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研究生:林牧賢
研究生(外文):Mu-Hsien Lin
論文名稱:板樁式碼頭維護管理之探討
論文名稱(外文):The study of maintenance and management on sheet-pile wharfs
指導教授:郭世榮郭世榮引用關係
指導教授(外文):Shyh-Rong Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:154
中文關鍵詞:板樁碼頭維護管理
外文關鍵詞:sheetpilemaintenance
相關次數:
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板樁式碼頭因常年處於海洋環境下,極易發生腐蝕劣化現象,外加台灣地處環太平洋地震帶上,地震發生頻繁極易產生安全性危害,對港埠營運造成嚴重影響,為防患未然實有必要建立一套維護管理方式。
本研究首先針對板樁式碼頭的型式與相關名詞做介紹,並由板樁式碼頭本身的材料劣化與外力作用等,探討其可能產生的破壞機制,接著由破壞機制建立定期檢測項目、檢測頻率、檢測方法與其對應的劣化評估等級,並介紹細部檢測與安全評估方法。本研究採用D、E、R&U評等法,來評估板樁式碼頭的性能狀況及了解結構物的劣化速度,更可進一步做為補強對策的參考指標,而由U值來判定維修、補強的優先順序。最後則提出板樁式碼頭的補強工法,並以台北港東一、二、七、八、九號板樁式碼頭為例,進行檢測及評估,以說明本文提出方法的可行及以後實施定期檢測、維修之參考。
本研究已建立完成板樁式碼頭劣化的評估等級與損壞的修復工法,可供港灣工程師參考使用。希望藉由本研究可將板樁式碼頭的維護管理朝向制度化,降低維護成本及增進維護管理效率。
In the marine environment throughout the year, the sheet-pile wharfs are very likely to be eroded and degraded. To compound matters, due to its location in Pacific Ocean seismic belt, Taiwan is more susceptible to the injury made by frequent earthquakes. It has seriously harmed the harbor operation. Under such circumstances, it is necessary to take the precautious measure and establish the maintenance resolution.
The study first introduced the sheet-pile wharf and relative terms. Focusing on the degradation self-derived from the material of the sheet-pile type wharf and the function of external force, this study investigated on the possible accrued destruction mechanism, so as to establish periodic inspection items, inspection frequency, inspection method and the evaluation grade system for the corresponding degradation through the destruction mechanism. The detailed inspection as well as safety evaluation method has also been introduced in the study. The evaluation method used in this study was D.E.R.&U. Through the method, the performance status of the sheet-pile type wharf was assessed and the degradation speed of the object structure was better understood. The results may be used as the reference to further develop countermeasure for strengthening. Also, the repair and priority orders of strengthening may be determined through the U value. Finally, the strengthening method of the sheet-pile wharf was submitted and the sheet-pile type wharfs at Taipei eastern ports No. 1,2,7,8,9 were used as the example for inspection and evaluation, so as to elaborate on the feasibility of the method submitted in this paper and be used as the reference for the implementation of periodic inspections and repair in the future.
