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研究生: 王明輝
Ming-Hui Wang
論文名稱: 長條形開挖引致之地盤變位及鄰房反應之研究
Ground Displacement and Adjacent Building’s Response due to Long-shape Excavation
指導教授: 林宏達
Horn-Da Lin
口試委員: 王建智
none
褚炳麟
none
歐章煜
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 197
中文關鍵詞: 地盤變位鄰房反應水平應變開挖
外文關鍵詞: Ground Displacement, Adjacent Building's Response, exvacation
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  • 本研究針對一個捷運車站長條形基地,以現地監測方法研究地盤與鄰房之反應關係。監測結果顯示,本研究於開挖完之最大壁體變位與開挖深度之比值約在0.42~0.7%,而壁體變位為深層向內位移型式,地表沉陷為凹槽型。最大壁體變位與最大地表沈陷之比值約在0.46~0.57。拆撐引致之壁體變位佔總位移量相當小。筏基建物之沈陷小於地表沈陷,而獨立基腳沈陷則略大於地表沈陷。開挖引致的鄰房傾斜率及角變量,不論是筏式基礎或獨立基腳,均會隨著沉陷槽發展而改變傾斜方向;而長條型筏基建物需要注意可能產生過大的局部角變量。由水平應變觀測結果發現,在靠近開挖區之建物可能隨著凹槽型沈陷由拉應變轉變成壓應變。此外本研究亦發現,同時考慮角變量與水平應變將可使建物安全評估更加的嚴謹。


    A long-shape excavation of a MRT station was carefully monitored to study the response of the ground and adjacent buildings caused by the process of deep excavation. In-situ measured results indicate that the maximum ratio of the wall displacement to the excavation depth is in the
    range of 0.42% to 0.7%. The wall deflection is the deep-inward-movement type; and the ground surface settlement is the concave type. The range is 0.46 to 0.57 for the maximum ratio of the wall displacement to the maximum ground surface settlement . The amount of the wall displacement is very limited due to strut removed. The submergence of the raft-foundation building is smaller than the ground surface settlement; the settlement of spread footing is larger than the ground surface settlement. However, both raft-foundation or spread footing, the direction of building tilting and angular distortion may change if the settlement is the concave type. Also it must be noticed that buildings of long-shape and raft-foundation could be subjected to significant local angular distortion. Observation from the horizontal strain measurement indicates that the building nearby the excavated zone may change from tension strain to compressive strain accompanied by the concave type ground submergence. In addition, this study shows that it is more rigorous to consider both angular distortion and horizontal strain simultaneously for the building safety evaluation.

