有監測儀器(鋼筋計與位移 伸縮儀)的案例，共分佈在 14 個基地(18 支試樁)，彙集資料參見表 4.2-1，其試驗 岩盤段地層多為砂岩、頁岩之岩性。 試驗地點主要位於台北附近地區之砂岩、頁岩、砂頁岩上樁載重試驗，試樁 之岩層位置多數分佈在深度 40~60m 處(見圖 4.2-1)，鑽掘樁之施做方式包含全套 管樁及反循環樁兩類，而樁之入岩榫入深度多數在 3~7m 厚左右。. 48.
(67) 第四章. 本文研究成果. elevation of rock formation [m]. 0. -20. -40. -60. -80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28. case (a) 試驗段之岩盤深度. embedded depth in rock [m]. 30. 20. 10. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28. case. (b) 基樁之入岩深度 圖 4.2-1 本計畫收集樁載重試驗之岩盤深度與樁嵌入岩深度分佈 資料來源：本研究收集. 49.
(68) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 4.2.2 樁身表面極限摩擦阻力(fs)之讀取： 研究時將收集到樁體有裝設監測儀器之樁載重試驗報告中，挑出位於岩盤段 (見圖 4.2-2)之樁身表面單位摩擦應力與樁位移量測曲線，即 t-z 曲線(或可見附錄 B)，先以類似 Davission(1972)方法推估該試驗樁之表面極限摩擦阻力. fs ，其方法. 介紹參見圖 4.2-3。. 圖 4.2-2 由樁載重試驗中岩盤段的τ-z 曲線(圖中▲線)以類似之詮釋法 Davission 法求取極限摩擦阻力 fs 資料來源：本研究收集. 類似 Davission(1972)方法介紹： 國內樁載重試驗中常用 Davisson 方法決定樁之支承力，即利用樁載重試驗 之載重與樁頂(top)變位曲線關係圖內做圖：(1)先假設樁端(tip)固定不動，依柱受 軸壓力的彈性公式，計算樁在各載重時的樁體彈性變形量 ρ (如下圖 4.2-3)，該 條彈性變形直線大約與載重軸夾 20 度。之後，平行於該彈性變形直線一平移量 50.
(69) 第四章. 本文研究成果. 為 3.8(mm)+ ρ tip 處畫出第二條線，此線與樁頂載重與變位曲線之交點即稱為樁 的極限載重。其中， ρ tip 為促使樁端土壤達到降伏樁態之所需位移量， ρ tip 約等 於 B(mm)/120，通常在樁的抗拔試驗時，可以忽略這項樁體彈性變形。另為方便 鑽掘樁受壓狀況之使用，常以樁頂載重與變位曲線的初始斜率線代替上述樁體的 彈性變形直線。. 圖 4.2-3 樁載重試驗曲線之詮釋法 資料來源：Davisson, 1992. 本研究因係探討鑽掘樁受壓下在岩盤段樁身周圍之剪力摩擦行為，因此可忽 略樁端位移項 ρ tip (=B/120)，直接以平移量為 3.8mm (1.5 inch)繪製平行於樁頂 載重與變位曲線的初始直線(彈性段)斜率線之平行線以讀取樁身表面極限摩擦 阻力(. fs )。結果亦整理於表 4.2-1 中，並畫於圖 4.2-4。. 由表 4.2-1 或圖 4.2-4 資料可知：本計畫之樁表面極限摩擦阻力. fs 多介於 51.
(70) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 20~60 tf/m2 間。進一步，此等樁表面極限摩擦阻力. fs 與其對應岩石單壓強度 σC關. 係則示如圖 4.2-5 以供對照。. ultimate shear resistance [t/m2]. 60. 40. 20. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28. case. 圖 4.2-4 本計畫砂岩、頁岩內樁身表面之極限單位摩擦阻力大小之分佈 資料來源：本研究整理. Ultimate Shear Resistance, fs (t/m2). 100. 10. 10. 100. Uniaxial Compressive Strength of Rock, σc (t/m2). 1000. 圖 4.2-5 本計畫砂岩、頁岩內樁身表面極限單位摩擦阻力與岩石單壓強度之關係 資料來源：本研究整理 52.
