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建築物基礎構造設計規範

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第四章 淺基礎

4.1 淺基礎設計

淺基礎之型式包含獨立基腳、聯合基腳、連續基腳及筏式基礎等,設計時應視載重情況、地層條件及結構需求等選擇適用之基礎型式。

淺基礎應置於合適之承載地層上,以提供足夠之支承力,並使基礎不致發生過大之沉陷、滑動與轉動,且避免受溫度、地層體積變化或沖刷之影響,位於地震區則應考慮地震之影響。

【解說】 
  1. 建築物應視載重及地層條件選擇合適之基礎,使其能安全使用且滿足機能需求,不致發生構造之損壞及傾斜現象。
  2. 基礎之型式及尺寸,須視其支承地層而定,使其能傳遞載重而不超過地層之容許支承力,且基礎沉陷量不得超過第4.4.8節之規定,並儘量保持均勻沉陷。
  3. 基礎版底須設置於適當之深度,使其基礎地層不致因溫度、草木生長影響而產生體積變化,或受地表逕流沖刷之影響。設置深度一般情形不得少於60公分,如在凍結地區,基礎版底必須設在凍結線以下之深度,如地基土壤為腐植土、垃圾土、膨脹土、或爛泥等,基底深度必須到達此種土質以下良好土壤之深度,必要時,須將基礎四周之劣土置換,以維基礎之穩定性。
  4. 基礎支承地層應考量受振動載重之影響,並評估地震時土壤發生液化之可能性。
  5. 基礎設計須顧及其施工可行性、安全性及經濟性,不致因施工而影響基地內及鄰近地區生命及產物之安全。

4.1.1 獨立基腳

獨立基腳係用獨立基礎版將單柱之各種載重傳佈於基礎底面之地層。

獨立基腳之載重合力作用位置如通過基礎版中心時,柱載重可由基礎版均勻傳佈於其下之地層,版下之壓力不得大於第4.3節規定之容許支承力。

柱腳如無地梁連接時,柱之彎矩應由基礎版承受,並與垂直載重合併計算,其合壓力應以實際承受壓力作用之面積計算之,且最大合壓力不得大於第4.3節規定之容許支承力。

偏心較大之基腳,宜以繫梁連接至鄰柱,以承受彎矩及剪力。

【解說】 
    獨立基腳之載重作用位置與其基礎版形心一致時,如圖-解4.1-1所示,則柱載重可假設由基礎版均勻傳佈於其下之地層,版下之壓力可用下式計算之:
    式(解4.1-1)
    式中

    基礎面積
    柱腳垂直荷載
    基礎版頂以上之土壤重量
    =基礎自重
    柱腳頂至基礎版底之距離

圖-解4.1-1 獨立基腳載重示意圖

  1. 獨立基腳如須承受彎矩與水平力時,如圖-解4.1-2所示,柱腳頂之彎矩應由基礎版承受之,其偏心距


  2. 式(解4.1-2)
    式中

    柱腳頂之彎矩
    柱腳頂之水平力
    柱腳頂至基礎版底之距離
    而基礎版底所受最大合壓力可由下列二式計算之:

     
     

圖-解4.1-2 獨立基腳承受水平力與彎矩示意圖
  1. 獨立基腳如須承受雙向彎矩與水平力時,其柱腳頂之彎矩應由基礎版承受之,其最大合壓力

  2. 式(解4.1-5)
式(解4.1-6)
式(解4.1-7)
式中,分別為方向及方向之偏心距,而分別為方向及方向之作用彎矩,而為垂直作用力。

4.1.2 聯合基腳

 
聯合基腳係用一基礎版支承兩支或兩支以上之柱,使其載重傳佈於基礎底面之地層。

聯合基腳之基礎版,除另以其他可靠方法分析外,可取柱為支點,基礎版下壓力為載重,推算基礎版控制斷面之設計剪力及彎矩。

【解說】 
當邊柱基礎版受地界線限制,無法放大時,為避免基腳偏心過大之現象,則可利用聯合基腳,其設計須使基礎版之中心與柱載重之合力中心儘量相合或相近,依基礎容許支承力,計算所需之面積大小。一般而言,其形狀有長方形及梯形兩種型式,若兩柱中心距過遠時,則可利用大型繫梁加以連接,由繫梁承受彎矩與剪力。

