¶ 建築物基礎構造設計規範｜90年版・歷史版本｜第六章 沉箱基礎（1／2）
發布機關：內政部
文件性質：建築物基礎構造設計規範及解說
版本：90年10月2日台內營字第9085629號函訂定；本頁為歷史版本，不是現行112年版。
官方來源：內政部主管法規共用系統 ｜ 國土管理署發布頁
查核日期：2026年8月28日。
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第 六 章 沉 箱 基 礎 6.1 通 則 沉 箱 基 礎 係 以 機 械 或 人 工 方 式 分 段 挖 掘 地 層 ， 以 預 鑄 或 場 鑄 構 件 逐 段 構 築 之 深 基 礎 ， 其 分 段 構 築 之 預 鑄 或 場 鑄 構 件 ， 可 於 孔 內 形 成 ， 亦 可 於 地 上 完 成 後 以 沉 入 方 式 施 工 。 【 解 說 】 沉 箱 基 礎 依 其 施 工 方 式 可 概 分 為 開 口 沉 箱 及 壓 氣 沉 箱 兩 類 。 目 前 國 內 所 使 用 之 開 口 沉 箱 大 部 份 為 鋼 筋 混 凝 土 之 筒 狀 體 ， 其 頂 部 及 底 部 保 持 開 放 ， 施 工 時 以 人 工 或 抓 斗 挖 掘 並 排 出 沉 箱 底 下 之 土 石 方 ， 使 沉 箱 下 沉 至 預 定 之 承 載 地 層 中 ， 底 部 清 理 完 成 後 再 構 築 底 版 封 底 ， 箱 內 則 填 砂 石 或 灌 水 ， 最 後 進 行 蓋 版 之 施 築 。 壓 氣 沉 箱 之 施 工 亦 由 底 部 挖 掘 並 排 出 土 方 使 其 下 沉 ， 但 其 作 業 方 式 不 同 ， 整 個 挖 掘 作 業 係 在 壓 氣 環 境 下 進 行，施 工 前 須 先 於 沉 箱 刃 口 上 方 設 置 水 平 隔 版 做 為 工 作 室 (壓 氣 艙 )之 頂 版，施 工 時 則 須 輸 入 壓 縮 空 氣 於 工 作 室 以 防 止 浸 水，並 確 保 開 挖 作 業 得 以 順 利 進 行 ， 台 灣 因 地 層 條 件 特 殊 ， 加 以 壓 氣 沉 箱 之 施 工 設 備 繁 雜 ， 工 程 費 昂 貴 ， 故 較 少 採 用 。 本 章 之 所 有 規 定 均 適 用 於 前 述 兩 種 施 工 方 式 之 沉 箱 基 礎 。 6.2 設 計 考 慮 1. 沉 箱 基 礎 之 設 計，除 應 考 慮 上 部 構 造 物 所 傳 遞 之 垂 直 載 重、側 向 載 重 及 傾 覆 力 矩 外 ， 尚 應 考 慮 沉 箱 本 身 之 重 量 與 施 工 中 之 各 項 作 用 力 ， 並 檢 核 其 安 全 性 。 2. 沉 箱 設 計 應 檢 核 施 工 中 沉 箱 體 各 構 件 所 承 受 之 應 力，以 及 完 工 後 整 體 結 構 之 穩 定 性 。 3. 沉 箱 基 礎 之 設 計 應 考 慮 施 工 可 能 發 生 之 偏 心 及 所 引 致 之 額 外 彎 6-1
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矩。考 慮 之 偏 心 量 應 視 地 層 狀 況 及 施 工 方 法 決 定 之，設 計 時 所 採 用 之 最 小 偏 心 量 不 得 小 於 10cm。 【 解 說 】 1. 沉 箱 基 礎 之 施 工 方 式 較 特 殊 ， 與 其 他 基 礎 構 造 比 較 ， 施 工 應 力 之 檢 討 更 形 重 要 ， 若 設 計 考 慮 不 周 即 可 能 造 成 各 種 事 故 之 發 生 ， 因 此 設 計 階 段 應 妥 善 規 劃 施 工 程 序 ， 並 針 對 施 工 時 之 各 種 可 能 狀 況 詳 加 檢 核 沉 箱 體 各 構 件 之 應 力 。 下 列 為 施 工 中 可 能 遭 遇 之 不 利 狀 況 ， 設 計 時 應 審 慎 檢 討 ： (1) 沉 箱 底 部 未 完 全 支 承 狀 況 沉 放 第 一 節 沉 箱 時 ， 由 於 挖 掘 底 部 土 壤 造 成 沉 箱 體 底 部 形 成 簡 支 承 (圖 -解 6.2-1)、懸 臂 支 承 (圖 -解 6.2-2)或 對 角 點 支 承 (圖 - 解 6.2-3)等 部 份 支 承 之 情 形 。 (2) 下 沉 作 業 中 沉 箱 下 方 成 中 空 ， 沉 箱 呈 懸 吊 狀 態 (圖 -解 6.2-4)之 情 形 。 (3) 沉 箱 下 沉 至 最 終 深 度 前 各 種 最 不 利 之 情 形 ， 如 壓 氣 沉 箱 因 停 電 而 使 作 業 氣 壓 暫 時 減 低 之 狀 況 。 (4) 沉 箱 下 沉 完 成 後 ， 將 內 部 積 水 抽 乾 使 沉 箱 內 部 呈 中 空 之 狀 況 。 (5) 沉 箱 下 沉 難 易 之 檢 討 。 2. 沉 箱 結 構 穩 定 性 之 檢 討 ， 旨 在 瞭 解 各 項 載 重 組 合 作 用 下 之 地 盤 反 力 是 否 超 過 第 6.4 節 所 規 定 之 容 許 支 承 力 ， 以 決 定 適 當 之 沉 箱 尺 寸 及 入 土 深 度 。 3. 沉 箱 施 工 發 生 偏 心 之 情 形 難 以 避 免 ， 偏 心 之 情 形 與 地 層 狀 況 、 施 工 方 法 及 施 工 品 質 有 關 ， 如 於 卵 礫 石 層 中 施 築 沉 箱 ， 可 能 發 生 之 偏 心 量 即 較 在 一 般 土 層 中 施 工 之 情 形 為 大 ， 利 用 爆 炸 方 法 下 沉 之 沉 箱 其 偏 心 量 亦 較 以 人 工 或 機 械 挖 掘 者 為 大 ， 故 設 計 者 應 就 實 際 地 質 狀 況 及 所 擬 訂 之 施 工 程 序 ， 參 考 過 去 經 驗 預 估 可 能 之 偏 心 量 ， 於 設 計 時 作 適 當 之 考 量 。 6-2
