洲美快速道路堤防段工程应用EPS轻质填土案例探讨.doc

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EPS工法可有效发挥保丽龙之材料特性，如轻质性、耐压缩性、自立性、耐水性等，采EPS型块做为填土或背填材料之用，可以减低侧向土压或上负载重，欧美日诸国已大量采用并普及化。洲美快速道路第二期新建工程中之高架橋與堤防共構，係我國首次大規模採用EPS填土之施工案例，本文利用本工程之設計與施工之契機，介紹EPS之用途、材料特性、材料規格、設計與施工流程、施工案例等，希望藉本文之介紹使工程界進一步瞭解EPS工法之優點，從而促進本工法在國內工程界應用之蓬勃發展。洲美快速道路第二期新建工程中之高架桥与堤防共构，系我国首次大规模采用EPS填土之施工案例，本文利用本工程之设计与施工之契机，介绍EPS之用途、材料特性、材料规格、设计与施工流程、施工案例等，希望借本文之介绍使工程界进一步了解EPS工法之优点，从而促进本工法在国内工程界应用之蓬勃发展。壹、前言 壹、前言EPS輕質填土工法係採用化學合成材料EPS(Expanded Poly-styrene)取代土石材料進行填土之工法，亦即利用提煉自石油中之液態單體苯乙烯，經重合成為固態聚苯乙烯，再摻入發泡劑後製成EPS型塊，可以代替一般土建工程所用的砂土填料之施工方法。 EPS轻质填土工法系采用化学合成材料EPS(Expanded Poly-styrene)取代土石材料进行填土之工法，亦即利用提炼自石油中之液态单体苯乙烯，经重合成为固态聚苯乙烯，再掺入发泡剂后制成EPS型块，可以代替一般土建工程所用的砂土填料之施工方法。 EPS俗稱發泡樹脂或保麗龍，由於具有輕質性(單位重約為土壤之1/601/100)、耐壓縮性、自立性、耐水性及施工性等特徵，歐洲自1970年代起即大量應用於軟弱地盤之沉陷防止對策、結構物下方之空洞填充、地層滑動防止對策、擋土牆或橋台背面之回填及公路路堤拓寬等，美國及日本亦於1980年代開始採用並逐漸普及化。 EPS俗称发泡树脂或保丽龙，由于具有轻质性(单位重约为土壤之1/601/100)、耐压缩性、自立性、耐水性及施工性等特征，欧洲自1970年代起即大量应用于软弱地盘之沉陷防止对策、结构物下方之空洞填充、地层滑动防止对策、挡土墙或桥台背面之回填及公路路堤拓宽等，美国及日本亦于1980年代开始采用并逐渐普及化。我國於民國84年5月10日至20日由公路總局於西部濱海公路建造一處試驗路堤，其內容係以密度約25kg/m3之保麗龍(EPS)塊體配合10cm厚RC版及H型鋼側牆成功建造一座30m長，寬3m，高1.5m之西部濱海公路試驗路堤，該公路於當年12月完工通車至今，路面及側牆尚無任何異狀。我国于民国84年5月10日至20日由公路总局于西部滨海公路建造一处试验路堤，其内容系以密度约25kg/m3之保丽龙(EPS)块体配合10cm厚RC版及H型钢侧墙成功建造一座30m长，宽3m，高1.5m之西部滨海公路试验路堤，该公路于当年12月完工通车至今，路面及侧墙尚无任何异状。 另外，公路總局第二區養護工程處於民國84年4月時亦計劃於梨山地滑整治計劃之台七甲線72K+500公路復舊工程中，採用4740 m3之EPS填方以改善地滑之災害，後來因遭遇921大地震使該整治路段地形改變，導致計畫中止。另外，公路总局第二区养护工程处于民国84年4月时亦计划于梨山地滑整治计划之台七甲线72K+500公路复旧工程中，采用4740 m3之EPS填方以改善地滑之灾害，后来因遭遇921大地震使该整治路段地形改变，导致计画中止。本工程為EPS工法在我國首次真正大規模實施之工程案例，總體積達12,105m3，惟由於EPS具有優良的材料特性，又合乎我國地形、地質及施工環境之需求，預期今後將大量應用於我國土木、建築、園藝等領域，期望透過本文之介紹，從而促進EPS工法在國內之長足發展與應用。本工程为EPS工法在我国首次真正大规模实施之工程案例，总体积达12,105m3，惟由于EPS具有优良的材料特性，又合乎我国地形、地质及施工环境之需求，预期今后将大量应用于我国土木、建筑、园艺等领域，期望透过本文之介绍，从而促进EPS工法在国内之长足发展与应用。貳、 工程概況 贰、工程概况一、計畫緣起一、计画缘起近年來經濟成長快速，都市人口密集，台北市的都市結構也由市中心向四週迅速擴張，與鄰近城鎮形成大都會區的型態。近年来经济成长快速，都市人口密集，台北市的都市结构也由市中心向四周迅速扩张，与邻近城镇形成大都会区的型态。 