土木工程導、排水新技術與工程案例之探討 (二)

☆洪明瑞 ☆☆袁榮宏 ☆☆☆張吉佐

<接262期>

三、毛細透與傳統排水方式之差異

         就工程實務的觀點，目前國內、外土木或建築工程所採用之導、排水設計、施工材料以及相關施工問題，主要有下列幾項[2]：
         1.硬質PVC管直接預埋於結構壁體中，但由於灌漿、搗實及牆背濾料等施工問題，導致PVC管之破損或堵塞而喪失排水功效。
         2.於硬質PVC管上半部鑽設透水小孔，使用上較為普遍，設計上有多種變化形式，如於管壁外圍開設密集環狀槽溝，溝槽內再打孔以增進過濾及吸水效率；或圓管改為馬蹄型斷面，增加結構強度以抵抗覆土壓力；或全面開設網孔以增加進水面積等。但迄今尚無法有效解決日久淤塞問題，且埋設時必須配合大量過濾級配，因砂石來源日益短缺，故有逐漸式微之趨勢。
         3.以彈簧鋼圈襯裡，外覆不纖布濾材再外包特多龍布，雖可全面進水，本身亦略具過濾功能，但抗土壓強度低、成本高且施工上仍需級配濾料。
         4.三明治式(sandwich)導水板，利用聚乙烯材料壓設成凸狀或網格狀支撐体，背襯隔離層，前覆纖維織布濾層，排水量大，但抗土壓力低，亦無法防止堵塞，較適合垂直排水。
         5.直接於管材外圍鋪設地工不織布作為濾層，取代砂石級配，成本低、施工容易，但不耐壓且極易堵塞，爭議性高。
         6.以不織布纖維織成硬管(近似一般家庭用瀘水器之濾惢)，理論上透水、過濾性能均佳，亦極耐壓，但成本則較高，目前仍在評估開發中。

         至於，毛細透排水帶與一般導、排水管間之差異，則可分別從集水能力、抗壓強度、工程費用以及其它相關特性等各方面加以分別比較，如下。

1.集水能力之差異
         埋設於土壤中之有孔集水管，開孔面積決定其集水量之大小與效能，而其開孔率一般約在1~2%之間，除集水速度緩慢外，集水能力亦不佳，管中排出的水量絕非潺潺水流，而係以緩慢的水滴方式流出；然開孔率小，主要係基於維持管體抗壓強度而不得已的作法。然為增加開孔率而採用之PE網管，雖可將開孔率增加至6~7%之間，但其抗壓強度則隨之大幅減低，是此類排水材料的弱點。至於，毛細透排水帶密集槽溝之設計，正可克服有孔集水管開孔率太小的問題，其開孔率可高達20%以上，因此可大幅提高集水能力。表四所示為一般排水材料集水量之比較分析，顯示毛細透排水帶之集水量均遠高於其它排水材料。表中顯示，毛細透排水帶(20cm寬)的集水量約為一般有孔集水管(ψ=4")的8倍，約為PE網管(ψ=4")的2倍，約為PVC鑽孔集水管(ψ=4")的13倍，以及約為牙山型有孔集水管(ψ=4")的3倍。

2.抗壓強度之差異
         由於毛細透排水帶為片狀而非管狀構造，且其斷面為拱型結構，開孔率雖高達20%，卻仍維持相當高的抗壓強度。根據委託交通大學土木工程學系材料試驗室之測試結果，其抗壓強度為45kgf/cm2，係一般管材(PN4級)的10倍以上，因此，埋設於深層土壤中或遇土壤須夯實滾壓情況，均不至於影響其正常排水功能。

3.工程費用之差異
         依上述集水能力之比較結果，毛細透排水帶(20cm寬)的集水量約為一般有孔集水管(4"ψ)的8倍，而為PE網管(4"ψ)的2倍，故以達到相同集水量為工程費用之比較基準而言，1m之毛細透排水帶(20cm寬)等於8m之一般有孔集水管(4"ψ)，以及等於2m之PE網管(4"ψ)，故工程費用比例為：
         毛細透排水帶：1m×555元/m=555元(詳表五)
         PVC有孔集水管：8m×282元/m=2,256元(詳表六)
         PE網管：2m×586元/m=1,172元(詳表七)
         換言之，欲達到相同之集水量，毛細透排水帶與PVC有孔集水管及PE網管所需之工程費用約為1：4：2，顯示毛細透排水帶所需之工程費用較低。

4.其它特性上之差異
         毛細透排水帶與PVC有孔集水管、PE網管以及軟式透水管間其它特性之差異，如施工難易程度、搭接情形、阻塞狀況、使用壽命、搬運能力以及濾層設計等，詳如表八所示。









