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系統識別號 U0026-0812200910394287
論文名稱(中文) 地工合成材料於鐵路湧泥改善之研究
論文名稱(英文) none
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系專班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering (on the job class)
學年度 91
學期 2
出版年 92
研究生(中文) 王聖昌
研究生(英文) Sheng-Chang Wang
電子信箱 sny520m@yahoo.com.tw
學號 n6789130
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 129頁
口試委員 口試委員-李維峰
指導教授-陳景文
口試委員-陳昭旭
口試委員-倪勝火
中文關鍵字 湧泥  底層加勁  路基限制 
英文關鍵字 subgrade restraint  pumping  base reinforcement 
學科別分類
中文摘要 地工合成材料使用於鐵路基底層加勁較少被研究,而基底層加勁可支撐鐵路交通負荷及降低路基沉陷,包括在軌道上之車輛負荷、施工時底層或基層設備負荷及降低長期營運下軌道沉陷量。本研究對鐵路軌道軟弱路基之細料土壤污染級配層與道碴層,形成軌道湧泥現象原因,作一分析。並企圖探討地工合成材料應用在處理軟弱土層時,其隔離及加勁功能及對防止湧泥現象與增加路基土壤承載力之成效。
本研究經參考美國聯邦公路局FHWA與美國地工材料協會GMA,2000年發展之 WHITE PAPERⅡ建議,實地採用Tult為200kN/m之軟式格網及抗拉強度30kN/m之 Tensar SS30-G硬式格網與不織布合成之複合材料,分別埋設於鐵路軌道底下底層與路基、基層介面,以三種不同加勁材料配置方式之試驗段與未加勁之對照試驗段,進行鐵路基底層加勁作現場成效(performance)檢驗。
經現地沉陷量監測結果:由各試驗段沉陷鈑的平均沉陷量顯示,有
加勁之試驗段路基沉陷量較未加勁者,沉陷量減少約1/3~1/2,因此由同一時間內沉陷量之減少,可推測地工合成材料具有延長使用年限的效益。且所使用之地工合成材料,在防止地表沈陷及改善道床湧泥現象的成效上,明顯發揮其隔離及加勁功能,並降低路基土壤差異沉陷及減少維修提昇生命週期之效果。因國內尚無對地工合成材料應用於公路基底層加勁之設計及施工等相關規範,本研究對交通部公路工程施工規範條文,作一增修建議,可提供未來地工合成材料應用於公路基底層加勁使用手冊研擬參考。
英文摘要 none
論文目次 摘 要…………………………………………………………………...Ⅰ
誌 謝…………………………………………………………….……..Ⅱ
目 錄…………………………………………………………….……..Ⅲ
圖 目 錄…………………………………………………………………...Ⅷ
表 目 錄…………………………………………………………………...Ⅹ
附圖目錄………………………………………………………………...ⅩⅠ
附表目錄………………………………………………………………...ⅩⅡ
符號說明………………………………………………………………...ⅩⅢ
第一章 緒論…………………………………………………………….. 1
1.1 前 言…………………………………………………………….…1
1.2 研究動機與目的…………………………………………………...2
1.3 研究架構…………………………………………………………...3
1.4 研究內容…………………………………………………………...3
第二章 文獻回顧………………………………………………………..5
2.1 地工合成材料介紹………………………………………………...5
2.1.1 地工合成材料定義………………………………………...5
2.1.2 地工合成材料種類………………………………………...6
2.1.3 地工織物檢測法…………………………………………...6
2.1.4 地工格網檢測法……………………………………....…...9
2.2 地工合成材料相關研究成果…………………………………….10
2.2.1 Henri Vidal土壤加勁理論……………………………..11
2.2.2 Haliburton(1981)研究成果…………………………….11
2.2.3 Raymond(1992)研究成果…………………………………12
