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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:薄有為
研究生(外文):Yu-Wei Po
論文名稱:廢輪胎擋土牆穩定性與經濟性分析
論文名稱(外文):Analysis on the stability and economies of use of waste tires for construction of retaining wall
指導教授:田永銘田永銘引用關係
指導教授(外文):Yong-Ming Tien
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:158
中文關鍵詞:廢輪胎擋土牆穩定性經濟性
外文關鍵詞:retaining wall make of waste tireseconomiesstability
相關次數:
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摘要

近年來汽、機車等交通工具大量成長,產生大量的廢棄輪胎,造成環境污染公害問題,廢輪胎本身體積龐大,且不易腐化,用直接掩埋方法不但佔用大量掩埋空間,又不易分解,也不符合經濟效益,若將廢輪胎大量使用在土木工程上,可紓解每年產生大量廢輪胎堆置的問題。
本研究以原型廢輪胎作為擋土牆工程,就實際全程參與桃園縣龍潭鄉牛欄河上游三期整治工程廢輪胎擋土牆護岸作為研究案例參考,同時參考前人對廢輪胎擋土牆相關研究資料,進行一系列廢輪胎擋土牆穩定性與經濟性分析,本研究首先針對實際參與廢輪胎擋土牆現場工程案例區施工過程,配合現場廢輪胎擋土牆護岸完工後裝設監測儀器量測數據作整體性的說明。穩定性分析方面,選定不同高度之廢輪胎擋土牆斷面,根據庫倫土壓力理論計算分析廢輪胎擋土牆穩定性,以檢核底部抗滑動、抗傾倒及基礎承載力之安全係數,並以PC-STABL6程式模擬廢輪胎擋土牆邊坡穩定分析,同時利用FLAC4.0程式模擬分析廢輪胎擋土牆之變位與廢輪胎擋土牆邊坡滑動與位移情形及土體應力分佈狀況。而經濟性分析方面,利用Project 2000軟體分別計算廢輪胎擋土牆與重力式擋土牆施工成本及所需工期,進而比較其兩者擋土牆經濟性與施工性。期盼藉此研究,累積一些廢輪胎擋土牆研究之相關經驗、數據及資料,供未來工程界設計及工程案例調查之參考,以助於未來廢輪胎工程技術規範之建立。
Abstract

Over the recent years, such transportation as automobiles and motorcycles keep on the increase significantly that resulted in big quantity of waste tires bringing forth environmental pollution. On account of huge dimensions of waste tires, if we bury such waste tires directly in the waste yard, it would occupy a large space and tires cannot only be dissolved easily but it does not meet the requirements for economies. If huge quantity of waste tires is used for civil works, it will alleviate the issue in stacking and disposal of big quantities in each year.

For this study, reference was made to the practical case where the waste tires were used for construction of retaining wall and embankment for Phase III rectification of upper stream of the Newlan River in Lungtam Hsiang, Taoyuan County in which I was involved throughout the entire project. Meanwhile, I made reference to the available studies of use of waste tires for construction of retaining wall and proceeded with series of analysis on the stability and economies of use of waste tires for construction of retaining wall. This study firstly made the integral description of process of field construction using waste tires for construction of retaining wall where I was involved, and parameters acquired thru monitoring instruments installed upon completion of retaining wall that serves as the embankment. With respect to stability analysis, after having selected cross section of retaining wall made of waste tires with different heights and according to Coulomb theory on earth pressure, I operated calculation and analysis on the stability of retaining wall constructed with waste tires for verification of safety of factor of resistance to sliding at the bottom, resistance to collapse and foundation load. In addition, I made use of PC-STABLE 6 program for simulation of analysis on stability of side slope of retaining wall constructed with waste tires. Meanwhile, I made use of FLAC4.0 Program for simulation and analysis on the displacement of retaining wall made of waste tires, the conditions of sliding of side slope of retaining wall made of waste tires as well as the distribution of soil stress. To facilitate analysis on economies, I made use of Project 2000 software for calculation of costs and work duration of construction of retaining wall made of waste tires and the gravity-type retaining wall, made comparison in the economies and the feasibility of construction between the 2 types of construction. It is my earnest hope that this study will bring forth accumulation of experiences, parameters and data in studies of construction of retaining wall with waste tires, which would serve as reference materials relevant to construction engineering and cases of instance that would contribute to the establishment of technical specification relevant to utilization of waste tires in the years to come.
目 錄
頁次
目錄 Ι
圖目錄 Ⅴ
表目錄 ⅩΙ

