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研究生： 王韋舜
Wei-Shun Wang
論文名稱： 基樁抗壓與抗拉極限承載力之差異
The difference of shaft frictions of tensile and compressive piles
指導教授： 黃俊鴻
Jing-Hung Hwang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 186
中文關鍵詞： 樁基礎 、樁載重試驗 、直接剪力試驗 、樁-土界面 、模型試驗 、摩擦力
外文關鍵詞： pile-soil interface, direct shear test, pile load test, model test, friction, pile
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    • 樁基礎在承壓與受拉時，因為受力機制的不同，使得彼此的行為也有所不同，這樣的行為差異在樁身摩擦力上最常被討論。由前人的研究結果顯示，許多學者指出基樁承壓與抗拉之樁身摩擦力，均有明顯的差異。其中，Tomlinson（1977）指出砂質土層中，基樁受拉拔時的樁身摩擦力約為受壓時的50％。由Mansur & Hunter（1970）於美國Arkansas River的研究計畫中指出打入式基樁承受拉拔力時，其樁身摩擦力約為受壓時的65％。茶古文雄（1994）整理日本地區的現地樁載重試驗的結果，指出基樁受拉時的樁身摩擦力約為受壓時的80％。為了瞭解基樁抗壓與抗拉承載力之差異，本研究利用直接剪力試驗儀進行一系列的樁-土界面試驗，藉以模擬樁身與樁周土壤間之摩擦行為。緊接著，再利用模型基樁載重試驗來進一步探討基樁承壓與受拉時承載力之差異。由試驗結果顯示，不論是直剪界面試驗或模型樁試驗，對於基樁承壓與受拉時之摩擦力，其差
    異並非十分顯著。

    The objective of this study is to investigate the difference of shaft frictions between tensile and compressive piles, by comparing the results of direct shear and model pile test. Previous results indicate that the shaft frictions of tension and compressive piles are different. For examples, Tomlinson (1977) proposed that the ratio of tensile and compressive shaft capacities is 50% for piles driven into sand. The American Arkansas River project report, as pointed out by Mansur & Hunter (1970) showed that the ratio of tensile and compressive shaft capacities is about 65% for driven piles. Based on the results of in-situ pile load test in Japan, Fumio Sako (1994) presented that the ratio of tensile and compressive shaft capacities is about 80%. In order to understand the difference of shaft frictions of tensile and compressive piles, this study performed pile-soil interface test by direct shear test first, for simulating interface frictions in different directions between shaft and the soil around the pile, theu, carried out same use model pile tests to investigate the difference of shaft frictions of tensile and compressive piles. Based on the test results, it seems that shaft frictions of
