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開挖擋土 Braced Excavation

擋土工程的目的：

為了確保地下所進行之各工程所需之作業空間。防止周圍地盤的崩塌則只是必

要條件。任何可能不安全的開挖，均應做擋土設施。

擋土工程進行前的調查：

1. 基地內調查

基地內可能構成施工時障礙的埋設物、地上結構、樹木等；基地本身高低差。

2. 鄰近調查

確認可能會受到開挖影響之範圍內的埋設物與相鄰結構物的狀態等。

3. 道路狀況調查

基地周圍道路的交通量、路上工作物、樹木配置、埋設物等。

工地機具材料及棄土的進出，對於交通路徑上的流量、路寬、高度限制等。

4. 鄰近工程調查

鄰近工地能提供施工所需的絕佳資訊，尤其是擋土工程方面的土壤狀況、工法

選擇參考。鄰近工地所用的工法為何？成功或失敗？改進的方式？

5. 地基調查

鑽探報告、試驗資料

現地試挖調查

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擋土要求的基本條件

1. 安全性

2. 經濟性

3. 施工性

安全性考量

1. 對於側壓的安全性

2. 對於地下水的安全性

3. 對於地基隆起的安全性

擋土壁的選擇

地下工程進行時，地下水處理之得當與否為成敗的關鍵。必須考量地盤狀況、

地下水狀態，再經由與適當的排水方法間的組合加以探討。

擋土壁

透水壁 擋土樁擋土板工法

止水壁

鋼板樁

溝型鋼板樁

鋼板樁

鋼管擋土板

現場澆置樁

埋設樁

土樁

排樁

連續壁現場澆置連續壁

埋設連續壁

擋土構造物，主要分成兩部分：

1. 牆的構築

2. 牆的支撐

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常用的擋土牆

1. 鋼版樁(Sheet-Pile Wall)

約 70% 以上的開挖使用。

常被用在軟弱地盤與滲水多的地盤。其止水的性能完全取決於嵌合部份施工的

良窳。

鋼板樁常會令人造成其剛性較擋土樁擋土板工法高的錯覺。小心 U 型鋼板樁嵌

合部之剪應力乃整個斷面上的最大值。

2. 擋土樁與擋土板(Soldier Piles and Timber Logging)

被大量使用的原因是比其它工法便宜且實績較多。

含水量高的軟弱細砂及沉泥層中，由於挖掘後到插入擋土板的空檔中會崩塌，

不宜採用。

滲水量大的地盤，地下水自擋土板縫隙間流出，帶走土壤，會使周圍地基下

陷。因此，採用此法的先決條件是沒有滲水之虞。有滲水時，必須先做排水，將地

下水位降低到開挖底面以下。

另一缺點，擋土板背面回填不充分引起周圍地基鬆弛。因必須直到擋土樁的背

面能容納擋土板插入，因此在背面的空隙必須在插入擋土板後回填。若不確實，則

周圍的地基會鬆動。

3. 預壘樁、排樁(Continuous Drilled Piers)

在現場鑽掘澆製樁，連續施工形成。為維持水密性，相鄰之樁必須密貼施做，

在形成樁本體的混凝土尚未充分硬化前就進行鄰樁的施工。

但由於此法施工品質不易控制，漸漸少用。

4. 連續壁(Diaphragm Wall)

台灣地區高層建築開挖使用很廣。完成後可做為地下室外牆，視為永久結構物

的一部分。

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就擋土工程而論，其剛性高，水密性良好。但造價極高，因此在中小型的工地

使用不經濟。

5. 其它

灌漿帷幕(Grout Curtain)。幾乎無法控制產品。

常用的擋土壁支撐方式

1. 無支撐

懸臂牆(Cantilever Wall)。只限於良好地基之中、淺開挖時採用。

2. 水平撐樑、橫擋(Struts)

Struts

橫擋(Wales)

