modern 238

台北縣政府行政大樓興建工程背拉地錨試驗之探討
☆盧錫煥 ☆☆洪魁森 ☆☆☆盧彥成 ☆☆☆☆李逸龍

關鍵字：變直徑擴座地錨、証明試驗、現場適用性試驗、群錨效應試驗、預力潛變

摘要
　　台灣近年來經濟成長迅速，很多建築因為空間之需求均往高空興建，而鞏固基礎得往下開挖深基礎，今台北縣政府行政大樓興建工程，地上33層，地下四層深-20M，該基地長150M，寬90M，由於工程地下室開挖支撐原設計係採用型鋼支撐，作為安全措施之工法，經榮民工程股份有限公司研討其施工較為繁複耗時，若欲於約定期限內完成甚為困難，為考量工期及品質之掌握，改採用背拉地錨，為爭取時效，採用地錨灌漿後24小時至48小時即可施拉預力之做法以減少施工中之突發工程災害，而工程地質均為鬆散之沉泥質細砂，N值在10~15之間，為安全起見，特在現場施做証明試驗9支﹑現場適用性試驗10支和群錨效應試驗5支，尤其適用性試驗依照[Ⅰ]FIP規範及(DIN1988)建議以細粒土層試驗之荷重循環階段與最小觀測時間為0.4Tw觀測30分鐘，0.6 Tw觀測30分鐘，0.8 Tw觀測120分鐘，1.0 Tw觀測180分鐘，1.2 Tw觀測1440分鐘，並求取預力潛變及極限荷重(依德國規範DIN 4125 1988)建議，上述諸試驗值均合乎設計需求才得正式施工。在正式施工中，為確實掌握各排地錨受覆土壓﹑水壓及地質實際直接影嚮，特別在各排開挖施工地錨後，再先做適用性試驗，了解其錨碇行為，確實合乎設計需求後再繼續施工。而工作地錨建議每10支抽取1支做特別驗收試驗，其餘每支地錨均做例行驗收試驗，且預力鎖定後切除端線48小時後再複拉，預力鎖定在Po(1.1Pw)以策安全。本文試驗結論，在大漢溪沖積層之鬆散軟弱地層採用「變直徑擴座地錨工法」，灌漿採用附加「添加早強劑工法」，灌漿後24~48小時即可施拉預力，依DIN1988建議求取極限荷重合乎設計需求者，始進行地錨施工，以減少施工中之突發工程災害，並得以穩固主體結構安全。

二﹑現場證明試驗
　　榮民工程股份有限公司得標台北縣政府行政大樓興建工程後，為瞭解背拉預力地錨之可行性，隨即進行現場證明試驗，共進行9組PCBAⅡ 地錨工法，分別就總長度﹑地質﹑水泥量﹑水泥添加劑(PL-1)和擴座直徑﹑擴座長度，以回收式及不回收式，依FIP規範步驟試驗，試驗結果除NO.4回收式之錨碇體以分段固定在不同地層內，且施拉力有別於不回收式，而最大拉力僅40T外，其他均70T至135T，且其中將NO.1Ａ最大試驗拉力拉至95T拉脫後，將其殘留荷重由電子荷重計及握線器鎖定於56T，觀測72小時，54.1T預力消失3.4%<7%，合乎BSI.1989初始既存荷重隨時間之容許損失量(BSI.1989)。繼續觀測40天，荷重為53T，為確認在40天中所埋設之電子荷重計是否在埋設期間遭受潮濕或外力影嚮，再用另一個荷重計做兩套電子荷重計雙重校正，結果，新舊略有差異，故以新裝設之電子荷重計為準，測得53T之既存荷重，由此潛變試驗獲得PCBAⅡ工法之變直徑擴座地錨其錨碇力比習用之地錨大以外，在最大試驗荷重拉脫後之殘留應力尚存有60%以上，由此證明試驗肯定PCBAⅡ工法使用之可行性。詳附表一供參考。

