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第八章邊坡災害防治工程前前言言臺灣山地面積多於平地，近年來由於人口不斷增加，休憩旅遊、住宅、交通運輸等需求亦大幅增加，導致山坡地開發利用的範圍，也就日益增加。曾引起社會廣大注意的坡地災害，如發生在1989年及1994年的淡水米蘭山莊住宅的二次崩塌事件，1995年三峽白雞山的住宅滑動事件，1996年賀伯颱風暴雨所造成的土石流，以及1997年溫妮颱風造成的林肯大郡災變等，均是典型的坡地災害事件，其所產生的危害及損失均相當慘重。大部分坡地災害其實都是可以防止或避免的，只是事件發生以後，大都將原因歸咎於地質條件不良或雨量太大等非人為因素，藉以規避某些責任，而不作深入且積極的探討，徹底查究其真正的真相及原因，時日漸久，人們也就漸漸淡忘。由於俗話「預防勝於治療」，因此除了工程方面的整治外，尚有用來預防坡地災害的軟體設施，本章對於防治工法便分為硬體及軟體部分加以介紹，以期對於治山防災同時達到治標及治本的功效。學學習習路路徑徑本章在介紹山地邊坡的防護工程，主要著重在排水和擋土的工法，對於擋土牆的種類和構造有詳細的介紹。對此部分有興趣的讀者建議在郊外旅遊時，多留意身邊的防護構造物，再與本章的介紹相互對照，可加深本身對這些防護工法的印象。1.1排水工法水為大地工程最大的殺手，因此水對於邊坡穩定影響也相當的大，一方面可使坡體內的孔隙水壓升高，降低地質材料之剪力強度，另一方面因含水量增加而增加驅動力。故需於坡地體施作排水系統，其主要目的在於攔截地表水或地下水，並加以誘導排除，避免邊坡因水的影響而破壞，各項排水工法配置如圖8-1所示。圖8-1地下水排水工的運用示意圖（工研院能資所，1993）1.1.1地表水排除工程地表水如雨水、湧水或池水等滲透至土體或岩盤內可能誘發地滑，故需加以排除。一般採用之工法主要為導水溝及截水溝等明渠工法，以及用在多裂隙及窪地區域之滲透防止工法。截水溝是排除逕流的溝渠，於坡地上因流速大，必須植草或以磚石等切襯作保護，或用預先鑄造的混凝土製品裝設。截水溝即沿近似等高方向，橫跨於保護土地或保護物的上方，以攔截逕流導至安全地點者。而對於多裂隙及窪地等區域，可規劃利用粘土、水泥、瀝青、塑膠布等防滲工程，若同時配合柔性排水管來防止地表水滲透，將更具成效。1.1.2地下水排除工程坡地常見的地下水排水措施包括排水盲溝、橫向水平集水管、集水井工程、排水廊道等四種，由於每個工址之地質條件及地下水分佈情形不同，需根據水文調查結果選擇較適用的排水工以宣洩地下水，以下分別介紹常見的地下排水措施種類及其適用性：1.排水盲溝大都用以收集淺層（地表下約4m以內）的地下水，或收集回填土與原地層界面間的滲流水。構造如圖8-2、實地如圖8-3所示：圖8-2排水盲溝圖8-3排水盲溝施做情形2.橫向水平集水管是收集較深層的地下水或地下水脈。一般而言，水平集水管的水平間距大都距3~5m左右，深度及方向則以打到水脈或打至滑動面後方，能將地下水有效導出為原則。構造如圖8-4、實地如圖8-5所示：圖8-4橫向水平集水管圖8-5水平集水管完成後，地下水經由該管流出3.集水井由於受地形限制，當水平集水管無法充分發揮作用時，有時須在斜坡上增設直徑3.5m以上的集水井，並利用鑽機在集水井內部，打設不同方向的水平集水管，以收集不同含水層及不同流向的地下水。構造如圖8-6、實地如圖8-7所示：圖8-6集水井圖8-7剛浪板型的集水井（直徑3.5m）4.排水廊道亦為地下水排水的另一種輔助工法，該工法是在坡面上以開鑿隧道方式進入地層間，並在排水廊道內打設集水管，收集各方向的地下水，由於集水井及排水廊道工程規模較大，造價不貲，大都運用在較大規模的崩塌地。構造如圖8-8所示：圖8-8排水廊道1.2外部擋土工法早期邊坡的整治，除了排水工程之外，最常採用護坡工程與擋土牆工程，近年來使用地錨穩定邊坡也逐漸增加，以下介紹較常用的外部擋土工法及其適用性。