[開設課程--建築構造與施工(一)]--朝陽建築系大二必修2學分

授課大綱課程進度1營建概論2工法與流程(施工計劃)3工法與流程(假設工程)4工法與流程(地下工法)
5工法與流程(地上結構體)6工法與流程(屋頂防水與隔熱)7工法與流程(建築裝修與植栽)

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    地下工

(一) 地質鑽探之判讀

(二) 土方工程

(三) 支保措施

(四) 止水工法與復水

(五) 觀測系統

(六) 基礎形式

(七) 順打與逆打工法

(八) 地下連續壁

(九) 基礎破壞課題

(十) 地下工程之災變

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參考書目: 

1.《建築構造的基本原則--材料和工法》pp15-55,

2.《營建法與施工(上)》pp99-210,

3.《建築結構體之施工與監工》pp284-306,pp101-240,pp155-237,241-306,pp239-240

8.《基礎工程施工與實務》pp20-33,pp62-114,256-263,pp159-245,290-332

>>延伸閱讀>>

5.《建築構造圖解教材》日本建築學會編,台北科技圖書公司,2001.09

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    地下工

(一)  地質鑽探之判讀

1.地質調查定義:在基礎設計及決定構築方法前,必需瞭解地層組織及載重能力,作為基礎設計之安全性考量。

2.地質調查目的:

(1) 瞭解土壤之承載力、沉陷量、側壓力。

(2) 瞭解水文,地下水的高程、土壤含水率、伏流。

(3) 選擇基礎設計之形式與深度、適當與經濟考量。

(4) 確保鄰近構造物之穩定安全,作為施工之預防。

(5) 假設工程之資料提供研判,與安全計劃之防範。

(6) 提供鋼樁腐蝕對策之參考資料。

 

3.地質調查方法:

(1) 試掘法。 (露頭)

(2) 探桿法。2.5cmφ,150cmL

(3) 螺旋鑽探法

(4) 衝擊式鑽探法、迴轉式鑽探法

(5) 標準貫入試驗(SPT),擊數N值

(6) 地球物理法:彈性震波法、電阻探測法。 

4.鑽探報告之內容:

(1) 依建築技術規則之鑽探規定取樣方式

(2)   內容:鑽孔位置及深度、未擾動土壤樣本、N值、土壤分類與地下水位、推算無限側壓力及支承力、柱狀圖繪製。 

5.載重試驗

(1)  定義:固然建築物基礎設計與施工已考量地盤之支承力與沉陷,但止於公式推導,故大規模工程需舉行載重試驗,佐驗公式計算地盤之支承力。

(2) 方法:

A.土壤壓力球

B.試樁載重試驗:          

1.         直接載重法;

2.         控樁載重法:

                 水平載重

                                垂直載重(下壓、拉拔)
                                              急速
極限支承力值
        
                      緩速­
降伏支承力值

             3.試樁控樁位置 

(3) 載重試驗後不足之改進措施:

A.       增加樁數

B.       增加樁直徑(斷面)

C.       增加樁長度(若地層下方有更堅硬層時)

 

6.地盤改良工法

(1)                定義:當基礎地盤土壤支承力不足以直接支承地上結構物、或者地盤沉陷量過大的情況下,利用各種壓實或固結等方法將地盤土壤顆粒的排列及空隙狀態等不穩定之因素加以改良,以促進地盤支承力及抑制沉陷量的方法。

      *土壤液化現象:砂土原是由許多細砂顆粒所構成之土壤,在顆粒間的孔隙常蘊含著水份,當地震激烈搖動後,使土壤顆粒間的排列趨於緊密,進而擠壓孔隙間的水份,造成孔隙水壓增高,促使砂與水混合成為泥漿般的液體。
當土壤液化,地盤支承上部結構物的能力當然大幅降低,使建物下陷或傾斜;若孔隙水壓過高,更可能使砂土由地層中的裂縫往上衝出形成「噴砂」現象。土壤液化多發生於河岸地、舊河道砂質地、海岸線、海埔新生地,偶爾也發生於含有砂土層的內陸。

(2) 依土壤性質而分別

土壤地盤

工法分類

施工法名稱

黏土地盤

替換夯實

砂墊法

 

緊密排水

砂井排水法

 

 

生石灰樁工法

 