4.1.3 連續基腳

連續基腳係用連續基礎版支承多支柱或牆,使其載重傳佈於基礎底面之地層。

多柱或牆使用同一連續基礎版為基腳時,基礎版之中心應儘量與多柱或牆之合力作用位置相合或相近,以避免太大之偏心。基礎版之設計,除另以其他可靠方法分析外,可取柱為支點,基礎版下壓力為載重,依連續梁或連續構架分析推算基礎版之設計彎矩及剪力。

【解說】 
此類型之基腳適合於排柱且其柱間距不大時,或為承重牆,其配置應儘量使載重之偏心量維持最小。

4.1.4 筏式基礎

筏式基礎係用大型基礎版或結合地梁及地下室牆體,將建築物所有柱或牆之各種載重傳佈於基礎底面之地層。
以基礎版承載建築物所有柱載重之筏式基礎,應核算由於偏心載重所造成之不均勻壓力分佈。

筏式基礎應考慮其可撓性,其結構設計應視其與地層相對勁度之大小,採用剛性基礎或柔性基礎方法分析設計之。

【解說】 
  1. 當土壤支承力較小而必須承受很大之建築物重量時,則宜採用筏式基礎,一般而言,其使用時機如下:
  2. 柱基腳之底面積超過建築物總面積之1/2。
  3. 基礎可能發生過大之差異沉陷。
  4. 土壤支承力不佳,使用其他淺基礎無法安全支承。
  5. 須抵抗向上之靜水壓力。
  6. 沿鄰近基地或建築物而建造。
  7. 地層含孔洞或性質複雜之高壓縮性土壤者。
  8. 欲防止或減低土層內部因基礎載重產生之應力集中現象。
  9. 筏式基礎具有減少建築物差異沉陷,及挖除土重對建築物載重有補償作用等優點。
  10. 筏式基礎之結構設計,依其與地層相對勁度之大小,可採用剛性或柔性基礎分析方法設計之。依據美國混凝土學會ACI436委員會建議以參數β來區分,若柱與柱中心距小於1.75/時,可採用剛性基礎分析方法設計,反之,若大於1.75/時,則應採用柔性基礎分析方法設計之。
式(解4.1-8)
式內
基礎版之特徵參數(m-1)
=筏式基礎分析有效帶寬(m)

筏式基礎土壤之鉛直向地盤反力係數(tf/m3)

=筏式基礎構造物之楊氏係數(tf/m2)

=筏式基礎所採用有效帶寬之斷面慣性矩(m4)

4.2 淺基礎結構設計

基礎版底深度之設定須考慮地層受溫度、體積變化或沖刷之影響,如有冰凍之地區,基礎版底之深度必須設在凍結線以下。

基礎版之結構分析,應檢核梁式剪應力,穿孔剪應力、彎矩、承壓應力等,均不得超過容許值,其設計應符合建築構造編第六章之相關規定。

【解說】 
  1. 基礎版底深度之設定,除依第4.1節外,對於有可能受地表逕流、河流或洪水沖刷之虞者,宜選用合宜之沖刷公式,推求最大沖刷深度後,再決定基礎底版之設置深度。
  2. 基礎版之結構分析得採用強度設計法,將基礎載重乘以載重因素後,分析各個臨界斷面之應力值,檢核其安全性。 

4.3 容許支承力

4.3.1 極限支承力

    淺基礎之極限支承力應根據第三章基地調查及土壤試驗之結果,依下列公式估計之:

    式(4.3-1)

    圖4.3-1 淺基礎示意圖

    式內
    極限支承力(tf/m2)
    c = 基礎版底面以下之土壤凝聚力(tf/m2)
    基礎版底以下B深度範圍內之土壤平均單位重,在地下水位以下者,應為其有效單位重(tf/m3
    基礎版底以上之土壤平均單位重,在地下水位以下者,應為其有效單位重(tf/m3)
    基礎附近之最低地面至基礎版底面之深度,如鄰近有開挖,須考慮其可能之影響(m) 
    B = 矩形基腳之短邊長度,如屬圓形基腳則指其直徑(m)
    矩形基腳之長邊長度(m)
    載重方向與鉛直線之夾角(°)