擋土牆為一種構築於開挖或填築而成兩不同高程的土體表面的結構體，藉以抵擋高差引致的土體作用力。基於擋土牆所需擋護的土體性質、擋土高度、擋土牆構築材料與施工方法、牆體結構的行為特性、以及工址環境等條件的不同，故適用的型式亦不同，大致上可區分為砌石擋土牆、重力式擋土牆、RC擋土牆、蛇籠擋土牆、格床式擋土牆、加勁擋土牆。其中砌石擋土牆、格床式擋土牆、蛇籠擋土牆是為重力式擋土牆的一種，均以其重力提供抗滑動及抗翻倒的功能。至於RC懸臂式或RC扶臂式擋土牆則屬半重力式擋土牆，是以本身的重量及擋土牆底版上方的土體重，配合鋼筋混凝土強度，提供抗剪及抗滑動的功能。無論重力式或半重力式擋土牆均為傳統性的擋土牆，使用歷史已非常久遠。1.2.1砌石擋土牆砌石擋土牆是以巨積卵礫石堆砌而成，用於已呈不穩現象，且具大量地下水的鬆軟邊坡坡趾，牆體的堆砌底面較大為其缺點。合宜的擋土高度為5m以下。若無用地受限之慮，當地下水較豐富，或地層條件較差，易生較大沉陷現象時，加上考慮就地取材且安全要求不高時，則不失為一種頗經濟有效的擋土牆。構造如圖8-9、實物如圖8-10所示：圖8-9砌石擋土牆圖8-10漿砌卵石擋土牆1.2.2重力式擋土牆擋土牆之牆身是以無筋混凝土或卵（塊）石混凝土澆置而成，藉其厚重的牆身抵抗土、水壓力，稱之為重力式擋土牆。原則上，此型式擋土牆牆基地盤無承載力不足之虞，才宜採用。一般其擋土高度為5m以下，尚具經濟性，倘擋土高度過高，土壓力過大或牆基地盤欠佳，以致需採樁基時，則此型式的擋土牆不適用。構造如圖8-11所示：圖8-11重力式擋土牆1.2.3半重力式擋土牆半重力式擋土牆的擋土原理與重力式相同，亦是由自重所生穩定抗力，抵抗土、水壓力。因考慮經濟原則，於承受較大彎矩之斷面（受扭應力部位），即牆背下段與牆基趾端下緣，排組少量鋼筋增強抗扯高度，使牆體減薄。其經濟的擋土高度，一般為6m以下。1.懸臂式擋土牆由鋼筋混凝土構築牆身與底版組合而成，牆身結構行為類似懸臂樑，固定於底版上。本型式擋土牆是由牆的自重與牆基正上方的土重，提供其擋土抗力，由於所需的混凝土量，較半重力式擋土牆為少，牆基地盤條件受限亦較小，且其經濟性及施工性皆甚佳，故廣被採用，其擋土高度以3～10m範圍為最理想。由於其牆體總橫斷面形狀，極似英文字母L與倒T字，故亦稱L型或倒T擋土牆。構造如圖8-12所示：圖8-12懸臂式擋土牆2.扶壁式擋土牆懸臂式擋土牆高度達8～10m以上時，側向土壓力對牆身底部造成的剪力與彎矩過大，牆身設計所需之配筋大幅增加，以致不符經濟效益。此時常於牆身每隔一定距離，建造垂直於牆身之三角形扶壁連結牆身與底版，以增加結構強度，即扶壁式擋土牆。扶壁式檔土牆包括前撐型及後扶型兩種，其擋土原理與懸臂式擋土牆相同，總體構造亦類似，僅較懸臂式多設置一垂直於牆面版與牆基版的扶壁版，以減少牆面版及牆基版所受的應力，並可提高牆身的剛度。當擋土高度愈高時，此型式擋土牆的經濟性愈佳，一般較理想的擋土高度為6～11m。惟前撐型的扶撐版佔其甚多牆前的可用空間，而後扶型的扶撐版，亦影響牆背的填土作業，易造成夯實不佳的情事，故採用此型式擋土牆時，仍應妥為考慮。構造如圖8-13所示：圖8-13擋土牆1.2.4蛇籠擋土牆以鉛絲編成蛇籠，裝填卵塊石疊築而成，其作用原理類似於重力式擋土牆。鐵絲編織呈長條狀堆置者稱為蛇籠，呈方型塊狀堆置者稱為石籠。適用於多滲透水坡面或基礎軟弱較不穩定地區的設施，惟鐵絲易腐蝕，故耐久性較差。一般採用之牆面傾度較1：6（水平:垂直）為緩，擋土高度以10m以下較宜。構造如圖8-14、實物如圖8-15所示圖8-14蛇籠擋土牆圖8-15方形蛇籠（箱籠）1.2.5格床式擋土牆（框條式擋土牆）由預鑄鋼筋混凝土組合框箱，內疊砌卵塊石而成。適用於多滲透水坡面，每層高度3公尺以下，總高度不得超過6m。或由木條、預鑄混凝土條或金屬條疊砌成框形體，其框中則再以卵塊石或粗粒料填築而成。一般採用的牆面傾度為1：6（水平：垂直），牆身高度不得高於牆底寬度之兩倍。由於此型擋土牆過高時，對於橫向差異沉陷較敏感，易發生斷裂情事，故一般合宜的擋土高度以不超過7m為佳。