Through this study, an evaluation grade system to assess the degradation of the sheet-pile wharf and the method to repair the injury has been established. They can be used by the harbor engineers as the reference. It is hoped that this study will help institutionalize the maintenance and management of the sheet-pile wharf, reduce maintenance cost and enhance maintenance efficiency.
謝誌 Ⅰ
中文摘要 Ⅱ
英文摘要錄 Ⅲ
目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅸ
表目錄 ⅩⅡ
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究的動機與目的 2
1.3研究的內容 3
第二章 板樁式碼頭之概述 5
2.1前言 5
2.2相關名詞之介紹 5
2.3板樁式碼頭之型式 9
2.3.1錨碇版式碼頭 9
2.3.2錨碇樁式碼頭 11
2.3.3圓筒式碼頭 12
2.3.4自立式板樁碼頭 15
2.3.5斜樁錨碇式板樁 15
2.3.6鋼管樁岸壁式碼頭 16
2.3.7平版樁基式碼頭 17
2.4各港採用板樁式碼頭之統計 18
2.4.1基隆港 18
2.4.2花蓮港 18
2.4.3高雄港 18
第三章 板樁式碼頭破壞機制 21
3.1前言 21
3.2材料劣化 21
3.2.1海水對混凝土的腐蝕 21
3.2.2混凝土中性化 23
3.2.3鹼質與粒料反應性 23
3.2.4混凝土表面磨損之機理 23
3.2.5鋼筋腐蝕 24
3.2.6鋼構造物之腐蝕 30
3.3外力作用產生之破壞 32
3.4板樁式碼頭破壞模式 33
第四章 定期檢測與劣化評估 44
4.1前言 44
4.2檢測項目與頻率 44
4.2.1檢測項目 44
4.2.2檢測頻率 45
4.3檢測方法 45
4.3.1岸壁檢測 45
4.3.2岸肩檢測 48
4.3.3碼頭基礎檢測 48
4.3.4附屬設施檢查 48
4.4 D.E.R&U.評估原則 48
4.5劣化評估 50
4.5.1評估表之建立 50
4.5.2劣化評估 54
第五章 安全評估及細部檢測 59
5.1前言 59
5.2細部檢測 59
5.3安全評估 67
第六章 板樁式碼頭維修補強 69
6.1前言 69
6.2材料劣化現象之預防 69
6.2.1預防海水對混凝土侵蝕之對策 69
6.2.2預防海水對鋼板樁侵蝕之對策 71
6.2.3預防鋼筋腐蝕之對策 73
6.2.4混凝土的收縮現象之預防 75
6.2.5增加混凝土耐磨性的策略 75
6.2.6預防有害化學物質侵蝕之對策 76
6.3已劣化或損壞之構造物修復或補強 78
6.3.1鋼筋混凝土構造物之結構元件受損 79
6.3.2碼頭面版破損或下陷修補方法 82
6.3.3岸肩下陷修補方法 84
6.3.4拉桿斷裂修補方法 88
6.3.5板樁遭異物撞擊之修補方法 92
6.3.6碼頭後線地盤液化防治工法 96
6.3.7板樁式碼頭耐震補強工法 99
第七章 現場檢測評估案例 108
7.1前言 108
7.2碼頭基本資料蒐集 108
7.3現況檢測資料彙整 109
7.3.1碼頭鋼板樁目視檢查結果彙總表 110
7.3.2碼頭鋼板樁目視檢查結果彙整圖 114
7.3.3碼頭電位量測鋼板樁防蝕電位量測值與基準值比較 119
7.3.4碼頭面版及冠牆檢查結果彙總 120
7.3.5碼頭地形水深現況圖 128
7.4現況檢測與D.E.R&U值評估說明 133
7.4.1板樁接縫開裂 133
7.4.2防蝕電位 133
7.4.3冠牆腐蝕、裂縫、剝落 134
7.4.4板樁腐蝕、板樁穿孔、陰極防蝕塊 136
7.4.5板樁傾斜 137
7.4.6岸肩舖面龜裂及岸肩下陷 138
7.4.7基礎淘刷 140
7.5填寫檢測評估表 141
第八章 結論與建議 147
8.1結論 147
8.2建議 150
參考文獻 152

圖目錄
圖2-1 拉桿、連接環、緊縮器、腰樑等示意圖 8
圖2-2 錨碇版式碼頭橫斷面圖 9
圖2-3 基隆港西22號碼頭橫斷面圖 10
圖2-4 花蓮港4-5號碼頭標準斷面圖 10
圖2-5 高雄港18號碼頭標準斷面圖 11
圖2-6 錨碇樁式碼頭橫斷面圖 12
圖2-7 高雄港65-66號碼頭標準斷面圖 12
圖2-8 鋼板樁圓筒式碼頭橫斷面圖 13
圖2-9 基隆港西23號碼頭橫斷面圖 14
圖2-10鋼板圓筒式碼頭橫斷面圖 14
圖2-11自立式板樁碼頭橫斷面圖 15
圖2-12斜樁錨碇式板樁碼頭橫斷面圖 16
圖2-13鋼管樁岸壁式碼頭橫斷面圖 17
圖2-14平版樁基式碼頭橫斷面圖 18
圖3-1有裂縫之混凝土內鋼筋腐蝕示意圖 25
圖3-2鋼筋腐蝕的過程與反應機理 26
圖3-3典型的鋼筋腐蝕機理示意圖 27
圖3-4鐵鏽體積膨脹圖 28
圖3-5氯離子濃度與pH值對混凝土中鋼筋腐蝕的影響 29