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圖 -解 6.2-1 簡 支 承 狀 態 圖 -解 6.2-2 懸 臂 支 承 狀 態 圖 -解 6.2-3 對 角 點 支 承 狀 態 圖 -解 6.2-4 懸 吊 狀 態 6.3 沉 箱 基 礎 支 承 地 層 1. 沉 箱 基 礎 原 則 上 應 座 落 於 堅 實 之 地 層 上，支 承 地 層 之 厚 度 至 少 為 基 礎 寬 度 之 1.5 倍 以 上 。 2. 沉 箱 基 礎 底 面 下，基 礎 寬 度 3 倍 以 內 之 地 層，原 則 上 不 得 有 高 壓 縮 性 之 軟 弱 地 層 存 在 ， 惟 經 分 析 對 建 築 物 無 不 利 影 響 者 不 在 此 限 。 【 解 說 】 1. 沉 箱 基 礎 底 部 之 支 承 地 層 須 有 足 夠 厚 度 ， 使 支 承 力 得 以 完 全 發 展 。 6-3
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根 據 一 般 基 礎 支 承 力 理 論 ， 於 極 限 狀 態 下 土 壤 支 承 力 破 壞 面 之 深 度 約 在 1 倍 至 1.5 倍 基 礎 寬 度 間 ， 因 此 支 承 地 層 之 厚 度 最 小 應 達 基 礎 寬 度 之 1.5 倍 以 上 。 2. 沉 箱 基 礎 底 面 下 應 力 主 要 影 響 深 度 內 ， 不 得 有 高 壓 縮 性 之 軟 弱 土 層 存 在 ， 以 免 沉 箱 基 礎 於 承 載 後 ， 因 基 礎 底 面 下 土 壤 之 壓 縮 及 壓 密 現 象 而 產 生 過 量 沉 陷 ， 影 響 上 部 結 構 之 安 全 或 使 用 功 能 。 6.4 沉 箱 容 許 支 承 力 6.4.1 沉 箱 載 重 支 承 方 式 1. 作 用 於 沉 箱 之 垂 直 載 重，設 計 時 原 則 上 考 慮 由 沉 箱 底 面 地 層 之 垂 直 反 力 所 支 承 。 2. 作 用 於 沉 箱 之 水 平 側 向 載 重 與 傾 覆 力 矩，設 計 時 原 則 上 考 慮 由 沉 箱 底 面 地 層 之 垂 直 反 力、底 面 摩 擦 阻 力 及 沉 箱 正 前 方 地 層 之 水 平 反 力 等 支 承 之 。 【 解 說 】 1. 作 用 於 沉 箱 之 垂 直 載 重 ， 理 論 上 應 可 由 沉 箱 周 面 之 摩 擦 力 及 沉 箱 底 面 地 層 之 垂 直 反 力 共 同 來 支 承 ， 惟 於 實 際 之 施 工 過 程 中 ， 為 便 於 沉 箱 沉 放 至 預 定 深 度 ， 常 有 擴 挖 或 對 周 圍 地 層 過 度 擾 動 之 情 形 ， 因 此 沉 箱 承 載 後 周 面 所 能 提 供 之 摩 擦 力 ， 全 視 施 工 方 法 、 擴 挖 控 制 、 地 層 特 性 與 地 下 水 狀 況 而 定 ， 施 工 完 成 後 沉 箱 周 面 與 土 壤 之 接 觸 情 形 不 易 全 然 獲 悉 ， 因 此 可 發 揮 之 摩 擦 阻 力 大 小 不 易 掌 握 。 在 工 程 實 務 上 ， 衡 量 施 工 品 質 之 不 確 定 性 與 相 關 因 素 之 變 異 性 ， 作 用 於 沉 箱 之 垂 直 載 重 僅 考 慮 由 沉 箱 底 面 地 層 之 垂 直 支 承 力 來 承 擔 ， 倘 沉 箱 沉 放 至 設 計 深 度 後 ， 對 於 沉 箱 本 體 與 周 圍 地 層 間 之 空 隙 或 孔 洞 經 以 適 當 方 式 (如 背 填 灌 漿 等 )填 實 處 理 者 ， 周 面 之 摩 擦 阻 力 得 酌 予 考 慮 ， 除 經 載 重 試 驗 方 法 驗 証 ， 考 慮 之 周 面 摩 擦 力 以 不 大 於 下 列 數 值 為 限 ： 6-4
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(1) 砂 質 土 壤 2 ⎡ ⎤ f = min 0.1N , 0.5σ′ tanφ′ ≤ 5.0 (tf/m ) 式 (解 6.4-1) s o ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (2) 粘 性 土 壤 2 f = 0.5s ≤ 10.0 (tf/m ) 式 (解 6.4-2) s u 式 內 2 f ： 最 大 周 面 摩 擦 力 (tf/m ) s N ： 標 準 貫 入 試 驗 N 值 ′ 2 σ ：作 用 於 壁 面 之 靜 止 側 向 土 壓 力 (tf/m ) 0 φ′： 土 壤 之 有 效 抗 剪 角 （ 度 ） 2 s ： 土 壤 之 不 排 水 剪 力 強 度 (tf/m ) u 2. 沉 箱 受 水 平 側 向 載 重 與 傾 覆 力 矩 作 用 之 支 承 方 式 ， 理 論 上 應 如 圖 - 解 6.4-1 所 示 ， 但 如 前 述 施 工 因 素 之 考 量 ， 一 般 情 形 下 僅 考 慮 由 底 面 地 層 之 垂 直 反 力 ， 底 面 摩 擦 阻 力 及 沉 箱 正 前 方 地 層 之 水 平 反 力 所 支 承 ， 而 忽 略 周 面 摩 擦 力 所 能 提 供 之 阻 抗 。 圖 -解 6.4-1 沈 箱 載 重 支 承 方 式 6-5
