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补昌
7 years ago
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1 大地工程調查實務講演者 : 王劍虹主任工程師

2 內容大地工程調查與工址調查大地工程調查項目及方法鑽探及取樣水壓計及觀測井裝設鑽探報告內容案例

3 解決大地工程問題之基本步驟資料 + 分析 + 判斷解答 ( 預測 ) 調查試驗理論假設經驗大地工程調查是解決所有大地工程問題之基礎

4 大地工程調查項目及方法地表調查地表地質調查遙感探測 ( 遙測 ) 地球物理探測鑽探取樣開挖剝洗槽溝試坑橫坑現場試驗實驗室試驗

5 規劃大地工程調查之考慮因素調查工作本身之可靠性須確實掌握地層分佈變化工程特性工作的時間性配合設計進度, 提供基本設計資料地層變化的可能性工程計畫之大小及複雜程度經費之考慮避免假經濟 (False Economic) 工程失敗 (Failure) 或損壞之影響及其重要性對生命及財產之風險

6 大地工程調查之基本原則在各工程作業階段皆需進行適當範圍精度程度之調查範圍 (Coverage) - 調查的幾何面積幾何深度精度 Precision) - 地形圖及地質圖的比例尺, 或調查的規模大小項目及數量的多寡程度 (Extend) - 對工址地層變異性及工程特性之瞭解與掌握程度

7 大地工程調查之基本原則工程作業階段範圍精度程度可行性分析大低低規劃初步設計細步設計施工營運維護小高高愈在後面的階段, 範圍愈小精度與程度愈高

8 大地工程調查之基本原則不同階段之調查成果不得替代使用完整的大地工程調查應包括不同之項目及方法先後有序, 相輔相成間接法之調查成果須以直接法驗證

9 大地工程調查項目及方法地表調查地表地質調查遙測地球物理探測鑽探取樣開挖剝洗槽溝試坑橫坑現場試驗實驗室試驗

10 大地工程調查步驟及種類主要分類初步調查細部調查補充調查或特殊調查

11 初步調查瞭解地層狀況概估費用初步研擬基本設計方案評估工程問題及地質風險, 作為執行細部調查工作之依據主要工作內容既有資料之蒐集及研析 ( 地形圖地質圖衛星影像航測照片等 ) 現場踏勘充份了解現場及周圍環境初步鑽探調查

12 細部調查確定初步調查時所推估的地層狀況, 獲得設計時所須的詳細資料及設計參數調查方法地球物理探測鑽探及取樣試坑開挖及取樣現場試驗及實驗室試驗

13 補充調查或特殊調查針對下列狀況而進行細部調查不周或不足之部份變更設計的需求需進一步作更精確評估的問題施工時驗證設計階段之調查成果完整的工址調查非僅止於設計或施工前可直接檢視開挖後之地層狀況特點調查規模及範圍均較小調查精度與程度高於細部調查階段

14 鑽探施工及規範請上網 : 工程會施工綱要規範第章鑽探及取樣

16 方法種類螺旋鑽探法沖洗鑽探旋轉鑽探衝擊鑽探依地層分析及設計需求, 選用最適合之鑽探方法鑽探方法

17 鑽探方法螺旋鑽探法一般於水位以上使用以螺旋鑽 (Auger) 乾鑽可確定水位沖洗鑽探一般砂土粘土層 ( 水位以下 ) 避免向下直沖, 採魚尾鑽頭側沖皂土 (Bentonite) 穩定液穩定孔壁減少粗顆粒沈積孔底旋轉鑽探岩心管堅實土層 ( 卵礫石層 ) 岩盤魚尾鑽頭

18 鑽探注意事項發包前清楚說明工作要求標準規範特定條款議價記錄鑽探材料要求套管 / 泥漿 (Drilling Mud) 劈管 / 薄管尺寸完整性 Check valve 鑽探施工要求開鑽前檢查所有機具設備地下管線, 說明工作要求鑽孔回填避免改變地下水文地下水污染開挖湧水

19 鑽探注意事項鑽探施工要求遺留物記錄鑽桿套管取樣器避免成為地下施工 ( 潛盾基樁連續壁等 ) 之障礙物注意土樣之顏色異味腐質土土壤污染岩心儘速拍照 (24hr 內附標準色卡 ) 含水量岩心判釋

20 取樣方法方法種類土鏟 (Hand-held Shovel) 螺旋鑽 (Auger) 劈管 (Split Spoon) 薄管 (Thin Tube) 岩心管 (Core Barrel) 試坑選擇考慮因素土樣之種類尺寸深度取樣目的經費限制

