山坡地災害防治執行計劃

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1 邊坡穩定補強操作手冊 目 錄 一 二 三 四 前言... 1 手冊適用範圍... 2 名詞定義... 3 手冊使用單位 一 作業流程... 5 二 邊坡擋土設施破壞類型 常見災害類型分析 邊坡擋土設施破壞模式 裸露邊坡破壞類型 三 邊坡擋土設施破壞原因 引致邊坡擋土設施破壞原因分析 擋土牆身裂縫原因分析 擋土設施結構補強之重要性 四 邊坡穩定設施改善對策 降低側向壓力 增加側向抵抗力 改善土壤工程性質 其他破壞改善對策 邊坡穩定設施補強工法 地錨工法 抗滑樁工法與樁基礎 土釘工法 土壤改良工法 排水工法 結構補強工法 裂縫修補工法 斷面補強工法 六 補強工法總體評估與選擇原則 補強工法成效總體評估 補強工法之選擇原則

2 邊坡穩定補強操作手冊 圖 圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6 圖7 圖8 圖9 圖 10 圖 11 圖 12 圖 13 圖 14 圖 15 圖 16 圖 17 圖 18 圖 19 圖 20 圖 21 圖 22 圖 23 圖 24 圖 25 圖 26 圖 27 圖 28 圖 30 圖 31 圖 32 圖 33 圖 34 目 錄 作業流程圖... 5 坡地因地表排水不良而坍塌 對住宅產生衝擊... 7 土石流對住宅產生生命威脅... 7 豪雨時建築物擋土牆所產生之破壞現象... 7 豪雨時建築物擋土牆之破壞分析... 7 地震時建築物作為擋土牆所產生之破壞現象... 8 地震時建築物作為擋土牆所產生之破壞分析... 8 地下排水涵管滲漏引發地盤下陷... 9 地層下陷或淘空情況... 9 擋土護坡破壞情況 擋土護坡破壞後土石流失 因差異沉陷而引起擋土牆前傾 由牆背後大量填土所引致之擋土牆沉陷 整體邊坡沿擋土牆下方更深處之滑動面破壞 邊坡坍滑對山坡下方產生威脅 邊坡坍滑導致建築物傾斜 社區整體地層潛變破壞 因潛變破壞建築物室內呈嚴重龜裂 道路邊坡坍滑 道路邊坡坍滑與土石崩落 坡高甚高採重力式擋土牆斷面明顯不足 邊坡地下水豐富造成邊坡下滑 擋土護坡破壞危及建築物安全 民國 85 年賀伯颱風產生之土石流 民國 90 年桃芝颱風產生之土石流 擋土牆背之地面有張力裂縫發生 擋土牆排水構造示意圖 不透水的檔土牆護坡需設置洩水管 由地表加載所導致之側向壓力 擋土牆滑動而損壞建築 擋土牆之設計性裂縫 坡地不正常開裂情 坡面裂縫情形

3 邊坡穩定補強操作手冊 圖 35 圖 36 圖 37 圖 38 圖 39 圖 40 圖 41 圖 42 圖 43 圖 44 圖 45 圖 46 圖 47 圖 48 圖 49 圖 50 圖 51 圖 52 圖 53 圖 54 圖 55 圖 56 圖 57 圖 58 山坡地穩定調查 洩水管有雜物阻塞 排水溝應隨時清除雜物避免淤塞 地錨工法放置位置圖 地錨構造示意圖 錨頭 錨拉式擋土牆錨頭掉落 擋土牆之錨頭如有銹蝕或開裂進一步檢測 錨頭鏽蝕後與地層間膠結 林肯大郡錨頭掉落 林肯大郡 掉落之情形 錨拉式擋土牆完工後牆面滲水 林肯北側邊災變現場 地錨施工流程圖 邊坡之破壞類型 邊坡穩定工法之分類 邊坡穩定工法選擇流程圖 抗滑樁示意圖 牆後透水料排水層之布設方式 邊坡內部排水工法示意圖 以環氧樹脂填補裂縫示意圖 纖維強化材料補強工法示意圖 纖維前化高分子複合材

4 邊坡穩定補強操作手冊 表目錄 表 1 不同裂縫種類需求比較整理 表 2 擋土設備破壞問題補強與方法 表 3 擋土設備破壞與補強方法之一 表 4 土丁極限拉出阻抗 表 5 土釘極限拉出抗阻之一 表 6 牆後排水層之佈設方式與比較 表 7 環氧樹酯封塞劑規格 表 8 環氧樹酯灌注濟規格 表 9 裂縫填補工法整理 表 10 英國及其他規範之裂縫寬度限制 表 11 日本隊海洋混凝土裂縫寬度限制 表 12 各國規範最大裂縫寬度限制

5 邊坡穩定補強操作手冊 一 前言 為了加強使用中山坡地住宅社區的安全維護宣導, 進行山坡地防 災宣導手冊系列叢書編製工作, 包含自主性安全檢視 危險預警通報 一 前言 安全鑑定與邊坡穩定補強等內容 本 ( 邊坡穩定補強操作 ) 手冊, 主要參考本所 山坡地社區邊坡穩定設施補強及評估彙編 ( 林美聆 ) 研究案編寫, 為山坡地防災宣導手冊系列叢書第四冊, 內容包含山坡地社區邊坡檔土設施破壞類型 邊坡檔土設施破壞原因 邊坡穩定設施改善對策 邊坡穩定設施補強工法以及補強工法評估與選擇原則等, 提供居民與專業技師溝通的橋樑 1

6 山坡地社區安全系列叢書 4 二 手冊適用範圍 二 手冊適用範圍 ( 一 ) 本手冊適用山坡地住宅社區之邊坡穩定設施補強作業 ( 二 ) 補強作業內容包括以下項 : 1. 邊坡檔土設施破壞類型 2. 邊坡檔土設施破壞原因 3. 邊坡穩定設施改善對策 4. 邊坡穩定設施補強工法 5. 補強工法總體評估與選擇原則 2

7 邊坡穩定補強操作手冊 三 名詞定義 ( 一 ) 山坡地 : 指依據 山坡地保育利用條例 第三條規定為 : 1. 實施都市計畫 區域計畫及經內政部指定地區 2. 國有林事業區 試驗用林地 及保安林地外, 經省 ( 市 ) 主管機關參照自然形勢 行政區域或保育 利用之需要合於下列情形之一者 : (1) 標高一百公尺以上者 (2) 標高未滿一百公尺而其平均坡度在百分之以上者 三 名詞定義 ( 二 ) 住宅 : 本手冊所指住宅係指建築於山坡地之住宅, 可分為 集合住宅與獨立住宅建物 ( 如 : 透天別墅 連棟透天 雙 拼透天等 ) 兩類 3

8 山坡地社區安全系列叢書 4 四 手冊使用單位 四 手冊使用單位 ( 一 ) 主管機關 : 指山坡地社區之主管機關, 在中央為內政部營建署, 在地方為縣市政府, 於本手冊中央主要負責法令之修訂及資源統籌運用, 地方主要負責法令之執行及安全程度鑑別和責任區分工作 ( 二 ) 專業團體 : 指專業之技師公會 學術團體等, 可依法令或經政府指定進行山坡地社區公共安全檢查或安全鑑定之單位, 受社區管理委員會 建設公司及營造廠 司法相關各級法院及簡易庭委託做社區公共安全檢查, 或依保全業者通報資料判斷安全程度或赴現場調查, 可依本手冊內容項目提出公正之報告書 ( 三 ) 社區管委會 : 指山坡地社區依公寓大廈管理條例由社區區分所有權人組成之管理委員會, 於本手冊主要負責委託辦理鑑定作業 配合現場勘查 提出輔助協驗資料及溝通協調社區居民等工作, 為協助執行社區安全鑑定作業之主要單位 4

9 損壞瑕疵修復邊坡穩定補強操作手冊 ( 一 ) 作業流程 發生損鄰事件 自主檢視檢定 委外安全鑑定評估 現況評估安全評估安全鑑定報告建議委託補強作業 邊坡檔土設施破壞類型 邊坡檔土設施破壞原因 邊坡穩定設施改善對策 邊坡穩定設施補強工法 補強工法總體評估與選擇原則 圖 1 作業流程圖 5

10 山坡地社區安全系列叢書 4 ( 二 ) 邊坡擋土設施破壞類型 山坡地工程較一般平地更容易發生災變, 且在坡地施工完成後, 往往仍存在危險性, 常見的坡地災害, 就發生的原因來分類, 大致上可以區分為六大類 而在這些災害發生的原因中, 以地表及地下排水不良所造成的坡地災害佔最多數, 由於其發生的原因不同, 所需的防範之道及可能的處理對策也大不相同, 以下就各類型災害發生的不同原因 破壞情形及處理對策茲分列於下 : 1. 常見災害類型分析 (1) 地表排水或地下排水不良所引起的坡地災害坡地社區的開發, 在設計階段沒有妥善規劃地表及地下排水措施, 或是根本沒有將排水部份列入規劃及設計中詳加考量, 而直接在河谷或原來的排水路上進行大規模的之整地計畫, 並在回填的谷地上蓋起一棟棟的建築物 由於如此, 肇因於地表及地下排水不良所引起的坡地災害, 往往是佔最多數, 其對坡地旁住家安全影響最大, 如圖 2 圖 3 所示 其破壞情形及處理對策分為以下兩點 : A. 地表排水措施不良破壞情形 - 造成規模大小不等之沖蝕溝或崩塌 處理對策 - 增設各種地表排水渠道, 如截流溝 陡槽等 B. 地下排水措施不良破壞情形 - 擋土牆破壞或掏空 6

11 邊坡穩定補強操作手冊 處理對策 - 以盲溝 集水井 水平集水管或排水 廊道宣洩地下水 圖 2 坡地因地表排水不良而坍塌, 對住宅產生衝擊 (2) 以建築結構物作為擋土構造所造成的災害 圖 3 土石流對住宅產生生命威脅 由於地形的關係, 山坡地之建築物在靠山之一側, 常需以擋土護 坡加以擋土, 若山坡地社區開發的投資者為了省錢或創造出更大的使 用空閒, 便會直接利用建築結構物本體來當作擋土設施 破壞情形 - 建築物破壞, 可分豪雨時與地震時兩種, 其破壞現象 與分析, 如圖 所示 處理對策 - 儘量避免以建築物兼做擋土構造 圖 4 豪雨時建築物擋土牆所產生之破壞現象 圖 5 豪雨時建築物擋土牆之破壞分析 7

12 山坡地社區安全系列叢書 4 (3) 滑動規模或破壞模式判斷不當一般來說, 傳統重力式或半重力式擋土牆僅能適用於淺層滑動或無明顯滑動之邊坡滑動保護, 當地質有明顯弱面存在時, 傳統之擋土護坡即不大適用 由於滑動規模或滑動深度判斷不當, 而一直無法有效處理的邊坡十分的多, 而欲瞭解破壞規模及滑動深度, 借助於更精確的觀測系統及地質調查是十分重要的 破壞情形 - 邊坡整體破壞 處理對策 - 以觀測系統及地質調查, 確定滑動規模及破壞機制, 並適度調整擋土設施 (4) 軟弱地盤高填方區構築擋土牆在軟弱地盤上之高填方擋土牆常發生破壞, 其可分為兩部份, 一部份是由於高填方區下方承載地層之承載力不足或沈陷量過大所導致的破壞, 如圖 8 圖 9 所示, 必須以各種地盤改良方式加以改良, 以提高下方土層之承載力及減少其沈陷量, 方可解決 圖 6 地震時建築物作為擋土牆所產生之破壞現象 圖 7 地震時建築物作為擋土牆所產生之破壞分析 8

13 邊坡穩定補強操作手冊 一部份是由於擋土護坡本身設計斷面或強度不足所產生, 此種情形需檢討擋土護坡之細部設計標準, 並加以改善 破壞情形 - 填方區擋土牆龜裂破壞 處理對策 - 以改良方式提高地盤之承載力及減少沈陷量或擋土牆基採用樁基礎 圖 8 地下排水涵管滲漏引發地盤下陷 圖 9 地層下陷或淘空情況 (5) 地錨施工品質不良或錨定力不足地錨擋土護坡, 由於地錨可提供甚大之抗拉力, 故可使用於有深層滑動可能或邊坡甚高之擋土結構, 但由於地錨要求之施工品質較高, 故若無良好的施工品管及經過一定的地錨試驗程序, 失敗的可能性便非常大 除了施工品質不良導致破壞外, 原因尚有滑動規模判斷不當或設計時假設之地下水位或滑動面參數不當所致 破壞情形 - 邊坡整體崩壞 處理對策 - 進行各種地錨品管試驗, 更換或補施作地錨, 並加強地錨的防蝕措施 9

14 山坡地社區安全系列叢書 4 (6) 地錨施工程序不當在施作錨拉式擋土護坡時, 必須先施作擋土護版, 按著再進行地錨之施鑽 灌漿及施預力等工作 在擋土護版完成而地錨尚未施加預力前, 是最危險之階段 在此階段極可能因為擋土護版已承受若干之土壓力, 再加上擋土版下方之地層受地下滲流或雨水掏空之影響, 使得在地錨尚未施扭預力前, 便產生護版下滑破壞 破壞情形 - 擋結構破壞 處理對策 - 由上而下施工, 必要時採跳島方式施工 2. 邊坡擋土設施破壞模式邊坡擋土設施之破壞模式, 大致可分為滑動破壞 傾倒破壞 承載力不足 沉陷量過大 及整體滑動破壞等類, 以下將針對此類破壞模式及造成原因加以介紹 : (7) 滑動破壞擋土設施基底之水平抵抗力, 不足以抵抗牆背土體之水平側向壓力時, 將可能造成擋土牆被向外推出破壞, 以致失去其擋土功能, 如圖 10 圖 11 所示 造成原因有 : A. 擋土牆背後之側向壓力過大 B. 擋土牆之側向抵抗力不足由於牆背後土體 水及地表加載所造成水平側向分力, 有將擋土牆沿基底向前推動之趨勢, 此一滑動作用係由牆基底與土壤間之水平抗剪力及牆基前方覆土之被動土壓力提供阻抗, 而牆基底處之水平抗剪力來源主要可分為基底與土壤間之摩擦力與凝聚 10