 

紙帶排水工法

 

固結

灌注法

砂質地盤

振動壓實

壓實砂樁法

 

 

浮動振實法

 

固結

灌漿工法

岩盤

固結

灌漿工法

 

  (二)  土方工程

1.整地放樣

整地:基地內之雜草亂石及雜物等清除整平

放樣(測設):意指將圖面上縮小比例之事物,利用測量方法使其放大成足尺大樣(Full Scale) 並定位在地面上。

* 基準點BM、定心、定平、高程

**素地放樣(水平標板龍門樁石灰粉)

  樓版放樣(樓內引點樓外引點)

  裝修放樣(牆面水平線柱牆垂直點)

  特殊放樣(帷幕牆鋼結構加工)

            

2.開挖(掘削)

     開挖深度在1.5M以上者,除地質良好不致發生崩塌或其周圍狀況無安全之虞者外,均需有擋土設備。

   * 壕井式、溝式、全面筏式開挖方式

 

3.搬運棄土、堆置

     土方不得就近棄置於邊坡頂上或基地內,以免基地增加超載而發生崩塌的意外危險

   * 合法棄土場證明

 

4.回填夯實

   基礎完工後部份基地需要借土回填(原土、級配土)

   *  回填土需要分層回填,並澆水及加壓夯實,每層回填土厚度不宜超過30CM

   ** 完成地下層外壁結構體之回填前,需作防水膜

   ***人工夯壓(石錘)、夯壓振動機、壓路機

 

(三)  支保措施(擋土設施)

 

1.    明:下部結構之構築為防止施工中地盤崩塌,而採用假設擋土壁等各種支保措施工作,總稱為擋土設備。(非屬結構體)

 2.分類形式:   0) 明挖邊坡法

1)    擋土壁獨立支保法

2)    邊坡與擋土壁合併支保法

3)    地錨法(併用擋土壁、群地錨)

4)    拉桿錨定法

5)    橫擋平面式支保法(環形矩形框架)

6)    (多)層立柱撐梁支保法

7)    島式支保法(斜撐梁、水平撐梁)

8)    雙層支保壁之溝式開挖法

9)    雙層支保壁之筏式開挖法(中央結構體先)

10)         結構體自承式支保法(沉箱,竹中式)

11)         地下連續壁支保法(可視為結構體外壁) 

      圖例

3.常用工法:1)形鋼(I型鐵)襯板擋土壁(型鋼回收)

            2)鋼版樁擋土壁(壓縮氣錘、振動法)

            3)排樁工法(木樁、預力樁、預壘樁)

            4)地下連續壁(預製壁版、場鑄施作)

            5)擋土柱工法(臺中地區、人力操作)

       圖例

(四)  止水工法與復水

1.排水工法定義:係指施工中之排水作業(及施工後基礎永久性之排水作業而言)。       

2.復水工法定義:因恐地水下抽取過盛,造成地層下陷等災變,故以深井注水回地層中以平衡土壓、減緩沉陷量。

 3.排水工法及適用性:     

排水原理

 

適用環境

重力式

1.集水井排水工法

表面排水

2.深井排水工法

需大量排水之基地

真空式

1.點井(Well-point)

黏土質,單段多段

2.真空式深井工法

深井,經常性抽水

    *深井封閉工法

 

4.圖例:

 

(五)  觀測系統

1.定義:在工程進行中,利用各種觀測儀器測試擋土壁及支撐構架之應力變化,據此測試資料以掌握現場概況、事中診斷防範未然、及往後設計之參考。

2.觀測地點及適用方式:

觀測地點

觀測儀器

監測重點

開挖基地外

沉陷釘

周遭地層下陷

水位觀測井

地下水位變化

傾度儀

壁體外土壤變形

擋土壁壁體

傾度儀

垂直傾斜度

鋼筋應力計

應變--應力

土壓/水壓計

背土土壓及水壓

觀測釘、鋼琴線或水線

壁體水平曲度

開挖基地內

支撐應變計

水平撐梁支撐應力及彎曲應力

觀測釘

地層下陷

水位觀測井

地下水位

隆起桿

地層隆起

*觀測時間:每日、三日、每週

 3.圖例:

 

 

