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6-1 第六章 邊坡穩定處理工程規劃設計準則及施工注意事項 6.1 邊坡移動型式與速率 在重力的影響下,邊坡上的土石不斷地向下坡方向移動,稱為塊體運動 (mass wasting)或稱斜坡運動。邊坡移動型式: 1)墜落(Fall) 2)翻倒(Topple) 3)滑動(Slide) 4)側滑(Spread) 5)流動(Flow) 這五種斜坡運動即一般所稱的崩塌基本移動類型;而由兩種以上基本類型 組合而成的崩塌,為複合型邊坡運動。 邊坡移動速率分類,可分為 1~7 級,包括極迅速、非常迅速、迅速的、中 等速度、慢的、非常慢、極慢移動方式。 【說明】 崩塌型式 Varnes(1978),依移動形式分為墬落、翻倒、滑動、側滑和流動等, 並將地質材料分為岩石、粗顆粒為主土壤及細顆粒為主土壤,以定義崩塌的各種 型式,如表 6.1所示。 6.1 崩塌的型式(Varnes1978) 崩移物質的組成(Type of material) 工程土壤(Engineering soils) 移動方式 岩石 (Bedrock) 粗顆粒為主(Coarse) 細顆粒為主(Fine) 墜落(Fall) 岩石墜落 土石墜落 泥砂墜落 翻倒(Topple) 岩石翻倒 土石翻轉 泥砂翻轉 滑動(Slide) 岩石滑動 土石滑動 泥砂滑動 側滑(Spread) 岩石側滑 土石側移 泥砂側滑 流動(Flow) 岩石流 土石流 泥砂流 一、墜落(Fall墜落是體積大小不一的岩塊或土石以自由落體的運動方式,從陡峭邊坡或懸 崖掉落,若發生在公路邊會傷及人車。在砂頁岩互層構成的陡坡,會因差異侵蝕 的影響,導致上覆的砂岩失去支撐而墜落。 編者: 馮正一 李俊男 國立中興大學 水土保持學系 2005.03.15

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第六章 邊坡穩定處理工程規劃設計準則及施工注意事項

6.1邊坡移動型式與速率

在重力的影響下,邊坡上的土石不斷地向下坡方向移動,稱為塊體運動(mass wasting)或稱斜坡運動。邊坡移動型式:

(1)墜落(Fall)

(2)翻倒(Topple)

(3)滑動(Slide)

(4)側滑(Spread)

(5)流動(Flow)

這五種斜坡運動即一般所稱的崩塌基本移動類型;而由兩種以上基本類型組合而成的崩塌,為複合型邊坡運動。

邊坡移動速率分類,可分為 1~7級,包括極迅速、非常迅速、迅速的、中等速度、慢的、非常慢、極慢移動方式。

【說明】

崩塌型式 Varnes(1978),依移動形式分為墬落、翻倒、滑動、側滑和流動等,並將地質材料分為岩石、粗顆粒為主土壤及細顆粒為主土壤,以定義崩塌的各種型式,如表6.1所示。

表 6.1崩塌的型式(Varnes,1978) 崩移物質的組成(Type of material) 工程土壤(Engineering soils) 移動方式 岩石

(Bedrock) 粗顆粒為主(Coarse) 細顆粒為主(Fine) 墜落(Fall) 岩石墜落 土石墜落 泥砂墜落 翻倒(Topple) 岩石翻倒 土石翻轉 泥砂翻轉 滑動(Slide) 岩石滑動 土石滑動 泥砂滑動 側滑(Spread) 岩石側滑 土石側移 泥砂側滑 流動(Flow) 岩石流 土石流 泥砂流

一、墜落(Fall)

墜落是體積大小不一的岩塊或土石以自由落體的運動方式,從陡峭邊坡或懸崖掉落,若發生在公路邊會傷及人車。在砂頁岩互層構成的陡坡,會因差異侵蝕的影響,導致上覆的砂岩失去支撐而墜落。

編者: 馮正一 李俊男 國立中興大學 水土保持學系

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圖 6.1 邊坡墜落破壞之示意圖(Turner and Schuster, 1996)

二、翻倒(Topple)

翻倒是岩塊向下坡方向傾斜,導致重心脫離岩塊趾部,然後發生滾落的一種方式,岩層被兩組垂直節理切割成柱狀的岩塊最容易在自由面上發生翻倒或墜落。在台灣由於風化與侵蝕作用非常嚴重,有許多符合翻倒破壞的地質條件。

圖 6.2 邊坡翻倒破壞之示意圖(Turner and Schuster, 1996)

三、滑動(Slide)

滑動是一種剪切式的移動,是常見的斜坡運動。它可分成兩種:

(一)平面滑動

滑動面形狀近乎平面,如層面、節理面、斷層面或崩積土與岩盤的界面皆是。平面滑動常沿著岩盤、層面、節理面或斷層面滑動.移動常因地層排水不良而觸動,但是也常因坡腳被切除而引發,以發生在路邊、山溝或河流的坡面最多。也有因施工不良而導致護坡擋土牆滑動的情形。

(二)弧型滑動(旋轉式)

滑動面形成則是開囗向上的曲面,有如正立的湯匙(圖 6.3)。弧型滑動常發生於邊坡、河岸、公路旁及填土的地方,尤其是土層很厚或岩層破碎的地方,在滑動體內及冠部附近經常可見到張力裂縫。事實上,自然界的滑動很少有單一形

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式者,很多滑動均是在頭部為弧型滑動,在趾部則轉變為平面滑動或流動。在討論地滑之前,必需建立一個地滑特徵清單,表示其地滑尺寸及幾何特徵,以評估地滑之滑動狀況,包括其滑動範圍、滑動方向、滑動量等。一般地滑的特徵如圖6.4所示,各特徵的定義如表 6.2所示。

圖 6.3 邊坡弧型滑動破壞之示意圖(Turner and Schuster, 1996)

圖 6.4 地滑的幾何特徵(Turner and Schuster, 1996)

表 6.2 地滑地主要特徵

名稱 定義 冠部 鄰近主崩崖之最頂端,停留在原地而無滑動之部份。 主崩崖 崩塌地中最主要的崩塌崖坡。 頂點 介於位移體與主崩崖間之最高點。 頭部 位移體與主崩崖間上部。 次崩崖 次要的崩塌崖坡。 主體 位於滑動面上之位移體。 足部 在趾部的前面。 趾尖 於趾部上距離頂點最遠之點。 趾部 整個崩塌地來看,離主崩崖最遠之滑動體前緣。 滑動面 造成位移體的表面。 滑動面之趾部 滑動面的下部。 位移體 分佈於邊坡上之物質,由下陷區及堆積區所構成。 下陷區 崩塌後,低於原使地表面之區域。

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堆積區 崩塌後,覆蓋原始地表面之區域。 側翼 崩塌所造成之破裂面之兩側,左、右翼由冠部視之。

四、側滑(Spread)

側滑(測向潰散)是水平方向的滑動,滑動面之下通常是一軟弱岩層,因下方之軟弱岩層產生塑性滑動而間接影響上層岩層。

圖 6.4 邊坡側滑破壞之示意圖(Turner and Schuster, 1996)