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6.4.2 垂 直 極 限 支 承 力 沉 箱 基 礎 之 垂 直 極 限 支 承 力 應 根 據 第 三 章 基 地 調 查 與 試 驗 結 果 ， 依 下 列 公 式 估 算 ： q = αcN +γ D N + 0.5βγ BN 式 (6.4-1) u c 2 f q 1 r 2 式 內 q =基 礎 底 面 地 層 之 極 限 支 承 力 (tf/m ) u 2 c =基 礎 底 面 下 土 壤 之 凝 聚 力 (tf/m ) 3 γ =基 礎 底 面 下 土 壤 之 有 效 單 位 重 (tf/m ) 1 3 γ =基 礎 底 面 以 上 土 壤 之 平 均 有 效 單 位 重 (tf/m ) 2 B =基 礎 寬 度 (m) D =基 礎 之 有 效 埋 置 深 度 (m) f α, β=基 礎 底 面 形 狀 影 響 因 素 N , N , N =支 承 力 因 素 c q r 【 解 說 】 1. 依 一 般 慣 用 之 沉 箱 尺 寸 及 深 度 而 言 ， 其 承 載 行 為 較 類 似 於 深 基 礎 模 式 ， 由 於 沉 箱 正 前 方 地 層 之 水 平 反 力 可 支 承 大 部 份 作 用 於 沉 箱 之 水 平 側 向 載 重 與 傾 覆 力 矩 ， 因 此 基 礎 底 面 所 分 擔 之 水 平 載 重 與 力 矩 通 常 不 大 ， 故 於 計 算 基 礎 之 垂 直 支 承 力 時 得 忽 略 載 重 偏 心 與 傾 覆 力 矩 之 影 響，依 無 偏 心 狀 況 之 垂 直 載 重 估 算。式 (6.4-1)中 之 地 層 支 承 力 因 素 如 表 -解 6.4-1 所 示，而 形 狀 影 響 因 素 α, β則 如 表 -解 6.4-2 所 示 。 2. 若 沉 箱 基 礎 下 方 1.5 倍 基 礎 寬 度 範 圍 內 為 均 勻 土 層 時 ， 沉 箱 之 垂 直 極 限 支 承 力 得 依 基 礎 底 面 平 鈑 載 重 試 驗 結 果 反 算 所 得 之 c 與 φ值 按 式 (6.4-1)計 算。所 採 用 之 平 鈑 載 重 試 驗 結 果 應 足 以 反 應 基 礎 地 層 之 一 般 性 ， 另 為 確 保 試 驗 結 果 不 受 覆 土 壓 力 所 影 響 ， 試 驗 時 之 平 鈑 應 與 沉 箱 邊 口 鐵 腳 間 保 持 4 倍 平 鈑 直 徑 以 上 之 淨 距 。 由 於 一 般 平 鈑 試 驗 很 難 加 載 至 極 限 載 重 狀 況 ， 因 此 平 鈑 之 極 限 支 承 力 得 以 試 驗 所 得 降 伏 支 承 力 之 1.5 倍 推 估 之 ， 倘 最 大 試 驗 載 重 仍 未 達 基 礎 地 層 之 降 伏 載 重 ， 則 設 計 所 採 用 之 極 限 支 承 力 僅 能 以 最 大 試 驗 壓 力 之 1.5 倍 6-6
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估 計 之 。 根 據 平 鈑 試 驗 求 得 之 極 限 支 承 力 應 依 據 地 質 調 查 及 試 驗 結 果，按 式 (6.4-1)反 算 出 合 理 之 c與 φ值，作 為 估 算 沉 箱 基 礎 支 承 力 之 依 據 。 表 -解 6.4-1 支 承 力 因 素 φ Nc Nq Nγ 0 5.14 1.0 0.0 5 6.49 1.6 0.1 10 8.34 2.5 0.4 15 10.97 3.9 1.2 20 14.83 6.4 2.9 25 20.71 10.7 6.8 26 22.25 11.8 7.9 28 25.79 14.7 10.9 30 30.13 18.4 15.1 32 35.47 23.2 20.8 34 42.14 29.4 28.7 36 50.55 37.7 40.0 38 61.31 48.9 56.1 40 以 上 75.25 64.1 79.4 表 -解 6.4-2 基 礎 底 面 之 形 狀 影 響 因 素 基 礎 底 面 正 方 形 矩 形 或 形 狀 條 形 或 圓 形 長 圓 形 形 狀 因 素 B 1+0.3 α 1.0 1.3 D B 1-0.4 β 1.0 0.6 D 註 ： B為 沉 箱 基 礎 之 寬 度 (m)， D為 沉 箱 基 礎 之 長 度 (m)。 6-7
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6.4.3 水 平 極 限 支 承 力 沉 箱 基 礎 之 水 平 極 限 支 承 力 ， 以 沉 箱 正 前 方 地 層 之 水 平 反 力 與 沉 箱 底 面 之 摩 擦 阻 力 綜 合 考 慮 ， 其 值 得 依 本 規 範 第 7.3 節 及 第 4.6 節 規 定 計 算 之 。 【 解 說 】 1. 沉 箱 正 前 方 地 層 之 水 平 極 限 支 承 反 力 值 為 該 位 置 地 層 之 被 動 土 壓 力 值 ， 其 值 得 依 下 式 估 算 ： σ = σ′K + 2c K 式 (解 6.4-3) P z P P σ = σ′K + 2c K 式 (解 6.4-4) PE z PE PE 其 中 ， 被 動 土 壓 力 係 數 K 與 K 可 依 下 列 方 式 計 算 ： P PE 2 cos φ K = 式 (解 6.4-5) P 2 ⎡ sin(φ−δ) sin(φ+α) ⎤ cosδ 1 − ⎢ ⎥ cosδcosα ⎣ ⎦ 2 cos φ K = 式 (解 6.4-6) PE 2 ⎡ − + ⎤ sin(φ δ ) sin(φ α) E cosδ 1 − E ⎢ ⎥ cosδ cosα ⎣ E ⎦ 式 內 2 σ =平 時 地 表 下 z 深 度 處 之 被 動 土 壓 力 (tf/m ) P 2 σ =地 震 時 地 表 下 z 深 度 處 之 被 動 土 壓 力 (tf/m ) PE 2 σ′ =地 表 下 z 深 度 處 之 有 效 垂 直 覆 土 壓 力 (tf/m ) z K =平 時 之 被 動 土 壓 力 係 數 P K =地 震 時 之 被 動 土 壓 力 係 數 PE 2 c =土 層 之 凝 聚 力 (tf/m ) φ =土 層 之 有 效 內 摩 擦 角 (°) δ =平 時 之 沉 箱 壁 面 與 地 層 間 之 摩 擦 角 (度 )， 取 (-φ/3)。 δ =地 震 時 之 沉 箱 壁 面 與 地 層 間 之 摩 擦 角 (度 )， 取 (-φ/6)。 E α =地 表 面 與 水 平 面 之 交 角 (度 )， 如 圖 -解 6.4-2 所 定 義 。 6-8