表一地錨現場證明試驗長度─地質─水泥量─荷重之關係圖

編號	性質	鋼鍵數12.7mmφ	總長m	錨碇端擴座(m) 長地質		水泥量(包)	添加劑PL-1(kg)	灌漿日期	試驗日期	最大試驗拉力(T)	限制荷重(T)	擴孔葉片(CM)
1	不回收	10	21	8	CL.ML	15	15	86.12.12	86.12.23	70	51	40
2	不回收	10	20	8	SM	15	15	86.12.13	86.12.24	135	91	40
3	不回收	10	17	8	SM	14	14	86.12.13	86.12.24	117	81	40
4	回收	10	14	5	SM	12	12	86.12.14	86.12.25	40	30	40
5	回收	10	19	5	SM	15	15	86.12.14	86.12.25	105	88	40
4A	回收	10	14	5	SM	13	13	86.12.29	86.12.31	70	57.5	50
4B	回收	10	16.5	5	SM	15	15	86.12.30	86.12.13	82	62	40
1A	不回收	8	23	10	CL.ML	18	18	86.12.30	87.1.1.	95	71	40

註：1A 87.1.3置電子荷重計，由握線器鎖定於56Ton作長期觀測
結果如下：
24小時54.3T　　　　　　　　預力消失3.1%
48小時54T 　　　　　　　　預力消失3.6%
72小時54.1T　　　　　　　　預力消失3.4%　　<　　6%　 O.K.
(依據中國土木水利工程學會"地錨設計與施工準則之研究"8-23表8.3.2初始既存荷重隨時間之容許損失量(BSI.1989)24小時6%，三天7%，10天8%以內合格。
40天53T　　　　　預力消失5.4%，採用雙重荷重計重複求證預力消失(潛變)

三﹑現場適用性試驗
　　本工程PCBAⅡ工法變直徑擴座地錨做為背拉支撐工法後，即將開挖臨時擋土支撐施工替代方案報告(施工計劃)提送業主：台北縣政府，再由業主提送外審：由台灣省土木技師公會審查，並于87.4.30獲同意後隨即進行現場適用性試驗。往例之現場適用性試驗均在工程尚未正式施工前(如同證明試驗)在工程基地內施做後，再正式施工做工作地錨，而這種型式之試驗也均以與地表垂直做試驗，但是背拉支撐地錨均為傾斜式，俯角20o以上，且大都在地下水位以下，而在地表上(水位以上)垂直施做之適用性試驗地錨，其行為要做為在地下水位以下之工作地錨之驗收參考依據，實有差異之處。再者，本工程為台灣深開挖背拉地錨首例之一，為安全起見，特別將現場適用性地錨設在各排工作地錨中先選取4~10支不等，並依FIP規範及(DIN1988)建議，以細粒土層試驗之荷重循環階段與最小觀測時間為0.4Tw觀測30分鐘，0.6Tw觀測30分鐘，0.8Tw觀測120分鐘，1.0Tw觀測180分鐘，1.2 Tw觀測1440分鐘，並求取預力潛變及極限荷重(依德國規範DIN4125.1988)建議，上述試驗值均合乎設計需求才得正式施做工作地錨。各排之適用性試驗詳附表二供參考。

表二適用性試驗結果

1.有效自由長度研判結果如下表

試驗編號	有效自由長Lef	自由端長Lft	檢核0.9>Lft	錨碇端長Lat	檢核≦Lft+0.5Lat
GT-1	15.9M	15M	>13.5M(OK)	5M	≦17.5M(OK)
GT-2	13.8M	15M	>13.5M(OK)	5M	≦17M(OK)
GT-3	15.2M	15M	>13.5M(OK)	5M	≦17.5M(OK)
GT-4	19.5M	15M	>13.5M(OK)	5M	≦18M(OK)
GT-4*	14.6M	15M	>13.5M(OK)	5M	≦18M(OK)
GT-5	16.1M	15M	>13.5M(OK)	5M	≦17.5M(OK)

2.各地錨之摩擦損失( R)如下表

試驗編號	R(tons)
GT-1	9(torns)
GT-2	4(tons)
GT-3	4(tons)
GT-4	10(tons)
GT-4*	5(tons)
GT-5	2(tons)

3.各地錨每一階段荷重之潛變係數如下表：

試驗編號	Ks(16tons)	Ks(24tons)	Ks(32tons)	Ks(40tons)	Ks(48tons)
GT-1	0.69mm	1.04mm	1.11mm	1.01mm	0.95mm
GT-2	1.24mm	0.4mm	0.89mm	0.2mm	0.09mm
GT-3	0.02mm	0mm	0.13mm	0.53mm	0.67mm
GT-4	1.67mm	0.07mm	0.09mm	1.67mm	2.08mm
GT-4*	0.04mm	0.01mm	0.23mm	0.36mm	0.51mm
GT-5	0.16mm	0.01mm	0mm	0.08mm	0.2mm

