(2001.03第十期)
專題報導
長期安全監測系統管理維護計畫民主先進國家建築師考試及證照制度之研究--以歐美日三國為例<下>
•長期安全監測系統管理維護計畫

羅 慶 瑞
  • 亞洲理工學院河海(水利)工程 工學博士
  • Edward Ching-Ruey, Luo國家專門職業技師高考及格 水利工程技師
  • 中華民國水利技師公會全國聯合會 常務理事
  • 台灣省水利技師公會 法規委員會 主任委員
  • 台北縣山坡地開發及雜項工程 審查委員
  • 苗栗縣環評及雜項工程 審查委員
  • IWRA 暨 IRCSA 會員
  • 精湛工程顧問股份有限公司 總經理
  • 土木水利學會及農工學會 永久會員
  • 台北縣山坡地開發及雜項執照 加強審查委員

摘要

  監測系統係現今“加強山坡地開發雜項工程計畫”中之一個重要章節,亦是開發案在開發前、開發中與開發後之長期需求之工作要項。相關之評鑑或鑑定工作之依據亦莫不以此為是,爰此,此一項章節之目的,系統放置之種類與目標、儀器放置之方法、步驟與維護、量測方法與資料分析、研判,進行提出每一階段之因應對策,均在本文中予以盡量詳述,以供參考,並期能收拋磚引力之功能,以達到生活有品保,生命有保障,環境有品味,地球同一村之目的。

一、前言

  安全監測系統之首要目的在確保施工時整地工區內外及鄰近原有建物及人民生命與財產之安全,同時在施工過程中回饋檢討設計,使工程之進行能達到安全及經濟之目的。此外,在完工後持續定期監測,以提供預警及避免重大災害之產生。
  基於全區安全監測之目的,受託公司應甲方之需求,提出長期管理維護安全監測計畫。針對已開發區原已裝設之監測儀器進行長期監測,以確保基地開發後之安全;針對未開發區則建議依建築配置之需求,配合佈設監測儀器,於施工中及完工後持續監測。有關全區安全監測系統之設置,乃佈設傾度管(兼測地下水位)傾斜計及地下觀測井。有關安全監測計畫之進行流程如附圖一。

圖一 監測計畫擬訂之流程

 

二、 觀測系統之配置

  若基地大部份為填方且擋土牆型式主要又為懸臂式擋土牆所組成,基於研判坡面整體穩定性之需要及瞭解牆體側水壓力之影響,本監測工作計畫應於擋土牆後方埋設土壤中傾斜管及水位觀測井,並於牆身裝設傾度盤,針對坡面整體穩定性計畫安裝地錨荷重計,並於止滑樁中埋設樁內傾斜管及鋼筋計,配合上述監測系統綜合研判坡面及擋土牆之安全性及穩定性。茲將各觀測儀器之配置詳述如下:

(一) 土壤中傾斜管之配置
  安全監測工作應以選擇較具代表性的邊坡剖面予以作為分析對象,每個剖面分別於擋土牆上方邊坡頂部埋設土壤中傾斜管,藉以瞭解擋土牆是否有滑動或傾倒的現象,以及明白後方山坡地之穩定狀況。

(二) 牆身傾度盤之配置
  擋土牆身傾斜計之裝設位置主要為配合土壤中傾斜管配置的斷面,分別安於牆身之上,藉以瞭解擋土牆是否發生傾倒的現象。

(三) 水位觀測井之配置
  水位觀測井的安裝位置主要配合土壤中傾斜管而配置,本安全監測工作於選擇較具代表性的邊坡剖面埋設水位觀測井,藉以瞭解擋土牆後方及邊坡之水位分佈情形。

(四) 樁中傾斜管之配置
  本安全監測工作選擇幾處合適配置止滑樁的邊坡剖面,分別於樁中埋設傾斜管,藉以瞭解止滑樁是否有滑動或傾動的現象,以及明白後方山坡地之穩定狀況。

