快速凝結材改良無凝聚性土壤力學行為研究

我國目前正在積極建設離岸風力發電能源，然而我國西部離岸風場海床地質疏鬆軟弱，海床土壤承載力不足，而建置海上結構物時面臨許多環境作用力，包括風、波浪、海流及地震等作用力之影響，若海床土壤承載力不足或地震液化可能導致離岸風機支撐結構及海上變電站等海上結構物發生嚴重破壞，此外於建置離岸風機時普遍採用自升式平台船進行離岸風機打樁與吊裝等工作，若自升式平台船支撐基腳站立於軟弱海床上，可能因海床土壤承載力不足而發生自升式平台船支撐基腳貫入海床過深，使平台傾斜或翻覆，甚至無法拔腿等意外產生。

為了避免因海床土壤承載力不足，使海上結構物造成破壞或自升式平台船支撐基腳貫入海床過深。因此本研究以拌合方法製作水泥改良土壤，如圖1，並以靜態三軸壓密排水試驗評估水泥改良土壤之強度與土壤勁度特性，如圖2，以期用於提升海床土壤承載力。

 

圖1 快速凝結才改良土壤

 

圖2 改良土壤進行三軸壓密排水試驗

由於考量海床中有海流與滲流之影響，海流可能將漿液帶走，故於水泥漿液材料中添加水泥速凝劑ES，可使漿液於數十秒至數十分鐘內產生膠凝效果。本研究參考李宜芝(2015)及莊貫麟(2016)對水泥改良土壤之靜態三軸研究配比與結果，選擇最適當之水泥改良試體配置，分別為：配置1.不同漿液配比(W:C:ES)、配置2.不同漿液填充率(αI)及配置3.不同土壤粒徑改良試體，以評估不同配置下水泥改良土壤之強度特性。

研究結果顯示，配置1水泥改良試體於固定水灰比(w/c)為2之情況下添加不同ES含量，改良土壤有效凝聚力隨ES含量增加，其有效凝聚力呈現遞減趨勢，如圖3所示，配置2水泥改良試體之漿液填充率(αI)越高，則有效凝聚力、乾土單位重及勁度則越大，如圖4所示，配置3水泥改良試體之土壤粒徑介於0.250~0.600mm時，漿液填充率(αI)=50%，其有效凝聚力約為100~110kPa間。綜合各改良土壤試驗結果，若漿液填充率(αI)控制於50%，其有效凝聚力將介於80~110kPa間，圖5，故快速凝結材水泥改良試體之強度與漿液填充率(αI)含量之多寡較有關係，而水泥速凝劑ES含量及土壤粒徑對快速凝結材水泥改良試體強度之較小。

 

圖3 配置1改良土壤有效凝聚力

 

圖4 配置2改良土壤有效凝聚力

 

圖5 配置3改良土壤有效凝聚力