15 邊坡穩定補強操作手冊 力 擋土牆之抗滑動安全係數即為其水平阻抗力對水平作用力之 比, 一般採用 1.2~1.5, 視該擋土牆之重要性而定 圖 10 擋土護坡破壞情況圖 11 擋土護坡破壞後土石流失 (1) 傾倒破壞擋土牆抗傾倒之穩定力矩不足以抵抗驅使傾倒的力矩時, 將造成擋土牆對牆趾產生傾倒破壞之現象 造成原因有 : (A) 擋土牆背後側向壓力過大 (B) 擋土牆之抵抗傾倒力矩不足 (C) 基礎土壤之差異沉陷 (D) 擋土牆身高度過高 由於牆背之土體 地下水及加載所造成之側向力, 產生使擋土牆有被推翻趨勢之傾倒力矩 ; 而擋土牆重及牆基上之土重則可使其趨向穩定 擋土牆傾倒之穩定檢核, 係以牆趾為支點, 對該點取傾倒力矩及抵抗傾倒之穩定力矩 擋土牆之穩定力矩對傾倒力矩的比值即為抗傾倒安全係數 一般抗傾倒之安全係數採用 1.5~2.0 11

16 山坡地社區安全系列叢書 4 (2) 承載力不足當擋土牆基底下方土壤過於疏鬆 軟弱時, 則可能發生基礎土壤之承載力不足現象, 而產生承載力破壞 造成原因有 : (A) 基礎土壤承載力不足 (B) 基礎土壤承載過重 擋土牆基底下方土壤必須有承載上方擋土牆體與土體之重量, 若基礎土壤過於軟弱 剪力強度過低, 則極可能發生承載力不足破壞, 造成擋土牆之大量沉陷 滑動 傾倒等破壞現象 對於擋土設施基礎承載能力之安全係數通常採 3.0 設計, 而短期性載重之安全係數亦須在 2.0 之上, 與一般結構物基礎要求無異 (3) 沉陷量過大擋土牆因基底下方土壤沉陷量過大, 而造成擋土牆大量沉陷之現象並有可能引致擋土牆之傾倒 造成原因有 : (A) 基礎土壤壓縮性過大 (B) 基礎土壤沉陷不均勻引致之差異沉陷 (C) 基礎土壤承載過重擋土牆底部之土壤受擋土牆自重及牆背土體作用時, 若其下方土壤過於疏鬆軟弱, 以致產生大量的沉陷或是發生不均勻的差異沉陷, 同時若擋土牆基礎發生承載力不足時, 亦可能引發大量之沉陷, 而沉陷量過大將會造成擋土牆的毀損 過量沉陷與傾倒 ( 見圖 12 與圖 13 所示 ) 12

17 邊坡穩定補強操作手冊 圖 12 因差異沉陷而引起擋土牆前傾 圖 13 由牆背後大量填土所引致之擋土牆沉陷 (4) 整體滑動破壞擋土設施所在之邊坡土體若產生一整體性之滑動破壞, 此稱為整體滑動破壞 造成原因有 : A. 擋土牆基底土壤或背填土過於軟弱 B. 邊坡深處有潛在滑動面擋土設施之效用即在穩定邊坡土體, 避免邊坡土體滑動破壞 當擋土牆之背填土及牆基土壤較為軟弱時, 擋土牆可能產生一整體滑動而導致破壞, 其情形與一般邊坡之滑動破壞類似, 如圖 14 如圖 15 圖 16 所示 若擋土牆下方有一較軟弱之土層或弱面, 則滑動面有可能在此土層或弱面內發生 若在設計分析時錯估邊坡的滑動位置 滑動規模, 如擋土牆後方土體的整體滑動面在更深層處, 既有的擋土結構位於地表淺層, 則將無法有效阻擋土體的整體滑動破壞, 既有擋土設施則無法發 13

18 山坡地社區安全系列叢書 4 揮其穩定效果 邊坡坍滑情形分別如圖 17 圖 18 圖 19 圖 20 所示 圖 14 整體邊坡沿擋土牆下方更深處之滑動面破壞 圖 15 邊坡坍滑對山坡下方產生威脅 圖 16 邊坡坍滑導致建築物傾斜 圖 17 社區整體地層潛變破壞 圖 18 因潛變破壞建築物室內呈嚴重龜裂 14

19 邊坡穩定補強操作手冊 圖 19 道路邊坡坍滑 圖 20 道路邊坡坍滑與土石崩落 3. 裸露邊坡破壞類型 邊坡不論係自然邊坡, 或經過整地開發之開挖式邊坡及填築式邊坡, 依所可能發生之破壞現象, 按其破壞過程中邊坡土石之運動方式, 大致可分為下列數種破壞類型 : (1) 崩落 (Falls): 土壤或岩石從一陡坡沿著表面分離, 其間少許或沒有剪力位移發生, 這些土石材料 ( 物質 ) 大部分隨即掉落 風化或滾下坡 通常在懸崖或陡坡上之裂縫逐漸擴大或裂縫被水填充, 而增加側向推力, 使土石驟然墜落 另外, 陡坡之坡趾開挖或河岸邊受河流侵蝕淘空亦常發生土壤崩落現象, 如圖 21 所示 圖 21 坡高甚高採重力式擋土牆斷面明顯不足 15

20 山坡地社區安全系列叢書 4 (2) 滑動 (Slide): 邊坡土體或岩體向下移動之現象, 主要發生在破裂表面或強度軟弱之土中, 依滑動方式叉可分為平面滑動與圓弧形滑動兩類 當邊坡土石滑動與坡面近似平行之層面 斷層 裂縫產生時, 則發生平面滑動破壞 ; 右邊坡土體為均質軟弱土壤時, 則滑動破壞面大略為一圓弧狀, 稱為圓弧形滑動, 通常此類破壞, 在坡頂處的滑動面較陡, 在坡趾處之滑動面較緩 (3) 流動 (Flow): 此類土石之運動方式類似黏性流體, 可分為土流 (Earth Flow) 泥流(Mud Flow) 及碎屑流或稱土石流 (Debris Flow) 等數種, 通常在大雨中或大兩後發生, 其破壞係由於孔隙水壓逐漸上升, 土壤強度減少所致 土石流動之速度從慢至快不等, 取決於邊坡傾斜度及土壤含水量等因素, 如圖 22 所示 圖 22 邊坡地下水豐富造成邊坡下滑 ( 資料來源 : 廖瑞堂 ) (4) 複合型 (Complex): 即同時或先後發生兩種類型以上之邊坡破壞類型者, 稱為複合型破壞 造成各種類型邊坡破壞之原因, 主要可分為自然環境因子與人為活動影響兩類, 而自然環境因子叉可分既有潛因與外來誘因兩種, 在以下分列敘述 : A. 自然環境因子 16

21 邊坡穩定補強操作手冊 (A) 既有潛因包括有地形與地勢 邊坡傾斜度 地質構造性質 大地應力狀況 坡面被覆狀況 地下水壓 崩積土等因素, 如圖 23 所示 圖 23 擋土護坡破壞危及建築物安全 (B) 外來誘因包括有颱風豪雨 地震 地表逕流 地表水入滲 河岸淘刷 河谷解壓 風化侵蝕等因素, 如圖 24 圖 25 所示 圖 24 民國 85 年賀伯颱風產生之土石流 圖 25 民國 90 年桃芝颱風產生之土石流 17

22 山坡地社區安全系列叢書 4 B. 人為活動影響包括有大量挖填土石方 順向坡不當築路而挖除坡趾 濫墾 濫伐 破壞表土 破碎帶 脆弱地質區興建大型構造物 不當之農耕方式及不合理的土地利用等 在邊坡破壞問題中, 數種因素之組合, 會造成相當之差異性, 故即使是同一類型之破壞, 其所引致之原因也不盡相同 所以在本節雖將邊坡破壞類型予以分類, 但仍無法依其所破壞之類型, 即判定造成邊坡破壞之原因, 故在邊坡穩定工程設計之時, 仍須謹慎進行調查, 詳究其發生原因, 方可針對引致破壞之原因進行治理, 以獲致理想的穩定整治成效 ( 三 ) 邊坡擋土設施破壞原因 1. 引致邊坡擋土設施破壞原因分析 造成各類擋土設施破壞之原因有許多種, 其中同一種原因也可能因為其他外在條件之不同, 而引致不同之破壞模式, 亦有可能引致不同之破壞模式同時發生, 故本節針對各項可能引發擋土牆破壞之因素, 做綜合性之說明 造成擋土牆破壞之原因, 大抵可分為擋土牆所受側向壓力過大 擋土牆之抵抗側向力不足 土壤工程性質不良與其他因素等四大項, 其中又可列出數小項以做更詳細之敘述 18

23 邊坡穩定補強操作手冊 (1) 擋土牆背後之側向壓力過大擋土牆背後靜態之水平側向壓力的來源主要包括側向土壓力 水壓力及由牆後地表加載所造成之側向壓力三類, 另外若受地震或動態載作用時, 擋土牆將會承受動態之土壓力 水壓力作用, 而此處僅討論靜態側向壓力對擋土牆之影響 A. 側向土壓力 側向土壓力的大小與牆後背填土的種類及緊密程度有關 由於一般土壤之單位重變化不大, 所以牆後背填土的緊密程度為主要影響者, 若背填土愈疏鬆則指土牆所承受之側向土壓力愈大, 如圖 26 所示 圖 26 擋土牆背之地面有張力裂縫發生 一般擋土牆施作會先將邊坡超挖, 以開闢出一施工空間, 而牆背 後之空間須回填排水性良好之砂土, 並施作牆身的排水措施 而擋土 牆背後之回填砂土必須做好分層滾壓工作, 牆後背填土夯實緊密將可 19

24 山坡地社區安全系列叢書 4 增加牆背土體之剪力強度, 並降低擋土牆背後之側向土壓力 然而許多擋土牆在施作時, 並未使用適當之回填土, 而夯實作業未確實進行, 造成牆後土壓可能超過設計預期, 形成過大之土壓力, 且排水設施也無法順利運作 B. 水壓力 擋土牆背後水壓力來源為雨水或地表逕流入滲及地下水滲流造成 擋土牆背所受之水壓力亦為主要之側向壓力之一, 對擋土設施之穩定性有重大之影響, 地表水及地下水常為促使邊坡滑動的主要禍源 豪雨或持續下雨期間山區常發生坡地坍方造成道路中斷即為最佳之証明 排水良好與否, 對邊坡 擋土設施的穩定性有極大的影響 一般在設計擋土設施時, 為避免牆身受到水壓而引起較大之側向壓力, 通常在牆背均設計有排水措施, 可將擋土牆後之入滲水排除, 以降低牆背後之水壓力, 典型之排水措施如圖 28 因此一般擋土牆均設有洩水孔, 且牆背回填土均以透水性良好之砂 礫石為主, 以減少擋土牆受水壓力之可能性 圖 27 擋土牆排水構造示意圖 20

25 邊坡穩定補強操作手冊 然而在滲透水豐富或地下水位高之地區, 因牆身排水孔的堵塞 擋土牆身未設計排水或施工不當, 常造成擋土牆之排水設施無法正常運作, 以致牆後入滲水無法順利排除, 蓄積而成一過大之水壓力, 水壓之作用係依其水位高度呈靜水壓力狀態分佈 因此, 需設置洩水管或集水管等排水管, 如圖 28 所示 擋土牆洩水管亦應經常予以檢視是否異常, 其標準作業流程 (S.O.P) 如圖 29 所示 圖 28 不透水的檔土牆護坡需設置洩水管或集水管等渲洩擋土牆背 圖 29 擋土牆洩水管之檢視程序 21

26 山坡地社區安全系列叢書 4 此外, 牆背土壤在長期浸水狀況下, 可能導致軟化而降低其剪力強度, 在分析時亦應加以考慮 一般而言, 地下水位高時, 擋土牆所受到額外之側向壓力增加, 且由於土壤強度降低致使土壓力可能再增加, 造成雙重不利之影響, 故擋土牆背之排常列為修復補強之優先措施 C. 地表加載所造成之側向壓力 擋土牆背後附近建築物之基腳 交通 施工機械等之荷重也會施加載重在牆背土體地表上, 而這些加載將使擋土設施所受之側向壓力增加 地表加載大致可分為點荷重 線荷重 條狀荷重及均勻荷重, 其對擋土設施造成之側向壓力之作用影響如圖 30 所示 圖 30 由地表加載所導致之側向壓力 22

27 邊坡穩定補強操作手冊 (2) 擋土牆之側向抵抗力不足擋土牆的側向抵抗力來源有牆身自重 ( 主要針對重力式擋土牆而言 ) 底版上之土體重, 以及由其他穩定構件, 如地錨 抗滑樁等所發揮之側向力 若側向抵抗力不足, 無法抵抗擋土牆背後之側向力, 則擋土牆可能產生滑動破壞 ; 若由側向抵抗力及自重所形成之抗傾倒力矩不足, 則有傾倒破壞之危險 A. 牆身自重或牆底版寬度不足 擋土牆本身之自重及底版上方之土體重, 是用以抵抗滑動破壞與傾倒破壞的主要阻抗能力之一 重力式擋土牆依賴自身的重量, 以產生足夠之摩擦力來抵抗牆後土體的滑動力, 當重力式擋土牆本身自重不足時, 即可能產生擋土牆的滑動破壞, 如圖 31 所示 圖 31 擋土牆滑動而損壞建築若擋土牆厚度或底版寬度較小, 以致因擋土牆自重或底版上方之土體重對牆趾所產生之力矩不足以抵抗側向壓力所產生之傾覆力矩時, 即可能產生擋土牆的傾倒破壞 B. 牆前覆土深度不足 23