(五) 鋼筋計
  本安全監測工作選擇數處適宜配置止滑樁的邊坡剖面,分別於樁中埋設鋼筋計,藉以瞭解止滑樁受力狀態,以作為整體研判之用。

(六) 地錨荷重計
  本安全監測工作選擇合宜配置止滑樁的邊坡剖面數處,分別於地錨錨頭埋設地錨荷重計,籍以瞭解地錨受力狀態,以作為整體研判之用。

(七) 地面型沉陷點
  本安全監測工作依需求可以建議配置地面型沉陷點,配置位置除於設計斷面上監測地面沉陷外,現場工程司應視現場狀況調整觀測數量及位置。

(八) 結構型沉陷點
  本安全監測工作依需求及觀測地點,可以建議配置結構型沉陷點,配置位置除於擋土牆上,以監測擋土牆之垂直沉陷外,現場工程司應視現場狀況調整觀測數量及位置。
以上各項安全監測儀器之配置詳見觀測系配置圖(另外發包)。

 

三、 觀測儀器(裝)設

(一) 土壤中傾斜管

  1. 埋設深度
    鑽孔過程中對土層及岩盤面所在之深度及評估擋土牆穩定性之需要,傾斜管埋設至地表下且至少入岩4公尺以上,此深度處即可視為管底之不動點。
  2. 埋設方式及步驟

    (1) 於擋土結構外側按設計圖所示之傾度儀埋設位置,以鑽機鑽一直徑4in之鑽孔至設計深度;孔壁並須以套管保護以防止坍塌。
    (2) 將觀測管放入鑽孔內,放置時須小心,以免觀測管遭損壞,並須保持觀管之垂直及管內之乾淨。
    (3) 每節觀測管之間各接頭之槽溝須對正,使觀測管之槽溝能連續不偏斜,以便雙軸感應器可在管內順利滑動。
    (4) 當觀測管底端達孔底設計埋設深度時,即可進行回填;回填時宜用均勻潔淨之砂(顆粒0.6至1.2mm),一面回填,一面抽取保護壁之套管,並利用其底端稍加夯壓,以避免造成觀測管之局部移動,每次回填高度為30cm。
    (5) 觀測管之頂端要加保護蓋,並作警示標誌及適當之防護措施。


(二) 牆身傾斜計

將傾斜盤裝設於傾斜管所在剖面之擋土牆身上,安裝時以3支膨脹栓將傾斜盤支架穩固地固定在牆身上。


(三) 水位觀測井
於有埋設傾斜管的孔位處同時埋設水位觀測井,以PVC管連接最底端包覆不織布之鑽孔塑膠管,再回填透水粒料至地表。埋設深度則依據鑽孔過程中研判之地下水深度進行調整。


(四) 樁中傾斜管

  1. 埋設深度
    止滑樁鑽孔過程中對土層及岩盤面所在之深度及評估擋土牆穩定性之需要,本觀測之傾斜管先於樁中埋設PVC管至孔底,再以鑽機鑽掘至樁頂下合適深度後再予以埋設。
  2. 埋設方式及步驟
    (1) 將預埋PVC管小心固定於止滑樁之鋼筋籠上,待止滑樁施作完成後,再鑽掘至預定深度,再埋設觀測管。
    (2) 每節觀測管之間各接頭之槽溝須對正,使觀測管之槽溝能連續不偏斜,以便雙軸感應器可在管內順利滑動。
    (3) 觀測管之頂端要加保護蓋,並作警示標誌及適當之防護措施。

(五) 鋼筋計
將欲於樁中埋鋼筋計,固定於止滑樁之鋼筋籠上,並將訊號線固定於鋼筋籠上,小心導引到地表,並將其安置於保護蓋中。


(六) 地錨荷重計
於地錨錨頭裝設地錨荷重計,並將訊號線小心導引,並將其安置於保護蓋中。


(七) 地面型沉陷點

  1. 位置選擇須注意之原則如下:
   (1) 不易被破壞或被遮蓋之處。
   (2) 測點通視良好,減少轉點,容易量測。
   (3) 測點位置考慮作業之安全性和長久性。
  2. 示儀器編號於旁或鄰近明顯之處
  3. 由基地之永久水準點引測初值(二次以上)


(八) 結構型沉陷點
  1. 位置選擇須注意之原則如下:
   (1) 安裝位置是否能反應實際之沉陷。
   (2) 測點通視良好,減少轉點,容易量測。
   (3) 測點位置考慮作業之安全性和長久性。
  2. 示儀器編號於旁或鄰近明顯之處
  3. 由基地之永久水準點引測初值(二次以上)

 

四、 量測方式

(一) 各儀器功能說明及量測方法:

  1. 土壤中傾斜管:
    (1) 目的:量測擋土壁後方土壤各深度水平位移量。
    (2) 量測方法
    數位式傾度儀系統的組成包括:傾斜管、數位式傾度儀感應器、電纜、數位或指示器、滑輪組。將傾斜管埋設於擋土壁體後方,使之隨土壤一起產生移動,再利用感應器每50公分量測各深度處之傾斜管與鉛直線之夾角正弦值,計算其與感應器長度(一般為50cm)之乘積,經累加後可得各深度之水平方向變位,即可得擋土壁後方土壤整體之位移量,並經由多次的觀測將所得變形曲線繪出,則可瞭解擋土壁體後方土壤隨時間而位移的情形。
    雖然某些量測儀器可同時量得垂量及平行於牆身方向之位移,但若本觀測擋土牆之變形只視為僅發生在垂直於牆身方向上的二向度變形,則可以僅提供此方向上的觀測成果,作為研判的依據。
    (3) 儀器精度
    若安全監測工作所使用之傾度儀為美國SINCO傾度儀,依據操作手冊其量測之精確性在30.00公尺深量測變形量全部誤差在+7.5mm以內。其他可參考出廠公司之所附讀儀器之精度證明書。
  2. 傾度盤:
    (1) 目的:量測擋土壁因受土壓力之作用而產生之角變量。
    (2) 量測方法
    此儀器系統之組成包括:感應器、數位指示器、傾斜盤。將傾斜盤安裝於具代表性的擋土壁牆身上,量測時將感應器放置於傾斜盤上,經由數位指示器所量得之數據求得感應器底盤的傾斜角度,亦即為擋土牆身的傾斜角度。
    若傾斜器可同時量得垂直及平行於牆身向的傾角,如同前述原理,應以垂於牆身方向(1∼3方向)的傾角作為研判之依據,此方向之傾角代表牆身向前傾斜之角度。
    (3) 儀器精度
    若安全監測工作所使用之牆身傾斜計為美國SINCO感應器及數位指示器,依據操作手冊其可感應之最小傾斜變化約為8"。而每℃的溫度變化約有0.02%之讀數誤差。其他廠牌,可依所附精度證明書所述。
  3. 水位觀測井
    觀測擋土牆後方之地下水位狀況,尤其於暴雨後可提供判定牆身排水情況及穩定性之參考。
  4. 樁中傾斜管
    (1) 目的:量測止滑樁各深度的水平位移置。
    (2) 量測方法:同土壤中傾斜管。
  5. 鋼筋計
    (1) 目的:量測止滑樁於鋼筋計埋設位置鋼筋受力情形。
    (2) 量測方法:此儀器系統之組成包括:應應器、數位指示器及訊號線,經由數位指示器所量得之數據可求得感應器之受力狀況,亦即為止滑樁本身的受力狀況。
  6. 地錨荷重計
    (1) 目的:量測地錨受力情形。
    (2) 量測方法:此儀器系統之組成包括:荷重計、數位指示器及訊號線,經由數位指示器所量得之數據可求得之荷重計之受力狀況,亦即為量測地錨本身的受力狀況。
  7. 地面型沉陷點
    (1) 目的:量測安裝地點之沉陷量。
    (2) 量測方法:利用水準儀量測基地各地面型沉陷點與永久性水準點差距並與初值相互比較。
  8. 結構型沉陷點
    (1) 目的:量測安裝地點之沉陷量。
    (2) 量測方法:利用水準儀量測基地各結構型沉陷點與永久性水準點差距並與初值相互比較。

(二) 監測系統之規格精度與觀測頻率
本精度與頻率已詳列如後表之表一所示。

表一 監測系統之規格精度與頻率

項    目
規 格 與 精 度
觀  測  頻  率
地層中傾斜管兼水位觀測井 2.75"ABS材質
靈敏性±6mm/25m
量測範圍±53°
觀測井靈敏性±1cm
量測範圍如孔深
1. 開挖整地期間至少每週兩次。
2. 建構築期間至少每週一次。
3. 完工後至少每月一次。
4. 上述監測期間遇颱風、暴雨、地震等外在影響及量測數據異常時應增加觀測次數。
椿體內傾斜管 2.75"ABS材質
靈敏性±6mm/25m
量測範圍±53°
1. 構築期間至少每週一次。
2. 完工後至少每月一次。
3. 上述監測期間遇颱風、暴雨、地震等外在影響及量測數據異常時應增加觀測次數。
沉陷觀測點 5cm不袗釘加編碼華司
靈敏性±1cm
量測範圍>1cm