    tensile and compressive piles are of little.

    目 錄 摘 要 I ABSTRAC II 目 錄 III 表 目 錄 V 圖 目 錄 VII 符 號 說 明 XV 第一章 緒 論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 研究方法與流程 2 1-3 論文架構 2 第二章 文獻回顧 5 2-1 現地基樁載重試驗法 5 2-2 基樁承壓之行為與機制 8 2-3 基樁拉拔之行為與機制 10 2-4 基樁與土壤之摩擦行為 14 2-5 基樁承壓與抗拉之差異 20 第三章 樁土界面試驗 25 3-1 試驗規劃與設計 25 3-2 試驗土樣 28 3-3 試驗儀器與相關設備 31 3-4 試驗方法 40 3-4-1 黏性土樣之重模試體之製作 40 3-4-2 直剪界面試驗 40 3-5 試驗結果分析與比較 45 3-5-1 砂性土壤之試驗結果 45 3-5-2 黏性土壤之試驗結果 47 3-5-3 綜合結果分析與討論 48 第四章 模型樁載重試驗 121 4-1 試驗規劃與設計 121 4-2 試驗土樣 121 4-3 試驗儀器與相關設備 122 4-4 試驗方法 141 4-4-1 試體製作 141 4-4-2 模型基樁載重試驗 148 4-5 試驗結果分析與比較 150 4-5-1 福隆砂之試驗結果分析與討論 150 4-5-2 台北沈泥之試驗結果分析與討論 162 4-5-3 綜合分析與討論 163 4-5-4 其它試驗結果之分析與討論 174 第五章 結論與建議 179 5-1 結論 179 5-2 建議 180 參考文獻 181 表 目 錄 表2-1 樁土界面δ/ψ值（Kulhawy et al.，1983） 15 表2-2 不同樁材摩擦係數之比較（Potyondy，1961） 17 表2-2（續）不同樁材摩擦係數之比較（Potyondy，1961） 18 表2-3 前人對側向土壓力係數之建議值（Kezdi，1975） 19 表2-4 不同加載條件下之樁身極限摩擦阻抗比（Amira，1995） 21 表2-5 剛性樁與νp＝0之承載比 22 表2-6 現地樁載重試驗明細表（Randolph et al.，1993） 23 表3-1 砂性土壤之基本物理性質 29 表3-2 黏性土壤之基本物理性質 29 表3-3 垂直加載設備與感應器 34 表3-4 麥寮砂之試驗結果 50 表3-5 麥寮砂之摩擦比 51 表3-6 麥寮砂之降伏位移 52 表3-7 麥寮砂之剪切勁度 53 表3-8 渥太華砂之試驗結果 68 表3-9 渥太華砂之摩擦比 69 表3-10 渥太華砂之降伏位移 70 表3-11 渥太華砂之剪切勁度 71 表3-12 福隆砂之試驗結果 86 表3-13 福隆砂之摩擦比 87 表3-14 福隆砂之降伏位移 88 表3-15 福隆砂之剪切勁度 89 表3-16 麥寮砂之界面摩擦應力關係值 104 表3-17 渥太華砂之界面摩擦應力關係值 105 表3-18 福隆砂之界面摩擦應力關係值 106 表3-19 台北沈泥之試驗結果 107 表3-20 中大紅土之試驗結果 107 表3-21 台北沈泥之降伏位移與剪切勁度 108 表3-22 中大紅土之降伏位移與剪切勁度 109 表4-1 基樁加載系統之載重對應值 137 圖 目 錄 圖1-1 研究流程圖 4 圖2-1 基樁受壓時之載重-位移曲線（Tomlinson , 1970） 9 圖2-2 基樁受壓時之軸身應力分佈（Tomlinson , 1970） 9 圖2-3 黏土層中基樁受壓時之位移發展情形（ Parry，1977） 10 圖2-4 土壤剪應力與位移關係圖（Poulos , 1980） 11 圖2-5 基樁受拉時之軸身應力分佈（Kulhawy , 1985） 12 圖2-6 基樁受拉時之位移發展情形（Kulhawy , 1985） 12 圖2-7 拉拔力所造成之組合性破壞面（Kulhawy , 1985） 13 圖2-8 砂土層中基樁受拉時之破壞面（Chattopadhyay & Pise，1986） 13 圖2-9 黏土層中基樁抗拔力差異之比較（Meyerhof & Adams，1968） 14 圖2-10 砂土表面性質對摩擦係數之影響（Yoshimi & Kishida，1981） 19 圖2-11 現地試驗基樁摩擦力之比較（Randolph et al.