(六)  基礎形式

1.基礎之定義:係將構造物上部結構的載重傳至土壤岩層;因此基礎為土壤與上部結構物之間傳遞力量的聯繫部份。
其與土壤之接觸壓力應不超過土壤之容許支承力;同時基礎沉陷量應在容許限度內。

(1)             直接基礎基礎版直接置於地盤上,上部結構之載重及外力經由基礎版直接傳遞於支持載重之地盤。(D/B1)

(2)             間接基礎利用樁基或墩基等介於基礎版與支承地盤之間,作為傳遞載重的聯繫部份。(需併用直接基礎形式) 

2.基礎之種類及適用性:

 

 

適用環境

 

直接基礎

獨立基腳

大跨度建築,地盤支承力大且沉陷量小

不適用於塑流性之軟弱地盤

聯合基腳

外柱有偏心載重,兩柱相鄰過近

連續基腳

承重牆佩置在兩柱間

筏基(版基)

軟弱地盤上,設有地下室且水位較淺,之高層建築或重量較大的建物基礎

間接基礎

樁基(墩基)併用直接基礎

高層建築

軟弱地盤上,版基單位載重遠大於地盤支承力

費用高昂

 *基礎形式之圖例

  

3.樁基礎之分類

 (1) 依功能性:

a.       尖端支承樁:樁尖貫穿軟弱層至岩盤,載重完全由樁尖端支承面傳遞至地盤者。

b.       磨擦樁  :樁傳遞載重完全依賴貫入部份之樁壁與土壤間之磨擦力作用者。

c.       下部地盤磨擦支承樁:由貫入部份之磨擦作用與樁尖端支承面兩者共同承擔載重。

d.       壓實樁:主要用來固結地盤組織者。(砂樁)

e.       擋土樁:築堤工程時用以防止斜面地層的滑動

f.       橫力樁:抵抗側向外力之樁,用在河川岸壁、碼頭繫船柱、橋台等。

                      *圖例    

(2) 依材料與製造方式:

a.       木樁:樁尖(樁靴)、樁帽與接合

b.       鋼樁:鋼管樁、型鋼樁

                                   鋼樁之防腐蝕:1.斷面超估法
                                                               2.混凝土(RC)披覆法   
                                                               3.塗裝防蝕法
                                                              
4.電流防蝕法
                                                              
5.靜電陽極法

c.       RC樁
(
) 預鑄樁:離心式RC樁及預力樁、十字樁、竹節磨擦樁
 
(Ⅱ) 現場灌鑄樁:

      
/有殼樁-雷蒙樁(Raymond,螺旋楞形外管)
                     
優寧樁(Union,豎向波形外管)
                    
麥氏管(Macarthur,厚外管薄內管)

           /無殼樁辛浦萊樁
                        *百力達樁(
                        *法蘭基樁(
                 
         預壘樁( SMW三孔工法
                     
   *反循環樁( 

*:可擴座處理 

d.       合成樁:兩種以上不同材料,視樁特性與其實際需要組合而成。

如:木樁(下)vsRC樁(上)

  RC樁(下)vs鋼樁(上)

  

(七)  順打與逆打工法

1.順打工法:傳統依序施作的地下工法,依序為「土方開挖基礎層最底地下層逐次昇起至地面之樓層回填地面樓層」 

2.逆打工法:先行施作擋土壁及預埋基礎柱,施作地面層結構體後,同時上下施作樓層的方式。因為由上而下施作地下樓層的方式故稱之逆打。

3.示意圖

 

4.順打工法與逆打工法之比較

 

逆打工法

順打工法

/結構體上下同時施作,省時

/開挖暴露高度短,安全性高

/較不受天候影響

/安全支撐費用減少

/提早完工,減輕成本利息

/地下施工噪音減小

/工程費用省,易控制

/傳統施作技術,人工易找,品質易控制

/無柱牆接頭隙縫

 

 

/增加通風系統,樁基,逆打鋼柱,土方挖運,假設RC版等費用,工程費高昂

/施工困難度高,二次接合部易不良

/地下層施工空間受到侷限

/地下結構體施工層數受限

/無法自然通風採光,施工效率低

/工期較長

/地下室開挖暴露時間長,易有鄰損地下災變工安事件

/雨季無法作業,危險度高

/地下安全支撐多,限制作業空間,溫差造成應力災變,材料吊放易碰撞

/噪音較大

/開挖深度大,鋼支撐易變形及擋土壁體變形

  

