第六章 坡地保护方法与水土保持设施安全检查

第六章坡地保護方法與水土保持設施安全檢查前前言言本章內容分為五節，分別介紹坡地保護的方法、坡地排水的重要性與可採用的方法、水土保持設施安全檢查項目、檢查與維修時機及相關的專業技師團體，主要目的在於如何做好坡地的保護。學學習習路路徑徑做好山坡地的保護，可降低甚至避免山坡地災害所帶給我們生命或財產的損失，本章6.1節介紹坡地保護的方法，包括生態工法、植生方法及工程方法，可單獨採用其中的一種方法，或同時採用兩種以上的方法來保護坡地。「水」會嚴重的危害到山坡地的安全，特別在6.2節坡地排水中，介紹在山坡地工程的一些排水方法，包括地表水與地下水。坡地保護設施在施築過程中，即使每有偷工減料，經過一些時日也會有損壞之虞，平日周詳的的檢查與妥善的維修，勝過災害損壞後的重建，6.3節水土保持設施安全檢查，詳列平日的檢查項目與檢查方法，確保這些設施在災害來臨時，能發揮最大的功效。6.4節檢查與維修，建議山坡地保護設施檢查的頻率與時機，並介紹對山坡地保護設施具有專業知識與技術的團體，遇到難以解決的疑問，可以找這些相關的專業人員，尋求解決之道。1.1坡面及坡地穩定臺灣山地及丘陵面積佔全島總面積超過70％以上，平地僅佔30％以下，因人口壓力及經濟發展的需要，山坡地的開發利用成為重要的課題，有山坡地便會有河流水系；根據美國學者戴維斯（W.M.Davis）之理論，河谷之發育可分為幼年期，壯年期及老年期三個階段，此三個階段又由於地殼升降運動而循環，稱之為侵蝕循環（CycleofErosion）。戴維斯的侵蝕循環學說說明臺灣山地地形正處幼年期，幼年期的河谷特徵是河道快速的向下侵蝕，造成標準的V型河谷或峽谷剖面，有很陡的瀑布或急流，支流小而稀少，河道兩旁缺少或僅有極狹小的沖積平原（何春蓀1981），由此可見臺灣山地地形本屬不穩定地形。因此山坡地之開發利用，應有詳細完整的計畫，妥善的設施以防止災害的發生，本章旨在綜合各家學說、歸納理論及工程實務尋求可行的坡地保護工法。1.1.1工程方法普遍的說，凡是能減少驅使邊坡滑動力或是增加邊坡土體抵抗力的方法都是邊坡穩定的方法。譬如削坡，可使坡腳變緩或移除坡頂荷重，可減少邊坡向下滑動的重量。譬如地盤灌漿，預力地錨則可增加土體本身強度以抵抗向下滑動之重力。完善的排水系統則可減少驅使土體向下滑動的重力又可增加土體本身強度以抵抗滑動力。至於坡腳擋土結構或抗滑排樁則是以結構的力量來抵抗邊坡土體的滑動力。坡地也可分為兩類，一是人工邊坡，如路堤、河堤、堤壩。另一為自然邊坡。人工邊坡通常由工程填築而成，自然邊坡則可能由人工開發成道路、農田、建築基地、水庫等。若以坡面長度，坡地又可分無限邊坡及有限邊坡，有限邊坡大多屬人工邊坡採用擋土牆結構便能有穩定效果。若在無限邊坡便必須利用邊坡穩定理論，分析可能產生坡面滑動的位置及深度，據以採用適當的穩定工程措施才能達到安全的目的，不能執著於某種工法，必須兼顧每種可能狀況才行。（圖6-1～圖6-4）1.混凝土擋土牆擋土牆顧名思義，是來擋土的，其主要用途非邊坡穩定工程。其作用是擋住坡腳之土壓力，而期望能使整個邊坡穩定，如果邊坡滑動面發生在擋土牆基礎底面下通過而引起滑動此時擋土牆便失去穩定邊坡的作用，除非其基腳下打抗滑樁。因此在長坡面上構築數層擋土牆並不是好的設計。圖6-1懸臂式擋土牆（大陸工程）圖6-2扶臂式擋土牆（大陸工程）圖6-3石籠擋土牆（大陸工程）圖6-4地錨擋土牆（大陸工程）混凝土擋土牆主要是由混凝土所構成，在生態工法為主流概念的時代可能不太受歡迎。擋土牆之安全性必須考慮下列幾項：1.擋土牆承受土壓力後是否平移？2.擋土牆承受土壓力後是否翻倒？3.擋土牆基底土壤能否承受擋土牆總重？4.邊坡滑動面是否會在牆基底下方通過？5.擋土牆結構承受土壓力後是否破壞？6.擋土牆排水系統是否完善？長期使用下是否堵塞？