地錨鑽孔時錨碇段取土樣或岩心試樣探討

☆ 盧錫煥 ☆

一、前言

         地錨鑽孔時錨碇段取土樣或岩心試樣，主要在地錨鑽孔作業中發現地質有異樣時，可立即取土樣或岩心試樣，供工程師研判地質及校核錨碇段長度，以確保地錨之效果。目前，重大工程地錨規範中均有嚴格規定，但是施行卻有困難，吾人曾建議刪除：因為地錨或岩錨鑽機都為履帶鑽堡機，沒有取樣設備。一般取土樣均為垂直做貫入試驗，求取N值後，劈管取出土樣(可由N值計算極限摩擦應力)(JSF1990)。但是地錨大多為斜孔，無法求取N值，況且履帶鑽堡機鑽孔時震動大，且多為空壓冷卻，岩心採取率低，恐怕誤差大、不標準、爭議大。再者，地錨施工與地質鑽探分屬不同之技術人員和機械，各有所專司。故建議地錨施工中不宜取土樣及岩心試樣。但是行政院公共工程委員會議決(九十)工程技字第九○○二○○二一號：鑽孔時錨碇段取土樣或岩心試樣為考量其周延性，本項應于保留。此外，國防部桃園陸光二村新建工程地錨，政府採購公報也是認為不宜刪除。
         吾人為此研究解決之道，今以本文探討如何可快速取土樣或岩心試樣，供工程師研判地質及校核錨碇段長度，以利工進，並請工程界指教。

二、地錨錨碇段錨碇力計算方式

         常用公式


         通常極限摩擦應力N值之建議值均參考JSF1990，如下表：
         表中砂礫、砂層之N值是由標準貫入試驗中所求取，故在垂直孔如抗浮地錨尚可求取，而斜孔之背拉地錨則只能求取有效內摩擦角f(度)或不排水剪力強度(kg/cm2)及抗壓強度(kg/cm2)

三、台北捷運新莊機廠K249A標錨碇段取樣探討

         台北捷運新莊機廠K249A標由中華顧問工程司設計，考慮得很周到，該地錨規範除了依BSI(British Standard Institution)之規定：預力鋼鍵與浪型管間灌滿樹脂漿之雙重防蝕保護外，並在施拉力前、施拉力後做絕緣防蝕電阻檢驗，電阻必須大於100kΩ即0.1MΩ才能接受外，每支地錨依BSI1989規範做預力消失試驗，要通過預力10天內不得消失8%才能合格。故錨碇段的地質如有異樣時，必須加強灌漿或加大孔徑(無法再加長地錨的長度，因大部份錨碇段的長度超過10M，FIP規範規定不宜超過10M)。
         該工區地質為卵礫石層夾風化泥質砂岩，又有斷層，況且地下水恐含有硫質，故地錨規範02352章3.02.A.4.：鑽孔時，錨碇段應取土樣或岩心樣品，以供研判地質及校核錨碇段長度。如工程司認為由相鄰兩側孔所鑽取之土樣或岩心樣品可供判明該孔之地質時，則該孔可免取土樣或岩心樣品。由此可知地錨錨碇段取土樣或岩心試驗是相當重要的。

四、卵礫石層如何取樣

         背拉地錨取土樣或岩心樣本如果是單純岩盤尚可行，將履帶鑽機換下岩心管或移機換裝傳統鑽機取樣。但是遇上卵礫石則取樣不易。通常卵礫石岩心取樣率很低，如果採用目前ASTM D1587-83有關薄管取樣之標準規格，其中，面積百分比小於10，管內淨空百分比於1-1.5之間，由於此一薄管規格延用至今超過45年以上，經常發生以下問題：
1.取樣薄管質薄遇壓易凹。
2.取樣薄管管尖遇略硬之砂或砂礫即凹陷破壞。
3.取樣薄管上端有一3/8〞螺孔以5/16〞螺絲鎖固，遇略硬之地層螺絲曾發生被切斷的情形使薄管脫落。
4.取樣薄管送到實驗室必須以千斤頂將薄管內之土樣擠出，過程中土樣直接受到千斤頂擠壓使孔隙或多或少被壓縮變形，使土樣之原本樣本及水份改變，所求出之C值f角或抗壓強度將較不正確。
         因此，吾人建議以HHL取樣器，可以一般習用地錨鑽孔機所採用之套管133mm或118mm，鑽取不擾動礫石樣品，可供工程師研判地質，並可送往實驗室做直接剪力或三軸剪力求取C值、角或單軸試驗(kg/cm2)值，並可做含硫試驗等。其施工方式如下：
1.履帶鑽機下133或118套管至錨碇段。
2.起內桿。
3.下HHL取樣器至錨碇段取樣。
4.起內桿，將取樣器土樣或岩心試樣排放於岩心箱供工程師研判地質
5.必要時，將土樣或岩心試樣密封送實驗室做直接剪力或三軸剪力求取C值、角或單軸試驗(kg/cm2)值，也可做含硫質試驗
※有關HHL取樣器，如有需要可與筆者洽詢。

五、結語

         基於地錨工程之設計、施工方式常因不同之工程特性及工址之地質條件而異，故主辦機關於作業前經確實檢討後，委由專業機構據以配合設計與施工需求之規範，以維工程品質，而監造及施工者得遵循規範施行，以確保工程安全。■

參考文獻

1.中國土木水利工程學會「地錨設計與施工準則暨解說」。
2.中華顧問工程司設計之台北捷運新莊機廠K249A標地錨第02352章。
3.ASTMD1587-83。