中山高速公路以北沿基隆河之士林及北投兩區域中的社子島開發、關渡平原開發及台北媒體文化園區的設立等重要社經計畫，將帶來大量的人潮出入與頻繁的社經活動，交通需求勢必大增。中山高速公路以北沿基隆河之士林及北投两区域中的社子岛开发、关渡平原开发及台北媒体文化园区的设立等重要社经计画，将带来大量的人潮出入与频繁的社经活动，交通需求势必大增。 然因道路系統受阻於基隆河、淡水河而影響了交通之順暢。然因道路系统受阻于基隆河、淡水河而影响了交通之顺畅。 台北市政府有鑑於此，遂將原有之環西快速道路系統即水源快速道路、環河快速道路，向北延伸興建洲美快速道路，並擬銜接計畫中之淡水河北側沿河快速道路，以提供台北市中心區與士林、北投、淡水地區之間快速便捷之交通孔道。台北市政府有鉴于此，遂将原有之环西快速道路系统即水源快速道路、环河快速道路，向北延伸兴建洲美快速道路，并拟衔接计画中之淡水河北侧沿河快速道路，以提供台北市中心区与士林、北投、淡水地区之间快速便捷之交通孔道。洲美快速道路新建工程分為二期興建，第一期工程已於87年11月26日開工、92年3月1日完工。洲美快速道路新建工程分为二期兴建，第一期工程已于87年11月26日开工、92年3月1日完工。 本工程為洲美快速道路第二期新建工程中之跨越基隆河段、洲美堤防段及磺港溪至大業路段第三個路段中之洲美堤防段。本工程为洲美快速道路第二期新建工程中之跨越基隆河段、洲美堤防段及磺港溪至大业路段第三个路段中之洲美堤防段。 工程範圍詳如圖1。工程范围详如图1。洲美堤防段依先期規劃係採高架橋與堤防共構之構造型式(詳圖2)，且堤防係以高填土路堤方式施築。洲美堤防段依先期规划系采高架桥与堤防共构之构造型式(详图2)，且堤防系以高填土路堤方式施筑。 設計單位中華顧問工程司在初步設計階段研究發現，高架橋與高填土土堤採共構方式存在下列缺點，以目前工程技術實難以克服，堤防安全無法掌握。设计单位中华顾问工程司在初步设计阶段研究发现，高架桥与高填土土堤采共构方式存在下列缺点，以目前工程技术实难以克服，堤防安全无法掌握。 說明如下：说明如下：(一) 高架橋與高填土土堤共構將使二者界面產生不均勻沉陷，容易造成堤防受損，甚或影響防洪功能。 (一) 高架桥与高填土土堤共构将使二者界面产生不均匀沉陷，容易造成堤防受损，甚或影响防洪功能。(二) 本區工址地層在地下72公尺範圍均為黏土層，土壤壓密沉陷量大(粗估約6070cm)，深層黏土無法透過地盤改良之方式予以改善。 (二) 本区工址地层在地下72公尺范围均为黏土层，土壤压密沉陷量大(粗估约6070cm)，深层黏土无法透过地盘改良之方式予以改善。(三) 高填土土堤將使得橋梁基礎之基樁長期承受巨大的覆土載重及不平衡側向土壓力，結構系統配置不佳。 (三) 高填土土堤将使得桥梁基础之基桩长期承受巨大的覆土载重及不平衡侧向土压力，结构系统配置不佳。(四) 過去國內中山高速公路洩洪橋下方，因二重疏洪道採用高填土土堤施築，導致與其共構之橋梁產生結構損壞，可為殷鑑。 (四) 过去国内中山高速公路泄洪桥下方，因二重疏洪道采用高填土土堤施筑，导致与其共构之桥梁产生结构损坏，可为殷鉴。有鑑於此，乃建議堤防改採RC防洪牆並與高架橋共構之替代方案，以有效解決高填土土堤引發之上述各項問題，為減輕地表載重及降低負摩擦力之影響，並進一步研議合宜的中空RC防洪牆(河川側)及EPS輕質材料填築(地區道路側)之構造型式，使不失親水性之功能。有鉴于此，乃建议堤防改采RC防洪墙并与高架桥共构之替代方案，以有效解决高填土土堤引发之上述各项问题，为减轻地表载重及降低负摩擦力之影响，并进一步研议合宜的中空RC防洪墙(河川侧)及EPS轻质材料填筑(地区道路侧)之构造型式，使不失亲水性之功能。 台北市工務局對於中華顧問工程司所研提之替代方案均表示可行並可接受，且親水性不減、經費省及不影響工期，而原則同意採用，茲將檢討之結果概述如後。台北市工务局对于中华顾问工程司所研提之替代方案均表示可行并可接受，且亲水性不减、经费省及不影响工期，而原则同意采用，兹将检讨之结果概述如后。圖1 洲美快速道路第二期新建工程範圍图1 洲美快速道路第二期新建工程范围圖2 原規劃洲美堤防段共構(斷面圖)图2 原规划洲美堤防段共构(断面图)二、洲美堤防段地質概述二、洲美堤防段地质概述台北盆地為四面環山之構造盆地，於上新世至更新世時期，受造山運動影響，發生一系列東北西南走向之逆衝斷層，致使地盤陷落而形成構造盆地，台北盆地底部之岩盤，除北投地區為大屯山火山群之火成岩外，主要為第三紀沉積岩所組成，岩盤以上為第四紀未固結之沉積物所覆蓋，盆地中心未固結之沉積土層厚度達250m左右，由地表以下大致可區分為表土、松山層、景美層、新莊層及第三紀沉積岩。