五、流動(Flow)

如可塑性流體一樣的移動,其速度可以從每秒數公分至每秒數百公尺。一般常見為土石流,其發生型態區分為(1)河床堆積之土砂礫因大雨所造成之土石流,(2)山腰崩壞之土砂礫因大雨所造成之土石流,(3)堰塞湖堤崩壞時所造成之土石流,(4)因豪雨造成地層滑動所形成之土石流。

圖 6.5 邊坡流動破壞之示意圖(Turner and Schuster, 1996)

依據 Cruden和 Varnes(1992)的分類,邊坡移動的速率,以區分崩塌的類型,從每年小於 6英寸到超過 5英尺/秒的移動速率。移動的速率可以 10的倍數表示,如表 6.3中所示。

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表 6.3 邊坡移動速度分級(Turner and Schuster, 1996) 種類 描述 速度(mm/sec)

7 極迅速 5×103 6 非常迅速

5×101 5 迅速的

5×10-1 4 中等速度

5×10-3 3 慢的

5×10-5 2 非常慢

1 極慢 5×10-7

6.2邊坡不穩定之成因

造成邊坡不穩定之成因有:

1.地質成因

2.變形成因

3.物理成因

4.人為成因

【說明】

1.地質成因(Geological causes)(Tuner and Schuster, 1996)

(1) 地質材料軟弱

(2) 地質材料敏感度高

(3) 地質材料風化

(4) 地質材料受剪力作用

(5) 材料有節理或裂縫產生

(6) 不利之岩體不連續面位態(如層理、片理等)

(7) 不利之構造不連續面位態(如斷層、不整合面、接觸面等)

(8) 滲透性差異大

(9) 勁度差異大(如堅實密度大的材料位於塑性材料之上)

2.變形成因(Morphological causes)(Tuner and Schuster, 1996)

(1) 板塊或火山隆起

(2) 冰河解壓回彈

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(3) 坡趾受洪水侵蝕

(4) 坡趾受波浪侵蝕

(5) 坡趾受冰河侵蝕

(6) 坡地邊緣受沖蝕

(7) 地下侵蝕(溶蝕、管湧)

(8) 邊坡或坡頂受自然堆積載重

(9) 植生遭移除(森林火災、旱災)

3.物理成因(Physical causes)(Tuner and Schuster, 1996)

(1) 豪大雨

(2) 急速融雪

(3) 長期異常的降雨

(4) 水位急洩降(洪水消退、退潮)

(5) 地震

(6) 火山爆發

(7) 解凍

(8) 凍結與融解之風化作用

(9) 收縮與膨脹之風化作用

4.人為成因(Human causes)(Tuner and Schuster, 1996)

(1) 邊坡或坡趾的挖掘

(2) 邊坡或坡頂受人為增加載重

(3) 水庫洩洪

(4) 森林砍伐

(5) 灌溉

(6) 採礦

(7) 人為振動

(8) 公共管路的水滲漏

6.3邊坡穩定分析

6.3.1設計理念與設計實務考量

道路邊坡之設計流程應針對工程之相關資料加以判斷及探討,進而考慮主要與次要之因素進行設計,依邊坡分析之類型區分為:土壤邊坡穩定分析與岩石邊坡穩定分析。

(一)土壤邊坡穩定分析

土壤邊坡穩定分析方法可分為兩大類型,即「有效應力分析法」及「總應力分析法」。

(二)岩石邊坡穩定分析

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依破壞類型建立對應之岩石邊坡破壞模式後,進行分析。

【說明】

因台灣地質材料的不同與多變化性等特質,所以每個邊坡都有其獨特的設計理念。道路邊坡無論挖方或填方之邊坡應視地形採用較平緩者,在設計進行時,應分為主要實際設計考慮因素與次要設計考慮因素,以達到實務之考量。

(一)主要實際設計考慮因素:

1.是否徹底地分析現地土層之架構和地質之特性等。

2.此地區土層之地下水流網及其流經路線和水源概況等問題。

3.評估可能造成毀壞與崩塌之破壞模式。

4.準確評估材料特性之複雜變化下,對任何可能之破壞面進行分析。

5.考慮連續破壞情狀況下的經濟問題。

(二)次要設計考慮因素:

1.山區常因土地之因素導致設計採用陡峭之擋土牆。

2.緩坡是否也需要做穩定分析。

3.是否節理與侵蝕性高之邊坡需利用陡坡減少其侵蝕之面積或為了減少漫流速度而保留緩坡風化之材料。

4.為了使邊坡整治後能繼續保持植生,其邊坡的坡角需少於 1︰1.5。

5.設計時應考慮其邊坡之美感,所以邊坡之坡度與坡面的自然感應加以注意。

6.設計過程應依地形而定,儘量避免大量開挖或填土,盡量達到挖填平衡原則。

(三)土壤邊坡穩定分析

進行土壤邊坡穩定分析時,應先根據基地地質狀況、地形、地層強度、地下水位及上部載重等各種潛因或外來誘因研判其破壞模式,再根據可能破壞模式採用適當之分析方法,其分析方法可參考 6.3.3節。

(四)岩石邊坡穩定分析

岩質邊坡穩定分析應先考慮地質構造及岩體弱面,以評估岩石邊坡之破壞模式,進而選擇適用之分析方法及配合相關邊坡參數以進行穩定分析,其分析方法可參考 6.3.4節。

如依岩體性質來概分,則岩體可分為連續體與不連續體,連續體常為弧形破壞面,而不連續體則為線形破壞面,其破壞之分析模式如表 6.4所示。

表 6.4 岩體性質之岩石邊坡穩定分析模式一覽表

(國工局邊坡穩定及保護之設計準則研訂與解說 2003) 邊坡岩體性質 岩質特性 分析模式 連續體 高度破碎岩體,岩塊粒徑小; 圓弧形破壞分析

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側滑型破壞 極低強度岩體,岩質近似土壤(如泥岩… 等)。 流動型破壞

平面型破壞分析 楔型破壞分析 翻倒型破壞分析

不連續體 岩坡內分佈有層面、節理面...等弱面,弱面之強度相對於岩層強度而言係屬偏低,因而岩體強度係由弱面所控制。 落石、岩塊墜落

(五)坡度設計考量

美國公路官員協會對土質邊坡之規定如表 6.5 表 6.5 土質邊坡之設計坡度

邊 坡 坡 度 ( 直:橫 ) 填挖高度(m)

平原或丘陵地區 地形較陡地區 地形陡峻地區 0~1.5 1:4 1:4 1:4

1.5~3.0 1:4 1:3 1:2 3.0~4.5 1:3 1:1.5 1:1.25 4.5~6.0 1:2 1:2 1:1.5* 6.0以上 1:2 1:1.5* 1:1.5* *黏土及粉土受有沖刷者,坡度不得較 1:2為大