無論地基條件與基地是否寬闊，是大部分情況下都可使用的一般性工法。

但是當基地中高低差很大時，相對方向擋土壁的相對挖掘深度出現大差異時，

或不規則挖掘中相對方向擋土壁所承受的側壓不會在同一方向會合(不共線)時，不易

平衡土壤作用力，採用困難。

大規模開挖時，橫擋長度增加，承受土力時壓縮量增大，使得擋土壁的變形量

增大，對周圍地基產生不利影響。此外，橫擋愈長，熱脹冷縮大，也不好。所以，

在開挖面大時，不適用。應該考慮用島工法或用地錨支撐。

另一缺點是淨空被限制，阻礙開挖進行。

3. 島工法

基地不夠寬裕，不能用明挖時，可用此法。在擋土壁內側保留坡面進行開挖，

中央部份的開挖就比用水平撐樑容易。對於中央部份的軀幹基礎先施工，下一步對

擋土壁架設斜撐(Rakers)，然後挖掘周圍的邊坡土壤。中間似一島，故稱島工法。

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與水平撐樑工法比較，則此法撐樑之材料費、組裝拆卸費皆較低，且地下作業

效率較高。由於支撐長度短，樑之壓縮與接合部鬆弛之影響不大，因而結構上也有

利。

斜撐樑的坡度以 35º 為界，較其緩才理想。地下一層程度的開挖，且邊長 30 m

以上適用。

4. 地錨(Earth Anchor) (Tie Back)

用速凝水泥漿，灌漿區域在主動破壞平面以外。以摩擦力提供支撐力量，反制

土體向開挖區移動的傾向。灌漿固結後，施以預力。

主要優點是可提供淨空，方便開挖進行。因此，大致上已取代橫擋支稱系統。

在不規則形狀基地、高低差大之基地與大基地皆宜。

缺點是施工費用高。此外，地錨可能會超出基地範圍。

開挖深度愈深，地錨之無效部愈長，因此也較適用於淺開挖。此外，若深度一

定，邊長加大不影響相對面擋土壁上地錨數，所以也適合面積大的開挖。

5. 逆打工法(Top-Down Construction)

一樓的樑與樓板先施工，代替撐樑支持擋土壁進行下部的開挖，並且順次進入

下層軀幹施工的工法。由於與先開挖的工法順序相反，因此得名。

先施工之一樓樓板可以當作施工走道與作業平台利用，並以軀幹代替撐樑，於

是大幅節省假設費用，且因地上與地下部份同時進行，可縮短工期。然因地下作業

成為樓板下作業，效率容易降低。

在大規模的工程中，除了和連續壁之類的高剛性擋土壁組合，並且形成穩定性

高的擋土壁之外，實際績效不大。

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各種工法的採用條件 工法 能夠採用的狀況 採用困難的狀況

