發布機關:交通部
文件性質:交通技術標準規範港灣類工程設計部之部頒設計基準與修訂附件
本站版本組:防波堤85年基準、碼頭原基準及89/99/102年修訂附件;共318個唯一官方頁面
官方來源:防波堤設計基準入口 | 碼頭設計基準入口 | 115年修訂盤點報告
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全文目錄 | 交通部部頒工程規範與技術資料 | 水利、海岸與港灣工程
碼頭設計基準及說明|原基準條文(1/5);原PDF第172–185頁。
本節閱讀與適用提醒
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- 工程適用:本組附件年代跨越民國85年至102年,內含舊行政區名、舊材料標準、舊耐震分區及歷史引用。個案仍須以契約指定版本、交通部最新公告、現行法規與主管機關核定條件為準。
- 碼頭原基準:原基準PDF共69頁;附件中的正文節次、表格、公式、舊港工材料與載重條件均依原件保留。原件未含後續修訂內容,不能單獨當成102年修訂後的完整合併版。
- 數值與圖表:波浪、潮位、漂沙、安定重量、越波、消波塊、碼頭載重、土壓、水壓、地震、材料強度、腐蝕、維護與檢查等數值,必須連同章節、公式、圖表、單位及版本閱讀,不可脫離原文作為通用值。
頁內索引:第172頁 | 第173頁 | 第174頁 | 第175頁 | 第176頁 | 第177頁 | 第178頁 | 第179頁 | 第180頁 | 第181頁 | 第182頁 | 第183頁 | 第184頁 | 第185頁
¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第172頁
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第一篇 通 則
本基準研訂之目的,係訂定碼頭工程之設計基準及程序,作為規劃設計單位之
參考,及有關單位審核之依據。
本基準,雖已於可能之範圍內考慮各種設計條件,但尚不能完全制訂包含所有
設計條件之基準,故本基準僅能制訂一般條件之基準,因此設計者於進行設計時,
須予以充分了解基準之內容及碼頭設計條件,詳加檢討後再行設計。
同時,港灣及海域地區狀況複雜,制訂單一之設計基準亦頗不易,故亦有數種
現行通用之設計標準或公式並列之情形,設計者若採用其一時,須確實瞭解各標準
與公式之適用性及限制條件,或者數種標準及公式並用,並取其安全性較佳者,以
確保碼頭結構安全。
此外,本基準之制訂,乃為增進設計效率,以達到設計合理化為目標,唯設計
者不可過份依賴既設之基準,而忽視新技術之開發與創造。設計者如引用新穎之設
計公式、設計方法、新型結構物型式…等本基準未制訂之新技術時,應說明其所用
新技術之來源及其相關參考文獻,如為一全新之技術時,則應驗證其可靠性。
本基準中註明引用其他技術規則,如建築技術規則、中國國家標準…等,使用
時應查明該引用資料是否有更新。
1¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第173頁
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第一章 概說
1.1 設計條件
碼頭結構物之設計條件,應依該結構物之特性及結構物所處之狀況,
就下列設計條件項目中,選定設計應考量之項目。對所選定之設計條件項
目,應再考量自然條件、該結構物之利用狀況、該結構物之施工條件、結
構特性、社會對該結構物之需求等因素,以訂定該結構物之設計條件。
‧船舶尺寸
‧船舶所產生之外力
‧風
‧波浪
‧潮位及暴潮位
‧水流
‧作用於浮體之外力及其搖動
‧地質
‧地震
‧土壓
‧水壓
‧自重
‧載重
‧摩擦係數
‧其他必要之設計條件
1.2 影響設計因素
於設計碼頭結構物時,應考慮下列因素。
‧功能
‧重要性
‧使用年限
‧自然條件
‧景觀
‧載重
‧材料
‧安全係數
‧施工方法
2¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第174頁
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‧施工精度
‧工期
‧工程費
‧維護費
第二章 船舶
2.1 船舶尺寸
計畫進港或靠泊船舶之尺寸應適切研定,以確保港域及碼頭設施能適
用於該等船舶。
