润泰集团总裁

润泰集团总裁 埔里地母廟921災害原因分析及補強工程探討 Damage Investigations and seismic rehabilitations of De-Mu Temple Afer 921 Chi-Chi Earthquake 尹衍樑 潤泰集團總裁 摘要 地母廟為南投地區著名的廟宇,其結構屬典型的寺廟建築系統,廟宇結構發展之初多為木造 系統,在現今改用RC材料下仍沿用其外形特徵,因而形成頭重腳輕、上强下弱的特色,因此 921地震後出現明顯的損壞而需整修補強。地母廟災後補強工程分兩階段進行,本文內容主要在 於說明第二階段的作業與補強方式,過程中除透過嚴謹的調查與分析,確認結構物的損害情 形外,並以3D空間模擬,進行虛擬實境補強檢視,以增加補強工作的精確性。除補強修復工程 外,本文同時也提供一套完整的作業模式,以作為後續相關工程應用參考。 ABSTRACT De-Mu temple is a well-known Buddhist Holy Land in Nantou County. The Building is a typical Chinese temple structures with larger mass concentrates in the roof. Temples in Chinese were major composed of wood members in the early stages. Although wood members in temples were gradually superseded by RC material, their external features haven’t changed much in the present days. After the 921 Chi-Chi earthquake, De-Mu temple also appeared obvious damages then needed to be repaired and retrofitted. The rehabilitation project was divided into two stages. Contents of this paper are major about the processes and methods adopted in the second rehabilitation stage. Seismic damages of the building were reconfirmed by exhaustive investigations and analyses. Spacial simulations of 3D virtual reality was utilized to quick examine the details of rehabilitations accurately. Besides, this paper also provides a complete methodology for general seismic rehabilitation projects. 壹、前言 1 九二一集集大地震對台中、南投地區產生巨大損傷,其中地母廟位於南投縣埔里鎮,佔地約2100坪(建物配置如圖1),亦遭受程度不一之損壞。