生態(tài)邊坡穩(wěn)定探討

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簡介： 近年來在土木工程中，改良或是保護的工程都有傾向生態(tài)工法的趨勢，為的就是要以最少的人為破壞來達到良好穩(wěn)定的效益，并且不破壞現(xiàn)地的生態(tài)平衡，此外在護坡工程上景觀的要求也日益增加。在此就以邊坡穩(wěn)定方面為例，臺灣是四面環(huán)海、高山地型居多的地方，就因如此臺灣的坡地也到處可見，每年豐沛的降雨造成的沖刷及河川陡峻、水流量變化大的特性、人為的切削，皆對于邊坡穩(wěn)定有相當?shù)挠绊?，生態(tài)邊坡穩(wěn)定即成為值得深思、研究及重視的問題。
關鍵字：邊坡穩(wěn)定、生態(tài)工法

一、生態(tài)工法的定義

　　生態(tài)工法為一種對于環(huán)境、原生物等生態(tài)所造成最低影響，并且適當?shù)倪€原、保護的工程概念，此工法并無制式的標準；性質(zhì)為相對的，并非絕對的?？偠灾?，生態(tài)工法即為以生態(tài)為基礎、安全為導向、環(huán)境景觀為理念的工程方法(1)。

二、邊坡破壞類型

　　邊坡的地形型態(tài)本身就存在了許多的不穩(wěn)定因素，通常邊坡滑動破壞為其邊坡內(nèi)部某處土層的剪力強度不足以承受當時的載重或外力，造成不平衡狀態(tài)出現(xiàn)而發(fā)生破壞，破壞后即會恢復平衡狀態(tài)。

　　由于一般邊坡的地質(zhì)條件不同，因此邊坡的破壞也有許多的模式，其中分為兩大類的即為1.自然因素破壞；2.人為因素破壞，此二類的破壞又以自然因素的破懷最為廣泛及頻繁。

2.1邊坡各種破壞因素：

　　自然因素破壞：地震、降水侵入、地層節(jié)理、張力裂縫、土石流沖擊、土石崩落

　　人為因素破壞：切削、水土保持不良、擋土工不良帶來連鎖破壞效應(附錄1)

2.2邊坡破壞類型(2)：

　　土坡：平面滑動破壞、流動破壞、旋轉滑動破壞

　　巖坡：楔型破壞、圓弧破壞、平面破壞、傾倒破壞

三、邊坡保護工法(3)

一般處理邊坡穩(wěn)定有一下五種方法：

　　(1) 邊坡內(nèi)部排水，以增加邊坡地層的剪力強度

　　(2) 將軟弱或潛在危險的地層挖除

　　(3) 建立抵擋結構物或其它支承物

　　(4) 針對現(xiàn)地邊坡土層加勁

　　(5) 化學處理以增加邊坡地層的剪力強度

　　以上五種邊坡保護工法大致上可分類為工程構造物穩(wěn)定方法、生物穩(wěn)定方法及土壤改良方法，本文就前二類方法加以探討。

3.1一般工程構造物穩(wěn)定方法

　　一般護坡工法是以一般力學的角度去思考的一種邊坡穩(wěn)定工法，通常都以安全為優(yōu)先，但是可能忽略了綠化、景觀的美化及生態(tài)上的考慮，容易影響現(xiàn)地原有的滲透能力及生態(tài)平衡，一般工程構造物是以改變邊坡力學狀態(tài)的工法，以下為簡單的介紹。

　　3.1.1 混凝土噴漿─用以保護邊坡表層避免風化、沖刷

　　3.1.2 土釘、微型樁、抗滑基樁、石柱─增加邊坡內(nèi)部的剪力強度

　　3.1.3 擋土墻─擋土墻型式有許多種，藉以結構物將可能破壞的邊坡穩(wěn)定提高

　　3.1.4 地錨─有錨碇段、自由段、及錨頭三個部分，錨碇段與巖盤產(chǎn)生摩擦力提供錨碇力，而自由段則為傳遞錨碇力至錨頭，在利用錨頭的鎖定功能將錨碇力傳于擋土結構物或下方地層，藉以穩(wěn)定邊坡。

3.2生物穩(wěn)定方法

　　生物穩(wěn)定方法法原則是以較近自然的方式去穩(wěn)定邊坡淺層，使邊坡土壤不易受到水的侵蝕，再者使用的材料也是以現(xiàn)地或是天然的石材、木材及植物為主，達到現(xiàn)地原本生態(tài)的發(fā)展、保護及永續(xù)性，另外景觀上的美化也是需要考慮的。

