425國道3走山主因與順向坡之穩定

□□陳興邦

一、前言

        2010年4月25日下午沒有風沒有雨也沒有地震，國道3號七堵段卻發生史上第一次邊坡嚴重走山掩埋高速公路重大災害，十幾萬立方公尺的土石，瞬間把大埔跨越橋攔腰折斷，也阻斷高速公路北上南下全部六車道。探討走山原因，眾說紛紜，各媒體發表及專家學者之說法如下：台大陳文山教授：地錨設計有誤，長僅35米、數量也不足，無法承受強大負荷。地調所所長林朝宗：地錨設計不良，長度不足、銹蝕錨頭鬆動。中興大學段教授：地錨長度不足。台科大廖洪鈞教授：現場發現地錨錨頭下方鋼腱銹蝕，此與走山有關。文化大學理學院院長劉廣英：怪降雨導致崩塌之間的關聯太薄弱。台大地質系陳宏宇教授：走山前幾天下雨，災區順向坡含水量升高。台大洪如江教授：災變與順向坡有關。交大土木系劉俊秀教授：是人禍，因無颱風、地震，要追究。土木技師公會全國聯合會理事長余烈：1.人禍要徹查，順向坡坡腳被砍斷有龐大壓力地錨無法阻擋。主張今後禁止打地錨，要用大口徑基樁或明隧道。2.災害鑑定不可交給學會：學會成員是教授學者，只懂理論無實務經驗；技師經高考及格且具實務經驗。
        隨著媒體的報導及專家學者的看法，街頭巷尾議論紛紛，看到地錨就毛毛的。以下為筆者的分析，就教大方。

二、災害現場看地錨

         (一)本工程由崩塌下來的土石中清楚看到，十字格架地錨錨頭的握線器夾著爆斷銹蝕之鋼腱，顯示地錨拉力尚足以穩定的錨碇在固定段，如果地錨整支被拔出來則是錨碇力不足。由此可見地錨長度是深入滑動面以下穩穩錨固的，只是銹蝕而已。
         (二)崩塌下來的土石中並未發現僅有錨頭握線器而無鋼腱者。（根據自由時報92年8月20日17版報導，台北市議員呂瀅瀅提出質疑，士林區雙溪中央社區崩塌危險整治工程疑似偷工減料弊端，地錨有4支沒有打鋼腱只有錨頭混凝土封蓋而已。至於林肯大郡災變，現場發現滑下邊坡留著地錨鋼腱，而這些鋼腱末端很整齊，有被錨頭握線器夾片夾過打滑的痕跡，此乃錨頭握線器沒鎖住的偷工減料鐵證。）再者本災區現場未發現有被人工切斷之鋼腱。（如南迴鐵路，由台東地檢署查出原設計15米長地錨，現場檢驗拔出來只有2米及5米的案件。）由此筆者認為地錨的長度、拉力是肯定的。

三、地錨未防蝕

        地錨之三要素除了長度、拉力再來是防蝕問題了。本災區由崩塌下來的每付十字格架錨頭握線器下斷裂之鋼腱和遺留在山坡上的鋼腱均銹蝕嚴重。本工程地錨是82年施工，當時是灌水泥漿沒有雙重防蝕灌樹脂漿，而BSI1989規範規定永久性地錨必須灌樹脂漿。中華（今世曦公司）是國內工程設計龍頭，理當清楚BSI1989規範規定永久性地錨必須灌樹脂漿。再者國際預力協會1996規範規定，永久性地錨灌樹脂漿後為確認安全必須以高阻計量測其絕緣電阻。1997瑞士國家規範規定，永久性地錨灌漿完成，施拉力前和施拉力後必須做電阻檢測，電阻值必須大於0.1MΩ（即100KΩ）才能接受。我國由台科大廖洪鈞教授參加國際地錨會議，回國後於87年由台科大與營建署舉辦地錨論文研討會，會中發表永久性地錨必須灌樹脂漿，施拉前和施拉後要做電阻檢測，電阻值必須大於0.1MΩ（即100KΩ）才合格在案。2000BSEN（歐洲聯盟）規定永久性地錨需在施工後做防蝕檢驗，不限工法只要電阻值大於0.1MΩ（即100KΩ）。因為地錨打在地底深處，地下水入侵會銹蝕鋼腱。此次災變正突顯地錨防蝕之重要。

四、台灣地理環境

        台灣地質年代新，大都為疏鬆膠結不良、軟硬不一之地層，又處於菲律賓板塊西側與歐亞板塊東側接壤處，大小斷層及剪力破碎帶亦無所不在，且屬亞熱帶海島型氣候，雨量豐沛地下水位高，較潮濕，尤其是北部為甚。如本次災區北側之大武崙、萬里一帶，民房銹蝕嚴重。地錨不防蝕，不銹蝕也難。依地調所調查全台248處位在岩體滑動區，全島共有15763處順向坡地區，該所江崇榮先生解釋，並非所有順向坡都危險。

