淺談生態袋擋土墻工法

一、生態袋工法介紹

地工織物由於其為柔性又具有多種功能,故被廣泛運用於大地工程中,而以地工織物所製成之生態袋,其可運用於之範圍相當廣泛。如將生態袋運用於邊坡上,除了可減少坡面之沖刷侵蝕外,於生態袋中填入草種與肥料,可在不易植生的邊坡上提供植物生長之環境。如用於河岸護坡則能耐沖刷及維持生態鏈的平衡,若作為公路路堤並結合加勁材時,可以大量縮減用地面積,並達到公路生態美化的效果。本論文之目的,即在探討從事生態袋擋土墻結構分析時應注意的要點,以及長袋錨固工法應用於邊坡穩定之特性。

二、生態袋擋土墻結構分析方法

由於生態袋擋土墻型式與疊塊式擋土墻相似,皆以堆疊之方式構築,因此,一般性的生態袋擋土墻可以參考美國混凝土砌石協會所提供之疊塊式擋土墻設計手冊,以及國內技師公會加勁擋土墻工程設計手冊進行穩定分析,其穩定性與重力式擋土墻相同,皆由牆體重量來提供穩定。主要分兩部分:第一為外部穩定,分析時將所有疊塊單元視為一整體進行分析,破壞型式如圖1所示,包括水平滑動破壞、傾倒破壞及承載力破壞,此類型之安全性分析,可依據傳統之擋土墻分析方式計算。若穩定分析結果無法達到安全標準,則可結合地工格網(Geogrid) 、錨釘或加厚堆疊方式來增加其整體穩定性。 

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圖1 疊塊式擋土墻外部穩定

第二為內部穩定分析,如圖2。在美國混凝土砌石協會( National Concrete Masonry Association,NCMA)設計手冊中考慮剪力破壞,此破壞系由於疊塊間之剪力強度不足所導致之破壞。 

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圖2 疊塊式擋土墻內部穩定

針對上述之破壞模式,逐項進行穩定分析,各項安全係數之建議值如表1所示:

表1 傳統疊塊式擋土墻設計建議之最小安全係數
(美國混凝土砌石協會 National Concrete Masonry Association,NCMA,1996)

破壞模式

 

安全係數

牆底滑動

FSsl

1.5

傾倒檢核

FSot

1.5

支承力破壞

FSbc

2

內部滑動破壞

FSsli

1.5

 

三、生態袋材質及擋土墻剪力強度實驗資料

採用高抗拉強度的生態袋,每袋之間用連接扣及粘合劑相互連接,使結合成穩定之三角單元,各單元剪力強度已超過6,060磅,該強度可使生態袋垂直構築為3公尺高的擋墻且不需增加任何地工格柵,是目前生態工法最高強度材料,這些高強度的單元連接成穩定結構,形成透水不透土,易於植物生長之新型柔性擋墻及護坡最佳結構。生態袋單元剪力強度經由檢測單位現場測測試結果為6,060磅時,未將生態袋拉出且造成鋼絞線斷裂,生態袋材質經由品質檢驗中心檢測結果如下:

物理性能:單位面積品質:140.0 g/m2;厚度:1.20mm;斷裂強力(KN/m):縱向13.20 KN /m,橫向12.80 KN /m; 斷裂伸長率:縱向59%,橫向60%;梯形撕破強力:縱向260N,橫向262N。接縫強度: 縱向6.30 KN/m,橫向9.00 KN/m;CBR頂破強力:1500N;刺破強力:270N; 握持強度:縱向480N,橫向570N;握持延伸率:縱向60%,橫向49.2%。

水文性能:垂直滲透係數:2.0×10-1cm/s;有效粒徑:0.19mm。

四、綠色長袋錨固工法應用於邊坡穩定

一般土壤或岩石邊坡因降雨、風化及地震等因素造成之淺層邊坡滑動,常採用噴植法、植生帶法、草苗植生法、噴漿工法、打樁編柵及格梁植生來護坡,其功能僅為抗風化及抗沖刷的坡面保護工,該保護工並不承受側向土壓力,僅適用於平緩且穩定無滑動之虞的邊坡上。但如果採用長袋錨固工法,且把生態袋填土厚度加厚及增加土釘或錨釘時,則可以作為需要提供抗滑力之擋土護坡工法,同時現今生態或傳統工法,往往因植生土壤厚度不足,致使植物無法獲取需要的養分及水分,因而成長不良或消失,尤其是遭遇泥岩、黃土、風化砂岩等惡劣地質邊坡時,整治失敗的案例屢見不鮮,針對惡劣地質的邊坡是否能整治成功的關鍵包括:

(一)、能提供植物生育基盤足夠的土壤厚度、養分及水分。

(二)、能承受承受側向土壓力防止邊坡滑動。

(三)、防止地表流失及坡面地表水匯流淘刷。

依據上述問題點發明及推廣長袋錨固工法,該工法是把配比好的植生土運到坡頂,按設計放線且在底部安裝連接扣及粘合劑,放置長袋從上往下裝土,遇土壤邊坡時,邊裝土邊打錨桿,錨桿間距不要超過1公尺,袋與袋之間不要預留任何孔隙以利擋土。應用在岩石邊坡時,按設計圖鑽錨桿與連接扣的孔,然後在相鄰兩排生態袋間底部安裝連接扣,用膨脹螺栓緊固,再安裝長袋,袋與袋之間預留5公分以利岩縫排水,安裝長袋時應注意當裝土超過設計孔為10公分以上時,應暫停裝土,待打入錨桿後再繼續裝土,有關土壤及岩石邊坡長袋工法可參考如下示意圖:

五、後語

本文章目的在於探討生態袋擋土結構之分析以及長袋工法特性,期能藉此提供予設計及施工人員當作參考。由實際設計分析及施工經驗可提出以下幾點結論:

當生態袋擋土墻傾斜角度越大,其生態袋擋土墻抵抗土壤所承受之平均 應力越大,此時要檢核土壤容許承載力

生態袋植生後,其植物根系能有效增加生態袋下方土壤抗剪強度,提高生態袋整體抗滑動安全係數。

在生態袋介面加入連接扣及粘合劑後,連接扣須刺穿地工袋,才能發揮其之功用,提高介面阻抗。粘合劑則可以緊密接合袋與袋並提供高抗剪能力,避免單元破壞,可使單層垂直堆疊的生態袋高度增加。

生態袋配合加勁材構成生態袋加勁擋土墻系統,可使單層垂直堆疊的生態袋高度增加。

長袋工法可以充分改善泥岩、黃土、風化砂岩等惡劣地質邊坡的穩定及復綠要求,當考慮長期穩定時,則宜噴植樹種。

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