28 山坡地社區安全系列叢書 4 牆前之覆土亦為擋土牆的主要側向阻抗來源, 另外深基礎也可提供側向阻抗 由於一般擋土牆基礎都不深, 以致無法有效發揮牆前之被動土壓力, 抵抗致使擋土牆滑動之側向力 C. 基礎底面土壤抗剪強度不足基礎底面和基底土壤間之摩擦抵抗是提供擋土設施抵抗滑動破壞之主要因素, 若因土壤軟弱而抗剪強度不足時, 擋土牆極易受側向力作用而產生滑動 (3) 土壤工程性質不良土壤的強度與變形性為土壤最重要的工程性質 若土壤過於軟弱 疏鬆, 則會造成土壤之剪力強度及承載力過低, 而且土壤的壓縮變形量過大等問題 基礎土壤的強度低, 則容易發生剪力破壞問題, 驟時喪失其承載能力與產生大量沉陷 基礎土壤沉陷過大不僅會降低結構物的使用性, 同時可能讓結構物承受額外作用力, 也降低了結構物的安全性 基礎土壤過大的沉陷量, 可能會使擋土牆喪失部分擋土功能, 甚至引起擋土牆的傾倒破壞問題 A. 基礎土壤壓縮性過大基礎土壤下方為軟弱疏鬆土層, 壓縮性過大, 會產生大量的壓縮變形 ; 或若基礎下方有一深厚黏土層, 長時閒在擋土結構重量的作用下, 而產生大量的壓密沉陷, 以上原因均會使基礎土壤產生大量沉陷之問題, 造成擋土牆的破壞 B. 差異沉陷 24

29 邊坡穩定補強操作手冊 由於土壤為非均質體, 故在發生沉陷問題時, 所產生沉陷量也可能並不一致, 就會造成基礎下方的差異沉陷問題, 而會對上方結構體內部產生一額外應力 若上方擋土結構屬較剛性, 則可能無法容許過大的差異沉陷, 將對擋土牆產生損壞 C. 土壤之剪力強度與承載力不足 擋土牆牆基底部土壤過於軟弱 疏鬆, 以致基礎土壤之剪力強度與承載力不足, 而無法承受擋土牆自重及牆背後土體重量, 發生基礎土壤的剪力破壞現象 當基礎土壤發生剪力破壞時, 其承載能力喪失且會伴隨著大量的沉陷發生 D. 基礎土壤承載荷重過重基礎土壤所承載之重量來源, 包括有擋土牆自重與牆後土體重量 若擋土牆本身重量或牆後土體太重, 會增加下方土壤的壓縮沉陷量, 及發生土壤的剪力破壞 承載力破壞可能, 使擋土牆產生沉陷破壞之問題 (4) 其他原因 A. 擋土牆高度過高由於擋土牆身過高, 造成牆身背後所承受之側向壓力會很大, 且牆背側向作用合力位置高, 故所引致之傾覆力矩將會很大, 大大增加了擋土牆傾倒破壞的機會 B. 邊坡有潛在滑動面進行擋土設施穩定分析時, 應先行了解邊坡的潛在破壞面位置, 如大規模之順向滑動面 軟弱的泥岩 頁岩層等, 而其所依靠的就是事前的地質調查報告資料 若擋土 25

30 山坡地社區安全系列叢書 4 牆施作前之地質鑽探調查不足, 將可能會造成錯估潛在破 壞面位置的情形發生, 則所設置之擋土牆將無法有效發揮 擋土作用 2. 擋土牆身裂縫原因分析 鋼筋混凝土擋土牆身裂縫 ( 或龜裂 ) 依其發生原因可分為 : 設計性裂縫 施工造成之裂縫 混凝土材料與周遭環境作用 造成之裂縫及擋土設施穩定性問題所引致之裂縫等 (1) 設計性裂縫 : 擋土牆在設計施工時, 需設置有施工縫 收縮縫及伸縮縫等三種接縫型式, 可詳見圖 32 所示, 說明如下 : A. 施工縫 : 由於擋土牆澆置混凝土時常無法一次完成, 而造成在新舊混凝土交界面之垂直與水平接縫 為增加抗剪強度以承受側向土壓力, 通常在接縫處設置榫頭或打毛製造粗糙面 B. 收縮縫由於混凝土澆置後乾縮而產生裂縫, 為了限制混凝土乾縮裂縫之位置, 使混凝土收縮時不致產生顯著的損害, 通常每隔 10m 以下即設置一收縮縫 收縮縫為自基礎頂面至牆頂之溝槽, 溝寬約 6~8mm, 溝深約 12~16mm, 其位置常兼做施工縫 在收縮縫處橫向鋼筋不必切斷 C. 伸縮縫或隔離縫 : 擋土牆在使用中受氣候變化的影響, 造成混凝土熱脹冷縮或因基礎的沉陷量不一, 為避免產生額外的應力或裂 26

31 邊坡穩定補強操作手冊 縫, 因此通常每隔 30m 以下即設置一伸縮縫 因伸縮縫 ( 或稱隔離縫 ) 可容許兩側的擋土牆相對住移, 故應從基底至牆頂完全隔開, 並以柔性材料 ( 如保麗龍 ) 或可撓性之填縫料填充, 且橫向鋼筋應切斷 設計性裂縫即在設計施工時已考量到其之存在, 故一般對擋土牆結構物本身之安全性並無影響, 在擋上牆之結構維修補強作業上, 一般不須對此類裂縫作大幅之修補 不過在擋土結構物設計性裂縫的施工維修上仍有幾點需注意 : (A) 施工縫在混凝土澆置時, 要確實做好新舊界面間之打毛或榫頭設置, 否則此處施工縫將成為未來擋土牆之弱點所在 (B) 伸縮縫一般皆會以柔性 可撓性材料填充, 隨使用時間增長, 填縫材料將可能污損 劣化及脫落, 列在補強維修作業時須注意到此點 一般必須將伸縮縫 ( 或隔離縫 ) 周圍清理乾淨, 改以新的填充物及彈性填縫膠填補, 避免擋土結構物沿伸縮縫周圍發生侵蝕破壞 27

32 山坡地社區安全系列叢書 4 圖 32 擋土牆之設計性裂縫 (a) 施工縫 (b) 收縮縫 (c) 伸縮縫 (2) 施工不當造成之裂縫 : 鋼筋混凝土擋土牆施工時, 若施工控制不當則有可能造成一些裂縫之產生, 此類裂縫主要由於施工時之大意或在設計時的不當考量所造成, 如下列所敘述 : (A) 混凝土之保護層不足 : 施工時或設計時排筋不當, 以致鋼筋離牆面過近, 混凝土之保護層不足, 造成受應力作用或外在環境影響下, 擋土牆面容易在此處產生裂縫或龜裂問題 (B) 混凝土澆置發生問題 : 鋼筋混凝土構造處理不當, 如部分地方配筋過密, 造成混凝土灌注時粗粒料無法順利通過, 以致混凝土材料析 28

33 邊坡穩定補強操作手冊 離, 則可能在部分構造處產生蜂窩現象, 容易發生龜裂裂縫問題 (C) 冷縫冷縫並非是裂縫, 主要是由於混凝土在灌置時, 時間間隔的控制不當, 以致先澆置之混凝土已發生凝固現象, 因而在新舊混凝土之界面上, 出現一不連續的弱點, 此稱為冷縫 施工過程中所造成之裂縫均為當初設計之時所未顧慮到的, 故裂縫之產生對擋土結構物的安全有一定之影響, 因此此類裂縫之補強必須在短期之內進行, 以補強擋土結構之強度 (3) 混凝土材料與周遭環境作用造成之裂縫 : 由於混凝土材料本身特性, 與周遭的各類環境因素作用下, 隨時間慢慢都會發生牆面龜裂裂縫之問題, 而此類裂縫之成因非常複雜, 往往是由幾項因素交織在一起, 很難分辨出主要造成之原因, 以下為可能由周遭環境作用下造成之裂縫原因 : A. 混凝土乾縮導致的裂縫 B. 由於骨材的鹼反應 (AAR : Alkalinity-Aggregate Reaction) 引起之裂縫 C. 由於外界溫度變化所引起之裂縫 D. 由於鋼筋鏽蝕引起的裂縫 E. 太陽輻射所引起之裂縫 F. 混凝土材料劣化 老化所引起的裂縫 29

34 山坡地社區安全系列叢書 4 G. 混凝土發生潛變及疲勞作用引起之裂縫 以上數種裂縫造成原因, 係由於混凝土材料本身之特性, 且由於擋土結構物本身就大多立處於露天環境當中, 與環境因素作用頻繁, 所以在擋土牆面上出現這些裂縫是難以避免 由於此類裂縫多為地工材料與周遭環境因子長期作用而生成, 故短期之內此類因素並不會立即造成擋土牆之結構性破壞問題, 除非裂縫已深及鋼筋混凝土內部之鋼筋, 否則此類裂縫對擋土結構並不會造成立即損害 如圖 33 圖 34 所示 圖 33 山坡地不正常開裂情 圖 34 坡面裂縫情形 (4) 由擋土設施破壞所引致之裂縫 : 除以上各類引發擋土牆面裂縫之因素外, 由上節中所述各項擋土牆的破壞問題, 亦有可能引致擋土牆身的裂縫產生, 而此類因素所引致之裂縫, 對整體擋土結構物之穩定性 結構性安全, 可能有極重要的影響 由擋土設施破壞問題誘發裂縫之原因大抵如下 : A. 由擋土牆背後過大之側向壓力引致 : 擋土牆背後側向壓力之來源, 主要可分側向土壓力及水壓力 由過大之側向壓力造成對牆身過大彎矩或剪力作用, 則可 30

35 邊坡穩定補強操作手冊 能造成部分牆面鋼筋混凝土承受較大之扯應力或剪應力, 而造成混凝土材料之開裂, 產生牆身之裂縫 B. 由擋土牆沉陷所引致 : 擋土牆的沉陷而引致牆身發生裂縫是一般邊坡擋土設施中所常見者 由於擋土牆的差異沉陷將造成擋土牆身產生多餘之應力作用, 將嚴重影響到擋土牆之結構安全與使用性 由擋土設施破壞問題所引起之裂縫, 對擋土結構之安全最是立即造成影響 然而由於穩定性問題因素不一定會造成擋土牆身結構性裂縫之產生, 但往往會誘發由其他因素所產生之裂縫的擴大, 如擋土牆上伸縮縫的張開及錯位現象即為明顯由擋土牆破壞所引發之問題 此類結構性破壞問題除必須立刻進行裂縫修補外, 並應針對引發擋土牆破壞之原因, 移除裂縫引發誘因, 才能有效抑止裂縫之產生 由前面介紹可知, 擋土牆破壞所引致之裂縫對整體擋土結構物之安全性影響最劇, 是最急需進行補強之裂縫 ; 而施工造成之裂縫也會影響到結構之安全, 也當進行補強修補計畫 ; 由混凝土材料與周遭環境作用造成之裂縫, 在短期間對擋土結構物之安全性影響不大, 但仍影響擋土牆之耐久性及美觀, 故在長期檢修上必須注意 ; 設計性裂縫在設計之初即列入考量, 因此對於結構之安全性無大影響, 但仍須注意到長期之維護及管理 對於不同裂縫種類的補強需求之比較整理可見表 1 31

36 山坡地社區安全系列叢書 4 表 1 不同裂縫種類需求比較整理 3. 擋土設施結構補強之重要性 (1) 強度 混凝土材料若發生開裂, 則將降低其大部分之承受荷重能力 若能將裂縫中填具有彈性 延展能力之填充料, 則可能使混凝土重拾部分抗拉能力, 對於承受較高之彎矩作用能力較佳 若擋土牆本身之強度或勁度不足, 對於擋土設施之穩定性有很大之影響 不僅會使牆身容易開裂, 而且可能引發擋土設施更嚴重之結構破壞, 使擋土牆喪失其功能, 故對於擋土設施補強工程而言, 增加擋土牆本身之強度, 為邊坡擋土設施結構性補強之首要要求 (2) 水密性 擋土牆身發生裂縫則將破壞牆身材料之水密性, 使空氣和 水可能侵入牆身材料中, 若為鋼筋混凝土材料則將造成鋼筋之 32

37 邊坡穩定補強操作手冊 鏽蝕, 混凝土保護層龜裂剝離, 更加快對牆身材料的侵蝕速度 ; 而對其他材料而言, 增加與空氣 水的接觸機會, 即加快風化作用之進行 另外, 若發生擋土牆身沿裂縫滲水之情形, 則在擋土牆上會增加滲流水壓之作用力, 不利於擋土結構之穩定性 所以裂縫的填補, 可增加擋土牆身之水密性, 避免牆身材料遭侵蝕 風化, 而使擋土牆發生結構安全問題 (3) 耐久性 擋土牆身材料受侵蝕 風化, 不僅降低材料之強度, 也對擋土結構之耐久性有嚴重之影響 受風化侵蝕越快, 則擋土結構物之使用年限益形縮短, 故對裂縫或破損處進行修補工作, 可防止裂縫之惡化, 減緩牆身材料之侵蝕風化速率, 增加擋土結構物之耐久性 (4) 美觀擋土設施之美觀也是近來開始被重視的問題 若擋土牆面上有明顯之裂縫, 不僅破壞擋土設施的外觀, 也會造成民眾對擋土牆安全性之疑慮, 因此在維修上必須加以考慮 ( 四 ) 邊坡穩定設施改善對策 對於上節所述邊坡穩定擋土設施之破壞模式與造成破壞之原因, 需對各類不同破壞原因提出有效之改善對策加以改善 故於本節中對應各項造成破壞之原因, 提出提高擋土設施安全性之改善對策與相應之適用工法, 分別說明如下 : 1. 降低側向壓力 33

