第五章 標準作業模式
照片 4- 8 案例三透地雷達試驗過程
圖 4-18 為 900MHz 天線檢測資料，水平軸表示測線距離，單 位為 m，縱軸表示深度，單位為 cm。雷達波反射資料顯示，深度 約 10cm 以下，反射能量相當小，顯示混凝土介質相當均勻，無明 顯空洞位置，亦無第二層鋼筋反射訊號。在深度 10cm 以內，出現 近似等間距之雙曲線訊號，其應為鋼筋反射訊號，訊號平均間距約 為 10.1cm。但上述雙曲線個別出現深度位置差異頗大，雖測線中 大部分雙曲線頂點約位於深度 5 至 8cm 處，但在測線距離 5 至 6m、30 至 46m、54 至 60m 等範圍內，雙曲線頂點約位於深度 3 至 5cm 處；上述資料顯示鋼筋保護層厚度變化較大，局部範圍鋼 筋保護層厚度可能較為不足。另於測線距離 32 至 40m 範圍內，
雙曲線強度偏低，與其餘位置明顯不同。根據國外應用經驗，此現 象可能與鋼筋腐蝕有關，惟目前尚無實證資料。
圖 4-18 案例三透地雷達檢測資料（900MHz）
圖 4-19 為 400MHz 天線檢測資料，水平軸表示測線距離，單 位為 m，縱軸表示深度，單位為 cm。雷達波反射資料顯示在深度 50cm 以內，出現近似等間距雙曲線訊號，其應為鋼筋繞射訊號，
該訊號平均間距約為 10.2cm，鋼筋保護層厚度均在 5 至 8cm 左 右。另於測線距離 6 至 27m、40 至 46m 範圍內，水平一致性反 射訊號相當明顯，深度約為 55 至 60cm，但並無明顯重複反射現 象，該反射訊號之代表深度應為擋土牆厚度。測線其他距離位置亦 有相似水平反射訊號，惟反射強度低，較不易辨認，推估大部分擋 土牆背填完整，並無明顯空洞或積水。
另於測線距離約為 58 至 60m 範圍內，在深度約 50cm 處，出 現疑似鋼筋繞射訊號，由於其出現位置與第一層鋼筋位置一致，故 推估其為第一層鋼筋的重複反射波，並非第二層鋼筋真實繞射波。
圖 4-19 案例三透地雷達檢測資料（400MHz）
現地敲擊回音法試驗共進行兩處位置，擋土牆厚度試驗首先採 9mm 鋼珠進行敲擊及資料蒐集，累積數次資料後歸納發現：因敲 擊能量過小，波形記錄中並無任何明顯反射訊號，僅殘存極低頻雜 訊。後改採手錘進行敲擊，方得較明顯且可信度高之反射波資料。
該擋土牆表面相當平坦，無須再經任何拋光處理，訊號接收器偶合 狀況相當良好，試驗過程相當順利且快速。
圖 4-20 為第一處應力波資料回波資料。上方為波形歷時記錄，
下方為頻譜。波形歷時記錄與模型試驗資料相去甚遠，主要差別在 於本記錄反射波能量較小，尤其在直達波訊之後，反射波強度衰減 極為迅速。頻譜資料中大部分顯著振幅集中在低頻部分，表示淺層 反射訊號較少，亦無明顯表層鋼筋反射訊號。最大振幅出現在頻率 約 3.66KHz 左右，根距案例一擋土牆波速 3683m/sec 計算後，相 當於深度 48.3cm，應為擋土牆厚度。因最大反射能量來自該深度，
表示混凝土內部大致均勻，無明顯缺陷存在，故應力波能量可以近 似無阻礙地，進入至擋土牆背面再反射返回表面。圖 4-21 為第二 處應力波資料回波資料，波形大致上與第一處相當，惟在高頻部分 局部振幅較大，推估該現象可能為局部小蜂窩造成，但不嚴重。
圖 4-20 案例三敲擊回音法試驗資料（一）
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
TIME (μs)
INTENSITY (voltage)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
FREQUENCY (KHz) 0.2
0.4 0.6 0.8 1
NORMALIZED AMPLITUDE
A: peak at 3.66Hz
圖 4-21 案例三敲擊回音法試驗資料（二）
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
TIME (μs)