，1993） 24 圖3-1 基礎土壤承載機制與室內試驗之對應(Kulhawy與Mayne, 1990) 26 圖3-2 現地基樁受力行為之室內試驗模擬 27 圖3-3 砂性土壤之SEM顯像（放大50倍） 30 圖3-4 黏性土壤之SEM顯像 30 圖3-5 直接剪力試驗儀示意圖 32 圖3-6 直接剪力試驗儀 33 圖3-7 直接剪力試驗儀之各部分零件 33 圖3-8 改良式水平剪力施加設備與剪力盒 34 圖3-9 Surftest SJ-301表面粗糙度檢測儀 35 圖3-10 樁材表面粗糙度量測結果 36 圖3-10（續）樁材表面粗糙度量測結果 37 圖3-11 表面粗糙度表示方法 38 圖3-12 CR-10X資料擷取器 39 圖3-13 CR-10X資料擷取器與電腦連接之方式 39 圖3-14 直剪界面試驗流程圖 42 圖3-15 試體靜置壓密 43 圖3-16 試驗結果各部分意義示意圖 49 圖3-17 M40S之直剪界面試驗關係曲線 54 圖3-18 M60S之直剪界面試驗關係曲線 55 圖3-19 M80S之直剪界面試驗關係曲線 56 圖3-20 M40RC之直剪界面試驗關係曲線 57 圖3-21 M60RC之直剪界面試驗關係曲線 58 圖3-22 M80RC之直剪界面試驗關係曲線 59 圖3-23 M40SC之直剪界面試驗關係曲線 60 圖3-24 M60SC之直剪界面試驗關係曲線 61 圖3-25 M80SC之直剪界面試驗關係曲線 62 圖3-26 M40S之莫爾庫侖關係圖 63 圖3-27 M60S之莫爾庫侖關係圖 63 圖3-28 M80S之莫爾庫侖關係圖 64 圖3-29 M40RC之莫爾庫侖關係圖 64 圖3-30 M60RC之莫爾庫侖關係圖 65 圖3-31 M80RC之莫爾庫侖關係圖 65 圖3-32 M40SC之莫爾庫侖關係圖 66 圖3-33 M60SC之莫爾庫侖關係圖 66 圖3-34 M80SC之莫爾庫侖關係圖 67 圖3-35 W40S之直剪界面試驗關係曲線 72 圖3-36 W60S之直剪界面試驗關係曲線 73 圖3-37 W80S之直剪界面試驗關係曲線 74 圖3-38 W40RC之直剪界面試驗關係曲線 75 圖3-39 W60RC之直剪界面試驗關係曲線 76 圖3-40 W80RC之直剪界面試驗關係曲線 77 圖3-41 W40SC之直剪界面試驗關係曲線 78 圖3-42 W60SC之直剪界面試驗關係曲線 79 圖3-43 W80SC之直剪界面試驗關係曲線 80 圖3-44 W40S之莫爾庫侖關係圖 81 圖3-45 W60S之莫爾庫侖關係圖 81 圖3-46 W80S之莫爾庫侖關係圖 82 圖3-47 W40RC之莫爾庫侖關係圖 82 圖3-48 W60RC之莫爾庫侖關係圖 83 圖3-49 W80RC之莫爾庫侖關係圖 83 圖3-50 W40SC之莫爾庫侖關係圖 84 圖3-51 W60SC之莫爾庫侖關係圖 84 圖3-52 W80SC之莫爾庫侖關係圖 85 圖3-53 F40S之直剪界面試驗關係曲線 90 圖3-54 F60S之直剪界面試驗關係曲線 91 圖3-55 F80S之直剪界面試驗關係曲線 92 圖3-56 F40RC之直剪界面試驗關係曲線 93 圖3-57 F60RC之直剪界面試驗關係曲線 94 圖3-58 F80RC之直剪界面試驗關係曲線 95 圖3-59 F40SC之直剪界面試驗關係曲線 96 圖3-60 F60SC之直剪界面試驗關係曲線 97 圖3-61 F80SC之直剪界面試驗關係曲線 98 圖3-62 F40S之莫爾庫侖關係圖 99 圖3-63 F60S之莫爾庫侖關係圖 99 圖3-64 F80S之莫爾庫侖關係圖 100 圖3-65 F40RC之莫爾庫侖關係圖 100 圖3-66 F60RC之莫爾庫侖關係圖 101 圖3-67 F80RC之莫爾庫侖關係圖 101 圖3-68 F40SC之莫爾庫侖關係圖 102 圖3-69 F60SC之莫爾庫侖關係圖 102 圖3-70 F80SC之莫爾庫侖關係圖 103 圖3-71 TS之直剪界面試驗關係曲線 110 圖3-72 TRC之直剪界面試驗關係曲線 111 圖3-73 TSC之直剪界面試驗關係曲線 112 圖3-74 TS之莫爾庫侖關係圖 113 圖3-75 TRC之莫爾庫侖關係圖 113 圖3-76 TSC之莫爾庫侖關係圖 114 圖3-77 CS之直剪界面試驗關係曲線 115 圖3-78 CRC之直剪界面試驗關係曲線 116 圖3-79 CSC之直剪界面試驗關係曲線 117 圖3-80 CS之莫爾庫侖關係圖 118 圖3-81 CRC之莫爾庫侖關係圖 118 圖3-82 CSC之莫爾庫侖關係圖 119 圖4-1 移動式霣降機示意圖 123 圖4-2 移動式霣降機實景 124 圖4-3 盛土漏斗 124 圖4-4 大型壓密儀與模型試驗箱配置圖 125 圖4-5 試驗箱底部詳圖 127 圖4-6 應變規及黏結劑 128 圖4-7 