台北盆地为四面环山之构造盆地，于上新世至更新世时期，受造山运动影响，发生一系列东北西南走向之逆冲断层，致使地盘陷落而形成构造盆地，台北盆地底部之岩盘，除北投地区为大屯山火山群之火成岩外，主要为第三纪沉积岩所组成，岩盘以上为第四纪未固结之沉积物所覆盖，盆地中心未固结之沉积土层厚度达250m左右，由地表以下大致可区分为表土、松山层、景美层、新庄层及第三纪沉积岩。 本工程沿線所經之區域包括士林及北投等地區，地層分布主要受基隆河流域沖積特性之影響，依據本工程洲美堤防段鑽探資料，自地表至地表下77m範圍，主要為表土、粉土質砂、粉土質黏土、粉土質黏土夾砂、安山岩塊夾砂礫石所組成，各地層工程特性如表1所示。本工程沿线所经之区域包括士林及北投等地区，地层分布主要受基隆河流域冲积特性之影响，依据本工程洲美堤防段钻探资料，自地表至地表下77m范围，主要为表土、粉土质砂、粉土质黏土、粉土质黏土夹砂、安山岩块夹砂砾石所组成，各地层工程特性如表1所示。工址之地下水位約介於EL.0EL-2.5m，水壓呈靜態水壓(Hydrostatic)分佈，按孔隙水壓計量測資料顯示，並無多層壓力水層狀況。工址之地下水位约介于EL.0EL-2.5m，水压呈静态水压(Hydrostatic)分布，按孔隙水压计量测资料显示，并无多层压力水层状况。 依據經濟部水資會之台北盆地地下水位觀測資料顯示，本工址所在區域之地下水位至少曾洩降15m以上。依据经济部水资会之台北盆地地下水位观测资料显示，本工址所在区域之地下水位至少曾泄降15m以上。 推估受地下水位洩降之影響，第三層之厚層CL及其下伏之黏土層，其有效覆土壓力曾較現況為大，變化量達15t/m2之多，即其現況皆呈過壓密狀態。推估受地下水位泄降之影响，第三层之厚层CL及其下伏之黏土层，其有效覆土压力曾较现况为大，变化量达15t/m2之多，即其现况皆呈过压密状态。三、本工程遭遇之地工問題探討三、本工程遭遇之地工问题探讨本工程新建堤防與共同管溝、洲美快速道路高架橋共構，由於本路段沿線地層為軟弱土層，承載力低且壓密沉陷量甚大，特針對共構結構之大地工程問題探討如下：本工程新建堤防与共同管沟、洲美快速道路高架桥共构，由于本路段沿线地层为软弱土层，承载力低且压密沉陷量甚大，特针对共构结构之大地工程问题探讨如下：(一) 洲美高架橋梁基礎 (一) 洲美高架桥梁基础洲美堤防沿線地層自地表至地表下約72m大多為軟弱地層，主要壓縮層次為第三層之厚層粉土質黏土層，厚約25m(EL.-15.0mEL.-40.0m)，Cc0.28，Cr=0.042，為避免高架橋梁基礎黏土層因壓密或黏土質砂層受震土壤液化產生過大之沉陷，本工程高架橋梁基礎設計採用樁基礎。洲美堤防沿线地层自地表至地表下约72m大多为软弱地层，主要压缩层次为第三层之厚层粉土质黏土层，厚约25m(EL.-15.0mEL.-40.0m)，Cc 0.28，Cr=0.042，为避免高架桥梁基础黏土层因压密或黏土质砂层受震土壤液化产生过大之沉陷，本工程高架桥梁基础设计采用桩基础。(二) 高填土產生之基樁負摩擦力 (二) 高填土产生之基桩负摩擦力洲美新建堤防原規劃方案之高填土，將造成堤防基礎下軟弱地層產生甚大之沉陷，預估可能產生之總沉陷量約69cm，壓密時間長達7年；而高架橋梁之基礎為樁基礎，預估可能產生之沉陷量甚小，因此新建堤防所造成之軟弱地層沉陷，將對高架橋梁樁基礎產生向下之負摩擦力，致使基樁之容許承載力大為降低。洲美新建堤防原规划方案之高填土，将造成堤防基础下软弱地层产生甚大之沉陷，预估可能产生之总沉陷量约69cm，压密时间长达7年；而高架桥梁之基础为桩基础，预估可能产生之沉陷量甚小，因此新建堤防所造成之软弱地层沉陷，将对高架桥梁桩基础产生向下之负摩擦力，致使基桩之容许承载力大为降低。 如堤防內基礎版上方之親水堤防邊坡採用一般填方土堤設計，基樁之承載力將無法支承橋梁及土堤載重，因此，本工程採用EPS輕質填方邊坡取代一般土石填方土堤，其載重僅約一般土石填方的百分之一，可有效降低地層之壓密沉陷行為，以減輕樁基礎之載重及樁表面負摩擦力影響，同時也確保上部結構之安全性。如堤防内基础版上方之亲水堤防边坡采用一般填方土堤设计，基桩之承载力将无法支承桥梁及土堤载重，因此，本工程采用EPS轻质填方边坡取代一般土石填方土堤，其载重仅约一般土石填方的百分之一，可有效降低地层之压密沉陷行为，以减轻桩基础之载重及桩表面负摩擦力影响，同时也确保上部结构之安全性。