明挖邊坡工法 為了周圍形成坡面必須有充

分寬裕的餘地 地基軟若或滲水不易形成坡

面時

水平撐樑工法 大部份的情況應都能採用 開挖平面不規則或基地內較

大高低差時

島工法 適用於寬而淺的開挖 不適於深開挖及狹窄的開挖

地錨工法 適用於寬而淺的開挖 當錨定層很深以及寬度狹窄

的開挖時造價因素不利。基

地狹窄且地錨端部必須突出

基地外時，必須獲得鄰地管

理者的諒解

逆打工法 大規模開挖且必須安定性高

之擋土壁構成時 造價、工期緊湊時

擋土壁的破壞模式

(一) 砂

位於地下水位以上的砂層，其擋土結構的破壞模式幾乎完全都是撐樑的挫曲

(Buckling)；以漸進的方式，一根接著一根地破壞。若橫擋並未被適度地強化來承受

來自撐樑的集中載重，則橫擋將在撐樑挫曲前就發生小段落的扭曲。板樁、擋土板

或橫擋的彎折破壞則很少發生。

此外，在面臨地下水位以上的砂層時，不會有開挖底部隆起的危險。在一些狀

況下，因鬆砂的流失，導致板樁或擋土板在鬆砂層中沉陷過多，使得支撐系統扭曲

到連接點(connections)處破壞，而撐樑破壞，整個系統倒塌。

除了上述最後一種狀況，可以將板樁或擋土板打入深度加大以提供適當的垂直

向阻抗之外；其它的幾種地下水位以上砂層的開挖支撐系統皆可以適當的結構設

計，使其得以支撐來自土壓的力量。

若開挖到地下水位以下的砂層，最好能在開挖與支撐之前做排水。與砂相較，

板樁透水性很小；若在板樁之外的地下水位保持在一較開挖面內高的狀況，則如下

圖之滲流型式會發生。在開挖面底部產生的滲流力(Seepage force)為垂直向上，因此

會使原來應對埋入部份的板樁提供側向阻抗的土壤變得不穩定。這些砂甚至可能成

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為處於流砂(Quick)狀態。在此狀況下，板樁底部可能產生劇烈地向開挖面內移動的

現象，整個支撐系統可能會倒塌。

若有一位於開挖面之下透水的地層，其上為一較不透水的地層(如下圖)，而其事

先未做適當的排水，則其可能一直保持在超孔隙水壓的作用之下。這種情況可能會

導致開挖面底部的隆起撐破(Blowup)，進而導致災難性的破壞。

若要估計是否會有此狀況發生，則可以先畫出如上圖之流網，然後計算在開挖

底部的最大水力梯度：

i

hNaexit

dmax( ) =

式中，h 為擋土壁內外水頭差；a 為此格流線的長度；Nd 為流網中之水頭降落數。

泉泳將開挖底部撐爆的安全係數為：

F ii

cr

exit

=max( )

式中之 icr 為臨界水力梯度。其值為：

i Gecr

w

s= =−

+γγ

' 11

取安全係數約 1.5 可也。

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(二) 黏土

在黏性土層中的開挖，相較於黏土的含水量調適到符合應力狀況的速度而言，

通常算是快速地進行(黏土導水度小，含水量變化因而較慢)。因此開挖通常可以當做

是不排水狀況(φ = 0)來看。當開挖往深處進行，擋土壁外的土壤相對於開挖面裡的土

壤而言，就像是一地表荷重(Surcharge)，使得開挖面內底部的土壤往上升。此土壤移

動即使在擋土壁剛性夠大且貫入頗深時仍會發生；除非是在開挖面底部之下短距離

之內就有一堅硬的底層存在。若相對於土壤的強度而言，開挖的深度太深時，開挖

底部的隆起就無法控制，而其周圍地表的沉陷變得過大，開挖擋土支撐系統也會整

個崩塌。

如同在砂層中一樣，擋土壁本身或橫擋的彎折破壞不太可能發生。若底部隆起

的可能性不大，則主要必須防止的破壞是撐樑的挫曲以及與撐樑連接處橫擋的扭曲

破壞。

檢驗開挖部之承載力：

開挖過程中，各段落開挖面底部黏土的強度對擋土系統與其周遭土壤的行為有

決定性的影響。若底部黏土不排水強度以 c 來表示，則土壤承受開挖面外黏土重量

造成的地表載重 γ H 可以用相當於在開挖底部深度平面上之承載力分析模式分析。

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H

q= γ H

qult = c Nc

Nc = 5 - 6 (平面應力為 5.14)

Nc(矩形) = Nc(正方形)[0.84 + 0.16 (B/L)]