38 山坡地社區安全系列叢書 4 降低側向壓力, 即降低牆背後之側向土壓 水壓力及由邊坡地表加載所引致之側向壓力, 也就是減低造成擋土牆破壞之驅動力, 以提高擋土牆抵抗破壞之安全性 此對策對減少擋土牆滑動破壞及傾倒破壞都很有幫助, 如圖 35 所示 圖 35 山坡地穩定調查圖 36 洩水管有雜物阻塞 (1) 土壤改良可將擋土牆牆背後的土壤進行土壤改良 置換 夯實緊密 ; 或將擋土牆上方之邊坡進行整坡工程 : 削坡減重 降低邊坡高度, 以提高邊坡之安全性 ; 或將擋土牆後背填土以輕質回填土或改以 EPS( 發泡聚苯乙烯 ) 工法, 可有效降低牆後土壓力 (2) 降低水壓力降低擋土設施所承受之水壓力, 及加強或改善邊坡擋土設施之排水措施 排水措施不外乎防止地表水滲入土中, 或是讓已存在邊坡土體之中的水儘速排出, 可以減輕水壓力 加強擋土牆的排水措施, 如疏通擋土牆上之洩水孔, 或另行鑽孔增設洩水孔 水平排水管, 改善牆背透水材料可加速排 34

39 邊坡穩定補強操作手冊 除擋土牆背後的入滲水, 以降低牆背後的地下水位, 減少水壓力 防止坡頂的水入滲, 如在擋土牆頂增設截水溝或跌水溝截流 將坡面整平及裂縫填補 保護坡面與植生, 可避免雨水與地表水入滲, 減少牆背水壓力的產生 (3) 減少邊坡上之加載 邊坡上之地表加載會引致擋土牆上之側向壓力, 所以設法移除邊坡上之地表載重對減輕側向壓力有助益, 如避免在擋土牆上面設置房屋 結構物 交通動線或堆置土石等重物 在用地許可之情形下, 可採用修坡等方式降低上方土坡之加載 2. 增加側向抵抗力增加擋土設施之側向抵抗能力, 以抗衡擋土牆背後之過大側向壓力, 增加擋土設施抗滑動 抗傾倒破壞或邊坡整體穩定性之安全性 (1) 增加擋土牆的厚度 重量改變斷面性質對已施作完成之擋土設施而言, 在進行補強作業施作時較有疑慮, 此法應在分析設計作業時, 優先列入設計考量之中, 以避免日後的擋土設施破壞問題 而要增加擋土設施之厚度與重量, 一般可直接增加擋土牆之斷面, 而臨時性之處置可在既有擋土牆前, 堆置重石 蛇籠等亦等於增加擋土牆的厚度與自重, 及擋土牆之側向抵抗力, 降低擋土牆滑動與傾倒破壞之可能 但是此類方法往往需佔用擋土牆前方之空間, 故在一般擋土設施補強工程上較少使用, 但在發生危險之邊坡或擋土設施的緊急處置上常被採用 35

40 山坡地社區安全系列叢書 4 (2) 擋土牆基底設置止滑榫或樁在擋土牆基底增設止滑榫 樁, 可增加擋土牆的側向滑動阻抗, 增加被動土壓力抵抗, 降低滑動破壞的可能 然而當擋土牆已施作好, 若要在其基底下增設止滑榫勢必不可行, 故增設止滑榫無法列入補強工法之列, 可改以施作抗滑榫代替其功能 (3) 打設地錨 預力地錨工法可施加拉力, 可增加擋土牆的側向抵抗力, 抑止擋土牆之滑動破壞 ; 若在擋土牆高處施打地錨, 可大大增加擋土牆抵抗傾覆之抗傾倒力矩 ; 同時若將地錨打設至邊坡深處之穩定地盤之內, 即可降低邊坡之整體滑動破壞之可能性 所以地錨工法適用之破壞模式很多, 而且使用上不會佔用到牆面前方的空間, 對牆前空間的利用較為節省, 所以預力地錨工法已成為國內最常見的工法之一 (4) 打設抗滑樁 在擋土牆後方土體內打設抗滑樁, 抗滑樁與一般基樁工法相同, 但屬於側向承重樁, 可增加抵抗土體滑動之側向抵抗力, 降低擋土設施滑動與傾倒破壞之可能, 同時若將抗滑樁深入打設至邊坡整體之潛在滑動面下, 可抑止邊坡之整體滑動破壞現象 所以抗滑樁工法之適用性也很高, 亦不會佔用到牆前空間, 故也是現在所經常使用到之補強工法之一 (5) 打設土釘 : 土釘工法屬加勁工法之一種 可將擋土牆背後的土體加勁成一穩定之重力結構, 其作用亦等於增加了擋土牆的厚度與重量, 且在土體發生滑動時, 可被動發揮其拉力, 增加抵抗土體 36

41 邊坡穩定補強操作手冊 滑動之抵抗力, 抑止滑動破壞與傾倒破壞, 若土釘長度可深及 邊坡潛在滑動面, 則也可發揮部分抵抗邊坡整體滑動之效果 土釘工法是近幾年新興發展之邊坡擋土穩定工法之一 3. 改善土壤工程性質 對於改善邊坡穩定設施之土壤工程性質, 主要可分為幾部分 : 一為擋土牆基礎土壤之改良, 另一為擋土牆背後土壤之改良, 此兩部分之改善目的與方法稍有不同 ; 還有邊坡排水措施之改善, 亦屬於改善土壤工程性質方法之一 若如上述方法無法有效改善土壤性質, 則可以依靠外加構件, 如加設樁基礎或使用其他邊坡穩定設施之方式, 以達成減少破壞之目的 (1) 對基礎土壤進行改良針對擋土牆基礎土壤的改善方面, 主要在減少土壤的沉陷量與提高土壤的承載力, 以避免擋土設施之沉陷量過大與承載力不足 土壤改良所用的工法種類眾多, 大致可分為置換工法 土壤夯實 粘性土壤壓密排水 混合固結工法 土壤加勁工法 熱處理工法等 在擋土牆興建之初即應先將其基礎土壤夯實緊密, 過於軟弱約土壤予以改良或挖除置換, 深厚的軟弱黏土層施以預壓加速其壓密沉陷之完成 若擋土牆基礎已發生大量沉陷 差異沉陷或地基土壤流失者, 則需立刻予以填土 灌漿補實, 以避免沉陷問題對擋土牆造成破壞 (2) 對擋土牆背後土壤進行改良 37

42 山坡地社區安全系列叢書 4 針對擋土牆背後土壤的改善方面, 主要在提高土壤強度與降低側向土壓力, 以避免破壞面之產生與擋土牆滑動 傾倒等問題 邊坡擋土設施施作時, 必須進行擋土牆背後回填土之夯實 回填土的夯實可降低側向土壓力, 減低擋土牆滑動破壞與傾倒破壞之危險 而在進行牆背土體強度改良上, 因考慮施作空間與經濟性等因素, 故一般較難進行作業, 也較少進行此方面之施作 (3) 加強邊坡排水措施 水是影響邊坡穩定性最重要的因素 水壓力的蓄積不僅會增加擋土設施所承受之側向壓力, 引發擋土牆滑動與傾倒的危險, 而邊坡土體長期浸泡在水中, 也可導致土壤的軟化而降低其剪力強度, 尤其對於邊坡土體內有潛在滑動面時, 於體內水造成之影響尤為嚴重, 如圖 37 所示 地下水會更加地弱化潛在弱面之剪力強度, 且水壓力會產生推力與上舉力, 增加整體滑動破壞之可能, 所以對於邊坡內地下水之影響不得不做防範, 故加強排水措施亦為改善土壤工程性質的重要方法之一 圖 37 排水溝應隨時清除雜物避免淤塞 38

43 邊坡穩定補強操作手冊 (4) 打設樁基礎若現有土壤改良工法, 仍無法有效改善基礎的土壤之沉陷量與剪力強度時, 可在擋土牆下方打設樁基礎, 由樁基礎之支撐以減少擋土牆之沉陷 補強工程可採以深開挖工程中常用來保護鄰房安全之微型樁工法施作 (5) 改用其他柔性擋土設施 在抵抗沉陷破壞上, 剛性擋土牆的表現不佳, 常易造成本身結構的破裂損毀 若在住於經常性產生沉陷之剛性擋土設施, 可改用較柔性的擋土設施將可承受較大之差異沉陷, 解決因差異沉陷而造成擋土結構毀損之問題 (6) 減輕擋土牆牆背土體重量要減輕已興建好之擋土牆重較不可行, 故僅能針對擋土牆背後土體進行減重, 可對擋土牆上方邊坡進行削坡減重 移除額外載重 降低坡高, 或背填土部分改用輕質回填土置換或以發泡聚苯乙烯 (EPS) 填充, 以達到減輕基礎土壤承載, 降低基礎沉陷, 避免擋土牆之沉陷破壞危險 4. 其他破壞改善對策 (1) 降低擋土牆高度 : 降低擋土牆高即減少過大側向壓力的作用力臂, 可有效減少擋土牆之傾覆力矩 但對既有已施作完成之擋土設施而言, 此法用於補強並不可行 (2) 興建新的擋土設施 39

44 山坡地社區安全系列叢書 4 舊有之擋土設施無法有效發揮邊坡穩定功用時, 如邊坡深處有潛在之弱面存在, 則依此潛在滑動面位置 規模, 興建新的有效擋土設施, 以抑止整體邊坡土體之滑動 針對本節以上所述各項擋土設施之破壞原因及改善對策與工法予以歸納整理後, 列於表 2 40

45 沉陷量過壤工程品質不佳整體滑動破壤工程品質不佳邊坡穩定補強操作手冊 表 2 擋土設備破壞問題補強與方法破壞模式承載力不足改善土壤工程品質足土造成破壞原因改善對策適用補強工法承載力不壤工程品質不佳增加剪力強度 土壤改良工法打設樁基礎 承載過重 減輕擋土牆自重 改用其他較輕之擋 土設施 大土減輕牆背土重 削坡工法 輕質回填土工法 壓縮性過大 改善土壤工 減少沉陷量土壤改良工法 程品質 打設樁基礎 差異沉陷 減少差異沉 陷 增加擋土設施承受差異沉 改用柔性擋土設施 陷能力 承載過重 減輕擋土牆身自重 改用其他較輕之擋 土設施 減輕牆背土重及坡頂載重削坡工法 壞土基礎土壤軟弱邊坡土壤軟弱 改善土壤工程品質 增加土壤剪力強度 輕質回填土工法土壤改良工法 邊坡身處有潛在滑動面 增設其他穩定構件 地錨工法抗滑樁工法土釘工法 加強邊坡排水設施 排水工法 加設新的檔土設施 邊坡擋土穩定工法 41

46 沉陷量過壤工程品質不佳整體滑動破壤工程品質不佳山坡地社區安全系列叢書 4 表 3 擋土設備破壞與補強方法之一 破壞造成破壞原因改善對策適用補強工法模式承載力不足土壤工程品質不佳承載力不足 改善土壤工程品質 增加剪力強度 土壤改良工法打設樁基礎 承載過重 減輕擋土牆自重 改用其他較輕之擋 土設施 大土壞土減輕牆背土重 削坡工法 輕質回填土工法 壓縮性過大 改善土壤工 減少沉陷量土壤改良工法 程品質 打設樁基礎 差異沉陷 減少差異沉 陷 增加擋土設施承受差異沉 改用柔性擋土設施 陷能力 承載過重 減輕擋土牆身自重 改用其他較輕之擋 土設施 減輕牆背土重及坡頂載重削坡工法 輕質回填土工法 基礎土壤軟弱 改善土壤工 增加土壤剪 土壤改良工法 程品質 力強度 邊坡土壤軟弱 邊坡身處有潛 增設其他穩定構件 地錨工法 在滑動面 抗滑樁工法 土釘工法 加強邊坡排水設施 排水工法 加設新的檔土設施 邊坡擋土穩定工法 42

47 邊坡穩定補強操作手冊 ( ) 邊坡穩定設施補強工法 1. 地錨工法 地錨工法使用於邊坡穩定上, 係以高張力鋼材穿過可能產生滑動之土體或岩體, 將其錨定於穩定之地盤內, 並對鋼材施加預力, 使其能牢繫可能滑動之土體或岩體 地錨之錨頭端一般配合面版承載於坡面並分散其荷載, 或配合格樑系統以承載於坡面並使荷載均勻分佈, 如圖 38 所示 圖 38 地錨工法放置位置圖 (1) 地錨施工構造一般地錨之構造如圖 39 所示, 大致可分為 : A. 鋼腱 : 為傳遞拉力之元件, 係以數根鋼線, 鋼捧成鋼絞線所組成 43

48 山坡地社區安全系列叢書 4 B. 固定端或稱錨定端 : 以水泥漿或樹脂將插入孔底的鋼腱膠結固定, 並與孔底周圍之地層緊密結合在一起, 發揮錨定的作用, 此段灌漿稱為主要灌漿 C. 自由瑞 : 在鑽孔的前端以保護鞠將鋼腱與地盤隔開, 使鋼腱受力後能自由伸長 為保護地錨不致受腐蝕及鬆動, 通常以次要灌漿封孔 有些自由端是以抗蝕的塑膠套管隔離地盤, 套管內填充抗蝕材料, 以確保自由端能自由伸長及抗侵蝕 D. 錨頭及錨座 : 錨頭為施加預力之處, 並固定於承壓飯及錨座上 錨頭如圖 40 所示, 應慎防其脫落, 如圖 41 所示 如錨頭有鏽蝕或開裂應以水泥砂漿修補, 並進一步檢測其功能, 如圖 42 所示 圖 39 地錨構造示意圖 44

49 邊坡穩定補強操作手冊 圖 40 錨頭圖 圖 41 錨拉式擋土牆錨頭掉落 圖 42 擋土牆之錨頭如有開裂應以水泥砂漿修補, 並進一步檢測其功能 (2) 地錨工法分析 地錨工法為國內邊坡穩定工程最常使用之工法, 也是擋土 設施補強工程所最常使用者 地錨工法在施作時, 由於施工機 45