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圖 -解 6.4-2 α角 度 之 正 負 符 號 定 義 2. 沉 箱 底 面 之 摩 擦 阻 力 係 由 基 礎 底 面 與 地 層 間 之 摩 擦 力 與 附 著 力 兩 者 所 提 供 ， 其 值 大 小 與 地 層 特 性 及 基 礎 施 工 方 法 有 關 ， 一 般 情 況 可 依 下 式 計 算 ： R = N tanδ+ AC 式 (解 6.4-7) f a R = 式 內 f 基 礎 版 底 面 之 摩 擦 阻 力 (tf) N =作 用 於 基 礎 版 底 面 之 有 效 鉛 直 載 重 (tf) δ=基 礎 版 底 面 與 地 層 間 之 摩 擦 角 (°)， 其 值 可 參 考 表 -解 6.4-3。 2 (m ) A =基 礎 版 底 面 之 有 效 接 觸 面 積 2 C =基 礎 版 底 面 與 地 層 之 有 效 附 著 力 (t / m )，其 值 可 參 考 表 a -解 6.4-3。 表 -解 6.4-3 界 面 摩 擦 角 與 附 著 力 附 著 力 C 底 面 接 觸 條 件 界 面 摩 擦 角 δ a δ=2/3φ C =0 1. 土 壤 與 混 凝 土 a 2. 土 壤 與 混 凝 土 間 δ=φ≦ 30° C =0 a 敷 設 碎 石 之 情 形 C =0 3. 岩 層 與 混 凝 土 δ= 30° a 註 ： φ為 土 地 層 之 有 效 內 摩 擦 角 。 6-9
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6.4.4 安 全 係 數 沉 箱 基 礎 之 容 許 垂 直 支 承 力 及 容 許 水 平 支 承 力 ， 應 依 照 本 規 範 第 4.3.5 節 及 第 4.6.1 節 之 規 定 ， 選 定 其 安 全 係 數 。 【 解 說 】 1. 沉 箱 基 礎 底 面 地 層 之 容 許 垂 直 支 承 力 ， 除 應 滿 足 本 規 範 第 4.3.5 節 規 定 之 支 承 力 安 全 係 數 ， 以 確 保 基 礎 土 壤 之 穩 定 性 外 ， 為 防 止 沉 箱 基 礎 於 設 計 載 重 下 產 生 過 量 沉 陷 ， 沉 箱 基 礎 之 容 許 支 承 力 應 限 定 一 上 限 值 。 原 則 上 沉 箱 基 礎 之 容 許 支 承 力 應 就 下 列 二 計 算 結 果 ， 取 其 較 小 者 ： 1 (1) q = (q − γ D ) + γ D 式 (解 6.4-8) a u 2 f 2 f FS 式 中 q 為 容 許 支 承 力 上 限 值 ， FS 為 支 承 力 安 全 係 數 ， 長 期 a 載 重 取 3， 短 期 載 重 取 2。 (2) 圖 -解 6.4-3 所 示 之 容 許 垂 直 支 承 力 上 限 值 上 圖 係 日 本 道 路 協 會 (1997)根 據 壓 氣 沉 箱 基 礎 之 平 鈑 載 重 試 驗 結 果，並 綜 合 設 計 實 務 經 驗 與 工 程 研 判 等 歸 納 之 經 驗 圖 表，圖 示 值 為 長 期 載 重 下 容 許 支 承 力 之 上 限 值，若 為 短 期 載 重 ， 容 許 支 承 力 以 圖 示 值 之 1.5 倍 為 限 。 若 將 沉 箱 周 面 之 摩 擦 力 計 入 垂 直 載 重 支 承 力 時，容 許 摩 擦 阻 力 應 依 使 用 條 件 及 載 重 狀 況 按 第 6.4.1 節 所 列 公 式 計 算 極 限 摩 擦 阻 力 ， 除 以 安 全 係 數 後 得 之 。 構 造 物 基 礎 承 受 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 等 ， 其 安 全 係 數 不 得 小 於 1.1。 2.沉 箱 基 礎 之 容 許 水 平 支 承 力 ， 以 沉 箱 正 前 方 地 層 之 水 平 反 力 及 沉 箱 底 面 之 摩 擦 阻 力 綜 合 考 慮 。 基 礎 底 面 地 層 之 容 許 摩 擦 阻 力 應 符 合 本 規 範 第 4.6.1 節 規 定 之 安 全 係 數 ； 沉 箱 正 前 方 地 層 之 容 許 水 平 支 承 力 依 使 用 條 件 及 載 重 狀 況 ， 長 期 載 重 之 安 全 係 數 不 得 小 於 1.5， 短 6-10
¶ 原檔第149頁
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期 載 重 之 安 全 係 數 不 得 小 於 1.1， 基 礎 側 面 之 摩 擦 阻 力 若 計 入 水 平 側 向 載 重 阻 抗 時 ， 其 安 全 係 數 之 規 定 與 地 層 之 水 平 反 力 相 同 。 圖 -解 6.4-3 沈 箱 基 礎 底 面 容 許 支 承 力 上 限 值 （ 平 時 ） 6.5 沉 箱 負 摩 擦 力 沉 箱 設 計 應 檢 討 負 摩 擦 力 發 生 之 可 能 性 及 大 小 ， 並 按 下 式 檢 核 其 安 全 性 ： (P + P )/ A ≤σ 式 (6.5-1) fn c sa P + P ≤ (Q + R )/1.2 式 (6.5-2) fn b f 式 內 P =沉 箱 頂 部 之 軸 向 長 期 載 重 (tf) 6-11
¶ 原檔第150頁
