☆廖洪鈞 ☆☆郭治平
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一、前言 山坡地崩坍的種類很多，破壞的機制也有不同，屬於表面沖刷或淺層滑動者，可以植生或打樁編柵等表面處理的方式加以穩定；但若屬節理層面滑動或深層滑動者，則需利用結構性之擋土措施，有時還需加上背拉地錨來維持邊坡的穩定。只是結構性的擋土措施，雖可提供穩定邊坡的功能，但卻無法滿足社會大眾對穩定後邊坡在景觀和生態方面的要求，也因此引起了許多生態和安全方面的辯論，使大地工程界有機會重新思考，如何在符合生態的要求下，去發展一套兼具安全與永久性的邊坡保護工法。長久以來，背拉式擋土結構一直都被廣泛地應用在坡地開發工程上，但是自從民國八十六年汐止林肯大郡因背拉式擋土結構的滑落破壞，造成重大的生命財產損失後，背拉式擋土工法在坡地工程上之應用的確沉寂了一段時間，但隨著時間的過去，人們對該事件已逐漸淡忘，而且工程單位對背拉地錨所能提供之邊坡穩定效果，仍是非常倚重，因此在強調重視地錨工程品質的情況下，近來工程單位對地錨的使用情形，已逐漸恢復到往日的水平。但目前仍有部分工程人員對地錨之長期行為抱持著懷疑的態度，因此就穩定坡地之背拉地錨而言，其長期行為的穩定性，在工程上是必須先行確定而且可以加以檢測的問題。而地錨之長期行為可分別從地錨荷重的穩定性和地錨構件之防蝕效果兩方面來加以探討，針對地錨長期行為之確保問題，作者過去幾年來，已有一些具體的做法提出，包括防蝕保護之電阻量測檢測法(廖洪鈞等人，1998)、永久性地錨之現地樹脂灌注法、和簡易地錨荷重變化量測設備等(廖洪鈞等人，1998)，但這些方法對應用於坡地工程之背拉式擋土結構的實際適用情形，尚缺有系統的本土化實驗結果供工程界參考，因此有必要經由坡地工程試驗站之現場足尺寸試驗來印證上述各方法之適用性。二、永久性地錨工法簡介 永久性地錨之防蝕保護重點有二：一是錨碇段鋼絞線之防蝕保護(圖1)，另一為錨頭處之防蝕保護(圖2)。前者可增進錨碇段鋼絞線之防蝕保護效果；後者使永久性地錨之防蝕保護不致在地錨頸部處出現破綻(廖洪鈞等人，1998)。以上兩項措施均是十分本土化之研發成果，對提昇國內地錨之防蝕保護效果有很大的幫助，但又不會增加多少成本，可行性很高。一般而言，地錨防蝕保護效果之好壞，在短時間內是不易檢測出來的，但作者引進瑞士公路單位常用之電阻檢測法，可從地錨鋼絞線與周圍地層間之電阻大小，來研判該地錨之防蝕保護效果(廖洪鈞等人，1998)(圖3、圖4)。然而國外規範對於永久性地錨絕緣防蝕檢驗僅規定電阻必須大於100KΩ(即0.1MΩ)才能接受，至於如何檢測並未詳細陳述。台北市基礎工程協會(2002)日前主辦永久性地錨監造講習班，旨在模擬現地於下雨中進行檢測施作，以模具操作絕緣防蝕檢驗詳細重覆實驗，獲得符合規範規定之成果。本研究落實該檢測步驟至現地，並同樣選擇在雨天中進行施拉前後之防蝕效果檢測，亦獲得符合規定之結果。永久性地錨之長期荷重變化一直都是受到關切的問題，雖然地錨荷重之變化可由電子荷重計(圖19、圖20)測得，但是電子荷重計受限於成本只能做點的量測，而且其長期耐候性也是個不易掌握的問題。有鑑於此，作者研發一項簡易地錨荷重變化檢測裝置(廖洪鈞等人，1998)(圖5)，此裝置成本低，操作簡單，可對地錨做到面的量測，對背拉擋土結構之長期行為觀測，有很大的幫助。  圖1 永久性地錨(鋼線或鋼絞線)之防蝕保護示意圖(改自BSI，1989)  圖2 地錨錨頭之防蝕保護示意圖(改自BSI，1989)  圖3 錨碇段灌漿後施拉前直流電阻量測法示意圖(廖洪鈞等人，1998)  圖4 地錨施預力後直流電阻量測法示意圖(廖洪鈞等人，1998)   圖5 簡易地錨荷重變化檢測裝置示意圖(廖洪鈞等人，1998) 三、現地試驗 本研究現場試驗選在台灣科技大學位於基隆大武崙的坡地試驗站進行。該試驗站之基地面積約十公頃左右，整地完成之面積約有4公頃。