50 山坡地社區安全系列叢書 4 具大, 所需求之施工空間也必須夠大, 且打設地錨之經費也較 高, 但在邊坡穩定設施的補強上, 有其不可取代之特性 地錨工法可施拉龐大預力, 對擋土設施提供大量之側向抵抗力, 且地錨打設深度較不受限, 可以穿越邊坡內部深處之潛在滑動面, 錨定至穩定岩盤之內, 以維持邊坡之穩定性, 對於抵抗擋土牆之滑動破壞 傾倒破壞 整體滑動破壞等穩定問題都有良好補強之效果 在抵抗滑動破壞方面, 可打設在擋土牆近基礎處, 抑止擋土牆之滑動 ; 在抵抗傾倒破壞方面, 可打設在擋土牆近頂處, 則大大提高擋土設施的抗傾倒力矩 ; 在抵抗整體滑動破壞方面, 可將地錨打設入穩定地層中錨定, 增加邊坡整體滑動之阻抗能力 然而預力地錨系統複雜, 施工時品質控制較困難, 如於施工中未能妥善加以處理則可能產生如地錨與地層間之膠結減弱 抗張材鏽蝕強度降低 預力損失 地盤承載力降低 錨頭銹蝕等不良後果, 如圖 43 所示, 嚴重影響錨定系統之長 短期強度及穩定性, 所以在設計施工時必須多加謹慎小心 雖然國內目前地錨工法被廣泛地使用, 像林肯大郡等因地錨設計施作不良所引起的災變, 使得對於地錨工法的運用及施工應更為慎重, 如圖 44 圖 45 圖 46 所示 林肯大郡之錨頭掉落, 使錨拉式擋土牆完工後牆面滲水狀況如圖 47 所示, 最後導致社區北側邊坡坍塌, 如圖 48 所示 46

51 邊坡穩定補強操作手冊 圖 43 錨頭鏽蝕後與地層間膠結 圖 44 林肯大郡錨頭掉落 圖 45 林肯大郡 圖 46 掉落之情形 圖 47 錨拉式擋土牆完工後牆面滲水 圖 48 林肯北側邊災變現場 47

52 山坡地社區安全系列叢書 4 (3) 地錨施工流程 施工準備 鑽孔 清孔 錨腱組立 主要灌漿 主要灌漿 液漿拌合 錨腱安裝 加壓灌漿 養護 錨腱安裝 驗收試驗 錨定 二次灌漿 : 表示必須執行之步驟 錨頭處理 : 表示視需要而執行之步驟 完成 維護管理 圖 49 地錨施工流程圖 48

53 邊坡穩定補強操作手冊 圖 50 邊坡之破壞類型基於影響邊坡穩定之因素既多且複雜, 加以多項因素條件不斷地隨時變化, 以致邊坡可能發生之行為, 其難確實掌握 因此邊坡穩定工法須符合現場條件 經濟性 安全性 耐久性 施工可行性及景觀維護要求, 國內外所發展出之方法已不計其數, 故本節僅針對目前常被採用之工法做說明介紹 邊坡穩定工法之整治方向與穩定功能之不同劃分, 可分為三類 :1. 邊坡表面之表層防護 2. 邊坡內部之強化改善 3. 邊坡擋土設施 進行裸露邊坡整治時, 須針對不同種類之改善方向, 選擇其中之適當工法施作, 才能有效解決裸露邊坡之穩定問題 圖 51 及圖 52 分別為前人研究所建議之邊坡穩定分類示意圖及穩定工法選擇之流程 49

54 山坡地社區安全系列叢書 4 圖 51 邊坡穩定工法之分類 A. 邊坡表面之表層防護 : 裸露邊坡表層的防護整治工作係以防止坡面侵蝕 風化及局部穩定作用為主, 改善針對方向叉可分為植土 被覆 噴漿 砌壓 格子樑及落石防護等工法進行施作 (A) 植生工法利用植生根系深入坡面之土體與岩體, 形成一防護層, 包括下列種方法,a. 種子散佈法 b. 客土嘖設法 c. 植生穴法 d. 格子樑加客土 ; 及 e. 其他植土綠化法 (B) 被覆工法 50

55 邊坡穩定補強操作手冊 採用抗扯強度佳且耐久性較理想之材料, 覆蓋坡面以達到防護目的 一般採用之材料包括 :a. 瀝青 b. 塑膠 合成纖維 ( 織布 不織布 ) 之網或蓆 C. 合成樹脂等 (C) 噴漿工法以水泥砂漿或混凝土噴設於坡面上, 必要時於其間鋪設金屬網增強其抗張強度, 或以錨釘固定之, 增加其防護效果 (D) 砌壓工法 本工法係採用石塊或預鑄混凝土塊疊砌而成 壓貼於坡面上, 以增加坡面之穩定性 (E) 格子樑工法以預鑄混凝土 現場澆鑄之混凝土或噴混凝土, 於坡面構築成格子狀之樑, 並配合錨釘錨固於坡面上 (F) 落石防護工法利用防護網或防護柵欄, 以防止坡面鬆落之石塊或岩塊, 崩落坡底 B. 邊坡內部之強化改善本類邊坡穩定工法, 係增加邊坡內部土 ( 岩 ) 體剪力強度, 主要可依三個方向進行改良, 分別為 (1) 排水 (2) 固結 (3) 補強等土壤改良方法 另可採用排水工法排除地表水與地下滲透水, 降低地下水壓 減輕土體單位重量及避免土壤剪力強度之劣化降低等改善效果 而前述土壤改良工法大致可分為置換工法 土壤夯實 粘性土壤壓密排水 混合固結工法 土壤加勁工法 熱處理工法等 51

56 山坡地社區安全系列叢書 4 C. 邊坡擋土設施邊坡擋土設施主要係提供邊坡所需之安全抵抗力, 依其抵抗力來源之不同及其結構性質之差異, 可概分為幾種結構設施 (1) 坡趾填土壓重 (2) 抗滑樁 (3) 預力地錨 (4) 擋土牆 (5) 加勁擋土牆等 各類裸露邊坡之穩定工法非常眾多, 並無法一一詳細敘述, 如有需要可參考前面章節之介紹 而上述各項工法中, 由於坡地裸露將遭受到沖刷, 增加邊坡破壞崩塌的危險, 所以近來對於邊坡之穩定植生綠化開始受到重視 植物形成群落被覆於地面即稱為植被 植被不僅對視覺上有美化之效果, 植被對水土還會產生一種保持作用, 問接保護邊坡的穩定性, 其功能至少包含六種 : (1) 對降水產生截留作用 (2) 降低逕流速度及沖刷能力 (3) 產生蒸散作用, 並降低地下水位 (4) 因根系抓緊作用而增加土壤強度 (5) 對土壤產生隔熱作用, 以避免發生凍脹效應 (6) 對土層產生壓實作用 據研究植被對邊坡穩定性的效應最多可以使土壤的剪力強度增加 60 以降低沖刷, 所以現今在邊坡穩定整治工程上加以植被保護, 也就越來越受到重視 52

57 邊坡穩定補強操作手冊 圖 52 邊坡穩定工法選擇流程圖 53

58 山坡地社區安全系列叢書 4 2. 抗滑樁工法與樁基礎 (1) 基樁工法種類抗滑樁與樁基礎工法皆為基樁工法, 施作方式相同但抵抗之對象不同, 樁基礎主要屬垂直承重基樁, 而抗滑樁則屬於側向承重基樁, 用於邊坡擋土設施穩定之基樁也可兩者兼具 抗滑樁工法係在擋土牆背後土體中, 打設垂直或傾斜的混凝土樁或型鋼, 使其能穿過牆背土體之潛在滑動面, 並發揮抵抗部分側向土壓力的功能, 而抑止整體土體的滑動, 對於抗滑樁的示意圖可詳圖 53 國內所常使用的抗滑樁工法有打設鋼軌樁 微型樁及預壘樁等 樁基礎工法則主要打設在擋土牆下方, 用以提供基礎之承載能力, 減少擋土設施之沉陷量, 主要也以微型樁 預壘樁為主 圖 53 抗滑樁示意圖 54

59 邊坡穩定補強操作手冊 (2) 基樁工法施工方式 A. 鋼軌樁 : 施作鋼軌樁通常是用機具直接地敲擊錘打, 使鋼軌直接貫入到擋土牆背後的土體中, 而所使用的鋼軌樁亦可以 I 型鋼或 H 型鋼等來替代 其施工方式為 : (A) 鋼軌樁施打前, 應事前了解地下埋設物 障礙物之位置 施打時應將地中埋設物清除或迴避之 (B) 按照圖說所示之位置放樣及佈設導軌 導軌中心線須與鋼軌樁設計之中心線相吻合 (C) 鋼軌樁之打入長度及間距應依施工圖說之規定或依據施工地質調查結果變更之 (D) 施打鋼軌樁之方法有 : 全長錘打 上半鑽孔後錘打 全長鑽孔後插入 應考慮現地環境及地質條件選擇施打工法 B. 預壘樁 : 預壘樁大多採用螺旋鑽鑽掘樁孔, 而藉壓力將已拌妥之水泥砂漿經鑽桿空心軸注入樁孔中, 而形成樁體 其施工方式為 : (A) 在現地放樣, 標定施工樁位, 及安裝螺旋鑽機 (B) 將螺旋鑽軸心與樁心對齊, 連續垂直鑽挖至設計深度 (C) 鑽挖至設計深度後, 由鑽軸前端將砂漿壓入樁孔申, 同時緩慢抽取螺旋鑽桿, 一直到鑽桿離開地表面為止 抽桿速度應配合注裝量, 使不致在抽桿中孔壁懸空坍塌, 且注裝量確實將樁孔填滿 55

60 山坡地社區安全系列叢書 4 (D) 注漿完成後立即將已組成之鋼筋籠或型鋼插入樁孔內, 至 設計深度 (E) 最後再做樁頭的處理以及繫樑的製作 C. 微型樁 : 微型樁一般口徑約在 10~30cm 左右, 當鑽掘到預定深度時以壓力灌漿方式注入水泥砂漿, 再將數支鋼筋或鋼筋籠置入穩固後將套管取出即可, 故依其施工及構造而言, 該工法係介於高壓噴射灌漿與基樁之問 其施工步驟為 : (A) 整地 : 標出正確鑽孔位置, 以確保安裝鑽孔機之精度及增加施工之作業性 (B) 放樣 : 施工區域整平後, 再依施工計畫之鑽孔位置進行樁位放樣 (C) 鑽掘 : 鑽掘機進場定位後, 採全套管鑽掘, 套管底部 ( 外鑽管 ) 之口徑 ( 外徑 ) 應控制在樁徑之 ±1.5cm 範圍之內 (D) 洗孔 : 鑽孔完成後可以噴氣或清水將孔底及套管內之土渣清洗乾淨 (E) 灌漿及置入鋼筋 : 進行第一吹灌漿至漿液溢出孔口為止, 而後置入鋼筋或鋼筋籠 (F) 拔除套管及補灌漿 : 拔除套管並進行第二次補灌, 第二次補灌係以低壓方式灌注, 俟第二次灌漿全部完成後需重新檢視, 如灌漿面有下降情形, 則繼續進行第三次補灌作業 (G) 施作帽樑 : 俟微型樁灌漿完後, 施作帽樑將微型樁連結在一起 56

61 邊坡穩定補強操作手冊 (3) 基樁工法分析 基樁工法之種類也非常眾多, 基樁之勁度 口徑 長度變化範圍非常廣, 所以所使用之施工機具與施工空間要求也不同, 施作經費也從中至高不一 然而一般用於邊坡穩定之基樁工程, 因考量到施工空間之不便, 大多都是施作較小型之基樁, 如微型樁與預壘樁為最常使用者 但往往小型基樁之施工品質與所提供之阻抗能力較差, 對於抵抗擋土設施之滑動 傾倒 承載力不足 沉陷量過大與整體滑動等之破壞方式可能成效會很有限, 必須增加施作之數目輿配合其他工法進行 如果面對大規模之邊坡滑動與較深層之潛在滑動面時, 則必須採用大口徑 樁身長度長之大型基樁施作, 則相對於施工機具 施工空間與所需花費均會大幅度增加 3. 土釘工法 (1) 土釘工法分析土釘工法屬加勁工法之一種 土釘工法經常應用於開挖面或較陡之邊坡, 將擋土牆背後的土體加勁成一穩定之重力結構, 其作用亦等於增加了擋土牆的牆背土體強度與重量, 且在土體發生滑動時, 可被動發揮其拉力, 增加抵抗土體滑動之抵抗力, 抑止滑動破壞與傾倒破壞 其施工方式係將加勁材以水平或略微向下之傾角置入土申, 並配合掛鋼絲網及噴漿於牆面 其提供土壤約束力量, 主要利用加勁材的張力作用, 以改善土壤之剪力阻抗 土釘工法是近幾年新興發展之邊坡擋土穩定工法之一 57

62 山坡地社區安全系列叢書 4 使用土釘工法有幾項優點 :1. 與其他工法相比, 施作經費較低 2. 施工空間與機具較小 3. 施工速度快等優點, 但在用於擋土設施的補強上仍有些疑慮 土釘所能提供之側向抵抗力有限, 且土釘長度通常遠短於地錨長度, 對於邊坡深層之滑動破壞, 將無法有效抵抗其破壞, 所以可能必須搭配其他穩定工法, 如打設地錨 抗滑樁等, 增加邊坡大規模與深層破壞之抵抗能力 另外土釘工法之適用條件上也有些限制, 土釘工法不適合使用在軟弱之黏土層中, 因軟弱黏土屬低摩擦阻抗, 如果要採用土釘加勁, 則在長度及密度方面均需提高, 故較不經濟可靠 ; 而且土釘施作前必須去除地下水, 所以施工時必須搭配其他的排水工法進行 (2) 土釘之極限拉出阻抗表 4 土丁極限拉出阻抗 58