本廟宇香火鼎盛,信徒眾多,於震後迅速集合人力物力進行整建工作,並委託顧問公司辦理補強設計,惟受限於經費,修復工作分為二期辦理。潤泰營造因緣際會受邀參與第二期修復工程,因廟址依山而建且為一重要宗教信仰中心,為求慎重本公司於著手修復工程之前,特辦理全面調查工作,以期能確實掌握震害成因後,再對症下藥規劃補強改善。 第二期修復工程開始時已接近第一期工程尾聲,建物的損害原貌泰半不復可見,故調查工作備感困難,幸賴廟方及補強設計之技師提供震後原始資料及相片,並輔以非破壞性檢測與測量及鑽探,方得以重建受損原貌。依據調查成果,同步進行損壞成因分析及補強方案規劃,過程中除運用程式進行結構與邊坡穩定分析外,並運用3D空間模擬程式,將破壞狀況逐一展繪記錄於3D模型,輔助非專業人員了解實際狀況或作為專業人員研判成因之工具。本文依序詳述調查工作及規劃過程之細節與經驗,回饋工程先進於未來類似案例之參考。 2 圖1 地母廟平面配置圖 貳、基本調查工作 全案進行之初,即派員了解周遭環境及辦理全區初步踏勘,依據尚存之破壞狀況及受損徵兆,初步研判大部份建物係依坡勢開發而成,依工程經驗廟址基礎極可能為半挖半填而成,震後廟址後方之邊坡亦產生錯動撕裂。東南側圍牆牆基土壤部份出現淘空,如照片1。 考量廟址為一重要宗教信仰中心,震後基礎狀況如何,有必要加以了解,並藉以推估震害成因。因此於初勘後與業主討論,為求萬全之計,同意辦理全區補充調查工作,期待經由調查過程了解震害成因及受損狀況,再根據所得成果規劃設計補強方式。 3 調查工作考量震後已辦理鑑定及補強設計,故引用前期成果以節省資源,以下則分項詳述調查工作之內容及結果。 一、基本資料收集 (一)區域地質及地形 鑑於921地震亦造成整個埔里地 區甚大的震損,為了解基地所在位置之 地質及斷層資料,首先蒐集區域地質圖 及1/5000航照圖,由地質圖,詳圖2, 顯示附近有地利斷層通過,距離基地約 500至1000公尺。 基地所在位置約為十八重溪層及白冷 層交界處,岩性主要為白色或灰色,細 圖2 區域地質圖 粒到粗粒的石英質砂岩,質地堅硬緻SP—板岩與薄層砂岩或粉砂岩互層,十八重溪層, PI—厚層石英岩質砂岩,夾薄互層,部份砂岩為粗粒至小礫,頂部夾密,其中夾有灰色的緻密砂岩和深灰色薄煤層,白冷層, TC—厚層部份礫石質砂岩,硬頁岩及板岩,達見砂岩, 硬頁岩或板岩。地利斷層以西,地形發 育已經進入老年期,風化作用強且劇, 地表土壤覆蓋層及崩積層較厚。 (二)原建築設計圖 為了解建物原先施築之建構型式,以利後續之調查分析,故著手追尋原設計建築圖說,幾經波折因年代久遠僅得部份資料。期間經業主協助聯繫,與當初參與興建本廟之人員訪談,逐步拼 4 合出原施築方式及過程。 二、震後破壞狀況資料彙整 參與本案時隔921地震已達一年,為了解震後實況,由廟方提供震後照片,該資料逐一於現 場進行比對,以重建損害現場,經彙整後,破壞情形略可分類如下, 1. 後方邊坡錯動撕裂鋪面。 2. 東南側圍牆基底土壤淘空,見照片1。 3. 入口擋土牆及階梯局部破壞,見照片2。 4. 地坪破裂如照片3,以太陽殿及鐘樓側分佈較多。 5. 太陽殿、乾元殿及太陰殿外圍柱破壞,如照片4。 6. 前殿龍柱錯動移位,如照片5。 7. 鐘樓棟及鼓樓棟外牆剪裂,如照片6。 8. 鐘樓棟八角窗及柱頭破壞,如照片7。 9. 洗手亭側次入口震損。 