四、毛細透排水帶在土木工程上之應用

         毛細透排水帶之研發創見，先後於1998年獲得台灣地區「全國發明展金頭腦獎」，1999年德國紐倫堡「世界發明展大會工程材料金牌獎」以及「世界發明展金牌獎年度最佳發明貢獻獎」等殊榮，廣泛獲得世界各國的肯定與爭相申請專利；惟在國內礙於較保守之營建習性以及行銷量產與代理等問題，目前尚仍處於推廣階段，故在各項土木工程之應用經驗與相關規範之建立，仍有待進一步的努力。茲將筆者之經驗，有關毛細透排水帶之基本施工規範以及其在土木工程上之施工方式分別簡要說明如下。

1.基本施工規範
         毛細透排水帶之施工方式雖極為簡便，但為確保舖設之正確性與排水管路之暢通，下列基本施工規範之要求則須確實遵守。
         (1)開孔凹槽(吸水面)原則上朝下，使土壤顆粒因重力作用沉降於溝槽外緣，堆疊形成拱橋狀結構以利水流之通過並防止堵塞。
         (2)毛細透排水帶設置之最高處端孔，須以矽膠等材料封閉，以避免顆粒進入。
         (3)毛細透排水帶埋設之坡度，建議至少有百分之二以上，以確保虹吸作用之發揮。
         (4)埋設溝底時，土壤須先整平並適度夯實後方能鋪設毛細透排水帶。
         (5)在泥漿狀況下，不適宜施工埋設，須待泥濘狀況改善後再行施工。
         此外，由於毛細透排水帶垂直舖設之底端須與聯結器進行連接，如圖三所示，方能將土壤中所收集的水份，藉由毛細透溝槽導入集水管中加以排除；而目前國內常用的聯結器主要有PVC及ABS兩種材質，其牌價亦有所差異，表九及表十所示即為其工料分析之參考。




2.在擋土牆背排水上之應用
         以往擋土牆背之排水設計，往往利用硬質PVC管直接預埋於壁體中，但由於灌漿、搗實及牆背濾料等施工問題，導致PVC管之破損或堵塞而喪失排水功效。毛細透排水帶之使用則可改善傳統排水設計上的缺失，其施工步驟主要包括：
     (1)基礎開挖與整地
         按合約圖說所標示的擋土牆位置、高程及斷面，將基礎面整平並適度夯實。
     (2)剪裁毛細透排水帶
         依施工圖說剪裁成所需之排水長度，一般由頂部回填土面往下20cm之距離內不舖設毛細透排水帶，剪裁時應以不損傷其性質為原則。
     (3)舖設毛細透排水帶
         將開槽面向下，依圖說所示之位置、高程、方向與長度平貼於地面，而對於牆面之舖設，係將毛細透排水帶背面垂直緊貼於擋土牆背面，如圖四及圖五所示。其中，結構牆面之舖設不得有褶曲或波紋產生，並以適當方式錨定拉襯之。

     (4)配合排水管施工
         將預先開槽之PVC管朝上依序搭接，頭尾兩端接至排水溝或集水井。以2cm厚粗砂直接舖灑於夯實土面，再將毛細透排水帶開槽面向下，直接插接所有開槽缺口，並以矽膠封閉固定。
     (5)回填施工
         所有排水組合及固定完成後，開始依夯壓要求回填土層至所需高度。
         此外，毛細透排水帶之埋設坡度，至少應有2%以產生虹吸作用，而依現地狀況，建議可順著原坡面另設一傾斜鋪設之毛細透排水帶，以增加排水效果，如圖六所示。至於，毛細透擋土牆工程費用評估，茲以高度H=5m，長度L=10m之一般擋土牆為例，若採用毛細透排水帶垂直舖設於牆背作為排水設計，間距為1.25m，則所需之工料費用比傳統牆背排水工料略低，如表十一及表十二之工料分析結果。此外，由於毛細透排水帶可有效防止土壤阻塞並促進土壤的排水，抗壓強度高可確保工程安全與品質，故其使用壽命(防止阻塞的年限)與經濟效益，實非一般擋土牆之傳統排水方式所可比擬。

在整地工程地下排水上之應用
         土木工程之整地或花園、公園綠地等工程，可利用毛細透排水帶進行地面下之導、排水設計，以降低地表逕流之沖刷並涵養水源(如圖七所示)，其應用上應注意事項包括：
         (1)毛細透排水帶鋪設深度依地下水位而定，一般情況建議至少有30cm的覆蓋土層。
         (2)為增進集水效果，可於毛細透排水帶下面鋪設約5cm之粗砂級配。
         (3)毛細透排水帶平面鋪設位置，建議以交錯形式排列，而鋪設之水平間距，依地下水位、雨量以及土壤滲透能力等條件而定。
         (4)使用毛細透排水帶與集水管銜接附件，將排水帶中所收集之水份導至集水管內再將水份排出。







<未完待續>