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P =中 立 點 以 上 之 負 摩 擦 力 總 和 (tf) fn Q =沉 箱 底 面 地 層 之 極 限 支 承 力 (tf) b R =中 立 點 以 下 之 正 摩 擦 阻 力 (tf) f 2 A =中 立 點 位 置 之 沉 箱 斷 面 積 (m ) C 2 σ =沉 箱 材 料 之 短 期 容 許 應 力 (tf/m ) sa 【 解 說 】 沉 箱 施 工 完 成 後 ， 若 沉 箱 周 圍 地 層 之 沉 陷 速 率 大 於 沉 箱 基 礎 之 沉 陷 速 率 時，沉 箱 將 承 受 一 向 下 之 負 摩 擦 力 (如 圖 -解 6.5-1 所 示 )，使 作 用 於 沉 箱 之 垂 直 荷 重 增 加 ， 且 沉 箱 周 面 之 正 摩 擦 阻 力 亦 相 對 地 減 少 ， 故 有 必 要 檢 核 沉 箱 本 體 及 其 底 面 地 層 支 承 力 之 安 全 性 。 有 關 沉 箱 負 摩 擦 力 之 估 算 ， 目 前 研 究 資 料 十 分 有 限 ， 一 般 設 計 上 可 按 第 5.3.4 節 建 議 之 基 樁 負 摩 擦 力 估 算 。 於 考 慮 地 震 力 、 風 力 、 衝 擊 力 、 車 輛 等 短 期 載 重 狀 況 時 ， 可 不 計 負 摩 擦 力 之 影 響 ； 倘 沉 箱 使 用 特 殊 表 面 處 理 (如 表 面 塗 刷 柏 油 或 沉 箱 與 地 層 間 灌 注 減 摩 劑 等 )以 減 低 負 摩 擦 力 時 ， 折 減 效 果 應 依 試 驗 或 監 測 結 果 評 估 之 。 圖 -解 6.5-1 負 摩 擦 力 6-12
¶ 原檔第151頁
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6.6 沉 箱 之 變 位 量 6.6.1 水 平 變 位 量 計 算 沉 箱 受 力 後 之 水 平 變 位 得 依 彈 性 地 盤 之 理 論 推 算 之 。 【 解 說 】 沉 箱 受 力 後 之 斷 面 力 、 地 層 反 力 及 變 位 得 依 據 彈 性 基 礎 之 有 限 梁 理 論 分 析 ， 其 結 構 分 析 模 式 如 圖 -解 6.6-1 所 示 ， 沉 箱 係 以 彈 性 梁 模 擬 ， 沉 箱 周 圍 及 底 面 之 地 層 則 均 視 為 支 承 彈 簧 ， 為 模 擬 實 際 地 層 之 應 力 -應 變 行 為 ， 地 層 宜 假 設 為 完 全 之 彈 塑 性 體 (如 圖 -解 6.6-2 示 )， 地 層 等 值 彈 簧 之 地 盤 反 力 係 數 及 地 層 反 力 上 限 值 可 就 沉 箱 尺 寸 、 地 層 彈 性 係 數 及 地 層 特 性 參 照 表 -解 6.6-1 推 求。至 於 結 構 計 算 所 需 之 電 腦 程 式 ， 目 前 已 甚 普 遍 ， 一 般 用 於 結 構 分 析 之 程 式 即 可 用 於 求 解 沉 箱 之 變 位 量 ， 及 其 所 受 之 彎 矩 及 剪 力 值 。 圖 -解 6.6-2 地 盤 反 力 與 變 位 之 關 係 圖 -解 6.6-1 沈 箱 結 構 之 分 析 模 式 6-13
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表 -解 6.6-1 地 盤 反 力 係 數 與 地 層 反 力 上 限 值 2 位 置 方向 地 盤 反 力 係 數 地 層 反 力 容 許 上 限 值 (tf/m ) 3 − 取 式 ( 解 6.4-8) 計 算 值 與 圖 - 解 k = k (B / 30) 4 V VO V 沉 箱 垂直 6.4-3 圖 示 值 之 較 小 值 底 面 k = 0.3k R = (c A + N tanδ) / FS 水平 S V f a 3 − k = αk (B / 30) 4 H k HO H σ = σ / FS 沉 箱 水平 ka p 正 前 砂質土 f = min[0.1N ,0.5(σ′ tanφ′),5]/ FS 0 k = 0.3k 垂直 SVB H 方 粘性土 f = min[0.5S ,10]/ FS u 3 − k = 0.6αk (D / 30) 4 SHD k HO H 砂質土 f = min[0.1N ,0.5(σ′ tanφ′),5]/ FS 沉 箱 水平 0 粘性土 f = min[0.5S ,10]/ FS 側 面 u k = 0.3k 垂直 SVD SHD 表 -解 6.6-1 中 3 k =基 礎 底 面 垂 直 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) V 3 k =基 礎 前 面 水 平 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) H 3 k =基 礎 底 面 水 平 剪 力 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) S 3 k =基 礎 前 面 垂 直 剪 力 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) SVB 3 k =基 礎 側 面 水 平 剪 力 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) SHD 3 k =基 礎 側 面 垂 直 剪 力 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) SVD k =相 當 於 直 徑 30 公 分 平 鈑 載 重 試 驗 所 得 之 垂 直 地 盤 反 力 係 數 VO 3 (kgf/cm ),以 現 地 試 驗 或 室 內 試 驗 所 得 之 變 形 模 數 推 估 時，得 依 下 式 估 算 ： 1 k = αE 式 (解 6.6-1) VO O 30 k =相 當 於 直 徑 30 公 分 之 平 鈑 試 驗 所 求 得 之 水 平 地 盤 反 力 係 數 HO 3 (kgf/cm )， 以 現 地 試 驗 或 室 內 試 驗 所 得 之 變 形 模 數 推 估 時 ， 得 依 下 式 估 算 ： 6-14