(三) 高填土產生之不平衡土壓 (三) 高填土产生之不平衡土压由於洲美堤防沿線為軟弱地層，新建高填土堤防將對高架橋梁樁基礎產生側向載重，基樁設計應詳加考量。由于洲美堤防沿线为软弱地层，新建高填土堤防将对高架桥梁桩基础产生侧向载重，基桩设计应详加考量。 惟如改採EPS輕質填土，則此問題極為輕微。惟如改采EPS轻质填土，则此问题极为轻微。(四) 維護既有堤防安全 (四) 维护既有堤防安全洲美新建堤防原設計將保留既有堤防，並於既有堤防內側採高填土方式構築新建堤防，由於既有堤防年代久遠，詳細堤防構造不明確，施工應注意避免造成既有堤防損害。洲美新建堤防原设计将保留既有堤防，并于既有堤防内侧采高填土方式构筑新建堤防，由于既有堤防年代久远，详细堤防构造不明确，施工应注意避免造成既有堤防损害。表1 洲美堤防段地層概況及簡化土壤參數表表1 洲美堤防段地层概况及简化土壤参数表層次层次深度(m)深度(m)土壤分類土壤分类地質描述地质描述SPT-N SPT-N (t/m 3 ) (t/m 3 )Cc CcCr Cr一一2.0 2.0SF SF表土( 回填土)表土( 回填土)1070(40) 1070(40)1.8 1.8- - -二二16.0 16.0SM SM粉土質砂粉土质砂220(10) 220(10)1.9 1.9- - -三三42.0 42.0CL CL粉土質黏土粉土质黏土26(4) 26(4)1.85 1.850.28 0.280.042 0.042四四70.0 70.0CL CL粉土質黏土與粉土質砂互層粉土质黏土与粉土质砂互层928(18) 928(18)1.96 1.960.26 0.260.024 0.024五五80.0 80.0- -安山岩塊夾砂礫石安山岩块夹砂砾石100 100- - - -註:( ) 為平均值注:( ) 为平均值四、高架橋與堤防配置四、高架桥与堤防配置洲美堤防原為土堤式防潮堤，標高為EL.+3.5m，台北市工務局養工處已將防潮堤加高至20年頻率洪水位保護標準(EL.+6.0m)。洲美堤防原为土堤式防潮堤，标高为EL.+3.5m，台北市工务局养工处已将防潮堤加高至20年频率洪水位保护标准(EL.+6.0m)。 為配合台北地區第三期防洪計畫，本工程原計畫將現有防潮堤採土堤方式加高至EL.+9.65m，以符合基隆河200年頻率洪水位保護標準。为配合台北地区第三期防洪计画，本工程原计画将现有防潮堤采土堤方式加高至EL.+9.65m，以符合基隆河200年频率洪水位保护标准。 經前述大地工程問題探討，為有效解決高填土引發相關之問題，並維護親水性，乃研議採高架橋與共同管溝及EPS填土共構之方式施築，詳細共構斷面詳圖3所示。经前述大地工程问题探讨，为有效解决高填土引发相关之问题，并维护亲水性，乃研议采高架桥与共同管沟及EPS填土共构之方式施筑，详细共构断面详图3所示。圖3 洲美堤防段共構斷面圖图3 洲美堤防段共构断面图參、 EPS輕質填土工法概述 参、 EPS轻质填土工法概述一、EPS之材料特性一、EPS之材料特性在1972年挪威首次採用EPS工法於沼澤區之軟弱地層成功填築道路以後，EPS工法逐漸被北歐推廣應用於土木工程上。在1972年挪威首次采用EPS工法于沼泽区之软弱地层成功填筑道路以后，EPS工法逐渐被北欧推广应用于土木工程上。 1985年日本自歐洲引進EPS工法，首先完成北海道之橋台的背填，二十多年來EPS材料在日本累計使用量已超過200萬m3，工程實績極為豐富。 1985年日本自欧洲引进EPS工法，首先完成北海道之桥台的背填，二十多年来EPS材料在日本累计使用量已超过200万m3，工程实绩极为丰富。 國內於軟弱地盤、陡峭山坡地興建結構物或路堤時，常因地震、豪雨、土石流之影響造成地層下陷、滑動、結構物倒塌等情形，這些困難的問題，正可以發揮EPS工法的特長。国内于软弱地盘、陡峭山坡地兴建结构物或路堤时，常因地震、豪雨、土石流之影响造成地层下陷、滑动、结构物倒塌等情形，这些困难的问题，正可以发挥EPS工法的特长。 EPS之工法之材料特性包括： EPS之工法之材料特性包括：(一) 超輕質：單位重僅約一般砂土之1/100，軟弱地盤不須改良地層承載力即無沉陷之虞。 (一) 超轻质：单位重仅约一般砂土之1/100，软弱地盘不须改良地层承载力即无沉陷之虞。 各種輕質材料之密度如表2所示。各种轻质材料之密度如表2所示。