63 邊坡穩定補強操作手冊 表 5 土釘極限拉出抗阻之一 4. 土壤改良工法 (1) 土壤改良目的 59

64 山坡地社區安全系列叢書 4 所謂土壤改良 (Soil Improvement) 係利用夯實 壓密 排 ( 脫 ) 水 混合固結 熱處理或置換等物理 化學方法, 以改善軟弱土壤的工程性質, 增加地盤之穩定性 用於改善邊坡穩定問題之目的有 : A. 降低擋土結構的沉陷量 ( 壓縮性減少 ) B. 改良土壤的剪力強度因而增加基礎的承載能力 C. 提昇可能邊坡破壞之安全係數 D. 降低土壤膨脹收縮的特性 E. 降低土壤的滲透性 ( 防滲處理 ) F. 防止土壤液化及減少振動 ( 動態性質的穩定 ) 土壤改良的工法種類非常繁多, 以下依序以置換工法 土壤夯實 粘性土壤壓密排水 混合固結工法 土壤加勁工法等分別敘述之 (A) 置換工法置換工法是指將軟弱的土層全部或是局部挖除, 並置換較優良的土質, 再經嚴謹地夯實, 使其承載力提高而壓縮性降低, 而達到改良的目的 置換工法依土層與上部擋土結構的不同可分為 : a. 在上部的軟弱土層較薄時, 此時可將基礎內的軟弱土層全面挖除, 改換以砂墊 (Sand Pad), 能在短期之內達到夯實的效果, 且上部擋土結構可有較大的接觸壓力 60

65 邊坡穩定補強操作手冊 b. 若地表下的軟弱土層為極厚的一層, 則可將地表面附近作 局部性置換, 並允許某種程度地盤的下陷與變形, 上部的 結構則必須較輕者 置換工法通常用於擋土牆基礎與牆背回填土之改良上 擋土牆施作後, 應將超挖部分以剪力強度高 排水速率快之粗粒料土壤回填, 設置好牆身排水系統, 並對回填土夯實緊密, 這是一般擋土牆施作時須注意到的 若擋土牆基礎土壤過於軟弱, 也可挖除後置換強度較高 壓縮性較小之土壤替代, 以提高基礎之承載能力與降低沉陷量 至於對於邊坡內部軟弱土壤之改善上, 使用置換工法則顯得規模過大與不經濟 而置換工法用於擋土設施之補強上, 因為既有擋土結構已經存在, 使置換工法增加施作之困難, 一般少用置換工法於補強工程中, 而對於整治裸露邊坡之新建擋土設施工程中, 則可考慮使用 (A) 土壤夯實工法土壤夯實 (Compaction) 即是指在不挖除或置換土壤情況下對原土壤以人工或機械方式施以能量, 排除孔隙內之空氣, 以增加土壤密度 提高強度, 減少壓縮性 土壤夯實工法又可為表層土壤夯實與深層土壤夯實兩部分 a. 表層土壤夯實一般表層土的夯實可分為人工夯實與大型機械夯實兩類, 由於邊坡穩定設施之施工空間有限, 故一般皆採人工使用小型機械進行 而大型之機械夯實主要是由壓路機來 61

66 山坡地社區安全系列叢書 4 完成, 最常用的大型夯實機械型式包括 : 光輪滾壓機 氣壓膠輪壓路機 羊腳輥 震實輥等 一般在表層土的夯實效果是跟幾項因素有關的, 如夯實機機型 土壤類型 含水量 填土厚度 夯實機的拖曳速度和夯實機輥壓次數, 故在進行表層土夯實時需根據現場各項考慮因素, 定出現地夯實的標準及程序 b. 深層土之夯實 深層土夯實工法主要針對深層的鬆砂, 利用夯實的作用, 使砂土達到緊密的狀態 對於不飽和砂性土壤因震動或撞擊破壞原有的土壤結構, 顆粗位移達到緊密排列狀態 對於飽和砂性土壤, 由於土粒及水幾乎不可壓縮, 必須將顆粒間的孔隙水排出才有位移空閒, 因此利用震動或撞擊, 產生動態剪應力, 在瞬間來不及排水的條件下, 就會激發超額孔隙水壓, 直到水壓升高到使土壤液化, 破壞原有顆粒的骨架, 俟超額孔隙水壓消散後, 顆粗排列會更緊密, 同時造成地表沉陷 深層夯實工法之種類及原理如下敘述 : (a) 夯實砂樁工法 (Compaction Sand Pile): 係以震動機及高壓空氣將中空鋼管 ( 一般為 40 公分直徑, 管底附有自動錐形靴 ) 貫入土中, 再利用震動及擠壓作用, 使鋼管周圍土壤位移, 達到緊密排列, 在拔出鋼管時, 以高壓空氣將回填 ( 砂 ) 料壓入鋼管底端, 到達孔底, 再使鋼管上下來回震動, 壓實土壤, 達到改良效果 62

67 邊坡穩定補強操作手冊 (b) 震動揚實工法 ( Vibroflotation ): 本工法最主要的設備為振動錘 (Vibroflot), 其內部為偏心設計, 利用離心力方可產生橫向振動, 使砂土受到振動而密實 (c) 動力夯實工法 ( Dynamic Compaction Method ): 本工法係以吊車或吊架將一重錘吊至預定高度, 再讓重錘自由落下, 如此吊高 落下反覆數次, 錘擊欲改善之粒狀土壤表面, 使顆粒受撞擊而重新排列, 趨於緊密狀態, 工程性質因此獲得改善 動力壓密工法對於不飽和土壤而言, 其改良原理與室內夯實試驗一樣, 土壤受到撞擊後, 主要因氣體壓縮及排除, 少數為孔隙水壓消散, 使得孔隙減小, 密度增加 對於飽和土壤而言, 由於土粒及水幾乎不可被壓縮, 當土壤受到高能量撞擊時, 蓄積能量漸增, 超額孔隙水壓續增, 直到與土壤總應力相等時, 即有效應力及剪力強度為零, 顆粒懸浮在水中, 猶如水一般, 已達到所謂的液化狀態, 但隨超額孔隙水壓逐漸消散, 孔隙體積漸減, 密度增大, 達成改良目的 因本工法係採動力施加能量於粒狀土壤申, 激發及消散超額孔隙水壓, 猶如黏土之壓密, 因此命名為動力壓密工法 (d) 爆炸夯實工法 : 爆炸夯實工法的改良原理與振動揚實工法相同, 只是震源 的方式不同 本工法籍由爆炸產生震動與震波, 破壞原始顆粒 63

68 山坡地社區安全系列叢書 4 排列, 使顆粒位移達到緊密狀態 本法較適合深層砂土的改良 土壤夯實工法運用於邊坡之補強工程上, 有其施作上之困難與不適用性, 且在進行夯實施作時, 即可能危害到既有擋土結構本身之安全, 故應用於新建之擋土設施工程改善中 (B). 黏性土壤壓密及排水工法 在邊坡地表下較深層的黏性土壤以深層夯實工法改良, 效果並不理想, 而軟弱黏土層之所以強度低, 主要是因為軟弱黏土的吸附的水層較厚, 而水無剪力強度可言, 若吸附水層越厚, 強度越低, 因此粘性土壤的改良工法, 其原理是藉由排除黏土層內的吸附水, 減少孔隙, 達到堅實的改良效果 由於粘性土壤的滲透性低, 無法以一般的點井或深井方式排水, 需以下列一種或一種以上的方法去除吸附水 : a. 預壓密工法 ( Preconsolidation Method ): 在欲改良土層的地表上, 堆置土方或混凝土塊等重物, 使下方的軟弱黏土層, 受到預加載重而激發超額孔隙水壓, 此水壓隨著時間增長而消散, 土粒間的孔隙減小而壓密, 爾後去除預加載重, 再構築結構物的方法稱為預壓密工法 惟因黏土層滲透性低, 排水速率相當慢, 常需配合其他工法加速排水, 以縮短工期 b. 砂樁排水工法 (Sand Drain Method ): 上述預壓密工法雖可改良粘性土壤, 但所需工期甚長, 不 符合時間效益 若欲加速壓密沉黏, 以較短的時間改良土壤, 64

69 邊坡穩定補強操作手冊 則需再打設砂樁, 或以排水帶 砂袋樁或其他材料取代砂樁, 其原理均是縮短排水路徑, 加速土壤壓密沉陷, 因此統稱為垂直排水工法 c. 電誘滲透 (Electro-Osmosis) 排水工法 : 將兩根電極插入土中, 通電後, 在陰極抽水, 可去除粘性土層之吸附水層, 達到改良的效果 由於黏土表面帶負電, 需吸附陽離子以平衡電荷, 而雙極體的水分子叉常吸附在陽離子上, 因此當電極棒通電後, 陽離子會往陰極移動, 連帶將黏土表面的吸附水牽引至陰極, 此時在陰極抽水, 即可去除部份吸附水, 此種藉由通電牽引吸附水至陰極而排水者, 稱為電誘滲透或電氣滲透排水工法 此法不需在地表預壓即可執行排水之工作 d. 真空預壓 (Preloading by vacuum) 排水工法 : 欲改良的軟弱黏土層上鋪設約 30 公分之粗砂以為濾層, 再將不透氣且不透水的塑膠布覆蓋於濾層上方, 爾後以泵浦將濾層中的空氣抽出使之真空, 則外在大氣壓力作用於周圍約土壤上方可達預壓效果, 水分可由真空泵浦處抽出 若軟弱黏土層較厚, 則需配合垂直排水工法實施 對於粘性土壤壓密及排水工法之補強應用上, 一樣僅能用於新建 之擋土設施工程改善中, 對於既有擋土設施並無幫助 (C) 混合固結工法 混合固結工法之改良原理, 是將膠結材料與土壤混合後產生化學變化, 提高土壤強度 降低壓縮性及滲透性, 達到改善土壤之工程性質, 適合各種土壤 一般可分為表層混合及深層混合兩種, 膠結材料雖然很多種, 但國內仍以水泥及石灰為 65

70 山坡地社區安全系列叢書 4 主, 主要因為此種材料取得容易, 成本較低及累積經驗較豐富 a. 表層混合固結工法直接將膠結材料 ( 如水泥或生石灰 ) 與表層軟弱土壤拌合, 產生水化作用 ( 如生石灰變成熟石灰 ), 除可吸收土壤中的水分外, 還可放出大量熱能將水分蒸發, 又水化後具有膠結作用, 可使土壤強度大大地提高, 攪拌改良後的土壤回填至原處立滾壓夯實 b. 深層混合固結工法 (a) 灌漿 (Grouting) 工法 : 將灌漿材料 ( 水泥黏土系列 水玻璃系列或高分子系列 ) 以低壓或高壓注入土層中, 使土壤膠結, 達到改良強度 止水性及耐久性之要求 (b) 深層攪拌工法 : 利用附有嘖嘴之攪拌翼旋轉 鑽孔至預定深度, 將膠結材料 ( 如生石灰 水泥漿或水泥砂漿 ) 與深層軟弱土壤混合及旋轉攪拌, 以改善土壤的強度與壓縮性 混合固結工法是屬於土壤改良中, 較適用於邊坡擋土設施之補強工程之一工法, 尤其灌漿工法最為常用 對於牆基或邊坡內部之軟弱土壤, 皆可使用高壓或低壓灌漿方式進行軟弱土壤的工程性質之改善, 然而對於大範圍之邊坡土體改善, 施以灌漿固結可能較不經濟, 需設置其他之穩定構件以加強邊坡破壞之抵抗能力 66

71 邊坡穩定補強操作手冊 (D) 加勁工法加勁工法是在土壤的表面或內部設置加勁材料, 如地工織物 金屬條 金屬網 鋼筋 混凝土 等等, 使土壤強度提高以增加邊坡土體之穩定性 以下列舉幾項做說明 : a. 地工格網 : 地工格網目前廣泛用來作土壤加勁物 地工格網是有開孔薄版形的二維結構物, 是由石油產生如聚丙烯和聚乙烯經由推擠和縱向拉伸過程製成 地工格網的開孔要有足夠的尺寸以與周遭的土壤或岩石達成且制的效果, 以達成加勁或隔離的功能 一般而言, 地工格網可分為雙軸地工格網及單軸地工格網 b. 加勁鋼材 : 利用加勁鋼材貫入土壤之中, 因加勁鋼材表面與土壤間之摩擦作用, 且加勁材也可提供被動阻抗, 可增加土體之抗張能力, 促使土壤結合成一連貫之結構塊體 依其使用之目的與施作方式, 可分為土釘 土榫及微型樁等三類 土壤加勁工法為近年來邊坡穩定工程與補強工程中備受重視之方法, 不僅施工起來非常便利, 而且較其他擋土工程也較經濟, 如前面所介紹之土釘工法與微型樁工法皆算是加勁補強工法 綜合以上各類土壤改良工法, 其中適於運用在邊坡擋土設施補強工程則屬灌漿工法與加勁工法兩類, 而其他改良工法因使用時機 施工空間與經濟性問題, 在補強工程上較少使用或不適用 67

72 山坡地社區安全系列叢書 4 5. 排水工法 擋土牆背所受之水壓力亦為主要之側向壓力之一, 故對擋土設施之穩定性有重大之影響, 地表水及地下水常為促使邊坡滑動的主要禍源 豪雨或持續下雨期間山區常發生坡地坍方造成道路中斷即為最佳之証明 因排水良好與否, 對邊坡的穩定性有極大的影響, 故在探討邊坡擋土設施的整體穩定性補強方法時, 排水設施的改善也是一個重要課題 而邊坡排水不外乎防止地表水滲入土中, 或是讓已存在邊坡土體之中的水儘速排出, 既可減輕含水的濕土重, 也可減輕水壓力 所以邊坡排水設施包括邊坡坡面排水 擋土牆身排水及邊坡內部排水三類 (A) 邊坡坡面排水工法可防止地表水滲入土中, 亦可避免表土流失, 其方法有下列幾種 : a. 截水溝及跌水溝在坡頂及各階坡趾處設置明溝或暗溝 ( 溝底埋透水管者 ) 以截除高處流下之表面水, 減少坡面的沖刷力及避免積水軟化土壤 ; 同時在垂直邊坡方向設置跌水溝, 以匯集地表水至下邊坡大排水溝 b. 坡面整平及裂縫填塞 坡面有低窪積水處應整平, 裂縫處則以黏土 瀝青或水泥漿填塞, 藉以改善地表逕流及減少地表水滲入土中 68