　　3.2.1 植生工法(4)─主要研究植物施工對象，選擇適合生長的植物材料，配合基礎與保護工程將植生導入，達到設計目的的工法。植生工法有許多種方式，例如：外緣危木處理、鋪網(wǎng)噴植等等(附錄2)，但是植生工法施作的坡面最大限制約為60度左右(因為坡度過陡使水流太快而植生不易)，適合坡度約為50度以下。一般來說植生工法的植物可以分為二個部分：1.可以保護邊坡表面2.增加邊坡淺層土壤﹝約0~1.5M﹞的穩(wěn)定。

　　3.2.1.1保護邊坡表面─可以攔阻降水直接沖擊邊坡土壤，避免受到侵蝕，植物也可以使邊坡表面粗造度增加，使水流產(chǎn)生遲滯，又因為植生植物根系深入邊坡使坡面滲透性佳，可以讓坡面粗糙化(5)，使水不會直接流失而滲入邊坡內(nèi)，涵養(yǎng)水源。

　　3.2.1.2增加邊坡淺層土壤的穩(wěn)定─因為植物的根系可以抓住土壤，使土壤的抗剪強度提高，其根系分布越廣越可以增加坡面的抗剪強度，通常根部深度約為1.5M。

　　3.2.2 活樹枝插植工法(6)─此工法是以活樹枝插入欲保護的邊坡內(nèi)使樹枝自生，生長出的樹根具有加勁的功能，對于淺層邊坡有穩(wěn)固的作用，而且根系可吸收邊坡內(nèi)的水分，把水分移至邊坡表面，如同排水帶一樣(如圖一所示)，此工法可以與地工加勁材料相互配合，而且有不錯的成效(圖二、圖三)。

活樹枝插植意識圖(圖一)

加勁擋土墻層間塞植活枝條（Gray & Sotir, 1996）(圖二) 活枝條發(fā)芽長成后情形（Gray & Sotir 1996）(圖三)

　　3.2.3 培地茅植生工法(6)─培地茅﹝Vetiver﹞是一種深根植物，其根部可達約3~5公尺，張力強度約為40~120Mpa，宛如天然的土釘一樣使邊坡更加穩(wěn)定，許多國家均有成功的案例，但是并非所有邊坡都適合此工法，例如泥巖邊坡(附錄三)。

3.3植生混合工法

　　植生對于穩(wěn)定邊坡淺層的土壤有一定的效果，不過一但發(fā)生大量的沖刷侵蝕、地震的影響或是邊坡本身自重而產(chǎn)生的下滑都會造成邊坡深層的破壞，這是植生所不能穩(wěn)定的，因此可以配合結構型擋土系統(tǒng)來穩(wěn)定邊坡的深層，其中材料可以為混凝土、石材、木材等等，一般來說植物都可以和具有孔隙的文件土結構組合，而且也可以適用于坡度較陡的地方，另外此工法亦可用一般邊坡穩(wěn)定方法分析(7)。

圖四(交通部公路總局第五養(yǎng)護工程處)

位置-國三線9K+000~9K+450

坡度-約45度

背景說明-采此工法可以克服陡坡施工的困難，并利用格梁保護植生基材被沖刷

(交通部臺灣區(qū)國道新建工程局)

位置-國三線97K+600

坡度-約50度

背景說明-此為巖層坡面，利用打樁編柵回填客土植生，并防止沖刷，有利植物生長

(交通部臺灣區(qū)國道新建工程局)

四、邊坡穩(wěn)定方法與適用性(8)

A：中深層滑動 C：淺層滑動(大范圍)B：中淺層滑動 D：淺層滑動(小范圍)

五、引進新工法介紹

　　5-1 EPS輕質(zhì)填土工法(9)

