Anchorage Capacity (kN)

台中盆地中地錨錨碇行為

Anchorage Behavior of Anchors in Taichung Basin

朝陽科技大學 營建工程系 報告人：許世宗

中 華 民 國 九 十 五 年 三 月 九 日

內容

一、緒論

二、地錨構造與型式 三、地錨設計

四、地錨施工與試驗

五、卵礫石層中地錨受力行為之研究

六、結論與建議

緒論1/3

‰ 簡介

™ 背拉式地錨可取代深開挖之內支撐系統

™ 地錨可用於抵抗高地下水位區之上浮力

™ 目前較完整之地錨受力行為之研究仍著

重於「砂質」土壤，對卵礫石層中地錨

研究則較少著墨

緒論2/3

永久性地錨

緒論3/3

‰地錨功能

地錨長（L）

自由段長（L ）f

錨碇段長（

抗張材自由

段 長（L ）f t 抗張材錨碇

段長（L ）_{f a}

自 由段

錨碇段

抗 張材 結 構 體

錨 頭

台 座

三者皆有其相對性之功能

地錨之構造與型式

‰地錨構造

封漿器

鋼絞線分離環

鋼絞線 灌漿管

鑽孔 平滑PE管

錨頭

錨 碇 段 鋼 絞 線 自 由 段 鋼 絞 線

‰地錨型式1/2：錨碇段受力方式

摩擦管

PE套管

PE套管 鋼絞線 裂縫

(a)承拉式地錨

(b)承壓式地錨

(c)承壓式地錨加摩擦管

‰地錨型式2/2：可回收型地錨

(a)單段錨碇 (b)兩段錨碇 (c)三段錨碇

Load Load

Cement grout

Anchorage body Sheathed tendon Cement grout

Load

1.6 ＊2.5

年，且在無預警狀況下發生破 壞時，雖然影響較嚴重，但尚 不致危及公共安全者

2.0 1.4

臨時性地錨使用期限在六個 月內，且破壞時不致影響或 危及公共安全者

地層/漿體介面 抗張材

最小安全係數

分 類

T

T

(一) 安全係數

地錨之設計

（1）地錨傾角需在水平面 10

^o

（2）

（3）自由段長度之設計(至少＞4 m) 。

（二）設計時之ㄧ般考量

相 關 規 範 最 小 間 距 建 議 值 FIP (1982) 4倍之錨碇段直徑，或一般不小於1.5公尺

BSI (1989) 4倍之錨碇段直徑以上，一般採用之最小間距範 圍為1.5公尺至2公尺

PTI (1980) 6倍之錨碇段直徑以上，1.2公尺(4呎) AASHTO (1992) 4倍之錨碇段直徑以上，1.2公尺(4呎)

DIN (1988)

工作荷重達70噸(700 kN)之地錨，其錨碇段中心 距最小為1公尺；達130噸(1300 kN)之地錨，其 錨碇段中心距最小為1.5公尺，否則須併用鄰近 數支地錨，同時進行加載，並觀測之。

±

＊錨碇段須埋置於陰影區外，

且至少須與假設破壞面維持 深度=5m

/2 -

45

假設庫倫破壞面

φ

o

E

F A

B C

c 自由段長度 (BSI Code)

d 鋼絞線支數：

◎ 7 股蕊成之鋼絞線( Common used in Taiwan):

直徑12.7 mmφ

斷面積=98.71 mm

²

T

_u

T

_y

^kgf _kN

kN

kgf

（三）錨碇段長度之設計

（1）視土壓力

Soil Condition SM-ML GM and Weathered

Sandstone GP

Recommended for alluvial soil

0.2H

0.8H

（2）錨碇段長度之上下限值

不宜小於3m

不宜大於20 m (For Taipei silty sand)

傳統摩擦型地錨：

（a） ^Q

( )

t m m ~

n t

cm forD

tan n

L

16 13

12

=

′ ≈

⋅

⋅ φ

………細至中粗砂

t m n = 40

=

………礫石 (Littlejohn,1970)

（b）

^Q

^{= π ⋅ D ⋅ L}

^{⋅ τ}

( ^{kg / cm}

)

1.0~1.4 1.8~2.2 2.3~2.7 2.9~3.5 10

20 30 40 N

砂 值

1.0~2.0 1.7~2.5 2.5~3.5 3.5~4.5 4.5~7.0 10

20 30 40 50 N

砂礫 值

15~25 10~15 6~10 硬岩

軟岩 岩盤 風化岩

極限摩擦應力 地層種類

（c）沉泥質砂土(直接查圖,Liao et. al)