    摘 要 I ABSTRACT II 誌 謝 III 總目錄 V 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景及動機 1 1.2 研究內容及流程 2 第二章 文獻回顧 4 2.1 長條形明挖覆蓋工法 4 2.2 深開挖行為之特性 5 2.2.1 深開挖行為影響因素之探討 5 2.2.2 深開挖引致擋土壁變形之探討 6 2.2.3 深開挖引致地表沈陷之探討 7 2.2.4 深開挖引致不同基礎型式之建物沈陷探討 10 2.2.5 深開挖依時變形行為之探討 11 2.2.6 深開挖引致孔隙水壓之探討 11 2.3 建物安全評估 12 2.3.1 國內外安全評估相關規範 13 2.3.2 水平應變及建物評估圖 17 第三章 土層狀況及現場開挖之監測計劃 47 3.1 現場鑽探及取樣 47 3.2 地層分佈及土壤特性探討 48 3.3 現場開挖順序及施工特性概述 49 3.3.1 分區開挖施工簡述 50 3.3.2 地下結構施作流程簡述 52 3.3.3 聯合開發施工簡述 54 3.3.4 不同地盤改良方式簡述 56 3.4 現場開挖之監測及執行 58 3.4.1 監測計劃內容 58 3.4.2 監測儀器安裝介紹及佈設 59 第四章 地盤變位監測結果及探討 89 4.1 側向變位 89 4.1.1 開挖引致之擋土壁及土壤側向變位 89 4.1.2 建物旁下方之土壤側向變位 92 4.1.3 靜置階段引致之擋土壁及土壤側向變位 92 4.1.4 支撐拆除引致之擋土壁及土壤側向變位 94 4.2 地盤沉陷 95 4.2.1 開挖引致之地表沉陷 95 4.2.2 開挖引致之土中沉陷 96 4.2.4 靜置階段引致之地表沉陷 98 4.2.5 支撐拆除引致之地表沉陷 98 4.2.6 開挖引致之孔隙水壓變化 98 4.3 鄰近區域交互開挖引致之地盤反應互制行為 99 4.3.1 開挖引致之擋土壁及土壤側向變位 99 4.3.2 開挖對地表沉陷之影響 102 第五章 鄰房反應監測結果及探討 139 5.1 開挖引致之建物沉陷 139 5.2 開挖引致之建物傾斜率變化 140 5.3 開挖引致之建物角變量及剛體轉動量變化 142 5.4 開挖引致之建物水平應變變化 144 5.5 建物安全評估探討及應用 144 第六章 結論與建議 175 6.1 結論 175 6.2 建議 178 參考文獻 179 附錄一 基地鑽探及土壤試驗結果報告 182 附錄二 儀器及現地施工照片 188 附錄三 Ou and Hsieh法之PIZ決定 196 表2.1 變化參數對深開挖變形行為的相對影響 20 表2.2 鋼筋混凝土結構物之容許沉陷量表 20 表2.3 角變量與建物損害程度 21 表2.4 RC構架與加強磚造結構之容許角變量表 21 表2.5 1955年蘇聯建築規範對角變量之規定表 22 表2.6 相關文獻對建物角變量及撓度比之比較表 23 表2.7 建築技術規則基礎構造篇規定之最大沉陷量表 24 表2.8 台北捷運施工之建物容許沉陷值 24 表2.9 建築物損害程度分級說明 24 表2.10 台北市42棟建物沉陷量與損壞情形調查結果 27 表 2.11 全國採用之傾斜率鑑定及補償標準 28 表 2.12 建物損害程度分級說明 28 表3.1 本案例現地土層參數表 63 表3.2 開挖支撐高程表 63 表3.3 本案例開挖支撐時程表 64 表3.4 本研究監測儀器規格數量圖 73 表3.5 本案例現場建物監測管理值 74 表3.6 本案例現場監測頻率表 74 表4.1 SID1最大變位與開挖深度關係 104 表4.2 各傾斜管靜置階段下之最大增量及位移速率(開挖階段) 104 表4.3 各傾斜管靜置階段下之最大增量及位移速率(底版完成) 104 表4.4 各傾斜管從C區開挖完至A&B&C區三階拆撐完之最大增量 105 表4.5 SID1最大變位與A剖面最大沈陷關係 105 表4.6 各土中沉陷最大值記錄表 105 表4.7 A剖面靜置階段下之最大增量及位移速率 106 表4.8 SID1與A剖面於拆撐階段最大增量比較 106 表4.9 SID2最大變位與開挖深度關係 106 表4.10 SIS5最大變位與開挖深度關係 107 表5.1(a) 建物A最大角變量與水平應變之變化 146 表5.1(b) 建物B最大角變量與水平應變之變化 147 表5.1(c) 建物C最大角變量與水平應變之變化 148 圖1.1 研究流程圖 3 圖2.1 明挖覆蓋工法開挖作業流程 30 圖2.2 擋土壁變形形狀 31 