73 邊坡穩定補強操作手冊 若用灌漿方式填縫, 則灌漿會增加側向推力, 且在漿液凝 固前, 漿液強度較原地層低, 更易使邊坡滑動, 故需謹慎 控制灌漿壓力 灌漿配置及施工程序 c. 坡面保護與植生 坡面噴撒草種或鋪草植生可美化環境, 加速排除地表水, 尚可防止表土沖蝕 採用噴漿或噴凝土護坡可降低風化速度及防止小塊岩石崩落, 又可防止地表面水滲入土中 在坡頂鋪設瀝青柏油亦有同等的效果 邊坡開挖期間若逢下雨, 應即時以帆布或不透水材料覆蓋於新開挖面上, 防止沖刷及雨水下滲 (B) 擋土牆身排水工法擋土牆本身之排水設施, 主要有洩水管 牆背透水料排水層及擋土牆頂之截水溝 其目的為盡量防止雨水滲入牆背及迅速排除聚集於牆背之滲水 a. 洩水管在剛性擋土牆或預力地錨擋土牆上, 常見牆身預埋間距 1~3 公尺之洩水管 除牆身洩水管外, 牆身洩水孔排水系統還包含牆背後之排水器或排水袋 ( 排水濾網 ), 通常在排水瓶周圍需回填約 30cm 厚之碎石級配料保護層, 其作用可使回填土在夯實過程中免於損及排水瓶, 且另一效用可過濾細小砂石或黏土質, 避免阻塞洩水管 b. 透水料排水層 69

74 山坡地社區安全系列叢書 4 牆後背填透水料排水層, 其佈設方式有全填式 貼牆式 煙囪式及水平式排水層如圖 51 所示, 其優缺點整理於表 5 若以點狀分佈之洩水孔配合牆後排水層可使排水效果更佳 表 6 牆後排水層之佈設方式與比較 70

75 邊坡穩定補強操作手冊 圖 54 牆後透水料排水層之布設方式在改善擋土牆的排水設施上, 補打牆身排水管是最常見的排水補強措施, 也證明了許多擋土牆排水設施的施作成效不佳, 許多排水系統的施作未達要求, 這是值得重視的問題 或許排水的不便是傳統 RC 擋土牆的缺點, 故現在許多的擋土設施皆傾向重視植生與排水功能的格樑預力地錨擋土牆 框架式擋土牆或加勁擋土牆等 此類擋土牆不僅排水方便而且又可在其上廣種植生, 是現今擋土設施的主流 (C) 邊坡內部排水工法對於邊坡內部之排水方法包括下列幾種, 其中排水盲溝及橫向排水管用以排除淺層地下水, 而集水井及排水廊道用以排除較深層之地下水 坡內排水工法之示意可見圖 55 a. 排水盲溝 : 71

76 山坡地社區安全系列叢書 4 若邊坡內地下水位較高, 可設置排水盲溝排水 溝深一般小於 5 公尺, 溝底鋪設濾料再外包濾布, 或濾料中埋設透水排水管, 其上以低透水性土壤回填 由盲溝將地下水集中後予以抽除或加以導流 b. 橫向排水管 : 以水平或傾斜方式鑽孔, 再插入有孔洞之塑膠管, 管外可以不織布包裹或填充級配料, 以防止細顆粒土壤流失和阻塞, 並將邊坡土體內之地下水導出 c. 集水井以垂直方式挖井, 另由井內施打水平排水管至邊坡土體內以收集地下水, 再以重力或泵浦抽出, 並排放至崩塌地以外之安全區域 集水井之直徑有時可大到 2 公尺以上, 深度更可達到 50 公尺深 d. 排水廊道 ( 或排水隧道 ): 在地下水豐沛之處 ; 以其他方法仍無法迅速地將地下水排除時, 需設置排水廊道, 通常配合橫向排水管將地下水導入, 再排至他處 排水廊道之施工方式與隧道施工相同, 所需成本昂貴, 除非必要, 一般邊坡排水工程不會輕易使用 e. 電氣滲透工法 : 在土體中兩端插入電極棒. 施以一電壓差, 而產生電位梯度, 使土體中之水產生流動並加以排除, 且使土壤產生壓密, 增加剪力強度 但由於此法之成本高, 在國內較少被採用 72

77 邊坡穩定補強操作手冊 6. 結構補強工敘法 圖 55 邊坡內部排水工法示意圖 由前章所述, 關於擋土設施結構破壞之補強問題, 主要可分為龜裂裂縫之填補與擋土牆身斷面之補強兩方面 (1) 裂縫修補工法根據前面章節之整理, 依造不同之裂縫修補方式與目的, 一般建築結構物之裂縫修補工法可分為 (1) 表面修補工法, 包括有 : 塗刷工法 襯面工法 噴塗工法等 (2) 填注修補工法, 包括有 : 注入工法及充填工法等 然而其中用於裂縫修補之填充物, 大抵都是水泥 水泥砂漿或環氧樹脂等材料 73

78 山坡地社區安全系列叢書 4 一般常用於擋土結構物之裂縫修補即灌注水泥砂漿及環氧樹脂等填充物, 以避免裂縫擴大進而影響整個擋土結構物之安全 以下介紹國內目前常使用的裂縫修補材料 : A. 水泥砂漿 (Mortar): 水泥砂漿為水泥 細骨材與水之混合物, 為最常用於土木施工之修補材料 為因應維修與補強之用, 用來填充裂縫之砂漿必須具有高流動性及無收縮之特性, 以滿足結構破損後之複雜形狀, 故經常使用者為凝固後收縮性低之無收縮砂漿 B. 環氧樹脂 (Epoxy): 環氧樹脂為合成之塑性材料, 由主劑及硬化劑兩種成分組成 主劑是液性環氧樹脂, 硬化劑是液性硬化劑催化劑, 二劑混合後, 通常在 20 分鐘 ~2 小時之間硬化 環氧樹脂由於材料分子較砂漿細密, 易於填塞入細微裂縫之中, 黏著效果較好, 故多用於一般建築物裂縫之維修工程上, 可見圖 56 所示意 對於擋土牆裂縫填補之一般程序, 以下則以建築修補用環氧樹脂來說明修補裂縫的施工方法, 至於其品質 規格必須符合表 6 表 7 (A) 裂縫表面處理 : 以鋼刷或砂輪機, 將裂縫部分之表面磨除, 並以空壓將粉塵及鬆動物質清除乾淨 (B) 安置灌注頭基座 : 於灌注頭基座以膏狀之環氧樹脂補土 (Epoxy Putty) (C) 封塞灌注頭基座及裂縫 : 以膏狀之封塞劑塞灌注頭基座四周使之固定, 並沿裂縫表面披抹封塞劑, 以防止灌漿時漏漿 74

79 邊坡穩定補強操作手冊 (D) 安裝持續加壓式灌注頭 : 將持續加壓式灌注頭安裝於基座上 (E) 灌注修補材料 : a. 將混和好之修補材料灌注入縫隙 b. 灌注時應以由下往上順序為原則 c. 檢視灌注過之注射桶間殘餘之修補材料劑量, 若殘餘劑量所剩無幾, 表示裂縫內部尚未灌滿, 應即刻補灌, 直到不再吃漿為止 (F) 敲除灌注頭及其基座 : 待裂縫內部之修補材料完全硬化 後, 即可敲除灌注頭及基座 (G) 表面復原處理 : 用砂輪機或鑿子將表面突出部分去除至 與原壁面平齊 表 7 環氧樹酯封塞劑規格 試驗項目 單位 試驗方法 試驗值要求 硬化時間 Min ASTM D (min) 黏度 cps ASTM D2393 No flow 抗壓強度 Psi ASTM D695 6,000(min) 抗彎強度 Psi ASTM D638 4,000(min) 抗張強度 Psi ASTM D638 2,500(min) 接著強度 Psi ASTM D882 1,500(min) 硬化收縮 % ASTM D638 3(max) 75

80 山坡地社區安全系列叢書 4 表 8 環氧樹酯灌注濟規格 試驗項目 單位 試驗方法 試驗值要求 黏滯度 cps ASTM D (max) 膠凝時間 Min ASTM D (min) 黏著力, 斜面剪力, 兩天濕治 Psi ASTM C 黏著力, 斜面剪力, 十四天濕治 Psi ASTM C 變形溫度 ASTM D648 40(min) 養治之乾縮係數 - ASTM D (max) 壓力屈服強度 Psi ASTM D695 7,000(min) 壓縮模數 Psi ASTM D ,000(min) 強拉強度 Psi ASTM D638 4,000(min) 斷裂時張力延長度 % ASTM D (min) 水泥漿與水泥砂漿是屬於缺少粗骨材粒料的混凝土材料, 粒料細而工作性高, 適合於稍大裂隙的填補進行 水泥漿與水泥砂漿之取得極易, 而其特性同混凝土, 延展性與可塑性不高, 且本身強度不及於含粗粒料的混凝土, 若再遭逢大變形可能極易由填補處破裂, 故在做完裂縫填補工作後, 仍須定期檢視, 以避免裂縫之繼續產生而危害擋土結構物的安全 而環氧樹脂在與硬化劑作用前流動性較佳, 且聚合分子非常細緻, 極適合微小裂隙的填補工作 環氧樹脂材料本身較砂漿有較好的塑性, 對於遇到較大之變形時依然能發揮其效用而不致立即脆裂破壞, 然不似水泥砂漿之取得容易與經濟性, 故一般多用於室內建築物的補強工程上 76

81 邊坡穩定補強操作手冊 (2) 斷面補強工法用於擋土牆斷面強度不足之補強工法可分為 : (A) 混凝土斷面補強工法進行混凝土斷面補強後, 不僅加強擋土設施之結構強度, 也可增加擋土結構之厚度與自重, 提高擋土設施之穩定性 故混凝土斷面補強仍是目前最常為地工結構物補強所採用之工法 (B) 鋼板斷面補強工法鋼板斷面補強施作起來非常迅速, 且鋼材價格便宜, 故近年來鋼板斷面補強工法被廣泛用於重要結構物 ( 如橋樑 ) 的補強工程上 然而對於擋土設施之補強工程上, 仍鮮有應用成功個案, 且鋼板補強雖可增加擋土結構之斷面強度, 但對於斷面厚度之增加很有限, 無法大幅提高擋土設施之穩定性 (C) 纖維強化高分子複合材料 (FRP) 補強工法纖維強化高分子複合材料補強工法則主要被應用在建築物及重要結構物的斷面補強工程上, 可見圖 57 示意 此種工法應用在擋土設施斷面不足之補強上仍很少實例, 且補強成效仍有待商榷 77

82 山坡地社區安全系列叢書 4 圖 56 以環氧樹脂填補裂縫示意圖圖 57 纖維強化材料補強工法示意圖 7. 裂縫修補工法 前面已介紹了擋土牆面可能發生之裂縫種類及造成原因, 故在進行擋土結構物的裂縫補強之時, 必須先研判裂縫之種類以及造成裂縫發生之原因, 並針對引致擋土結構發生裂縫之原因, 移除不利於擋土結構安全之有害因素, 才能控制結構性裂縫之繼續發展, 如由穩定性問題誘發之擋土結構裂縫, 必須先設法解決穩定性破壞問題, 才能控制裂縫之發生 在移除了結構性裂縫的誘發因素之後, 最後再對於已發生之裂縫進行維修補強之工作, 抑止既有裂縫之擴大 繼續侵蝕, 以達裂縫補強的完美成效 擋土牆龜裂裂縫的修補乃為防止裂縫造成之劣化影響, 避免結構物發生危險, 同時回復裂縫損壞前之原有狀況, 提升擋土結構物之強度與正常機能 擋土結構修補工法 填補材料之採用主要依據裂縫之寬度或規模而定, 可分為下列工法分別作敘述 : A. 表面修補工法 : 表面修補工法係於擋土牆表面發生裂縫處利用 保護膜 加以披覆之方法, 可見圖 58 本法適用於一般牆面發生細微裂縫且裂縫寬度較小 ( 通常在 0.2mm 以下者 ) 其目的在於回復受損 78

83 邊坡穩定補強操作手冊 部分之耐久性 水密性與美觀為主 採用本法時可做裂縫發生數量之多寡而決定採用局部修復或整體全面修復 一般較常用者如下述三種 : a. 塗刷工法 : 擋土牆面發生輕微龜裂時, 利用水泥砂漿 塗料或化學藥劑塗佈於龜裂表面, 以防止裂縫繼續惡化之工法 b. 襯面工法 (Lining): 襯面工法係將牆面材料與外界有害因素隔絕, 抑制風化 混凝土劣化及鋼筋腐蝕之進行, 回復並維持擋土結構物之耐久性與美觀為主要目的 其原理與塗刷法相似, 一般常用於混凝土表面已呈劣化或裂縫深度較深者之修補 本法作業前應將已劣化之混凝土表面 ( 如中性化 脆弱層 附著物 ) 剷除, 清掃乾淨後塗佈打底層 ( 如 Primer), 以利襯面材料之黏著 一般常用之襯面材料為聚合系水泥 樹脂砂漿 FRC-FRP 等 c. 噴塗工法 : 利用壓縮空氣將噴塗材料, 如水泥砂漿 聚合水泥等, 噴塗龜裂表面上以修復之 本法適用於裂縫深度較淺面積較大, 或大面積厚度不乏龜裂修補 此法在土木工程之修復施工中很常見, 但噴塗時極易造成環境污染 填注補工法填注修補工法係於龜裂處使用注入劑等填充裂縫, 阻絕大氣中有害因子之侵入, 以防止侵蝕及劣化之持續進行, 避免裂縫擴大, 並使裂縫黏著成一整體, 填注修補工法可分為下列二種 : a. 注入工法注入工法為現行裂縫修補的主要方法之一 利用注入器或注入管等將注入材料 ( 一般採高分子環氧樹脂為主 ) 注入裂縫 注入 79