    支承力因數,與土壤摩擦角之關係如表4.3-1所示

    形狀影響因素
    埋置深度影響因素 
    載重傾斜影響因素

    上述各形狀、埋置深度及載重傾斜影響因素分如表4.3-2所示。

表4.3-1 支承力因數

f (度)
0
5.3
1.0
0.0
0.0
1
5.3
1.1
0.0
0.0
2
5.3
1.1
0.0
0.0
3
5.3
1.2
0.0
0.0
4
5.3
1.3
0.0
0.0
5
5.3
1.4
0.0
0.0
6
5.3
1.5
0.0
0.0
7
5.3
1.6
0.0
0.0
8
5.3
1.7
0.0
0.0
9
5.3
1.8
0.0
0.0
10
5.3
1.9
0.0
0.0
11
5.5
2.1
0.0
0.0
12
5.8
2.2
0.0
0.0
13
6.0
2.4
0.0
0.0
14
6.2
2.5
1.1
0.9
15
6.5
2.7
1.2
1.1
16
6.7
2.9
1.3
1.4
17
7.0
3.1
1.5
1.7
18
7.3
3.4
1.6
2.0
19
7.6
3.6
1.8
2.4
20
7.9
3.9
2.0
2.9
21
8.2
4.2
2.2
3.4
22
8.6
4.5
2.4
4.1
23
9.0
4.8
2.7
4.8
24
9.4
5.2
3.0
5.7
25
9.9
5.6
3.3
6.8
26
10.4
6.0
3.6
8.0
27
10.9
6.5
4.0
9.6
28
11.4
7.1
4.4
11.2
29
13.2
8.3
5.4
13.5
30
15.3
9.8
6.6
15.7
31
17.9
11.7
8.4
18.9
32
20.9
14.1
10.6
22.0
33
24.7
17.0
13.7
25.6
34
29.3
20.8
17.8
31.1
35
35.1
25.5
23.2
37.8
36
42.2
31.6
30.5
44.4
37
51.2
39.6
41.4
54.2
38
62.5
49.8
57.6
64.0
39
77.0
63.4
80.0
78.8
40以上
95.7
81.2
114.0
93.6
註:為偏心載重基礎使用

表4.3-2 各項影響因素之計算式(Modified from Meyerhof, 1963)

提供支承力項目考慮影響項目 凝聚力(c) 超 載(q) 土重(γ)
形狀影響

因素(s)

埋置深度

影響因素(d)

載重傾斜

影響因素(i)

註:當時使用法,此時形狀與埋置深度影響因素均有上限值。
【解說】 
  1. 上述式(4.3-1)中之埋置深度,須考慮地形及基礎構造之型式,如圖-解4.3-1所示,同時如鄰近有開挖時須顧及其可能之影響。
  2. 基礎土壤的剪力破壞型式分為全面剪力破壞、局部剪力破壞及貫穿剪力破壞三種主要類型,依土壤的種類、緊密程度、軟硬程度及基礎寬度與覆土深度等而定。依Terzaghi研究指出,當砂土摩擦角大於38°或黏土單軸壓縮強度大於10tf/m2時,方可能產生全面剪力破壞,當砂土摩擦角小於28°時則產生貫穿剪力破壞,砂土摩擦角介於28°∼38°之間時為局部剪力破壞,而通常之值皆係由全面剪力破壞推導得之,因此必須加以適度修正,方能反映實際情況,如表4.3-1所示。

圖-解4.3-1 基礎埋置深度示意圖

4.3.2 偏心載重基礎

承受偏心載重之基礎,應根據偏心狀況及偏心量大小,對支承力估計予以特殊之考慮。長期載重情況之最大偏心量不得大於基礎版寬度之六分之一,短期載重情況之最大偏心量不得大於基礎版寬度之三分之一。
【解說】 
    承受水平力或彎矩與垂直載重聯合作用之基礎,基礎土壤反力呈非均勻分布,基礎之垂直容許載重可採用Meyerhof(1953)所建議之有效面積法推求,其方法如下:
  1. 決定有效基礎大小:

  2. (1)長方形基礎時,如圖-解4.3-2所示。
      (a)單向偏心狀況
        有效接觸面積  式(解4.3-1)
        有效寬度  式(解4.3-2)
      (b)雙向偏心狀況
        有效接觸面積  式(解4.3-3)
        有效寬度  式(解4.3-4)
        有效長度  式(解4.3-5)
    (2)圓形基礎時,如圖-解4.3-3所示。
  3. 有效接觸面積  式(解4.3-6)

  4. 式中之為圓形基礎的半徑(m),而為接觸面積之半圓周角(rad),其值如圖-解4.3-4所示。
  5. 淨極限支承力由下列公式計算,式中之如表4.3-1所示,而形狀影響因素則應按表4.3-2公式以有效接觸面積之計算:
    式(解4.3-7)
  1. 偏心載重為容許支承力與有效面積之乘積,即

  2. 式(解4.3-8)

(a) 單向偏心作用 (b) 雙向偏心作用

圖-解4.3-2 長方形基礎之有效接觸面積

圖-解4.3-3 圓形基礎之有效接觸面積 圖-解4.3-4圓形基礎之關係圖

4.3.3 斜坡與層狀地層上基礎
 
斜坡與層狀地層上之淺基礎,應根據斜坡狀況及層狀地層之分佈狀況,對支承力估計予以特殊之考慮。
【解說】
    設置於斜坡坡頂(如圖-解4.3-5所示)或建造於坡面(如圖-解4.3-6所示)之淺基礎,其主要破壞之型式計有逕流淘刷破壞,邊坡滑動破壞及基礎支承力破壞等三類。對於逕流淘刷之控制,設計時應規劃完善之坡面排水系統及護坡設施予以防治。對於邊坡穩定之問題,則於設計階段應有完整慎密之分析,並根據邊坡穩定分析結果,施以必要之邊坡穩定及水土保持設施,以確保邊坡穩定無慮後,始可進行基礎之規劃設計。斜坡上淺基礎之極限支承力必須根據斜坡狀況、基礎位置及地層狀況而加以評估,一般而言,其支承力大小隨著斜坡角度增加而減少,極限支承力得參考Meyerhof(1957)所提出之斜坡上基礎支承力理論估算。

圖-解4.3-5 斜坡坡頂之基礎破壞模式 圖-解4.3-6 坡面上之基礎破壞模式

  1. 沖積地層之土層可能由一層一層不同土壤所組成,由於土壤種類與性質皆不同,因此層狀地層支承力估算,必須考慮各種狀況,並取其最小值為基礎支承力。

  2. (1)緊密砂土層下接軟弱黏土層時,其支承力為下接軟弱黏土層支承力加上基礎貫穿緊密砂土層所提供支承力之總和,但支承力不得大於緊密砂土層之支承力。
    (2)堅硬黏土層下接軟弱黏土層時,其支承力為下接軟弱黏土層支承力加上基礎貫穿堅硬黏土層所提供支承力之總和,但支承力不得大於堅硬黏土層之支承力。
    (3)軟弱黏土層下接堅硬黏土層時,其支承力為軟弱黏土支承力與堅硬黏土層支承力兩者內插推求之,並應考慮是否可能產生塑性流破壞現象。
    (4)有關層狀地層上之淺基礎支承力得參考Meyerhof and Hanna (1978)所發表支承力理論估算之。
4.3.4 載重試驗
基礎地層之容許支承力及地盤反力係數,得利用現場平鈑載重試驗結果推求之,但應特別注意地層層次狀況及基礎規模效應之影響應針對實際狀況作必要之修正。
【解說】 
  1. 載重試驗應依下列規定:

  2. (1)載重試驗坑底之標高,應與設計基礎版底相同,試驗坑每邊寬度不得少於試驗版寬度之四倍。
    (2)試驗版邊長,不得小於三十公分,沉陷測微表之精度至少應達到0.25公厘。
    (3)每次加載應加設計載重之五分之一,每次加載持壓時間應相同,並不得少於一小時。加載應繼續施行,直至總沉陷量達二十五公厘,或達土壤支承力破壞為止﹔卸載時應依加載相反之程序﹔依所記載之沉陷及回彈記錄,繪製載重~沉陷曲線圖,並估算其極限支承力。
  3. 基礎之極限支承力得依下式推算:

  4. (1)黏土層 式(解4.3-8)
    (2)砂土層 式(解4.3-9)
  5. 沉陷量得依下式推算:

  6. (1)黏土層 式(解4.3-10)
    (2)砂土層 式(解4.3-11)
    式中:
      基礎之極限支承力(tf/m2
      平鈑試驗之極限支承力(tf/m2
      =基礎寬度(m) 
      =平鈑寬度(m) 
      =基礎之沉陷量(m) 
      =平鈑試驗之沉陷量(m) 
  7. 鉛直向地盤反力係數定義為基礎承受之均佈載重與所產生之沉陷量s之比值,即,其值並非常數,依基礎大小、基礎埋置深度、土壤種類及載重強度等條件而定。通常,值隨著基礎作用面積之增加而降低,其值除可由平鈑載重試驗之結果依上述各式作修正求得外,亦可參考其他國外規範之相關規定估算之。
4.3.5 安全係數
基礎地層之容許支承力,應依使用條件及載重狀況按第4.3.1節所列公式計算極限支承力扣除基礎底面以上荷重,而得淨極限支承力後,除以安全係數後,再加上基礎底面以上荷重,且其沉陷量必須小於容許沉陷量而得之。建築物基礎支承長期載重之安全係數不得小於3,考慮短期性載重如地震、風力及積雪等,容許支承力得予提高百分之五十。

4.4 沉陷量

4.4.1 一般說明

建築物基礎之沉陷現象係因基礎以下之地層受建築物載重、地下水位變化、地下空穴或環境變化等影響所致。一般狀況下,基礎承受建築物載重所致之沉陷量,得依本節規定計算之,至於其他因素所造成之沉陷,應依基地條件適度考量之。
【解說】 
基礎下方之土壤受到環境因素改變時,可能產生壓縮或顆粒移動現象而使基礎產生沉陷,沉陷量過大者將影響建築物之使用機能與美觀,甚至產生結構損壞,於基礎設計時應特別考量沉陷之問題,尤其對位於軟弱地盤上之基礎。

4.4.2 沉陷量分析之基礎載重

計算淺基礎之沉陷量時,作用於基礎底面之載重,以靜載重加上活載重合併計算之,其中活載重應依建築構造編第二十五條計算並折減之。
【解說】 
本節基礎載重之計算應依本規範第二章相關規定計算之。

4.4.3 地層應力增量計算

地層因受基礎載重影響而增加之應力,原則上可依載重情況按彈性力學公式計算之,惟應綜合考慮基礎形狀及地層變化等因素,而作適當之修正。
【解說】 
  1. 基礎載重若係垂直集中載重,而土層可視為等值均質、均向、線彈性介質柏松比時,則其垂直應力增量可採用Boussinesq(1886)公式計算之,如圖-解4.4-1所示。

  2. 式(解4.4-1)

    式中

    地層中深度z之垂直應力增量(tf/m2)
    基礎底面之垂直集中載重(tf) 
    基礎底面以下計算點之深度(m) 
    至集中載重作用點之水平投影距離(m) 
    至集中載重作用點之距離(m)。

    圖-解4.4-1 應力增量

  3. 基礎載重若為分佈載重時,其垂直應力增量可利用Boussinesq公式積分求得或是利用Newmark(1942)之應力影響圖法求出。
  4. 基礎載重為均佈載重時,可採用近似方法,由基礎版底各側向下外放三十度(垂直角)或以垂直比水平(2:1)坡至計算點之深度,計算擴大面積,求出平均地層應力增量。
  5. 基礎載重若為不均勻分佈,呈梯形或三角形荷重時,其垂直應力增量可利用Osterberg(1957)之應力影響圖求出。 