　　EPS﹝Expandable polystyrene﹞即為發(fā)泡級聚苯乙烯之塊狀化學合成材料，其塊體可作為工程回填土方材料；對于土木工程而言土壤是很微妙的工程材料，若施工、規(guī)劃完善，土壤可以成為良好的基礎材料，反之則會因土壤的自重而造成邊坡的破壞及結構體的毀損，因此若能夠減輕回填材料的自重或是降低邊坡自重，則可以降低邊坡的破壞機制。在臺灣此工法并未大量引用，若要妥善應用EPS則須對其工程性質(zhì)有充分了解，以提供工程規(guī)劃設計的參考。臺灣的地形復雜，往往以傳統(tǒng)工法邊坡開路時，都會大量開挖下層邊坡，若能夠以EPS直立式邊坡工法，公路中心線可以向溪谷側移動，減少邊坡大量的開挖，保留原有的山坡綠地，其材料貼附于剛性邊坡可以有效的降低水平土壓，EPS是一種具有開發(fā)潛力的工程材料。

以下是EPS輕質(zhì)材料的優(yōu)點：

　　1.超輕量材料─單位重約為0.12~0.29 kN/m³，密度約為砂土的1/100

　　2.經(jīng)濟性─工期縮短、挖方少、維護費用低

　　3.施工簡便─不需大型機械搬運，可以人力即可輕便迅速施工

　　4.自立性良好─柏松比小，自立性高，可降低側向土壓力，適合擋土結構的背填材料，減少側向壓力，其型塊=0.5*1.0*2.0m

　　5.緩沖性優(yōu)─單獨氣泡體能發(fā)揮優(yōu)越緩沖性，具減少沖擊、震動的效果，其耐壓縮強度約0.4~2.8 kgf/cm²，

　　6.耐水性佳─單獨氣泡體不易吸水，材料不易變形

　　5.1.1 EPS在施工管理上需注意事項

　　1.EPS容易被貫穿，不宜于有直接且集中荷重之處使用，一般會在上方澆置鋼筋混凝土版或覆蓋適當?shù)耐翆?，以作為保護或是將集中載重轉換成均部荷重。

　　2.EPS容易受到汽油及有機溶液侵蝕而溶化損壞。

　　3.EPS為易燃物品，需遠離火源。

　　4.EPS長期在陽光的曝曬下，陽光中的紫外線會破壞材料組織。

　　5.EPS可能會受到蟲害的影響，須做防蟲的處理。

　　6.由于EPS較水輕，容易受到地下水的上舉力而破壞，所以施工時必須做適當?shù)募虞d或有效的控制地下水位。

　　7.應特別注意型塊間不可以產(chǎn)生錯動或位移。

　　8.當EPS設置多層時，則每隔2m~3m高度時需打設一層厚度10~15cm的混凝土版。

5.2連續(xù)纖維補強工法(6)

　　此工法為一種綠化工法，稱為GEOFIBER工法，是日本NITTOC Construction Co., Ltd.所發(fā)展的邊坡保護工法，改良自法國的Texsol技術，連續(xù)纖維補強工法可綜合1.地盤補強、2.邊坡坡面補強、3.植生工三種邊坡保護工法之功能，基本上其主要的原理是應用砂、纖維、添加劑、水、客土、有機肥攪拌后，再于噴槍口與連續(xù)纖維絲﹝聚酯纖維﹞結合，構成具有植物生長與纖維補強功能的基材土壤，噴布于坡面上形成一厚約30~120cm的連續(xù)纖維補強土壁面，壁內(nèi)需設排水帶，若有需要也可以搭配巖釘、土釘或是地錨等結構型穩(wěn)定工法穩(wěn)定邊坡。此補強土的剪力強度較砂土高，呈多孔性，植物亦容易生長，此外若現(xiàn)地邊坡有原生樹木均可順利施工，保留下來的樹木可繼續(xù)存活生長，更具綠化美感。

　　5.2.1連續(xù)纖維補強工法優(yōu)缺點

　　優(yōu)點：容許較陡的坡角﹝約70度﹞、抗沖刷侵蝕、植生容易、不影響坡面滲透性、易于配合地形施作和工期短。

　　缺點：需要專業(yè)技術較多、機具材料需進口、施工質(zhì)量高、操作人員需訓練，綜合成本高。

六、結論與感想

　　臺灣山坡地的整治已經(jīng)有許多的經(jīng)驗，在多種的工法中并沒有絕對安全的，一但發(fā)生邊坡的破壞已是無法在回復原本的景貌，因此在邊坡的穩(wěn)定分析及施工需經(jīng)由多方向的考慮，而地質(zhì)的分析與鉆探就顯的格外的重要與精確，而選擇適合的工法也是重點之一。一般來說，生態(tài)工法是以最少的破壞、維持原本的地貌、不破壞現(xiàn)地的生態(tài)平衡、綠化美觀為依歸，生態(tài)工法也是現(xiàn)階段急需推動的工法，而廢棄物再回收利用在工程上也是需被重視的。