圖2.3 擋土壁最大側向變形量與開挖深度之關係 31 圖2.4 台北捷運連續壁變形曲線類型 32 圖2.5 台北捷運擋土壁最大側向變形量與開挖深度之關係 32 圖2.6 台北捷運擋土壁最大側位移所在深度與開挖深度之關係 33 圖2.7 地表沈陷之型態 33 圖2.8 最大地表沈陷量與最大擋土壁側向位移量 34 圖2.9 開挖引致之地表沉陷 34 圖2.10 Clough & O’Rourke地表沈陷預測法 35 圖2.11 Ou and Hsieh地表沈陷預測法 36 圖2.12 開挖引致建物沈陷 37 圖2.13 擋土壁變形速率與靜置時間之關係 38 圖2.14 Oslo Telefonhuset之開挖引致開挖區外孔隙水壓之變化 38 圖2.15 台北國家企業中心開挖引致開挖區外孔隙水壓與時間之關係 39 圖2.16 基礎位移量之名詞定意圖 40 圖2.17 相同撓度比之不同變形型態比較圖 40 圖2.18 獨立基腳建物損害程度與沉陷量之關係圖 41 圖2.19 筏基建物損害程度與最大沉陷量及差異沉陷量之關係圖 41 圖2.20 建物損害程度與角變量及最大沉陷量之關係圖 42 圖2.21 建物損害程度與角變量及差異沉陷量之關係圖 42 圖2.22 建物傾斜程度與傾度盤安裝及觀測示意圖 43 圖2.23 傾度盤讀數與建物差異沉陷量推估之建物傾斜量之比較圖 44 圖2.24 傾斜率之定義圖 45 圖2.25 獨立基腳角變量計算方式 45 圖2.26 建物損壞情形與建物長度及水平應變之關係圖 46 圖2.27 角變量及水平應變對建物損害之關係圖 46 圖3.1 本基地開挖分區示意圖 75 圖3.2(a) 淺挖覆蓋施工順序及工期圖 76 圖3.2(b) 樁式地中壁施工順序及工期圖 77 圖3.3 站體開挖剖面及簡化土層 78 圖3.4 聯開開挖剖面及簡化土層圖3.5 明挖覆蓋施工順序圖(a)~(d) 80 圖3.5 明挖覆蓋施工順序圖(e)~(h) 81 圖3.6 站體結構施工順序圖(a)~(d) 82 圖3.6 站體結構施工順序圖(e)~(h) 83 圖3.7 聯開施工順序圖(a)~(d) 84 圖3.8 樁式地中壁改良示意圖 85 圖3.9 梅花樁改良示意圖 86 圖3.10 捲尺伸縮儀(Tape Extensometer)示意圖 87 圖3.11 本案例現場監測儀器佈置圖 88 圖4.1 傾斜管與開挖區相關位置圖 108 圖4.2 主要觀測斷面儀器圖 108 圖4.3(a) 主要觀測斷面之擋土壁及土壤側向位移 109 圖4.3(b) 主要觀測面上之擋土壁及土壤側向位移 110 圖4.4 潛在破壞面示意圖 111 圖4.5 最大壁體變位量( )與開挖深度(He)之關係 112 圖4.6 SIS3各開挖階段之側向變位 112 圖4.7 SID1靜置階段之側向變位 113 圖4.8 SIS1靜置階段之側向變位 113 圖4.9 SIS2靜置階段之側向變位 114 圖4.10 SID1靜置階段之側向變位(註:底版已完成) 114 圖4.11 SIS1靜置階段之側向變位(註:底版已完成) 115 圖4.12 SIS2靜置階段之側向變位(註:底版已完成) 115 圖4.13 SID1拆撐階段之側向變位 116 圖4.14 SIS1拆撐階段之側向變位 116 圖4.15 SIS2拆撐階段之側向變位 117 圖4.16(a) 地表沉陷剖面與開挖區相關位置圖 118 圖4.16(b) 地表沉陷剖面與開挖區相關位置圖 118 圖4.17(a) A剖面於各階段開挖之地表沉陷 119 圖4.17(b) A剖面於各階段開挖之地表沉陷 120 圖4.18 A剖面與Peck比較 121 圖4.19 A剖面與Clough and O’Rourke法比較 121 圖4.20 A剖面與Ou and Hsieh法比較 121 圖4.21(a) SM32~35剖面於各階段開挖之地表沉陷 122 圖4.21(b) SM32~35剖面於各階段開挖之地表沉陷 122 圖4.22(a) SM36~40剖面於各階段開挖之地表沉陷 123 圖4.22(b) SM36~40剖面於各階段開挖之地表沉陷 123 圖4.23 多點式伸縮儀與開挖區相關位置圖 124 圖4.24(a) ET1各開挖階段下之歷時沉陷曲線 124 圖4.24(b) ET1各開挖階段下之歷時沉陷曲線 125 圖4.25(a) ET2各開挖階段下之歷時沉陷曲線 125 圖4.25(b) ET2各開挖階段下之歷時沉陷曲線 126 圖4.26 主要觀測斷面於不同開挖階段之地盤位移向量圖 126 圖4.27 潛在滑動面示意圖 127 圖4.28 A剖面靜置階段之沉陷 127 圖4.29 A剖面靜置階段之沉陷(註:底版已完成) 128 圖4.30 A剖面拆撐階段之地表沉陷 128 圖4.31 水壓計與開挖區相關位置圖 129 圖4.32(a) 主要觀測斷面距連續壁5m之水壓力變化 130 