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1 k = αE 式 (解 6.6-2) HO o 30 2 E =依 表 -解 6.6-2 所 示 方 法 測 量 或 推 估 之 地 盤 變 形 模 數 (kgf/cm ) O α =地 盤 反 力 係 數 推 估 用 係 數 ， 如 表 -解 6.6-2 α = 考 慮 地 層 為 彈 塑 性 體 之 修 正 係 數 ， 無 背 填 灌 漿 之 情 形 取 k 1.0， 有 背 填 灌 漿 之 情 形 取 1.5 B =沉 箱 底 面 積 之 等 值 寬 度 (cm)， 基 礎 底 面 形 狀 為 圓 形 時 ， BV 等 V 於 直 徑 ， 其 他 形 狀 時 ， 依 下 式 計 算 B = A 式 (解 6.6-3) V V 2 A =沉 箱 底 面 積 (cm ) V B =與 水 平 側 向 載 重 方 向 正 交 之 等 值 基 礎 寬 度 (cm)，依 下 式 求 算： H B = B (≤ B ⋅ L ) 式 (解 6.6-4) H e e e D =沉 箱 側 面 之 等 值 基 礎 寬 度 (cm)， 依 下 式 求 算 ： H D = D (≤ B ⋅ L ) 式 (解 6.6-5) H e e e L =沉 箱 之 有 效 深 度 (cm) e B , D =基 礎 有 效 正 面 寬 及 有 效 側 面 寬 (cm)，如 圖 -解 6.6-3 所 示， e e 依 下 列 公 式 計 算 ： (a)長 方 形 斷 面 ： B = B D = D 式 (解 6.6-6) e e (b)長 圓 形 (1)： B = 0.8B D = D − 0.2B 式 (解 6.6-7) e e (c)長 圓 形 (2)： B = B − 0.2D D = 0.8D 式 (解 6.6-8) e e (d)圓 形 斷 面 ： B = 0.8B D = 0.8B 式 (解 6.6-9) e e FS =安 全 係 數 ， 如 表 -解 6.6-3 所 示 6-15
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表 -解 6.6-2 變 形 模 數 E 與 α值 O 地 盤 反 力 係 數 推 估 用 係 數 α 變 形 模 數 E 推 估 方 法 O 平 時 地 震 時 直 徑 30 公 分 平 鈑 載 重 試 驗 循 環 加 壓 -解 壓 曲 線 求 得 之 變 形 模 數 1 2 之 1/2 由 孔 內 側 向 載 重 試 驗 求 取 變 形 4 8 模 數 利 用 單 壓 或 三 軸 試 驗 應 力 -應 變 4 8 曲 線 求 取 變 形 模 數 利 用 標 準 貫 入 試 驗 N 值 推 估 變 1 2 形 模 數 E = 25N O 表 -解 6.6-3 地 層 反 力 之 安 全 係 數 FS 安 全 係 數 FS 地 層 反 力 平 時 地 震 時 沉 箱 底 面 垂 直 反 力 3.0 2.0 沉 箱 底 面 摩 擦 力 1.5 1.2 沉 箱 正 前 方 水 平 地 層 反 力 1.5 1.1 沉 箱 正 前 方 垂 直 摩 擦 力 3.0 1.1 沉 箱 側 面 水 平 摩 擦 力 1.5 1.1 沉 箱 側 面 垂 直 摩 擦 力 3.0 1.1 6-16
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圖 -解 6.6-3 基 礎 之 有 效 寬 度 B 與 D e e 6.6.2 沉 陷 量 計 算 沉 箱 受 垂 直 載 重 之 沉 陷 量 為 沉 箱 體 彈 性 變 形 量 與 沉 箱 底 部 地 層 沉 陷 量 之 和 。 沉 箱 之 彈 性 變 形 量 可 依 載 重 大 小 及 沉 箱 材 料 性 質 推 算 ， 沉 箱 底 部 地 層 之 沉 陷 量 ， 應 按 本 規 範 第 4.4 節 所 述 方 法 計 算 之 。 【 解 說 】 1. 沉 箱 受 垂 直 載 重 後 之 瞬 時 沉 陷 量 為 沉 箱 體 彈 性 變 形 量 與 沉 箱 底 部 地 層 瞬 時 沉 陷 之 和 ， 可 依 第 6.6.1 節 所 述 方 法 或 依 下 列 公 式 計 算 ： L ⎛ 1 ⎞ V B δ = ⎜V + wL⎟ + 式 (解 6.6-6) O E A ⎝ 2 ⎠ k A C O V 式 中 δ=沉 箱 垂 直 向 之 瞬 時 沉 陷 量 (cm) V =作 用 於 沉 箱 頂 部 之 垂 直 載 重 (kgf) O w =沉 箱 單 位 長 度 之 重 量 (kgf/cm) 6-17