2.2.4 Mandal與Sah(1992)研究成果………………………..…12
2.2.5 Lawson(1995)研究成果………………………………..…12
2.2.6 張達德等人(1997)研究成果………………………….…13
2.2.7 謝啟萬等人(1999) 研究成果……………………….…..15
2.2.8 美國地工合成材料協會GMA(2000)研究成果…………...17
2.3 地工合成材料加勁之實例…………………………………….…22
第三章 地工合成材料於道路工程之應用………………………...24
3.1 地工合成材料應用於道路鋪面……………………….…………24
3.2 地工合成材料作用機制及工程特性…………………………….30
3.2.1 地工合成材料之隔離機制…………………………….…30
3.2.2 地工合成材料之加勁機制…………………………….…32
3.2.3 地工合成材料之工程特性……………………………….37
3.3 永久性與臨時性道路加勁設計準則…………………………….39
3.3.1 永久性道路隔離(底層加勁)設計準則……………….39
3.3.2 臨時性道路加勁設計準則…………………………….…45
3.4 地工合成材料之潛在效益…………………………………….…49
3.5 地工合成材料使用於道路基底層之相關檢試驗方法………….53
第四章 試舖計畫流程規劃…………………………………………..56
4.1 試驗段現地狀況概述…………………………………………….56
4.2 現場地質調查…………………………………………………….56
4.2.1 鑽探……………………………………………………….57
4.2.2 地球物理探勘…………………………………………….58
4.2.3 試驗坑開挖……………………………………………….61
4.3 試驗段規劃……………………………………………………….62
4.4 設計方法與流程………………………………………………….65
4.4.1 設計方法………………………………………………….65
4.4.2 設計流程………………………………………………….66
4.5 試驗段材料選定 ………………………………………………...66
4.6 試驗段舖設步驟………………………………………………….71
4.6.1 軌道移除與現地開挖…………………………………….72
4.6.2 舖設砂層與地工合成材料鋪設………………………….72
4.6.3 地表沉陷計設置與現地樣貌恢復……………………….73
4.7 現場監測………………………………………………………….73
4.7.1 監測方法………………………………………………….73
4.7.2 監測步驟………………………………………………….74
4.7.3 監測結果之計算………………………………………….74
第五章 試驗結果與分析……………………………………………...76
5.1 地質調查結果…………………………………………….……....76
5.1.1 現地鑽探結果…………………………………………….76
5.1.2 現地震測結果…………………………………………….76
5.1.3 現地試坑開挖結果……………………………………….78
5.1.4 水壓監測結果…………………………………………….78
5.2 地質調查結果分析……………………………………………….80
5.3 沉陷量監測結果………………………………………………….80
5.3.1 試驗段橫斷面沉陷量…………………………………….80
5.3.2 試驗段縱斷面沉陷量…………………………………….86
5.4 監測結果分析…………………………………………………….89
第六章 地工合成材料基底層加勁規範……………………….…..92
6.1 現有規範修正建議……………………………………………….92
6.2 設計導則建議…………………………………………………….96
6.3 施工導則建議…………………………………………………...100
6.4 檢試驗規範……………………………………………………...102
第七章 結論與未來研究方向……………………………………...106
7.1 結論……………………………………………………………...106
7.2 未來研究方向…………………………………………………...108
附 錄………………………………………………………………….109
參考文獻………………………………………………………………….127
簡 歷………………………………………………………………….129


