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研究報告第五章 基礎補強;原PDF第111–116頁。
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- 文件性質:本件是內政部建築研究所民國105年12月協同研究報告及其所附耐震補強技術手冊稿,不是法規命令、部頒設計規範、施工綱要規範或現行強制手冊。
- 版本時點:CNS、混凝土設計、耐震設計、錨栓、鋼構、FRP、消能元件、分析模型及軟體均是105年前後研究背景;現行工程須另查今日有效法規、標準與主管機關程序。
- 數值使用:材料強度、鋼筋、植筋、剪力摩擦、錨定、塑性轉角、阻尼、勁度與強度折減等數值必須連同公式、假設、圖說及研究時點閱讀,不能脫離上下文作為通用強制值。
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第五章 基礎補強
第五章 基礎補強
第一節 基礎補強需求
基礎構造之補強,應先行調查建築物地上及地下部份之現況(部份基礎構造之損
害係藉由上部結構之破壞,如牆體裂縫來呈現),分析已有之地質資料,若有需要應
進行補充工址調查或實地挖掘查看基礎現況。建築物除考慮本身之耐震性能外,亦
應特別注意場址之受震穩定性,對可能產生土壤液化、地陷、坡地崩塌等災害的危
險性應進行評估,並採取必要的防護措施。當鑑定結果顯示出建築弱點為地盤承載
力不足,或地基及基礎處理、設計不當,致使建築物會發生嚴重損壞時,即應考慮
對地盤進行改良或對基礎進行修復及補強。
一般而言,基礎補強工法之考量,至少應充分掌握及符合下列三項目標:
(1) 配合上部結構之補強,使其修補之全面性成效得以發揮,除滿足上部結構之安
全與性能要求外,整體構造亦合乎使用機能需求。
(2) 基礎補強(含地盤改良)後必須能安全承受補強後結構物之總荷重及常時、地震時
荷重。
(3) 當再度發生地震時,經修補後之基礎耐震特性及行為,應使建築物之安全性及
結構性能不致產生過大之不利影響。
在一般基礎損壞原因中,由地震直接產生之機率雖然較低,但若一旦發生,災
損往往相當嚴重。因此,針對基礎耐震之補強而言,為防止日後受到損害,在補強
之初,首須確定修補之安全目標為何,雖然不同之耐震要求應依建築物所處之地理
位置、結構類別、基礎型式、建築物現況、重要程度、補強的可能性、以及使用價
值和經濟上的合理性作綜合考量,但最起碼之要求,經耐震評估和補強後之基礎,
在遭到補強時所採用設計地震作用時,應不致產生嚴重破壞,經修補後應仍可繼續
使用。
另外,耐震補強方案的制定應建立在上部結構及地基基礎鑑定的基礎上,從房屋
整體的抗震能力和特性出發,所採用的各項補強措施均應與原有結構有可靠聯結,
基礎之增設應避免偏心、避免補強後反而使某部位產生弱點,或勁度變化過大,而
使受震時引致局部破壞。亦即,各部位修復補強後之耐震能力應與整體構造之安全
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
標準一致;而為了適當提高震後補強建物之耐震能力,補強時之耐震標準宜符合最
新耐震要求,尤其是針對醫院、學校、消防設施、通訊單位等地震時需提供緊急醫
療、避難、救難及通訊服務的重要場所。此外,補強後建物之耐震性能標準高低,
亦可依建物之預期使用年限予以彈性考量,若結構僅要求3~5 年之短期使用後即拆
除之,則可按最新規範在合理範圍內予以放寬,或採用舊標準;而若結構要繼續長
期使用,則最好以最新之耐震標準處理。
第二節 補強設計原則
既有建築物之基礎進行補強前,應先對地盤和基礎進行評估,方可進行補強設
計和施工。既有地盤和基礎的耐震評估、補強設計和施工,應由大地工程相關專業
人員擔任。在選擇既有建築基礎補強方案時,應根據補強目的,結合土壤、基礎和
上部結構的現狀,並考慮上部結構、基礎和地盤的共同作用,可初步選擇採用補強
地盤、補強基礎或加強上部結構剛度和補強基礎相結合的方案。一般而言,基礎之
