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                         第132期:地工設計規範回顧與探討
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大地工程設計與施工規範是大地工程師與技師執行業務的基礎,在工程產生爭議與糾紛時,是保護設計與施工人員的重要依據。因此研訂新的地工技術規範,是地工專業人員不可迴避的責任,需世代傳承奉獻。民國77年由地工界前輩歐晉德博士領導當時的地工菁英,完成國內第一代『建築物基礎構造設計規範』,內容為指導性的準則,為地工設計規範之濫觴。十三年之後,民國90年由台大陳正興教授領導國內各顧問公司的專家,完成第二代的『建築物基礎構造設計規範』,這部規範有詳細條文與解說,因此被工程界廣泛接受使用。民國90年迄今,已十一年,這段期間集集大地震經驗、莫拉克風災、日本東北大地震之海嘯災害及國道3號順向坡滑動等事件,都震撼教育了我們這些專業人員,由於自然災害的教訓,使土木工程的專業領域有很大的進步與變革,使得民國90年的規範在現階段顯得無法跟上其他土木專業領域的步伐,是到了該進行大規模修訂,編訂第三代地工設計規範的時刻。陳正興教授有鑑於此,特邀集地工界各領域專家學者,共襄盛舉,由不同專業領域的觀點,探討這十幾年現有規範的執行經驗與不足之處,希望集結眾人的經驗與智慧,供作研訂下一代地工設計工範之基本導引資料,這也就是本期專輯的由來,也感謝陳正興教授的用心。

本期第一篇為陳正興教授與邱俊翔博士所發表之「國內性能設計規範之基本架構與公路橋梁耐震性能設計規範之基礎設計」,內容主要介紹國內公共工程性能設計規範之基本架構與國內性能設計規範之發展現況,並以交通部最新研訂之公路橋梁耐震性能設計規範草案為例,具體說明橋梁基礎耐震性能設計之內容,使工程界得以瞭解性能設計的理念與基礎耐震性能設計方法。

第二篇是謝旭昇博士等人所撰寫的「深開挖設計規範之探討」,該文基於作者十多年使用民國90年版「建築物基礎構造設計規範」的經驗,聚焦在軟弱粘土層中擋土壁貫入深度計算規定的合理性,並以一個實際案例,說明該規定的疑義,並提供如何在規範架構內處理軟弱粘土層中擋土壁貫入深度之計算例。

第三篇為廖洪鈞教授等人所發表的「台灣地錨設計規範之探討」,內容針對民國82年中國土木水利工程學會研訂之「地錨設計與施工準則」,對於國內工程界使用近二十年來,所遇到之問題提出初步的探討。 並建議一套適合台灣天候、地質、和施工習性的簡易地錨組立方式。

第四篇為林美聆教授等人所發表之「公路邊坡設計規範研修探討」,該文首先彙整國際間相關邊坡設計規範與條文,進行比較探討;接著對臺灣現有的公路邊坡規範進行討論並提出未來編修方向。

第五篇由台灣省大地技師公會理事長陳江淮等人所撰寫之「從損害案例探討邊坡設計規範」,該文列舉三個邊坡損害案,個別探討現有邊坡設計規範不足之處,最後整理國內、外相關邊坡設計準則,進行比較探討,並提出具體結論與建議,供爾後修訂邊坡設計規範之參考。

第六篇是中興工程顧問公司吳嘉賓博士等人所發表「堆填壩設計規範回顧、檢討與修訂之芻議」,該文針對國內過去常採用的堆填壩規範,進行主題式重點回顧與檢討, 並納入國外最新發展及國內築壩經驗與安全評估心得,提出相關修訂意見,冀能提供未來研析修訂「水利建造物設計基準」之參考。

第七篇是亞新工程顧問公司胡逸舟與蘇鼎鈞經理所發表的「大地工程調查規範之回顧與探討」,該文首先介紹Eurocode 7大地工程設計技術規範中地盤調查專章之重點內容,繼則整理國內相關之地盤調查規範與規定,進行比較探討,並對未來大地工程調查與試驗規範的修訂,提出具體建議的方向。