0 500 1000 1500 2000

0 10 20 30 40

This test, d=0.152m Other tests, d=0.114m This test, d=0.114m SBMA comp. anchor

d=0.114m d=0.152m

Fixed Length (m)

Anchorage Capacity ( k N )

設計案例

‧某地下開挖之預定深度為8 m，現地土壤 之單位重 ，主要之土層為沉泥質 砂土，c=0， ，地錨採傳統摩擦型 地錨，試設計此工地之地錨。

（臨時性，工期1.5年）

8

1 . t m γ =

30

φ =

sol：

48

6 8 8 1 45

0 . × . × = . t m

5m

（三）採兩層地錨設計，地錨水平間距2 m，傾角 20

^。

（四）計算各層地錨之水平土壓力

t .

. .

.

P

6 48 1 6 6 48 2 9 2 48

2 1

1

⎟ × =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ × × + ×

=

t . .

.

P _{a 2} = 6 48 × 3 5 × 2 = 45 4

（五）計算各層地錨所需之鋼鍵數：選7 股12.7 mm

φ

F S =

a u

p

cos T

n ⋅ ⋅ θ

第一層： 採用5支

第二層： 採用4支

37 48 4

20 7

6 18

1 n . cos n .

. = × ×

⇒ =

65 4 3

45

20 7

6 18

1 n .

. cos .

. = n ⋅ ⋅

⇒ =

(六)計算自由段長度

20

20

8m

m L

= 9

45 2

30

₌

₋ φ ^′

3m

(七)設計錨碇段長度

計算各層地錨所需提供之錨碇力

a u

u

p

cos FS T

T × θ

=

⇒

第一層：

第二層：

t . cos T

. T

127 7

48 5 20

2

× ⇒

=

=

, 採15cm , 21m

t

. . T

cos

. T

120 78

4 45 5 20

2

× ⇒

=

=

地錨之施工

‰地錨施工

‰地錨施工

‰地錨施工

‰地錨施工

‰地錨施工

‰地錨施工

‰地錨施工

‰地錨施工

2007/6/8 33

施工中實施，

適用於工作地 錨。

將試驗結果與適 用 試 驗 結 果 比 較，確認是否可 接受。

確認施工後之地錨 是 否 符 合 設 計 要 求。

驗收 試驗

施 工 初 期 實 施，適用於工 作地錨。

從試驗結果，推 算有效自由段長 度、摩擦損失荷 重、滑動損失荷 重、及潛變極限 荷重。

1.確認依設計圖示 施工後地錨之適用 性。

2.辨別施工方法、

施工技術之良窳。

3.提供地錨驗收試 驗之檢核基準。

適用性試 驗

於地錨設計前 或地錨尚未全 面 施 工 前 實 施，適用於專 供試驗用之地 錨。

1.從 荷 重 ~ 變 位 量特性求取地錨 極限荷重(T_u)。

2.從 荷 重 ~ 潛 變 係數關係圖求取 地錨潛變極限荷 重(T_k)。

3.地錨特殊試驗

。 1.瞭解地錨極限荷 重 和 潛 變 極 限 荷 重，求取地錨設計 參數。

2.檢驗地錨之潛變 行為，確認該工區 使用地錨之可靠性

。 證明

試驗

實施時機 主要項目 和對象

試驗 目的 種類

地錨試驗

一

試驗種類

(1)證明試驗（Proving Test）

本項試驗係於設計階段地錨尚未施工前所進行之現場 試驗，求取地錨設計所需參數之試驗。(至少三支) (2)適用性試驗（Suitability Test）

確認施工後地錨能否完全符合設計要求；而其試驗結 果將被作為驗收試驗之執行依據。

(六個月以內：1%，二年以內：2% ，永久：3%。且 不得少於3支)