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L =設 計 基 面 以 下 之 沉 箱 長 度 (cm) 2 E =沉 箱 之 彈 性 模 數 (kgf/cm ) C 2 A =沉 箱 中 間 段 之 斷 面 積 (cm ) O V =傳 至 沉 箱 底 部 之 載 重 (kgf) B 2 A =沉 箱 之 底 面 積 (cm ) 3 k =沉 箱 底 部 地 層 之 垂 直 地 盤 反 力 係 數 (kgf/cm ) V 2. 沉 箱 支 承 地 層 下 方 若 存 在 粘 性 土 壤 時 ， 應 考 慮 基 礎 載 重 所 引 致 之 壓 密 沉 陷 ， 倘 有 特 殊 軟 弱 土 壤 如 腐 植 土 或 有 機 土 等 ， 則 應 另 考 慮 其 次 壓 縮 沉 陷 。 基 礎 載 重 所 引 致 之 平 均 地 層 應 力 增 量 可 依 圖 解 6.6-1 所 示 近 似 方 法 估 算 ， 而 壓 密 沉 陷 量 則 依 第 4.4.6 節 及 第 4.4.7 節 所 述 方 法 推 估 。 6.6.3 容 許 變 位 量 沉 箱 於 設 計 地 盤 面 之 容 許 水 平 變 位 不 得 大 於 沉 箱 寬 度 之 1%，且 以 5cm 為 限 ， 旋 轉 角 則 須 小 於 0.005rad， 且 以 不 超 出 上 部 構 造 物 之 容 許 變 位 量 為 限 。 【 解 說 】 沉 箱 基 礎 之 容 許 變 位 量 ， 基 本 上 應 須 能 滿 足 上 部 構 造 物 容 許 變 位 之 要 求 ， 以 不 影 響 結 構 安 全 及 使 用 功 能 為 原 則 ， 並 須 能 防 止 基 礎 發 生 過 量 水 平 塑 性 變 位 。 沉 箱 於 水 平 載 重 卸 載 後 之 殘 留 (塑 性 )變 位 與 地 質 條 件 、 載 重 大 小 與 延 時 、 及 基 礎 形 狀 與 尺 寸 等 有 關 ， 根 據 樁 載 重 試 驗 之 資 料 顯 示 ， 樁 頭 水 平 變 位 大 於 樁 徑 之 1%時 ， 樁 頭 塑 性 變 位 即 急 遽 增 加 ， 目 前 有 關 大 尺 寸 之 沉 箱 側 向 載 重 試 驗 數 據 相 當 缺 乏 ， 塑 性 變 位 遽 增 之 最 大 水 平 變 位 目 前 仍 無 法 確 認 ， 故 雖 沿 用 基 樁 試 驗 結 果 ， 限 制 沉 箱 最 大 水 平 變 位 不 得 大 於 沉 箱 寬 度 正 交 於 水 平 載 重 方 向 之 1%， 但 以 5 公 分 為 限 。 6-18
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6.7 沉 箱 體 結 構 設 計 6.7.1 使 用 材 料 沉 箱 基 礎 之 材 料 ， 可 採 用 鋼 筋 混 凝 土 構 材 或 以 型 鋼 及 鋼 管 加 強 之 2 合 成 構 材 。 沉 箱 式 基 礎 之 混 凝 土 規 定 壓 力 強 度 不 得 小 於 210kgf/cm ， 惟 水 中 或 泥 水 中 澆 置 之 混 凝 土 ， 其 澆 置 強 度 應 按 規 定 壓 力 強 度 再 提 高 2 35kgf/cm 以 上 。 6.7.2 結 構 設 計 沉 箱 基 礎 各 構 件 之 結 構 設 計 應 符 合 建 築 構 造 編 之 相 關 規 定 。 【 解 說 】 沉 箱 基 礎 各 構 件 之 結 構 設 計 ， 除 應 考 慮 上 部 結 構 載 重 所 引 致 之 應 力 外 ， 尚 應 依 地 層 狀 況 及 施 工 方 法 等 考 慮 施 工 中 可 能 發 生 之 各 項 應 力 ， 沉 箱 體 之 設 計 應 按 下 列 項 目 分 別 設 計 ： 1. 側 牆 及 隔 牆 側 牆 及 隔 牆 應 分 別 就 水 平 方 向 及 垂 直 方 向 分 析 設 計，並 就 施 工 中 及 完 工 後 各 種 可 能 載 重 狀 況 詳 加 檢 討 。 (1) 水 平 方 向 斷 面 之 設 計 (a) 施 工 載 重 狀 況 ① 剛 開 始 下 沉 作 業 時 ， 沉 箱 底 部 未 完 全 支 承 之 狀 況 應 依 所 選 定 之 工 法 及 施 工 計 劃，檢 討 圖 -解 6.7-1 或 圖 -解 6.7-2 所 示 部 份 支 承 狀 態，由 於 沉 箱 自 重 引 致 之 應 力 。 簡 支 承 狀 況 一 般 考 慮 懸 空 之 長 度 為 沉 箱 底 部 長 度 之 1/4~1/5 計 算 應 力 ， 懸 臂 支 承 狀 況 施 工 時 應 儘 量 避 免 懸 空 部 份 過 長，設 計 懸 空 長 度 一 般 可 取 沉 箱 底 部 長 度 之 1/5 考 慮 。 6-19
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② 下 沉 作 業 中 ， 沉 箱 發 生 傾 斜 、 偏 心 狀 況 沉 箱 發 生 傾 斜 時 ， 沉 箱 體 可 能 局 部 承 受 相 當 大 之 偏 壓，偏 壓 之 大 小 則 因 施 工 傾 斜 量 大 小、沉 箱 形 狀、地 質 狀 況 與 施 工 方 法 等 而 異 ， 設 計 時 至 少 應 考 量 圖 -解 6.7-3 所 示 之 兩 種 載 重 狀 況。分 析 時 靜 止 土 壓 力 及 主 動 土 壓 力 等 載 重 得 依 第 7.3 節 規 定 估 算，惟 主 動 土 壓 力 應 忽 略 土 壤 凝 聚 力 之 影 響 ， 且 考 慮 之 主 動 土 壓 力 係 數 不 得 小 於 0.5。 ③ 沉 箱 沉 放 至 預 定 深 度 後 ， 內 部 積 水 抽 乾 之 狀 況 考 慮 之 載 重 狀 況 為 靜 止 土 壓 力 與 靜 水 壓 力 作 用 於 側 牆 外 側 ， 沉 箱 內 部 無 載 重 作 用 如 圖 -解 6.7-4 所 示 。 (b) 完 成 後 載 重 狀 況 沉 箱 完 成 後 應 考 量 之 載 重 狀 況 如 圖 -解 6.7-5 所 示 。 僅 有 垂 直 載 重 作 用 於 沉 箱 頂 之 情 形 ， 考 慮 之 靜 止 土 壓 力 ， 其 靜 止 土 壓 力 係 數 不 得 低 於 0.5，沉 箱 沉 放 較 深 之 情 形，靜 止 土 壓 力 之 計 算 得 適 度 考 慮 土 壤 之 拱 效 應，原 則 上 深 度 15 公 尺 範 圍 內 之 土 壓 力，不 考 慮 拱 效 應 引 致 之 土 壓 折 減，深 度 15 公 尺 以 上 之 土 壓，則 考 慮 以 15 公 尺 深 度 處 之 靜 止 土 壓 力 計 算。