路基与路堤掏空之检测.pdfVIP

第六屆 (2009) 公共工程非破壞檢測技術研討會 The 6th National Workshop on Nondestructive Evaluation of Civic Infrastructural System 路基與路堤掏空之檢測 1 2 3 江支弘 鄭家齊 許耿蒼 1 朝陽科技大學 營建 工程學系 教授 2 朝陽科技 大學營建工程學系 副教授 3 朝陽科技大學 非破壞檢測中心專案經理 摘要 以透地雷達法 、敲擊回音法 、紅外線熱影像法等3種技術對混凝土版下方 土壤掏空進行檢測，分析比對之後發現三者獲得相當接近的的結果 。合併透地 雷達法所得的三維橫剖面資訊 、敲擊回音法的平面正規化頻譜 、熱影像的表面 溫度分佈資訊 ，對於路基與路堤的掏空檢測，提供了傳統鑽心取樣或類似的局 部破壞檢測的替代方案 。 關鍵詞 ：路基 、路堤 、透地雷達 、紅外線 、敲擊回音 一、前言 橋梁及公路等交通設施皆與人民生活便捷性息息相關 ，在日積月累的使用 以及環境因素影響下，可能產生損害 。例如道面下方因地下水位升高或排水不 良造成路基掏空 ，使道面承載能力下降產生裂縫及凹洞 ；混凝土結構年久後水 氣及鹽害由裂縫滲入鋼筋層面 ，造成鋼筋腐蝕 ，接著鐵銹造成鋼筋體積膨脹使 鋼筋層外包覆之混凝土大面積剝落 ；堤防內部或擋土牆後方的土壤因水流經過 而掏空[1] 。此外天災對橋梁、堤防 、護岸等設施也可能造成嚴重的破壞 ，由 2009 年8月莫拉克風災的勘災經驗得知部分堤防遭受河水及夾帶的土石沖擊， 損壞 ，進一步的衝毀橋台與引道 ，跨越八掌溪的吳鳳橋 （台 3線 ）即為一例 ； 或因為溪水淘空護岸造成路堤嚴重流失 ，以致於橋體結構失去支撐而墜入溪 中 ，跨越濁水溪的壽山橋 （台 21線 ）的破壞屬於此類 。 過去損害程度的評量通常是以鑽心取樣之破壞方式進行 ，如此會在結構上 留下孔洞需要修補 ，再者部份因構件鋼筋數量密集或必須具備防水性並不適於 第六屆 (2009) 公共工程非破壞檢測技術研討會 鑽心 。近年來土木工程之非破壞檢測技術有大幅進步 ，克服了混凝土材料巨積 及非均質的特性 ，已可實際檢測出混凝土設施之裂縫瑕疵深度或道面下方是否 掏空等問題 。 對於混凝土結構內的損傷 ，應力波法無疑是最有效的評估方法之一 ，利 用小至數毫米直徑的鋼珠 ，大至數公斤的重錘敲擊至受測結構表面，由應力波 在受測體內部反射的訊號來判讀損傷的位置 ，與工程上常用的透地雷達法比 較 ，透地雷達(Ground Penetration Radar,簡稱 GPR)所產生之電磁波在金屬介面 可完全反射 ，對於含水地質層面或含水孔洞反射強度亦大，過去通常應用於地 表下管線埋設位置及不同地質層面深度檢測，但在混凝土結構的應用上 ，在鋼 筋密集的區域透地雷達法將無法檢測鋼筋層以下的孔洞瑕疵，另外透地雷達所 能解析出之最小介質厚度為雷達波於該介質中波長的 1/4 ，即使以高頻透地雷 達檢測 ，裂縫寬度至少需以公分計才能被偵測的到。反觀應力波對空氣介面是 全反射，而對金屬介面僅部分反射，鋼筋訊號不若裂縫訊號強 ，且檢測結果若 以頻譜分析可除去鋼筋訊號的影響。 另一方面 ，基於蒲朗克幅射定律，熱輻射能量 、紅外線波長與絕對溫度三 者具有特定的函數關係 因此物體表面熱輻射的偵測可以用於辨識表面下的非， 均質熱傳遞現象，當表面存在明顯溫差時 ，可由表面的熱點找出隱藏其下的隔 熱性缺陷如氣泡或分離介面 ；或是由表面的冷點找出隱藏其下的導熱性缺陷如 水分等 。由於所有的物體均會以紅外線輻射的方式釋放能量 ，即使沒有可見光 的照射 ，也能在紅外