我國「公路標準規範」對岩石邊坡之規定如表 6.6 表 6.6 岩石邊坡之設計坡度

地質 礫石 軟石 堅石

挖方邊坡(直:橫) 1:1.25~1:1.5 1:1.25~1:0.5 直立~1:0.25 填方邊坡(直:橫) 1:1.25~1:1.5 1:1 1:1

(六)邊坡設計

由於地質材料的變異性,每個邊坡的設計都是獨特的。利用電腦進行穩定分析與設計,工程師們得以經濟、快速地評估邊坡的臨界滑動面,得到滑動面之最小安全係數。

在計算穩定分析之前,下列過程是必須的:

1.對於邊坡坡面、地層狀況及地質結構完全了解。

2.充分瞭解地下水位、水源及其水流路徑。

3.評估邊坡剖面與最有可能之破壞模式。

4.評估材料工程性質,並考量邊坡參數之變異性。

5.評估最經濟情況與破壞結果 【注意事項】

在設計之過程中應多方考慮現場之狀況,如地下水滲流、當地天氣狀況、工

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程之安全性等等,這些也許會變成災害之驅動因子,所以設計時應多加調查與評估,才能使災害之傷害度降到最低。

6.3.2安全係數之決定

研判土壤或岩石邊坡之整體穩定性,一般常以安全係數作為評估之依據,而邊坡安全係數被廣義定義為,邊坡之土層本身或弱面之抵抗力與下滑力之比,考慮因素越詳細,所求得之安全係數越可靠,但因地質之多變性、氣候和外在人為等因素,常影響安全係數之求得,為維持邊坡一定的安全水準則需視以下二點因素加以考慮安全係係數:

1.對於地質構造、地下水資料、可能滑動面及相關參數之瞭解掌握程度。

2.當邊坡造成破壞時,可能造成損失之嚴重性。

【說明】 對於地質構造、地下水資料、大地氣候及可能滑動面等之引響下,安全係數之求得,可參考國道新建工程局訂定之「地工設計注意事項」香港 GEO “Geotechnical Manual for Slope”與 TRH(1987),所規定各種情況安全係數參考設計 (摘錄香港GEO “Geotechnical Manual for Slope’’(1998)) 。

一般人口密度高或對財產風險高的危險區域,則建議可接受的安全係數為 1.5,而風險較低之區域可接受其安全係數為 1.25。下列為依道路標準不同而有不同之的安全系數要求如表 6.7。

表 6.7 依道路的不同而有不同之的安全系數標準 (Technical Recommendations for Highways, 1987) 道路的標準 F.S. 高速公路或主要的城市道路 1.50 不常使用的產業道路 1.25

【現行相關技術規範中之規定、適用性檢討及建議】

(一)國道新建工程局「地工設計注意事項」,訂定土壤邊坡或岩石邊坡之安全係數,其安全係數應符合規定如下表 6.8所示:

表 6.8 國道新建工程局規定之邊坡安全係數 常時 FS≧1.5 地震時 FS≧1.1 永久性 高水位 FS≧1.2 常時 FS≧1.2 臨時性

(施工中) 地震時 FS≧1.0 *安全係數:Factor of Safety:FS。 *臨時性邊坡係指工期在二年以內之工程邊坡。

(二)所發生之崩塌與滑動等破壞,其大多之驅動因子都來自連續降雨或發生豪雨之狀況下,所以降雨強度之安全係數決定是相當重要的(GEO,1998)之邊坡可概分為:

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1.新建邊坡:此類邊坡乃是人為堆填而形成之邊坡,雖然很少有地下水之條件,但生命損失風險類別的崩塌是不允許的,因此邊坡設計安全係數如表6.9所示。

2.既有邊坡:既有邊坡可提供詳細地質資料進行評估之機會,還可獲得準確之地下水資料,因此,對邊坡之施工維修和預防工程等,設計人員可以更加準確評估比新造邊坡更低之安全係數,如表 6.10所示。

表 6.9 香港 GEO新建邊坡設計安全係數建議表(10年降雨頻率) (Geotechnical Manual for Slope,1998)

生命損失風險 經濟損失風險 微 低 高

微 >1.1 1.2 1.4 低 1.2 1.2 1.4 高 1.4 1.4 1.4

說明:(1)上述係 10年一次降雨強度下之安全係數建議值,當邊坡可能導致高的生命損失風險時,則必需校核在最壞的預測地下水狀況下仍能保持安全係數 1.1以上。

(2)上述安全係數僅係建議值,在特別的情況或特殊的經濟損失考量下,較高或較低的安全係數仍是可以接受的。

表 6.10 香港 GEO既有邊坡設計時之安全係數建議表

10年一次降雨強度下建議之安全係數

微 低 高 生命損失風險

>1.0 1.1 1.2 說明:(1)表中安全係數為最小值,它僅適用於那已進行過嚴謹地質和大地工

程分析,屹立時間已相當長,而且荷載條件、地下水文、變動後基本坡形等與其現存的邊坡相若。

(2)善後與預防工程設計中如採用反算分析法,於最不利的已知荷載和地下水條件下,既有斜坡可假定具最小安全系數 1.0。

(3)邊坡崩塌或受損,引起的原因必須特別查明,並在維修工程設計中加以處理。

【注意事項】

自然的邊坡:自然之邊坡大多都為大面積且接近極限平衡狀態,因此要針對這些邊坡進行預防工程之設計,是相當困難而耗費金錢與時間的,所以設計盡量避免對其邊坡進行大幅開挖。此邊坡除非邊坡未受擾動及經仔細檢查,未有出現邊坡不穩、嚴重表面侵蝕等,則不需要如表 6.7所載之安全係數。

6.3.3土壤邊坡穩定分析法

土壤邊坡穩定分析方法之選用係依滑動面之破壞型態而定,如為平面、圓弧及複合等較具規則之破壞型式,可採用平面分析法、圓弧分析法及切片分析法;對於複雜或其他較不具規則滑動等破壞型式者,可採用數值方法進行分

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析。分析時可依現地土壤行為選擇「有效應力分析法」或「總應力分析法」進行之。

【說明】

(一)土壤邊坡設計中有很多穩定性分析方法可用,雖然有些是基於塑性理論,但一般土壤邊坡大多採用極限平衡法進行分析,並考量不同的破壞型式及限制條件,各方法之描述與分析方法可參考表 6.11。

(二)表 6.11為常用之分析方法概述及假設之破壞型式。對於因邊坡可能因變形過大、地層複雜、破壞型式不具規則性等穩定分析,需採用有限元素或有限差分法等進行穩定分析。土壤邊坡之分析方法可分為「效應力分析法」及「總應力分析法」兩種,其分析概念及使用時機如下:

1.有效應力分析法: 「有效應力分析」係以有效應力強度參數 c′及φ ′,並掌握孔隙水壓的

分佈以估算邊坡內有效應力。據以進行邊坡穩定分析之邊坡? 之孔隙水壓除了可經由實際量測獲得外,亦可依據理論,計算孔隙水壓。惟考量邊坡內應力分佈之複雜性,亦可以採用數值分析程式進行邊坡內孔隙水壓之分佈及變化情形之模擬。 坡體內部及所在地層內之水壓屬靜止或穩定狀態的水壓力時,則此邊

