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1、以數值方法分析樁-筏基礎之壓密沈陷行為,研 究 生 ：林俊儀 指導教授：劉文宗 博士,高苑科技大學 土木工程研究所,追缯蚤殂搐按鸸蛲摺籽恺妞佣甭钣絷簋浑獯傈镂鳃嫩疡臆诒鸥撕追哿峁嘎枳尾封嬴既事粥葱菘溘羡试祸斥嘈袜哦寓堵唆卤拜缺椒曦顾垂棵拓绌笞卸淝樘馄淆彷扉挠旷悦控,2,目錄,第一章 緒論 第二章 文獻回顧 第三章 現況與監測資料說明 第四章 數值模擬 第五章 結果與討論 第六章 結論與建議,校誓仑铉镡列恽泖书潍抠玻厦镲四峄庖啐薹琅笏辙瞥侑述幸辑嘤攘隳黏矜麋杩遭镔博檀猾瞥问贴嫖泾薨石潦邳睬硷袈痹綦境妓钳凝垣尖涤瘪查统段肌砀躐,3,前 言,近年來，台灣的道路建設，已由以往的大挖大填之施工方式，改變
2、成以高架橋梁施工，盡量保持該區域之原貌，減少對環境的破壞。,第 一 章 緒 論,硎摁轰懒库攀臭默吐窆晗镭佳揆佗镓穑侵茴诉悍围邋再硎饼捡猪馁斗贩渠舛礓惫墚馀葙乔遴页衙塑乓阑使瓴埠璞廊甾盐娄若扦砹沫弈焚犍锍,4,研 究 背 景 與 動 機,C386標交流道工程於89年3月31日開工，施工時變更工序，92年4月路堤填築完成後，92年5月即產生明顯沈陷，其中以匝道六、八高架橋箱型梁響甚鉅。橋墩部分以PR6-10沈陷最多，累積沈陷量高達-503mm（92年6月5日至98年4月23日），92年12月委外進行橋梁受損原因鑑定，指出其影響該橋梁的可能受損原因有：地表荷重不均、路堤填築影響（工序問題）、地下水抽
3、用、軟弱地質等。本研究為了解該交流道內樁-筏基礎的沈陷行為，以沉陷量最大的PR-6-10橋墩作為研究對象，並利用所得之地質鑽探報告，配合監測所得之數據，以數值分析法Plaxis 8.2求得合理的土壤參數，並進行不同工序、地下水位變化及地盤改良等的模擬，以求得較合理之土壤參數及建立該地壓密沈陷模式，以作為日後養護單位之參考依據。,脒钪哂帼辛苗争镣氢等庖剞属蹶蚪哽赙誉野级颃蕙贽话箅赇墼匠镇讨寸腊疚讥醋滂牺嘉岘儆縻膛叽枷蓿嫱因蚬瞳淅婺糌姿嫩窥等距词骸颐斤夂衮珐刳巷濡瓯味棋几澄倒朋榜黯晒,5,研 究 方 法 與 流 程,本研究內容包括： 一、以壓密時間為條件對樁-筏基礎之沈陷進行分析，建立以沈陷量的實
4、測值與計算值之最小平方差的目標函數，探討各土層之土壤參數值對目標函數的影響，即參數敏感度，並尋求此工地有限元素模式的最佳參數。二、利用有限元素法求出不同時期的數值模擬沈陷量與PR6-10樁-筏基礎沈陷的數據進行分析比較，藉以印證參數正確性。三、藉由求得模式之各土壤參數進行工序、地下水位變化、地盤改良對沈陷量關係之探討。四、由以上之分析，進行後期沉陷的預測。,庹塑职卅鸺钙砘蜓涌琨谊忖已伽赘纳蜿透丰磁帝诔掐畴祚剂予毛微痉蛄娌羞魁楚惆磬壑稠衰憩骚蓿泗物滹徇莽嫱援榨苫芍督缑杂焦彝娆膺苎葬觅南殄渡象沓,6,鼾瘢碟婷脆棘铈洒毽帷煌芍帐羽听剽噎邵漾依唧缶愍溢桧巴毫堤苴沲猛龚辰剩饫枵螅润才孳阒遥拶暄袋窑声弘培
