計畫目的及內容

由於非破壞性檢測方法所應用的介質不同，故有不同的適用範 圍及應用標準，此外就材料、使用環境、位置而言，也都有其限制 性，因此需對檢測方法及應用目的進行系統性了解及測試，方可完 全了解檢測方法的實用性及檢測資料的準確性。

本計畫目的係針對土（岩）釘品質檢驗，就目前檢測技術中選 擇較適用者辦理進一步之驗證測試，包括敲擊回音法、時域反射法 及鋼筋腐蝕檢測等技術，並針對上述各項檢測方法，透過物理模型 試驗及現地檢測之測試，驗證各項技術應用於山坡地土（岩）品質 檢測之可行性、了解其精度誤差範圍，並對可能影響檢測結果之因 素進行探討，建立檢測技術及標準作業模式，以供工程界參考。

第二章 文獻蒐集及整理

土（岩）釘為錨固類結構之一種，其他尚包含鋼鍵、錨索、錨 桿及灌漿錨筋等，常作為邊坡保護及隧道加固及支撐結構。這類結 構的明顯特點在於：具隱蔽性，耐腐蝕及耐久性要求嚴格，但近年 來國內外諸多工程失敗案例顯示：設計不良或施工偷工減料導致的 工程災害十分嚴重，因此錨固類結構安全性及耐久性問題相當重 要，近年來國內外許多政府機關及研究單位均針對此問題進行相關 研究，研究內容包含施工品質檢測、材料耐久性檢驗及生命週期適 用性等課題。本研究蒐集國內外相關研究文獻，整理說明如后：

第 一 節 土 （ 岩 ） 釘 相 關 文 獻

一般常用錨固類結構系統包含地錨（Ground Anchor）、岩栓

（Rock Bolt）與土釘（Soil Nail），多應用於基礎之抗傾及抗浮穩 定或擋土工程，與基礎或擋土設施互相配合，各類說明比較參見表 2-1。一般而言，土釘與地錨均為現地土壤加勁的一種方法，最大 差別在於設計密度、設計長度、灌漿長度及施加預力與否等。土釘 打設密度較高且設計長度較小，故單一根施工品質不良造成整體穩 定性影響較小，但單一地錨重要性相當大，其施工不良對整體之影 響相當嚴重。

表 2-1 錨固類結構

Corrosion Protection

Ground Anchors

Strands or bars

Cement grout in bond zone

More recent permanent installations use Class I or Class II Protection (PTI,1996); older systems may have no protection other than grout cover

Rock Bolts

Usually bars, but could be strand

Mechanical, resin grout, or cement grout

Epoxy coating, galvanization, grout cover; old installations may have none

Soil Nails Bars Cement grout entire length

Grout cover; bars may be epoxy coated

（摘錄自NCHRP 477，2002）

土釘工法於1970 年初期由法國開使使用，發展至今已逾三十

進行調查，其中斷裂部位多數位於錨頭附近與自由段範圍內，此原 因為自由段無漿液握裹，以及張拉過程中夾具對錨頭附近部位具有 刻痕損傷之故。國內林肯大郡災後調查亦發現銹蝕問題，現場局部 鋼絞線銹蝕造成斷裂拉力降低，且部分地錨因錨頭夾片材質不良及 鏽蝕問題，無法達到設計拉力。經過檢討施工方式及使用材料後，

大致認為造成腐蝕的環境是岩土介質及地下水的侵蝕性質、地層中 微弱電流等因素造成，雖採水泥漿體作為隔離層，但其受裂縫、碳 化及氯離子侵蝕，逐漸喪失其保護能力。近年來許多機構提出較佳 防蝕方法，包含鍵體包裹樹脂、雙層浪管及樹脂灌漿的應用，同時 基於施工不確定性，在施工完畢後，再以簡易的絕緣電阻法量測鍵 體絕緣現況，作為最終品管方法，以降低腐蝕發生機率。一般地錨 品質檢驗採拉拔試驗辦理，惟持續地監測地錨長期荷重變化亦相當 重要，常用方法係裝設電子荷重計，進行定期量測。近年來國內相 關研究人員發展出簡易檢測裝置，由於成本低且裝置簡單，可進行 大量監測。