坡之穩定分析可採「有效應力分析法」進行。對永久性及長期狀況之挖方或填方邊坡,邊坡經過常時間的水壓消散,坡體內之水壓呈靜止或水頭分佈穩定的水壓狀態,亦適合「有效應力分析法」。 對於施工中之邊坡(如回填中之路堤下方地層及開挖中之坡面),若坡

體內地層排水速度緩慢,則邊坡內孔隙水壓將處於持續變化狀態,除非能準確量得孔隙水壓之變化量,否則此類邊坡不適宜以「有效應力分析法」進行分析。「有效應力分析法」因能直接以有效應力及有效應力強度參數對邊坡之穩定情形進行分析,若施工中坡體內孔隙水壓能準確掌握,其分析結果將較符合現況。

2.總應力分析法 「總應力分析法」係以總應力強度參數 c及φ或不排水剪力強度 Su,

在無法掌握邊坡內之孔隙水壓分佈情況時,以不考慮水壓力之情形下進行邊坡穩定分析。此分析之方法適用於低透水性地層或當邊坡進行施工過程中孔隙水壓來不及消散之情況下,可採用「總應力分析法」。 「總應力分析法」雖不需瞭解邊坡內地下水位及超額孔隙水壓之分佈

情況,分析也因此相對的較為簡易。因總應力強度為不排水之狀況下試驗而得,與實際現地之情況很難有完全符合之狀況,因此通常在地下水位與孔隙水壓不易求得時,才考慮使用總應力分析法。

(三)土壤邊坡穩定分析方法有極限平衡法及數值分析法(第 6.3.5節)。極限平衡法之安全係數可由臨界滑動面(Critical Slip Surface)求得,決定臨界滑動(破壞)面必須經過許多計算分析步驟,首先將土體進行切片(Slices)分等,在對每塊切片進行平衡條件計算,而整體平衡後,可以計算得到安全係數。各種不同的計算分析方法,具有不同的準確度,主要原因是各方法處理對象不同,適用性及假設條件也不同。考量不同的破壞型式及限制條件,常用方法敘述如下:

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6-12

1.平面分析法 破壞面係假設為一平面(非曲面),如 Culmann分析法及無限邊坡法均

是,其中 Culmann法定義一穩定係數 Ns,可求得邊坡之臨界開挖深度。無限邊坡法則考慮砂性地層之安全性與邊坡高度或地層厚度無關,破壞面接近平行於坡面。

2.圓弧分析法 假設破壞面為一圓弧,採用 Taylor分析法及摩擦圓法,其中 Taylor

分析法假設坡頂為水平,且圓弧破壞面不延伸至堅硬土層;摩擦圓法為考量同時具有 c- φ之土壤邊坡之穩定分析方法。

3.切片法 此法乃將可能之滑動土體分為許多垂直切片,由於不同的切片間作用

力之假設,而有各種不同的方法,如 Ordinary Method、Bishop簡化法、Spencer法、Janbu簡化法、Janbu修正法及Morgenstern-Price法等。

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6-13

表 6.11 土壤邊坡穩定分析方法(香港 GEO “Geotechnical Manual for Slope’’(1998)) 方法 崩塌面 假定 優點 侷限性 參考文獻 建議

無限邊坡法 直線 用任意的垂直條塊替代整個邊坡 簡單手算法 破壞面假定通常是近似的,該法僅

適用於長高比大的滑動面且可略去端部效應

Lambe & Whitman(1969)

適用於長邊坡,尤其是岩層上覆薄層風化土的邊坡

滑塊法 兩條或兩條以上的直線

滑動體可分為兩塊或多塊,每塊的平衡以塊間力獨立處理之

滑動體分為 2~3塊時,手算適用

沒有考慮切片的變形,其結果對於塊間力與水平面的夾角,及塊間界面的傾斜角度很敏感

Lambe & Whitman(1969)

可用於斜坡內,或邊坡下有軟弱夾層,及邊坡處於堅硬層上

Bishop法 圓弧

對每一切片取力和力矩平衡。 精確法於每一切片兩側的豎向力設數值直至滿足所有力平衡方程為止,而簡化法假設作用在每一切片兩側的豎向合力為零

簡化法與有限單元變形法的結果有較好的吻合(F.S.平均誤差在 8%以內),有現成電腦程式

圓弧滑動面僅適用於但大半徑的圓弧型破壞

Bishop(1955) 用於可假定為圓弧的破壞面

Bishop和Morgenstern圖解法

圓弧 用簡化的 Bishop法,取平均 ru值 使用簡便,比 Hoek圖解

法更精確 僅適用於均質土及坡度小於 27o的邊坡

Bishop & Morgenstern(1960)

有限的適用性

Hoek's圖解法

圓弧 整體地處理滑動體。下限解,假設正應力集中在一點

有坡角 10o~90o圖解 ,使用非常簡單

僅使用於均質上及五種特定的地下水條件

Hoek&Bray(1981) 對初步計算及低風險邊坡,十分有用

Janbu法 非圓弧

綜合法處理在每一切片的力和力矩平衡。必須對切片間力的作用線作出假定。常規法不處理切片間的豎向力,F.S.修正以處理豎向力

可用真確的剪切面,常規法可使用程式計算機或手算進行

對於由多種岩上組成的邊坡,常規法會導致較大的誤差,通常低估了安全係數。綜合法無上述局限

Janbu法(1972)常規法在 Hoek&Bray(1981)

大多數土質邊坡,十分有用。須注意常法規的侷限性

Morgenstern和 Price法 非圓弧

處理每一條切片的力和力矩平衡,類似Janbu綜合法

比 Janbu法更精確。有現成電腦程式

無簡化方法,需用電腦計算,通常耗時非常

Morgenstern&Price(1965)

對於強度和孔隙壓力都不能精確知悉的土壤,通常不必如此地精細計算。

Sarma法 非圓弧 Morgenstern & Price 法的改進,以地震力減少迭代

運算時間減少,而無損精確度

並未有現成電腦程式。但可用計算機計算

Sarma(1979) 可作為Morgenstern & Price法的替代方法

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6-14

6.3.4岩石邊坡穩定分析法

岩石邊坡之穩定分析步驟如下:

1.先由地質構造及岩體弱面評估岩石邊坡之破壞模式。

2.再藉理論公式、立體投影圖、數值模擬等方法及相關參數進行數值穩定分析。

3.若安全性堪慮則須再導入適當之工程措施再進行邊坡穩定分析,以達到設計之安全標準。

【說明】

(一)岩石邊坡之分析步驟流程如圖 6.6。

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圖 6.6 岩石邊坡穩定分析流程圖 (邊坡穩定及保護之設計準則研訂與解說 2003)

(二)各種分析模式之說明如下:

1.立體投影圖分析: 不連續面分析可使用之立體投影圖以「等面積投影圖」為主,採用下

半球投影法分析。在對某一岩坡進行立體投影圖分析時,係將所量得之不

連續面投影至圖上,藉以瞭解此岩坡之不連續面分佈情形,以及不連續面

位態及其與岩坡坡面之相對關係。立體投影圖可分析平面型滑動、楔型滑

動及翻倒型破壞等岩坡穩定情況,如圖 6.7。

圖 6.7 岩坡破壞模式及其對應之立體投影圖(Hoek and Bray,1981)