最後附上陳正興教授於民國100年11月所召開之「地工設計規範座談會紀錄內容」,由高秋振先生費心整理,希望讀者能由會議內容,瞭解本次專輯的由來與相關背景。

回憶90年版「建築物基礎構造設計規範」編訂之過程,陳正興教授休假一年,奉獻全部心力,專心一致地想把設計規範內容修改得更為完善,實在令人感佩。展望新一代地工設計規範的編訂,除了需要有豐富的地工設計經驗與知識外,還需要有像陳教授這樣的犧牲奉獻精神。印象裡,已故的陳斗生博士也是這樣子的典範,滾滾濁世,如此的地工人物,令人緬懷。
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「地工技術」於民國72年元月創刊,迄本期為止共計發行了132期,其中僅於第26期及第70期觸及規範主題,而第37期之「風險性、可靠度、安全係數」及第109期之「性能設計方法」則似乎為目前國際上可靠度設計之趨勢,提供了基礎知識。在相隔62期(12年半時間)之後,「設計規範」再度獲得大家的重視,尤其近10多年來,國內經歷了921大地震、莫拉克風災、國道3號邊坡破壞等重大災害,加上去年日本311大地震的襲擊,設計規範的研修應是刻不容緩。至於規範之制定,政府主管機關大多委託學會或研究單位研擬規範草案,其於制訂時常會多方參考各國規範,納入考量國內本土條件而完成草案,程序上必須經公聽會審查意見,納入修正定稿,再經政府主管機關審查批准方能成案。承方總編輯邀請,為本期「地工設計規範回顧與探討」寫幾句話,鑒於學會現亦承接政府機關委託制訂規範(草案)研究計畫,故斗膽應允,撰文與大家分享。

地工人最熟知的應是極限平衡(Limit Equilibrium)理論,規範上的安全係數也多依此觀念訂定。以大家熟知的邊坡穩定分析程式,STABLE為例,於分析結果之表單上即顯現常時、暴雨或地震時之滿足規範所訂安全係數之分析結果。教學上也常因此被問到的就是這些安全係數於常時、暴雨或地震時是如何訂出?是否有理論根據?此外,該程式只是極限平衡理論之一,若採用其他不同理論,是否仍採用同樣的安全係數?此外,該程式常被業界延伸分析地錨或排樁穩定邊坡,甚或岩石邊坡,則又是值得再討論的問題。

隨著電腦的發展,數值分析方法也漸漸成為工程師設計、分析採用之主流方法,亦有學者應用有限元素法或其他數值方法,以極限分析(Limit Analysis)得出上限(Upper Bound),或下限(Lower Bound)之結果,再與極限平衡分析結果對照,不過,由於理論過於繁複,分析不易,實務上較少被使用。

歐美國家隨著結構設計規範由工作應力法漸改為可靠度設計之規範,大地工程的設計規範似乎也逐漸朝此方向努力。傳統方法上有關土壤變異、試驗方法、分析模式等之不確定性都隱含在安全係數內,於可靠度分析則將這些可能的不確定性以量化的部分參數(Partial Factor)來處理,再以極限狀態設計法(Limit State Analysis),而形成新一代設計規範的主流。

規範之制定是一項龐大的工程,要訂的完整更屬不易。雖然大家都熟悉的傳統規範經常引用,為因應世界潮流,勢必要擬定並更新規範,工程師們亦勢必隨之逐步調整,以適應新的趨勢。目前國家公共工程委員會已經著手推動公共工程性能設計準則或規範之研究,本期黃主編即時邀請到國內地工界一時之選,為大地工程規範未來之發展架構撰文,必能為各主管機關未來之規範制定提供最佳之參考。

臺灣大學陳正興教授於民國100年11月曾邀集國內諸多專家學者為未來「地工設計規範」發展舉辦座談,討論結果建議規範之研修應有短、中、長期計畫,並建議於大地工程學會規範小組或技術委員會檢討現有地工相關規範,逐步檢討,並將建議撰文於相關專業雜誌或平台以廣徵意見。或可先草擬設計準則或成立一研究案,俟內容充實完整後再形成規範。以上所述建議,個人也準備於大地工程學會提案討論,覓得機關單位經費協助,逐步推動。至於對於工程師們的教育與訓練,應可俟各相關規範之研修有具體成果後,以舉辦座談會或研討會的形式與工程師們共同研討。唯各類的規範何其繁多,或許應先彙整國內各單位與地工相關的規範或準則列表,集思廣益後列出研修的優先順序。

另一建議是再進一步向下扎根,讓學生於學習之初始對「設計」之要求為何有所認識。我們所熟知的美國名校──麻省理工學院近年來於網路上開設負責的「開放式課程」,其中有一門最基礎稱為「From Designing to Building」的課程,作業內容係要求學生於固定的木板尺寸及厚度(並給定楊氏模數)及需掛外套之重量已知之條件下,設計及建造一座置衣架。而學生於設計此置衣架時,必須自行定義安全係數,並且合理解釋其自我定義之適當性。此外,學生作品的設計必須滿足自己訂出的可接受的變形量,且須說明其值之合理性。個人認為這實在是非常棒的一門課,一項作業即可讓學生習得一項工程設計所需考量的安全性及滿足服務性的功能。

「地工技術基金會」是屬於所有地工朋友們的園地,近30年來已為地工界提供諸多貢獻。「地工技術」發行至今,100多期的內容涵蓋了我國近30年來的各重大公共建設及民間工程之專業撰述與研討分析,包括了高速公路、高速鐵路、捷運工程、水壩工程、災防工程,以及101大樓等之規劃、設計與工程技術之探討,本刊確係國家有關大地工程最完整的紀錄,亦為大地工程界最有價值的資產。個人相信本期相關「規範」研修之探討,應可為未來數10年地工新世代相關規範之制定奠定穩固的基礎。
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