第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 2
1.3研究目的 2
1.4研究流程 3

第二章 文獻回顧 4
2.1 前言 4
2.2 生態工法之概念 4
2.2.1生態工法定義 5
2.2.2 生態工法設計原則 5
2.3 我國廢輪胎回收清除處理相關規定 7
2.4 廢輪胎基本性質及組成 8
2.5 廢輪胎處理方式 10
2.5.1 掩埋 10
2.5.2 輔助燃料 11 2.5.3 熱解 11
2.5.4 舊胎再製 12
2.5.5 切碎後處理 12
2.5.6 原型利用 13
2.6 廢輪胎在工程上之應用 13
2.6.1 河海工程 13
2.6.2 公路工程 15
2.6.3 水土保持工程 16
2.6.4 大地工程 18
2.7 廢輪胎工程性質試驗 21
2.7.1 原型廢輪胎結構力學試驗 21
2.7.2 廢輪胎剪力強度試驗 22
2.8 廢輪胎工程之穩定性分析 23
2.9 廢輪胎工程之經濟性分析 25

第三章 研究計劃與方法 27
3.1 前言 27
3.2 廢輪胎擋土牆工程案例介紹 27
3.3 現場監測系統之架設 31
3.3.1 現場使用之監測系統 31
3.3.2 現場使用監測系統儀器之介紹 34
3.4 廢輪胎擋土牆之穩定性分析計算 39
3.4.1擋土牆設計要點 39
3.4.2擋土牆設計穩定分析計算 40
3.5廢輪胎擋土牆邊坡穩定性分析 46
3.5.1 PC-STABL6程式簡介 46
3.5.2 PC-STABL程式分析原理與方法 46
3.5.3 PC-STABL6程式應用廢輪胎擋土牆分析流程 50
3.6 FLAC程式分析說明 58
3.6.1 FLAC程式概述 58
3.6.2 FLAC程式運算程序 59
3.6.3 組合律模式 59
3.6.4 FLAC程式基本條件與指令說明 60
3.6.5 FLAC程式使用步驟 63
3.6.6 FLAC4.0分析廢輪胎擋土牆之流程 65
3.7廢輪胎擋土牆經濟性分析 66
3.7.1工料分析架構與流程 66
3.7.2單價分析原理 68
3.7.3工料單價分析程序 67
3.7.4影響工程估價之因素 70
3.7.5 Project 2000軟體應用 72

第四章 研究結果與分析 74
4.1現場工程案例區施工說明與監測結果 74
4.1.1現場工程案例區施工過程說明 74
4.1.2現場工程案例區監測結果 80
4.2廢輪胎擋土牆穩定性驗證計算分析結果 86
4.3廢輪胎擋土牆邊坡穩定性分析結果 100
4.3.1概述 100
4.3.2廢輪胎擋土牆分析結果(3m高) 101
4.3.3廢輪胎擋土牆分析結果(4m高) 104
4.3.4廢輪胎擋土牆分析結果(5m高) 107
4.3.5廢輪胎擋土牆邊坡穩定分析結果整理 110
4.4以FLAC4.0程式模擬廢輪胎擋土牆穩定性分析結果 112
4.5廢輪胎擋土牆經濟性分析結果 135
4.5.1概述 135
4.5.2重力式擋土牆與廢輪胎擋土牆工料單價計算 135
4.5.3 Project 2000軟體分析結果 151

