第1章大地工程导论1-1前言1-2大地工程探勘-朝阳科技大学.PDF

第１章 大地工程導論 (近代土木水利工程技術 土木水利工程學會) 1-1 前言 隨著國內經濟發展與各種重大工程建設之推展，大地工程在過去半世紀以來 無論在其複雜度與工作量上都有驚人的成長，本章將大地工程分成大地工探勘、 大地工程試驗、大地工程監測、地盤改良、深開挖工程、基礎工程、邊坡穩定與 保護工程、隧道工程、大地環境與大地資訊等十個項目、就國內大地工程師在過 去這一段時間發展之歷程做一回顧並簡述未來所需面對之挑戰。 1-2 大地工程探勘 各類土木水利工程計劃皆須要大地探勘獲得的地質資料，以供規劃、設計、 施工和維護運轉時之依據，而工程地質測繪、遙測、地球物理探勘、鑽探、開挖、 現場試驗等皆是大地探勘應用之方法。 地表的工程地質測繪可以提供計畫相關地形、地層分析、岩性、地質構造 以及水文等資料，為大地探勘之基礎，鑽探則是被應用最廣泛的方法，50 年代 鑽探技術主要為岩層鑽探岩心取樣，採用的取樣器為單套或雙套岩心管。至 1969 年十大建設開始，鑽探技術主要為軟弱地層之鑽探及取樣，各種不擾動取樣方法 及三套岩心管被引進應用，汽油桶構台式海上鑽探也被使用， 1979 年十大建設 完成後，十二項及十四項建設展開，特殊的取樣方法被採用，如中油的液化天然 氣工程用大型海上固定架進行海上 150 公尺深孔取樣。1990 年六年國建開始後， 鋼索取樣法被引進，使鑽探取樣的速度增快，2001 年坪林 TBM 隧道探查，以水 平鑽孔 482 公尺了解地質狀況，長距離的導向鑽孔，可沿特定工程結構物之分 佈，沿規劃之路徑鑽進，並取得岩樣，以進行地質研判及試驗，未來會大量應用 於垂直孔或斜孔不易到達區域或有特殊路徑全程取樣需求之工程。 國道工程建設包括北宜高速公路、北宜高速公路蘇澳延伸段、國道南橫公路、 國道東部公路以及高速鐵路等，在路廊評選階段中都應用遙測技術，1989 年最 早應用於北宜高速公路工程的路廊評選，以航空照片判釋出路廊沿線崩塌地分 佈，以供選線之參考。交通部國道新建工程局更於 1994 年將遙測編入「大地工 調查作業準則」中，成為一作業規範，將來遙測提供的資料解析度更高，也可發 揮遙測影像大面積、周期性之特性。 在現地試驗方面，標準貫入試驗(SPT)在台灣使用的歷史已經非常悠久，如 今乃至於可見之未來仍然可能是最普遍使用的現地試驗方法。圓錐貫入試驗 (CPT)於 1980 年代被引進台灣，其功能並已結合孔隙水壓與下孔剪力波速之量 測。由於台灣西海岸地表大多被砂土所掩蓋，現地試驗如 SPT 與 CPT 都是非常 實用之工具，在填海造地品質檢驗與砂土液化潛能調查中大多以此兩種方法為 主。傍壓儀(PMT)的使用歷史也有 20 年以上，但早期因為使用不當其結果並不 理想，因此並未被普遍的接受，最近 5 年台北金融大樓工程與高速鐵路 220 至 240 標段都有使用傍壓儀來決定軟弱岩石之力學性質提供基樁設計之參數。地球 １-1 物理探勘方法尤其是非破壞式之探勘方法優點甚多，將是未來現地試驗方法發展 重點之一。國內已有多位學者發展使用表面波做地層探勘之試驗方法。 1-3 大地工程試驗 大地工程室內試驗可以約略的分成兩大類來看，第一類是屬於大地工程材料 (material element)單元工程性質之試驗。(以下簡稱單元試驗) ，第二類則是大地 工程物理模型(physical modeling)試驗(以下簡稱模型試驗) 。單元試驗之目的在於 確定岩石或土壤之力學性質，在試驗時通常假設試體所受之應力與應變是均勻 的。模型試驗則是希望能夠於室內觀察大地工程系統在設計受力情況下其整體之 行為。在模型試驗中通常使用縮小之模型作為試體，試體內之應力與應變分佈通 常是不均勻的。傳統單元試驗例如壓密、三軸與直接剪力試驗等在國內使用的歷 史己有 30 年以上。隨著工程與學術研究發展之需要，國內在單元試驗儀器之功 能與複雜度在過去 20 年間己有顯著之改變。在 1980 年代末期首先有資料擷取系 統之引進將試驗數據紀錄自動化。當今幾乎所有學術機構與產業界都已全面使用 電腦做試驗資料擷取。過去 20 年間國內學術界與部份之顧問公司也引進了動態 三軸，扭剪與共振柱試驗，單剪、環剪與真三軸試驗之儀器，對工程技術之提升 助益良多。隨著國際學術發展之趨勢，近幾年來國內學者也開始研發使用壓電陶 瓷做 bender element ，在三軸室內為試體進行剪力波速試驗以及為試體做局部應 變之量測以決定大地工程材