1. 開挖整地期間每週一次。
2. 建築期間每兩週一次。

 

五、 使用管理計畫
主要供作施工中及完工後之監測工作能具有合理執行程序:
(一) 施工中之監測:雜項及建造執照施工階段
施工中監測之目的係確保施工中之安全性,根據施工中之觀測結果做為施工管理之依據,如果異常行為發生,需由開發單位、營造廠、設計單位及監測專業廠商,共同研判可能原因並加以解決。施工中合理的監測流程如表二所示。
(二) 完工後之監測:使用管理維護階段
完工後監測之目的係確保社區長期之安全,其主要監測項目包括邊坡之安定、擋土結構之安全及排水系統之正常功能,完工後合理的監測流程如表三所示。


表二 施工中合理的監測流程圖表

角    色
工 作 內 容
政府單位
1. 要求開發單位配合開挖整地進度提送監測報告。
2. 監測結果如有異常應通知開發單位自行改善。

開發單位

1. 要求設計單位提出監測計畫(監測平面及詳圖等)。
2. 將監測工作直接交由專業公司或由營造廠再委由專業公司執行。
營造廠
1. 配合專業公司執行監測。
2. 依監測結果進行施工管理。
3. 監測結果如有異常,應與開發單位及設計者共同檢討。

專業公司

1. 監測計劃擬定。
2. 執行現場監測工作。
3. 提送監測報告。
4. 執行技師審核簽證。

表三 完工後合理的監測流程圖

角    色
工 作 內 容
政府單位
1. 由相關技師公會或公信力團體,依施工中及完工後監測結果研判其安全性,並加以分級。
2. 評定等級及責成開發單位改善。
開發單位

1. 施工中監測儀器如有損壞或不足,應加以舖設安。
2. 將施工中監測結果及監測儀器移交管理委員會。
3. 保固期間內,原則上由開發單位負責執行。
營造廠

1. 保管並接收開發過程中之基本資料,包括地質調查報告、竣工圖、施工中監測資料及已設置之監測系統。
2. 委託專業公司執行長期監測工作。
專業公司

1. 接受開發單位或管理委員會之委託執行監測工作。
2. 依觀測結果提送監測報告。

 

六、 監測資料分析
長期監測系統的主要目的:在工程施工之安全上,或在天然災害之防災警訊上,直接提供研判依據;由於監測儀器之數量眾多,監測結果之數據均採用電腦專業軟體處,一方面可減少人為計算之失誤,另一方面其輸出之報表格式亦具有一致性,工程人員可迅速掌握報告重點。並藉由監測系統所得量測資料,配合施工能允許之安全容許值,檢討其間之相互關係,以達監測系統之預警管理。
各項監測資料之合理流程如圖二,經由監測資料回饋進一步訂定應變計畫,有關訂定應變計畫之建議詳下述。

 


七、 安全管理值及資料回饋之應變計畫建議
(一) 管理值及應變處理措施建議
山坡地工程可配合觀測系統之建立,提供長期監測期間之黃、綠燈管制標準,並輔以“注意值”、“警戒值”等之管理基準值,訂定相對之應變措施,以確保當地居民之安全。
依據日本高速道路調查會(1988)對於地層滑動監測管理基準,以及Bjerrum (1963)對於結構物容許角變量之限度,建議本案之監測管理基準及其應變措施如表四所示。
(二) 資料回饋之應變計畫建議

  1. 擋土壁側向變位太大或地面沉陷量增加,工地四周路面開裂,鄰近地面及牆壁產生破壞性裂縫,其處置方法:
    (1) 如在挖土工作進行期間應暫停挖土,待處置措施完成後,方可繼續施工。基地內可以先行施作地錨之處,應盡早先予施作,若於開發完成期間則應重新評估擋土牆之安全性,並進行補強工作。
    (2) 檢查排水系統,避免大量水分流經坡面或滲入地表下,使邊坡內之地下水位上升,地下水壓增加而引起滑動。
  2. 施工中鄰房建物差異沉陷太大或傾斜時其處置方法可參考上述方法。
  3. 長期而言,於工程完工後,觀測系統仍保留,並設定各監測儀器之管理值如表四,當觀測值持續變動時應分析其變動可能原因,若達警戒值應加強觀測頻率,並提出改善計畫,若達行動值時應立刻進行安全評估,並進行補強工作。
  4. 有關安全管理值與緊急狀況初步建議處理方式,詳見表五及表六所示。