10. 太陽殿樓梯梁柱接頭裂縫,如照片8。 11. 太陽殿與乾元殿交界處樓版及梁撕裂,如照片9。 綜合前述,破壞情形約可歸納出以下的趨勢傾向, 1. 結構破壞或地層錯動情形以太陽殿及鐘樓側較多較嚴重。 2. 各建物外圍柱體破壞較嚴重。 3. 短梁短柱效應之牆體(磚牆)破壞。 5 照片1 東南側圍牆基底土壤淘空 照片2入口擋土牆及階梯局部破壞 照片3 地坪破裂 照片4 外圍柱破壞 照片5前殿龍柱錯動移位 照片6 外牆剪裂 6 照片7 柱頭破壞 照片8梁柱接頭裂縫 照片9 太陽殿與乾元殿交界處樓版及梁撕裂 照片10邊坡裂縫RC格子框及土釘修補工程 三、第一期補強工作完成確認 原規劃設計之補強工作劃分為二期分階施作,第一期以完成之工項,由原設計單位提供圖說,經現場按圖索驥,逐一盤點,了解其完成狀況,避免爾後補強工作重複施作。第一期施作之工項為, 1. 後方邊坡裂隙以砂漿填實後,設置RC格子框配合土釘(錨筋),以封補破壞面避免水流 滲入,如照片10。 2. 乾元殿、太陽殿及太陰殿內圍柱擴大並配合黏貼碳纖維補強,如照片11。外圍柱黏貼 碳纖維補強。 3. 前殿及大殿柱以環氧樹脂修補裂縫,無收縮水泥漿修補劣化混凝土。 4. 鐘樓及鼓樓以環氧樹脂修補裂縫,再將柱以擴柱及碳纖維補強,如照片12。 5. 非結構之磚牆於重砌修復後加鋪玻璃纖維加固。 現地按圖核對時,並丈量柱尺寸以確認是否擴柱,並於太陰殿、太陽殿及乾元殿4樓柱頂局部敲除以查驗擴大部份是否按圖施作。 7 照片11 內圍柱擴大及碳纖維包覆補強 照片12 鐘樓及鼓樓補修工程 四、地質鑽探調查 因初步調查顯示本區部份結構物有沈陷之情形,故震後邊坡是否滑動,座落之地盤地質是否良好,故辦理地質鑽探調查,藉以了解地層分佈狀況,地層剪動破壞情形,土層及岩層之大地力學性質及參數,並利-用鑽探孔埋設傾度管及兼作水位觀測井,作為長期監測系統,圖3及圖4為地質剖面圖。 由鑽探成果顯示,本區地層約可分為二層,分別為回填表土層及岩層。回填層含岩塊、混凝土塊或礫石砂土,覆蓋厚度以太陽殿較厚,推估其基腳應座落於回填層上,太陰殿與乾元殿則應座落於岩層上。砂岩層依岩心取樣為極度風化破碎之粉質及變質砂岩,經室內試驗分析,地層之地工參數如表1。 綜合現場地質調查及鑽探資料顯示,工址內並未發現斷層破碎帶存在。震後差異沈陷狀況,推估應為建築物基礎土壤性質不一,動態反應不同所致。後方邊坡經初步分析於常時雖屬穩定,惟於較大地震時恐有安全顧慮。 8 圖3 太陽殿地質剖面圖 圖4 乾元殿地質剖面圖 表1 分析用簡化土層參數表 γt w LL PI e0 參數 N值 剪力強度參數 土層 (t/?) C/C'(t/?) ψ/ψ'(?) (N) (%) (%) (%) ,/1.0 ,/29 7~20 2.2 — — — 0.39 回填及表土層 >50 2.25 — — — — 9.0/1.0 31/29 岩層 五、建物沈陷量及傾斜量測量 以太陽殿、乾元殿及太陰殿而言,其短向均為階梯狀基礎,長向則以乾元殿為界,太陽殿側位於填方區,太陰殿側座落於岩盤挖方區,先天上極易產生不等量沈陷,加上地震後諸多徵兆,顯示建物有若干移動傾斜(例如乾元殿與太陽殿交接處破壞,乾元殿1F犬走下陷,太陽殿外掛梯歪斜破壞等),惟其變位差異量(沈陷或傾斜)均無數據以供研判對結構體之影響,因此乃針對各建物,各樓層之柱位點辦理高成水準測量,對建物通視良好之外邊柱以經緯儀觀測其垂直度,室內各柱之傾斜度則以鉛垂儀逐一量測記錄其傾斜度及傾斜方向。 (一)水準測量成果 9 建物各樓層之柱位相對高程,均予量測標示如圖5。依此方式將成果展繪,各樓層版之傾斜量及方向趨勢即可一目了然,雖然本方式無法剔除震前樓版既有之差異量,但對整體結構變位趨勢之判讀裨益甚大。經整理後,所得各棟之最大沈陷量如表2。以乾元殿及太陽殿而言,均有朝南下沈之趨勢。 (二)柱傾斜量 各柱位傾斜方向及傾斜率之記錄量測如圖6。各建物柱傾斜量以太陽殿為最多,平均約為0.5%,少數柱亦有達1%之傾斜率,傾斜方向整體而言,亦有向南偏斜之趨勢,此點與水準測量之成果不謀而合。若將前項之結論加以綜合簡化,重新以透視圖方式標繪,即得太陽殿沈陷趨勢圖(詳圖7及圖8)。由圖7與圖8之結果可明顯查知建物之傾斜陷落為朝南側填方區之方向。 圖5 柱沈陷量 圖6 柱傾斜量 10 圖7 太陽殿沈陷趨勢圖 圖8 乾元殿沈陷趨勢 表2 各棟最大沈陷量 棟別 太陽殿 乾元殿 太陰殿 鐘樓棟 鼓樓棟 大殿 前殿 122 51 47 71 40 25 44 最大沈陷量 單位,mm 六、梁柱牆目視裂縫檢查 於核對第一期補強工程項目數量過程中,發現構件中裂縫仍為處理者不少,故將現況未經補強裝修部份之構件,全面辦理目視檢查並逐一記錄裂縫數量及位置。檢視過程中每一柱位、梁位及牆位置均以編碼識別,以便資料彙整及日後參考,裂縫數量、長度及形狀均摘要記錄描繪於制式中,裂縫寬度則以裂縫計加以量取,其中如有裂縫較多或可疑處,則另以小鐵鎚輕敲以查驗有無空洞膨鼓現象。 檢視資料經彙整後依稀可歸納出周邊柱、牆及階梯狀結構下階梁柱裂縫較多,換言之該位置承受較大應力,此點與震後拍攝之照片,顯示外圍柱體破壞較鉅,可相互參照佐證。 七、超音波裂縫探測 11 (一)檢測目的說明 結構構件之裂縫深度不同,將形成不同之補強方式,若過深形成穿透性之破壞面,一般樹脂灌漿,恐難達補強效果,若較淺則可考量以環氧樹脂灌注等方式以防止傾蝕性的環境水氣容易透過裂縫深入鋼筋位置,進而腐蝕鋼筋並造成混凝土剝落。根據前階段目視檢測之結果,選擇構件具有較大裂縫寬度之位置,量測其裂縫深度。 (二)檢測原理 裂縫深度量測係根據CNS 11051斜束 法之試驗方式進行,以超音波通過裂縫的 時間差推算裂縫深度,量測時如圖9將傳 輸與接收感應器以等距離置於裂縫兩 側,量測超音波傳遞時間。假設裂縫平面 圖9 量測裂縫深度之感應器佈置 與混凝土面垂直,裂縫周圍的混凝土品質 是均勻,則可求得裂縫深度C。 (三)檢測結果 整體檢測結果可綜合歸納如下: 1. 乾元殿與太陽殿外圍柱一二樓大部份有多條水平裂縫,將柱表面金漆刮除後量測得裂 縫寬度約在0.1~0.3mm之間,超音波探測裂縫深度大約在2~4cm。 2. 乾元殿與太陽殿外圍柱在二樓也有斜向及垂直裂縫產生,其寬度普遍大於0.2mm,深 度在2~5cm之間,即斜向裂縫與垂直裂縫數量雖然比水平裂縫少,寬度與深度卻比水 平裂縫大因為柱裂縫發生後斜向與垂直裂縫會因為結構物自重而擴大,水平裂縫卻會 慢慢壓密,以致不易探測實際寬度。 12 3. 乾元殿二、三樓邊跨梁端有垂直裂縫產生,靠近內柱有斜向裂縫,寬度在0.1~0.25mm 之間,深度約在1.5~4cm間,此種裂縫是由地震引起之梁端彎距過大所造成。 4. 太陽殿二、三樓外牆斜向裂縫量測到的深度為2.4cm與3.7cm。 5. 