五、國道3走山主因

        地錨之特性是施預力時固定段錨固不動，而自由段之鋼絞線隨著荷重徐徐升高自由伸長，增長至設計荷重穩定後預力鎖定，爾後如有天災地變，由於荷重已有預力存在，建築物或檔土牆不會損壞，如921大地震中潭公路邊坡檔土牆背拉地錨完整無恙，東勢高工教室東倒西歪，而邊坡檔土牆背拉地錨仍然安全如故。也有颱風豪雨致使檔土牆背拉地錨因受強大外力擠壓而徐徐變形（潛變），可給予修補之特殊功能。本災變由於地理環境長期潮濕，地錨又無防蝕措施導致綱絞線銹蝕。例如地錨設計拉力60T，採用7束12.7mmψ鋼絞線，其每束之斷面積為0.9871cm2，7束×0.9871cm2＝6.91 cm2，每束最大荷重為18.73T，即7×18.73 T＝131T，鎖在60T。其抗張材之安全係數為2，即131T/2＝65.5T＞60T ok。然而鋼絞線如銹蝕，斷面積減少，剩下抗張材之安全係數近乎只存平衡之飽和點，4月23日下雨工區含水量增大，本來僅存平衡點，突然含水量增大，同時加大主動土壓，而岩層之抗剪強度減弱，致使其中一支銹蝕的地錨承不住而爆斷，同時其所負的荷重瞬間由上下左右的地錨來承受，而上下左右的地錨本來也銹蝕，自身已受不了撐不住了，忽然加重主動土壓即同時爆斷成骨牌效應，劇變如閃電迅雷不及掩耳快速崩塌，再加半自由落體1、2秒間砂石全滑下。

六、順向坡坡腳被砍斷之設計對策

        有人指出順向坡坡腳被砍斷災區山高約50米，衝下力甚大，地錨長度僅35米，拉力無法阻擋，設計不當，筆者不以為然。如圖一所示：順向坡岩質為砂頁岩互層，成自然邊坡穩定狀態，虛線為擬開挖坡面，設計時就要估算被挖走之土方重量和其本來成自然邊坡穩定狀態時所具有之岩質抗壓強度、抗剪強度，求其能大於主動土壓的荷重來穩定之。如圖二所示，考慮擬定採用地錨後即以主動土壓之總荷重乘以3倍的安全係數，再除以每支地錨之荷重即為地錨數量。如圖三所示La為地錨固定段，其潛在滑動面為被開挖後邊坡與路面之坡腳，與岩盤傾斜面呈平行線，通常為安全起見再加1/5長，即為安全滑動面。Lf為地錨的自由段，地錨施打完成即以十字格架或RC擋土牆、承壓版、錨頭握線器預力鎖定。

圖一

圖二

圖三

七、順向坡使用地錨、大口徑樁和明隧道之利弊

        土木技師公會全國聯合會理事長余烈指出，國道3施工採用地錨和格樑護坡能擋災害有限，若採用成本較高的大口徑排樁或明隧道等工法就能抵擋較大災害，也提到今後應禁止採用地錨。以下是使用上述工法之利弊分析：
         (一)地錨：每支地錨施做預力鎖定後，可以再檢測求取伸長量，依虎克定律算出有效自由段長度。地錨鎖定後可再檢測，預力消失24小時不得大於6％。且每支地錨施做完成可以用高阻計檢測其防蝕，絕緣電阻必須大於0.1MΩ（即100KΩ）才能接受，地下水不會入侵銹蝕地錨鋼腱，可確保地錨工程品質。地錨在施工時、施工後如何嚴謹把關、檢測，在第七項說明之。
         (二)大口徑樁：基樁是垂直承載力很大，但是橫向壓力很脆弱，況且樁灌漿往往會有蜂巢現象，不能每支樁完成後做乘載試驗，斷樁時有所聞，又無法檢驗其防蝕，故品質堪虞。
         (三)明隧道：明隧道只能承擋落石，其橫向壓力也很脆弱，背面如有蜂巢現象無法觀察。如豐丘明隧道災變7人罹難，害馬總統說要協助國賠到現在都沒結果。