目前在整地區域之上邊坡處約有長150公尺，縱深最大約80公尺左右之崩坍區(圖6)，崩坍範圍內之格樑式地錨擋土設施均已明顯破壞，從民國84年產生滑動破壞至今，該崩坍區仍有繼續塌滑的情形，但情況並不嚴重，很適合本試驗計畫之進行。該區域主要地質構造為順向坡，滑動面傾角約20度左右，走向為N40。E，地質組成由地表而下主要分佈為覆蓋土層或崩積岩塊層、砂岩、砂頁岩互層、砂岩。地質剖面圖與本試驗設置區如圖7所示，現地照片則如圖8所示。  圖6 台科大坡地試驗站崩坍範圍與本研究試驗範圍示意圖  圖7 本研究試驗設置區域地質剖面示意圖
 圖10 2004-03-01至2004-07-12試驗區域逐日降雨量資料(中央氣象局，2004) 2003-08-14∼2003-08-17主要工作為現地勘查、整地、機具進場等前置作業。在判讀過現地之鑽探報告後，為使地錨錨碇段通過可能滑動面，決定於現場裝設三支12m長、直徑3in.、四條7股鋼絞線之地錨，其中錨碇段長為4m、自由段長為8m。三支地錨中其中一支為傳統式錨碇段灌注水泥漿之地錨，作為試驗比較組；另外兩支則為永久性地錨，亦即錨碇段灌注樹脂漿之地錨。2003-08-14∼2003-08-20於工廠進行地錨組裝，永久性地錨與傳統地錨組裝最大不同處即加裝簡易地錨荷重變化檢測裝置與全段鋼絞線皆以塑膠護管包覆，主要作用是在自由段多作一層保護，但增加的成本並不多。試驗所使用之浪管(即防蝕護管)值得 注意的是，浪管於使用前必須檢驗完整性以避免防蝕失敗，因本試驗第一次組裝所採用浪管可能於存放時已磨損，導致入腱後由灌注之樹脂漿由鑽孔溢出而發現浪管已破損，補救方法僅能於旁邊另外補充施做。運至現地之地錨，建議日後施行同樣作業時應於入腱前再次檢查浪管完整度，以免功虧一簣。2003-08-21開始進行鑽孔，試驗初期僅採用以水洗孔，造成鑽孔內仍有淤積物殘留而導致鑽孔長度比預定短，使地錨無法順利完全進入。一般現地遭遇此種情形即直接切短自由段了事，但如此一來則使地錨工作行為偏向不保守，故建議應以高壓空氣吹出渣較為理想。2003-08-22進行入腱，但由於上述因素而失敗，導致需將地錨完整拖出並重新鑽孔，因而再度花費一週時間。2003-09-01∼2003-09-15進行灌漿，此部分於4.2節說明。2003-09-16∼2003-09-30進行錨頭處橫樑(圖11)與面版(圖12)的鋼筋、模版組立，但由於施工粗糙，導致鋼腱護管被鋼筋磨破，因而使日後防蝕檢測失敗，往後針對此部分需非常注意；2003-09-30∼2003-12-31因故停工，故2004-01-01∼2004-01-16進行橫樑與面版灌注與養護。2004-01-17∼2004-01-31於原兩支永久性地錨地錨旁另施作新地錨；2004-02-03∼2004-02-07進行地錨預力施拉、鎖定、防蝕檢測，於4.3節說明。至此背拉結構與植土槽建構完成。
永久性地錨之防蝕保護重點主要分為錨碇段鋼絞線之防蝕保護(圖13)與錨頭處之防蝕保護(圖14)；前者可增進錨碇段鋼絞線之防蝕保護效果；後者使永久性地錨之防蝕保護不致在地錨頸部處出現破綻。灌注材料為樹脂，剛拌合時工作性與流動性極佳，灌注後約20分鐘凝固，現地取樣灌漿試體24小時後單壓強度約450kg/cm2。對於水泥漿而言，本材料強度較高、凝固後乾縮現象不明顯，且施拉後不易破裂；應為日後錨碇段較適合之灌漿材料。圖15為灌注樹脂漿後封蓋之錨頭，由左至右分別為承壓鈑、絕緣板、荷重計、承壓鈑、簡易地錨荷重變化檢測裝置。圖16為錨頭系統灌注水泥漿後封蓋。