F qq

c NH

ult c= =⋅γ

根據過去的經驗顯示，若 γ Hc

之值小於 6 則擋土支撐系統的變位與開挖底部的

隆起都會很小。若 γ Hc

之值大到約等於 8 則即使是一個經完善設計的擋土支撐系統

的變位與開挖底部的隆起都會大到超過可容許的程度。若 γ Hc

之值大於 8 則擋土支

撐系統可能會因開挖底部擋土壁外土壤向內的變位過大而倒塌。

擋土壁貫入深度

貫入開挖面底下的擋土壁可減少開挖末期其向內的移動，同時減少周圍的地表

沉陷。至於減少的程度則主要取決於開挖面底部以下的土壤性質，而擋土壁的剛性

則影響甚小。若底層土壤為頗深的黏土，且底部穩定係數 γ Hc

較大，則無論厚重的

擋土壁貫入再深，對位移的影響也有限。另一方面，若開挖面底部之下短距離之內

便有一堅實的地盤，則其對減少擋土壁向內的移動及周圍的地表沉陷的益處至為明

顯。

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當開挖往深處進行中，開挖面外的土壤有沉陷的傾向，且有藉負表面摩擦力

(Negative Skin Friction)將擋土壁往下拖的趨勢。此種沉陷可以藉著將擋土壁打入較深

的承載層，以點承力將負的表面摩擦力抵消。此外，擋土壁也會因為支撐系統的重

量以及其地表上維持交通的臨時鋪面系統與車輛的重量，使其受到向下的作用力。

所以，擋土壁的貫入深度會較原先僅以開挖穩定性分析所得者深。針對上述諸多因

素，即使看似不必要且過深，但將擋土壁延伸到承載層可能仍會反映出其對工程本

身與經濟上的效益。

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擋土壁所受的土壓力

(一) 砂

開挖擋土支撐與擋土牆的土壓力分佈不同。擋土牆為回填土，牆面上無支撐。

開挖擋土，其牆的構築先完成，然後開挖，逐步隨著開挖加上支撐。因此擋土壁的

變形大約如下圖所示。在架設支撐之後，擋土壁向開挖面內的上部變形量很小。此

變位的型式與主動 Rankine 狀態者相去甚遠，因此擋土牆的土壓力分佈並非設計開挖

擋土的適當起點。擋土壁上部的土壓力較主動土壓力大很多。此外，這個壓力與實

際上開挖與支撐的施工步驟緊緊相連，因而符何現實的土壓力分佈必須得自實際工

程得出了量測資料。

開挖作業中，長年來的觀測累積了頗大量的撐樑受力方面的資料。為了比較上

的方便，把不同案例的支撐載重換算成土壓力當量(Equivalent Pressures)。這是將支

撐載重除以其所負擔的擋土壁面積而得。然而，結果顯示即使是在同一個開挖工

址，雖然開挖與支撐以近乎完美的專業方式進行，同一層支撐的載重卻有著極大的

差異；因而，所換算出的各縱向剖面的土壓力分佈也各不相同。因為無法預測處於

看似相同狀況下的撐樑會承受的最大載重，所以使用依據經驗所得的土壓力分佈圖

計算撐樑載重時，採用保守的方式假設每根撐樑都會承受土壓力分佈圖顯示的最大

可能的載重。因此，為了設計撐樑，採用一涵蓋所有觀測結果的土壓力包絡線的方

式變得必要且適當。這種包絡線稱為「視土壓力包絡線」(Apparent Pressure

Envelope)。所以，視土壓力包絡線代表的是一為設計開挖支撐所採用的想像的土壓

力分佈圖。但是此圖並不能顯示擋土壁或橫擋上的載重大小與分佈。

視土壓力包絡線被用來以簡單的程序計算撐樑的載重。不同層的撐樑高度必須

考慮到不會妨礙開挖面內結構的施工，且必須能避免擋土壁面過度的變位。一旦各

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層的高程決定後，便以視土壓力包絡線求出各層撐樑的載重。若開挖面底部沒有加