圖4.32(b) 主要觀測斷面距連續壁5m之水壓力變化 130 圖4.33(a) 主要觀測斷面距連續壁25m之水壓力變化 131 圖4.33(b) 主要觀測斷面距連續壁25m之水壓力變化 131 圖4.34 A&B區開挖對C剖面之影響 132 圖4.35 SID2與SIS4各開挖階段之側向變位 132 圖4.36 最大壁體變位量( )與開挖深度(He)之關係 133 圖4.37 C區開挖對E剖面之影響 133 圖4.38 SIS5各開挖階段之側向變位 134 圖4.39 SIS6各開挖階段之側向變位 134 圖4.40 SIS7各開挖階段之側向變位 135 圖4.41 地盤改良後開挖對側向位移之影響 135 圖4.42 C剖面於各階段開挖之地表沉陷 136 圖4.43 E剖面於各階段開挖之地表沉陷 136 圖4.44 E剖面與Peck比較 137 圖4.45 E剖面與Clough and O’Rourke法比較 137 圖4.46 E剖面與Ou and Hsieh法比較 137 圖4.47 G剖面於各階段開挖之地表沉陷 138 圖5.1 B剖面於C區各開挖階段之建物沉陷 149 圖5.2(a) SB剖面於D&E區各開挖階段之建物沉陷 149 圖5.2(b) SB剖面於D&E區各開挖階段之建物沉陷 150 圖5.3 SM剖面與SB剖面之沉陷比較 150 圖5.4 D剖面於C區各開挖階段之建物沉陷 151 圖5.5 F剖面於A&B區各開挖階段之建物沉陷 151 圖5.6 C區開挖7階之C剖面與D剖面比較 152 圖5.7 A&B區開挖7階之E剖面與F剖面比較 152 圖5.8(a) 各建物傾斜率點位與開挖區相關位置 153 圖5.8(b) 各建物傾斜率點位與開挖區相關位置 153 圖5.9 建物A西邊之傾斜率歷時變化 154 圖5.10 建物A東邊之傾斜率歷時變化 155 圖5.11 建物B傾斜率歷時變化 156 圖5.12 建物B傾斜變化示意圖 157 圖5.13(a) 建物C群西側傾斜率歷時變化 158 圖5.13(b) 建物C群西側傾斜率歷時變化 159 圖5.14 建物C群東側傾斜率歷時變化 160 圖5.15 建物E傾斜率歷時變化 161 圖5.16(a) 建物A角變量及剛體轉動量歷時變化 162 圖5.16(b) 建物A角變量及剛體轉動量歷時變化 163 圖5.17 建物B角變量及剛體轉動量歷時變化 164 圖5.18 建物C群西側角變量歷時變化 165 圖5.19 建物C群東側角變量歷時變化 166 圖5.20 建物A傾斜率、角變量及剛體轉動量之比較 167 圖5.21 建物B傾斜率、角變量及剛體轉動量之比較 168 圖5.22 建物C群傾斜率、角變量及剛體轉動量之比較 169 圖5.23(a) 各建物水平應變點位與開挖區相關位置 170 圖5.23(b) 各建物水平應變點位與開挖區相關位置 170 圖5.24 建物A水平應變歷時變化曲線 171 圖5.25 建物B水平應變歷時變化曲線 172 圖5.26 建物C群水平應變歷時變化曲線 173 圖5.27 本案例建物應用於Boscardin and Cording安全評估圖 174

    1. 方保全,「捷運明挖覆蓋工法施工災害防治」,碩士論文,台北科技大學土木防災研究所,2001。
    2. 方篤誠、蔡淵堯、蘇鼎鈞,「軟弱黏土潛變引致連續壁依時變位行為之案例探討」,海峽兩岸地工技術/岩土工程交流研討會論文集,2004。
    3. 王繼勝、李耀明,「深開挖工程之建築物保護」,地工技術,第40期,1993
    4. 吳沛軫、王明俊、彭嚴儒,「連續壁變形行為探討」,第7屆大地工程學術研究討論會,P601-608,1997。
    5. 歐章煜、謝百鈎,「深開挖引致地表沉陷之預測」,深開挖工程設計與施工實務,科技圖書公司,台北,2000
    6. 歐章煜、謝百鉤、丘達昌,「開挖引致之地表沉陷與建物之容許沉陷量」,地工技術,第40期,P9-24,1992。
    7. 廖瑞堂,「逆打深開挖之行為研究」,博士論文,台灣科技大學營建工程所,1996。
    8. 賴明輝,「明挖覆蓋深開挖引致之軟弱地盤及鄰房反應之現地監測研究」,碩士論文,台灣科技大學營建工程研究所,2005。
    9. 謝百鈎,「深開挖引致地盤沈陷之行為探討及預測」,國立台灣科技大學,營建工程研究所,博士論文,1999。
    10. 顏東利、張桂才,「建物允許沉陷量之探討」,地工技術,第34期,P78-96,1991。
    11. Bjerrum, I., “Allowable settlement of structures”, Proceedings of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Weisbaden, Germany, Vol. 2, pp.35-137,1963.