評估：GT-1及GT-2地在施做現場適用性試驗拉力僅20T左右，經拔除檢視固定端之鋼絞線均無附著水泥漿(鑽孔時灌20包水泥均無回漿)，經調整措施重新鑽孔、灌漿，GT-1水泥用量20包，GT-2水泥用量25包均有回漿，但再行試拉時，GT-2正常，而GT-1拉力至40T時拉脫，經應力與應變曲線變化情形研判，固定端之鋼絞線，僅局部附著水泥，有可能碇端之水泥被地下水沖淡或沖走，必須再補做，並提出加強管灌漿方法，得可補強固定端水泥漿之不足，以此法工後，GT-1即通過適用性試驗。
　　GT-4之潛變係數於1.2Tw即48tons時�2mm，觀察30小時後，預力降至46T(即大於6%)，當時正值豪雨期，再續觀察48小時，荷重降至45.5T，荷重損失仍大於6%(BSI)，再經瑞伯颱風之滿水位後，抽乾水位降至-3.0M左右，進行群錨效塵試驗，將地錨拉力拉至48T後，荷重降至45T，為慎重起見，決定將之拔除，觀察其拉力行為：於拔除過程中，地錨拉力仍維持32～40T之拉力，直到擴座錨頭頂到連續壁時，拉力再大於48T，最後用單束單槍千斤頂一一拔除。GT-4于10月22日以加強管方法重做(GT-4)，241進行拉力試驗及群錨效應試驗，均達到48Ｔ需求。

四﹑群錨效應試驗
　　有關地錨間距地工技術雜誌第14期[Ⅲ]，對15~20m長地錨而言，其間距不得小於1.5公尺，Little John並進一步說明，錨碇端之淨距離不得小於70公分，以免群錨效應的發生，再者，有關群錨效應之資料至目前為止，中外學者專家幾乎沒有專題論文報告，因此，本工程特別在第一排及第五排分別做5支及6支之群錨效應試驗。詳附表三供參考。

表三　地錨群錨試驗記錄表

地錨種類不回收				設計拉力(Tw):40T			鑽孔角度20度				擴座直徑50cm					試驗日期:87年10月24日星期:六　氣候：雨
試驗編號	自由端長度(m)	固定端長度(m)	電子荷重計/油壓機/千斤頂編號		GT-1/GT-2/GT-4/GT-5之拉力變化
					GT-3 0.2Tw	GT-3 0.4Tw		GT-3 0.6Tw	GT-3 0.8Tw	GT-3 1.0Tw		GT-3 1.2Tw	GT-3 1.2Tw	GT-3 1.0Tw	GT-3 0.8Tw		GT-3 0.6Tw	GT-3 0.4Tw	GT-30.2Tw
GT-1	15	5	980807		45.4	45.3		45.2	45.3	45.3		45.3	44.8	44.8	44.8		44.8	44.8	44.9
			K=6.2

GT-2	16	4	980804		49.4	48		49	47.3	48.4		48.5	49.8	49.5	49.8		49.9	49.7	49.9
			K=6.1

GT-3	15	5	980801		8	16		24	32	40		48	46	40.2	32.4		24.2	16.2	8.2
			K=6.0

GT-4	14	6	980806		47.7	48		48	47.2	47.5		48	47.5	47.6	47.4		47.4	46.3	47.6
			K=6.1

GT-5	15	5	980802		45.3	45		45.8	45	44.2		44.8	45.9	46.2	44.4		44.5	46.1	45.9
			K=6.0

備　註：GT-1/GT-2/GT-4/GT-5起始拉力值為1.2Tw(48T)

五﹑預力潛變
　　本工程在證明試驗中，NO1A之初始既存荷重隨時間之容許損失量(BSI.1989)觀測40天，僅損失5.4%，在工作地錨之現場適用性試驗及特別驗收試驗值繪製每階段荷重之對數時間~潛變關係圖，計算每一循環荷重下之潛變係數(Ks)僅第一排有一支地錨潛變係數超過2mm，而將該支地錨拔除重做，該支地錨原設計Tw荷重為40T，最大試驗荷重51T，發現潛變係數(Ks)大於2mm時，將之拔除，而在拔除過程中，其殘留荷重均在32~40T之間，由此印證PCBAⅡ工法之殘留荷重確實存在60%以上。

