高性能預鑄型土釘工法的研發

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Title:	高性能預鑄型土釘工法的研發
Authors:	洪勇善
Keywords:	高性能;預鑄釘;拉出阻抗
Date:	2019-11-07
Issue Date:	2020-03-14 12:10:51 (UTC+8)
Publisher:	科技部工程司
Abstract:	本計畫目的在於開發出能應用於地質構造複雜且惡劣地層的土釘，避免因坍孔導致灌漿困難或不實的釘體，同時解決傳統灌漿釘摩擦阻抗不足的問題。因此，本研究朝向研發具高拉拔能力的預鑄釘(文中稱高性能預鑄釘)，該型態土釘可依現地地質條件採用直接鑽掘置入與注漿，確保釘體與周圍土壤完全握裹。此拉出阻抗除來自於釘體與周圍土壤摩擦機制外，亦使釘體於地層中發揮被動土壓阻抗，大幅提升拉拔能力。鑑於上述的研發理念，本產學合作計畫以實驗為基礎，探討高性能預鑄釘與傳統灌漿釘之拉出行為的差異，以釐清釘-土間各機制提供的拉拔發揮能力，及其影響的關鍵因子。目前經過8個月的研發成果，針對2款預鑄釘型態(連續型與非連續型節瘤)與4種釘徑(40 mm、50 mm、60 mm與80 mm)，獲得初步結論：(1)傳統灌漿釘在初始拉出位移即發揮拉出阻抗，於位移9 mm內可達尖峰拉出力；而高性能預鑄釘因拉拔能力更高，依不同型態與直徑達尖峰拉出力所需位移更大(11 mm -19 mm)，其尖峰拉出力較傳統灌漿釘高約40% - 104%。(2)不論何種型態的高性能預鑄釘與釘徑，在大位移30 mm時之殘餘拉出力仍有尖峰值的90%，優於傳統灌漿釘僅剩餘約80%的尖峰拉出力；此項性能對於惡劣地層需考量大變形的殘餘能力之設計值時，將提供更低拉拔力的損失與更高的經濟效益。(3)針對目前2款高性能預鑄釘的研發，發現釘桿上的節瘤間距，是拉拔能力的關鍵因素；依據相關深層版錨文獻，有關破壞面發展的建議，設計非連續型節瘤的高性能預鑄釘，其拉拔能力較連續型節瘤釘高約7% - 20%，且其增益效果隨釘徑越大則越明顯。(4)綜觀本計畫開發出擴座節瘤，以提高土釘拉拔能力，此類高性能預鑄釘除了釘-土間的摩擦機制外，更提供節瘤作用於土中的被動土壓阻抗，前者僅需極小相對位移即可完全發揮，後者則需較大土壤位移方能完全發揮，這也清楚的解釋前述(1)所獲得的結論，為何高性能預鑄釘需較大位移才達尖峰拉出力。(5)研究中亦探討單一節瘤的被動土壓發揮能力，用以推估多節瘤型態釘體的理想拉出力；分析結果獲得目前非連續型預鑄釘僅為理想拉出力的95% - 43%，隨釘徑增加而此拉出百分比越小。推估原因是土釘在拉出時擴座節瘤間的土壤，除了擠壓的被動區外，同時存在解壓的主動區，其複雜的機制不同於一般的版錨系統，也因此推估目前非連續型節瘤的高性能預鑄釘的節瘤間距可能不足以驅動被動土壓阻抗完整的發揮。基於前述初步的結論與假說，本計畫、本年度後續的研究重點，除了持續開發出新型的高性能預鑄釘外，亦需釐清釘桿上足以完全發揮被動土壓阻抗所需的節瘤間距。
Appears in Collections:	[Graduate Institute & Department of Civil Engineering] Proceeding

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