一層支撐，則假設此處的載重由土壤承受。此程序並未考慮擋土壁的連續性，因為

在由撐樑載重求視土壓力包絡線的時候，也未曾假設此連續性。

壓力分佈圖為矩形，壓力不隨深度變化，均勻分佈。

p H≅ °0 65 452

2. tan ( ) γ −φ

(二) 黏土

若開挖面底部穩定性分析中，γ Hc

之值小於 6 則擋土支撐系統的撐樑載重計算

可以利用視土壓力包絡線來計算。用來計算的視土壓力包絡線，決定於 γ Hc

的大

小。壓力分佈約呈梯形。分成兩個狀況：

(1) γ cH

≤ 4 (回想 H 。因此，前式的意思是深度未超過臨界高 Hcr，代表較

穩定狀態下的開挖深度。)此時代表開挖面周圍的土壤受應力並不會太大，應處於彈

性範圍以內，撐樑受的載重主要受開挖與支撐架設作業中擋土壁的變位控制。其視

土壓力包絡線如下圖中所示，中段(0.25H 至 0.75H 間的 0.5H 深)土壓力約為 0.2 - 0.4

γH。上下端(0 與 H)處土壓力為 0。一般狀況下，其寬度可以用 0.3 γH。在支撐最底

部的荷重相當小，因之假設其土壓力隨深度遞減。

ccr =

4γ

(2) γ cH

> 4

在此狀況下，若圖中的視土壓力包絡線寬度較上一個情況大，則用此圖；否則

不論如何用前一個視土壓力包絡線圖。此圖所顯示狀況為，隨著 γ Hc

增大，開挖靠

底部得土壤行為漸漸趨於非彈性，因此下段(0.25H 至 H 間的 0.75H 深)土壓力約為

γH - 4c，並未將之遞減為 0 ；上端(0H)處土壓力為 0。

此圖可以用在 γ Hc

達到 10 或 12 的狀況，然而如前所述當此值達 8 以上，底部

破壞已迫近眉睫，因此撐樑荷重可能較視土壓力包絡線圖計算出者大很多。不論如

何，開挖面底部的穩定性應先予估計，再做任何支撐系統的計算。

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砂 黏土 γ H/c=<4 黏土 γ H/c>4

H/4

H/4

H/4

3H/4 H/2

0.2 - 0.4 γ H γ H - 4c

若開挖時土壤有砂與黏土交互層，Peck (1943) 建議用內聚力當量，以 φ = 0 概念

將砂看作黏土來計算：

cH

K H H H n qav s s s s s u= + − 12

2[ tan ( ) ' ]γ φ

式中，H 為總開挖深度；

γs 為砂之單位重；

Hs 為砂層厚度；

Ks 為砂層之側向土壓力係數(約為 1)

φs 為砂之摩擦角；

qu 為黏土之單壓強度；

n' 為漸進式破壞係數(0.5 - 1.0，平均值 0.75)

開挖土層之平均單位重則為：

γ γa s s s γ cHH H H= + −

1 [ ( ) ]

式中，γc 為黏土之單位重。一旦求出平均之單位重與內聚力值，便可以利用黏土的

視土壓力包絡線設計開挖擋土系統。

若現地的黏土分層性質各不相同，也可以用類似的方式來做。求出平均不排水

強度：

cH

c H c H c Hav n n= + + +1

1 1 2 2[ ....... ]

其平均單位重為：

γ γ γ γav n nHH H H= + + +

11 1 2 2[ ....... ]

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日本的方法

日本人所採用的側壓分佈與美國通用者略有不同。其分類較美國的細。

以下列出幾個簡單的側壓係數：

以關東含砂黏土層為主的地基 K = 0.3

透水壁且平均 N 值 30 以上的砂地基 K = 0.3

透水壁且平均 N 值 30 以下的砂地基 K = 0.4

透水壁且平均 N 值 5 以上的黏土地基 K = 0.3

透水壁且平均 N 值 5 以下的黏土地基 K = 0.4

止水壁且地下水位深的地基 K = 0.5

止水壁且地下水位淺的地基 K = 0.7

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日本建築學會之「建築基礎構造設計規範」(1961 年)

緊密砂

0.2 H

0.8 H

0.2 H

0.2 H

0.6 H

0.25 γH

0.2 H

0.2 H

0.6 H

0.2 γH

中等砂

γH0.35

鬆砂

中等黏土 軟黏土

3H/4

H/4

0.375 γH γH

硬黏土

0.6 H

0.4 H

γH0.3 0.5

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日本建築學會之「建築基礎構造設計規範」(1974 年)

