地工織物在山區道路邊坡保護之應用

□單明陽／正修科技大學營建工程研究所　副教授
□李振卿／皇壹營造有限公司　負責人

摘要
        地工織物(Geotextile)屬於高分子合成材料，統稱為地工合成物(Geosynthetic)，是一種具有透水性之織物，係用於土壤、岩石、地表或其他與地工技術有關之材料，做為人造產品、結構或系統之一部份。台灣地處板塊交界，地質複雜脆弱，致使天然災害頻繁，而山區闢建道路工程，主要交通設施包括道路、邊坡、橋梁及隧道，常因規劃設計不當或不足造成破壞，損及人民生命財產。本研究以山區道路闢建時考量坡面保護工或擋土工法，選擇符合生態環境與景觀保護的要求方式，針對高雄縣台20線、台21線山區道路，每逢災害後邊坡復建或新建採用地工織物包括加勁擋土牆、掛網噴植植生及箱型石籠進行修建，各種工法均有其利弊，亦各有成功與失敗案例。本研究將探討山區道路各路線中採用地工織物，邊坡復建或修建的情況進行工法的技術比較與效益分析。研究結果顯示，邊坡保護工法以地工織物掛網噴植植生效果良好，且適用坡度大於45°的土質邊坡，掛網植生除了可以有效保護坡面防止崩塌，對於坡度小於45°之崩積土或淺層崩塌坡面有良好抑制效果。地工織物箱型石籠裝填腐質土或現地礫石，設置於路肩邊溝坡趾間帶其透水性佳，能有效抑制道路下坡段崩塌。擋土工採用加勁擋土牆，其施工快速可做為緊急搶修工法，且可以承受較大不均勻之沉陷，耐震性佳，坡面植生綠化情形良好。

一、前言

        台灣山區佔地遼闊，國家民生經濟發展與山坡地之開發息息相關，因此山區道路為提昇國家總體競爭力之必要建設。道路帶來了便捷之生活與經濟之繁榮，但是道路也對自然生態及環境景觀造成相當程度之破壞與衝擊【1】。台灣地處板塊交界，地質複雜脆弱，致使天然災害頻繁，山區闢建道路工程，主要交通設施包括道路、邊坡、橋梁及隧道，常因規劃設計不當或不足造成破壞，損及人民生命財產。近年來受全球氣候變遷之影響，超豪大雨頻頻發生而921 地震亦使原本破碎的山區地質更加脆弱，使得山區道路幾近逢雨成災，坍方落石不斷，且災情愈益擴大，不僅造成國家嚴重經濟損失，對於當地民生之安定與交通之安全亦產生極為不良之影響。公共工程近年來因受工程材料不穩定上揚，造成投資成本相對提高，加上重大公共建設已日趨萎縮，業者常因為了生存而低價搶標，雖然各項工程均明訂各種施工規範及施工品管作業，仍然會使大眾對公共工程之施工品質遭受嚴重質疑；因合成材料在工廠生產可受較嚴格品質控管，對環境生態景觀美觀上較為柔美視覺，亦可取代較傳統材料，使得本施工方法日趨熱門【2】。本文針對高雄縣台20線、台21線山區道路於工程復建或新建時採用地工織物包括加勁擋土牆、掛網噴植植生及箱型石籠進行修護修建之成果分析。高雄縣台20線、台21線山區道路隸屬於公路總局第三區工程處甲仙工務段管轄，本區域因地形地質特殊，每逢地震、豪雨造成災害頻繁，近年來又因災害頻傳紛紛造成人員傷亡及道路崩塌事件，因此本研究為進一步探討本區域於每年夏季、或豪雨期間所造成之災害衝擊道路工程之影響，提出工程修建與維護，進行地工織物之技術成果分析與探討。