2.2 船舶所產生之外力
船舶於靠岸或繫泊時,作用於繫泊設施 (碼頭或繫泊浮筒等)之外力,
應考量計畫靠泊船舶尺寸(噸位、船長、船寬、船深、吃水等) 、靠岸方法
及靠岸速度、繫泊設施結構、繫泊方法、及繫泊系統性質等,並就風、
波、水流等之影響,採用適宜之方法計算之。
第三章 風
3.1 風
用於推算暴潮及波浪之風速及風向,參考實測資料及修正之梯度風估
算之。
計算作用於結構物及船舶風力所採用之設計風速,原則以長期實測資
料統計而得。
3.2 風力
台灣地區一般岸上建築物風力計算,可參考「建築技術規則」建築構造篇
第一章第四節風力相關規定辦理。
作用於繫泊船舶之風力,採用適宜之方法計算之。
3¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第175頁
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第四章 波 浪
4.1 概論
作用於結構物之波力,應考慮結構物型式、海底地形、水深以及波浪等因
素,以水工模型試驗或經驗公式計算之。
4.2 設計波
港灣工程所用之設計波,應依實測資料或波浪推算結果,採適當之統計分
析過程,並考慮波浪於淺水域之變形。
4.3 作用於海中碼頭結構物之波力
作用於海中碼頭結構物之波力,須依結構物型式,採用適合之計算式,必
要時應以模型試驗加以檢討。
第五章 潮位及暴潮位
5.1 概論
碼頭工程所用之設計潮位,應依實測資料或天文潮位及估算之颱風暴潮,
採適當之統計分析過程決定之。
5.2 天文潮
設計用天文潮位主要為下列各項,其至少應以一年實測資料分析而得。
‧最高高潮位(H.H.W.L.)
‧朔望平均高潮位(H.W.L.)或大潮平均高潮位(H.W.O.S.T.)
‧平均海平面(M.W.L.)
‧朔望平均低潮位(L.W.L.)或大潮平均低潮位(L.W.O.S.T.)
‧最低低潮位(L.L.W.L.)
4¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第176頁
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‧基本水準面(C.D.L.)
5.3 颱風暴潮位
因颱風而造成之暴潮水位,原則上應以長期潮位觀測記錄統計而得
,或以颱風資料,採電腦數值模式推算之。
5.4 設計潮位
設計潮位應選擇對結構物最危險潮位為原則,依各種結構型式而有所不
同。
第六章 水 流
6.1 概論
碼頭工程設計上所須之水流流速、流向資料,以實測資料或數值推算為原
則。
6.2 作用於水中結構物之水流力
由於水流之加速度甚小,故作用於水中孤立柱狀構件之水流力,可採用下
列僅考慮拖曳力之公式計算。必要時應以模型試驗加以檢討。
第七章 作用於浮體之外力及其搖動
7.1 概論
浮體設計,應充分考量因風、流、波浪等外力作用所致之搖動量及繫留
力。
7.2 作用於浮體之外力
作用於浮體之外力,除風、流、波浪等外,尚有起因於浮體自身搖動所致
之外力,及因繫留設施拘束浮體運動所致之繫留力等。對於此些外力,應採適
5¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第177頁
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宜之分析法或模型實驗估算之。
7.3 浮體之搖動及繫留力
浮體之搖動及繫留力,應充分考量浮體形狀、作用外力,及繫留系統特性
等,採適當分析法或模型實驗估算之。
第八章 地 質
8.1 概論
港灣工程設計上所須之地質資料應根據現場地質調查及試驗室土壤試驗結
果推算為原則。土壤試驗驗方法原則上應依照中國國家標準之規定實施,若中
國國家標準尚無規定者,得依適合該調查目的之相關規範實施。
8.2 基地地質調查
地質調查方法之選擇,原則上依結構物型式、規模、重要性、附近地質狀
況,及調查範圍等,依設計目的決定最適宜之方法。
8.3 土壤物理性質
土壤物理性質包括土壤單位體積重量、含水量、阿太堡限度、比重及土壤
顆粒分佈等,應從現場採取土樣,於試驗室測定之。
8.4 土壤工程性質
土壤工程性質包括土壤剪力強度性質、土壤動態性質、土壤體積變化性質
及土壤透水性質等。土壤工程性質之推求應根據外加荷重情況、土壤剪力行為
特性及排水狀況等,採用適當的試驗型式分別推算之。
8.5 N值