擋土牆之構築須作基礎開挖，在坡腳處意味著，坡腳被挖開一大塊，這一大塊在擋土牆構築工期內須架設臨時支撐，擋土牆的構築先是架模板、排鋼筋、再來打混凝土，俟混凝土達設計強度拆模板，最後則是把先前開挖的坡腳分層回填夯實填滿，牆背回填土必須經滾壓壓實，回填土材料必須合乎規定，壓實度必須達95%以上或工程師之規定。回填土若不壓實則容易吸水，而使土壤便更重造成額外的土壓力。2.抗滑排樁可採用樁體打設至滑動面或岩盤以抵抗土坡向下滑動的力量（圖6-5）。樁必須成排打設，使用單樁成效有限。樁體材料可使用木樁、鋼樁、預鑄混凝土樁、場鑄混凝土樁。樁的打設方式有錘擊式、鑽掘式、人工挖掘式及預鑽孔植入式。錘擊式恐怕不適於邊坡工程，因為此工法會產生大量的振動不利於坡地穩定。鋼樁大致有鋼管樁及鋼板樁可使用，但鋼材在地下易生銹，再加上必須使用錘擊式打設，除非有妥善的防銹處理不太適合使用於永久性構造。木樁的使用頗合乎生態工法的理念，但需使用預鑽孔植入式打設，而且木樁必須經過防虫蝕處理。預鑄混凝土樁可使用預力混凝土樁，打設方法必須使用預鑽孔植入式較佳。場鑄混凝土排樁顯然較混凝土擋牆更適合作為邊坡穩定工程結構。因其有下列優點：1.無須大量開挖坡腳，破壞地形，在原地形下施工符合生態工法的理念。2.無須架設模板、組立鋼筋，縮短坡地不穩定時間。3.可深入土體滑動面增加抗滑效果。4.無須臨時支撐。5.無須回填土。6.坡地上現存之結構物較安全。圖6-5抗滑樁（資料來源：劉賢淋，1994）3.預力鋼鍵地錨─混凝土面板預力鋼鍵地錨使用在坡地穩定工程上（圖6-6），如果沒有人為疏失，算是很有效的工法。因為預力地錨在力學行為上，很符合邊坡穩定的原哩，其原理在於預力地錨所施加在坡面土體上的力量可增加土體滑動面上的摩擦力，如果土體產生滑動，地錨又可發揮錨定的作用將土體拉住，一直到地錨破壞﹔地錨破壞可能有三個狀況，一是固定段被拉出破壞，一是預力鋼鍵被拉斷，第三個破壞狀況是錨頭被拉脫。如果地錨長度不足讓固定段不在滑動面之外的穩定地盤或岩盤，或是錨頭錨座銹蝕而脫落，都是設計及施工上的人為疏失，但這類疏失比比皆是經常發生。設計者及施工者在坡地穩定工程上應特別用心及小心才是。光是預力地錨無法發揮坡地穩定的作用，還需要面板或格樑來承受預力地錨的拉力，作為地錨之承載版及錨定結構。面板必須堅固能夠承受設計載重，並將應力分散到土體內，因此必須使用鋼筋混凝土版或格樑，格樑的承載力較小，可使用在地錨拉力較小的情況。預力地錨亦可使用在擋土排樁或鋼筋混凝土擋土牆上，以增加其抗滑作用。圖6-6預力地錨擋土牆（資料來源：劉賢淋，1994）4.混凝土面板之加勁土壤結構加勁土壤結構可分為兩類，一適用於擋土用途的所謂加勁土壤擋土牆，另一是使用加勁土壤的人工邊坡。當然這兩種加勁土壤結構都可以作為坡地穩定的工法，不過其作用比較像重力式擋土牆，加勁土壤結構有其特殊之優點如下：1.施工程序簡易快速,不須大型機械。2.不利的地形及土壤條件也適合採用。3.柔性結構，能夠承受更大的差異沉陷。4.牆面面版可依生態要求、環境要求採用多變的材質、形狀、顏色等。相較於鋼筋混凝土擋土牆，加勁土壤擋土牆不必在坡腳大量開挖，也不用臨時支撐，不用組立模板鋼筋，其面版為預鑄，不用澆置混凝土及其後養護及等待混凝土達到設計強度，不用拆模。光是這些作業所需之工料機具就相當繁重。尤其這些作業曠時廢日增加坡地不穩定的因素。5.地盤補強工法能增加坡地土壤之強度，自然就能增加土體抵抗坡地向下滑動之能力，進而穩定邊坡。能增加坡地土壤或岩石之工法如灌漿工法、電滲透工法、熱處理工法、石灰樁工法、預壓密工法、摻水泥夯實工法及高壓噴射樁工法或其他地盤改良可用之工法皆可視狀況使用於坡地穩定工法。1.灌漿工法：所謂灌漿工法係利用鑽孔，將灌漿材料以壓力灌入土壤或岩石之中，以改善土體或岩體之工程性質，使其強度增加、變形性減少、水密性增加。因為灌漿材料可以填塞甚至固結土壤或岩石中之孔隙、裂縫等。所以灌漿工法在地盤改良工程中經常被運用，也是非常有效的工法2.