標準貫入試驗N值應用之彙整（二）

                                         林士誠 技師

五、作用於擋土壁之土壓力係數與N值之關係

深開挖擋土壁變位分析，需輸入作用於壁體之側向土壓力，而較為困擾的是黏土地層之土壓力係數的選取。由於分析過程中，遭遇黏土地層時會採用總應力分析法，且地層之強度參數也常為黏土不排水剪力強度而無角，以致在黏土地層中選取土壓力係數時，通常會以來考量。因此，利用N值採用總應力分析法之觀念，針對黏土地層考量土壓力係數之概略值如下。

(1)靜止土壓係數

作用於擋土壁之靜止土壓力依下式計算(仮設構造物工指針，平成11年)。

砂性土壤： ；

粘性土壤：。

其中：為靜止土壓力(tf/m²)；為砂質土之靜止土壓力係數；為開挖側之土壓力(tf/m²)；為濕土單位重(tf/m³)；h為各土層之厚度(m)； 為開挖側之孔隙水壓力(tf/m²)。

對於砂性土壤之靜止土壓係數仍以，而粘性土之靜止土壓力係數則如表3所示，顯示其隨N值之變化而改變。 

表3   粘性土壤之靜止土壓力係數

Ｎ值
N≧8	0.5
4≦N<8	0.6
2≦N<4	0.7
N<2	0.8

 (2)背側主動土壓

自背面側作用於擋土壁之主動土壓力依下式計算(仮設構造物工指針，平成11年)。

砂性土壤：；

粘性土壤：

開挖面以上：  ；

開挖面以下：  。

其中：為主動土壓力(tf/m²)； 為總土壓力(tf/m²)；為開挖面以上之總土壓力(tf/m²)；為開挖面以上之總土壓力(tf/m²)；為濕土單位重(tf/m³) ；為各土層之厚度(m)；為在粘性土壤中開挖面以上各土層之厚度(m)；為在粘性土壤中開挖面以下各土層之厚度(m) ；q為地表面上之超載荷重；為孔隙水壓(tf/m²) ；c為土壤凝聚力(tf/m²)。

對於砂性土壤之主動土壓力係數，以評估，而粘性土層的主動土壓力係數分為開挖面以上之主動土壓力係數及開挖面以下之主動土壓力係數，其係數如表4所示。

表4  粘性土層的主動土壓力係數

N值
	推算式	最小值
N≧8	0.5-0.01H	0.3	0.5
4≦N<8	0.6-0.01H	0.4	0.6
2≦N<4	0.7-0.025H	0.5	0.7
N<2	0.8-0.025H	0.6	0.8

H為各開挖深度(m)

(3)開挖側被動土壓

抵抗擋土壁變位之被動土壓力依下式計算(仮設構造物工指針，平成11年)。

。

其中：為被動土壓力(tf/m²)；：孔隙水壓(tf/m²)，對於粘土 。對於被動土壓力係數，以評估。

其中：為土壤內摩擦角(度)；為擋土壁與土壤間之摩擦角(度)，以計算。對於黏土而言，K_p可取為1.0。

六、樁基礎與N值之關係

樁基礎承載力之大小與土壤性質，樁之長度、大小、種類及其施工法均有極密切的關係，目前採用的基樁有打擊式基樁(Driven Pile)及鑽掘式基樁(Bored Pile)兩種。基樁承載力為，其中為樁周摩擦力；為樁端點承載力，其評估方式可採用靜力學公式如法、法及法等，亦可利用N值所進行以下之承載力分析。

(1)         單樁樁周摩擦力

樁周摩擦力表示為，利用N值預估較常採用日本道路橋示方書所提之關係公式(如表5所示)。另對於植入式基樁之則可採用建築技術規則之規定。

表5  樁周摩擦力之評估 (tf/m²)

	鑽掘樁	打擊樁
黏性土壤	c 或 N(≦15)	ｃ或 N(≦15)
砂性土壤	0.5N(≦20)	0.2N(≦10)

(2)         樁端點承載力

樁端點承載力表示為。考量樁端座落於較堅硬之地盤，因而利用N值預估之關係公式(如表6所示)，可分為砂、礫石及岩層來評估。

表6  樁端點承載力之評估 (tf/m²)

七、垂直及水平地盤反力係數與N值之關係

地盤反力係數主要是將地盤視為一系列之彈性體，其變形與所受之壓力成正比，故一般由平鈑載重試驗求得之載重與沉陷量關係曲線，並依基本方程式(式中q：為應力值；δ為沉陷量)可求得地盤反力係數。地盤反力係數在基礎設計上是基本的導出參數，可分為垂直()及水平()地盤反力係數。

(1)         垂直地盤反力係數Kv

垂直地盤反力係數Kv可由下式來評估：

 。

其中：為30cm直徑之圓形平鈑載重試驗求得之垂直地盤反力係數，可利用來評估；為等值基礎直徑 為垂直方向之基礎面積。

對於中之值與值可依不同引用之試驗結果如表7所示加以評估。 

表7  值與值之關係

試驗方法求得之值	對應之值
	常時	地震
由30cm直徑之圓形平鈑載重試驗求得之值	1	2
由孔內側向載重試驗(LLT)求得之值	4	8
由一般三軸試驗結果求得之值	4	8
由N值求得之值，取	1	2

(2)         水平地盤反力係數

水平地盤反力係數之評估公式彙整如表8所示。 

表8   水平地盤反力係數評估公式

八、耐震之地盤分類與N值之關係

在耐震設計中將地盤分為3類，其中第1類地盤為堅實地盤；第2類地盤為普通地盤；第3類地盤為軟弱地盤，而各地盤之分類除臺北盆地區域外，依表9以工址地表面下30公尺內之土層平均特性決定之。

表9 地盤分類表

表中地層剪力波速，粘土層；砂土層， 其中之評估為標準貫入試驗之平均值。

九、土壤液化潛能預估與N值之關係

一般而言，影響土壤液化潛能評估之因子很多，利用N值進行預估似乎太簡略了些，然而在無充足地資料可供分析之情形下，利用下列之評估方式(取自日本港灣技術規範)可概略的了解土壤液化之可能狀況作為參考，應為可行。

本評估方法係考量在地下水面以下之土壤可能產生液化潛能之評估，本方法概略之說明如下(註：詳細之步驟請參考日本港灣技術規範)：

(1)         將地層之N值換算為有效覆土壓力為65之等值N值

。

其中：為等值N值；為有效覆土壓力。

(2)         計算等值加速度。

其中：為等值加速度；為最大剪應力；為有效覆土壓力；為重力加速度。

(3)         由等值N值與等值加速度求得地層範圍

利用圖4求得地層分區範圍。

圖4  等值N值與等值加速度求得地層分區

(4)         由地層分區研判液化狀況

由地層分區可研判土壤液化狀況如表10所示。 

表10  土壤液化狀況研判

十、結語

標準貫入試験與諸多土壤性質有相關連，在沒有實際試驗所得之地層參數值時，利用N值來做為初步之評估或許可以對於所關心的土壤特性有些許的掌握，然而影響土壤特性之因子頗多，且土壤本身又非屬於均質等向之材料。因此，縱使利用N值可獲得土壤參數，在設計分析時仍需要進行相關力學試驗，才不致有所失誤。