八、地錨是邊坡穩定最佳利器

        地錨三要素：拉力、長度、防蝕，均需檢測以為確認。
(一)拉力：
        地錨拉力鎖定後會預力消失（潛變）。根據BSI,1989規範規定，鎖定荷重（既存荷重）隨時間之容許損失量，24小時後損失量不得大於6％，10天後損失量不得大於8％。
        1.要達到上述需求，首先要瞭解工區地質特性，再採適當工法施做證明試驗或適用性試驗。求取穩定荷重×0.9≧設計拉力，然後工作地錨必須依此工法施做。
        2.施拉力必須確實施行，每支地錨灌漿完成，養生期過後施拉至1.5Tw，穩定後解壓，再施拉至1.1 Tw鎖定，切除端線。
        3.施拉過程中如發現有拉力達不到1.5 Tw，則該支地錨有問題，需重新再做。
(二)長度：
        1.地錨自由段長必須侵入潛在滑動面以下為原則，如果工作地錨施工中發現固定段處地質不好，很破碎如軟弱層面或有地下水層時，則再鑽進深入至良好地層錨固之。那自由段則比原設計長此乃責任問題。
        2.工作地錨灌漿完成，要安裝承壓板錨頭握線器時，必須與鋼絞線成垂直，如果格樑或擋牆與施打角度有些差異時，要使用角度承壓版使之成為垂直，在正式施拉力時會減少機械摩阻力（R值），此機械摩阻力（R值）會影響有效自由段長和原本地錨之正確荷重。
        3.施拉中如發現自由段很短：以伸長量求取之有效自由段比設計要求短，要立即求證，有可能該支地錨施工時下腱困難，被工人切斷，該支地錨必須重做。
(三)防蝕：永久性地錨必須灌樹脂漿。
        1.地錨灌漿完成後，隨即以高阻計做絕緣防蝕檢測，電阻必須大於0.1MΩ（即100KΩ）才能接受，否則該支地錨拔除重做。
        2.地錨施拉力鎖定切除端線後，必須再絕緣防蝕檢測，電阻必須大於0.1MΩ（即100KΩ）才能接受，否則重做。
        3.防蝕檢測時必須以夾子夾住鋼絞線，另一端夾住接地棒，先同線測試歸零，然後再正式測試。
(四)不定時檢測
        永久性地錨拉力（鎖定荷重）、自由段長和防蝕檢測都合格後，以混凝土封蓋，爾後不計任何年限，凡地震、颱風、豪雨過後，均可隨時將混凝土封蓋打除，再檢測既存荷重，如果發現預力消失（潛變）者，必須立即調整至原設計荷重，如發現有既存荷重接近鋼腱之降伏荷重者，則調降至設計荷重鎖定，如若年限太長者只可調至0.9TW或0.8TW甚至更低為宜，由有關單位決定之。
        地錨長度與拉力的求法是依虎克定律，以應變、應力及材料之彈性係數來計算，故正常工作地錨施工後，只要再檢驗，求出鋼腱之伸長量。
        代入公式Le=A×E×S/P Le：自由段長度
        A：鋼腱斷面積 E：材料楊氏彈性係數
        S：伸長量 P：拉力

九、全自動地錨檢測

        現今科技發達，筆者建議：所有永久性地錨必須以全自動客觀地錨檢測，檢測時之荷重（應力）、伸長量（應變）和電阻Ω值，分別由電子荷重計、電子測微表、電子高阻計輸入資料收集機（電腦）存檔，並當場列印。資料收集全自動，檢測安裝妥當人員隔離，監工、驗收人員可在電腦前操作與觀看、照相以為存證，施工單位無法動手腳。

十、順向坡蓋房子免驚

        林肯大郡災變奪走28條人命，今國道3又4人罹難，均是順向坡地錨惹的禍。雖然台灣有248處位在岩體滑動區，全島共有15763處順向坡地區，但是只要做好安全措施，仍是個安全處所。
        最重要的是地質鑽探調查要確實做好，事先由地質師或大地工程師規劃，並於現場勘查後擬定鑽探孔位、深度及試驗項目後，鑽探公司著手進行實地鑽探取樣，將岩心一一置放在岩心箱，經地質師或大地工程師研判岩質特性、弱帶面（如斷層、剪力破碎帶等）、或風化、膠結鬆散軟弱等地層，並選取局部岩心做抗壓試驗或岩石直接剪力試驗，並在現場踏勘，找出露頭，量取岩石位態、走向、傾斜度和節理、劈理等，並參考試驗室試驗資料，提出將來整地施工之建議事項，寫出完整報告書，再由設計師、結構師參考地質鑽探報告之建議事項，凡鐵公路、隧道或社區工程遇有地質較差的地層，必須採用品質好的地岩錨，做好排水系統（集水、截水等）且做好嚴格品質管制等，設計後施工者確實依圖責任施工，相信任何工程都可安全無恙。山坡地之穩定，採用地錨工法乃中外學者專家所一致肯定，地錨施工後封蓋前做好拉力、長度和防蝕檢測，合格後才驗收付款。免驚！

十一、結語

        國道3災變4人的罹難令人痛心，呼籲政府相關單位重視地錨工程品質，避免民代關說。有的設計時即預設立場，有的圖利他人，也有檢測時球員兼裁判，也有人為疏誤等等不一而足。為公共工程安全起見，應採用全自動地錨檢測，才能弊絕風清。

參考文獻：

1.中國土木水利工程學會：「地錨設計與施工準則暨解說」。
2.97年內政部營建署與台灣科技大學營建系主辦：「地錨工程與地下開挖研討會論文」。