INTENSITY (voltage)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
FREQUENCY (KHz) 0.2
0.4 0.6 0.8 1
NORMALIZED AMPLITUDE
A: peak at 3.66Hz
第四節 現地試驗工作結論
綜合上述案例應用結果及檢討試驗過程中遭遇的問題，提出以 下幾點結論：
1. 雷達波為非接觸波，故不受擋土牆混凝土表面狀況的影響，即 使混凝土表面粗造或有裝飾材料，透地雷達方法依舊可進行現 地作業，檢測資料不受影響，故適用性極高。
2. 現地應用檢測資料顯示：透地雷達剖面中，表層鋼筋繞射波相 當明顯，相當容易進行鋼筋定位及保護層厚度的研判；第二層 鋼筋繞射波並不明顯，無法研判該位置及深度；雖局部擋土牆 底部含水造成明顯反射波，但大部分擋土牆底部反射波亦不明 顯，難以推估擋土牆厚度，此結果與先前之模型驗證結果一致。
3. 以敲擊回音法於現地試驗時，需將接收器僅貼於混凝土表面，
但易受擋土牆表面材料性質及粗糙度影響，無法適當地裝設接 收器，且入射波容易造成散射，嚴重影響接收資料品質，故應 用範圍較有限制。
4. 敲擊回音法現地應用檢測資料顯示：在平坦混凝土表面進行試 驗時，回波資料品質良好，擋土牆底部反射波極為明顯。另局 部資料出現內部微弱反射波，但強度不大，推估應為內部局部 蜂窩現象。
5. 透地雷達及敲擊回音法資料研判及解釋均需採用合適速度參 數，進行埋藏物或內部缺陷深度推估。此參數係以直接波速量 測方法獲得，或可以採用其他案例之合理參數。
第 五章 標準作業模式
本章參考國內外相關文獻及本研究過程所得經驗，提出透地雷 達及敲擊回音法標準作業模式，以供參考。
第一節 透地雷達應用於擋土牆探查
1.0 範圍
1.1 本作業模式係說明透地雷達應用於鋼筋混凝土擋土牆厚 度、內部瑕疵、鋼筋定位等試驗方法、步驟與儀器設備等。
1.2 本作業模式適用之擋土牆，包含邊坡或地下開挖所進行之 鋼筋混凝土擋土牆，設計形式包含重力式、L 型、倒 L 型 與懸臂式擋土牆等。
1.3 本作業模式透地雷達儀器係使用單一天線罩進行探查，天 線罩內含發射天線與接收天線，並不適用於雙天線罩之透 地雷達儀器設備。
2.0 重要事項
2.1 本試驗方法係於擋土牆表面，以天線發射雷達波向下傳 遞，在底部或空洞等位置形成反射波，返回頂端，由接收 天線感應雷達波，並記錄成為波形資料。藉由波形研判及 走時分析，進行擋土牆厚度及內部鋼筋、空洞等定位。
2.2 若有多筆試驗資料，可藉由波形相似性協助進行研判，以 增加探查結果可信度。
2.3 探查資料得採適當雷達波速進行鋼筋保護層厚度之估算。
雷達波速可採混凝土平均雷達波速（1.12x108m/sec），
或採用已知鋼筋深度或擋土牆厚度反算波速。
較為明顯，故可藉以研判背填孔洞含水範圍。
6.0 準備工作 而言，可採用混凝土平均波速（約 1.087x108m/sec）進 行深度之初步估算。
7.3 儀器設備組裝及暖機：將主機及天線等單元連接，並打開
電源進行測試。若背景雜訊過大，需調高放大倍率，提高 訊號/雜訊比。
7.4 施測參數設定，包含數位資料個數（Sample No.）、記錄 時間長度（Range）、資料位元（Data Byte）、發射頻 率（Transmit Frequency）、掃描率（Scan Rate）等，
須因應不同現地條件及檢測目的進行設定，惟一般透地雷
圖 5-1 透地雷達剖面說明
8.2 圖中最明顯特徵為水平方向近似等距離出現之弧狀訊號，
該訊號即為擋土牆內部等間距排列之鋼筋繞射訊號，該訊 號頂點反射波強度最大，係為鋼筋位置（圖中以圓圈表 示），故可藉由測線距離，進行鋼筋空間定位。
8.3 圖中標示第一條橫線位置，呈現水平一致性反射訊號，係 為擋土牆表面反射波，時間約為 Ta。圖中標示第二條橫 線位置為鋼筋繞射訊號頂點，時間約為 Tb。兩者時間差 即為雷達波來回鋼筋保護層所需的雙程（two way）走時，
將單程走時乘以雷達波速即可得鋼筋保護層厚度（參見公 式一）。
Vradar
D = (Tb-Ta) 2 .
