中華民國106年3月 Mar. 2017

國道邊坡地錨非破壞監測

高公局中工處黃淑萍 /撰稿及圖片提供

一、案由緣起

  1. 地錨為穩定邊坡主要工具,而國內自100年起因應國道3號3.1K順向坡崩坍事件,為確保地錨內部鋼腱不因袘k而影響其效能,國道邊坡地錨皆施作自由段補灌漿作業,而自由端補灌漿後將無法再以傳統的內視鏡檢視、揚起試驗進行功能檢測,然而地錨既存荷重仍需精確評估以確保邊坡之穩定,以達成延壽及永續經營管理的理念,故仍須有地錨荷重的檢測的方式。
  2. 基於上述之地錨荷重的檢測管理目標,以往係在地錨施作後,先進行揚起試驗,之後即安裝電阻式地錨荷重計進行監測。但實施以來,因為電阻式地錨荷重計容易受到環境及氣候影響致使功能較不穩定,常有監測數據誤報,因此選用更穩定的非破壞監測為國道邊坡維護之重要課題。
  3. 以往鋼絞線生產工廠瑕疵檢測使用電磁場檢驗,故首創將此電磁檢測技術應用於地錨現地荷重之量測。應用此尖端科技之非破壞方式檢測,其不受天候干擾,能使監測數據正確穩定,檢測之地錨既存荷重數值為可信賴;檢測原理係應用磁力與應力關係,以非破壞方式求出地錨荷重以做為功能評估依據。此做法不僅比電阻式荷重計準確且耐久性長,有效提升地錨檢測及做為地錨維護及全生命週期評估依據。

二、實施辦法
  於國道邊坡新設地錨,選擇邊坡地下水位高且為順向坡,屬於較須進行邊坡監測之地點進行施作;藉由裝設電磁環感應器量測並換算地錨既存荷重,經一段時間持續量測及觀察,確認技術可行且良好,未來除可取代較不穩定之傳統電阻式地錨荷重計外,並因為成本較低,可擴大推廣。

三、實施過程
  1. 國道3號北上149K地下水位高且屬於順向坡,於該處新設地錨時一併設置3組電磁環感應器進行地錨荷重監測;此種監測方式如同上述係應用地錨中承受拉力的構件為鋼絞線,其本身為導磁材料,利用磁性材料本身受力變化改變,可換算出地錨鋼絞線受力(既存)荷重,其數據準確且為國內地錨監測首創。
  2. 國道3號149K設置3組電磁環感應器後,從去(104)年1月起按月量測數值一次已超過1年,經評估可準確測得地錨既存荷重,故此技術於今(105)年持續推廣至其它較需優先進行地錨既存荷重檢測之地點,未來並將廣泛應用於國道邊坡安全評估。
四、執行成效
  1. 落實全生命週期管理概念,確保邊坡安全:電磁環感應器不受天候影響且使用生命週期長(20年以上),應用其高準確度及服務壽年的特性,可提供管理者長期且持續監測數據,可做利用監測數據進行地錨主動且及時進行養護工作的重要參考依據,不僅確保邊坡安全,並可有效落實全生命週期管理概念。
  2. 節省建置成本,有效節省公帑:以20年設備設置成本及中工處轄區21處地錨邊坡計算,使用電磁環量測與傳統電阻式荷重計比較,每組地錨監測設備可節省約54萬元(傳統電阻式地錨荷重計設備成本78萬元-電磁環感應器設備成本24萬元),共可節省公帑1,134萬元。
  3. 費用低可廣泛推廣,應用普及性高:目前基於經費考量,國道針對電阻式地錨荷重計係採「點監測」方式,尤其電磁環感應器技術整體建置成本較低,未來可提升為「面監測」,能更有效、準確掌握地錨設施之可靠性,提升用路人行車安全。此外,後續推廣應用,105年度國道中區已於國3及國6三處邊坡增設電磁環監測器,以達成延壽及永續維護管理的理念,並已推廣至國道其它工程處。未來更可進一步推廣至一般公路及地方公路做為邊坡監測應用,提升整體公路的邊坡安全。
國道邊坡地錨非破壞監測1
國道邊坡地錨非破壞監測2
國道邊坡地錨非破壞監測3
國道邊坡地錨非破壞監測4