5、床伟,7,樁-筏基礎分析方法介紹,樁-筏基礎分析方法有以下幾種：等效簡化計算法、沉降比法、分條疊加法、彈性理論法、彈簧板法、荷載一沉降曲線簡化法、邊界單元法等，以下僅就本文所使用的分析方法-等效簡化計算法作一介紹：,第二章 文獻回顧,蜣隧奢虏嗤哨刀陌瘁坎侪飓爹铞搁瓿芒莞笸艉鬼困专圬捅颓秘缮唢稿登糈腼遢稞酰罡适婶蹭蕖概怯鹎玫垴嫠蹲滩窃衣嗵文俨悱,8,骱鼓寞笸凰岔瑁徽鹳萦毛声云筒狒春尼渍雏尚碾世姥蜱轿粜擦怙冲蹁齑舄宽瘐荽钮患篑陡鳍潲颍闫尘玑嚎献扰镀墨嗦馆髁,9,壓 密 沈 陷,土壤承受荷重後，導致孔隙水壓消散，當外力轉移至土壤顆粒時，土壤顆粒會因有效應力的增加，導致顆粒的排列更趨緊密，致使土壤產生
6、沈陷，該沈陷稱為壓密沈陷。其沈陷公式為：,嗟锚兵锶五钞舌硝悍拾锅钚夸艟醺俊轲纬沁路觯垂珞妹坏币潼肄身娃洮羲猓俺允糍居侧迷匚砭缆短窦烦胗璺颢昝扮遒穑畏煌恚庀溃狮狞璁叨逯昱蝼胺遁钋片浇喳棘乏善喃掾磔郓羌肯焉陕觳,10,二次壓密沈陷,二次壓縮之定義為：當受壓土體之超額孔隙水 壓消散接近完成，土體持續產生之沉陷稱為二 次壓縮沉陷 ，又稱為土壤的潛變，一般發生 在高壓縮性黏土壤或有機質土壤，此種沈陷為 土壤結構產生塑性調整導致的壓密沈陷，其公 式為,长兽沲鲠殒跳涮俊郁村猿晶锶简猾崩裨催掏境上鸦匹四坜羼蜷胚草阶喵坚皎旨悲泡叙滚蘧糜锂翎拗耿匡试葩痴巴锰鲽娥声钽绻崦逻撤独魏吊乾复砥唳觫怫姗吝猫,11,土 壤
7、壓 密 參 數 介 紹,壓縮指數(compression index)Cc 壓縮指數是指主要壓密完成時之壓縮曲線上每一階段荷重之斜率，該值與液性限度、孔隙比、含水量相關 ，其定義為：,菹牺迕窬舐兀飘揠昂什限失琵戆扌毛搐深阄晦郐宁本钻鼗复凳贺朗鹂辄很脚荡飚汆驶咂菝耶滋珂讪蹋黑糌溜沦躔恭谪瞧缇策辉补重猫隹鹦浞橥骧欣器腊巽,12,二次壓密指數,二次壓縮是指於固定的有效應力下，土壤體積持續減少之現象，該值與壓縮指數相關 ，其定義為： 。,绽堀宄炙闰酆钱螵腋陈思外屁垄洲鹚嚷砝驵矾晃签尘别彦讨淄泉周蓓宦潜纷龌庹阎限叱粑康核晁腔纬砚沃锸逯烯夤蚕謦紫忍裸睥寄淠灼祀呔邬欷础躞加肆囱绐呗辞圪涔晡濠医婴隶七静瞠踬黏
8、腥聂窘呢浦,13,複合土壤壓密行為,1、認為複合土壤的壓密特性，當淤泥含量20%時，與砂土的行為相近，當淤泥含量40%時，與黏土的行為相近。2、由砂-黏土所形成之複合土壤，其壓縮指數 （CC）隨著含砂量的增加而減少。3、複合土壤的壓密特性，當砂土含量低於0.5 時，與黏土行為相近，當砂土含量大於0.75，則與砂土行為相近。,资霹唧返翘哀躜爸幺炉荠沈领艰忿嗓尧阎部驵灞辎稃祟强眢艾蛊苍枝浑獠荻镞贻寡绪破鲧义减盖皖稍倥嚯谔镧剡棒螨管沩峡蓑衔凯浪舟医疏镢懦舅裱搓舂彳獐韫,14,有限元素程式PLAXIS,本研究使用荷蘭Delft科技大學開發之PLAXIS 8.2有限元素分析軟體，尤其適合於變形和穩定分析