(3)驗收試驗（Acceptance Test） (每一支地錨皆須進行) 將施工後之工作地錨與設計要求相比較， 證明地錨能

二

試驗荷重之決定：

不超過抗 張材極限 拉力之80

％

不超過設計荷重 之1.2倍

臨時性 地錨

不超過抗 張材極限 拉力之80

％ 不超過設計荷重

之1.5倍 永久性

驗收試驗 地錨

不超過設計荷重 之1.2倍

臨時性 地錨

不超過設計荷重 之1.5倍

永久性 適用性試 地錨

驗

不超過抗張材極限拉力之 80％

證明試驗

最大試驗荷重^＊ 試驗種類

三^、證明試驗與適用性試驗之荷重循環階段與最 少測觀時間建議值 （DIN,1988）

w

i

. T

T ≤ 0 2 T

.5 0

T

.75 0

T .0

1

30 15

1 1

細粒土層 粗粒土層或

岩層

永久性地錨或臨時性地錨 最少觀測時間（分）

證明試驗或適用性試驗 循環

荷重

四、證明試驗

0 10 20 30 40 50 60

2 4 6 8

(a) 變 位受 阻 地錨

地 錨 變 位 量 (cm)

施加拉力 (tons)

(一) 荷重-位移關係

(二) 地錨極限荷重(JIS)

P

Elastic elongation of steel tendon, S_e Plastic displacement, S_t

P

S

S

S

S2

S1S2-S1

潛變位移量 S(mm)

(三)地錨潛變係數(DIN Code)：Ks= (S

₂

₁

₂

₁

(四) 地錨潛變極限荷重

五、適用性試驗

(一)有效自由段長度

s s

ef A E

T x

L l × ×

Δ

= Δ ( )

at ft

ef

ft L L L

L 0 . 5

9 .

0 ≤ ≤ +

ft ef

ft L L

L 1 . 1 9

.

0 ≤ ≤

For tension anchors

(二)摩擦損失: T

_f

_s

(四)鎖定荷重:T

₀

_w

_f

_s

(五)最大試驗荷重下，Ks<2.0mm

For compression anchors

六、驗收試驗

(一) 例行性驗收試驗

(二) 特別驗收試驗

卵礫石層中地錨受力行為之研究

研究方法與目的

–

–

–

錨碇力與相關參 數之關係

N

●台中水湳機場

★地錨試驗工址

●台中火車站

台中市地界

卵礫石層中地錨受力行為之研究

• 淺層地錨破壞面之觀察

• 不同覆土深度之錨碇力

• 不同錨碇段長度對錨碇力之影響

• 總長度相同但錨碇段長度不同

• 傾斜地錨錨碇行為

本試驗將地錨進行下列研究

1m 2m 3m 1m 1m 1m

2m

1m 3m 2m2m 1m3m 2m3m

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

斜坡

T9

T8

T7

T2 600

T1

T3 T4 T5 T6

甲 區

乙 區

500400

3100 400400200800400

地

錨

配

置

示

意

圖

工址地質狀況

•

•

福

巷 上

置土區

甲區

乙區

31m

28m m6

8m

1.9

BH-21 BH-22

0m

5m

10m

15m

20m

25m

S.F S.F

1.7 1.9

2.3

20.0 DEPT H(m)

20.0 DEPT H(m)

試驗工址應注意事項

1. 覆土影響：表土清除

2. 土層擾動影響：高程控制 3. 反力座影響：適當距離 4. 群錨效應影響：採4m

5. 鑽機影響：乾鑽，空壓清渣

100

300

垂直地錨 傾斜地錨

現地試驗地錨型式

鋼 筋 混凝 土 支 承 座 橡膠支承墊

荷重計 千斤頂

試驗儀器架設步驟

試驗工址試驗工址 垂直地錨垂直地錨

淺層地錨地表隆起 淺層地錨地表隆起 傾斜地錨傾斜地錨

地 錨 編 號 (1)

覆土深 度(m)

(2)

錨碇段 長度(m)

(3)

尖峰荷 重 (kN)

(4)

殘餘荷 重 (kN)

(5)

潛變極 限荷重 (kN)

(6)

塑性變 位 量(mm)

(7)

破壞情 況 (8)