砂 軟黏土 硬黏土

H/4

H/4

H/4

3H/4H/2

0.2 - 0.3γH γHγH0.2 K

圖中單位重，γ 為溼土單位重。K 為側壓係數，1 。通常 Su = 0.5 qu。qu 為土壤

之單壓強度。

4−

SH

u

γ

地基種類 合計側壓 轉換成三角形分佈時之側壓

緊密的砂地基 0.16 γ H2 0.32

中等的砂地基 0.20 γ H2 0.40

鬆砂地基 0.225 γ H2 0.45

硬黏土地基 0.15 γ H2 0.30

中等黏土地基 0.1875 γ H2 0.375

軟黏土地基 0.25 γ H2 0.50

一般而言，砂較無問題，遇黏土則要小心。

其它的考量

如前一節所述，每一撐樑必須依視土壓力包絡線圖，當作其會承受可能的最大

載重來設計。但是撐樑與撐樑間橫擋與擋土壁的變形引致土壤中的剪應力，而將部

份的載重傳遞到勁度較高的支承部份區域。因此，擋土板或板樁通常不必以用視土

壓力包絡線圖算出的完全的彎矩設計。經驗顯示，因其實際上為連續結構，加上前

述原因，常可用按視土壓力包絡線圖算出的荷重的 2/3 折減計算其彎矩。

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橫擋通常是用 H 型鋼。當撐樑將其載重的反力傳遞到橫擋時，橫擋的勁度必須

大到能防止其 web 部份的扭曲。因為支撐系統通常是在現場架設或製造部份的構

件，因此設計時必須將偏心與不均衡承載納入考慮。此外，計算尺寸時也必須留些

餘地使得支撐系統不會擋住開挖面內永久結構物的建造。因為事先打入的擋土樁或

板樁不可能完美地排列，因此橫擋與垂直向構件間必須有一定的間隙以容納楔形塊

嵌入，以彌補原來打入時的不規則性。尚且因位擋土壁會向內變位，設計時必須將

之考慮進去。

為了減少整個系統的變形，可以在撐樑架好後立即施加預力。通常會施加其設

計載重 40% 到 70% 的預力。

通常向開挖面內的變位會隨撐樑間的垂直距離加大而增加，因此若有較大變位

之虞，必須在設計時就限制撐樑間的距離，並且在開挖時，必須在撐樑架設前不得

挖超過撐樑深度太深。在塑性高的黏土層裡，撐樑間的垂直距離不宜超過 2 ；其

中 c 為前一撐樑下方 B/2 深度範圍內土壤的平均剪力強度，B 為開挖面寬度。

cγ

由於大規模開挖時所用的支撐系統龐大，其構件也相對地巨大，必須提供適當

的支承，以免支撐系統本身構件發生挫曲。若開挖面實在很大，則可以考慮用樁來

支承擋土支撐系統。

擋土壁的側向位移與周圍地表的沉陷

在之前的幾節中已略述了擋土壁向開挖面內位移與底部隆起穩定係數間的關係

(下圖)。除此之外，側向位移與開挖及支撐的施工速度也有很大的關係。若施工快，

則位移小。

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至於開挖基地周圍的地表沉陷(常稱為 Ground Loss)，也是因為擋土壁的位移而

引起。下圖中顯示的一些簡單的判斷，基本上，此沉陷量與土壤性質有密切的關

係。在高雄的東帝士大樓開挖監測則發陷，因開挖解壓使得附近地表隆起。由一些

現地的觀測資料可得出一粗略的關係式：

δv(max) = 0.5 - 1 δH(max) ..