圖 目 錄

圖1.1 本文研究架構……………………………………………………... 4
圖2.1 加勁機制示意圖…………………………………………………..11
圖2.2 格網加勁與動態反力係數關係圖………………………………..14
圖2.3 織布加勁與動態反力係數關係圖………………………………..14
圖2.4 不織布加勁與動態反力係數關係圖……………………………..15
圖2.5 蜂格網加勁路基與傳統路基行為比較圖………………………..16
圖2.6 蜂格網加勁之路基觀測高程圖…………………………………..17
圖2.7 地工合成材料不同放置位置之三軸剪力試驗結果……………..23
圖3.1 地工合成材料隔離功能…………………………………………..30
圖3.2 地工合成材料隔離機制…………………………………………..31
圖3.3 地工織物應用於道路之隔離功能………………………………..32
圖3.4 地工合成材料提供額外的側向阻抗,藉以分散車轍
的集中載重………………………………………………………...33
圖3.5 加勁機制圖:地工合成材料設置於底層與路基界面…………….34
圖3.6 加勁機制圖:地工合成材料設置於底層中……………………….34
圖3.7 格網與織物提供加勁之三大機能………………………………...36
圖3.8 永久性道路底層加勁設計步驟…………………………………...41
圖3.9 單軸重U.S Forest Service 厚度設計曲線…………………….47
圖3.10 雙軸重U.S Forest Service 厚度設計曲線…………………….47
圖3.11 軟弱路基粒料厚度關係曲線……………………………………...48
圖3.12 地工合成材料隔離功能有助於延長使用年限…………………...52
圖3.13 地工合成材料加勁功能有助於節省粒料使用…………………...52
圖4.1 折射震波探測裝置………………………………………………...60
圖4.2 折射震波探測配置圖……………………………………………...61
圖4.3 試驗段舖設規劃平面配置及剖面圖……………………………...62
圖4.4 水壓計埋設配置圖………………………………………………...63
圖4.5 地表沉陷計配置平面圖…………………………………………..64
圖4.6 地表沉陷計配置剖面圖…………………………………………..65
圖4.7 現地加勁規劃試驗段設計步驟流程圖…………………………...67
圖4.8 硬式格網材料抗拉強度與伸長率關係圖………………….……..69
圖4.9 軟式格網材料抗拉強度與伸長率關係圖………………….……..70
圖4.10 各試驗段地工合成材料組合……………………………………...70
圖4.11 各試驗段使用地工合成材料設計斷面圖………………………...71
圖4.12 試驗區觀測點位平面配置圖……………………………………...75
圖5.1 橫斷面震測結果…………………………………………………...77
圖5.2 縱斷面震測結果…………………………………………………...77
圖5.3 試驗坑開挖結果…………………………………………………...78
圖5.4 水壓監測平時地下水壓常水位與魚雷車通過時
激發超額孔隙水壓之比較……………………………………….79
圖5.5 試驗段A沈陷量關係圖…………………………………………...83
圖5.6 試驗段B沈陷量關係圖……………………………………………84
圖5.7 試驗段C沈陷量關係圖…………………………………………...84
圖5.8 對照試驗段D沈陷量關係圖……………………………………...85
圖5.9 各試驗段橫斷面沈陷量比較……………………………………...85
圖5.10軌道中心點位(亦即點位2) 縱斷面沈陷量監測結果……………87
圖5.11 點位5(縱斷面)沈陷量監測結果…………………………………88
圖5.12 各試驗段沉陷鈑點位2、4、5平均沈陷量…………………………90
圖5.13 試驗段A、D累積沉陷量分佈曲線比較……………………………91圖5.14 試驗段B 與C、D累積沉陷量分佈曲線比較…………………….91


表 目 錄

表2.1 地工合成材料應用於道路工程常用語彙定義…………………….7
表2.2 常用地工織物檢測法規範…………………………………….……8
表2.3 常用地工格網檢測法規範…………………………………….…....9
表2.4 地工合成材料相關研究文獻回顧……………………………..….18
表2.5 地工合成材料各研究者使用試驗斷面及載重型式…………..…19
表2.6 地工合成材料各研究者所用試驗斷面厚度及特性…………..…21
表3.1 地工合成材料在道路鋪面上應用之品質要求………………..….26
表3.2 影響地工合成材料加勁之變數因子……………………………...27
表3.3 地工加勁材料應用於其他道路鋪面之品質要求………………...29
表3.4 地工合成材加勁應用之特性及未來評估資料庫………………...38
表3.5 永久性道路基底層加勁效益與路基強度之關係………………...40
表3.6 不同交通情況下具備與不具地工織物隔離之
承載能力因子…………………………………………………….46
表3.7 地工合成材加勁效益…………………………………………….. 50
表3.8 基底層加勁效能…………………………………………………...51
表3.9 地工織物需求強度性質…………………………………………...54
表3.10 地工織物分隔性質需求…………………………………………...55
表3.11 地工織物穩定需求性質…………………………………………...55
表4.1 現場地質調查項目………………………………………………...56
表4.2 硬式格網8材料規格……………………………….……….….….68
表4.3 軟式格網材料規格……………………………………….…….….68
表4.4 地工織物材料規格………………………………………….….….69
表6.1 地工合成材料應用於基底層加勁
相關修正建議事項對照表……………………..………………...93
表6.2 地工織物需求強度檢試驗規範………………………………….103
表6.3 地工織物分隔性質檢試驗規範………………………………….104
表6.4 地工織物穩定需求檢試驗規範………………………………….104
表6.5 常用地工格網檢測法規範…………………………………….…105