T₁ 0 1 116.7 29.4 ─ 24.09 拉脫破

壞

T₂ 0 2 528.8 130.5 ─ 28.99 拉脫破

壞

T₃ 0 3 1177.2 283.5 ─ 34.26 拉脫破

壞

T₄ 1 1 450.3 169.7 485.6 21.68 拉脫破

壞

T₅ 1 2 829.8 307.8 951.6 28.55 拉脫破

壞

T₆ 1 3 1618.7 ─ ─ ─ 鋼腱斷

裂 T₇ 2 2 1281.2 956.5 1167.4 38.42 拉脫破

壞

T₈ 3 1 964.3 724 814.2 39.41 拉脫破

壞

T₉ 2 3 1687.3 ─ 1422.5 37.32 鋼腱斷

裂

T ^＊３ 1 353.2 263 ─ 25.58 拉脫破

註：1. T10~T12為傾斜地錨，傾 角為25°，符號「＊」代表 傾斜地錨之自由段長度。

2. T6地錨施拉過程中承壓鋼 梁產生嚴重變形，且達尖 峰荷重後不久鋼腱產生斷 裂。

試驗結果

‧T1~T3 ， T10 達 尖 峰 荷 重時Ks甚小；T6無法求出

‧T4、T5、T11短地錨之 潛變極限荷重反而有大於 尖峰荷重之不合理現象

0 20 40 60 80 100 120 140

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 變位量(mm)

荷重(tons)

T1 T2 T3

淺層地錨荷重與變位量關係圖 淺層地錨荷重與變位量關係圖 ( ( Z=0) Z=0)

T1：La=1m T2：La=2m T3：La=3m

試驗結果(覆土深度=0)

淺層地錨破壞時地表破壞面延伸情形

60.1

O

180cm 190cm

60.1

O

45.0^O 45.0^O

290cm

45.0^O 45.0^O

錨碇段3m 錨碇段2m

錨碇段1m

S=1:50

試驗結果(覆土深度=1m)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 50 100 150 200 250 300 350 400 變位量(mm)

荷重(tons)

T4 T5 T6

T4：La=1m T5：La=2m T6：La=3m

覆土深度與極限拉拔力

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

L =1m L =2m L =3m

L 1m L =2m L =3m

=

Calculated by Eq.(2)

U li tm a te lo a d (k N )

錨碇段長度與極限拉拔力

0 1 2 3 4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Z=1m Z=0m

Calculated by Eq.(2)

Z=0m Z=1m

本研究與Ostermayer et. al [4]的研究結果

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

12.6 9.3

8.6

9.1 9.29.5 15.9 15.5 9.3 9.9 9.7

9.2

15.8 15.0

9.39.2

16.0 10.1 11.3

8.29.4 9.1

9.2

13.6

Z=0m Z=1m Z=3m Z=2m

鬆礫石砂[4]

中等緊密礫石砂[4]

緊密礫石砂[4]

極緊密礫石砂[4]

砂礫石[4]

Z=1m Z=0m

傾斜地錨與地層剖面關係圖

相同總長度（4m）下垂直地錨與傾斜地錨 錨碇力之比較

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

?

T8

T7

T6

T10

T11 T12

Calculated by Eq.(2)

地錨之錨碇力

0 1 2 3 4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Z=0m Z=1m Z=2m Z=3m

L D

Q _τ = τ ∗ π ∗ ∗

地錨之錨碇力

10 20 30 40 50 60

Z=1m Z=0m

Inclined anchors

?

Vertical anchors

Vertical anchors

Inclined anchors

L D

K

Q _τ = ∗ σ _v ^' ∗ tan φ ∗ π ∗ ∗

2007/6/8 65

結論 1/2

本研究針對台中盆地進行12支地錨現 地拉拔試驗，包括9支垂直地錨和3支傾斜 地錨。

由試驗之過程觀察淺層地錨破壞時地 表隆起情形和破壞錐與錨碇體間之夾角。

從試驗之結果探討覆土深度與錨碇段長度 對地錨錨碇力的影響。

™ 結果顯示：破壞面在地表延伸直徑與地錨 錨碇段長度有關，介於170cm~290cm，大 於各規範之規定；破壞面與錨身夾角介於 45

^o

^o

結論 2/2

™ 增加地錨覆土深度、錨碇段長度皆能有效 地增加地錨之錨碇力。

™ 對直徑為12 cm之地錨而言， 錨碇長度僅 為3 m，即可發揮1100kN以上之錨碇力。

™ 錨碇長度太短時，因潛變係數K

_S

建議

1. 注意型鋼（承壓版）之尺寸與跨距。

2. 台中卵礫石層錨碇力極佳(與施工方式有關)，

建議設計時應特別考量抗張材強度與水泥漿體 強度，俾使錨碇力能有效發揮。

3. 建議傾斜地錨在鑽孔完成後灌漿前，不可將套 管拔出，以防止坍孔。

4. 規範對卵礫石層中地錨之受力行為(如最小間 距，潛變極限荷重之求取方式)有另定的空 間。

報 告 完 畢

恭請不吝指正！