鐵路橋目視檢測之圖像化判定裂縫

交通部 技正 江明益、技監 夏明勝、運研所研究員 胡啟文

中華顧問工程司 主任 王瑞麟

一、前言

交通部於民國99年，頒布鐵路鋼結構橋梁之檢測及補強規範，之後，考量鐵路鋼筋混凝土橋梁檢測及補強作業需求，爰於104年該規範修訂作業時，新增鐵路鋼筋混凝土結構橋梁之檢測及補強相關內容，以符鐵路橋梁檢測維修作業實際需求，並將規範名稱修正更名為「鐵路橋梁之檢測及補強規範」(以下簡稱本規範)，並於108年1月14日頒布施行。

二、研究動機

本規範在前言中已揭櫫，規範解說為輔助使用者了解主文涵義，屬參考性質不具強制性；如解說所列之劣化類型、評等、損傷示意圖，及附錄所提供資料等均僅供參考，各鐵路機構或捷運主管機關，得於其養護手冊或橋梁檢測手冊中提供參考圖說，供檢測人員評等使用。然頒布後，外界一直存有諸多疑義，特別是在定期檢測解說，引用之附錄「參考資料」表R-6S(簡要版)、R-6D(詳細版)內，列出許多細微且量化的劣化描述，例如在混凝土裂縫部分，要求RC結構物裂縫寬度：介於0.2mm(含)~0.3mm(未滿)；PC結構物裂縫寬度介於0.1mm(含)~0.2mm(未滿)，且間隔小於50cm；RC結構物裂縫寬度大於0.3mm(含)，PC結構物裂縫寬度大於0.2mm(含)，且間隔大於50cm。此種量化標準，過於細微且不符實際，無疑增加檢測員執行困難度。

考量近年來橋梁檢測大部分已採平板操作，大幅提升現場操作效率，以及減少室內資料處理時間。針對肉眼不可及之橋梁構件裂縫判別，若能輔以AI影像識別技術，或能有所助益。因此，在本規範重新檢討前，筆者嘗試提出圖像化評判應用方式，結合智慧橋檢作業，希望能提升規範之執行性。

首先，鐵路橋梁整體構件種類，如圖1所示；依本規範規定，鐵路橋梁檢測項目，大致可分為20項，如表1所示。而其中可作為混凝土構件者，依序為橋台基礎、橋台、翼牆/擋土牆、擋碴牆、人行道板、欄杆及護牆、避車台、橋墩基礎、橋墩墩體/帽梁、主要構件(大梁)、次要構件(橫隔梁)及橋面板等12項。

圖1  鐵路橋梁各構件示意圖

表1  鐵路橋樑檢測構件項目表

＊：為混凝土構件者

規範在定期檢測階段，係採DERU評定方式，依序為劣化程度(Degree)、劣化範圍(Extent)、劣化情況對整體橋梁結構安全性與使用性之影響度(Relevancy)、劣化構件需維修之急迫性(Urgency)，評等準則，如表2。而針對混凝土結構物裂縫部分，大致以三要素為評定依據，分別係「裂縫寬度」、「裂縫間距」及「損傷位置」等三項，前兩項作為D值及U值之判定，後項則作為R值之判定。

表2  鐵路橋梁定期檢測評等準則

三、D與U值圖像化之表現

執行混凝土裂縫D值判定過程中，依規範規定，劣化程度2級至4級間，各有明確之判斷標準，如下表3所示，由該表顯示，混凝土結構物裂縫之劣化程度，係以定量方式提供檢測員判讀，其中裂縫寬度分別以「RC：0.3mm、0.2mm」及「PC：0.2mm、0.1mm」作為界線，同時搭配裂縫間距「50cm」作為分水嶺，因此我們嘗試以二維平面方式，設定X軸為裂縫寬度(W)，Y軸為裂縫間距(S)，將其劃分為6區塊，各區塊相應之D值，如圖2所示。

值得注意的是，針對「裂縫寬度小於0.2mm且裂縫間距達於50cm」這部分(即圖2左上角區塊)，雖然規範中未明確敘明，惟從D值分四級來看(1~4)，我們可進一步解釋該區塊就是代表D=1之情況。

表3  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫D值綜整表

圖2   鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之D值圖像化

至於劣化構件需維修之急迫性U值部分，同樣仍以裂縫寬度、裂縫間距為準則，惟按構件部位之承載功能性，RC結構物判定，包含全構件；PC結構物判定，僅含主要構件(大梁)及次要構件(橫隔梁)。綜整如表4、表5所示，另以圖3呈現其圖像化。

表4顯示，大梁構件在「裂縫寬度小於0.2mm且裂縫間距達於50cm」，這部分規範並未說明(如圖3左上區塊)，不過我們仍可從表5橫隔梁得知，合理認定該區塊即意謂U值為1。

表4  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(大梁)

表5 鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(橫隔梁)

圖3  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之U值圖像化(大梁及橫隔梁)

至於非屬大梁及橫隔梁之構件，共計10項，且均屬RC結構物，經檢視該等構件在規範內，劣化現象之敘述方式較不一致，經本研究比對研析後，仍可進一步歸納成五小類：「橋台基礎」、「橋台」、「翼牆/擋土牆、擋碴牆/無道碴床、橋墩基礎及橋墩墩體/帽梁」、「人行道板、欄杆及護牆」、「避車台及橋面板」。上述各小類綜整表，如表6至10所示，其相應之圖像化圖像，如圖4至8所示。

表6  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(橋台基礎)

圖4  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之U值圖像化(橋台基礎)

表7  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(橋台)

圖5  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之U值圖像化(橋台)

表8  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(翼/擋土牆等4項)

圖6  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之U值圖像化(翼/擋土牆等4項)

註：含翼牆/擋土牆、擋碴牆/無道碴床、橋墩基礎及橋墩墩體/帽梁等構件

表9 鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(人行道板等2項)

圖7  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之U值圖像化(人行道板等2項)

註：含人行道板、欄杆及護欄等構件

表10  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫U值綜整表(避車台等2項)

圖8  鐵路橋梁混凝土結構物裂縫之U值圖像化(避車台等2項)

註：含避車台、橋面板等構件

四、結論與建議

現行規範對於混凝土裂縫之劣化描述，存在許多細微的量化標準，實務執行上確實操作不易。茲在規範進行修訂之前，筆者提出前述創新之圖像化方法，希望能大幅改善現場檢測員執行效率。

另，規範對於混凝土裂縫U值評定標準，仍存在諸多模糊空間。例如圖3大梁及橫隔梁、圖6翼牆/擋土牆、圖8避車台等等，部分區塊顯示U介於3~4或U介於2~3等，實務應用上較難判斷，尤其在U=3或U=4二擇一之模糊空間，涉及是否要緊急處置之行為(目前規定U=4須立即處置)。因此，建議在建置此類圖像化模組前，橋梁養護管理機關或養護單位，偕同系統開發商，可針對橋齡、功能定位、環境等因素，客製化確立各U值，以簡化現場檢測員之判斷作業。

參考資料

1.鐵路橋梁之檢測及補強規範，交通部，108年1月14日。

2.鐵路橋梁檢測作業手冊，交通部臺灣鐵路管理局，110年2月3日。