地質鑽探

一般在所有建築土木工程的施工中都需要經由地質鑽探來作為基礎結構設計的主要依據,尤其大型的公共工程舉凡橋樑、碼頭、隧道、捷運系統、鐵公路等等更需要詳盡的工址調查及地質鑽探才能確認施工可行性評估,並作為施工期間安全措施及永久性構造物的結構設計,提供給我們安全的建築設施。

地質鑽探調查是大地工程判斷設計重要的前置作業,如同我們到醫院看診經由適當的醫療設備檢查並經由專業醫生的診斷決定我們醫療的方式以保障身體健康,地質鑽探調查是相類似的行為,只是運用在地質的判斷上而作為建築構造物安全的設計與施工依據的一種前置必要調查行為。

而一般地質鑽探調查使用在建築個案其方式就比土木工程來得更簡易,因為建築個案的基地範圍較小,且其工程特性並無橋樑或隧道等複雜之外在條件,就一般建築個案而言,地質鑽探系按照日後之建築規模(如樓高、地下室開挖深度)及建築技術規則規範,決定地質鑽探之孔數、深度、取樣內容及試驗所需之條件而施作,針對地質鑽探調行為將相關工作分為外業及內業,為進一步說明其內外業之相關敘述。

一、外業工作
1. 地質鑽探
一般按前述之鑽探需求以鑽機進行水沖式鑽探到達預定深度,其鑽探直徑在10公分以內,並每隔1.5公尺施作錘擊試驗(專業述語為N值)即以標準之140磅(約63.6公斤)錘重,30英吋(約76公分)高之自由落體施打15公分記取後10公分之錘擊數謂之。
2. 地質取樣
地質取樣分為劈管及薄管取樣二種,劈管系伴隨前揭所述之N值錘擊試驗兼取得土壤於劈管內之銅圈上,因其為取得擾動土壤,將送實驗室作物理性質試驗,另在不同土壤或基礎預定設計深度位置以3吋薄管以靜壓方式取得不擾動土壤,其目的在於送實驗室作力學相關試驗,若遇地層為岩盤者,就以鑽探導桿旋轉方式取得岩心試體,並依序記載取樣深度置放於岩心箱內,以利作岩石性質之判斷。
3. 地下水位調查
於鑽探進行期間可以利用鑽探孔位埋設水位觀測井,進行地下水位觀測,一般係以2英吋(約5公分)直徑塑膠管鑿進水孔包紗網,並以水位探測器去調查地下水位的高低,以作為日後工程設計之地下水位水文參考。
4. 調查記錄表
地質鑽探調查係以現場為第一線之直接記錄,故在鑽探進行期間須記錄N值,鑽探進尺速度,迴水狀況,土質變化層次及其他現場調查之所有行為,以作為日後大地工程重要之判斷依據。
5. 其他地質調查方式
若地質屬於特殊之結構,也可以運用地球物理探測方式作地質調查提供參考,如使用透地雷達以震波方式作為地質調查之工具,其運用仍在克服因工址環境或特定之條件。

二、內業工作
1. 土壤(岩石)物理性質試驗
將外業工作取得之劈管銅圈內土壤樣品,在實驗進行試驗可分別得知土壤類別(砂土、粘土、卵礫石)、含水量、土壤單位重、液性限度、縮性限度,壓密指數等重要之土壤結構逐一表述,另加上錘擊數(N值)之附帶指數,就可以一窺地質構造分佈及強度行為。
2. 土壤(岩石)力學性質試驗
將外業工作取得之3吋直徑薄管取樣之土壤(現場須封蠟,確保土壤原狀條件),於實驗室進行力學試驗(通常為剪力試驗或三軸排水或不排水試驗),其目的在取得土壤中最重要之力學性質,包含土壤摩擦角(∮值)及凝聚力(C值),其重要係提供日後土壤所需之承載力以及決動主被動土壤壓力之重要係數,對日後基礎工程及擋土安全措施設計具有非常重要之依據。
3. 大地工程分析
綜合地質鑽探現場調查記錄、物理性質及力學性質,交由大地專業技師進行大地工程分析,將決定日後建築物之基礎型式(如承載力不足將施作基樁)、擋土措施及地下室開挖之安全管理行為作為盤之物分析報告,才能確保建築構造物施工期間之安全,長期結構之永久性安全及穩定,這也是地質調查最重要的目的。

地質鑽探調查最終目的是在提供建築結構設計最基本需求資訊,一般大地工程專業技師尚會透過更多地質資料及調查成果作為更深入之地質研判分析,經濟部中央地質調查所亦有全台各地完整之地質資料庫供調閱參考,地質鑽探調查除了提供建築設計基本資料外,對於施工周邊的現有設施仍具有積極作為施工期間安全保護的功用,許多重大都會交通建設均透過地質鑽探調查成果作為主要之施工保護設計,期使開發建築在安全無虞下順利完成。

台灣是屬於地質不穩定的地質環境,我們身處環太平洋地震帶的地理位置,長期受菲律賓地殼板塊推擠大陸板塊作用,故常有大小不一的地震發生,同時在全島各地也分佈縱橫的斷層帶,對於大地地質鑽探調查是任何工程必需的必要地質資訊,在地震發生後媒體報導的土壤液化、隆起,或在氣候異常暴雨產生的土石流都是近年發生歷歷在目的重大災害,這也是我們在這塊土地上從事任何開發必要的嚴謹態度,當然在新建開發過程中更重要的是對於周邊既有設施,如鄰房、道路、橋墩的安全保護也是要經由地質鑽探調查資訊才能提供最新科學的設計方案作為安全保障基礎,是故地質鑽探僅以不到10公分直徑的鑽孔擷取更多的土壤資訊,這是國家建築技術規則法定的規定,也是從事建築結構設計的應盡責任,顯見地質鑽探調查是決定建築結構安全必要的行為。