WINTER Template 山區道路背拉式地錨及止滑排樁穩定邊坡 之力學行為三維數值分析 國立中興大學水土保持學系 專題討論(四) 授課老師 : 陳文福 教授 指導老師 : 林德貴 教授 簡報學生 : 林韋君 學號 : 7100042023 簡報日期 : 2013/5/24 Template

02 前言(1/2) 研究動機 　　台灣山坡地災害可以約略分類為淺層崩塌、深層地滑。目前國內針對這些崩塌地處理大致分為坡面排水、坡面改善、坡面保護、坡腳擋土等，其施作工法如土釘、地錨、擋土排樁及擋土牆等。因此針對各工法對於邊坡穩定性之貢獻，已成為我們必須探討之課題。

03 前言(2/2) 研究目的 　　背拉地錨及擋土排樁為常用在邊坡止滑之主要工法，其抗滑能力來自於周圍土體的抵抗能力，以及土體與結構間之力學互制行為。 　　然而，因現地地質複雜以及不確定性，常造成結構本身之抵抗能力無法正確預估。目前國內外文獻已有針對地錨及排樁進行數值分析，探討地錨之預力荷重損失、排樁抵抗力、彎矩及邊坡穩定之效益，但在數值分析上多經過簡化且參數設定不周詳，研究成果運用於現場邊坡仍欠缺考量。 　　因此本研究建立三維數值模型並進行多組參數設定，以探討地錨及排樁與邊坡之間力學互制機制及邊坡穩定性之貢獻，期望作為日後背拉式地錨及擋土排樁設計之評估。

排樁之設計原則 文獻回顧(1/5) 04 (1)樁徑 國內常用預壘樁樁徑為30 cm~60 cm。(施工安全技術手冊，2000) (b) RC排樁樁徑至少要50 cm以上才符合安全考量。(倪至寬，2004) (2)打設長度 樁型式 普通樁長(m) 最大樁長(m) 鋼 15~60 沒有限制 預鑄混凝土 預鑄 10~15 30 預力 10~35 60 加套場鑄混凝土 5~15 15~40 未加套場鑄混凝土 30~40 (DAS, 2007) (3)打設間距 排樁間距通常需介於2~4倍樁徑之水平間距才能發揮 土拱效應，有效阻止邊坡滑動。(Duncan and Wright, 2005)

排樁打設間距對邊坡穩定性之影響 文獻回顧(2/5) 05 安全係數隨著排樁打設間距變大而減少 排樁間之土拱效應 (Poulous et al. ,1995) (Cai and Ugai , 2000) (Jeong et al. , 2003) (Won et al. , 2005) (Ashour et al. , 2012) 排樁間之土拱效應 　ab上為一覆土平台，而ab為一活門(trapdoor)可向下移動。 　當ab向下移動時，原本作用於ab上的應力經由ac、bd面上的剪力傳遞到周圍的區域。這種應力傳遞現象稱之為拱效應(arching)。 (Terzaghi, 1967)

WINTER Template 排樁打設位置對邊坡穩定性之影響 文獻回顧(3/5) 06 (Cai and Ugai, 2000) 排樁打設位置對邊坡穩定性之影響　　 Template (Cai and Ugai, 2000) (Jeong et al., 2003) (Won et al., 2005) Wei and Cheng (2009)認為排樁最佳位置 應介於斜坡中點與無樁臨界滑動面中點 Ashour et al. (2012) 認為邊坡中點處到坡址 之間有最高安全係數。

地錨之構造 文獻回顧(4/5) 07 (1) 錨定段 提供錨定力之部分。 (地錨設計與施工準則暨解說，1998) (2) 自由段 提供錨定力之部分。　(地錨設計與施工準則暨解說，1998) (2) 自由段 抗張材受拉伸張及傳遞錨碇力至錨頭之部分。　 (3) 錨頭 承受鎖定抗張材及傳遞錨碇力至承壓結構之部分 (鎖定器、承壓鈑及錨座)。　