(71) 第四章. 本文研究成果. 4.2.3 樁身表面極限摩擦阻力(fs)與岩石單壓強度 σc 之關係 仿國外經驗，可依 f s = α σ c 型式以建構. fs 與其岩石單壓強度 σC之關係，. 計算結果整理於表 4.2-2，並繪圖表示於圖 4.2-6 中：由圖中分布，可知在臺灣北 部的砂岩、頁岩或砂頁岩中，樁身表面摩擦參數 α 值多介於 0.1~0.4 之間，均落 在國際案例 α 值的範圍( α =0.1~0.8)之間。其中，以全套管工法施作之鑽掘樁之 α 值 平均約為 0.3，反循環鑽掘樁之 α 值平均約為 0.15，然需更多資料的佐證與考量本 土施工過程所導致的問題。 圖 4.2-7 為國內樁身表面極限摩擦阻力 資料之比對，顯示國內. fs 與其岩石單壓強度 σC關係與國際. fs 與 σC關係與國際趨勢一致，且分佈於岩石單壓強度較. 低區。 往後，若可進一步結合圖 3.1-3 中台灣北部縣市砂岩、頁岩單壓強度之可靠資 料資料，則可能利用上述 α 值初步推估各地層中之樁表面極限摩擦阻力. fs 範圍，. 結果如圖 4.2-8 所示，可提供工程設計之初步參考。. 53.
(72) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 1 Legend. α avg. 0.8. α value. 0.6. 0.4. 0.2. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28. case. 1. 1 Legend. Legend. α avg. 0.6. 0.6. α value. 0.8. α value. 0.8. α avg. 0.4. 0.4. 0.2. 0.2. 0. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28. case. (全套管樁). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28. case. (反循環樁). 圖 4.2-6 本計畫收集台灣砂頁岩內樁身表面摩擦阻抗係數α之分佈 資料來源：本研究整理. 54.
(73) 第四章. 本文研究成果. 4. 10. Shale, mudstone Shale, rough socket Sandstone Hong Kong (granite). 0.5 τu/Pa = 1.42 (qu/Pa). 3. Unit shear resistance (t/m2). 10. 2. 10. 0.5 τu/Pa = 0.63 (qu/Pa). not yet fail. 1. 10. tension 0. 10 0 10. 1. 10. 2. 10. 3. 10. 4. 10. 5. 10. Uniaxial compression strength (t/m2). 圖 4.2-7 台灣砂頁岩內樁身表面摩擦阻力分佈與國際資料之比較 資料來源：本研究整理. 55.
(74) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 表 4.2-1 本計畫收集 28 個岩盤內之樁載重試驗資料 試驗 位置. 試驗 廠商. 報告日期. 基樁入 岩盤深度 岩盤深 M 度M. 樁徑 M. 試樁深度 M. 岩性. 岩盤 RQD 色調 ％ 灰 22-70 黃棕. 1. 台安. 96 年 4 月. 13～42. 7.5. 1.0. 16-23.5. 泥質砂岩. 2. 中興. 95 年 6 月. 7～25. 14.5. 1.2. 9.9-19. 泥質砂岩. 灰. 3. 台安. 94 年 7 月 42.2～50.3. 5. 1.2. 42-47. 泥質砂岩. 4. 富國. 89 年 7 月. 51～60.5. 4. 1.0. 51.5-55. 5. 富國. 89 年 7 月. 51～60.5. 7.5. 1.0. 6. 富國. 90 年 7 月. 48.5～59. 3.5. 7. 富國. 92 年 11 月. 23～43. 8. 富國. 9. t-z 平均單壓 實際施加 推估極限 強度 qu 最大載重 摩擦力 t/m2 Ton t/m2. 試驗型態. 試樁 方式. 9.5. 56. 2000. 極限載重 全套管. 0-45. 273.5. 14. 2200. 極限載重 全套管. 灰. 0-80. 94. 14. 2200. 極限載重 反循環. 砂岩. 灰. 36-89. 345.5. 18. 1801. 極限載重 反循環. 55-58.5. 砂岩. 灰. 0-72. 345.5. 16. 1801. 極限載重 反循環. 1.2. 47.4-52. 泥質粉砂岩. 灰. 0-46. 36. 14. 2700. 極限載重 反循環. 4. 1.2. 24.9-27.1. 砂頁岩互層. 灰. 0-35. 200. 8. 1250. 極限載重 全套管. 93 年 5 月 56.7～61.5. 1.2. 1.5. 53.1-54.6. 泥質砂岩. 灰. 25-78. 143. 23.5. 2519. 極限載重 反循環. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 10. 1.2. 44-47.5. 砂質頁岩. 灰. 15~53. 11.4. 21. 2500. 極限載重 反循環. 10. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 10. 1.2. 47.5-52.5. 泥質砂岩. 灰. 0. 74.4. 7.5. 2500. 極限載重 反循環. 11. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 10. 1.2. 52.5-55. 泥質砂岩. 灰. 0-40. 49.6. 12. 2500. 極限載重 反循環. 12. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 20. 1.2. 44-47. 砂質頁岩. 灰. 15-27. 11.4. 15. 4060. 極限載重 反循環. 13. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 20. 1.2. 47-50. 泥質砂岩. 灰. 0. 76.7. 7.5. 4060. 極限載重 反循環. 14. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 20. 1.2. 50-53. 泥質砂岩. 灰. 0. 62.5. 12.5. 4060. 極限載重 反循環. 資料來源：本研究整理. 56.