附圖目錄

附圖1 魚雷車示意圖………………………………………………………..109
附圖2 魚雷車經過軌道上方情形…………………………………………..109
附圖3 軌道旁湧泥(Pumping) 污染道碴情況……………………………...110
附圖4 試坑開挖基層受污染情形…………………………………………..110
附圖5 地表沉陷計設備圖…………………………………………………..110
附圖6 地質鑽探柱狀圖……………………………………………………..111
附圖7 試驗段A硬式格網舖設完成………………………………………..112
附圖8 試驗段B硬式格網舖設完成………………………………………..112
附圖9 試驗段C軟式格網舖設完成………………………………………...112
附圖10 埋設沉陷鈑及分層回填級配粒料與道碴…………………………..113
附圖11 L-1測線震測速度層剖面圖…………………………………………113
附圖12 L-2測線震測速度層剖面圖…………………………………………113
附圖13 L-3測線震測速度層剖面圖…………………………………………114
附圖14 L-4測線震測速度層剖面圖…………………………………………114
附圖15 L-5測線震測速度層剖面圖…………………………………………114
附圖16 L-6測線震測速度層剖面圖…………………………………………115
附圖17 L-7測線震測速度層剖面圖…………………………………………115
附圖18 L-8測線震測速度層剖面圖…………………………………………115
附圖19 L-9測線震測速度層剖面圖…………………………………………116
附圖20 各試驗段對應沉陷鈑點位1沉陷量………………………………..116
附圖21 各試驗段對應沉陷鈑點位2沉陷量………………………….…….117
附圖22 各試驗段對應沉陷鈑點位3沉陷量………………………………..117
附圖23 各試驗段對應沉陷鈑點位4沉陷量………………………………..118
附圖24 各試驗段對應沉陷鈑點位5沉陷量………………………………...118
附圖25 U型式與A型式推舖及配料…………………………………………119


附表目錄

附表 1 鑽探深度0~8m土壤顆粒分析資料………………………………120
附表 2 鑽探深度9~15m土壤顆粒分析資料……………………………..121附表 3 各震測測線探測結果…………………………………………….122
附表 4 規劃試驗段A沉陷量觀測值…………………………………….123
附表 5 規劃試驗段B沉陷量觀測值……………………………………..124
附表 6 規劃試驗段C沉陷量觀測值……………………………………..125
附表 7 對照試驗段D沉陷量觀測值……………………………………..126


符號說明

d 加勁材埋設深度
B 基礎底板寬
AOS 表觀開孔尺寸
CBR 路基強度加州載重比(California bearing ratio)
ESAL 當量單軸重(Equivalent Single Axial Load)
MR 反力模數
TBR 交通效益比(Traffic Benefit Ratio)
BCR 底層級配變化(Base Course Ratio)
LCR 層係數比(Layer Coefficient Ratio)
SN 結構係數(Structural Number)
a1 面層材料強度係數
a2 基層材料強度係數
a3 底層材料強度係數
D1 面層厚度
D2 基層厚度
D3 底層厚度
K 滲透係數
Ψ 滲透率
δ 沉陷鈑之沉陷量觀測值
D15 (F) 濾層材料之過篩百分比為15%之粒徑
D85 (S) 地層土料之過篩百分比為85%之粒徑
O95 地工織物的開孔尺寸,其95%小於該值者
Cu 均勻係數
LL 液性限度
PI 塑性指數
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2003-07-14起公開。
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