表四 邊坡安全監測管理基準建議

監測方法
監  測  管  理  基  準
達警戒值時可能之補救措施
注    意
警    戒
管制燈號
綠燈
黃燈
傾度管
0.5~1mm/day
2~3mm/day
邊坡擋土牆補強,如增設地錨
傾斜計
1/500
1/300
地表現象
.頭部出現裂隙或下陷
.電桿、圍牆等發生變形
.開挖面上出露層面或滑動面
.邊坡出現湧水
.邊坡上緣之張力裂隙互相連通
,且裂隙寬與錯動不斷增大。
.滑動體趾部出現隆起、放射狀
壓力裂隙、小規模塌方等。
.趾部突然出現湧泉,或是已
有之泉水變濁或乾涸等。
.地體震動、地鳴、沒颱風但樹
林的枝葉卻沙沙作響、電桿搖
動等。
以上各種前兆一般多與不正常的集中降雨量有關。
建物牆面現象

.牆面不允許裂縫發
生之安全限度
.牆面初次出現裂縫限度

註:達警戒值時,除加強觀測外,並應立即召集各相關單位共同研擬應變對策。

 

表五 安全管理值

項   目
管  理  值
備     註
傾斜管
1. 日變動量<2.0cm
2. 月變動量<5.0cm
3. 總變位量<10.0cm
4. 土岩交界層面剪動量<1.0cm/day
超過管理值應緊急召開工務會議擬定應變措施及另一階段警戒行動值。
水位觀測井
1.暴雨後水位驟升接近G.L.-1.0m
加強追蹤監測並檢核安全容許度。
沉陷觀測點
1. 日變動總量3cm
2. 月變動總量5cm
超過管理值應緊急召開工務會議擬定應變措施及另一階段警戒行動值。



表六 坡地工程緊急狀況及初步建議處理方式

狀   況
處理不當狀況
建議處理方式
事先預防方式
擋土牆變位過大 1. 擋土牆傾斜。
2. 擋土牆失敗。
3. 引致連鎖反應而導致山坡滑動。
1. 加強地錨預力。
2. 擋土牆背側開挖解壓。
3. 擋土牆前方以臨時支撐支持。
4. 加強變位觀測。
1. 採用較安全之設計。
2. 擋土牆避免過高。
3. 地形盡量減少控填工程。
4. 地錨施工品質確實執行。
擋土牆傾斜過大 1. 擋土牆傾倒。
2. 擋土牆失敗。
3. 引致連鎖反應而導致山坡滑動。
1. 加強地錨之預力。
2. 加強傾斜觀測。
1.地錨施工品質確實執行。
地錨預力過大或過小 1. 地錨失敗。
2. 地錨失敗引致擋土牆失敗。
1. 增加地錨數量。
2. 針對異常地錨做預力重拉或補強。
1.地錨施工品質確實執行。
發現深層滑動面 1. 山坡發生大規模滑動。
2. 山坡全面性滑動。
1. 持續觀測。
2. 必須時疏散居民。
3. 進行大規模整治。
1. 社區開發避免在潛在危險區。
2. 坡地避免過度開發。
3. 水土保持確實執行。
地下水位水壓偏高 1.引致擋土牆失敗。 1. 清理排水孔。
2. 加鑽排水孔。
3. 加強水位觀測。
4. 擋土牆上方加強截流設施及植生。
1. 填料注意排水性。
2. 平日注意排水孔之維護。
3. 水土保持確實執行。
土方流失 1.引致擋土牆失敗。 1. 找出沖刷原因並針對原因補強。
2. 對掏空位置進行適當回填。
1. 平日注意排水性。
2. 定期觀測。
3. 定期目視觀察。
坡面出現張力裂縫 1.引致坡面持續坍滑及擴大。 1. 以膠布蓋住裂縫防水入滲。
2. 整治邊坡。
1. 定期檢查目視、提早發現。
2. 平日注意水土保持。
暴雨、颱風 1. 引起坍方。
2. 引起滑動。
1.暴雨後檢測各項目。 1. 平日注意水土保持。
2. 專業人員代檢坡地狀況。
註:本表僅供初步參考,遇狀況仍應根據現場情況綜合研判後再處理。