補強應使為一補強計畫簡單、實際與經濟,且可大幅提昇建築耐震性能之補強方式。
初步選定的各種補強方案,應分別以預期效果、施工難易程度、材料來源和運
輸條件、施工安全性、對鄰近建築物及環境的影響、機具使用條件、施工工期和造
價等方面進行技術經濟方面分析和比較,選定最佳的補強方法。對進行基礎補強中
的建築,應在施工期間進行觀測,對重要建築物或對沉陷有嚴格限制的建築物,尚
應在補強後繼續進行沉陷觀測,直至沉陷達穩定狀態為止。對鄰近建築物和地下管
線應同時進行相關監測。
進行耐震補強時,必需考慮補強後建築物因整體剪力與位移容量提高,或者只
針對某一柱構材補強,而造成施加於基礎或者基礎施加於地盤之作用力增加,所以
必須檢討補強後建築物是否會導致原基礎變形或破壞,或者造成不均勻沉陷而影響
上部結構安全,當檢討後發現上述問題時,應採用其他補強策略或者以地盤改良等
方式來處理,不可忽略此一現象。
第三節 補強工法與措施
基礎補強之對策措施依處理對象(地盤本身或基礎結構)之不同或原理(提高抵抗
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第五章 基礎補強
力或降低作用力)之差異,可概分為(1)地盤改良,(2)基礎結構補強,(3)改變結構受
力機制等三大類,由於影響地基震害之因素眾多,若僅採單一方法修補有時常難以
完備,因此實務上常須多種工法配套同時進行,方能達成修補目標。以下介紹三種
不同對策措施之補強理念:
(1) 地盤改良
若基礎位於軟弱或軟硬不均之地盤上,壓縮性大,抗剪強度低,或有發生土壤液
化之潛能,可透過壓密排水、夯實、化學固結及置換等方式改良土層性質,強化、
固結地盤,提高地盤之承載力、降低壓縮性、增加耐震穩定性。此法一般較適用於
結構物對場址地盤不符合力學性能之處理,對於震後受損結構物之基礎補強常是利
用灌漿固結等方式搭配使用。常使用之工法有:
(a) 高壓噴射灌漿工法: 高壓噴射灌漿工法係將水泥與化學藥液(矽酸鈉)混合
後,灌入土體內,藉其膠化凝固作用,以減少地盤之透水性,或增加地盤強度的
工法。
(b) 化學攪拌樁工法: 化學攪拌樁工法係使用鑽掘機,先預定鑽掘至需要深度,
再利用鑽桿下端之特殊噴射裝置,以壓力泵噴射「地盤硬化用」之化學藥劑,同
時拔起鑽桿,使在鑽掘區造成圓柱狀的固結體,以達地盤之改良及強化的一種基
礎土壤穩定施工法。
(c) 擠壓灌漿工法: 係將高稠度、低坍度之水泥砂漿材料以高壓噴射之方式注入土
壤中。灌漿材料於高壓狀態下,不易滲入土壤孔隙中,故水泥砂漿灌入土體後便
形成一球狀物,並在水泥砂漿與土壤間形成一界面。當灌漿球在壓力灌注下,將
逐漸向外擴大,此時在灌漿球周圍之土壤將受到灌漿球之擠壓而達到更形緊密之
改良效果。
(d) 鋼管樁壓入工法: 基礎下方採鋼管壓入承載層,藉鋼管樁支承、頂升基礎,
軟弱地層造成差異沉陷之補強效果佳。
(e) 排水砂樁與礫石樁: 可有效改善抗土壤液化能力。
(2) 基礎結構補強
基礎結構之修補方式和基礎型式、建物規模等有密切關係,方法雖然很多,但其
目的皆在提高修補後建物基礎之耐震能力及建物原有之使用機能。
(a) 差異沉陷、傾斜扶正: 扶正方式有利用千斤頂上抬之頂升工法,及以直接基礎
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬 建物為對象,逕在地基中灌入材料,藉由地基的隆升將建物抬高的灌漿工法,前 者透過機械式之操作因此準確性較高,而後者雖難達到信賴性及準確性之標準, 但卻能符合復舊時簡便、迅速的要求。 (b) 基礎補強: 主要係將原基礎加深或加寬,或使用水泥漿體或環氧樹脂等補強 材料,注入原基礎裂縫或扶正後之空隙使其結合,以提高原基礎之抗彎、抗剪及 抗蝕能力,並提高其承載力。 (c) 重建、新設基礎: 若評估原基礎構造補強後仍不足以滿足耐震功能需求,或原 基礎已經損害,無法再使用時,則需考慮重建或新設基礎。重設之基礎可能在原 基礎下,或在原基礎外再以帽梁聯結;也可能配合地盤補強來進行,其型式視基 礎情況及重設基礎之施工條件而定。 (3) 改變受力機制 (a) 隔震、消能: 於基礎採用隔震裝置及消能器,以延長結構周期及發揮遲滯消能 效果,可有效降低結構所受之地震力及各項反應,基礎受損之機率自然降低,因 此,隔震消能亦為基礎修補方式之一。惟採用隔震裝置時,所有基礎必須全面施 作,工程浩大,且須考量結構之高寬比,以免傾覆力矩過大,使隔震性能失效, 另外,管線設施亦須配合隔震建築的最大水平位移量,採取必要的變更設計,因 此,除非必要,一般較少採用隔震、消能的方式來作基礎補強。 (b) 改變荷重傳遞: 改變荷重分布及傳遞機制、增設伸縮縫或加強上部結構剛度 等,以改變基底應力分布狀態,使基礎受力均勻,減少結構物之差異沉陷,亦為 另一種型式之基礎補強。 基礎之補強需講求效果及經濟效益,經費、工期與影響範圍是補強之考量要 件,但由於工法種類很多,各具特色及適用性,因此在明確的要求補強的性能之前, 工法的選定是很重要的。一般而言,工法的選擇應綜合考量下列各因素: (1) 結構條件 包括建築物的規模、勁度、重要性、荷重分布、建築材料;基礎型式、配置、深 度;穩定安全係數及變形容許值等。 (2) 地盤條件 是否為軟弱地盤?承載力及壓縮特性為何?是否有發生土壤液化之潛能?及地 5-4
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第五章 基礎補強
下水位之高低等亦是關心的重點。若地下水位較高,除影響土壤之力學性質外,亦
會影響修補之可施工性。
(3) 工法特性
在確定工法前,應對工法技術、經驗、能力、所需工期、費用,及補強後之可靠
性及耐久性等作完整而周全之評估,以尋求最佳方案。
補強工法確定之後,接著即進行設計及施工,設計時之基本原則即:修補後之
結構物(1)能滿足耐震要求(2)需能確保上部構造之安全及正常性能(3)需能維護整
體構造之使用機能。而在施工過程中,監測是非常重要的。
對於低矮建築物,基礎因為埋深較淺且多為直接基礎,即使受到和樁基礎同程度
使建物傾斜的地震力時,其基礎材質本身構造性能受損的機率較小,大部分是因地
盤承載力不足而使基礎下陷、傾斜,為提昇其性能、居住性,有必要針對各別之情
況作補強,圖5.1 為一般直接基礎常用補強方式。
當既有建築物或補強後建築物的基礎不滿足耐震承載力設計要求時,可採用鋼筋
混凝土來加大基礎底面積,以滿足地基承載力和變形的設計要求。當基礎承受偏心
載重時,可採用不對稱加寬;當承受中心載重時,可採用對稱加寬,原則上應保持
新舊基礎的結合,形成整體。對於加寬部分,應採用與原基礎底部材料及厚度相通
之墊層,使加寬後的基礎與原基礎的底部標高和應力條件相同與使變形協調。沿基
礎高度隔一定距離應設置錨錠鋼筋,使新澆混凝土與原有基礎混凝土緊密結合成整
體。
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鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬
頂升工法 空隙填充工法
重建基礎及補強
地盤補強工法
灌漿工法 藥液灌漿
擠壓灌漿
重建基礎及補強
新設樁
頂升工法 鋼管樁壓入工法
帽梁工法
建物搬移
建物搬移+重建基礎及補強
其他
圖5.1 基礎之補強工法
第四節 結構細節及其他注意事項
(1) 一般情況下,新增之基礎不得偏心配置。
(2) 不同種類之基礎不宜同時使用。
(3) 新基礎與既有基礎連結之勁度與強度應與整體基礎盡量接近。
(4) 建造新基礎時,應注意不得造成既有基礎之損傷。
(5) 決定基礎補強方式時應考慮施工安全與施工性。
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來源:內政部建築研究所《鋼筋混凝土建築結構耐震補強技術與示範例之研擬》,民國105年12月。依建研所網站資料開放宣告註明出處;本站分章呈現並另加歷史與適用註記,不代表發布機關認可。查核日期:2026年8月30日。