地錨之設計原則 文獻回顧(5/5) 08 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1.5m 地錨傾角須在水平面±10º以外。 地錨間距 自由段長度之設計 (至少 > 4m) 錨定段長度之設計為3~10m 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1.5m BSI (1989) 4倍之錨碇段直徑以上，一般採用最小間距範圍為1.5~2m PTI (1980) 6倍之錨碇段直徑以上，1.2m AASHTO (1992) 4倍之錨碇段直徑以上，1.2m DIN (1988) 工作荷重達70噸之地錨，其錨碇段中心距最小為1公尺；達130噸之地錨，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。

09 研究方法(1/4) 研究流程　　

崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 10 研究方法(2/4) 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 數值模型　　

WINTER Template 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 研究方法(3/4) 11 排樁參數設定 排樁打設長度 　　若擋土排樁打設長度不足而未能穿過潛在滑動面時，則在暴雨或地震期 　間，排樁將無法發揮其應有之穩定效果，並可能產生較大位移、傾斜甚至 　破壞。再者，由於在均質虛擬邊坡進行強度折減穩定分析運算時，無法事 　先獲得潛在滑動面之位置，因此吾人可設定三組樁長Lp=6 m、9 m及12 m，　 　以探討排樁打設長度與潛在滑動面形成之關係，及其對邊坡穩定性之影響。 排樁打設間距 　　排樁間之土拱效應所產生的剪力阻抗，將具有減緩邊坡向下滑動之趨勢。 　由於排樁打設間距將影響土拱效應的發展，因此，本研究設定排樁打設間 　距比Rs=S/D=1、2及3等三組不同打設間距。其中，D=樁徑，S=兩相鄰 　排樁中心之間距。 Template

崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 12 研究方法(4/4) 崩積層-均質+崩積層/岩層-異質邊坡設計參數研究 地錨參數設定 地錨尺寸設計 　　地錨之尺寸可略分為自由段(Lf)及錨碇段(La)，而錨碇段為主要提供 　錨碇力之部分。本研究依據地錨設計與施工準則暨解說(1998)設定 　總長度為20m，錨碇段長度為6m、8m及10m三組不同之地錨尺寸。 地錨傾角 　　基於施工上的考量，地錨之傾角應避免在水平面上下10度範圍內。　 　本研究依據國內、外常用之地錨傾角(θ = 10°~45°之俯角)採用30°、　 　40°及50°來探討不同之地錨傾角對邊坡穩定性之影響。 地錨預力 　　地錨預力須配合地層條件施加，以提供結構物設計功能必須之錨碇 　阻抗。本研究採用50噸、60噸及70噸之預力施加來探討不同之地錨預　 　力對邊坡穩定性之影響。

13 初步成果(1/3) 排樁打設間距 　　彙整不同地層之邊坡打設間距之研究成果，崩積層-均質邊坡各間距之穩定性安全係數FS均高於崩積層/岩層-異質邊坡。 　　兩者之FS皆隨打設間距增加而遞減，而在排樁打設間距S/D=34時，FS明顯降低。可確認打設間距S/D =3為最佳打設間距。 不同地層邊坡之排樁間距位置對FS之影響

14 初步成果(2/3) 排樁打設長度 　　由結果所示，均質邊坡之穩定性安全係數FS隨著打設長度之增加而提升，即在Lp=12 m之情況，可獲得最大之FS。 　　而異質邊坡之FS並不隨著排樁入岩深度比Rr之增加而變化。由此可推知在強度折減穩定性分析中，排樁一旦穿過崩積層進入岩層後，FS之計算將不受入岩深度影響。　　 不同排樁打設長度對均質邊坡穩定性之影響 不同入岩深度比對異質邊坡穩定性之影響

地錨傾角對邊坡穩定性之影響 初步成果(3 /3) 15 步驟1：初始邊坡 步驟2：打設排樁 步驟3：打設地錨 步驟4：加交通載重 　　由此可得 : 　　邊坡之穩定性安全係數採用地錨傾角為30度時最為合適

16 後續研究+預期成果 地錨尺寸+地錨預力　　 　　將繼續模擬不同錨碇段與自由段長度之變化及不同之地錨預力施加，探討其對山區道路邊坡穩定性之影響，以求作為日後背拉式地錨及擋土排樁設計之評估。 　　

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