Study on Mechanical Behavior of Road Embankment in Soft Ground with Multi-Column Support

隨著台灣經濟快速的發展，在軟弱地盤上施做各種工程是不可避免的 而在高水位的軟弱土層建設常常會造成極大的沉陷或承載破壞，因此為解決這種問題，需先地盤改良來改變土壤工程性質，達到剪力強度提高、壓縮性降低、滲透性降低及動態性質穩定等之目的。本研究採用 Plaxis 2D 有限元素分析程式 探討群樁支撐路堤工程範例之力學行為。 研究結果顯示(1) 使用複合群樁進行地盤改良，可以有效減少路堤的沉陷量及橫向位移，增加了路堤的穩定性。(2) 在複合群樁支撐下，將上方土壤重量傳遞至下方承載土層，除可減少土壤下方軟弱黏土之沉陷外，可以加快地盤的壓密速率。(3) 以 CFG 樁為長樁及石灰樁為短樁組成的複合群樁基礎比以 SC 樁為長樁及石灰樁為短樁組成的複合群樁基礎具有成效，因為 CFG 樁有較高之勁度，且傳遞較多成分之土壤重量至下方承載層。It must be confronted to construct various engineering in soft ground with the fast development of economy in Taiwan. The large settlement or bearing failure may occur for the construction in high water level and soft ground. The ground improvement is used to change the engineering properties of soil for solving the problem above in order to increase the shear strength, decrease the compressibility and permeability, and achieve the objective of dynamic stability. This study is aimed at the mechanical behavior of road embankment with multi-column support as engineering projects using Plaxis 2D program. From the analyzed results, it indicates that (1). The settlement of road embankment and horizontal displacement of soft ground can be effectively reduced with the application of composite multi-column. In this doing, the stability of road embankment is increase. (2).Under the application of composite multi-column, the load of road embankment is transmitted to the deeper bearing layer. Besides the settlement of soft clay beneath the road embankment is reduced, the consolidation rate can be also speeded up. (3) The composition of CFG and lime as long and short pile respectively is more effective than that of composition by SG and lime as long and short pile respectively. This is attributed to that CFG is relatively stiffer and much more portion of road embankment load is transmitted to the deep bearing layer.致謝 .................................................. I 中文摘要 .............................................. II ABSTRACT ............................................ III 目錄 ................................................. IV 表目錄 .............................................. VII 圖目錄 ............................................. VIII 第一章 緒論 ............................................ 1 1.1 前言 .............................................. 1 1.2 研究動機與目的 ..................................... 1 1.3 研究方法 ........................................... 2 1.4 論文內容 ........................................... 2 第二章 文獻回顧 ........................................ 3 2.1 地盤改良工法 ....................................... 3 2.1.1 灌漿工法：........................................ 4 2.1.2 夯壓振實技術：.................................... 5 2.1.3 排水壓密工法：................................... 6 2.1.4 炸震夯實工法：.................................... 7 2.1.5 凍結暫凝技術：.................................... 7 2.2 複合群樁 .......................................... 8 2.3 有限元素分析法 ..................................... 9 第三章 分析方法 ....................................... 12 3.1 分析程式介紹 ...................................... 12 3.2 分析步驟 .......................................... 12 3.3 網格生成 .......................................... 13 3.4 材料參數 .......................................... 13 第四章 研究範例分析與討論 ............................... 15 4.1 研究範例 .......................................... 15 4.2 範例一 ........................................... 20 4.3 範例二 ........................................... 26 4.4 範例三 ........................................... 32 4.5 各範例分析結果比較 ................................. 35 4.5.1 沉陷量 ......................................... 35 4.5.2 隨深度變化的沉陷量 ............................... 42 4.5.3 水平剖面之沉陷量 ................................. 47 4.5.4 橫向位移 ........................................ 52 4.5.5 隨深度變化的橫向位移 ............................. 56 4.5.6 超額孔隙水壓 .................................... 60 第五章 結論與建議 ...................................... 65 5.1 結論 ............................................. 65 5.2 建議 ............................................. 65 參考文獻 .............................................. 66 表目錄 表 4-1 Plaxis 分析程式土壤材料使用參數 .................. 18 表 4-2 Plaxis 分析程式樁材料使用參數 .................... 19 圖目錄 圖 4-1 研究範例示意圖 .................................. 17 圖 4-2 範例一初始況態示意圖 ............................ 22 圖 4-3 範例一第一階段示意圖 ............................ 22 圖 4-4 範例一第二階段示意圖 ............................ 23 圖 4-5 範例一第三階段總位移圖 ........................... 24 圖 4-6 範例一第一階段超額孔隙水壓圖 ..................... 24 圖 4-7 範例一第二階段超額孔隙水壓圖 ..................... 25 圖 4-8 範例一第三階段超額孔隙水壓圖 ..................... 25 圖 4-9 範例二、三初始狀態示意圖 ......................... 28 圖 4-10 範例二、三第一階段示意圖 ........................ 28 圖 4-11 範例二、三第二階段示意圖 ........................ 29 圖 4-12 範例二第三階段總位移圖 .......................... 30 圖 4-13 範例二第一階段超額孔隙水壓圖 .................... 30 圖 4-14 範例二第二階段超額孔隙水壓圖 .................... 31 圖 4-15 範例二第三階段超額孔隙水壓圖 .................... 31 圖 4-16 範例三第三階段總位移圖 .......................... 33 圖 4-17 範例三第一階段超額孔隙水壓圖 .................... 33 圖 4-18 範例三第二階段超額孔隙水壓圖 .................... 34 圖 4-19 範例三第三階段超額孔隙水壓圖 .................... 34 圖 4-20 A 點沉陷量之歷時曲線圖 ......................... 36 圖 4-21 B 點沉陷量之歷時曲線圖 ......................... 37 圖 4-22 C 點沉陷量之歷時曲線圖 ......................... 38 圖 4-23 D 點沉陷量之歷時曲線圖 ......................... 39 圖 4-24 E 點沉陷量之歷時曲線圖 ......................... 40 圖 4-25 F 點沉陷量之歷時曲線圖 ......................... 41 圖 4-26 200 天 F 點隨深度變化之沉陷量圖 ................. 43 圖 4-27 200 天 C 點隨深度變化之沉陷量圖 ................. 44 圖 4-28 200 天 D 點隨深度變化之沉陷量圖 ................. 45 圖 4-29 200 天 E 點隨深度變化之沉陷量圖 ................. 46 圖 4-30 200 天 F 點水平剖面之沉陷量圖 ................... 48 圖 4-31 200 天 G 點水平剖面之沉陷量圖 ................... 49 圖 4-32 200 天 H 點水平剖面之沉陷量圖 ................... 50 圖 4-33 200 天 I 點水平剖面之沉陷量圖 ................... 51 圖 4-34 C 點橫向位移之歷時曲線圖 ........................ 53 圖 4-35 D 點橫向位移之歷時曲線圖 ........................ 54 圖 4-36 E 點橫向位移之歷時曲線圖 ........................ 55 圖 4-37 200 天 C 點隨深度向下變化之橫向位移圖 ........... 57 圖 4-38 200 天 D 點隨深度向下變化之橫向位移圖 ........... 58 圖 4-39 200 天 E 點隨深度向下變化之橫向位移圖 ........... 59 圖 4-40 F 點超額孔隙水壓之歷時曲線圖 .................... 61 圖 4-41 G 點超額孔隙水壓之歷時曲線圖 .................... 62 圖 4-42 H 點超額孔隙水壓之歷時曲線圖 .................... 63 圖 4-43 I 點超額孔隙水壓之歷時曲線圖 .................... 6