「羅東核能電廠大比例圓柱體模型工程」

施工經驗談

范弘芳  技師

一、前言

羅東大比例尺模型震測計畫新建工程於民國69年開工，由於初期之擋土設施需趕在汛期來臨前完成，承攬廠商因此增加施工機具及延長工作時間，為配合廠商施工，主辦單位唯恐一名工程師難以負荷監造工作，亟需增加一名工程師協助，筆者乃奉命前往支援。

二、工程概述

本工程位於羅東鎮附近之台電的冬山變電所內，興建一座核能電廠大比例（四分之一）圓柱體模型：外徑1,050cm、壁厚30cm、頂版厚107cm、底版厚91cm、總高1,524cm，埋置土深457cm（詳圖1）之圍阻體實體，模型內密集佈設地震儀、水壓計、土壓計及沉陷儀等監測儀器，記錄地震時結構體與土壤之動態反應，藉以評估土壤-結構互制效應。

三、擋土設備

本工程地表為砂與黏土交互之軟弱淺層，以下為厚達200M以上之沖積土層。擋土設備係採用背拉式的地錨，該地錨係採以地層強度灌漿體表面握裹力控制的摩擦式地錨，錨定端使用12.7mmφ之鋼鉸線，以大環及小環間隔（詳圖2），按照FTP（國際預力混凝土協會）規範，其長度沒有超過10公尺；再加上自由端長度，超過12公尺，為一體成型無接頭且無銹蝕具光澤之新品。另，自由端係非再生高密度聚乙烯之護管包裹，承攬廠商不僅要提供材質證明和樣品送監造單位審查認可外，而且材料進場還需抽樣送驗。

圖2  摩擦式地錨示意圖

施工前為確認地錨在工區地質條件下之極限荷重行為，求取地錨設計所需參數，乃在現場安裝3支地錨進行實驗，以各階段拉力觀測時間內所測讀數之伸長量，繪製變位-對數時間曲線，暨實驗拉力-潛變，並配合施工紀錄及地質條件等，進行結果判釋。

本工程開挖深度約4.6M，採兩階次施工，承攬商為趕工計，引進四台鑽孔機具，及一組水泥漿拌合設備。每兩人協力操作一台鑽孔機具，重復鑽孔、清孔、放置預力鋼鍵及移機的作業。水泥漿灌注，依設計圖，採用跳孔施作。灌注水泥漿則由另一組人操作，由領班親自控管灌漿壓力、時間及試體之取樣製作。

鋼鍵錨定段之灌漿，係以0.45的水灰比，加無收縮摻料之水泥漿，以5kgf/cm²之灌漿壓力，將錨定段灌滿，保持定壓觀察10分鐘，如壓力下降，則再灌漿，直到壓力無下降為止。施工過程，每日至少取樣，製作一組三個水泥漿立方試體，分別於7天、21天及28天材齡，由監造單位會同廠商，親送試驗單位作抗壓強度試驗。當試體的抗壓強度達到200kgf/cm²以上時，方可開始對鋼鍵施加預力，俟鋼鍵施加預力完成，自由段鋼鍵與護管間之空隙，應灌水灰比0.5的之水泥漿，直至水泥漿由承板孔溢出為止；自由段鋼鍵灌漿後，將自由段護管延伸至外部端錨，以鋼筋混凝土密封保護。

本案地錨，第一階次施作還算順利，及至進行第二階次開挖後，即遇到豐沛的地下水，因此每天必須先將水抽排降低至開挖面後，才能進行地錨的施作。有一次突然停電，10分鐘內地下水就將二階次開挖坡面幾乎淹沒。適逢宜蘭地區多雨的季節，施工人員幾乎每天都冒雨、穿著雨靴，披著雨衣作業，倍感艱辛，監造的人員亦無例外。

四、開挖面止水困境及排除

當擋土設施全部施作完成，一面抽排水一面開挖，至圍阻體模型基底，發現地下水來自基底中央，疑是鑽探遺留的一處孔位持續湧出。施工廠商先後以回填土石、灌注水泥砂漿效果不彰，後來改採將水抽排降到開挖面以下後，逕行澆置10cm敷底混凝土，嘗試將該孔堵塞，但地下水還持續自該孔湧出，將敷底混凝土之水泥及細骨材沖失，剩下疏鬆的碎石粗骨材。施工團隊一直在尋求解決之道，也為不能順利澆置敷底混凝土而感到煩惱。

  筆者趁週日返家輪流休假之便，於週一到辦公室向部門主管陳報上述工地困擾難以解決之情事，部門主管經過深思熟慮後，認為既然不能把持續湧出的地下水阻絕，那就順勢設法將地下水導引到基底外予以抽排。於是至工地勘查後，指導承攬廠商用相同湧水孔徑的PVC管，把有L型彎頭端置入湧水孔內，將水導引到基底外設置之集水坑予以抽排（詳圖3），於是基底的敷底混凝土就順利完成澆置，而進行後續工項的施作。

圖3  地下水持續湧出抽排示意圖

五、結語

本案係台電公司為研究土壤-結構互制效應，對核能電廠之耐震設計而言，是非常重要之課題。乃與美國電力研究所等機構，合力推展之大型之現地試驗計畫，所獲得豐碩之研究成果，引起世界各國之興趣，因此，後來由美國、日本、韓國、法國及台灣等五國之電力公司及核能研究單位共同出資，於1990年開始，籌備進行花蓮地區第二期大比例尺模型地震試驗計畫。

參考資料

1.第02492章，預力地錨，94年1月24日，行政院農委會農水字第0940030270號函發佈。

2.地岩錨之設計與品質管制，現代營建雜誌社，盧錫煥編著，1998年4月。

2.基底地下水持續湧出抽排之施工經驗談，技師報，1179，范弘芳。

3.行政院原子能委員會委託研究計畫研究報告，土壤結構互制地震分析之獨立運跑（1/2），中華民國大地工程學會，陳正興，93年12月15日。