(八)  地下連續壁

1.施工法種類:

      ICOS工法

             BW工法

             SHB工法(MHL掘削機)

            (SMW工法)三桿連續式掘壁機

             PANOSOL工法預製單元壁體

             K-SOLL工法預製單元壁體

2.施作過程:

 「1.整地放樣----2.挖築導溝----3.鋪設PC地坪(軌道)、污泥沉澱池循環池溝----4.安裝掘削機具----5.開挖(測深及污泥處理)----6.(母單元)吊放鋼筋籠----7.連鎖管(隔板)置入----8.特密管灌漿----9.連鎖管(隔板)拔起----(污泥處理) ----10.(公單元)吊放鋼筋籠----11.特密管灌漿」

 

3.連續壁工法之單元接合:

    1)連鎖管法

 2)隔板法----平頭、V型、公母接頭 

 

4.安全與品質控制:

1)安定液之性能與品質/淤泥處理

2)壁體挖掘的安全維護

3)壁溝之精確度(垂直度,橫向平整度)

4)鋼筋籠與預埋接駁物之準確性(吊放與鋼筋接合)

5)Concrete澆置之施工品質

6)壁體施工(垂直)接縫之品質控制

 

 (九)造成基礎破壞之因素-引發之現象課題/成因原理何在/解決之方法對策

1.   基礎不均勻沉陷(unequal settlement)

現象:建物傾斜、建物(基礎)破壞、倒塌

原因:土壤容許支承力不均、不均之樓層載重

           對策:軟弱地盤改良、放大基礎版、打樁基、在軟弱土壤一方加大基腳

              2.軟弱地質的側向崩塌(lateral escape)

現象:建物移位、傾斜,建物(基礎)破壞、倒塌

原因:流砂層或軟泥層經載重壓縮之側向溢擠,引起崩塌或隆起現象(heaving)

           對策:板樁、沉箱、地下連續壁、及地下水位降低

3.傾斜基地的土壤滑動(sliding)

現象:土壤沿斜面滑動、建物崩塌

原因:多見山坡地或傾斜地層,載重的分力(平行傾斜面)大於地層組織的磨擦力

                     對策:打樁、RC擋土牆、砌石護坡(重力式)、地錨

4.土壤失水乾縮

現象:地層下陷、結構體龜裂、倒塌

原因:基礎之下的土壤失水乾縮,至地層下陷而基礎破壞(砂質土壤層居多)

對策:復水(回注水)、

5.氣候的影響

原因:飽和水之黏土顆粒在冰寒地區之氣溫變化,結冰膨脹或解凍收縮導致之基礎破壞

對策:放深基礎至凍結線(冰凍飽和線)以下

           6.側壓外力之影響

原因:側壓力促使基礎產生超量之扭矩作用,甚至鄰棟建物之碰撞

對策:設計基礎之形式深度、放大基礎版、打樁基

 

(十)地下工程之災變

1.支撐構架之缺失

1) 設計之橫撐或地錨強度不足

2) 偷工減料

 

2.開挖底面穩定性之失控

1) 隆起現象(heaving)

a.  軟弱黏土地盤引起

b.  水壓引起

2) 砂湧(砂沸,quick of sand)

3) 管湧、泉湧(出泉)、地下水管破裂

4) 積水泡軟樁基腳或支撐柱

 

3.施工上之缺失

1) 襯版未密合或深埋,引發滲水或隆起

2) 擋土壁與水平橫檔支撐未密接,造成側壓不均

3) 超挖造成擋土壁體之變形

4) 擋土壁體施工不良,導致砂土滲出造成掏空沉陷

 

4.開挖現場鄰近建築物之防護措施

1) 支撐法:型鋼側撐、千斤頂

2) 基礎托底補強:打樁、千斤頂、部份置換土

3) 地盤固化膠化:生石灰、化學劑、環氧樹脂、水玻璃

4) 砂質地盤之均勻沉陷:點井法

 

5.基地附近有舊坑道

1) 施工前之工址(地質)調查與鑽探確實

2) 回填舊坑道或地盤固結(打樁或封死)

 

 [[以上範圍為期中考內容]]  

     

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