擋土壁應力的計算

擋土壁的應力計算是以橫擋為支點的樑計算，有以下幾種方法：

1. 彈性法

2. 彈塑性法

3. 彈塑性法的擴張法

4. 塑性法

5. 假想支點法

大規模開挖可用電腦，利用數值模式的彈性法或彈塑性法分析。小規模開挖則

可以用假想支點法以人工計算。(詳見參考書)

第一段撐樑配置

設在地表下何種深度才可？第一次開挖(第一段撐樑架設之前的開挖)必須進行到

安裝第一段橫擋支撐所需的拖架位置為止。這種狀態之下，側壓只靠擋土壁支持，

擋土壁被視為是由開挖底面下方假設的假想支持點的懸臂樑來考慮。

第一次開挖因無撐樑等障礙物，因此理論上作業效率較往後的開挖良好。

在黏土層中，第一層撐樑的深度應該要小於黏土的張力裂縫深度 zc。若以

Rankine 的主動土壓力理論計算，則：

z cKc

a

=2

γ

若 f = 0，則 Ka = 1。所以，

z cc =

2γ

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第二段以下的撐樑配置

撐樑的上下間隔，根據側壓分佈與擋土壁的剛性決定，在基本計畫階段，以第

一段為起點徹底劃分。以前採取稍大的間隔，然而基於擋土壁的變形，對於周圍地

基影響的考慮，最近逐漸傾向將間隔變小。但間隔過小，對於地下進行的各種施工

作業造成障礙。理論上撐樑的垂直向間隔應在 2.75 m 以上。

由於撐樑是於下方的樓板混凝土澆置之後拆卸，因此若其位於比樓板高的位置

上，拆卸後擋土壁的支點間隔變大，可能會發生危險。因此，撐樑位於比樓板稍高

的位置上，且各樓層配置一段才理想。此外，從不會構成下層配筋的障礙以及不會

對於樓板混凝土澆置時的整平作業造成困難等為條件之時，則在樓板上方 1.0 - 1.5 m

的高度才適當。

最下段撐樑配置

撐樑的配置是由上而下依次決定。但最下段撐樑的配置必須從其它的觀點加以

衡量。

最下段撐樑的配置必須與上層相同般地，考慮最下段下方的開挖不可從開挖底

面朝下開挖，因此最下段的撐樑必須配置在推土機等機具能夠在開挖底面自由活動

的高度上。

此外，於開挖結束後進行之筏基板的配筋時，因為同時進行基礎樑的配筋，若

最下段支撐貫穿基礎樑時就無法進行配筋作業。不得以而於貫穿基礎樑的位置上配

置撐樑時，開挖之後澆置很厚的墊層混凝土(15 -20 cm)代替撐樑之後拆卸下最下段撐

樑，進行筏基與基礎樑的配筋即可。

各段支保負擔的側壓

側壓假設後，就必須計算此側壓如何由各段支保來承擔。以下的方法是相當簡

化的方法。

(1) 中點分割法

(2) 下方分攤法

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下方分攤法 中點分割法

d

d

d

d

1

2

3

4

d5

A

B

C

D

Hinges

撐樑水平間距 s

ABBCC

D

1

12

2

用下方分攤法，各段支保的設計程序如下：

(1) 首先作出視土壓力包絡線圖，並選定將設置支保的高度位置。圖中所示的 A, B, C,

D 為支保。除最上層與最下層支保外，擋土壁與支保間假設為鉸接(Hinge)。(有些工

程師假設除最上層外，均為鉸接)

(2) 將視土壓力包絡線圖依支保位置分段後，依圖中所示，求出各支點的支承反力。

A, B1, B2, C1, C2, D。

(3) 各段支保的荷重可由下求得：

PA = (A)(s)

PB = (B1+B2)(s)

BRACEDCUT.DOC 21

PC = (C1+C2)(s)

PD = (D)(s)