84 山坡地社區安全系列叢書 4 裂縫寬度在 0.2mm~5mm 間皆可使用 依汪入壓力而定, 可分為高壓注入工法與低壓注入工法兩種, 若依施工程序分類, 則可分為切槽式 (cut) 及非切槽式兩種 ( 裂縫寬度 0.2~0.5mm 時不必切槽, 大於 0.5mm 者應予以切槽處理 ) b. 充填工法 充填工法主要用於裂縫寬度 5mm 以上者, 或因鋼筋混凝土呈浮起脹裂之修補 裂縫寬度超過 5mm 以上者, 封緘劑無法確實封閉裂縫且注入工法施行困難, 而改採充填工法, 可見圖 59 本法係沿裂縫切鑿成 U 形或 V 形槽, 清除乾淨後塗佈底層, 再將填充料如樹脂砂漿 無收縮砂漿 或具可撓性之環氧樹脂等材料填充修飾, 完成裂縫之修補 茲將前述之裂縫填補工法依其不同特性整理於表 8 中 圖 58 纖維前化高分子複合材 80

85 面修補填注修補邊坡穩定補強操作手冊 表 9 裂縫填補工法整理修補工法適用裂縫規模修補材料種類表塗刷工法 襯面工法噴塗工法 表面輕微龜裂水泥砂漿裂縫寬度小於 0.2mm 塗料化學藥劑表面發生劣化聚合系水泥裂縫深度較深者樹脂砂漿 FRP 裂縫深度淺面積較大水泥砂漿大面積厚度小之龜裂噴凝土聚合水泥 注入工法 裂縫寬度 0.2~5mm 間 高分子環氧樹脂 充填工法 裂縫寬度 5mm 以上鋼筋混凝土浮起脹裂 樹脂砂漿無收縮砂漿 可撓性環氧樹脂 81

86 山坡地社區安全系列叢書 4 C. 各國結構物裂縫相關規定表 10 英國 (British Standard Institute) 及其他規範之裂縫寬度限制 設計規範 結構體荷重及周 結構體之型式 最大容許裂 圍環境 縫寬度 一般結構及荷重 RC 0.3mm BSI.CP110 PC 0.1mm 腐蝕性之環境 RC L PC 0.1mm 結構體在正常操 RC 0.3mm BSI.DD55 作下之荷重 RC L PC 0.1mm FIP 海洋結構 RC 0.3mm PC L 表 11 日本隊海洋混凝土裂縫寬度限制 設計規範 結構體暴露周圍環境 最大容許裂縫 寬度 海洋混凝土構造物施工指南 (1977) 港灣設施之技術基準及解說 (1979) 大氣中 潑濺帶海水中海水直接接觸部位潮汐帶 潑濺帶上述以外部位 0.15mm 0.2mm 0.15mm 0.2mm 82

87 邊坡穩定補強操作手冊 表 12 各國規範最大裂縫寬度限制 數據來源容許裂縫寬度數據來源容許裂縫寬度 SDJ mm BS 5400(78) 0.20mm TJ mm BS 5400(84) 0.25mm GBJ mm CEB-FIP(1970) 0.30mm 鐵規 (74) 0.20mm CP 100(1972) 0.30mm TBJ mm DIN mm ACI mm Chu Ⅱ(84) 0.40mm ACI mm ACI 244 委員會 0.30mm 斷面補強工法 (1) 混凝土斷面補強工法 : 擋土設施經詳細結構分析設計後, 對斷面不足之部分重新設計, 經由模版組立 配筋及澆置混凝土程序, 完成斷面補強之效果 澆置材料除一般混凝土外, 無收縮混凝土 樹脂砂漿等亦常有所見 必要時亦可採用預壘混凝土補強 本工法施作時, 應特別注意新舊混凝土之接著性, 配筋之應力傳遞, 及各種構材之接頭處理, 期能確保其補強效果 (2) 鋼板斷面補強工法 : 83

88 山坡地社區安全系列叢書 4 鋼板斷面補強工法係國內目前應用最廣 施工最為便捷之結構物補強方法 本工法係利用結構用鋼板配合高分子環氧樹脂進行斷面補強, 為求鋼板與混凝土之複合材料一體化, 混凝土上之既存裂縫先以注入工法填補, 再將已劣化部分鑿除, 才能達到最佳補強效果 鋼板斷面補強依環氧樹脂配合施工方式之不同, 可分為注入法與壓著工法兩種, 一般係視原斷面表面之平整度與樹脂注入效果而定, 國內現採用鋼板樹脂注入法居多 此法係將廠製完成之鋼板, 利用錨釘固定於斷面上, 以墊片使鋼板與混凝土面保持約 4mm 左右之問隙, 由預留在鋼板之注入孔注入環氧樹脂, 使增設之鋼板與原有結構斷面結為一體, 以達到斷面補強效果 (3) 纖維強化高分子複合材料 (FRP) 補強工法 : 纖維強化高分子複合材料是近來發展迅速之補強工法, 此工法在歐美日被廣泛使用, 其修補橋樑 建築物之案例漸多 而纖維種類主要有碳纖維 (CarbonFiber) 玻璃纖維 (GlassFiber) 及克維扯纖維 (Keviar) 三種, 目前國內以碳纖維為主流 纖維補強材料施工土必須使用之材料主要有纖維 環氧樹脂 底漆 補土砂漿等 纖維補強材料適用於大範圍內有大量細微裂縫 或襯砌材料有老化 掉落之虞時, 以纖維複合材料貼附在修補表面進行補強 在施工前, 須視情況先將較大裂縫利用環氧樹脂或水泥砂漿材料進行裂縫修補, 且將漏水處進行止漏處理後, 始可進行施工 施工時利用黏著劑將纖維材料 84

89 邊坡穩定補強操作手冊 黏投在結構物應力過大區域, 藉以增加結構物之抗張強度, 以防止裂縫持續擴大 上述工法中, 鋼板斷面補強工法被廣泛用於重要結構物 ( 如橋樑 ) 的補強工程上, 而纖維強化高分子複合材料補強工法則主要被應用在建築物及重要結構物的斷面補強工程上 此兩種工法應用在擋土設施斷面不足之補強上仍很少實例, 基於擋土結構補強的經濟性與重要性之考量, 目前仍多採用傳統的混凝土斷面補強工法進行 ( 六 ) 補強工法總體評估與選擇原則 1. 補強工法成效總體評估補強工法之採用, 須針對各種不同的破壞因素加以考慮, 但是對於同一種破壞因素, 也有多種不同的補強工法可供選擇 不同的工法均有其特性, 如何針對基地性質及現場破壞狀況, 評估各種不同工法的成效以選擇最適用的補強工法, 便成為設計者最重要的課題 在針對破壞因素選擇不同補強工法時, 可依其施工可行性 改善成效及工程經費三項目加以考慮, 並分別評估各個工法相對於個案工程之適用性 在評估過程中, 茲就以上三點之評估項目及評估原則說明如下 : (1) 施工可行性 : 包括施工機具與基地空間之配合 機具進場難易度及施工工期是否符合搶救時效等, 所以施工可行性評估可分為施工空間 機具可行性及工期可行性等三部分 施工空 85

90 山坡地社區安全系列叢書 4 間部分之評估原則應考慮不同工法對於用地之需求, 一般可分為牆前及牆後兩種狀況討論 牆前用地取得多於評估坡趾置重等改變牆前基地狀況之工法時較為重要 ; 而牆後用地取得封則坡工法等影響牆後基地狀況之工法較為重要 施工機具部分之評估原則應依現場基地狀況制宜, 判斷施工空間 基地規劃 材料堆放等各種因素, 再分別評以優 可 劣之等級 工期部分之評估原則應以現場危險度與施工工期加以判斷 唯評估時需注意天候狀況及施工進場時間 進場時間的早晚往往影響邊坡穩定設施破壞的程度, 延遲進場常造成破壞程度已超過原本預計補強之範圍 (2) 改善成效通常分為短期立即穩定性之改善成效及長期之穩定性改善成效兩方面比較 由以往施工案例之經驗, 配合施工後之監測資料來加以評估 此項評估原則應視現地破壞類型, 整理以往類似破壞模式之補強後監測資料, 再依資料加以評估 短期改善成效之有效評估監測資料時間應以補強工法開始施工為起始, 到完工後三個月為止 長期改善成效之有效評估監測資料時間則延長至完工後三年 (3) 工程經費以不同補強工法施用於相同規模之坡地破壞補強時, 所需使用的經費加以比較 因為不同之施工方式所使用之計價方式及單住均不盡相同, 故此項之評估應採用統一之評估原則 因將針對不同之破壞因素而發展出之補強工法成本放在一起比較, 似乎並不合理, 故在本研究中僅針對 86

91 邊坡穩定補強操作手冊 相同破壞因素之補強工法加以比較 所採用之評估標準為 在相同破壞狀況下, 使用不同之工法, 經設計分析後達到 相同之改善效果後之單位面積成本 就以上三點分別評估後, 如何整合各項評估結果, 以選擇出最後之補強工法, 其關鍵在於以上之評估項目中, 是否出現具有 唯一強制性 之條件 舉例來說, 原本預力地錨工法及土釘工法進行評估, 兩者互有優劣, 但因施工基地過於狹小, 致使預力地錨之施工機具無法進入, 則此時唯一強制性條件出現, 應採用土釘工法為補強工法 若無所謂 唯一強制性 之條件, 則此時應能以上三點之評估結果, 取得最佳之平衡點, 作為選擇補強工法之依據 針對各種破壞因素而發展出之補強工法均相當重要, 且各有其目的及特色, 故在本研究中依照各補強工法所針對之破壞因素加以分類, 並整理以往資料對各種工法之改善成效及工法適用性作出原則性之評估, 以作為參考 其中比較的部份因各基地狀況不同, 故均採相對性做比較, 而不列舉實際工程數據 而根據對第二節所分析之邊坡擋土設施破壞模式整理後, 造成擋土設施破壞原因, 概略可粗分為以下幾類 : A. 側向壓力過大 B. 側向抵抗不足 C. 牆背土壤工程性質不佳 D. 牆基土壤工程性質不佳 E. 邊坡深層潛在弱面或滑動面 87

92 山坡地社區安全系列叢書 4 F. 地下水問題 G. 擋土設施結構破壞問題 其中邊坡之地下水不僅會造成擋土牆背後水壓力之蓄積, 而且亦會弱化邊坡土體強度, 故對於解決邊坡內之地下水蓄積問題應特別提出探討 ; 另外邊坡土壤之工程性質不良問題, 依造成破壞模式與針對補強目標之不同, 又可分為擋土牆背後與牆基下方兩類分開作敘述, 故針對以上幾項造成擋土設施破壞之原因, 即有以下幾類補強改善對策 : (A) 降低側向壓力 (B) 增加側向抵抗 (C) 改善牆背土壤 (D) 改善牆基土壤 (E) 避免沿潛在弱面整體滑動破壞 (F) 改善排水措施 (G) 擋土設施結構性補強 2. 補強工法之選擇原則 在 (1) 補強工法成效總體評估 一節中, 概略將目前一般所使用的補強工法, 依照所針對的破壞原因加以分類, 並以 施工可行性 改善成效 及 經濟性 等三項工法特性分別評估 而在本節中, 將討論如何應用評估結果於工法選擇上及補強工法之選擇原則 邊坡穩定設施之補強工程, 需經曲通過檢定之專業技師依照作業流程加以設計 一般作業流程包括含現地調查之前置作業 原始資料檢討 監測 工法選擇 設計及安全評估等 其中工法的選擇, 往往 88

93 邊坡穩定補強操作手冊 是最具關鍵性的一步, 前節之評估結果, 則可提供為專業技師於進行工法選擇時之初步參考依據 不同施工基地的特性, 往往是選擇補強工法的重要因素 故必需針對不同基地的特性, 慎選適合的補強工法 一般而言, 在進行選擇補強工法時, 可依照以下幾個步驟 : (1) 判斷造成破壞的潛在因素, 並針對破壞因素列出可使用的補強工法 若造成破壞的因素超過一個以上, 則分別針對各種破壞因素列出補強工法 (2) 在列出所有可行工法後, 參考 5.2 補強工法成效總體評估 一節, 依照現場基地狀況, 對各種工法分別以 施工可行性 改善成效 及 經濟性 等三項評估其適用性 (3) 在以上三點完成評估後, 再進一步分析其是否有出現具有 唯一強制性 的條件 所謂 唯一強制性 的條件, 指的是現場基地的某些特性, 足以限制工法的使用 換言之, 唯有符合此一特性的工法, 才能使用於此一基地 舉例來說, 原本在預力地錨工法及土釘工法進行評估, 兩者互有優劣, 但因施工基地過於狹小, 致使預力地錨之施工機具無法進入, 則此時唯一強制性條件出現, 應採用土釘工法為補強工法 一般常發生的 唯一強制性 列舉如下 : A. 基地空間不足供施工機具施工 B. 基地進出通路不足供施工機具進入 C. 基地空間不足供補強工法加設所需設施 D. 工期長的工法不適用於緊急搶救性質的基地 89

94 山坡地社區安全系列叢書 4 E. 若基地與鄰近建物過近或已危及鄰近建物, 則以改善成效為優先考慮 F. 土地使用權有糾紛之狀況下不適宜使用削坡工法及伸入他人用地範圍內之工法 (4) 若無所謂 唯一強制性 之條件, 則此時應能以上三點之評 估結果, 取得一最佳之平衡點, 作為選擇補強工法之依據 本文所提出之補強工法評估及工法選擇之原則, 均為提供專業技師進行邊坡穩定設施補強設計時之建議, 坡地社區在遭遇類似問題時, 應交由專業技師依作業流程進行調查檢討, 並參考本文建議, 配合現地實際狀況善加設計, 並嚴加管制施工品質及完工後進行監測, 才能達到良好的補強效果, 避免再度發生 90