N 值測定,應以標準貫入試驗(Standard Penetration Test)方法辦理。
6¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第178頁
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第九章 耐震設計
9.1 耐震設計之目標
一般性之港灣結構物須設計、建造使其能至少抵抗工址475 年回歸期
之地震。
9.2 剛性結構物之設計地震力
地震時與土體一起運動之剛性結構物,如重力式碼頭等,其設計地震
力V 依下式計算:
V =KhW
=AIW--------------------------------------------(9.2.1)
其中Kh 為設計震度,W 為結構物全部靜載重。
設計震度Kh 為工址震度A 與用途係數I 之乘積。工址震度A 隨震區
不同而異,其值為工址475 年回歸期之地震地表水平加速度係數Z 除以
2.0。
重力式碼頭等之設計,在地震時除須考慮本節因壁體質量所產生的慣
性力外,尚須考慮地震動土壓與動水壓,見第9.5 節與9.6 節之規定。
9.3 非剛性結構物之設計地震力
非剛性結構物,如棧橋式碼頭等,其設計地震力V 依下式計算:
ZICW
V = ------------------------------------------(9.3.1)
1.2Fu
C
式中 ≤.11 -----------------------------------(9.3.2)
Fu
C ⎛ C ⎞
Fu 經9.3.2 式限制後,命為 ⎝⎜ Fu ⎠⎟,則m
V=ZI ⎛ C ⎞ W ------------------------------------(9.3.3) 12. ⎝⎜ Fu ⎠⎟ m
其中Z 為工址水平加速度係數,I 為用途係數,C 為工址正規化水平加速度
反應譜係數,W 為結構物全部靜載重, Fu 為結構系統地震力折減係數。
結構物地震時水體作用之力,包括曳力及附加質量效應應予考慮。
7¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第179頁
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9.4 動力分析方法
剛性結構物之耐震分析與設計,可採用靜力分析方法。非剛性結構物
之耐震分析與設計,若結構物具規則性者,可採用9.3 節條文與解說所述
之靜力分析方法,若屬不規則性結構,應採用動力分析方法。
動力分析方法應考慮適當的設計地表加速度及正規化加速度反應譜,
並採用多振態反應譜疊加法進行分析與設計。
9.5 地震時之動土壓
對剛性結構物,如重力式碼頭與板樁式碼頭等,當進行耐震設計時,
除須考慮因壁體質量所產生的慣性力(見9.2 節)外,尚須考慮與壁體接觸
土壤在地震時作用在壁體上之動土壓,請參照11.1 節。
9.6 地震時之動水壓
對剛性結構物,如重力式碼頭與板樁式碼頭等,當進行耐震設計時,
除須考慮因壁體質量所產生的慣性力(見9.2 節)外,尚須考慮與壁體接觸
水體在地震時作用在壁體上之動水壓,請參照11.2 節。
9.7 載重組合
檢核港灣結構物地震時安全性所須考慮的載重組合,除地震力載重效
應EQ 外,尚須包含靜載重效應D、裝載載重效應S、活載重效應L、動態土
壓力效應E、水壓力(含動態水壓)效應H、浮力效應B 等。與地震有關之載
重效應不必乘以載重因數,而結構物強度檢核或土壤承載力檢核均以其極
限設計強度為準。
如有需要,結構物之設計亦可使用容許應力設計法,其與地震有關之
載重,可做適當的調整。
9.8 結構物之韌性設計
非剛性結構物計算設計地震力V 時,若使用結構系統地震力折減係數
Fu,應配合進行韌性設計,使塑鉸能順利產生在預定的位置上。此外,應
在塑鉸區配置圍束箍筋及注意其他相關要求,使結構物具有預期之韌性容
量。
8¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第180頁
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第十章 砂質土壤之液化
10.1 概論
飽和鬆散砂質土壤受地震作用後,使得土體孔隙水壓增加而造成有效
應力減少將導致土壤喪失剪力阻抗而呈現液化態狀況,稱為砂質土壤之液
化。