第五章 結論與建議 152
5.1結論 152
5.2建議 154

參考文獻 155











圖目錄

圖1-1 研究流程圖 3
圖2-1 砌石牆示意圖 6
圖2-2 廢輪胎橫斷面圖 9
圖2-3 雲林金湖漁港利用廢棄輪胎施作之防砂試驗堤 14
圖2-4 雲林金湖漁港防砂試驗堤所使用之廢棄輪胎 14
圖2-5 以廢輪胎作為土石流源頭處理 16
圖2-6 以廢輪胎作為跌水處理 17
圖2-7 以廢輪胎作為混凝土梳子壩 17
圖2-8 美國加州Highway236公路原型擋土牆斷面圖 19
圖2-9 原型廢輪擋土牆斷面圖 19
圖2-10 構造斷面示意圖 20
圖2-11 使用監測系統觀察2年後之沈陷量 20
圖2-12 廢輪胎擋土牆五種破壞型式 25
圖3-1 工程案例區基地位置圖 28
圖3-2 未施工前現場全景照 28
圖3-3 現場工程之土層照 29
圖3-4 擋土牆所使用之廢輪胎 29
圖3-5 牛欄河上游整治三期工程廢輪胎擋土牆護岸設計立面圖 29
圖3-6 牛欄河上游整治三期工程廢輪胎擋土牆護岸設計上視圖 30
圖3-7 牛欄河上游整治三期工程廢輪胎擋土牆護岸設計斷面圖(高度3m) 30
圖3-8 牛欄河上游整治三期工程廢輪胎擋土牆護岸設計斷面圖(高度4m) 31
圖3-9 施工現場位置及監測點編號之示意圖 32
圖3-10 施工現場監測裝置示意圖 33
圖3-11 廢輪胎擋土牆傾度盤裝設示意圖 33
圖3-12 廢輪胎擋土牆壁外傾斜管裝設示意圖 34
圖3-13 傾斜儀外觀照 35
圖3-14 傾斜儀變位量換算示意圖 35
圖3-15 現場埋設所用之傾斜管 35
圖3-16 裝設傾斜觀測管-管外包覆濾網 36
圖3-17 傾斜管外裝填七厘石濾層 36
圖3-18 裝設完成之傾斜觀測管(兼水位觀測井) 36
圖3-19 孔口裝設保護座並灌注水泥砂漿 37
圖3-20 以地中傾斜儀量測傾斜觀測管 37
圖3-21 水位計觀測地下水位深度 37
圖3-22 結構物傾度盤與傾斜計構造圖 38
圖3-23 廢輪胎擋土牆上方傾度盤 38
圖3-24 廢輪胎擋土牆傾斜之變位量測使用之儀器 39
圖3-25 作用於重力式擋土牆主動土壓力示意圖 41
圖3-26 重力式擋土牆底部抗滑動之穩定分析示意圖 43
圖3-27 重力式擋土牆抗傾倒之穩定分析之穩定分析示意圖 44
圖3-28 重力式擋土牆基底反力示意圖(e≦B/6) 45
圖3-29重力式擋土牆基底反力示意圖(e>B/6) 45
圖3-30 Janbu 簡易法之修正係數 48
圖3-31 邊坡切片之作用系統 49
圖3-32 PC-STABL6程式模擬廢輪胎擋土牆之分析流程 50
圖3-33 廢輪胎擋土牆基本分析模型圖(以3m高廢輪胎擋土牆為例) 51
圖3-34 土層邊界輸入視窗圖 52
圖3-35 土壤參數輸入視窗圖 53
圖3-36 地下水水位面輸入視窗圖 54
圖3-37 邊界載重輸入視窗圖 55
圖3-38 地震力輸入視窗圖 56
圖3-39 Bishop’s Circular輸入視窗圖 58
圖3-40 利用FLAC4.0分析廢輪胎擋土牆流程圖 65
圖3-41 Project 2000軟體應用分析流程圖 73
圖4-1 廢輪胎擋土牆基礎開挖區 74
圖4-2 已完成之廢輪胎擋土牆基礎底座 75
圖4-3 廢輪胎擋土牆與邊坡背填土間架設之模板 75
圖4-4廢輪胎擋土牆堆疊廢輪胎之施工作業情形 76
圖4-5堆疊中之廢輪胎 76
圖4-6 廢輪胎內所使用之鋼筋 76
圖4-7 固定廢輪胎擋土牆臨時架設模板 77
圖4-8 廢輪胎擋土牆現場混凝土灌漿作業情形 77
圖4-9 廢輪胎擋土牆與背填土之間採用不織布 78