21 土壤取樣土樣種類擾動性土樣 (Disturbed Sample) 採用劈管取樣作為粒徑分析比重塑性試驗之樣品, 主要用來識別土壤的種類及變化, 與了解其物理性質不擾動性土樣 (Undisturbed Sample) 採用薄管取樣並非完全沒有受到擾動, 但在嚴格要求之範圍內, 保有原來的結構密度孔隙比含水量等物理及力學性質利用此類土樣才能試驗出土壤的壓密強度與應力 - 應變等工程性能

22 劈管尺寸 (ASTM, 2000)

23 土壤取樣土樣種類土樣受擾動原因土樣受擾動之影響不擾動土壤之條件

25 e

28 (i) 面積比 (Area ratio):c a <10 %, (ii) 管內淨空比 (Inside Clearance ratio): 短小土樣中長土樣長土樣一般用 C i =0~1 % C i =0.5~3 % C i =5~10 % C i =0.35~1.5 % (iii) 管外淨空比 (Outside Clearance Ratio):C o 砂土黏土 C o =0 C o <2~3 % (iv) 單位採樣比 (Specific Recovery Rafio)= (v) 採樣比 (Total Recovery Ratio)= 1 (vi) 所取得之土樣表面或剖切面無扭曲 (Distortion) 或缺陷, (vii) 土樣之長度及重量不因取樣而改變 L S

29 不擾動土壤之條件土壤組織結構不擾動含水量及孔隙比不改變物理及化學成分不改變

30 薄管尺寸外徑英吋 2 3 ASTM 管厚公釐 D /00 管長公尺 D /00 面積比 % <10 <10 D D 管內淨空比 % 1~1.5 1~1.5 D <1 <1 D 面積比 =(D o2 -D e2 )/D 2 e 內淨空比 =(D i -D e )/D e

31 薄管取樣器種類開口式 (Shelby Tube) 活塞式 (Piston Sampler) 水力式 (Osterberg Sampler) 雙管式 (Denision Sampler)

32 開口式薄管取樣器適用於黏性土壤優點構造簡單缺點易刮入孔壁土壤取樣率不佳球形閥常失效, 使土樣上端因承受向下之水壓而漏失取樣步驟

33 內桿須固定不動固定式活塞取樣器之取樣示意圖

34 不擾動薄管取樣 When required length 1 Rest Sampler on 2 Push Drilling Rod 3 is reached, 4 Drilled Surface down Drilled Hole Rotate Drilling Rod Withdraw Drlling Rod and Sampler Fixed

35 固定式活塞取樣器適用土層極軟弱至堅實粘土極疏鬆至中等緊密砂土為軟弱粘土與鬆砂之最佳取樣器優點不會刮到孔壁土壤可將孔底埋沒物擠開活塞之真空吸力可防止土樣滑落缺點設備與操作較複雜特別注意事項內桿須固定不動

36 Denison 取樣器硬地層

37 岩心取樣鑽頭 (Bit) 下端鑲鑽石或鎢鋼岩心管 (Core Barrel) 單管式適用於堅硬岩石且不含軟弱夾心雙管式適用於中硬岩石且不含軟弱夾心三管式適用於含有裂縫軟弱夾心軟硬岩互層

38 岩心判釋岩心尚在內套管或襯管時即進行量測與記錄項目岩心取樣率 (Core Recovery) 品質指標 (Rock Quality Designation, RQD) 破裂指數 (Fracture Index, FI) 剪裂面與不連續面之分佈深度位態填充物 (Infilling) 與粗糙度 (Roughness)

39 岩心取樣岩心取樣率 (Core Recovery) 取出長度 100(%) 鑽入長度岩心品質指標 (RQD) 長度大於 10公分之岩心總長 100(%) 鑽入長度岩心破裂指數 (FI) 破裂面之總數 100(%) 鑽入長度 ( m) - 人為斷裂面不視為岩體裂面而視為連續 - RQD FI 最大值為破碎岩心每公分算 1 條破裂面 - 漏失岩心視同破碎岩心計算若一鑽入長度內局部破裂面出現頻率變化甚大, 應依裂面的實際分佈狀況, 將鑽入長度再細分,, 以計算各段之 FI