4.4.4 沉陷類別

基礎載重所引致之沉陷量包含瞬時沉陷、壓密沉陷及次壓縮沉陷,以及塑性流潛移等造成之沉陷。砂性土壤以瞬時沉陷為主,黏性土壤則以壓密沉陷及次要壓縮沉陷量為主,特殊軟弱土壤如極軟弱黏土、腐植土及有機土等應另加考慮塑性流及潛移導致之沉陷。
【解說】 
基礎載重所生之總沉陷量包含瞬時沉陷、壓密沉陷、次壓縮沉陷及塑性流及潛移導致沉陷等四部份。當土壤承受載重後於短時間內產生之沉陷稱為瞬時沉陷,而當超額孔隙水壓消散過程所伴隨產生之沉陷稱為壓密沉陷,當壓密完成後,於有效壓力不變的情形下,土壤隨著時間持續發生之變形稱為次要壓縮沉陷,但土壤如極軟弱黏土、腐植土及有機土等因載重而產生側向塑性流或潛移造成基礎沉陷。

4.4.5 瞬時沉陷

地層承受基礎載重之瞬時沉陷量計算,得視地層為均質體以彈性力學理論推估之。
【解說】 
瞬時沉陷係指地層承受基礎載重後,短時間內即產生之沉陷反應,主要是由於土壤顆粒變形、相對滑動及土體受剪變形所致,因此當載重解除後,瞬時沉陷並未能完全恢復,此現象與一般固體材料於彈性限度內之應力-應變行為有所不同,惟實務上於計算地層之瞬時沉陷量時,仍視地層為連體並以彈性理論公式推估,其彈性變形模數視為定值,惟該值應考慮土體應力大小及過壓密比等之影響,妥予決定之,常用之一般式為:
式(解4.4-2)

式中: 任意點之瞬時沉陷量(m) 
基礎載重影響範圍各土層之厚度(m) 
基礎載量所引致之鉛直方向與水平方向應力增量(tf/m2)
各土層之變形模數(tf/m2),

柏松比
淺基礎之沉陷量計算宜分層估算。對於承受均佈載重之地層,用於計算瞬時沉陷之彈性理論基本公式為:

式(解4.4-4)

式中: 瞬時沉陷量(m)

載重面作用之均佈載重(tf/m2)
載重面寬度或直徑(m) 
土層之變形模數(tf/m2)
影響係數,與載重面形狀、沉陷點位置、基礎剛度及埋置深度、壓縮層厚度等因素有關。

針對飽和黏土層上之淺基礎,基礎平均之瞬時沉陷量亦得以Janbu(1956)等所建議之修正彈性理論公式計算之,即

式(解4.4-4)

式中
瞬時沉陷量(m) 
=影響係數,如圖-解4.4-2所示
載重(tf/m2)
不排水變形模數應考慮過壓密比之影響(tf/m2)
基礎寬度(m) 

圖-解4.4-2 估算飽和黏土平均瞬時沉陷之

(取自Janbu et al,1956)

4.4.6 壓密沉陷

黏性土層之單向度壓密沉陷量,原則上可由壓密前後之孔隙比變化,依下式推估之:

式(4.4-1)

式內

壓密沉陷量(cm) 
層土壤初始正向應力為時之孔隙比
層土壤正向應力增加為時之孔隙比
層中央點之初始正向有效垂直應力(tf/m2)
層中央點之最終正向有效垂直應力(tf/m2
=第層之厚度(cm) 

【解說】 
土層於承受載重後所產生之壓密沉陷量,原則上應依其孔隙比之變化計算之。而在一般工程應用上,常利用壓縮指數(compression index)之方式估算之,即利用單向度壓密試驗之結果,研判黏性土層係屬於正常壓密土壤、過壓密土壤或壓密中之土壤,估計其壓縮指數,再利用壓密沉陷計算公式加以估算。

首先應先將單向度壓密試驗結果之關係曲線,利用Casagrande(1936)或Schmertmann(1955)建議之方法修正成工地壓密曲線,再根據工地壓密沉陷曲線計算土層之壓密沉陷量。

應用工地壓密曲線計算土層之壓密沉陷量,應注意該土層之土壤是正常壓密土壤、過壓密土壤或壓密中的土壤,根據圖-解4.4-3所列公式計算其壓密沉陷量,圖中所示之為該土層目前所受之有效覆土壓力,為其最大預壓密壓力,而則為該土層於承受加載後之最終有效覆土壓力。
1.  2. 