構造如圖8-16、實物如圖8-17所示：圖8-16格床式擋土牆圖8-17格床式擋土牆運用於橋臺1.2.6加勁擋土牆加勁擋土牆是以預鑄牆面版、橫向加勁材及回填土石料所構成。牆面版可採混凝土製或鋼製、加勁材可採用棒狀、月狀、帶狀或網狀的鋼製品或化學聚合物。回填土石料則以內摩擦角φ大於25度，且通過200篩之細料少於25%為佳。此型式擋土牆是藉助加勁材，將牆面版與回填土結合為一體，以其重量發揮擋土功能。通常加勁材的長度約為牆高的0.8～1.2倍。加勁土擋土牆應用於高填土擋土，極為經濟，故其擋土高度愈高愈具經濟性，但仍以不超過20公尺為宜。由於土壤本身即為主要的擋土材料，加勁材僅類似混凝土中的鋼筋強化土壤，故此種擋土牆外形限制較少，配合植生後與周圍景觀的調和性良好，且容許較大的變形與差異沉陷，惟須考慮長期金屬條侵蝕與加勁材變形過大等問題。構造如圖8-18所示：圖8-18加勁擋土牆1.3內部加勁工法所謂內部加勁工法，即利用加勁材埋置於土體中，藉由加勁材的抗張或抗剪特性，改善土壤整體的抗剪力。在美觀和經濟效益上，常優於傳統的擋土結構物。另外，內部加勁工法因屬於柔性擋土結構物，具有承受較大的變形以及耐震性佳等優點。內部加勁工法基本上可區分為回填式加勁工法與坡面現地加勁工法；本文中所謂坡面現地加勁工法有別於回填式加勁工法，即加勁材直接置入地層中，並不需要回填土。1.3.1回填式加勁工法回填式加勁工法即為一般所謂的加勁擋土牆工法，乃在土壤中埋置加勁材，與土壤結合為一複合體；施工方式由下往上逐階回填土壤並鋪設加勁材，其原理為透過加勁材與土壤間的摩擦阻抗，使得土體產生束制作用，以增加土壤之抗剪能力。其與傳統擋土牆比較有如下的優點：1.具有較佳的柔性，可允許較大的不均勻沉陷。2.選擇回填土的土壤種類較為廣泛。3.施工容易。4.耐震性佳。5.坡面較為美觀，可搭配各種樣式之面版。6.對於較高之牆體時，更顯示出加勁擋土牆的經濟性。加勁擋土牆過去採用金屬條片埋入土體中，然因金屬條片隨時間逐漸銹蝕，而減低其耐久性。目前加勁擋土牆則以使用地工合成材為主流，一般可分為地工織布（wovengeotextile）、不織布（non-wovengeotextile）及地工格網（geogrid）等。雖然加勁擋土牆有甚多優點，但地工合成材受到紫外線照射將產生老化而降低抗張強度；因此，加勁擋土牆施工完成後，加勁材不宜暴露於外，宜採用噴漿、面版、或植生方式覆蓋，加以保護，其示意圖如圖8-19所示：加勁材與土壤間的作用力，除加勁材表面的摩擦阻抗之外，格網式加勁材因其橫向肋條亦可提供被動阻抗，配合顆粒性材料使用時，更增大加勁材的拉出阻抗。加勁擋土結構的破壞型式分為兩大類，即內部破壞與外部破壞。內部破壞型態包括加勁材本身抗張強度不足所造成的拉斷破壞，及加勁材與土壤間摩擦力不足所造成的拉出破壞。外部破壞型態則與一般擋土牆相同，包括傾倒、滑動、承載力破壞以及加勁區外的整體滑動等，於設計分析時應同時檢核。圖8-19加勁擋土牆示意圖1.3.2坡面現地加勁工法近二十幾年來歐美地區亦常採用現地加勁，以支撐開挖面或不穩定邊坡。其方法是利用鋼棒直接貫入土壤，或先行鑽孔、放入鋼棒，再以水泥砂漿填充於鑽孔中，與土壤結合成一連貫的結構實體。依其使用目的，大致可分為：土釘、微型樁、地錨及土榫三種現地加勁型式，如圖8-20所示：圖8-20現地土壤加勁之應用1.土釘土釘經常應用於開挖面或較陡的邊坡，以防止土體產生破壞。其施工方式是將加勁材以水平或略往下傾斜置入土中，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，以改善土壤的剪力阻抗。其優點有：(1)土釘擋土結構與一般傳統式開挖支撐結構或錨碇結構體（如地錨）相較，約可節省10%~30%的費用。(2)鑽掘機械和噴凝土機具的設備輕巧，機動性高，且施工噪音小及振動低。(3)施工速度快，且很容易隨土壤狀況而改變施工計畫。(4)土釘在開挖後很短時間就安置完成，故對於地表面和鄰近結構物的影