地錨施做完成時正逢該地多雨之時，對於防蝕保護檢測而言為較嚴苛但客觀之環境。2004-02-03∼2004-02-07幾乎每天都有降雨，且雨勢頗大，期間同時對傳統地錨與永久性地錨進行防蝕檢測；結果發現傳統地錨於施拉預力前防蝕檢測量得鋼腱與附近混凝土間為短路，防蝕效果即告失敗，研判為水泥漿體乾縮嚴重，致使水分侵入。而另外兩支永久性地錨於施拉預力前之防蝕檢測如圖17、圖18所示，依規範以直流電壓500V導入地錨系統，量得鋼腱與附近混凝土間電阻值約200MΩ，遠大於規範規定之0.1MΩ，可視為完全絕緣，防蝕效果理想。圖19、圖20為同樣兩支地錨馬上進行施拉預力且鎖定後進行防蝕檢測照片。由照片可看出，雖然施拉預力且鎖定後鋼腱與附近混凝土間電阻值降為約150MΩ，但仍遠大於規範規定之0.1MΩ，亦可視為完全絕緣，防蝕效果理想。 本現地絕緣試驗依據規範與台北市基礎工程協會於室內進行防蝕檢測建議步驟進行，並反覆施作皆得到同樣效果，顯示地錨防蝕保護檢測在國內已完成室內與現地試驗之同步驗證，對於日後永久性地錨品質驗證能提供更進一步保障。同時由試驗步驟證實，本試驗所需材料僅需電阻計、施做耗時不到10分鐘，實行相當容易且有效率。
永久性地錨相關試驗完成後，2004-02-08開始進行本試驗區植生美化與復舊工程。步驟為於面版內填入濾層與植土層，其中濾層為一般級配小礫石(即常用之7厘石)，而植土層採用原地土壤，施工相當方便且提供植生植物較好之適應環境。植生植物為移植入現地之藤蔓類植物與相思樹，整體而言除RC結構與地錨為外來物，其餘皆為現地取材，相當符合生態工法概念。圖22∼圖24記錄開始種植植生至日前的結果，照片顯示在無人工照顧狀態下，植生仍成長良好，並具備恢復原來植披狀況與將結構物遮蔽之趨勢。
五、結論 此次敏督利颱風於2004年7月初所帶來之豪雨造成重大邊坡滑動災害，也使得傳統護坡工法與生態工法備受考驗。社會上開始出現各種聲音，有建議停止所有開發至少3年，而贊成傳統工法與生態工法的學者亦各執一詞。同時站在工程師角度與維護自然生態角度觀之，該開發者繼續開發，無法開發者還給自然，凡工程需依不同之工程特性及工址地質條件而設計；但本研究似乎提出一個可以兼容並蓄的方案，且由將近一年來的試驗證實可行性極高。以下為幾點結論：1.本試驗場地由地質、氣候與地下水位考量，採用永久性地錨勢必為較適當之穩定方法。試驗結果證明由施工至目前為止，經過幾次大雨後，地錨工作荷重未降低，且亦能通過防蝕檢測。 2.經實驗結果得知，無論地錨預力施拉前後，錨碇段灌注樹脂漿之地錨防蝕保護效果較傳統形式錨碇段灌注水泥漿之地錨為佳。 3.以高壓直流電量測地錨與環境間電阻為檢查是否絕緣相當明確的判定方法：若絕緣則電阻值可高達至規範規定合格值1000倍以上，可視為幾乎完全絕緣；然而一旦絕緣失敗，則量得之電阻值幾乎為0，故為相當明確之判定法。 4.防蝕檢測與既存荷重量測施作速度非常迅速，一般而言施作一支地錨的監測所需時間不超過10分鐘，固為相當簡易且有效率之方法。 5.面版內土槽為回填現地土壤，植生亦移植施工區域原本生長之植物，除第一次施作時需要特別觀察生長情形外，由於現地地下水豐沛且水分漫流至試驗區域內，故俟成長穩定後便不需特別養護。然而若遭遇水分不足之施作環境則需以其他方法加以改善。由試驗結果可視為除了植入地錨與擋土結構外，幾乎達到符合生態工法概念的恢復原來植披狀況需求。 誌謝 感謝國科會計畫(NSC 92-2622-E-011-002 -CC3)經費支持，協力之地錨廠商(保利工程股份有限公司)配合，與台灣科技大提供邊坡試驗站場地，在此一並誌謝。■參考文獻 1.廖洪鈞等人(1998)，「地錨設計和施工準則暨解說」第二版，中國土木水利工程學會編著，科技圖書公司發行。2.台北市基礎工程協會(2002)，「永久性地錨監造講習班講義」，台灣科技大學，台北。 3.British Standards Institute (BSI-DD81)(BS-8081)(1989), “British Standard Code of Practice for Ground Anchorages”. 4.中央氣象局網站(2004)，「基隆氣象站逐日雨量資料」，http://www.cwb.gov.tw/V4/index.htm。 |