若 沉 箱 內 部 回 填 土 砂 或 內 部 充 水 時 ， 則 作 用 之 載 重 可 扣 除 內 壓 之 影 響 內 部 充 水 時 ， 靜 水 壓 得 以 沉 箱 內 外 之 水 壓 差 淨 值 取 代 ； 沉 箱 內 部 回 填 土 砂 時 ， 作 用 於 側 牆 之 土 壓 則 應 視 沉 箱 內 空 尺 寸 及 回 填 土 性 質 做 適 度 考 量 ， 於 內 空 較 小 之 情 形 宜 特 別 注 意 ， 由 於 土 壤 拱 效 應 所 造 成 之 土 壓 折 減 (穀 倉 效 應 -silo effect)。 地 震 力 水 平 載 重 及 力 矩 作 用 之 情 形，水 平 斷 面 設 計 採 用 之 前 方 地 層 最 大 水 平 反 力 值 ， 應 考 慮 垂 直 方 向 斷 面 勁 度 之 載 重 分 攤 效 果 ， 按 下 式 修 正 後 之 地 層 反 力 設 計 ： P′ = αP 式 (解 6.7-1) 2 式 中 P′ =計 算 斷 面 應 力 時 採 用 之 前 方 地 層 最 大 反 力 (tf/m ) 2 P =水 平 載 重 及 力 矩 作 用 時 之 前 方 地 層 最 大 反 力 (tf/m ) α=考 慮 垂 直 方 向 載 重 分 攤 效 應 時 之 載 重 折 減 係 數，圖 - 6-20
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解 6.7-6(b)所 示 數 值 此 一 載 重 狀 況，沉 箱 側 牆 垂 直 方 向 之 鋼 筋 量 應 滿 足 載 重 分 攤 所 產 生 之 彎 矩 ： M = βM y z 式 中 M = 地 層 水 平 反 力 分 攤 至 垂 直 方 向 所 引 致 之 彎 矩 y (tf-m) M =水 平 方 向 斷 面 跨 度 中 央 點 之 彎 矩 (tf-m) z β=垂 直 方 向 之 應 力 傳 達 率 ， 可 依 圖 -解 6.7-7 求 之 。 (c) 斷 面 應 力 分 析 側 牆 與 隔 牆 水 平 方 向 斷 面 應 力 得 依 圖 -解 6.7-8 及 圖 -解 6.7-9 所 示 之 結 構 模 式 分 析 ， 並 依 建 築 構 造 編 之 相 關 規 定 設 計 。 (2) 垂 直 方 向 斷 面 之 設 計 (a) 施 工 載 重 狀 況 考 慮 之 載 重 狀 況 為 圖 -解 6.2-4 所 示 下 沉 過 程 中 超 挖 引 致 之 沉 箱 懸 吊 狀 態 ， 如 圖 -解 6.7-10 所 示 ， 沉 箱 於 I-I 斷 面 將 承 受 最 大 之 抗 力， 其 大 小 等 於 懸 吊 部 份 之 沉 箱 重 量 W ， 設 計 2 最 大 抗 力 可 依 下 式 求 得 ： W T = W = W (1 − ) 式 (解 6.7-2) 2 fUl 式 中 T =沉 箱 呈 懸 吊 狀 態 時 斷 面 之 最 大 抗 力 (tf) W =I-I 斷 面 以 下 之 沉 箱 重 量 (tf) 2 W =沉 箱 總 重 量 (tf) 2 f =於 ℓ 區 間 平 均 表 面 摩 擦 力 (tf/m ) 1 U =沉 箱 周 長 (m) l =沉 箱 總 長 (m) (b) 完 成 後 載 重 狀 況 根 據 完 成 後 上 部 結 構 傳 遞 下 之 載 重 ， 依 第 6.6.1 節 所 述 結 6-21
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構 模 式 分 析 沉 箱 受 力 後 之 斷 面 應 力 ， 並 據 以 進 行 結 構 設 計 。 2. 頂 版 頂 版 設 計 至 少 應 考 量 下 列 兩 種 載 重 狀 況 (1) 第 一 狀 態 ： 如 圖 -解 6.7-11 所 示 柱 混 凝 土 澆 置 後 強 度 尚 未 發 展 前 之 狀 況 ， 頂 版 自 重 及 其 上 澆 置 之 上 部 結 構 混 凝 土 重 完 全 作 用 於 頂 版 ， 得 按 支 承 於 側 牆 或 隔 牆 之 簡 支 版 或 連 續 版 分 析 。 (2) 第 二 狀 態 ： 完 工 後 柱 與 頂 版 連 成 一 體 如 圖 -解 6.7-12 所 示，頂 版 承 受 側 牆 支 承 處 之 反 力 作 用 ， 得 視 頂 版 為 固 定 於 柱 體 之 懸 臂 版 分 析 。 頂 版 厚 度 大 於 跨 度 二 分 之 一 以 上 時 ， 其 配 筋 應 依 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 之 深 梁 相 關 規 定 設 計 。 支 承 頂 版 之 側 牆 部 位 應 依 牛 腿 規 定 設 計 ， 並 應 檢 核 支 承 部 承 壓 、 滑 動 之 安 全 性 及 錨 碇 鋼 筋 量 。 抗 張 之 錨 碇 鋼 筋 (參 見 圖 -解 6.7-13)， 其 面 積 至 少 應 為 頂 版 支 承 面 積 之 0.2%， 且 鋼 筋 直 徑 不 得 小 於 16mm。 3. 底 版 (1) 開 口 沉 箱 底 版 開 口 沉 箱 底 版 得 依 據 下 列 原 則 設 計 ： (a) 無 筋 混 凝 土 版 由 側 牆 內 緣 之 支 承 點 引 45°之 應 力 傳 佈 線 向 底 版，若 兩 應 力 線 在 版 內 相 交 如 圖 -解 6.7-14(a)所 示，則 可 忽 略 版 內 之 撓 曲 應 力 ， 採 無 筋 混 凝 土 版 。 無 筋 底 版 之 厚 度 應 大 於 沉 箱 內 徑 之 1/2， 且 至 少 須 為 2.0m。 (b) 鋼 筋 混 凝 土 版 若 兩 應 力 傳 佈 線 不 相 交 ， 如 圖 -解 6.7-14(b)所 示 ， 則 撓 曲 應 力 無 可 避 免 ， 可 依 作 用 於 底 版 之 地 層 反 力 、 水 浮 力 、 底 版 自 6-22