    12. Burland, J. B.,Broms, B. B. and de Mello, V. F. B.,”Behavior of foundations and structures”, Proceedings of 9th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol.2, Tokyo, Japan, pp.495-546, 1977.
    13. Burland, J. B., and Worth, C.P. ”Settlement of Buildings and Associated Damage”, Proceedings of Conference on Settlement of Structures, Pentech Press, London, England, pp.611-654, 1974.
    14. Boscardin, M.D. and Cording, E.J,“Building Response to Excavation-Induced Settlement”, ASCE, Journal of Geotechnical Engineering, Vol.115, pp.1-21, 1989.
    15. Clough, G.W. and O’Rourke, T.D., “Construction-Induced Movements of Insitu walls”, Geotech. Spec. Publ. No.25-Design and Performance of Earth Retaining Structure, American Society Civil Engineers, New York,pp.439-470, 1990.
    16. DiBiagio , E. and J. A. Roti . , “Earth Pressure Measurements on a Braced Slurry-Trench Wall in Soft Clay” ,European Conference Soil Mechanics and Foundation Engineering , 5.Madrid . Proceedings , Vol . 1 , pp. 473-483,1972.
    17. Hsiung, Bin-Chen, Engineering Performance of Deep Excavation in Taipei , PhD, thesis, University of Bristol, 2002.
    18. Hsieh, P. G. and Ou, C. Y., “Shape of groundsurface settlement profiles caused by excavation”, Canadian Geotechnical Journal, Vol.35,No.6, pp.1004-1017, 1998.
    19. Mana, A.I.and Clough, G.W. ,“Prediction of Movements for braced Cut in Clay” Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.107, No.6,pp.759-777,1981.
    20. Milligan, G. W. E., “Soil Deformation Near Anchored Sheet-pile Wall”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 25, No.1, pp.41-55, 1983.
    21. Nicholson, D. P. , The design and performance of the retaining wall at Newton station, Proceeding of Singapore Mass Rapid Transit Conference, Singapore, pp. 147-154, 1987.
    22. O’Rourke, T.D., “Ground Movements Caused by Braced Excavations.”Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE,Vol.107, No.6, pp.1159-1177, 1981.
    23. Ou, C.Y., Hsieh, P.G.,and Chiou, D.C.,“Characteristics of Ground Surface Settlement during Excavation”, Canadian Geotechnical Journal, Vol.36, pp.210-223,1993.
    24. Peck, R. B., “Deep Excavation and Tunneling in Soft Ground”, Proceedings of the 7th International Conference on soil Mechanics and Foundation Engineering, Mexico City,State-of-the-Art Volume , pp.225-290, 1969.
    25. Palmer, J. H. L. and Kenney, T. C., “Analytical Study of a Braced Excavation in Weak Clay” Canadian Geotechnical Journal, Vol.9, pp.145-164,1972.
    26. Polshin, D. E. and Tokar, R. A., “Maximum allowable nonuniform settlement of structures, Proceedings of the 4th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. I, London, pp.402-406, 1957.
    27. Skempton, A. W., and MacDonald, D.H.,“Allowable Settlement of Buildings”, Proceeding of Institution of Civil Engineers, PartⅢ, Vol.5, pp .727-768, 1956.

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