當砂質土壤液化後,使得港灣碼頭結構物可能產生傾斜或沉陷而造成
災害。因此在結構物設計及施工時,應依照需要考慮基礎地盤發生液化現
象之潛能。
10.2 影響土壤液化之因素
影響飽和砂土液化因素主要包括:
1.相對密度
2.地表震動強度與延時
3.最初應力狀況
4.土層之地質年代特性
5.土壤特性
6.土層排水情況
10.3 地質調查
地質調查方法及項目除參照本設計基準說第二篇第八章之說明及規定
外,一般常用於土壤液化評估研討之調查項目,應包括:
1.標準貫入試驗(SPT)及鑽桿能量檢測,圓錐貫入試驗(CPT)。
2.未擾動土壤取樣。
3.試驗室土壤動力性質試驗,包括動力三軸試驗、簡單剪力試驗等。
4.現地土壤動態性質試驗,如P 波、S 波速度檢測等。
5.透水係數及體積壓縮係數。
6.地下水位。
10.4 需進行液化評估之土層
9¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第181頁
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一般地質調查土層若符合以下條件之一時,則土層可能發生液化潛
能,需參照本規範所建議之液化評估方式作進一步之分析。
1.地表下20m 以內之沖積土層且地下水位在地表下10m 以內。
2.過#200 篩細料含量FC(%)在35%以下。
3.FC(%)在35%以上,但黏土含量PC(%)在12%以下。
4.塑性指數PI(%)在15%以下。
10.5 砂質土壤液化潛能之評估與判定
有關砂土層液化分析有多種方法,惟歸納之,不外採取下列三種方
法。
1.簡易判斷法
2.經驗準則法
3.試驗分析法
工程師應根據港灣碼頭工程規模及重要性決定較適當之分析方法,若
有液化之可能時應即進行土層液化防治與處理(詳10.8 節 )。
10.5.1 簡易判斷法
簡易判斷法液化之預測及判定,是依據土壤粒徑分佈進行土
壤分類。
10.5.2 經驗準則法
經驗準則法土壤液化潛能預測及判定方式,是採用現地試驗
參數標準貫入試驗打擊數(SPT-N 值)及細料含量作為砂土抗液化
強度之預測。一般液化之判定均以地震時地層產生之剪應力與砂
土層本身之抗液化強度相比較決定之,故需先計算出地震引致地
層之反覆剪應力比(L)與土層之抗液化強度(R),再進行液化之判
定,其液化潛能分析評估步驟如下:
1. 建立地下土層資料
使用本分析法所需各土層之資料包括地下水位深度、每
一土層之厚度、SPT-N 值、土壤比重、孔隙比和含水量。現
場標準貫入試驗所量測之SPT-N 值,需考慮覆土應力及打擊
能量傳遞到鑽桿之能量修正。
2. 建立土層設計地震資料
分析所需之地震資料主要有土層液化評估地區之地震規
10¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第182頁
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模(M)及水平地震最大地表加速度(Amax),有關台灣各地區之
工址水平加速度,請參照本基準說明第二篇第9-2.2 節及圖
9-2.1 所示。
3. 地震引致反覆剪應力比計算
在地震力作用下,土壤在某一深度所受剪應力與地表加
速度成正比,則地震引致各土層平均反覆剪應力比
τave (L= ),可利用水平地震最大地表加速度及考慮應力折減
σv'
加以評估計算。
4. 土壤抗液化強度之剪應力比
τl 土壤抗液化強度之剪應力比R(R= ),是利用SPT-N 值
σv'
及細料含量來評估土壤對液化之剪力強度。根據不同工址發
生液化與不液化之SPT-(N1)60與在地震規模為7.5 級下含不同
細料土層液化所需之反覆剪應力比R 之關係曲線對應求得。
若設計地震規模不為 7.5 級時,可經由地震規模轉換因子,
推求得不同地震規模作用下區分液化區與不液化區之評估曲
線,評估土壤抗液化強度之剪應力比。
5. 土壤液化潛能之預測與判定
地盤液化潛能之評估,由3.及4.之計算結果,可利用抗
液化安全係數F1進行土層之液化預測及判定。
6. 綜合研判
地盤之液化潛能,應依4.對各土層液化之預測及判定,
依該土層之厚度、存在深度等整體綜合研判之。對沖積地層
或複雜地層,建議應施作荷式錐貫入試驗(CPT),以供土層判
釋及液化評估結果判釋之參考。
10.5.3 試驗分析法
依據土壤粒徑與SPT-N 值檢討地盤是否會液化,其結果無法
確實判定,或屬重大港灣結構物工程時,建議採用試驗分析法進