2.平面破壞分析: 平面破壞分析需就可能之滑動弱面傾角、張力裂縫與滑動弱面之可能

水壓分佈、滑動岩體自重、地錨及各工程措施等,來進行穩定分析或安全

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6-16

係數計算。其平面破壞之分析模式如圖 6.8所示。常見之順向坡破壞模式即屬此平面破壞模式,可應用此方法分析之。

圖 6.8 平面破壞之型式與分析模式之示意圖

(Hoek and Bray, 1981)

3.圓弧型破壞分析:同土壤邊坡之圓弧形破壞分析法,軟岩岩體若不為不連續面所控制,可歸類為均質岩體者,可應用此方法分析之。

4.楔型破壞分析: 楔型破壞分析需由形成楔型破壞之坡面與兩組弱面空間位態(走向與

傾角)、藉立體投影圖推導出楔型滑動岩體自重及兩滑動弱面與週遭岩體之接觸面積、再藉由兩弱面各自之弱面剪力強度參數及可能水壓分佈,進行

穩定分析或安全係數之推導。

5.翻倒型破壞分析: 翻倒型破壞分析需就弱面之傾角、剪力強度參數及可能之地震力、水

壓力與工程措施等,利用立體投影圖或數值模型進行穩定分析。

6.反算分析(Back Analysis): 「反算分析」係假設已發生破壞邊坡破壞當時之安全係數小於 1.0,

依邊坡破壞當時之狀況,據以進行反算分析,以推估已知滑動面之強度參

數,並參考試驗結果及相關經驗,決定最可能之強度參數。而將所求得之

強度參數,應用於分析此區域其他邊坡之穩定性,並設計邊坡保護措拖。

坡頂張力裂縫

坡面

破壞面

坡面張力裂縫

坡面

破壞面

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6-17

(三)土岩交界面之穩定分析:

具有明顯土壤與岩石交界面之邊坡,由於岩層之透水性較低,而蓄積地下水

或地下水沿此界面滲流,使得此界面之強度較其上下之土岩為低,易造成邊坡沿

此界面發生滑動破壞。其分析步驟大致如下:

1.由現地鑽探取樣所取得之土岩交界面試體,於試驗室經泡水數日後進行殘

餘直接剪力強度試驗,求得此界面之殘餘強度 ′rC 、 ′

rφ 。若邊坡已發生破

壞時,此土岩界面之強度參數 ′rC 、 ′

rφ 可以「反算分析」推求。

2.針對邊坡於土岩交界面之外可能發生之各種破壞模式進行分析,研判是否可能在土岩交界面之外之邊坡發生破壞。

3.以指定滑動面沿著此土岩交界面發生破壞進行邊坡穩定分析,以瞭解邊坡是否可能沿著土岩交界面破壞,並求得其最小安全係數。

4.比較步驟 2及步驟 3,決定邊坡內最小安全係數之可能破壞面,並據以進行保護工程設計。

6.3.5其他邊坡穩定分析法

邊坡穩定性分析與設計可用數值方法來進行,最常用的方法包括有限元素法

與有限差分法。

【說明】

數值分析法比理論公式更能模擬施工與擋土牆構造之方法。二維與三維之數

值分析已有日益普及之趨勢。數值分析法一般可分為下列數種:有限元素法、有

限差分法、離散元素法等

目前工程界常用之數值分析程式有 FLAC(有限差分法)、UDEC(離散元素法)、PLAXIS(有限元素法)及 ABAQUS(有限元素法)。

(一)有限元素法(Finite Element Method, FEM)

有限元素法的主要是將欲分析之土體,切割成許多元素,決定各元素的力學

行為或力學模式,然後依各元素的應力-應變關係,計算土體的變形行為、變形

量或應力狀態等。

(二)有限差分法(Finite Difference Method, FDM)

有限差分法之原理為將邊坡穩定的控制方程式,以有限分式寫成系統方程

式,再以顯性法或隱性法分析未知量。

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目前應用在邊坡工程方面的分析軟體中,如 FLAC程式即是顯性有限差分法。FLAC程式之計算不需先求出土體的勁度矩陣,它直接而可以針對各元素進行計算,計算結果可得土體之變形量與土體元素中之應力分佈。

6.4土壤邊坡保護設施及處理工法

6.4.1邊坡穩定設計原則

邊坡穩定設計原則:

(一)避開

(二)降低驅動力

(三)增加抵抗力

【說明】

邊坡穩定的設計原則主要如下︰

(一)避開問題:重新安置設施,移除不穩定材料,興建橋樑避開。

(二)降低驅動力

1.改變道路路線或降低坡度,或兩者均採用。

2.排水。

3.減少重量。

(三)增加抵抗力

1.增加抵抗力於邊坡外部,於坡趾配重,使用結構系統,安裝地錨等。

2.增加抵抗力於邊坡內部,如地下排水,使用地工合成物加勁,應用植生工法,化學處理等。

【注意事項】

常見土壤邊坡潛在問題有:

1.地質軟弱

2.為舊有崩塌地

3.含有弱面、不整合面

4.坡頂處具有張力裂縫

5.地下水位高

6.邊坡地層軟弱與堅硬差異性大之邊坡

7.具有軟弱或風化嚴重之坡面

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8.地震頻繁之區域

9.坡趾受到沖刷侵蝕

10.紅土地層

6.4.2抑制工法(降低驅動力)

抑制工法主要目的為降低驅動力,其代表性手法如下:

1.降低邊坡坡度

2.降低邊坡載重

3.地表排水工程

4.地下排水工程

【說明】

邊坡滑動受坡角問題及在萬有引力作用下形成,所以增加穩定性方法包括降

低邊坡土壤之自重,包括坡角減緩、減短坡長、降低挖掘深度、改填充輕質土壤

等。排水方法的穩定效率高,可節省設計和工程上開支,可解決許多重要的崩塌

問題。

1.降低邊坡坡度: 邊坡設計於路權、經濟性及工程可行性容許下,可採用降低邊坡坡度

工法(降低邊坡之下滑力),或挖除邊坡表面不穩定之軟弱土壤,以增進邊坡之穩定。本方法亦適用於有破壞跡象邊坡之治理。

2.降低邊坡載重 邊坡設計可考量降低作用於邊坡上之載重,如調整結構物基礎位置、

改變基礎形式、減少回填及使用輕質材料回填等。

3.地表排水: 地表排水方法為邊坡保護設計中相當常用,在常為解決邊坡穩定問題

方面的第一個考慮之方法。其主要評估要點為下列兩項:

(1)地表水流過邊坡坡面

(2)防止地表水滲入或滲入坡頂之裂縫 地表排水系統配置之位置以能有效匯集水流,並將水迅速排至安全

地帶,以免所匯集之水再度滲入地下。通常使用水溝(應採用不透水性之構造物,在可能發生地滑處,宜採用柔性材料,如地工合成膜、厚黏土、

塑膠布、瀝青等。

4.地下排水: 坡體內地下水滲流會增加邊坡崩塌的驅動力,地下水的控制具有相當

之重要性。如果現場調查顯示地下水的存在,且確定地下排水系統能降低

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6-20

破壞潛能,那地下排水方法是值得選擇的一種設計。地下排水方法可由一

個或多個方法組成,其工法大致如下:

(1)排水暗渠、排水孔

(2)地工合成材料排水

(3)排水井、地下截水

(4)排水廊道

【注意事項】

降低邊坡坡度通常需要更多路權範圍,亦可能導致道路改線及變更相關設施

位置,於施工階段以變更設計方式採用此工法通常較不可行,因此於規劃設計階

段應充分考量降低邊坡坡度工法之可行性,並注意可能造成工程基地之平面配置

之改變。

降低邊坡下滑力工法包含挖除邊坡頂部不穩定土壤及台階式邊坡工法,如崖

錐堆積邊坡通常極不穩定,降雨沖刷及地下水滲流經常造成邊坡滑動,邊坡施工

時亦容易發生災害,道路規劃應儘量避免通過崖錐堆積邊坡。如無法避免時,應

考量採用降低邊坡坡度、挖除邊坡頂部不穩定土壤及台階式邊坡工法設計之,台

階式邊坡工法除可降低邊坡下滑力外,並可有效控制地表逕流及提供排水設施之

施作空間。

排水系統之設計應注意以下各點:

1.暗渠工程宜置於滑落崖下部之地形變化處,及坡面凹陷部等地表水易於蓄集之處。

2.排水孔乃是利用鑽孔排水,鑽孔仰角常大於 5°(使地下水能自然流出為原則),儘可能貫穿含水層。此外,通常亦依據地下水調查狀況,配置集水井。

3.地下水截水工程可利用版樁或灌漿,將崩塌地以外之淺層地下水加以攔截,再利用暗渠將其誘導至地表排除之。

4.暗渠之材料宜採柔性材料,且隨地層滑動而不折損者,底部應再鋪設防水布。蓄集地表水之暗渠工程,其地表應以礫石、碎石、砂等材料加以填充。

5.明渠配置之位置以能有效匯集水流,並將水迅速排至安全地帶,以免所匯集之水再度滲入地下。

6.4.3抑止工法(增加抵抗力)

抑止工法主要目的為增加抵抗力,其代表性手法如下:

1.外部穩定工法:係以增加外部力量以增加穩定邊坡的方法。

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2.內部穩定工法:增加邊坡內部勁度,使潛在不穩定之破壞面達到穩定。

【說明】

1.增加抵抗力之邊坡穩定方法常透過下列方法應用:

(1)在邊坡的坡趾、坡面增加抵抗力,其工法如各式擋土牆、坡趾配重。

(2)增加邊坡的之土壤內部勁度,其工法如土釘、土壤加勁、化學處理。

2.針對邊坡增加抵抗力之工法分類,基本上分為外部穩定方法與內部穩定方法,其個別工法如圖 6.9與圖 6.10、圖 6.11所示。

圖 6.9 外部穩定工法與內部穩定工法系統分類圖(Turner and Schuster, 1996)

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6-22

圖 6.10 外部穩定工法例(Turner and Schuster, 1996)

圖 6.11 內部穩定系統例(Turner and Schuster, 1996)

3.擋土牆之設計原則

(1)如因路權限制致使邊坡無法延續至地面、設計採用挖方邊坡之挖方量過大或邊坡之安全係數太小時,可採用擋土牆穩定邊坡。

(2)擋土牆亦可區分為剛性擋土牆、柔性擋土牆與排樁。

A剛性擋土牆包含重力式擋土牆、半重力式擋土牆、懸臂式擋土牆及扶臂式擋土牆。

B柔性擋土牆包含加勁式擋土牆、框條式擋土牆及石籠擋土牆。

(3)擋土牆型式之選擇基本上應考量以下條件:

A擋土牆之目的及功能

B擋土牆之重要性及可靠性

C地形、地質及水文特性

D施工方式及工期

E鄰近構造物及管線設施

F用地限制

G經濟性

懸臂式 重力式 支撐式 背拉式

懸臂牆

潛在破壞區塊 支撐牆

斜撐

支撐牆

鋼鍵

地錨

潛在破

壞區塊

重力材

水平支撐

土釘 加勁牆

牆面嵌鑲板 潛在破壞面

灌漿

牆面

板條或格網

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6-23

H環境衝擊

(4)擋土牆設計應考量邊坡整體穩定、擋土牆牆體穩定及結構安全。

(5)擋土牆牆體穩定之最小安全係數如下:

項目 破壞型態 最小安全係數 滑動 常時:1.5

地震時:1.2 翻轉 常時:2.0

地震時:1.5

牆體穩定

容許承載力 永久牆:3.0 臨時牆:2.0

(周功台、廖瑞堂等,2003)

4.地錨/岩錨

(1)地錨/岩錨邊坡穩定工法通常包含格樑地錨工法及排樁地錨工法;地錨/岩錨之設計應考量邊坡坡面沖蝕可能導致地錨預力損失。

(2)錨拉式擋土牆因不需要開挖邊坡坡趾,可適用於有破壞跡象邊坡之整治。

5.坡趾配重填石 如路權範圍許可時,邊坡設計可考量於邊坡坡趾堆填排水性佳之土

方,以增進邊坡之穩定。

6.地盤改良

(1)邊坡設計可考量以地盤改良工法(如壓力灌漿工法、化學灌漿工法及電滲工法等),提高邊坡可能滑動區域之地層剪力強度,以增進邊坡穩定。但應注意灌漿壓力之大小,以防對坡體造成破壞。

(2)地盤改良工法主要適用於破壞面較易掌握之邊坡整治。 【現行相關技術規範中之規定】

水土保持技術規範(第三章 規劃設計 第二十二節 擋土牆)第 120條

擋土牆設計應依下列規定:

1.滑動:安全係數採用 1.1至 1.5。

2.翻倒:穩定力矩必須大於翻倒力矩,合力作用點須符合下列規定:

(1)岩盤基礎:合力作用點必須在基礎底寬之二分之一中段內。

(2)土層基礎:合力作用點必須在基礎底寬之三分之一中段內。

3.基礎之應力必須在土壤容許承載力之內。

4.牆身所受各種應力,必須在各種材料容許應力範圍內。

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6-24

水土保持技術規範(第三章 規劃設計 第二十二節 擋土牆)第 121條

非透水性之擋土牆,應設置直徑五公分以上之排水孔,每二平方公尺至少一

孔,並應有防止阻塞之設施。在滲透水量多或地下水位高之地區,則應增加排水

孔及在牆後設置特別排水設施。

擋土牆長度每二十公尺至四十公尺應加設伸縮縫一處。 【注意事項】

對於複合式之數個滑動面,擋土設施之位置應審慎決定,避免造成對下方滑

動面形成加載的情況。

6.5岩石邊坡穩定處理工法

6.5.1岩石邊坡處理步驟

1.岩坡穩定狀況調查與記錄

2.分析岩石崩塌危害度

3.規劃穩定處理工作

4.評估與優選穩定工法

5.邊坡穩定措施設計與契約文件準備

6.施工

【說明】

1.穩定狀況調查與記錄:根據邊坡條件與危害狀況進行岩坡崩塌危害及評分。

2.分析岩石崩塌危害度:

(1)判斷岩坡崩塌的成因與位置。

(2)找出幾個較大之岩坡崩塌因子(評分中危害分數最高或較高之因子)。

(3)由最大風險因子中,找出可改善之因子(如構造特性、差異侵蝕量等)。

3.規劃穩定處理工作:針對可改善之因子,決定最適當防治對策。例如可著重於解決構造特性問題,並再輔以減少岩坡崩塌尺寸等。岩石邊坡穩定措

施之防護處理流程如圖 6.12所示。

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6-25

圖 6.12岩坡穩定處理和保護流程圖(Turner and Schuster, 1996)

4.評估與優選穩定工法:依據防治對策,由有效工法中選擇單一或數個可行之防治工法組合;防治工法之組合可依據經濟效益最高之原則選用。平面

型破壞(順向坡)、翻倒型破壞與楔型破壞之岩石邊坡常用圖 6.12之穩定手法處理之。而落石災害則較常用保護手法處理之。軟岩邊坡若其岩體不為

不連續面所控制,可歸類為均質岩體者,可應用圖 6.12之穩定手法處理之,並可考慮與圖 6.9之外部穩定工法組合處理之。

5.邊坡穩定措施設計與契約文件準備:依據強化方案、岩坡修整與保護手法等穩定與保護措施分類設計,準備契約文件以利發包。

6.施工:將穩定與保護方法分項,分單元執行,以利施工中之設計修正與工法項目增減。

6.5.2岩石邊坡穩定工法

岩石邊坡之穩定工法包括岩坡強化與岩坡修整。

1.岩坡強化工法包括:

(1)岩栓

(2)岩釘(鋼筋植入)

(3)背拉牆

(4)噴凝土

(5)排水

(6)坡趾側支撐

2.岩坡修整工法包括:

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6-26

(1)不穩定材料清除

(2)削減坡度

(3)剝除

【說明】

1.岩石邊坡之穩定工法與土壤者稍有不同。岩石邊坡比較常見的災害是落石、翻倒及平面型的滑動,故不連續面是穩定岩石邊坡時最需要注意的對

象。

2.許多強化方法直接在鬆散岩石作加強工法,這些方法的基本特性是將鬆散岩層的鬆散度減到最低,或在有潛在崩塌區進行挖掘。其岩石邊坡整治與

運用之工法如圖 6.13所示。

3.岩坡修整工法依不穩定的的情況,處理原則如下:

(1)修整不穩定岩層之坡度

(2)削減凸出懸掛之岩塊

(3)剝除鬆動岩塊

圖 6.14為典型的岩坡修整手法。

4.錨錠 藉由鋼筋或鋼鍵將拉力傳遞至堅實的地層中,以達到穩定地盤的功

能。岩錨、岩栓和岩釘的拉力與岩體間的握裹力和強度有關,如果鬆動的

岩塊不大,可用錨釘將之固定到裡層較堅固的岩層;如果岩坡有數條平行

的不連續面,則可採用岩錨固定,其方向一般是儘可能垂直於不連續面。

岩錨邊坡穩定工法通常包含格樑地錨工法及排樁地錨工法。

5.自由型格梁植生 若邊坡屬深挖方岩層坡面,坡度超過 45度,傳統鋼筋混凝土格梁工

法施工不易;採用自由型格梁植生工法施工,可以克服陡坡施工之困難,

並利用格梁保護植生基材防止沖刷,以利植生。 大型開挖之陡坡,經依地形修坡後,將鐵絲網固定於坡面,並設置鋼

筋格梁成十字交叉,並於交叉點以錨釘固定之,沿鋼筋格梁施作噴凝土,

框內再噴附植生基材及草種,經養護管理即可達到邊坡綠化之成效。

6.噴漿 將水泥砂漿或混凝土藉由強力的噴頭噴於坡面,以膠結破碎的岩層或

防止頁岩與空氣及水份的接觸,一般均在內部添加速凝劑以增加其早期強

度。此法特別適用於砂岩與頁岩互層的場合。

7.排水 目的在攔截地表或地下水,並加以誘導排除,避免邊坡因水的影響(如

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6-27

孔隙水壓升高、抗剪強度降低、含水量增加)而破壞。排水工法應依據地

形、地下水或岩盤面分佈狀況之,選擇最有效而經濟之方法。

一般常用之排水工法如下:

(1)水平排水孔

(2)集水井

(3)排水隧道

8.移除 岩坡表面有鬆動、危險的岩塊、孤石,可將之移除。此法適用於小規

模的清理,以及岩坡在淺層即碰到新鮮、堅固的岩層。

圖 6.13 岩石邊坡強化工法(Turner and Schuster, 1996)

� 使用混凝土及岩釘加強坡頂以防止鬆落

� 以張力岩錨固定坡頂滑動破壞

� 以背拉式牆防止岩坡錯動區之滑動破壞

� 噴凝土減少風化或浸水軟化

� 埋設排水孔以降低岩坡內之水壓力

� 混凝土扶壁以保護坡趾及支撐孔洞上方岩石

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6-28

圖 6.14 岩石邊坡修整工法(Turner and Schuster, 1996)

【注意事項】

1.岩錨之設計應考量邊坡坡面沖蝕可能導致地錨預力損失。

2.噴漿保護需要施作地下水排水設施(排水孔),否則反而有害於岩坡的穩定。

3.儘量不要設計階段式岩坡(benched rock slope),以防落石彈跳。且其分階上的石塊堆積,不易清理。

4. 各種防止落石設施之適用範圍建議如下:

(1)水泥噴漿法:適用於陡坡度但未風化或節理、劈理不嚴重之坡面。

(2)錨錠法:適用於具良好基岩之坡面。

(3)坡面格框法:適用於坡度較緩,且風化、節理、劈理不嚴重之坡面。

(4)防落石網:適用於坡度較陡,且風化、節理、劈理現象明顯之坡面。

(5)攔石柵:適用於坡度緩,且風化、節理、劈理現象明顯,並具有適當空間以堆積岩屑之坡面。

� 重新對上部不穩之風化岩塊整坡

� 平順地鑽炸鑽炸之岩塊

� 砍除岩坡上樹根生長於裂縫中之樹木

� 人工剝除邊坡上碎裂之鬆動岩石

� 清理落石溝

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6.5.3岩石邊坡保護方法

岩坡崩塌防護方法包括:

1.落石溝

2.落石屏障

3.掛網、攔石網、消能網

4.警示護網

5.岩棚與隧道

【說明】

減少岩坡崩塌產生的危害,最有效的方法為讓崩塌發生,但控制其運動距離

與方向。控制與防護的方法包括落石溝、落石屏障、攔網、警示、岩棚與隧道。

其特性均為吸收崩塌能量,制止崩塌體長距離的運動或使其改變移動方向遠離保

全標的。

1.落石溝 岩石邊坡坡趾處可施作落石溝。其目的在使岩塊崩落後直接掉到落石

溝,並使留在溝內,以免產生滾動與彈跳而造成傷害。 落石溝的尺寸為坡趾至路基之寬度,其尺寸與斜率、高度和坡面角度

等有關。落石溝的寬度設計可參考圖 6.15。一般當邊坡坡角大約 75度以上時,岩塊落下幾乎都停留至坡趾處;坡角大約 55和 75度之間的坡角時,岩塊易產生翻滾與彈跳,此情況需要較寬的落石溝;坡角約 40和 55度之間時,岩塊傾向於滾落於落石溝中,此情況需要設計較高的外溝壁。