... （公式一）
8.4 進行波形資料研判前，可進行疊加（stacking）、濾波
（filtering）及改變色階等資料處理方式，以增加真實訊 號強度。
8.5 對於擋土牆厚度及內部缺陷的資料處理方式與前述流程一 致，惟厚度及內部缺陷等形成之反射訊號型態與鋼筋繞射 訊號並不相同。一般判釋方法大多憑藉雷達波剖面上出現
（1）側向訊號不連續，或（2）反射波強度較明顯位置進 行研判，由於反射訊號型態並無固定模式，故需具檢測經 驗人員進行。
8.6 可採用繞射波時間差法估算保護層厚度，詳 9.0。
9.0 繞射波時間差法
9.1 圖 5-2 為透地雷達繞射時間示意圖。圖 5-2 上方為擋土牆 模型剖面示意圖，其中鋼筋間距為 20cm，鋼筋保護層厚 度為 T。A 點位於鋼筋上方，鋼筋深度為 T，B 點位於兩 鄰近鋼筋中央，與鋼筋距離為 T’，T’與 T 的關係如下:
T' = T2 + D2
... （公式二）
其中：D 為鋼筋間距之半
圖 5-2 透地雷達繞射時間示意圖
T
20
T' 10
model surface
GPR profile
2T'/Vradar 2T/Vradar
depth (cm)time (ns)
2T/Vradar
(unit:cm) VRADAR VRADAR
Δt =
... （公式三）
10.0 試驗報告
報告內容應包含：
10.1 前言：說明計畫名稱、地理位置、委託單位、檢測目的、
檢測單位及檢測時間等。
10.2 基地概況：包含擋土牆所在平面位置圖、蒐集到之相關 地質調查資料、設計圖、竣工圖、歷年來災害及修復 勘查及施工記錄、照片及相關檢監測資料等。
10.3 儀器設備。
10.4 檢測步驟。
10.5 現地試驗說明、試驗過程照片及資料處理。
10.6 檢測結果與判識
10.7 結論與建議或其他重要事項說明。
第 二 節 敲 擊 回 音 法 應 用 於 擋 土 牆 厚 度 檢 測
1.0 範圍
1.1 本作業模式係說明敲擊回音法應用於鋼筋混凝土擋土牆厚 度、內部瑕疵及表面裂縫深度檢測等試驗方法、步驟與儀 器設備等。
1.2 本作業模式適用之擋土牆，包含邊坡或地下開挖所進行之 鋼筋混凝土擋土牆，設計形式包含重力式、L 型、倒 L 型 與懸臂式擋土牆等。
2.0 重要事項
2.1 儀器設備單元應包含敲擊源、接收器、數位類比轉換器、
主機及分析軟體等。
2.2 本試驗方法如圖 5-3 所示，現地試驗設備係由一個敲擊源 及一個訊號接收器組成。試驗時，在擋土牆表面錘擊造成 擾動，形成之暫態應力波向下傳遞，在擋土牆底部或內部 空洞等位置形成反射波，返回表面，由接收器感應混凝土 表面振動，並記錄成為波形資料。
2.3 因暫態應力波在表面與底部或空洞之間形成重複反射波，
而此重複反射波形資料經快速傅副立葉轉換（FFT）後，
在頻率域內可得特徵頻率（F），可用以估算擋土牆厚度
在頻率域內可得特徵頻率（F），可用以估算擋土牆厚度