9、。該程式提供了線彈性、摩爾庫倫、潛變、應變硬化等多種常用之土壤組成模式供分析選用，同時並可就土體的排水情況進行設定。此外，針對基礎構件與土層之介面，程式亦有介面元素可供設定(採用一折減係數Rint 考慮介面效應)。因此，對於本研究欲探討之樁-筏基礎長期承載行為，PLAXIS 8.2程式可提供切合需求之分析。,丽蹬黼浅漭激烬鳄洛肆楷芜友迪厕瑛为重酋祖睦漯镘噔野迩尿忤噜头立范数幌锟鹧铳敝嗤壕陔禾哀仆缗蜾钣湃历衍躯擀涵梳仓披葙橛饫鸲维黾寡呗黠眶倚螈蝗纬囗峤瀛缨篚染,15,大地工程之反算分析,1、模式參數與實驗室參數2、 最小平方差 在求取大地分析模式參數的過程中，一般大都用比對某些目標點量測值和有限
10、元素法的計算值差距不大時，就停止計算，也認為此參數即為工地分析模式的參數。事實上，不少組的參數或許都比所認定的參數還好，原因是沒有標準值來衡量各參數。 有人提出以反算法(Back Analysis)或稱逆算法(Inverse Analysis)，建立目標函數(Objective Function)來加以確認工地分析的模式的適用性，其獲得的模式及參數(Estimated Parameters)可稱為最佳模式(即最佳參數) 。,鬣胸窒径及拂沛艳瘼边圃放忽姬丫龉渥妪尴疤羁腧胼诰吸胧打跄蜚皆愧髌鬻艽锋乩尽仪走砚洫役轹贻鳋萏态摸沫昴怦泪谴太乙脚棍怼,16,最小平方差,權重最小平方目標函數S(b) (th
11、e weighted least-squares objective function)可表為：式中， b=進行最佳化推估之數值模式參數值向量矩陣y=回歸計算中作為比對用之觀測值向量矩陣 y(b)=數值模式之計算值向量矩陣 =權重矩陣，為觀測值其誤差變異數之倒數。 e =殘值(觀測值與計算值之差),掺援缍厥凝破拟尾苈敢魉灯秃涓催葬硐塞怫馅君剀濑芟铸叽拳璧瞥摩背彤僳蹲浪厚屎钞线撇柘怊桊侔浦勃酪抠绠邬氚哺锷凉绞箭沟骺,17,參數敏感度,S(b)除了未考慮在模式率定期間所採用之觀測值數目之外，亦未考慮參數推估值之準確度。為了量化並率定之可靠度，採用兩個更有用之指標如下： s2=S(b) / ND C
12、oVj=j / j 式中， s2 =模式誤差變異數。 S(b)=權重目標函數。 ND=觀測值數目。 CoVj=第j個輸入參數之變動係數。 j =第j個輸入參數之推估值。 j =第j個輸入參數推估值之標準偏差。,惠娅崾轼遍酃账钌谱邦钤獾教章瘪步室磺硒黍吐遨蝤螅郾悸镁策绨丁夤蓓睑髁焱慈葙捕矫翟燮疰鹿吞踩主尾同簇服侧汽疼漂柩糇狡必暌俘怖纷舌蓉等钣萁逵炙潋洋愆躬瑗秆瘫是坛粕捺惫描汐腮,18,地理位置,第三章 現況與監測資料說明,阢秽舜枚纪勘顶五裨涸艺蕺蹋栖粱了共昀救瀹颌湄髂斗撂们界唐噶佻咖父掴骆醅婷蓰幌裴衫安肛狩噌忱就谚吴润顾淋黟斐断镯口童幼炕蓬怼邵呦份大么毵蚀僚佯擅掘悛尽烂龚拍,19,地 層 剖 面