40 水位觀測井與水壓計之應用水位觀測井水壓計量測地下水壓分布流向決定填土或開挖速率評估邊坡穩定監測開挖時降水系統 (Dewatering System) 之效果監測地質改良之效果 ( 如垂直排水帶排水砂樁 ) 檢核垃圾掩埋場之地下水隔離效果

42 水位觀測井裝設簡易適合量測短期之淺層地下水位變化須避免地表水流入

43 豎管式水壓計優點構造簡單, 價格低非電子儀器, 不需儀器校正豎管直徑若大於 1cm, 則可自動排氣可用來取水樣與進行現場透水試驗限制 / 注意事項量測時差較長, 反應較慢豎管須正確豎立地下水長期流進出後, 透水濾料可能被堵塞需人工在現場量測, 無法遙測 (Remote Reading) 不適用於壓力水頭高於豎管高度之狀況須注意施工機具及地層下陷造成之損壞冰凍問題

44 水壓計之裝設正確型式正確位置正確深度應符合分析及設計需求正確回填與封層最好採灌漿 ( 水泥皂土 ) 回填鑽孔皂土封層應確實 ( 鋁桿夯實 ) 單孔單支為原則以淨水清除皂土液與泥膜透水石須予以飽和豎管式水壓計 PVC 管密接管口高程裝設時及完成後 : 試水檢驗 ( 灌水 / 抽水 )

47 水壓計之阻水封層建議黏性土壤 ( 阻水層 ) 砂性土壤 ( 含水層 ) 砂性土壤 ( 含水層 ) 黏性土壤 ( 阻水層 ) 黏性土壤 ( 阻水層 ) 砂性土壤 ( 含水層 ) 砂性土壤 ( 含水層 ) 黏性土壤 ( 阻水層 ) 水壓計位於含水層水壓計位於阻水層

49 標準貫入試驗 SPT 大家都用最好用自動落錘類似打樁土壤強度 Su = 0.67 N (t/m 2 )? 摩擦角 = F (N, 深度 )?

50 標準貫入試驗 2.54mm 50.8mm mm 25-50mm 38.1mm m (ASTM 1586) SPT-N 值 : 以 63.5kg 落錘 76cm 落距, 將劈管總共貫入土層中 45cm, 第一次 15cm 打擊數不計, 第二及第三次貫入 15cm 之打擊數總合

51 標準貫入試驗繫索架之繩索繞圈數定義 (ASTM 1586)

52 影響 SPT-N 值之主要因素鑽機種類轆輪外徑轉速轉向落錘種類圈餅式安全式導針式自由落錘式鑽桿尺寸 ( 斷面積長度 ) 錘重劈管規格內 / 外徑長度開口端角度有無襯管 / 銅圈鑽孔品質孔底擾動埋沒操作習慣落距繩索繞圈數落距韻律式 / 持放式情緒

53 標準貫入試驗注意要點施作位置間距最大 1.5m 或土層變化處洗孔避免用水直沖孔底採側沖魚尾鑽頭不得以劈管直接洗孔試驗記錄應註明是否用襯管 (Liners)/ 銅圈有襯管 / 銅圈 N 值增加 10-30% 採擊索架 (Cathead) 法時以韻律 (Rhythmically) 方式拉放繩索繩索須乾淨無磨損, 繞圈數採 1 3 / 4 ( 逆時繞 ) 或 2 1 / 2 ( 順時繞 )

54 SPT 能量量測荷重計測速儀

55 SPT 能量比 (Energy Ratio, ER) 之實測案例繫索架法自由落錘法能量測定法落錘打擊鐵砧前落錘打擊鐵砧後 79.5% 83.3% 測速儀 73.5% 75.6% 荷重計自由落錘法之 ER 較繫索架法高約 2-4% 打擊鐵砧之能量損失約 6-8%

56 標準貫入試驗 (SPT) 建議事項試驗前檢查所有設備規格最好採用自動落錘使用 N 值須小心審慎僅適合作為了解土壤工程特性之參考指標應清楚了解經驗式之背景適用性及限制, 避免盲用 / 誤用粉質砂層中引致化所需剪應力比與 (Nl) 60 之關係

59 紀實報告

61 大地工程調查及分析報告

63 法院案例

14A 0.1%5% 14A 14A.52 1 2 3 30 2

2389 30 1 14A 0.1%5% 14A 14A.52 1 2 3 30 2 (a) (b) (c) (d) (e) 3 (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) 4 (1) (2) (3) (4) (5) 400,000 (a) 400,000300,000 100,000 5 (b) 30% (i)(ii) 200,000 400,000 400,000 30,000,000