表2 各種輕質材料之密度比較表表2 各种轻质材料之密度比较表材料種類材料种类密度(t/m 3 )密度(t/m 3 )一般砂土一般砂土1.42.2 1.42.2輕質材料轻质材料火山灰火山灰1.21.6 1.21.6水淬爐碴水淬炉碴1.21.3 1.21.3煤灰煤灰1.21.3 1.21.3氣泡砂漿气泡砂浆0.50.9 0.50.9輕質骨材轻质骨材0.350.8 0.350.8EPS 材料 EPS 材料0.0120.035 0.0120.035(二) 經濟性：工期短、用地省、挖方少、維修費低，工程總造價經濟。 (二) 经济性：工期短、用地省、挖方少、维修费低，工程总造价经济。(三) 耐水性佳：單獨氣泡體不易吸水，材質不致產生變化。 (三) 耐水性佳：单独气泡体不易吸水，材质不致产生变化。(四) 施工簡便、迅速：不須大型機械及特殊技術，以人力即可輕便迅速施工，可解決技術工難求之困擾。 (四) 施工简便、迅速：不须大型机械及特殊技术，以人力即可轻便迅速施工，可解决技术工难求之困扰。(五) 自立性良好：柏松比小、自立性佳，可減低側向土壓，適用於擋土結構物之背填材料。 (五) 自立性良好：柏松比小、自立性佳，可减低侧向土压，适用于挡土结构物之背填材料。(六) 緩衝性優：單獨氣泡體能發揮優越緩衝性，具減少衝擊、震動效果，容許壓應力在220 t/m2範圍，可依工程需求製造，有關EPS工法之適用性，如表3所示。 (六) 缓冲性优：单独气泡体能发挥优越缓冲性，具减少冲击、震动效果，容许压应力在220 t/m2范围，可依工程需求制造，有关EPS工法之适用性，如表3所示。表3 EPS工法之特徵及適用性表3 EPS工法之特征及适用性特徵特征工學的特性工学的特性概要概要工程之適用性工程之适用性超輕質性超轻质性 約為土砂（ 1.8t/m 3 ）、混凝土（ 2.35t/m 3 ）之1/100 约为土砂（ 1.8t/m 3 ）、混凝土（ 2.35t/m 3 ）之1/100 軟弱地盤 软弱地盘 地滑地區 地滑地区耐壓縮性耐压缩性 壓縮應變1% 時之壓縮強度 压缩应变1% 时之压缩强度 壓縮強度因EPS 密度而變化 压缩强度因EPS 密度而变化 緩衝防護材 缓冲防护材自立性自立性型塊體積型块体积0.5 1.0 2.0m 0.5 1.0 2.0m 直立堆積之EPS 會形成直立面 直立堆积之EPS 会形成直立面 即使有上載荷重，側向變形仍極小 即使有上载荷重，侧向变形仍极小 橋台、擋土牆之回填材料 桥台、挡土墙之回填材料 路幅拓寬土堤 路幅拓宽土堤耐水性耐水性合成樹脂發泡體不吸水，具撥水性合成树脂发泡体不吸水，具拨水性 不因泡水而發生材質變化 不因泡水而发生材质变化 設置在地下水下達9 年時之吸水量僅9% （體積比） 设置在地下水下达9 年时之吸水量仅9% （体积比） 永久的材料 永久的材料施工性施工性輕量、易加工、易切斷、組立轻量、易加工、易切断、组立 可採人力搬運及施工 可采人力搬运及施工 不需重機械施工 不需重机械施工 採規格化之工廠製品 采规格化之工厂制品 可在狹窄工地施工 可在狭窄工地施工 可減輕施工時之振動及噪音 可减轻施工时之振动及噪音 可快速施工，可省勞力 可快速施工，可省劳力二、EPS材料規格二、EPS材料规格參考日本土木工法開發機構之EPS材料規格及試驗方法，詳表4所示。参考日本土木工法开发机构之EPS材料规格及试验方法，详表4所示。表4 EPS材料規格及試驗方法表4 EPS材料规格及试验方法材料性質材料性质試驗方法试验方法單位单位EPS 型塊 EPS 型块DX-35 DX-35DX-29 DX-29D-30 D-30D-25 D-25D-20 D-20D-16 D-16D-12 D-12UFD-20 UFD-20單位重量单位重量JISK 7222 JISK 7222kg/m 3 kg/m 335 3529 2930 3025 2520 2016 1612 1220 20抗壓強度 1抗压强度 1JISK 7222 JISK 7222tf/m 2 tf/m 240 4028 2818 1814 1410 107 74 410 10容許壓應力 2容许压应力 2 tf/m 2 tf/m 220 2014 149 97 75 53.5 3.52 25 5耐熱溫度耐热温度JISA 9511 JISA 9511 80 8080 8080 8080 8080 8080 8080 8080 80燃燒性燃烧性JISA 9511 JISA 9511自行滅火自行灭火3 秒內 3 秒内JISK 7201 JISK 7201氧氣指數氧气指数26 以上 26 以上註：注：*1：5%或降伏應變之相對壓應力。 *1：5%或降伏应变之相对压应力。