模型計測樁之樁身設計圖 129 圖4-8 模型樁樁頂延伸構件 130 圖4-9 LBS-50鈕釦型荷重計 131 圖4-10 樁底衡盒室設計圖 131 圖4-11 樁底衡盒室 132 圖4-12 模型基樁組裝完成圖 132 圖4-13 模型樁校正架 133 圖4-14 樁頂荷重計之校正 134 圖4-15 樁底荷重計之校正 134 圖4-16 樁身應變規之校正（壓） 135 圖4-17 樁身應變規之校正（拉） 135 圖4-18 基樁載重施加壓力系統設計示意圖 138 圖4-19 基樁載重施加拉力系統設計示意圖 139 圖4-20 基樁載重施加系統 140 圖4-21 UCAM-10A資料擷取器 140 圖4-22 落距與相對密度之關係圖（陳泓文，1999） 142 圖4-23 管徑與相對密度之關係圖（陳泓文，1999） 143 圖4-24 砂性土壤飽和示意圖 143 圖4-25 黏土試體製作相關流程圖 145 圖4-26 無圍壓縮試驗 146 圖4-27 扭剪試驗儀（torvane） 147 圖4-28 扭剪試驗 147 圖4-29 基樁植入方式 149 圖4-30 福隆砂試體置樁期間之貫入阻抗變化 151 圖4-31 福隆砂之樁載重抗壓試驗結果 152 圖4-32 福隆砂之樁載重抗拉試驗結果 152 圖4-33 福隆砂抗壓試驗之原始樁身荷載傳遞變化曲線圖 153 圖4-34 福隆砂抗壓試驗之原始樁身摩擦應力變化圖 153 圖4-35 福隆砂抗壓試驗之修正樁身荷載傳遞變化曲線圖 154 圖4-36 福隆砂抗壓試驗之修正樁身摩擦應力變化圖 154 圖4-37 福隆砂抗壓試驗之簡化樁身荷載傳遞變化曲線圖 155 圖4-38 福隆砂抗壓試驗之簡化樁身摩擦應力變化圖 155 圖4-39 福隆砂抗拉試驗之原始樁身荷載傳遞變化曲線圖 156 圖4-40 福隆砂抗拉試驗之原始樁身摩擦應力變化圖 156 圖4-41 福隆砂抗拉試驗之修正樁身荷載傳遞變化曲線圖 157 圖4-42 福隆砂抗拉試驗之修正樁身摩擦應力變化圖 157 圖4-43 福隆砂抗拉試驗之簡化樁身荷載傳遞變化曲線圖 158 圖4-44 福隆砂抗拉試驗之簡化樁身摩擦應力變化圖 158 圖4-45 福隆砂抗壓試驗之原始t~Z曲線 159 圖4-46 福隆砂抗拉試驗之原始t~Z曲線 159 圖4-47 福隆砂抗壓試驗之修正t~Z曲線 160 圖4-48 福隆砂抗拉試驗之修正t~Z曲線 160 圖4-49 福隆砂模型樁載重試驗之簡化t~Z曲線 161 圖4-50 福隆砂模型樁載重試驗之分段t~Z曲線 161 圖4-51 台北沈泥試體置樁期間之貫入阻抗 163 圖4-52 台北沈泥之樁載重抗壓試驗結果 164 圖4-53 台北沈泥之樁載重抗拉試驗結果 164 圖4-54 台北沈泥抗壓試驗之原始樁身荷載傳遞變化曲線圖 165 圖4-55 台北沈泥抗壓試驗之原始樁身摩擦應力變化圖 165 圖4-56 台北沈泥抗壓試驗之修正樁身荷載傳遞變化曲線圖 166 圖4-57 台北沈泥抗壓試驗之修正樁身摩擦應力變化圖 166 圖4-58 台北沈泥抗壓試驗之簡化樁身荷載傳遞變化曲線圖 167 圖4-59 台北沈泥抗壓試驗之簡化樁身摩擦應力變化圖 167 圖4-60 台北沈泥抗拉試驗之原始樁身荷載傳遞變化曲線圖 168 圖4-61 台北沈泥抗拉試驗之原始樁身摩擦應力變化圖 168 圖4-62 台北沈泥抗拉試驗之修正樁身荷載傳遞變化曲線圖 169 圖4-63 台北沈泥抗拉試驗之修正樁身摩擦應力變化圖 169 圖4-64 台北沈泥抗拉試驗之簡化樁身荷載傳遞變化曲線圖 170 圖4-65 台北沈泥抗拉試驗之簡化樁身摩擦應力變化圖 170 圖4-66 台北沈泥抗壓試驗之原始t~Z曲線 171 圖4-67 台北沈泥抗拉試驗之原始t~Z曲線 171 圖4-68 台北沈泥抗壓試驗之修正t~Z曲線 172 圖4-69 台北沈泥抗拉試驗之修正t~Z曲線 172 圖4-70 台北沈泥模型樁載重試驗之簡化t~Z曲線 173 圖4-71 台北沈泥模型樁載重試驗之分段t~Z曲線 173 圖4-72 福隆砂之樁載重再壓試驗結果（壓完後再壓） 175 圖4-73 福隆砂之樁載重再拉試驗結果（壓完後再拉） 175 圖4-74 福隆砂之樁載重再壓試驗結果（壓拉完後再壓） 176 圖4-75 福隆砂之樁載重再拉試驗結果（拉壓完後再拉） 176 圖4-76 台北沈泥之樁載重再壓試驗結果（壓完後再壓） 177 圖4-77 台北沈泥之樁載重再拉試驗結果（壓完後再拉） 177 圖4-78 台北沈泥之樁載重再壓試驗結果（壓拉完後再壓） 178 圖4-79 台北沈泥之樁載重再拉試驗結果（拉壓完後再拉） 178

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