二、材料與方法

(一) 區域環境概況
        自民國57年闢建以來，台20、21線屬南橫公路主、支線，即為台灣東西交通的重要通道。在全線完成瀝青路面的舖設後，對行車品質及用路人的安全更有大幅的提昇。在公路景觀的規劃上，秉持著自然、生態的原則，提供用路人舒適的行車環境。由於本公路依山闢建，山勢雄偉陡峭，大部份屬高雄縣山區道路，地質多屬粉質砂土及砂礫腐質土互層，平均N值為3~18之脆弱土質，山區常因豪雨、颱風造成路基下陷、淘空、邊坡下滑與落石，因此交通受到阻塞，且南橫公路因原有道路、橋梁寬度不足或會車困難，常有車輛因會車而誤入邊溝或撞上山壁，又每逢颱風豪雨常有落石坍方造成交通中斷，養護難度頗高，近年來政府大力推展觀光事業，本路段亦以塑造景觀道路為原則，在工程設計時除了行車安全的考量外，也需考慮週遭環境景觀的協調與邊坡維護。
(二) 地工織物應用特性
        地工織物為重要合成產品，其重量輕，整體性良好，施工方便強度高，耐腐蝕、抗微生物性能好，但未經處理之地工織物若暴露於日光直接照射下容易受紫外線之影響而老化。一般地工織物可由下述諸性能評估其特性：
        1. 物理性質：單位重量、厚度、開孔之孔徑、均勻性等。
        2. 力學性質：抗拉強度、各式拉斷強度及延伸率、撕裂、爆裂及剌穿強度，磨損、疲勞、潛變與土石之摩擦角等。
        3. 水力學性質：垂直與水平向滲透性、正水力坡降、反水力坡降、淤阻等。
        4. 對化學腐蝕、日光、氣候、分解等耐久性及抗老化能力。
        5. 產品之形態：加工方法、寬度、每卷直徑、重量等。
(三) 道路邊坡
        本路段屬於山區多雨森林區道路，經過路段最先考量的是：
        1. 水對邊坡之不利影響。每當雨季來臨且遇逢颱風造成路段破壞的原因類型，歷年來之統計詳如表二。
表二 水對台20、21線道路破壞情形
        2. 地形與地質對道路邊坡的影響，其分析結果如見表三所示。邊坡災害為本路段最常見的現象，根據本研究調查，邊坡滑動與地表沖蝕在本路段又最常發生，其原因可能受到地層地質影響的關係，詳如圖一、圖二及圖三。
(四) 邊坡破壞工法選用
        依據本路段邊坡破壞情形原因，選擇適合的工法進行修建復建，台20線於93年至96年上半年間，對於崩塌處之邊坡採用的工法有地工加勁擋土牆及地工織物掛網植生工法；而台21線於93年至96年上半年間，對於邊坡崩塌採用織物土石箱籠及織物掛網植生工法進行修建與復建，其成效各有其利弊。

三、道路邊坡修建與復建結果

        台20線、21線山區道路邊坡破壞修建與復建採用的工法相關說明：



        造成拉拔破壞研判是因地工格網延伸長度不足，且牆背後有排水層地質致地下水湧出被推擠破壞。

四、結論

        近年來台灣山區道路邊坡災害頻傳，其致災原因固與先天環境因素不良，地質地形條件惡劣有關，然而山區道路之規劃、設計、分析，以及施工與維護等工程作為，並未針對台灣山區環境特性與國人民族習性詳加考量其影響。如何防災、避險或提昇災後搶修與復建成效，實為現階段政府相關主管單位當務之急。
        台20線、台21線山區道路屬南橫公路主、支線自民國57年闢建後，隸屬於公路總局第三區工程處甲仙工務段管轄，由於本公路依山闢建，山勢雄偉陡峭，大部份屬高雄縣山區道路，地質多屬粉質砂土及砂礫腐質土互層，平均N值為3~18之脆弱土質，山區常因豪雨、颱風造成路基下陷、淘空、邊坡下滑，與落石阻塞交通運輸。
        本文之目的為選擇能符合生態環境與景觀保護之適宜工法，進行山區道路邊坡破壞時之修建復建，結果顯示，地工織物掛網噴植植生對於邊坡保護有較好的效果且植生情形良好，地工織物箱型石籠裝填土石後砌築崩塌地，因剛完成施工尚未能評估成效，但對於路肩邊溝坡趾間帶其透水性佳。加勁擋土牆砌築崩塌地為一緊急搶修工法，耐震性佳，有好的初步復育成效，但對於另一處完工二年後造成拉拔破壞，研判為地工格網延伸長度不足，且牆背後有排水層地質致地下水湧出被推擠破壞。綜合而論，山區道路邊坡工法之選擇應因地制宜，因案而異，且應需符合安全、生態、景觀、經濟及易於修建為原則。山區道路邊坡工法之選擇應因案而異，初步效果良好的工法應按部就班進行維護保固，無法即時評估成效者應適時實施監測追蹤。■

參考文獻

1. 吳淵洵，周南山，「台灣山區道路邊坡災害及搶修處理工法之探討」，臺灣公路工程第32 卷第12 期，第2-32頁(2006)。
2. 周南山，「台灣山區道路規劃設計參考手冊」，行政院公共工程委員會(2005)。
3. 廖瑞堂，「山坡地護坡工程設計」，科技圖書股份有限公司(2001)。
4. 農委會水保局，「水土保持技術規範」，(2005)。
5. 張達德，「地工加勁材料在土木工程之應用」，台灣營建研究院，民國86年12月(1997)。
6. Federal Highway Administration, ”Rock Slopes Design, Excavation, Stabilization,” U.S. Department of Transportation (1989).