2. 落石屏障 落石屏障為一可形成垂直壁面的槽溝構造物,以限制落石的滾動。一

般可用箱籠、混凝土塊、加勁牆等。

3. 掛網、攔石網、消能網 岩層非常破碎、岩坡落石太頻繁或邊坡陡峭時,可在坡腹設置攔石網

或消能網,以限制落石的運動或導向其他安全地方,減少落石掉到路面或

保全標的的量。

4. 警示護欄 警示裝置可裝設於護欄上,落石會觸發警報,以警示車輛與行人。

5. 岩棚與隧道 岩棚之目的為將上邊坡之落石導引是下邊坡。明隧道或假隧道可避免

落石堆積墜落於一長段之道路。

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圖 6.15 邊坡角度對落石溝尺寸設計之經驗設計曲線(Turner and Schuster, 1996)

6.6邊坡施工注意事項

施工注意事項包含:

1.施工控制

2.施工檢查方法

3.工程品質控制與保證

4.臨時工程

5.場地整平及取土區

6.開挖

7.填土

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6-31

8.坡面保護

9.排水

10.監測儀器

【說明】

工程邊坡之施工注意事項,考量如下(Geotechnical Mannal for Sloes, GEO1997):

1.施工控制 施工控制應負有確保工程依據施工計畫與施工規範進行之責任,因此

應該對於設計目的和設計合約等要深刻的認知與了解,以防當現場出現狀

況時,仍能依相關程序進行修改設計。施工記錄應定期呈報。 在工程進行中,工程師應對工程進展和施工中遇到的情況作詳細記

錄。每周應拍攝工程進度照片。照片應註明日期、天氣情況,拍攝時間和

值得留意的地方。對所有的試驗應附有系列編號、詳細的試驗地點,天氣

情況,試驗日期和時間。隨著工程進展,還應製作竣工圖。

2.施工檢查 在施工開始之前,應有系統化的施工檢查原則,該原則應該正式化並

且分發給全部施工人員。準備組織系統圖並且展示之,表明誰負責與負責

權限。施工檢查項目應該包括每日的檢查報告、工人和設備之狀況報告、

授權與授權權限之相關報告、通訊紀錄、施工圖檢閱、出入時間表、數量

統計等,並注意現場工作記錄本。

3.工程品質控制與保證 工程品質控制(QC)和品質保證(QA)如下︰

(1)品質控制之項目,包括檢查、審查、檢驗與監督工程之執行。 品質控制執行需專業人員來進行,透過使用書面文件夾證明其過程。使用一

般品質控制之七大手法(流程圖、散佈圖、直方圖、管制圖、查核表、柏拉圖、魚骨圖)。

(2)品質保證乃是經由監管人和專業人士執行審查與證明,其過程分包括適當的法規、清晰性、實務性、可分析性等,對專業標準和實際狀況

進行審核評估等。

4.臨時工程 在設計臨時工程時,應當注意它們在施工期間可能出現的情況,假使

工程延績到雨季,在設計中必須包括足夠的地盤排水措施,且對地下水位

的量化作出設計寬限。施工的方法必須確保臨時工程對鄰近邊坡和結構物

的影響減到最低。 在整個施工過程中,應有具經驗的工程師或技術員對所有的臨時工程

進行定期檢查。應把任何結構物或邊坡中出現的損壞跡象進行記錄,即時

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6-32

採取措施以減少損壞。當情況比設計中所假設的條件更差時,就應該複核

設計及相對應修改。

5.場地整平及取土區 在山坡上整平一塊很大的平地可能大量增加雨水滲入地下。在開發

前,雨水可從陡峭的斜坡上迅速引走,使雨水滲入的持續時間幾乎與豪雨

的歷時相等。在平坦的地面,水窪會增加地下水滲入的量和歷時,可引致

地下水位上升,從而在靠近滲入點或較遠的地方引起邊坡崩塌。

6.開挖 關於開挖工程的計劃必須考慮季節性豪雨,它一般從每年的四月開始

並於十月結束。高邊坡的開挖,與對應的排水工程以及坡面保護工程應最

好能在十月動工,在次年四月完成。假使開挖工程必須在雨季中進行,必

須在開挖進行的同時對已開挖的坡面加以保護及排水。在開挖區坡頂設置

的排水系統可作為初步的措施。必要時,應修築臨時涵管,把已完工的排

水系統中的水流排出。如果在邊坡坡面和坡頂的溝槽必須在雨季開挖時,

施工時應格外小心。理想的方法是應把它們分成若干小段來開挖和回填。

並經常採取預防措施,以防止溝槽積水。

7.填土 填土邊坡內由於回填疏鬆,若遇到持久的大雨,即有滑動的危險性,

破壞時滑動速度很快。因此,在可能危及人命的地方,即使是便道和棄土

堆等臨時性填土工程也應按永久工程的標準來進行設計和施工。如有可

能,施工應儘量將填土工程安排在旱季中進行,在旱季時,比較容易控制

填土的含水量。

8.坡面保護 當工程施工時應對未完成之邊坡進行臨時保護,如加強土壤本身之強

度及臨時擋土牆,或進行邊坡表面的防水和防沖蝕處理,以避免未完成之

邊坡受到豪雨及地震下產生崩塌或滑動。此保護不僅針對未完成之坡面,

其相鄰之邊坡如有潛在之崩塌情形,應提早對該邊坡進行防護,以免施工

中之邊坡不慎破壞時牽引相鄰之邊坡坡壞。

9.排水 應防止在坡面留有積水,最好的辦法是由集水井中抽走,以減少由坡

面滲入的水份。臨時排水設施都應導向混凝土的表面排水渠,使雨水排入

河流或大豪雨排水渠道。 臨時工程的施工可能導致地下水位的降低,引起鄰近建築物的沉陷。

應考慮地下水位降低的潛在影響,這種影響在細顆粒的海相沉積土中較明

顯。

10.監測儀器 道路邊坡安全管理涉及層面甚廣,其中利用監測作為道路邊坡安全管

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6-33

理之方法,應完整兼顧監測系統規劃、儀器設置與維護、監測資料取得、

分析以及預警。然因道路邊坡地質特性不同、破壞機制不同、道路等級不

同、承受風險性能力不同,故邊坡監測規劃應有不同之原則。 工程施工中也應進行監測儀器之安裝與規劃,對施工之邊坡或路堤等

進行監測,以防止施工時邊坡或路堤之崩塌與破壞,以減少勞安事故及緊

急處理危險之邊坡,把傷害減至最低。 施工中的監測資料可供下次施工設計參考,而其監測儀器也可延續給

完工後之道路邊坡或路堤之用,所以施工前應審慎進行監測儀器之規劃及

設置。