劉玉平/ 彰化縣政府建設處 處長
李秉鍠/ 彰化縣政府建設處建管科 科長
胡志昕/ 新中光物理探測公司 總經理
蕭秋安/ 台灣世曦地工部 協理
周坤賢/ 台灣世曦地工部 副理
王玟雅/ 台灣世曦地工部 工程師
同一地震往往在各地區造成不同反應，除了與震源距離遠近，地盤特性亦是影響地震波傳的重要因子。假使地震波傳週期與建築物自然振動週期一致而產生共振，將造成建築物嚴重損害。因此瞭解場址地盤特性，將對地震防災規劃有正面幫助。
近年來，地盤特性研究，多以地表下30m內土層的平均剪力波速(VS30)為重要指標。本文選定彰化縣鹿港鎮一場址，施作一系列地球物理探測試驗，包括懸盪式速度井測、下孔式速度井測、跨孔式速度井測、多頻道表面波頻散法，以獲取調查場址之VS30，提供後續建築物規劃設計與安全評估參考應用，各項探測方法及成果詳述如後。
1.懸盪式速度井測
懸盪式速度井測系統，包含探測棒、捲揚機、資料擷取器。探測棒係由1組自發性人工震源、2組固定距離三方向受波器結合成。探測方式，係由鑽孔內自發震波，經孔壁及地層傳至近端及遠端受波器，讀取兩受波器之震波波列時間差，用以計算各深度地層P波與S波波速，如圖1所示。
此探測法典型量測波形，如圖2。其中V1、V2代表近端及遠端垂直向受波器訊號，通過紀錄P波訊號起始、到達時間，H+1、H+2代表正向水平震波下，近端及遠端水平向受波器訊號；H-1與H-2代表反向水平震波下，近端及遠端水平向受波器訊號，利用正、反向水平震波180度相位差之特性，可判斷S波起始、到達時間。
2.下孔式速度井測
下孔式速度井測的施作原理與懸盪式速度井測相似，惟震源置於地表、受波器設置於孔內。探測方式，係以鐵鎚水平正向及反向側擊地表枕木，產生180度位相位差之震波以利波形辨認，如圖3；並記錄震波傳達至鑽孔內各深度時間、繪製震波走時曲線，而任意相鄰兩點的斜率倒數，即該段土層的S波波速，如圖4所示。
3.跨孔式速度井測
跨孔式速度井測法的施作原理與下孔式速度井測相似，惟震源與受波器置於不同鑽孔內。探測方式，係利用孔內重鎚分別向上及向下鎚擊，製造180度相位差之震波，經孔壁及地層傳至另一鑽孔同深度之受波器，並記錄震波由震源孔至接收孔之波傳時間，進而求取S波波速，如圖5所示。
此探測法典型量測波形，如圖6，量測深度位置共有6道訊號，頻道Ch1~Ch3分別為向上敲擊時，2組水平向受波器訊號與1組垂直向受波器訊號，頻道Ch4~Ch6分別為向下敲擊時，1組垂直向受波器訊號與2組水平向受波器訊號。跨孔式速度井測只需判釋出各深度之垂直向受波器訊號起始、到達時間，該訊號與敲擊方向平行，即代表為S波訊號。
圖1 懸盪式速度井測施作示意圖
圖2 懸盪式速度井測典型量測波形
圖3 下孔式速度井測探測施測示意圖
圖4 下孔式速度井測典型震波走時曲線
圖5 跨孔式速度井測探測施作示意圖
圖6 跨孔式速度井測典型量測波形
4.多頻道表面波頻散法
多頻道表面波頻散法，係將多個受波器以直線方式等距鋪設於待測地表上，於兩兩相鄰受波器的中點位置，以重鎚製造震源，並記錄每次敲擊後所有受波器的訊號，如圖7所示。
此探測法之S波速度剖面處理流程，如圖8，首先將震波記錄依施測震源、接收器位置作整理排序，獲得每個同中點(Common
Midpoint)及該處之不同展距表面波記錄，接著計算每處同中點表面波記錄之相位，隨記錄展距之改變交叉比對，透過時間、頻率域之空間與速度轉換，疊加獲得頻散曲線圖；再據此進行地層波速模型之反演運算，獲得該同中點最佳一維S波速度與深度關係剖面圖，最後將所有同中點的一維S波速度與深度剖面，整合繪製為二維S波波速成果圖。本場址探測成果如圖9，土層S波波速隨深度由120m/s增加至250m/s。
圖7 表面波探測震波傳播示意圖
圖8 多頻道表面波頻散法資料處理流程
圖9 多頻道表面波量測震測法之二維S波速度成果圖
5.成果綜整
本文採用前述四種地球物理探測技術，針對彰化縣鹿港鎮一場址進行土層剪力波波速調查，結果顯示：地表下30m內土層之S波波速，有隨深度增加趨勢(120~250m/s)，VS30落於190~225m/s，屬於第二類地盤。
另依照建築物耐震設計規範建議之經驗公式，由SPT-N推算得之Vs值與現地量測結果差異不大，足見現有地層波速探測技術，已具備相當穩定性與準確性，如圖10所示。
圖10 本場址土層剪力波速度調查成果綜整圖
【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載；未經允許請勿任意轉載】
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