(75) 第四章. 本文研究成果. 表 4.2-1 本計畫收集 28 個岩盤內之樁載重試驗資料(續) 試驗 位置. 試驗 廠商. 報告日期. 基樁入 岩盤深度 岩盤深 M 度M. 樁徑 M. 試樁深度 M. 岩性. 岩盤 RQD 色調 ％. t-z 平均單壓 實際施加 推估極限 最大載重 強度 qu 摩擦力 t/m2 Ton t/m2. 試驗型態. 試樁 方式. 15. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 20. 1.2. 53-56. 泥質砂岩. 灰. 0-40. 49.6. 20. 4060. 極限載重. 反循環. 16. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 20. 1.2. 59-62. 砂岩. 灰. 12-48. 25.8. 65. 4060. 極限載重. 反循環. 17. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 15. 1.2. 44-47. 砂質頁岩. 灰. 15~27. 11.4. 15. 2940. 極限載重. 反循環. 18. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 15. 1.2. 47-52.5. 泥質砂岩. 灰. 0. 74.4. 13. 2940. 極限載重. 反循環. 19. 富國. 87 年 8 月. 42～67. 15. 1.2. 52.5-57. 泥質砂岩. 灰. 0-40. 49.6. 33. 2940. 極限載重. 反循環. 20. 富國. 87 年 8 月. 48.6～73. 20. 1.2. 52.5-57. 泥質砂岩. 灰. 14-57. 49.6. 9. 2500. 極限載重. 全套管. 21. 富國. 87 年 8 月. 48.6～73. 16. 1.2. 灰. 14-93. 59.6. 8. 2400. 極限載重. 全套管. 22. 台安. 94 年 6 月 57.8～62.8. 2.5. 1.2. 灰. -. 152.5. 28. 2400. 23. 大亞. 95 年 10 月. 26～29. 3. 1.2. 26.35-29.35. 砂頁岩. 灰. 24-81. 349. 14. 1900. 極限載重. 反循環. 24. 大亞. 93 年 7 月. 20～29.95. 5.5. 1.5. 24-25.5. 泥質砂岩. 灰. -. 200. 22. 2050. 極限載重. 全套管. 25. 大亞. 90 年 11 月 61.5～64.5. 3. 1.5. 61.5-64.5. 粉砂岩. 灰. 30-45. 93.5. 33. 4000. 極限載重. 全套管. 26. 大亞. 94 年 10 月. 71～76. 5. 1.3. 71-76. 泥質砂岩、 砂質泥岩. 灰. -. 392. 34. 3700. 27. 大亞. 95 年 10 月. 51～54.6. 5. 1.2. 54-56. SS/SH. 灰. -. 49.6. 21. 2500. 二倍設計載重. 全套管. 28. 大亞. 95 年 10 月. 51～54.6. 5. 1.2. 56-58. SS/SH. 灰. -. 16.8. 26. 2500. 二倍設計載重. 全套管. 凝灰, 砂質頁 岩, 泥質砂岩等 (泥質)砂岩、 55.8-58.3 偶夾頁岩 41-56. 全套管. 反循環. 資料來源：本研究整理. 57.