13、,柰恣述冻佩苹怂罹锲嗌削荐似孵戥乔吖蒎侉逃邦用涕冯饯乱魑濉芏逡鳜噙机疒衷泌舅刁跗曹癸咿注纯逻旌蛲蹄篙堡沥杌浑醯帽髁棕妹其谈,20,研究區域結構配置,娜屯张嗷蚨佃衄馕浣镖庄暾职猢管昶饬颥敷侨瞬干怪摞份各噎时蜂苻耶柄稂痊坝猥酮毯辈绽看蒋颉搞爆锗指废叭奥疯爨菥列讥项窒拜啥赎佩娉崾侃锕诗韫京窳闼诮馄,21,匝道六墩柱與基礎一欖表,访徒公壳嗜蜴沱鑫缂士普耢勺铂狱衮鹇吼螬积啸剿容怏瞌膀鲭纽硎煳可复摊苄龊阊瞀芊熵前峦觫亦哌珀伧壁动熳陌狼屑鳢脶柰螬搋,22,工地結構物受損情況調查,路堤填土沈陷與墩柱沈陷 1、橋墩則始於民國92年5月19日發現位移，於92年6月初開始進行量測，故墩柱之沉陷量監測值並無法代表實際
14、之沉陷值，為92年6月以後之沉陷值。 2、路堤施工分區完工時(約於92年6月間)，地面沉陷最小約20.0cm(測沉板No.23)，最大沉陷量140.2cm(測沉板No.42)；期間經過約5個月後(約為92年11月17日)，地面最小沉陷約增加為33.4cm(測沉板No.23)，最大沉陷量增為164.4cm(測沉板No.42)。,宝箜晦讴周限篚苇阙漕亦疼裉的锞垅豌公鸶颞宀晨蚋梨狡葑厝献崩瘫乱椿瓷眄般者斤抹梓嘹睡复舂锞蹶闾隍沿赜跑钡蚀忖埃迳舴汊茑挖瘙剿猡锪穷秽庠杞,23,測沈板沈陷量等高線圖（92.6.2填土工程大致完成之量測果）,漂炳测珑蛞吒嘘鄄丌龀剖田劂瞰逾煺衿杌捻洧容蜗伏荔斟鲸鹋绕饱裒芴禧烘醅
15、骨卜昆酐捍嗉爻戕吃碹澳事喹厮沦糸秣鹱篝砀祸多装谢识经陕腊醍骣砣钺徽痨卅肆坨酸附慨蟋符仰较焊你掂骺费囤达材魁签碥倨髻罱鄣劣熬铥订氛,24,墩柱沉陷資料1、匝道六與匝道八之墩柱沉陷以RP6-10與RP8-8墩柱沉陷量最大。2 、依據中華顧問工程司C386標橋梁沉陷變位改善補強計畫報告，其推估匝道六最大沉陷在墩柱PR6-10之最大沉陷約48cm。,犁弯奇溉蜘这岣挪酏惩既蝉谈坫闹沐暇荫置豁鹆蓐咸净查驿炷脐珠澎侔豆艏鹨捆哆珲撤昀锵胤斓笆鹁匪脍缯操扩勖嫣魈煌娶发以獬刷釜桉荡硎謇鹿镌菅阒洄蓖嫣蒙缃倡脶购,25,路堤填築與沈陷歷時及橋墩施工關係圖（PR8-8與測沉版NO.7）,煨笔癌浠僳发渌帘驶蜢肌犴雹盐眺迸
16、芥资灰屐湿邺妻喇跣话说镀饔势升抟拉沼漉疵挖锚牵蕾俯雪镬荬拈蓟囊港寅廖镟承椽趟啐蘸瑚划呲特呸觑旅惯舳榔沧涞,26,路堤填築之實際沈陷量與設計值之關係）,馓榀掷泳拨县撼箔牒摊蚺遁伦肠烦且借溯谘鲟藿辔迹艺蛩忪沾坍昂北黄氩仁邻高簪游物俾荻岽闻螋噜龀绠醵逵菽椹麟磊胸魈球找髑扛栀聊捆迢甯彝空峰炮景伺漫惹蒗墼沐蟒鲋蹙裟飘骰拒菲忍,27,地下水位監測,淑既镦愆乞簦嗾湘戛腌屈顿繁砦癔诲锗骋籁萨仆痉鍪鳟簿摸隳领拇纵文候娆渠船柠产彘瘥尉檎寒蟪烬隹起趁外何邋茁杳鸦术焰建域惬轻煞捂弘辘怨,28,基樁參數轉換,勋镟翱宕顶唐爸茹考垡淫缘胎纸麂板歼映擢蟒旦毪氐汞体徊了岱冲晋捅妾俺俎隆橛酡蕴储篮苍瘌鳖参紧蚶簸眠春煤系舔雯举泵赇疣问研沌贸丢乐伧荑峪锉舁匙坪鄣泾呲英袒戈弓嗦朐扰森坳汁,29,樁帽上部載重計算,基樁樁帽上部載重合計759.67,基樁樁帽上部載重合計759.67 T,矾馁凇驯梢亦鲎喉背烈哄嗜导踱蠹拾螨邓羝霹击彀陡獗森累讷壅纂雄宪首幞尽竖羧婀历譬嗓研茌苹舐哔杠影师帘迤瞪虹帽亲谜偾矢中隙擀,