太陰殿目前情況較為良好,僅三樓柱有少數裂縫。 6. 根據量測結果,未補強之裂縫,雖然寬度不大,但深度大都超過保護層,故補強時可 考量灌注環氧樹脂方式修補裂縫。 八、鋼筋量探測 廟宇興建時之配筋圖因不復取得,所得相關配筋資訊,均仰賴當時參與人員之記憶口述,為求驗證及提供結構補強分析之梁柱構件,偵測其鋼筋分佈情形。 檢測點為計有太陽殿七處、乾元殿九處、太陰殿五處、鐘樓三處及鼓樓一處共二十五處。由可辨別之檢測結果可推算太陽殿柱斷面40x40其主筋至少有14支,箍筋為@30cm,斷面70x60至少有16支,箍筋應為@15cm。乾元殿柱斷面58x58其主筋至少有14支,箍筋為@30cm,斷面50x50至少有14支,箍筋為@30cm。太陰殿柱斷面斷面40x40主筋12~14支箍筋為@20~50不等。鐘樓、鼓樓柱斷面42~45正方,主筋至少8支,箍筋為@20~30cm。鋼筋強度據訪談調查應為SD28鋼筋。 九、混凝土鑽心取樣 為了解既有結構物及已補強柱體混凝土之強度,乃於乾元殿及太陽殿取原混凝土版、樹脂砂漿補強圓柱及經擴柱補強之方柱等位置鑽心取樣(詳圖10),鑽心前均先以電鑽探查鋼筋位置,再以鑽心機取樣,如仍遇鋼筋則立即停止,換位置再試,以免損及柱強度。試體壓驗結果詳表7。 2由表列壓驗結果,原結構混凝土強度尚可,均達210 kg/cm。惟檢視取樣試體,可發現早期人工拌合之混凝土粗細骨材之品質,變化頗大,故於分析階段,既有結構物之混凝土強度假設不 13 2超過210 kg/cm為宜。 表3 試體壓驗結果 強度試體 說明 2(kg/cm) 309 陽殿3F版 原混凝土 233 乾元殿2F版 原混凝土 227 乾元殿3F版 原混凝土 781 圓柱上方1.5m 補強樹脂砂漿 547 圓柱下方0.75m 補強樹脂砂漿 --- 方柱下方1.5m 試體無法製作 834 方柱上方0.5m 擴柱樹脂砂漿 圖10 混凝土鑽心取樣位置 參、調查成果分析與檢討 前述基本調查,其各項成果經彙整分析後,將可檢討出全區建物震之損傷程度及成因。再依其成因謀求根本改善或補強方式。所有作業流程如圖11所示。 本案檢討過程,除獨立進行整體結構動力及靜力分析,邊坡穩定分析外,另使用3D繪圖程式整合記錄調查成果。以下分項詳述檢討內容, 一、3D圖形資料庫 現地調查過程,已將所有建築構件空間關係一一釐清,將建物之梁、柱、牆、版及基礎逐層展繪於3D圖檔。該圖檔可任意旋轉取景,並可任意選取內視瀏覽路徑,利用該功能使用者可經由模擬之空間實體,輕易了解建物之外觀或是切入建物內部隨意查看配置狀況。此一方式完全不同於傳統經閱讀平面圖說,消化理解再憑想像組合為三度空間印象,透過該3D模擬實體。不論 14 專業或非專業人員均可迅速且即時進入狀況,本案以之作為溝通之基本媒介成效良好。該模擬成果參見圖12。 現地踏勘 震後破壞照片收集基本資料蒐集第一期補強工作圖面收集 擬定檢測計劃 地質鑽探沈陷及傾斜測量檢測工作執行目視檢查超音波探傷鋼筋探測鑽心取樣成果彙整及研判 YES補充檢測需求 NO 結構分析3D資料庫建立邊坡穩定分析 補強方式規劃評估 補強工程施工 圖11 調查成果分析與檢討流程 基本調查成果,例如梁柱構件破壞位置、範圍均逐筆標示於3D模型檔之相應梁柱上,若簡略地將構件分類為嚴重破壞(壓碎斷裂)以紅色表示,中度破壞(剪力穿透)以粉紅色及輕微破獲(裂縫寬度1mm以上)以灰色標繪,所得模擬視景可參見圖13。