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水利工程司對非破壞性檢測應有的認知水利規劃試驗所

  發刊期數:第0456期/ 發布日期:110/10/08

臺灣地區河防構造物在現地檢查方面,以往係以目視檢查為主,而數值校核分析所需要之材料參數,則採用破壞性之補充鑽探取得,如能利用地球物理探測方法具有之非破壞性、縮短工期與節省經費、解析度佳等特質,經由檢查構造物內部之情形取得數值分析所需之參數,可大幅提升河防構造物檢測效能,快速研判潛在風險適時處置,確保河防構造物安全。目前水利署河川局管轄河防構造物常用之地球物理探測技術方法為透地雷達探測法及電阻探測法,以下介紹該二種方法原理與適用性。

(一)透地雷達探測法(Ground-Penetrating Radar簡稱GPR)

透地雷達技術是藉由發射短脈衝之高頻電磁波進入地表後,在地表量測此入射波經地下電性界面或異常體之反射情形(如圖1所示)。

一般而言,透地雷達的天線頻率愈高(波長愈短),其穿透力愈低(測深愈淺),但解析度愈高。透地雷達所能找尋之物體相當多,然其探測深度會因地質狀況等因素而有所變化。

天線依不同頻率約有80MHz、200MHz、400MHz、500MHz及900MHz等不同頻率之天線,探測物體小從鋼筋,大至地下掩埋物均可適用,各種天線之適用範圍如表1所示。

  • 表1天線的電磁波頻率及其適用性表1 天線的電磁波頻率及其適用性

透地雷達其可連續探測之能力,以及可探測淘空之位置與深度為其優點;但其缺點有探測結果為二維、數據整理繁雜,探測時遭逢雨天時就不能施測,以及地表不平、有植生處不易施作(如生態工法堤防)。

(二)電阻探測法 (DC Resistivity)

電阻探測法是在地表上利用兩根電極棒將直流電灌入地下,而後在地表上量測另兩根電極棒間的電壓差。此法是量測大範圍的電阻值,此電阻與土層的組成、飽和度以及土層孔隙中流體的導電度有關,透過反算可獲得地層電阻剖面。照片1為法國IRIS公司所生產的SYSCAL PRO Switch 48地電阻探測儀及相關配備。

  • 照片1 電探系統設備照片1 電探系統設備

地電阻影像探測的量測原理為藉由外加低頻電流經由圖2中電流極C1、C2流入地層中,再利用電位極P1、P2量測地層所反應的電位差值,由該量測的電壓值與電流值經由靜電學理論計算受測土層之視電阻率(apparent resistivity)。量測過程藉由改變不同電極間距與位置,獲得不同幾何空間位置上的視電阻率值,稱為視電阻率剖面(Pseudo-Section),經由反算分析獲得真實電阻影像剖面,藉以了解地層構造。常見的電極排列如圖2所示。

善用地球物理技術能提高對地下構造探測的準確性,合適探勘方法之選擇與探勘目標、時程、經費、地物及地質特性等息息相關,有賴主辦工程司共同參與及對地球物理探測應有的認知,以提高探測計畫之可行性。