行液化之預測及判定。其液化潛能分析評估步驟如下:
1. 建立地下土層資料
使用本分析法所需各土層之資料包括地下水位深度、每
11¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第183頁
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一土層之厚度、SPT-N 值、取樣位置、土壤比重、孔隙比和
含水量。
2. 建立土層設計地震資料
分析所需之地震資料主要有土層液化評估地區之地震規
模(M)及水平地震最大地表加速度(Amax),請參照本基準前節
說明及規定。
3. 地震引致反覆剪應力比計算
對於地盤之地震反應解析,可使用地盤反應解析程式,
考慮設計地震規模及地盤特性,評估不同深度地盤所承受地
震作用引致的反覆剪應力比及等值反覆作用次數。
4. 土壤抗液化強度之剪應力比
對於地盤之抗液化強度應採用現地高品質不擾動土樣進
行動力三軸試驗,考慮動力三軸試驗與現地土壤應力狀況之
差異及土壤試體之擾動等因素,評估其現地土壤抗液化強度
τl
之剪應力比( ) f 。
σ' c
5. 液化之預測及判定
比較地震時地層產生之剪應力與土層本身之抗液化強
度,即可進行地盤液化之預測及判定。
6. 綜合研判
地盤之液化潛能,需依各土層液化之預測及判定結果,
綜合研判之。
10.6 極軟弱黏土層及沉泥層之判定
距原地表面3m 以內之黏土層及沉泥層,由單軸壓縮試驗或現地試驗推
定其單壓強度為0.2kgf/cm2 以下時,則視為土壤液化潛能評估上之極軟弱
土層。在地震來襲時受到強烈的擾動,致使其喪失大部份剪力強度,可視
為容易液化之土壤。
10.7 土壤液化安全係數之選擇
宜考量港灣碼頭結構物地盤所選定之設計地震規模及地表加速度,依
下列方式選擇適當土壤液化之安全係數:
12¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第184頁
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1. 若對使用設計地震之地動資料視為合理,則安全係數採用1.33 或1.35
即已足夠。
2. 若對使用設計地震之地動資料視為趨於保守,則安全係數只要大於1 即
可。
10.8 土壤液化之防治與處理
10.8.1 土壤液化之防治原理
地盤有液化之虞,則須進行適當之液化防治處理。一般可從
地盤改良或改變港灣結構物基礎支承力方式著手。
對疏鬆砂質地盤加以改良,可改變砂質土壤之動態性質,增
加地盤支承力。土壤液化防治原理大致採下列二種方式:
1. 地盤改良
(1)排水
(2)夯實
(3)化學固結
2.採用適當基礎
(1)增加支承力
(2)防止變形
10.8.2 土壤液化處理方法之選擇
選擇防止液化工法,應配合港灣結構物之重要性,以達到經
濟有效為目標,針對下列因素詳加評估決定:
1.所處理地盤未來之使用計畫及改良要求之程度。
2.計畫處理區域可能液化土層之範圍及深度。
3.原地盤之土質情況。
4.可供選擇之改良技術、機具設備與使用材料等條件狀況。
5.環境因素之考量及其限制。
6.以往工程經驗。
7.工期之配合。
8.費用之高低。
13¶ 交通部港灣構造物設計基準|原檔第185頁
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第十一章 土壓及水壓
11.1 土壓
作用於碼頭結構物之主動、被動土壓,應依砂質土、粘性土等土質、結構
物型式、結構物於常時、地震時之行為,分別計算之。
11.2 水壓
作用於碼頭結構物之水壓,須考慮殘留水壓及地震時之動水壓。
第十二章 載 重
12.1 概論
於設計碼頭結構物時,應視需要考慮結構物自重、上載載重等。對載重所
引起之衝擊載重、煞車載重、開車起動載重及離心載重等均視需要加以考慮。
12.2 自重
自重可依材料體積及單位體積重量計算之。
12.3 裝載載重
裝載載重包含碼頭、通棧、倉庫等裝載之散雜貨等重量。裝載載重應依需
要分別檢討常時、地震時及不均佈載重等狀況。
12.4 活載重
載重包含汽車、火車、施工機具、裝卸機具、及群眾等動態載重。
第十三章 摩擦係數
結構物滑動安定計算,應依結構物及基礎材質,採用適宜之摩擦係數。
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