*2：反覆載重彈性範圍內，壓縮應變1%以下之相對值。 *2：反覆载重弹性范围内，压缩应变1%以下之相对值。DX：擠壓發泡系列、D：模內發泡系列、UFD：抗浮系列 DX：挤压发泡系列、D：模内发泡系列、UFD：抗浮系列三、EPS之設計方法與設計流程三、EPS之设计方法与设计流程EPS工法之主要用途可分為兩大類，一為減輕載重、二為減低土壓(詳圖4)，其設計方法與一般路堤、擋土牆及橋台等相同，原則上須針對填土結構物進行沉陷、穩定性之檢討，針對擋土結構物進行滑動、傾倒、承載力及整體穩定性之檢討。 EPS工法之主要用途可分为两大类，一为减轻载重、二为减低土压(详图4)，其设计方法与一般路堤、挡土墙及桥台等相同，原则上须针对填土结构物进行沉陷、稳定性之检讨，针对挡土结构物进行滑动、倾倒、承载力及整体稳定性之检讨。 本工程係運用於減輕載重之情況，茲將其設計原則概述如下：本工程系运用于减轻载重之情况，兹将其设计原则概述如下：EPS用於軟弱地盤或地滑地之填土工程時，設計基本考量為儘量減少上載荷重，使地層不增加額外應力，且應避免有害之沉陷及地下水上昇造成之浮力破壞，並必須確保整體之穩定性。 EPS用于软弱地盘或地滑地之填土工程时，设计基本考量为尽量减少上载荷重，使地层不增加额外应力，且应避免有害之沉陷及地下水上升造成之浮力破坏，并必须确保整体之稳定性。本文以圖5外說明置換填土厚度之計算方法。本文以图5外说明置换填土厚度之计算方法。 由地層內之任意點X在填土前後之應力平衡關係，以求必要之置換深度D。由地层内之任意点X在填土前后之应力平衡关系，以求必要之置换深度D。 計算上必須注意地下水位之位置，在地下水位以下時，地下水對EPS產生浮力，須以上部覆土載重抵抗浮力，浮力校核之安全係數FS=1.1，EPS之標準設計流程如圖6所示。计算上必须注意地下水位之位置，在地下水位以下时，地下水对EPS产生浮力，须以上部覆土载重抵抗浮力，浮力校核之安全系数FS=1.1，EPS之标准设计流程如图6所示。圖4 EPS工法之主要用途图4 EPS工法之主要用途圖5 用於減輕載重時之置換填土厚度(D)图5 用于减轻载重时之置换填土厚度(D)圖6 EPS應用於路基填土工程之設計流程图6 EPS应用于路基填土工程之设计流程肆、 本工程之EPS設計與品質管理標準 肆、 本工程之EPS设计与品质管理标准一、EPS設計標準斷面本工程設計於里程STA堤0+716至STA堤1+069(長353m)填築3m高之EPS輕質填方，於里程STA堤0+036至STA堤0+624(長588m)填築2.5m高之EPS輕質填方，EPS型塊總體積達12105m3，EPS下方鋪築15cm回填砂，EPS上方先鋪設10cm混凝土床版，以隔絕有害化學物質入侵，混凝土床版上方再鋪設50cm植栽沃土，本工程EPS輕質填方邊坡之設計標準斷面詳圖6所示。一、EPS设计标准断面本工程设计于里程STA堤0+716至STA堤1+069(长353m)填筑3m高之EPS轻质填方，于里程STA堤0+ 036至STA堤0+624(长588m)填筑2.5m高之EPS轻质填方，EPS型块总体积达12105m3，EPS下方铺筑15cm回填砂，EPS上方先铺设10cm混凝土床版，以隔绝有害化学物质入侵，混凝土床版上方再铺设50cm植栽沃土，本工程EPS轻质填方边坡之设计标准断面详图6所示。圖6 EPS 輕質填方邊坡之設計標準斷面圖 图6 EPS轻质填方边坡之设计标准断面图二、材料性質本工程EPS材料採用型號D-20，密度為20(+1.5/-1.0)kg/m3，抗壓強度採用單軸壓縮至壓縮應變為5時之單軸壓縮強度，抗壓強度為1.0kgf/cm2以上。二、材料性质本工程EPS材料采用型号D-20，密度为20(+1.5/-1.0)kg/m3，抗压强度采用单轴压缩至压缩应变为5时之单轴压缩强度，抗压强度为1.0kgf/cm2以上。 EPS型塊須具有耐熱性、耐久性等，應依照JIS A9511所規定之燃燒試驗方法進行確認，且符合表5所示之EPS型塊之標準力學特性表之規定。 EPS型块须具有耐热性、耐久性等，应依照JIS A9511所规定之燃烧试验方法进行确认，且符合表5所示之EPS型块之标准力学特性表之规定。 檢驗採樣之位置同力學特性檢驗之採樣位置。检验采样之位置同力学特性检验之采样位置。 