岩栓鍵體材料大多採鋼棒形式，較少使用鋼索，多用於山岳洞 室及岩石邊坡開挖支撐。其錨固方式除灌漿外，有時亦採機械方 式，如尾端膨脹錨固等。鍵體防蝕處理除灌漿外，可在表面以環氧 樹脂進行塗膜及鍍鋅等。但老舊岩栓可能較少防蝕處理。國內岩栓 種類大多分為灌漿岩栓、自鑽式岩栓及摩擦式岩栓，但均以全段水 泥砂漿包裹作為防蝕方法，並無其他特殊防蝕處理。

錨固類結構應用極為廣泛，其施工規範、設計方法及施工機 具、工法等研究發展均已完備，且大量應用於工程界，但對於施工 品質檢驗、安全性檢測及功能耐久性等問題，極少提出作為探討的

課題，本文提出其中較具代表性問題，簡述如下：

一、雖設計圖說及規範均詳列使用材料、配比及施工方法、步驟等 等，但一般施工均難以達到設計要求。雖重大工程建設制度完 善，在嚴格的品管要求下，施工較能達到規範要求，但在一般 工程施工條件下，監造及品管人員闕如，無法得知施工品質。

現地施工為求快速便利，大多無法達到設計要求，常發生漿液 配比不足、灌漿不確實、埋設長度不足等缺陷，將造成腐蝕機 率大增及錨固力不足等失敗因素。

二、目前對於山坡地現地安全檢查工作，大多以目視進行結構物表 面檢查，對於遭破壞的結構物，可藉由檢查結果進行安全性評 估。但對於那些看不到，但內部已破壞之結構物，或潛在可能 造成破壞之機制，並無法得知。因此無法預先進行補強措施。

三、對於使用中錨固類結構的剩餘服務壽命（Service Life）難以 進行評估。以往均強調支撐結構強度、錨固力及滿足力平衡條 件下，整體穩定性的分析與評估，忽視在各種腐蝕環境下的工 作性能、狀態、破壞機制及防護措施的研究，亦無法進行剩餘 服務壽命的評估。

第 二 節 土 （ 岩 ） 非 破 壞 檢 測 方 法 回 顧 與 評 估

一、美國聯邦高速公路局等相關研究

美國聯邦高速公路局（the Federal Highway Administration）

與州高速公路與運輸協會（Association of State Highway and Transportation Officials）於 2002 年進行岩（土）釘非破壞檢測的 相關研究計畫，並建議數種可行之檢測方法，詳見於 NCHRP

REPORT 477。由於該計畫執行單位包含工程界（工程顧問公司 及工程技術公司）與學術界（紐約大學），故提出之各項建議方法，

其內容理論與實用並重，實為近年來相當重要的參考文獻。該報告 蒐集相關非破壞檢測方法，包含敲擊回音法（Impact Echo）、脈 衝反應法（Impulse Response）、平行震測法（Parallel Seismic）、

連 續 聲 射 法 （Continuous Acoustic Emission ） 、 超 音 波 法

（Ultrasonic）、透地雷達法（Ground Penetrating Radar）、反 射脈衝法（Reflective Impulse Measurement Technique）、時域 反射法（Time Domain Reflectometry）、磁滲法（Magnetic Flux Leakage）、光纖腐蝕法（Fiber-Optic Corrosion Sensing）、半 電 池 電 位 法 （Half-Cell Potential ） 、 極 化 法 （ Polarization Measurement ） 、 電 磁 阻 抗 法 （ Electromagnetic Impedance Spectrometry）、電化學法（Electrochemical Noise Technique）、