經由視景即可迅速判讀破壞之程度、數量及分佈狀況,甚至應力集中之狀況。 15 圖12 3D全景模擬 圖13 模擬構件破壞視景 調查過程所收集之震後破壞照片,經現場核對後,亦可記錄於該3D模型中,其方式為將該非圖形屬性資訊儲存在外部資料庫,利用模型和圖檔內之圖元(如柱、梁、牆、版)產生關聯,使用系統支援汁資料管理系統及資料庫伺服器存取和編輯記錄,由電腦螢幕圖面上點選圖元,即可顯示該構件之相關資料(照片等),如某一柱震後破壞情形及補強後之狀況使用該系統周邊支援系統,原先簡易之三度空間模擬圖檔已經連結轉化為一資料庫,可即時存取資料。透過此一功能, 16 業主於調查過程均能確實掌握問題癥結,並迅速切入主題。 地質鑽探藉由電子媒體之軟體科技將艱澀之專業診斷與評估內容,以視覺影象取代文字或平面圖說,為本案執行過程之創新嘗試。專業之工程人員除將之作為溝通工具外,最主要的效益再輔助檢討及判讀。舉例而言,圖14為太陽殿梁柱破壞狀況模型檔,由該3D圖明顯可見破壞集中於上層外圍柱體及側邊外掛樓梯。由該圖檔可發現廟頂相對於其下柱體為一及剛硬之版牆系統,而外掛樓梯形同一柔軟之線狀結構,依附於主體結構,當地震力來襲產生屋頂旋轉或回填土方不均勻沈陷時,結構系統中較軟弱構件勢必先行破壞消能,此力學機制與圖14顯示之破壞狀況不謀而合。 二、差異沈陷評估 地質鑽探結果證實太陽殿及乾元殿部份基角位處填方區,由測量成果亦測知建物往南傾斜下沈(如圖7及圖8),傾斜量約為1/200~1/500,目視若非特別留意尚不易察知。考量扶正工法對階梯狀結構物極易產生損傷,廟宇建築裝修材繁複,二次破壞之修復恐不符經濟效益且調查所得之傾斜量尚在使用性可忍受範圍,故初步將扶正工法排除,以裝修方式將差異沈陷之視覺衝擊降低。 17 圖14 太陽殿梁柱破壞狀況模型檔 照片13 外掛梯基腳試挖情形 建物傾斜初步判定應為填方區差異沈陷所致,惟該區震後基底土壤是否淘空及柱基有否破壞,均須確實了解,方能研擬有效的補強方案,如此上部結構的補強方能達到預期效果。因此於沈陷量較大之太陽殿再補鑽1孔(MB-5),及於外掛梯處辦理基腳試挖,試挖情形如照片13。由再鑽探及試挖之結果顯示填方區基礎土壤應無淘空現象,且試挖處之基腳與地梁僅發現局部細微裂縫。綜合前述,研判差異沈陷應為地震時填方區土壤受巨大應力後之變形不一所致。 三、結構系統檢討及分析 (一)系統檢討 廟宇建築之頂蓋常以小牆,頂版及屋頂版配合梁柱做為屋頂層結構系統,故其剛性遠大於其下柱體,加上裝飾繁複,故集中於頂端之質量反大於一般樓層,形成頭重腳輕,上強下弱的結構行為。當建物承受水平力作用時,若系統本身質量、勁度不對稱配置或土壤反力不均勻反應,都將產生不預期之意外扭矩效應,造成建物旋轉,因此頂蓋下之結構柱將承受巨大應力,本案各建 18 物均為此類結構,故震後各建物屋頂蓋下之外圍柱體破壞較嚴重。 太陽殿、乾元殿及太陰殿基礎為階梯狀依坡勢而建,故基礎土壤地盤反力係數將影響上部結構之受力(此亦即差異沈陷應力)。太陰殿及及乾元殿因位處岩盤挖方區故沈陷量較小,其主要應力來源為上部結構之水平慣性力及扭轉效應,故震後破壞大多集中於頂層。太陽殿則因座落填方區,地震時土壤變形量較大,故其應力來源為地震力與差異沈陷之應力複合。故其破壞、除頂層與乾元殿太陰殿雷同外,其南側外掛梯及基腳亦遭受破壞,與乾元殿相接之樓版由4F至2F全數遭撕裂(如照片9)。 