 


式(解4.4-5) 式(解4.4-6)

(a)過壓密土壤()

 

式(解4.4-7) 式(解4.4-8)

(b)正常壓密土壤() (c)壓密未完成土壤()

圖-解4.4-3 壓密沉陷量計算示意圖

4.4.7 次壓縮沉陷

次壓縮沉陷量可利用該壓縮性地層中所取得不擾動土樣之單向度壓密試驗結果推估之。
【解說】 
次壓縮沉陷通常發生於高壓縮性之黏土層中,係於主要壓縮(壓密)完成後,在有效應力維持不變之狀況下,隨時間而持續發生之沉陷,此種沉陷可能係由黏土顆粒與黏土團間鍵結之壓縮、土壤結構重組及其他一些微觀結構之改變所造成,其推估公式如下:
式(解4.4-5)
式中: 土層之次壓縮係數
土層厚度(m) 
壓密沉陷完成時間(年)
考慮次壓縮沉陷時間(年)

一般土壤之次壓縮沉陷很小,設計上可略而不計,惟對於特殊軟弱土壤,如腐植土、有機土等則應特別考慮。

4.4.8 容許沉陷量

建築物之容許沉陷應視地層狀況、基礎型式、載重大小、構造種類、使用條件及環境因素而定,基礎沉陷所導致之角變量及總沉陷量,應不得使建築物發生有害之裂縫,或影響其使用功能。
【解說】 
    1.依據Wahls(1981)研究成果,定義基礎變位的參數如圖-解4.4-4所示,其中表基礎沉陷前之點位,而則表所對應沉陷後之點位。為方便起見,基礎沉陷一般可視為包含剛體位移與撓曲變形,前者主要造成建築物整體之轉動,而後者將造成建築物構件之扭曲變形,致產生有害之龜裂或損壞,因此一般在計算角變量時均將基礎沉陷之剛體轉動量扣除,此角變量可用於估計建築物構件之扭曲變形與損害等情形。

     
    (a)無剛體轉動之沉陷

    (b)具有剛體轉動之沉陷

    圖中: 點之總沉陷量
    點和點間之差異沉陷量
    相對撓度
    角變量
    撓度比

    圖-解4.4-4 建築物沉陷與相關參數之定義

  1. 基礎若產生沉陷首先將影響建築物之粉刷、裝飾或設備之正常使用,沉陷量若過大,則將導致構造物產生龜裂或損壞。所謂容許沉陷量端視要求之標準而定,設計者應視建築物型式審慎評估之,除建築美觀或結構上有特殊需求者外,基礎沉陷所導致角變量及總沉陷量之一般容許標準如下:

  2. (1)容許角變量:建築物相鄰兩柱或相鄰兩支點間,因差異沉陷引致之角變量,應不得使建築物發生有害之裂縫,或影響其使用功能。角變量與建築物損壞程度之關係如表-解4.4-1所示,此表僅係一般之原則,對於特定之構造物應視其狀況而定。
表-解4.4-1 角變量與建築物損壞程度(Bjerrum,1963)
角變量 建 築 物 損 壞 程 度
1/600 斜撐之構架有受損之危險
1/500 建築物不容許裂縫產生的安全限度(含安全係數)
1/300 隔間牆開始發生裂縫(不含安全係數)
1/250 剛性之高層建築物開始有明顯的傾斜
1/150 隔間牆及磚牆產生相當多的裂縫
1/150 可撓性磚牆之安全限度(含安全係數)
1/150 建築物產生結構性損壞
(2)容許沉陷量:建築物因基礎載重引致之總沉陷量,原則上不得超過表-解4.4-2所示之值,惟須注意構造物之實際狀況,有時在較小沉陷量即有可能產生損壞。

表-解4.4-2 容許沉陷量 (單位:公分)

構造物種類 混 凝 土 鋼 筋 混 凝 土
基礎型式 連續基腳 獨立及聯合基腳 連續基腳 筏式基礎
總沉陷量 4.0 10.0 20.0 30.0

4.5 接觸壓力

接觸壓力係指基礎版承受載重時作用於基礎地層之應力值,其分佈隨基礎與地層間之相對剛性而異。在任何情況下,基礎之最大接觸壓力均不得超過第4.3節規定之土壤容許支承力值。
【解說】 
  1. 實際的基礎與地層之接觸壓力分佈相當複雜,依基礎埋置深度、土壤種類、及兩者之相對剛性而定,下圖為各情況之壓力分佈示意圖。
基礎版種類  土壤種類
 黏 性 土
 砂 質 土
柔 性 基 礎 版
 