六﹑特別驗收及例行驗收試驗
　　本工程依FIP規定做特別驗收試驗，每10支抽做1支，計189支，以檢核其性能，特別在現場抽選21組，錨頭握線器﹑夾片﹑三角承壓管及鋼絞線於現場組合後，施拉其握裹強度，均達設計荷重之最大強度之1.2倍，合格後始准于工作地錨使用。其程序如下：不回收式地錨由初始荷重(Ti=0.2Tw)開始施拉，記錄0.5Tw﹑0.75Tw﹑1.0Tw﹑1.2Tw時之變位量，維持於最大試驗荷重30分鐘後，分成6個相同荷重解拉至0.2Tw，再由0.2Tw分成5個相同荷重施拉至鎖定荷重(To)，爾後由To解拉至零荷重，記錄其變位量。
　　回收式地錨由每組迴繞承壓頭之鋼鍵對拉0.6~0.8Tw後，再整體施拉至0.8Tw﹑1.0Tw﹑1.2Tw再解拉至1.0Tw﹑0.8Tw，再施拉至To鎖定。
　　本基地所有工作地錨均進行例行驗收試驗，以檢核其性能。目前，例行驗收試驗均由初始荷重(Ti=0.2Tw)施拉至最大試驗荷重維持荷重至變位穩定後，將荷重降至鎖定荷重(To)後鎖定，爾後將千斤頂解拉，記錄零荷重時之變位量。這種試驗鎖定後之既存荷重是否等於或大於設計荷重(Tw)，無法曉得，如果鎖定失敗，那所做之地錨均等於廢物（前林肯大郡災害之主凶乃是地錨錨頭握線器鎖定失敗所致）。因此本工程特別每支地錨預力鎖定後，切除端線，48小時後再複拉檢測並將地錨荷重鎖定在To，如果無法達到To時，拔除重做，以確保鎖定荷重=設計荷重(Tw)。註：To略高於設計荷重約1.1Tw。

七﹑結論
　　由PCBAⅡ工法在本工程之各種試驗結果得到下面的結論：
1.地錨施拉從0.2Tw至1.2Tw之間，潛變係數Ks除第一排有一支大於2mm外，其餘均小於2mm，有隨著荷重之增加而快速增加，以彈性變形量計算其有效自由長均在FIP規範的規定範圍內。
2.地錨荷重隨著地下水位變化，本工程經電腦軟體重新分析，求得最適當之試驗荷重及安裝預力，並依規範規定辦理各項試驗及地錨之鎖定，以策安全。
3.本工程地錨間距為@2.12m至1.58m，直徑為0.5m及0.6m，所做之群錨效應試驗結果，最大折減率為7.9%，經評估後發現，當荷重增加時，對不同距離之地錨荷重產生不規則之折減，但其變化量均在設計容許範圍內，故決定於地錨安裝預力鎖定２天後，再鎖定一次。
4.地下水位以下之地錨，孔口封閉灌漿可增加地層之穩定性。
5.在各排之工作地錨抽選施做適用性試驗，其值做為工作地錨之特別驗收及例行驗收試驗之依據，較實際。
6.在各種試驗完成後，預力鎖定之既存荷重是否等於設計荷重是本文最終目的，故所有之錨頭握線器﹑夾片必須在工地現場抽取數組，就地做握裹力抗拉試驗，合格後才在工作地錨使用，且每支地錨特別及例行驗收試驗完成預力鎖定切除端線，48小時後再複拉測試既存荷重，並鎖定於1.1Tw，如無法達到者，該支地錨拔除重做，以策安全。

八﹑誌謝
　　本文承蒙榮民工程股份有限公司﹑羅興華建築師﹑陳文斌建築師﹑台聯工程顧問公司﹑亞新工程顧問公司及台北縣政府在施工中之協助與關懷，使本試驗得以順利進行，特此申謝。■

參考文獻
1.FIP Commision on Paractial Construction(1982)“Recommedations for the Design and Construction of Prestressed Concerte Ground Anchors.”FIP, Wexham Springs.
2.廖洪鈞“Ground anchorages and anchored structures”。
3.許世宗﹑盧錫煥“第六屆大地工程學術研究討論會”變直徑擴座地錨在粉土質細砂中之錨碇行為。
4.歐晉德地工技術雜誌第14期地錨之設計基本理論及施工檢驗法。
5.中國土木水利學會“地錨之設計與施工準則之研究”。
6.盧錫煥著“地岩錨之設計與品質管制”。