連接器應為鍍鋅鋼板，且有多重爪(單爪及雙爪)，其材料規格如表6所示连接器应为镀锌钢板，且有多重爪(单爪及双爪)，其材料规格如表6所示表5 EPS型塊之標準力學特性表5 EPS型块之标准力学特性項目项目試驗试验方法方法單位单位製造方法制造方法模內發泡法模内发泡法擠出發泡法挤出发泡法D-30 D-30D-25 D-25D-20 D-20D-16 D-16D-12 D-12DX-29 DX-29密度密度CNS 7407 CNS 7407kg/m 3 kg/m 330 2.0 30 2.025 1.5 25 1.520+1.5/-1.0 20+1.5/-1.0(19.021.5) (19.021.5)16 1.0 16 1.012 1.0 12 1.029 2.0 29 2.0抗壓強度抗压强度CNS 7408 CNS 7408kg/cm 2 kg/cm 21.8 以上 1.8 以上1.4 以上 1.4 以上1.0 以上 1.0 以上0.7 以上 0.7 以上0.4 以上 0.4 以上2.8 以上 2.8 以上耐燃性耐燃性JIS A9511 JIS A9511 有有有有有有有有無无有有註：注：1.參考型號D-20代表其密度為20kg/m3，依此類推。 1.参考型号D-20代表其密度为20kg/m3，依此类推。2.抗壓強度採單軸壓縮至5%壓縮應變時之強度。 2.抗压强度采单轴压缩至5%压缩应变时之强度。表6 EPS型塊連接器之材料規格表6 EPS型块连接器之材料规格材質 材质鍍鋅最小附著量 镀锌最小附着量(g/m 2 ) (g/m 2 )降伏點 降伏点(kgf/mm 2 ) (kgf/mm 2 )抗張強度 抗张强度(kgf/mm 2 ) (kgf/mm 2 )厚度 厚度(mm) (mm)鍍鋅鋼板 镀锌钢板20 2021 以上 21以上28 以上 28以上0.61.0 0.61.0三、型塊尺寸三、型块尺寸考慮EPS型塊在現場搬運、堆置之施工性，型塊尺寸定為2.0mI1.0mI0.5m，其重量以型號D-20而言，僅有20kg，有利單人甚或女性勞動者參與施工。考虑EPS型块在现场搬运、堆置之施工性，型块尺寸定为2.0mI1.0mI0.5m，其重量以型号D-20而言，仅有20kg，有利单人甚或女性劳动者参与施工。 惟在設計階段調查國內主要保麗龍材料製造廠商之設備，發覺國內現有設備尺寸均採用台呎，且長、寬、高無法調整為2.0mI1.0mI0.5m，如須重新開模勢必影響製造成本及參與意願。惟在设计阶段调查国内主要保丽龙材料制造厂商之设备，发觉国内现有设备尺寸均采用台呎，且长、宽、高无法调整为2.0mI1.0mI0.5m，如须重新开模势必影响制造成本及参与意愿。 因此，在EPS工法尚未普及之前，型塊尺寸在兼顧施工性之原則下，宜考慮國內材料供應現況。因此，在EPS工法尚未普及之前，型块尺寸在兼顾施工性之原则下，宜考虑国内材料供应现况。本工程設計圖乃採用2000mm (長)1000mm (寬)500mm (高)之EPS型塊(體積為1m3)繪製，惟規定如承包商採用不同尺寸之EPS型塊，應檢討EPS排列及施工方式，繪製施工圖經工程司審查核可後施工。本工程设计图乃采用2000mm (长)1000mm (宽)500mm (高)之EPS型块(体积为1m3)绘制，惟规定如承包商采用不同尺寸之EPS型块，应检讨EPS排列及施工方式，绘制施工图经工程司审查核可后施工。 且為利施工性，每一型塊之體積以1m3為原則，不得大於3m3，EPS型塊尺寸須在表7所示之尺寸範圍之型塊。且为利施工性，每一型块之体积以1m3为原则，不得大于3m3，EPS型块尺寸须在表7所示之尺寸范围之型块。 本工程實際採用之EPS型塊尺寸為3700mm I 1400mmI 500mm。本工程实际采用之EPS型块尺寸为3700mm I 1400mmI 500mm。表7 本工程EPS型塊尺寸規定表7 本工程EPS型块尺寸规定項目项目單位单位尺寸尺寸許可差许可差長长mm mm10004000 10004000 0.5 % 0.5 %寬宽5001500 5001500 0.5 % 0.5 %高高1001000 1001000 0.5 % 0.5 %四、品質管理四、品质管理基於EPS型塊堆疊時之精度及施工性等要求，須使用各平面均為平整且邊角為直角者，不得使用凹凸或變形者。基于EPS型块堆叠时之精度及施工性等要求，须使用各平面均为平整且边角为直角者，不得使用凹凸或变形者。 尺寸之檢驗方式採最小刻度為1mm之捲尺，隨機選取1個EPS型塊，於長、寬、高各面選取4點、6點、6點進行採樣及試驗，求取平均值計之，檢驗之採樣位置如圖7所示。尺寸之检验方式采最小刻度为1mm之卷尺，随机选取1个EPS型块，于长、宽、高各面选取4点、6点、6点进行采样及试验，求取平均值计之，检验之采样位置如图7所示。 