圖4-10 廢輪胎擋土牆回填後背填土區 78
圖4-11 完工後廢輪胎擋土牆護岸 78
圖4-12 廢輪胎擋土牆完工後植栽之佈置 79
圖4-13 廢輪胎擋土牆後方背填土栽種之植栽 79
圖4-14 傾斜觀測管及傾度盤之量測方向示意圖 80
圖4-15 傾斜管位移量監測資料(與邊坡向平行) 83
圖4-16 廢輪胎擋土牆傾度盤觀測結果示意圖(與邊坡向平行) 84
圖4-17 完工後廢輪胎擋土牆受敏督利颱風影響後之現況(一) 85
圖4-18 完工後廢輪胎擋土牆受敏督利颱風影響後之現況(二) 85
圖4-19 完工後廢輪胎擋土牆受敏督利颱風影響後之現況(三) 85
圖4-20 模擬之廢輪胎擋土牆形狀斷面圖 87
圖4-21 不同地震區廢輪胎擋土牆底部抗滑動分析安全係數與擋土牆牆高關係圖 98
圖4-22 不同地震區廢輪胎擋土牆抗傾倒分析安全係數與擋土牆牆高關係圖 99
圖4-23 不同地震區廢輪胎擋土牆基礎承載力分析安全係數與擋土牆牆高關係圖 99
圖4-24 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(3m、平日水位) 101
圖4-25 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(3m、平日水位、地震乙區) 102
圖4-26 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(3m、平日水位、地震甲區) 102
圖4-27 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(3m、平日水位、坡頂加載200kpa) 103
圖4-28 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(3m、高水位) 103
圖4-29 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(3m、低於河床下水位) 104
圖4-30 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(4m、平日水位) 104
圖4-31 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(4m、平日水位、地震乙區) 105
圖4-32 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(4m、平日水位、地震甲區) 105
圖4-33 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(4m、平日水位、坡頂加載200kpa) 106
圖4-34 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(4m、高水位) 106
圖4-35 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(4m、低於河床下水位) 107
圖4-36 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(5m、平日水位) 107
圖4-37 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(5m、平日水位、地震乙區) 108
圖4-38 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(5m、平日水位、地震甲區) 108