電 阻 法 （Contact Resistance ） 及 腐 蝕 電 位 法 （ Corrosion Potential）等。上述各方法經過初步篩選後，建議四個較為可行的 方法，包含敲擊回音法、超音波法、半電池電位法及極化法等。該 報告內容除詳述各方法內容外，報告附錄中並詳列上述四種方法的 相關說明，包含檢測範圍、方法特性、檢測目的、方法限制、相關 規範、儀器設備試驗步驟及資料處理方法等，可作為試驗規範撰寫 的參考資料。並以許多實際檢測案例說明方法適用性。茲摘錄該研 究之重要研究成果說明如下：

1、半電池電位法及極化法等化學法應用於岩（土）釘腐蝕檢測。

（1）半電池電位法

半電池電位法是量測岩（土）釘與參考電極的電位差，

僅需以一般電表即可進行量測，操作相當簡易，現地儀器佈 置參見圖 2-1。量測時將正極連接岩（土）釘，負極連接參 考電極（一般為硫酸銅溶液），參考電極因僅作為負極使用，

故稱為半電池。量測電位若小於-200mV 表示可能腐蝕，若 小於-300mV 表示腐蝕機率極大，但此結果並不表示腐蝕仍 在進行中，亦無法測得腐蝕速率。因此方法操作簡易及資料 可讀性高，目前被大量應用於一般混凝土結構物，如樑、柱、

版等鋼筋腐蝕探查工作，應用於岩（土）釘時僅連接地表出 露端進行量測。此方法極為簡單且現地施測快速，惟僅能對 於出露段進行檢測，無法了解埋設段的腐蝕現狀。

圖 2-1 半電池電位法示意圖

(摘錄自 NCHRP 477,2002)

（2）極化法

極化法係藉由岩（土）釘將電流導入土層，並量測土層 間電位變化，以獲得土層極化電流量，該電流量可用以推估 岩（土）釘的絕緣狀況及漿液、絕緣材料包覆程度，以了解 其腐蝕可能性，現地儀器佈置及方法原理參見圖 2-2。此法 主要應用於岩（土）釘漿液（或其他材料）包覆狀況的檢測，

一般混凝土結構物較少應用。

圖 2-2 極化法示意圖

(摘錄自 NCHRP 477,2002)

2、敲擊回音法及超音波法應用於埋設岩（土）釘長度檢測。

（1）敲擊回音法

敲擊回音法係於出露之岩（土）釘截面上裝設加速度 計，並以小鐵鎚或鋼珠敲擊產生暫態應力波，該波前在岩

（土）釘底部產生反射波返回頂部，由加速度計接收波形記 錄，藉由已知波速及走時間距計算岩（土）釘長度，現地儀 器佈置參見圖2-3。

圖 2.3 敲擊回音法示意圖

(摘錄自 NCHRP 477,2002)

（2）超音波法

超音波法試驗方式與敲擊回音法類似，惟採壓電晶體探 頭作為訊號收發。超音波法與敲擊回音法最大不同處在於波 源的頻率內涵，超音波頻率遠大於暫態應力波頻率，故解析 能力較高，但相對地衰減較嚴重，重複反射波數較少。該研 究藉由多處工址現地試驗結果，驗證此兩種方法可行性及準 確性。圖2-4 及圖 2-5 為其中一處工址以敲擊回音法及超音 波法分別進行土釘長度檢測之試驗資料。該工址土（岩）釘 設計長度為3 公尺，採樹脂砂漿作為灌漿材料。敲擊回音法 試驗資料顯示：波形資料中有多個相當明顯且一致的反射波

形，參見圖2-4，相鄰波峰間距約為 0.001 秒（雙程走時），

相當於2.8 公尺。超音波試驗資料僅顯示一個底部反射波，

參見圖2-5，雙程走時約為 0.0013 秒，相當於 3.5 公尺，兩

參見圖2-5，雙程走時約為 0.0013 秒，相當於 3.5 公尺，兩