鐘樓棟、鼓樓棟及前殿(牌樓),均為長條型構造,以砌磚為外牆,惟開口(窗、門)眾多,地震時整體前擠旋轉,頂蓋下之磚牆牆面大多剪壞,部份梁柱則因短梁短柱效應,亦遭剪壞。鐘樓則因吊掛鐘體甚重,四周之梁柱牆破壞嚴重。 (二)結構分析 前述之評估與推論乃依據調查成果及工程經驗進行研判,為理論性驗證前述推論,乃重新以ETAB程式進行動力及靜力分析。分析使用之構件尺寸採補強後之尺寸,混凝土強度參照鑽心取 22樣壓驗結果,取f’=210 kg/cm,鋼筋強度採f=2800 kg/cm。分析工作主要計有二大項,一為應cy 力分佈狀況之探討,二為按最新耐震法規(88.12.29版)進行設計,推求鋼筋需求量。由分析結果知,建物具相當程度旋轉效應,如圖15。若將分析結果之柱軸力加以檢視,可歸納出四周柱軸力較大,此結果與調查成果相符。 19 設計時採用ETAB後處理設計程式 CONKER進行配筋設計,依輸出結果顯示。 柱配筋約需8-#6方滿足需求,參照鋼筋電 位儀檢測,原有鋼筋應為12-#6左右,若為 擴柱者,新增主筋為12-#8,剪力及圍束部 份則由擴大部份之箍筋與混凝土承擔。由前 述得知,結構體經補強後,理論上應能滿足 新法規對抗震能力之要求。 圖15 太陽殿彎矩分配圖 四、邊坡穩定分析 由地質鑽探結果顯示,本基地地質可分為二個層次,(1)回填及表土層。(2)破碎至極破碎粉質及變質砂岩層,地下水位皆低於地表下25m。經室內試驗推估之地工參數如表1。 經以STABLE程式分析整體坡面之穩定性,並考量常時、暴雨時及地震時三種狀況進行分析,結果如表8。 表4 整體坡面穩定性分析結果 狀況 常時 暴雨時 地震時 原邊坡 1.39 1.33 1.1 乾元殿 加設地錨 1.69 1.5 1.31 太陽殿 原邊坡 1.16 1.13 0.91 20 加設地錨 1.57 1.3 1.21 ------ 規範要求 1.5 1.1 1.2 由上表知原邊坡安全係數與法規比較略有不足。若考量加設格梁地錨,再分析其穩定性,安全係數即可滿足規範要求。 肆、補強及修復工程規劃 由前述調查工作及研判驗證分析等程序後,震損原因可歸納為結構物受水平力時頂層扭轉,併同回填區基礎土壤變形量不均勻所致,該基礎土壤震後並無淘空或剪裂帶現象,且地梁僅局部縫。故補強及修復方式規劃將受損地梁以環氧樹脂補強後,及行補強上部結構或修復損傷構裂 件,建物間為吸收不同之地層反應,建議予以確實分離。後方邊坡為長遠計,建議加設地錨格梁以提高安全性。以下分列第二期補強工程建議施作之項目。 一、邊坡穩定工程 (一)原因 1. 依地質鑽探成果並考量太陽殿為填方區,邊坡穩定性不足。 2. 太陽殿後方現有土釘深度僅5m,僅做為震後裂隙鋪面固定用,對坡面穩定助益不大。 (二)處理方式 1. 增設格梁及地錨二階。(如圖16、17 ) 2. 施作地錨證明試驗,確認地錨設計預力、長度。 21 截水溝 50*70RC格樑70cm 50T地錨自由端17M? 固定端8M? 150150回填土 (20M)(17M)(29M) 圖16 格梁地錨護坡(一) 圖17 格梁地錨護坡(二) 二、太陽殿基腳補強 (一)原因 依太陽殿基礎座落於回填區,震後垂直變形量最大,且部份地梁產生裂縫。 (二)處理方式 1. 基礎地梁之裂縫以環氧樹脂灌注補強,補強範圍如圖18。 2. 開挖處以劣質混凝土回填,兼具補強基礎功能。 