圖4-39 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(5m、平日水位、坡頂加載200kpa) 109
圖4-40 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(5m、高水位) 109
圖4-41 廢輪胎擋土牆總體穩定分析(5m、低於河床以下水位) 110
圖4-42不同條件下廢輪胎擋土牆總體穩定分析安全係數與擋土牆牆高關係圖 111
圖4-43 基本模型圖(牆高3m) 112
圖4-44 基本模型圖(牆高4m) 113
圖4-45 基本模型圖(牆高5m) 113
圖4-46 廢輪胎擋土牆數值模擬網格圖 114
圖4-47 廢輪胎擋土牆土壤分析模式圖 115
圖4-48 廢輪胎擋土牆材料區域數值模擬配置圖 116
圖4-49 廢輪胎擋土牆數值模擬界面與監測點配置圖 116
圖4-50 廢輪胎擋土牆時階不平衡力紀錄示意圖(牆高4m為例) 118
圖4-51 廢輪胎擋土牆監測點時階與水平方向位移關係圖(廢輪胎擋土牆最頂端,牆高4m為例) 118
圖4-52 廢輪胎擋土牆監測點時階與水平方向位移關係圖(廢輪胎擋土牆牆身中心,牆高4m為例) 119
圖4-53 廢輪胎擋土牆監測點時階與水平方向位移關係圖(廢輪胎擋土牆基礎部位,牆高4m為例) 119
圖4-54 廢輪胎擋土牆監測點時階與位移關係圖(廢輪胎擋土牆後方背填土,牆高4m為例) 120
圖4-55 廢輪胎擋土牆監測點時階與水平方向位移關係圖(廢輪胎擋土牆後方未開挖邊坡土壤,牆高4m為例) 120
圖4-56 廢輪胎擋土牆水平方向位移圖(牆高3m) 123
圖4-57 廢輪胎擋土牆垂直方向位移圖(牆高3m) 123
圖4-58 廢輪胎擋土牆擴大網格變形圖(牆高3m) 124
圖4-59 廢輪胎擋土牆邊坡土體應力分佈狀態(牆高3m) 124
圖4-60 廢輪胎擋土牆水平方向位移圖(牆高4m) 125
圖4-61 廢輪胎擋土牆垂直方向位移圖(牆高4m) 125
圖4-62 廢輪胎擋土牆網格變形圖(牆高4m) 126
圖4-63 廢輪胎擋土牆邊坡土體應力分佈狀態(牆高4m) 126
圖4-64 廢輪胎擋土牆水平方向位移圖(牆高5m) 127
圖4-65 廢輪胎擋土牆垂直方向位移圖(牆高5m) 127
圖4-66 廢輪胎擋土牆網格變形圖(牆高5m) 128
圖4-67 廢輪胎擋土牆邊坡土體應力分佈狀態(牆高5m) 128
圖4-68 廢輪胎擋土牆水平方向位移圖(牆高3m、一般平時水位) 129
圖4-69 廢胎擋土牆垂直方向位移圖(牆高3m、一般平時水位) 129
圖4-70 廢輪胎擋土牆擴大網格變形圖(牆高3m、一般平時水位) 130
圖4-71 廢輪胎擋土牆邊坡土體應力分佈狀態(牆高3m、一般平時水位) 130
圖4-72 廢輪胎擋土牆水平方向位移圖(牆高4m、一般平時水位) 131
圖4-73 廢輪胎擋土牆垂直方向位移圖(牆高4m、一般平時水位) 131
圖4-74 廢輪胎擋土牆網格變形圖(牆高4m、一般平時水位) 132
圖4-75 廢輪胎擋土牆邊坡土體應力分佈狀態(牆高4m、一般平時水位) 132
圖4-76 廢輪胎擋土牆水平方向位移圖(牆高5m、一般平時水位) 133
圖4-77 廢輪胎擋土牆垂直方向位移圖(牆高5m、一般平時水位) 133
圖4-78 廢輪胎擋土牆網格變形圖(牆高5m、一般平時水位) 134
圖4-79 廢輪胎擋土牆邊坡土體應力分佈狀態(牆高5m、一般平時水位) 134
圖4-80 廢輪胎擋土牆斷面設計圖(牆高3m) 136
圖4-81 廢輪胎擋土牆斷面設計圖(牆高4m) 136