力學性質檢驗時之採樣位置為EPS型塊之對角及中央位置截取長100mm寬100mm之試體，如圖8所示，再由上述三處試體中選取試驗所需尺寸之試體，其切割方式及工具應使用熱金屬線(鎳鉻線15V)或工程司認可之方式進行。力学性质检验时之采样位置为EPS型块之对角及中央位置截取长100mm宽100mm之试体，如图8所示，再由上述三处试体中选取试验所需尺寸之试体，其切割方式及工具应使用热金属线(镍铬线15V)或工程司认可之方式进行。有關品管之檢驗頻率，係依核可之施工計畫所預定之進料數量，按表8之頻率於首批進料時即進行第一次檢驗。有关品管之检验频率，系依核可之施工计画所预定之进料数量，按表8之频率于首批进料时即进行第一次检验。 施工後進行現場抽樣檢驗一次，且於EPS型塊料源供應商或製造工廠變更時，於施工前增加檢驗一次，以確保材料品質。施工后进行现场抽样检验一次，且于EPS型块料源供应商或制造工厂变更时，于施工前增加检验一次，以确保材料品质。圖7 EPS型塊尺寸檢驗之採樣參考位置圖图7 EPS型块尺寸检验之采样参考位置图圖8 EPS型塊力學特性檢驗之參考位置圖图8 EPS型块力学特性检验之参考位置图表8 EPS工地檢驗頻率表表8 EPS工地检验频率表EPS 施工量V ， (m 3 ) EPS 施工量V ， (m 3 )試驗型塊數量( 個)试验型块数量( 个)V 2,000 V 2,0002 22,000 V 5,000 2,000 V 5,0003 35,000 V 10,000 5,000 V 1.0 OK 1.0 OK伍 、 本工程之EPS施工 伍 、 本 工程之EPS施工一、施工流程一、施工流程EPS工法係指使用大型發泡級聚苯乙烯塊做為堆土材料或埋填材料，此法適用於道路、鐵路或人工造地等之土木工程中。 EPS工法系指使用大型发泡级聚苯乙烯块做为堆土材料或埋填材料，此法适用于道路、铁路或人工造地等之土木工程中。 此工法為有效利用材料之超輕量性、耐壓縮性、耐水性及區塊堆疊時自主性等特長之工法總稱，本工程EPS工法之施工流程詳圖9，施工照片詳照片1。此工法为有效利用材料之超轻量性、耐压缩性、耐水性及区块堆叠时自主性等特长之工法总称，本工程EPS工法之施工流程详图9，施工照片详照片1。圖9 EPS工法之施工流程圖图9 EPS工法之施工流程图二、準備工二、准备工因準備工會對工程進度、成果良窳產生重大影響，故應對工程內容做充分檢討，並採用最適方法進行。因准备工会对工程进度、成果良窳产生重大影响，故应对工程内容做充分检讨，并采用最适方法进行。 以下為其主要項目。以下为其主要项目。(一) 工程準備測量：暫時水準點之設置、中心樁及控制樁之設置、地界樁之檢查、縱 (一) 工程准备测量：暂时水准点之设置、中心桩及控制桩之设置、地界桩之检查、纵 橫截面之檢查、定位格等。横截面之检查、定位格等。(二) 工程用道路：場內施工用道路(小搬運路)、場外施工用道路、迂迴路。 (二) 工程用道路：场内施工用道路(小搬运路)、场外施工用道路、迂回路。(三) 安全設施、臨時設備等：在EPS工法中，除上述注意事項外，其應特別留意EPS搬入貨車之搬運道路、EPS之材料放置場、EPS之場內小搬運道路。 (三) 安全设施、临时设备等：在EPS工法中，除上述注意事项外，其应特别留意EPS搬入货车之搬运道路、EPS之材料放置场、EPS之场内小搬运道路。三、挖掘工三、挖掘工挖掘工適用於將EPS工法，應用於軟弱地盤上之基礎地盤挖掘，以及在擴張堆土中，具有代表性之傾斜地盤上斜面挖掘等。挖掘工适用于将EPS工法，应用于软弱地盘上之基础地盘挖掘，以及在扩张堆土中，具有代表性之倾斜地盘上斜面挖掘等。 本工程為在軟弱地盤上之挖掘。本工程为在软弱地盘上之挖掘。 軟弱地盤地下水位比較高，選用機械須充分注意下列事項：软弱地盘地下水位比较高，选用机械须充分注意下列事项：(一) 挖掘傾斜度雖隨挖掘深度及土壤的剪力強度而不同，但從垂直或斜坡方式，坡度配合現場狀況進行加以調整。 (一) 挖掘倾斜度虽随挖掘深度及土壤的剪力强度而不同，但从垂直或斜坡方式，坡度配合现场状况进行加以调整。(二) 挖掘部分須設水溝，並注意排水，其基本要求為在乾燥狀態下進行。 (二) 挖掘部分须设水沟，并注意排水，其基本要求为在干燥状态下进行。 此外，為避免下雨時，來自周邊的雨水流入挖掘部中，請採取土堆等阻水流入對策。此外，为避免下雨时，来自周边的雨水流入挖掘部中，请采取土堆等阻水流入对策。 (參考圖10) (参考图10)(三) 在EPS施工