圖3-6氯離子侵蝕鋼筋的機理和過程 30
圖3-7 板樁式碼頭破壞模式示意圖 34
圖3-8 版樁式碼頭主要的變形連鎖過程 34
圖3-9 作用於錨碇板之外力示意圖 36
圖3-10 錨碇板滑動破壞之連鎖圖 36
圖3-11 背填土液化之錨碇板破壞示意圖 37
圖3-12 錨碇板斷裂破壞之連鎖圖 38
圖3-13 錨碇直樁之斷裂與彎曲連鎖圖 39
圖3-14 錨碇直樁之傾斜與滑動連鎖圖 40
圖3-15 拉桿應力降伏或斷裂之連鎖圖 41
圖3-16 板樁挫屈或斷裂之連鎖圖 42
圖3-17 背填土液化導致板樁挫屈或斷裂示意圖 43
圖3-18 結構整體滑動示意圖 43
圖4-1陽極尺寸測定示意圖 47
圖4-2維護管理流程圖 58
圖5-1不同斷面之板樁測點參照圖 66
圖5-2探頭扺住點示意圖 67
圖6-1(a) 犧牲陽極示意圖 70
圖6-1(b) 外加電流示意圖 71
圖6-2碼頭鋼板樁犧牲陽極示意圖 72
圖6-3碼頭鋼板樁外加電流示意圖 73
圖6-4碼頭拉桿斷裂修補斷面圖 90
圖6-5海床壓實砂樁土壤改良平面配置示意圖 90
圖6-6錨碇鋼板樁新增H型鋼樁平面配置圖 91
圖6-7沖樁管配置示意圖 92
圖6-8岸壁增設H型鋼樁位置圖 92
圖6-9鋼板樁破損修復平面圖 95
圖6-10鋼板樁破損修復橫剖面圖 95
圖6-11鋼板樁破損修復縱剖面圖 96
圖6-12板樁式碼頭耐震補強工法分類 101
圖6-13 碼頭耐震補強工法斷面示意-板樁式(1) 103
圖6-14 碼頭耐震補強工法斷面示意-板樁式(2) 104
圖6-15 碼頭耐震補強工法斷面示意-板樁式(3) 105
圖6-16 碼頭耐震補強工法斷面示意-板樁式(4) 106
圖6-17 碼頭耐震補強工法斷面示意-板樁式(5) 107
圖7-1 PU25型及PU32型鋼板樁斷面圖 109
圖7-2台北港東1∼東2號及東7∼東9號碼頭平面圖 109
圖7-3 東1號碼頭鋼板樁目視檢查結果 114
圖7-4 東2號碼頭鋼板樁目視檢查結果 115
圖7-5 東7號碼頭鋼板樁目視檢查結果 116
圖7-6 東8號碼頭鋼板樁目視檢查結果 117
圖7-7 東9號碼頭鋼板樁目視檢查結果 118
圖7-8 各碼頭鋼板樁防蝕電位量測值與基準值比較結果 119
圖7-9 東1碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖 121
圖7-10 東2碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖 122
圖7-11(a) 東7碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖(一) 123
圖7-11(b) 東7碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖(二) 124
圖7-12 東8碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖 125
圖7-13(a) 東9碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖(一) 126
圖7-13(b) 東9碼頭面版及冠牆檢查結果彙總圖(二) 127
圖7-14 東1~2碼頭地形水深現況圖 128
圖7-15 東7~9碼頭地形水深現況圖 129

表目錄
表2-1 基隆港板樁碼頭彙整表斷面圖 19
表2-2 花蓮港板樁碼頭彙整表斷面圖 19
表2-3 高雄港板樁碼頭彙整表斷面圖 20
表3-1海砂或海水中之鹽分對混凝土性質的影響 21
表3-2水泥水化產物受海水侵蝕反應機理摘要 22
表4-1檢測頻率表 45
表4-2防蝕效果判斷標準表 46
表4-3 D.E.R&U.評等法的評估準則 49
表4-4板樁式碼頭初步檢測評估表 51
表4-5板樁式碼頭初步檢測劣化程度與評估值關係 52
表4-6碼頭附屬設施檢測評估表 53
表4-7碼頭附屬設施檢測劣化程度與評估值關係 54
表4-8損壞狀況與CI值對照表 57
表5-1常用之鋼筋混凝土非破壞性檢測方法與參考規範 60
表5.2圓柱試體長度直徑比 62
表5.3鋼筋腐蝕電位與腐蝕機率關係表 64
表5.4混凝土電阻與鋼筋腐蝕機率關係 64
表5.5腐蝕電流對腐蝕速率的簡易評估表 65
表5.6混凝土腐蝕機率與氯離子含量關係表 65
表6-1 CNS1240細粒料中水溶性氯離子含量限制 73
表6-2新拌混凝土中之水溶性氯離子含量限制 74
表6-3 CNS 12891對不同暴露環境條件混凝土最高水灰比之規定 74
表6-4 CNS 3035鋼筋混凝土建築設計規範對保護層厚度的要求 74
表6-5 CNS 12891 對混凝土暴露於硫酸鹽環境時之規定 77
表6-6不同最大粒徑時,混凝土之最低水泥含量 77
表7-1 台北港東1、東2及東7∼東9號碼頭基本資料 108
表7-2碼頭鋼板樁目視檢查結果彙總表 110
表7-3碼頭面版及冠牆檢查結果彙總表 120
表7-4東1碼頭初步檢測評估表 142
表7-5東2碼頭初步檢測評估表 143
表7-6東7碼頭初步檢測評估表 144
表7-7東8碼頭初步檢測評估表 145
表7-8東9碼頭初步檢測評估表 146
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2.宇泰工程顧問有限公司,"工程資料庫-花蓮港部份",1998年8月修訂。
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