表目錄

表2-1 廢輪胎之基本成分組成 9
表2-2 廢輪胎橡膠粉部分之組成 10
表2-3 經處理後不同型式廢輪胎與在公路工程上之應用範圍 15
表2-4 水土保持工程與廢輪胎工程之比較表 17
表2-5 平均單位重表 21
表2-6 廢輪胎直剪試驗之剪力強度參數值 23
表2-7 廢輪胎大型直剪試驗之剪力強度參數值 23
表2-8 重力式混凝土擋土牆成本分析表 26
表2-9 輪胎澆注鋼筋混凝土擋土牆成本分析表 26
表2-10 重力式混凝土擋土牆與廢輪胎擋土牆成本分析表 26
表3-1 現場使用監測系統項目及儀器規格表 32
表3-2 背填土之土壤參數 41
表3-3 擋土牆穩定分析安全係數參考值 43
表3-4 選擇分析方法輸入值 57
表3-5 單價分析表之架構 68
表4-1 位移速率與邊坡穩定性判斷建議表 81
表4-2 坡地工程監測參考管理值 81
表4-3 各管理值之意義及相對行動 82
表4-4 傾斜管量測位移變化量計算表 82
表4-5 各觀測點之地下水位深度 83
表4-6 不同土壤條件下之基礎容許承載力與基礎浮力係數 86
表4-7 台灣地區不同地震強度區所對應之地震係數 86
表4-8 廢輪胎擋土牆各部位尺寸圖 87
表4-9 廢輪胎擋土牆模擬區塊重量計算表(廢輪胎擋土牆=2m高) 88
表4-10 廢輪胎擋土牆模擬區塊重量計算表(廢輪胎擋土牆=3m高) 88
表4-11 廢輪胎擋土牆模擬區塊重量計算表(廢輪胎擋土牆=4m高) 89
表4-12 廢輪胎擋土牆模擬區塊重量計算表(廢輪胎擋土牆=5m高) 89
表4-13 廢輪胎擋土牆模擬區塊重量計算表(廢輪胎擋土牆=6m高) 90
表4-14 廢輪胎擋土牆模擬區塊彎矩值計算表(廢輪胎擋土牆=2m高) 91
表4-15 廢輪胎擋土牆模擬區塊力臂長計算表(廢輪胎擋土牆=3m高) 91
表4-16 廢輪胎擋土牆模擬區塊力臂長計算表(廢輪胎擋土牆=4m高) 92
表4-17 廢輪胎擋土牆模擬區塊力臂長計算表(廢輪胎擋土牆=5m高) 92
表4-18 廢輪胎擋土牆模擬區塊彎矩值計算表(廢輪胎擋土牆=6m高) 93
表4-19 廢輪胎擋土牆設計參數表 93
表4-20 不同震度區之 值 95
表4-21 不同震度區廢輪胎擋土牆之地震慣性力 95
表4-22 廢輪胎擋土牆穩定分析計算安全係數表 98
表4-23 PC-STABL6邊坡穩定分析模擬採用參數表 101
表4-24 廢輪胎檔土牆總體穩定分析安全係數表(3〜5m) 111
表4-25 材料參數表 115
表4-26 數值模擬界面參數表 117
表4-27 廢輪胎擋土牆邊坡網格位移變形表 122
表4-28 廢輪胎擋土牆邊坡主應力表 122
表4-29 140㎏/㎝2預拌混凝土工料單價分析表 137
表4-30 175㎏/㎝2預拌混凝土工料單價分析表 137
表4-31 一般模板工料單價分析表 141
表4-32 清水模板工料單價分析表 141
表4-33 一般木板工料單價分析表 142
表4-34 鋼筋加工及組立工料單價分析表 144
表4-35 土方計算表 147
表4-36 挖土方(挖土機開挖)工料單價分析表 148
表4-37 填土方工料單價分析表 148
表4-38 純填土方工料單價分析表 148
表4-39 其他作業項目工料分析表 149
表4-40 重力式擋土牆與廢輪胎擋土牆材料用量與成本比較表 149
表4-41 重力式擋土牆與廢輪胎擋土牆材料用量與成本比較表(每m長計算) 150
表4-42 廢輪胎擋土牆與重力式擋土牆成本與工期比較結果 151
參考文獻

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3.金介正,「廢輪胎橡膠瀝青混凝土性質探討」,碩士論文,中華大學土木工程研究所,新竹 (2001)。
4.葉佳魁,「廢輪胎碎片在不同相對夯實度下之大地工程性質」,碩士論文,國立台灣大學土木工程學研究所,台北 (1999)。
5.廖長志,「原型廢輪胎在大地工程上之研究」,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北(2001)。
6.吳泓勳,「廢輪胎防波堤之可行性研究」,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北(2001)。
7.林辰雄,「廢棄輪胎在水土保持工程的應用」,碩士論文,國立東華大學自然資源管理研究所,花蓮(2003)。
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