　　另外值得一提的是生態(tài)工法對于邊坡的穩(wěn)定都是解決淺層的穩(wěn)定，若有中深層的穩(wěn)定則需要以結構型的穩(wěn)定工法加以補強，因而生態(tài)工法與傳統(tǒng)工法則是需互相配合的，工法的選擇是需要慎重考慮。一般邊坡的穩(wěn)定工法或許都只是選擇以一種工法施工，筆者認為邊坡生態(tài)工法與邊坡傳統(tǒng)工法缺一不可，要在其中找出可以互相搭配的工法亦是邊坡穩(wěn)定處理必須注意的問題，并非每一種邊坡都適合生態(tài)工法或是適合傳統(tǒng)工法，而是要找出大自然與工程之間最能夠和諧的工法。邊坡整治工法極多，但于生態(tài)考慮下，則應選擇適合植物生長，環(huán)境沖擊小，視覺景觀較佳及施工過程較環(huán)保之處理方式(7)。

　　所有的大地工程設施結構皆是必須與大自然相輔相成，而土木人必須做的就是找出土木與大自然能夠平衡的機制，這是土木人永遠的目標與責任。

七、附錄

　　1. 擋土工不良帶來連鎖破壞效應─邊坡可能會因為邊坡上部擋土結構破壞，土石崩落、下滑，產(chǎn)生額外的外力而造成邊坡下方連鎖的破壞。

　　2.外緣危木處理─為了防止邊坡崩塌外緣的危木或傾斜木受臺風搖動而牽動根系引發(fā)土壤松動及裂隙滲水、續(xù)崩等問題，并且需視坡度、坡向延伸或張力裂縫的情形，將危木移除或伐除﹝截短﹞。(4)

　　鋪網(wǎng)噴植─于坡面鋪上一層鍍鋅鐵絲網(wǎng)或塑料網(wǎng)，暫時裹住浮石或巖塊，防止松動移位，增加坡地穩(wěn)定后，再將土壤、黏著劑及種子噴植于邊坡上，藉由網(wǎng)層之嵌握效果使表面基材成為均一的培育層，逐漸的植物增生，其根系相互纏繞，具有護土的效果，適用于坡度約50度左右，此工法為一般常用之工法，施工快速容易，節(jié)省成本且成效良好。(4)

　　3.泥巖邊坡穩(wěn)定(10)─邊坡穩(wěn)定強烈受到地質(zhì)、氣候、地形、土壤等潛在因素影響，各種工法的適用性受到先天的限制，需考慮現(xiàn)地的的地形、地質(zhì)、氣候、水文后再與景觀取得平衡點。在泥巖邊坡災害防治首先需克服地質(zhì)構造問題，就算邊坡有良好的坡面防護，最后也會沿著層面滑落而下。

八、參考文獻

　　(1)吳輝龍、鄒宗儒、張承愈(2002),“邊坡穩(wěn)定工法與自然保育”,地工技術【94】,pp.61-72

　　(2)廖瑞堂(1998),“山坡地護坡工程設計”,pp.113-114

　　(3)ABRAMSON L.W., LEE T.S, SUNIL SHARMA, BOYCE GLENN M.,“SLPOE STABILITY AND STABILIZATION METHODS”,pp.462

　　(4)林信輝、黃俊仁(2000),“地震崩塌地植生工法應用之探討”,地工技術【92】,pp.27-36

　　(5)吳輝龍(2002),“水土保持之自然生態(tài)工法”

　　(6)馮正一、林永光(2000),“考慮環(huán)境、生態(tài)與景觀需求之邊坡保護技術”,地工技術【92】,pp.5-p18

　　(7)水環(huán)境研究中心,http://www.cc.ntut.edu.tw/~wwwwec/chinese_vresion.htm

　　(8)廖瑞堂、陳昭維、楊品錚(2002),“地錨在臺灣之邊坡穩(wěn)定發(fā)展沿革及適用性探討”,地工技術【94】,pp.105-116

　　(9)林利國(2002),“EPS輕質(zhì)填土材料在邊坡穩(wěn)定之防災應用與施工管理”,地工技術【94】,pp.93-104

　　(10)李德河,林宏明,楊沂恩(2002),“泥巖邊坡之穩(wěn)定處理”,地工技術【92】,pp.41-52