(4) 依據規設計並選擇適當的 H 型鋼或地錨系統。

擋土壁的設計

(1) 依據上圖擋土壁與支撐的分段，計算擋土壁中每一段的最大彎矩。

(2) 求出以上得出的所有最大彎矩中的最大值，Mmax。

(3) 求出擋土壁的斷面模數(Section Modulus)：

S Mall

= max

σ

式中，σall 為擋土壁材料的容許撓曲應力(Flexural Stress)。

(4) 依據上面所得數據，設計擋土壁斷面。

橫擋設計

若搭接良好，橫擋可被視為水平向的連續構件。或較保守的話，可將其視為在

與撐樑等支保銜接處為鉸接。以上圖中所示之支撐系統為例：

(1) 假設為鉸接，橫擋中的最大彎矩為：

在 A 層 M A smax

( )( )=

2

8

在 B 層 M B B smax

( )(=

+1 22

8)

在 C 層 M C C smax

( )(=

+1 22

8)

在 D 層 M D smax

( )( )=

2

8

(2) 決定橫擋的斷面模數：

S Mall

= max

σ

BRACEDCUT.DOC 22

斜撐的設計

前述島工法中提及斜撐系統，由於較少使用，所以其設計反而不廣為人知。斜

撐的底部可以用底板(slab)或另建小的斜向基腳(Kicker block)支承。最大的問題是常

高估斜向基腳能提供的支撐能力。

斜向的基腳支撐能力計算與算承載力同，但承載力係數隨傾斜角度而不同。雖

然採用較高的安全係數，如黏土用 3，砂用 2.5 但常仍會有過大的變位。

地錨系統的設計

地錨支撐系統的破壞幾乎全都歸咎於錨定的不恰當。在有些狀況下，地錨錨定

端太靠近擋土壁面，因而壁後的整個土體，包含地錨一起，滑落到開挖面內。在其

它狀況下，地錨被由穩定的土體內拉拔出來。因為開挖面擋土壁外的土體有往下移

動的趨勢，連帶拉著擋土壁往下移，而地錨系統的力量則更加重此一趨勢。然而，

擋土壁往下的位移也同時減低了在底部較短的地錨中的應力，因之降低其錨定支撐

的效果。這一部份不足的支撐力則由底部的地錨往上傳遞到上層的地錨。若上層的

地錨因此而超過負荷，破壞便會發生。所以，擋土壁擋土樁的適當貫入深度或點承

載力對地錨系統扮演著關鍵的角色。

地錨支撐系統的開挖面內變位與樑撐系統相似。有限的觀測資料顯示，地錨裡

的載重可以由假設其水平向分量必須承受由視土壓力分佈圖計算出來的支承力導

出。而橫擋與擋土壁的設計與樑撐系統相同。

至於採用水平或傾斜的地錨由以下幾個因素決定。若土壤的剪力強度隨深度遞

增或在適當的深度有一堅實的土層，利用強度高地層提供阻抗的傾斜地錨可能較

佳。另一方面，若擋土壁並未在適當的深度遇到提供點承力以阻止其往下動的地

層，則如前述，底部傾斜的地錨系統會鬆弛，使整個系統失效。

通常用鋼棒或鋼腱構成，於其周圍的小孔內灌漿的地錨可以用任意傾角設置。

但是若能將之設在略帶黏性的土層中，則較不會有預鑽孔坍陷的困擾。此外，末端

擴座提供阻抗的大口徑地錨，其擴座端一定要位於黏性土層中。擴座地錨機具通常

無法水平向施做，最少也要有 30 度傾角。

BRACEDCUT.DOC 23

無論如何，錨定端一定要位於主動破壞滑動面外的穩定地層中，地錨才可能發

揮作用。在錨定端與與壁面間(滑動面到牆面)，地錨切勿與土層有任何鍵結力。在錨

定端則一定要有足夠的錨定長度以提供適當的拉拔阻抗。

施做良好的錨定端，其與土壤間的鍵結力應可視為與周圍土壤的剪力強度相

同。其拉拔阻抗可以用公式計算，但一定要在現地試拉，以所量得的破壞極限值為

準。

通常對地錨施加預力，其理由與樑撐系統施預力的理由相同。通常試拉必須證

明地錨能承受設計值 150% 以上的拉拔力，而所有的地錨都施以相當於設計載重的預

拉力。