 




 
 
 
 





埋置深度

 
 
  

圖-解4.5-1 基礎勁度與接觸壓力分布圖

2.一般情況下,剛性基礎之接觸壓力得以基礎載重除以基礎版底面與土壤接觸之有效支承面積計算,並依載重偏心、基礎形狀及彎矩等因素,按直線變化之分佈方式推求之。

4.6 承受水平力之淺基礎

4.6.1 安全係數

淺基礎之容許水平支承力,一般情況下可依下節式(4.6-1)及式(4.6-2)之和計算其水平極限支承力,並除以安全係數得之。構造物基礎承受長期性水平載重之安全係數不得小於1.5,考慮短期性載重時,如地震、風力及積雪等,其安全係數不得小於1.2。
【解說】
  1. 本節有關構造物基礎承受水平載重,應考慮長期性與短期性分析,其載重分析依本規範第二章基礎載重規定計算。
  2. 考慮短期性載重時,如地震、風力及積雪等,屬偶發性載重,容許支承力酌予提高,因此安全係數由原規定不得小於1.5,調降至不得小於1.2。
  3. 構造物基礎承受水平載重,不論係屬長期性或短期性,皆應檢核其所可能引致之水平變位、轉動對構造物構件應力造成的影響。 

4.6.2 基礎版底面之摩擦阻力

基礎版底面之摩擦阻力得依下式計算之。
式(4.6-1)
式內: 基礎版底面之摩擦阻力(tf) 
作用於基礎版底面之有效鉛直載重(tf)
基礎版底面混凝土與地層間之摩擦角(°)
(1)支承層為土壤或軟岩時取2/3
(2)支承層為硬岩時取30°至45°。
=地層之有效內摩擦角(°)
基礎版底面之有效接觸面積(m2)
基礎版底面與地層之有效附著力(tf/m2
【解說】
  1. 基礎版底面之摩擦阻力為底面摩擦力與附著力兩者之和,由式(4.6-1)計算之,其中為基礎版底面混凝土與地層間之摩擦角,其大小與地層特性及基礎施工有關,其選用原則如下:

  2. (1)基礎支承層為土壤或軟岩時
      基礎為現場澆注施工時,則
      基礎為預鑄方式施工時,則
    (2)基礎支承層為硬岩時
      基礎為現場澆注施工時,則,但不得大於
      基礎為預鑄方式施工時,則,但不得大於
  3. 基礎版底面之有效接觸面積之計算必須考慮基礎面積形狀,偏心量 大小而定,其估算方法得依第4.3.2節解說之規定計算之。 

4.6.3 基礎版前側之側向抵抗力

基礎版前之側向抵抗力如圖4.6-1所示,得依下式計算之:
式(4.6-2)

式內:

淺基礎版前側之側向抵抗力(tf) 
,為形狀係數,依基礎之入土深度與基礎寬度之比值而定。
基礎版前側承受側向抵抗力之版寬度(m) 
被動土壓力 (tf/m2)
主動土壓力 (tf/m2)
被動土壓力係數,原則上採表4.6-1值
主動土壓力係數,原則上採表4.6-1值
地層之平均有效單位重量(tf/m3)
地表至基礎版底之深度(m)
基礎版厚度(m)
地表至基礎版中心點之深度(m)

圖4.6-1 基礎版前側之側向抵抗力分佈示意圖

【解說】 
  1. 式(4.6-2)中之形狀係數,其值與土壤種類、回填土料性質、基礎版前方之形狀、尺寸大小及埋置深度有關,如圖-解4.6-1所示。
  2. 地層側向土壓力係數值,可利用Rankine公式計算之:
式(解4.6-1)

式(解4.6-2)
 

圖-解4.6-1 值與/之關係曲線圖
(取自日本鐵道構造物等設計標準,1997)

 表4.6-1 地層土壓力係數

(度) 
0
10
20
30
40
45
1.0
1.4
2.0
3.0
4.6
5.8
1.0
0.71
0.5
0.33
0.22
0.17