三、太陽殿室外右側樓梯局部重作(詳照片14) (一)原因 外掛依附於太陽殿結構體,且基礎為回填區,震後局部嚴重受損。 (二)處理方式 局部敲除重作,改為鋼梯且以伸縮縫與太陽殿結構分離,如圖19。鋼構組裝完畢後再外包混凝土版片,使與原有建物質感相契。 四、太陽殿及乾元殿交界處設置伸縮縫 22 (一)原因,震前未設置伸縮縫確實分離結構體,地震時兩側結構物動態反應不一致。(詳照片9) (二)處理方式,於撕裂樓版處設置伸縮縫。(如圖20) 圖18 太陽殿基腳補強平面圖 照片14 太陽殿室外右側樓梯 45 5CM GAP 1349? 5cm間隙 圖18 太陽殿基腳補強平面圖 圖19 太陽殿室外右側樓梯局部重作 23 1.2t不銹鋼蓋板聚硫膠加勁補強角鐵單邊固定石材1.2t不銹鋼蓋板 聚硫膠 鋸溝填縫 不銹鋼排水天溝 伸縮縫詳圖不銹鋼蓋板示意圖 圖20 太陽殿及乾元殿交界樓版撕裂處之伸縮縫設置示意圖 太陽殿與乾元殿伸縮縫處理 五、屋頂層梁柱接頭補強 (一)原因,第一階段擴柱補強工程,於屋頂下方梁柱接頭處未澆灌補強(如照片15) (二)處理方式, 考量該處施工空間侷狹,補強方式為先將柱頭混凝土局部敲開約10cm,使主筋外露以便續接接頭區之柱主筋,再以鋼索繞圍來補強,其補強方式如圖21所示。 六、太陽殿及太陰殿正面至2樓樓梯局部修復(詳照片16) (一)原因,原混凝土結構鬆動劣化。 (二)處理方式,劣質敲除重作。(如圖22) 七、圍牆基礎淘空處理(詳照片1) (一)原因,地震造成基礎週邊土壤淘空。 (二)處理方式,挖開灌漿補實。 八、結構體裂縫修補 (一)原因,經目視或修飾層敲除確認受損狀況。 24 (二)處理方式 1. 若0.2mm<裂縫寬度<1.0mm,則以環氧樹脂灌注修補。 2. 若混凝土有明顯開列鬆動時,應將鬆動部分敲除,再以樹脂砂漿修復。 3. 若混凝土有開裂嚴重,核心混凝土破碎時,將破壞部分敲除重作。 九、其他修復工程 (一)泥作工程,牆面及已完成碳纖維補強部分粉刷修飾。 (二)地坪修補,現有地坪破損部分予以原狀修復。 (三)截水溝修築,太陽殿右側截水溝修築。 伍、結論 一、震損結構物之補強成功與否,有賴於事前之調查工作,此前置作業不僅可對破壞部份做一診 斷及詮釋並提供後續分析與檢討之正確資料,有利於補強工程之規劃及設計。 二、3D視覺化工具之應用,可模擬現場於電腦螢幕上,藉由切面或鏡頭滑行可穿梭於結構物當 中,更容易了解各構件之相對位置,並有助於整體破壞行為之診斷,除此之外,藉由圖面與 外部資料連結,可快速反覆研判檢討其破壞原因,節省大量作業時間及資料整備。 三、補強工程之規劃及設計可分為地工及結構兩方面做一考量,從邊坡至基礎,從水溝到梁柱, 全部依調查結果判斷破壞成因,再擬定處理方式,藉此流程亦可發現部份原結構設計不良處 (如未設置伸縮縫),則一併處理。 四、921大地震帶給我們莫大的警示,除了法規、規範的縝密程度不足外,設計及施工皆仍有再 加強之空間。本文提供一受震損結構物之調查、分析、規劃設計及施工之作業模式,回饋予 工程界,盼往後類似之案例,皆可參考採用,並在第一時間內補強完成,確保結構物之安全 性,以避免再次受震造成二次損害。 25 照片15屋頂層梁柱接頭待補強區 照片16 太陽殿及太陰殿正面樓梯損壞情形 26 鋼纜線 圖21 屋頂梁柱接頭補強示意圖 圖22 太陽殿及太陰殿樓梯(1F~2F)修復補強示意圖 27 28