滾壓水泥穩定土（CompactedSoil-Cement）使用水泥拌合坡地現有土壤，再經分層回填滾壓，此工法可在坡腳處構築回填土堤以穩定坡腳，其實是類似重力式擋土牆的功能，其水泥和土壤拌合之強度雖比混凝土弱但比一般回填土強太多。回填坡度可達1：1，根據學者的研究水泥和土壤拌合比1：10則強度可達25至125Psi。6.護坡工程1.噴凝土護坡噴凝土係將混凝土以輸送機及特殊噴嘴藉壓縮空氣的力量噴射於開挖坡面者，利用噴射的力量將混凝土壓實及緊貼於坡面（圖6-7、圖6-8）。其施工法分為兩種：(1)乾拌法：將水泥及粗、細粒、摻料於拌合機中先行乾拌均勻後用輸送機以壓縮空氣壓送至特殊噴嘴，再於噴嘴端加水拌合均勻後噴佈於坡面。(2)濕拌法：將水、附加劑、水泥及粗、細粒料於拌合機中拌合均勻後，用輸送機以壓縮空氣壓送至特殊噴嘴噴佈於坡面上。噴凝土之主要作用在於保護坡面使與水不易滲入邊坡土體或岩盤內，也可防止坡面土壤或岩石材料風化。本工法主要的特色在於噴布施工快速，不須架設模板，不須組立鋼筋，如果有需要可鋪設鋼絲網。施工快速簡易有利於施工時效，減少坡地不穩定的因素形成。其缺點是混凝土鋪面太廣，有害景觀及不利生態復育，可利用植生工法補充其不足之處。圖6-7噴漿施工前掛網作業（資料來源：劉賢淋，1994）圖6-8噴漿完成（資料來源：劉賢淋，1994）2.鋼筋混凝土格樑護坡混凝土格樑護坡（圖6-9）可分為兩種，一是固定格樑，另一是自由格樑。A.固定格樑工法：本工法之固定式格樑材料可使用預鑄的PE塑膠或鋼質材料，但大部分使用預鑄鋼筋混凝土框架，運至現場坡面，固定於坡面上，框中利用客土植生或植生袋植生以達坡面植生護坡之工法。由於預鑄之鋼筋混凝框架，在現地組成方形格樑有固定的形狀故稱之。A.自由格樑：利用鋼筋混凝土樑隨波起伏溝築於坡面，利用鋼棒、鋼筋灌漿後固定格樑，框內客土植生或砌石以防土壤沖蝕，並可防止淺層滑動。圖6-9採用錨定之加勁護坡（資料來源：劉賢淋，1994）3.混凝土護坡使用混凝土保護坡面，以免坡面土壤受沖蝕、風化及發生淺層坍滑，因大量使用混凝土，故必須使用其他植生工法美化之。4.混凝土砌卵石護坡卵石之砌築應以手工小心排砌安放，砌築前應於最下層坡腳之地面上先鋪一層混凝土，然後於混凝土上安砌卵石，卵石之長軸須垂直於坡面，卵石與卵石之接縫、空隙須以混凝土填滿。卵石之砌層須分層為之。5.三明治式擋土牆所謂三明治式擋土牆是以混凝土砌卵石為面，中填混凝土及背填卵石等三層所構築而成的擋土牆，雖名為擋土牆但高度不可太高，此牆無法抵抗太大的土壓力故其功用以護坡為主。1.1.2植生方法植生護坡工法大致有下列方式（林信輝，2004）：1.坡面撒播或噴植工法(1)撒播：將種子作必要的處理後，以人工均勻直接播植於坡面上。坡面每m2施堆肥1kg或台肥複合肥料0.05kg，使用2-4種種子混合約0.01kg，撒播後視需要鋪蓋草蓆。(2)直接噴植工法：將種子、肥料、黏著劑與水，利用壓縮機噴植於坡面，此種工法效率高，可適用於大面積的植生（劉賢淋，2001）為目前坡面值生工法中最常用主要方法，在勞力不足地區更實用。噴植厚度為種子大小之2至3倍，厚在1公分以內﹔坡面每平方公尺堆肥1kg或台肥複合肥料0.05kg，混合適當草種2至4種種子約0.01kg。黏著劑有柏油乳劑、天然樹脂等。噴植後保水能力差、日照強之坡面，須加蓋稻草蓆或其他材料鋪蓋。(3)鋪網客土噴植工法：先於坡面上坡設一層鐵絲網，增加坡面穩定性後再噴客土、黏著劑、種子、肥料之工法。客土材料每立方公尺土壤加30kg堆肥或台肥複合肥料4kg與適量的水混合，以噴植壓縮機噴佈形成3公分之客土厚，再將每平方公尺0.2至0.5kg之黏著劑和2至4種種子0.01混合後加適量的水噴植於客土之上。於軟岩之地區，坡面沿高線每隔40至60公分用鑽孔機、挖穴機挖孔穴，每孔直徑6至10公分，深10至15公分，施放遲效性肥料0.05kg/