(76) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. 表 4.2-2 本計畫岩盤樁載重試驗之樁身表面極限摩擦阻力與岩石單壓強度計算值. 項次. 試驗位置. 單壓強度. σc. σc (t/m2). min.. (MPa) max.. τ ult. average. (t/m2). (MPa). α max.. min.. average. 施工 方式. 1. 台安. 7~11. 0.26. 0.33. 0.31. 56. 0.56. 2.12. 1.69. 1.82. 全套管. 2. 中興. 184~362.8. 1.36. 1.90. 1.65. 14. 0.14. 0.10. 0.07. 0.08. 全套管. 3. 台安. 49~117. 0.70. 1.08. 0.97. 14. 0.14. 0.20. 0.13. 0.14. 反循環. 4. 富國. 289~442. 1.70. 2.10. 1.86. 18. 0.18. 0.11. 0.09. 0.10. 反循環. 5. 富國. 289~442. 1.70. 2.10. 1.86. 16. 0.16. 0.09. 0.08. 0.09. 反循環. 6. 富國. 7.8~65.6. 0.28. 0.81. 0.60. 14. 0.14. 0.50. 0.17. 0.23. 反循環. 7. 富國. 200. 1.41. 1.41. 1.41. 8. 0.08. 0.06. 0.06. 0.06. 全套管. 8. 富國. 33~319. 0.57. 1.79. 1.20. 23.5. 0.235. 0.41. 0.13. 0.20. 反循環. 9. 富國. 10~200. 0.32. 1.41. 0.34. 21. 0.21. 0.66. 0.15. 0.62. 反循環. 10. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.86. 7.5. 0.075. 0.38. 0.05. 0.09. 反循環. 11. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.70. 12. 0.12. 0.60. 0.08. 0.17. 反循環. 12. 富國. 10~200. 0.32. 1.41. 0.34. 15. 0.15. 0.47. 0.11. 0.44. 反循環. 13. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.88. 7.5. 0.075. 0.38. 0.05. 0.09. 反循環. 14. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.79. 12.5. 0.125. 0.63. 0.09. 0.16. 反循環. 資料來源：本研究整理. 58. 試驗 廠商. 樁表面極限 摩擦阻力.
(77) 第四章. 本文研究成果. 表 4.2-2 本計畫岩盤樁載重試驗之樁身表面極限摩擦阻力與岩石單壓強度計算值(續). 項次. 試驗位置. 試驗 廠商. 單壓強度. σc. σc (t/m2). 樁表面極限 摩擦阻力. min.. (MPa) max.. τ ult. average. (t/m2). (MPa). α max.. min.. average. 施工 方式. 15. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.70. 20. 0.2. 1.00. 0.14. 0.28. 反循環. 16. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.51. 65. 0.65. 3.25. 0.46. 1.28. 反循環. 17. 富國. 10~200. 0.32. 1.41. 0.34. 15. 0.15. 0.47. 0.11. 0.44. 反循環. 18. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.86. 13. 0.13. 0.65. 0.09. 0.15. 反循環. 19. 富國. 4~200. 0.20. 1.41. 0.70. 33. 0.33. 1.65. 0.23. 0.47. 反循環. 20. 富國. 17~140. 0.41. 1.18. 0.70. 9. 0.09. 0.22. 0.08. 0.13. 全套管. 21. 富國. 1.7~200. 0.13. 1.41. 0.77. 8. 0.08. 0.61. 0.06. 0.10. 全套管. 22. 台安. 14～291. 0.37. 1.71. 1.23. 28. 0.28. 0.75. 0.16. 0.23. 全套管. 23. 大亞. 188～510. 1.37. 2.26. 1.87. 14. 0.14. 0.10. 0.06. 0.07. 反循環. 25. 大亞. 200. 1.41. 1.41. 1.41. 22. 0.22. 0.16. 0.16. 0.16. 全套管. 26. 大亞. 58～129. 0.76. 1.14. 0.97. 33. 0.33. 0.43. 0.29. 0.34. 全套管. 27. 大亞. 392. 1.98. 1.98. 1.98. 34. 0.34. 0.17. 0.17. 0.17. 反循環. 28. 大亞. 4~200. 0.20. 1.41. 0.70. 21. 0.21. 1.05. 0.15. 0.30. 全套管. 資料來源：本研究整理. 59.
(78) 山坡地社區建築基礎設計規範之研擬. (a) α =0.15. (b) α =0.30 圖 4.2-8 以本研究 α 值推估台灣北部沉積岩層可能之樁身表面摩擦阻力 資料來源：本研究整理. 60.
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