淺談土石籠作業

箱籠具多孔隙、塊體堆疊及材料之不連續性

本工程位於東港溪成德大橋上游左岸約1公里處,因受颱風侵襲及受歷次連續豪雨洪水沖刷,河水直沖本段造成土地流失,已接近河川區域線並臨私有土地及房舍,為保護民眾生命財產安全,故需做緊急適當必要之措施。今以箱籠織袋工法佈設,利用箱籠多孔隙透水及擋土特性,進而穩定護岸並降低農作損失,以達成穩定護岸的目的。

本工程工法運用構造物之特徵為多孔隙、塊體堆疊及材料之不連續性。主要目標仍在期使工程之施作對水、陸域之生態系統衝擊最小,同時又可大量創造動物棲息及植物生長所須之多樣化生息空間。綜觀國內近年來採用箱籠工法(Gabion Construction Method)之個案比例相當高,箱籠工法普遍採用於護岸及邊坡穩定擋土措施上。因此,箱籠結構(Gabion Structure)在目前之應用工法中佔有相當重要的席位。

本文內容分依工程簡介、土石籠材料、設計原則與施工簡介及後語,分述如下。

一、工程簡介

1.位置

本工程位於屏東縣萬巒鄉。

2.工法

屬多孔隙、塊體堆疊工法。

3.施作長度

102公尺。

4.佈設方式

以底部打設210kg/cm2混凝土為基底後,再進行土石籠作業,土石籠成階梯狀方式布設,並背舖織布。(如圖1)。

5.土石籠構造

以1m*1m*3m(2m)箱籠及1.05*1.05*1.15m內裝織布袋

組合而成(如圖2、3)。

圖2  土石籠構造圖(1)

圖1 土石籠標準斷面圖

圖3土石籠構造圖(2)

 

二、土石籠材料

1.土石籠網面(如圖2)

高鍍鋅箱籠網(∮4.0mm鍍鋅鐵線)係機械編織扭繞三圈而成,網目呈規則之六角形狀,依需要而有不同的長度與網目,一般長度為4m,3m,2m,而網目因所需之內充填料塊石而有不同網目限制,一般為x向≦20cm,y向≦16cm,本工程即是以此網目限制,而網目的選用依經驗最好在設計上以一般性網目設計較保守,如欲試用往例較少使用之網目,則務須確認市場多數廠商能提供或非為唯一廠商,導致唯一商家除非有特殊規定要求,否則易致外界訛言與連想甚是困擾,此甚是重要。

箱籠網係使用高鍍鋅鐵線以機械編製而成。箱籠籠體需以全張網折製成型,其兩端端網及中間隔網則以同材質之高鍍鋅鐵線作成之螺旋線纏繞及固定於全張網體上。以下就一般市面上箱籠網目與箱籠長度資料如下列表1:

表1 箱籠網目與箱籠長度表

項     目

單 位

 規    格

長     度

m

2.0/3.0/4.0/5.0

寬     度

m

0.5/1.0/1.5/2.0

高     度

m

0.5/0.6/1.0/1.5

網     目

cm

5×8/8×10/10×15/15×20

編織捲繞長

 目(眼)

3月4日

籠 線 直 徑

 mm

1.8/2.7/3.0/3.5/4.0

框 線 直 徑

 mm

 3.0/3.5/4.0

 

2.土石籠組合鐵線(如圖2)

同材質組合鐵線為∮3.2mm,間隔網與土石籠組合及土石籠間連結之小結束,鍍鋅鐵絲(或俗稱鉛絲),早期組合鐵線以∮4.0mm設計,並以人工配合特製扭繞工具俗稱牛頭仔扭繞而成。惟今,該此工具較少使用,一般均以類似螺絲起子造型之工具配合人工扭繞而成,故目前於實際施工時,因∮4.0mm以人工紮結扭繞三圈不易,後經改良一般以∮3.2mm設計較符實際。

一般籠身邊框以間距每20cm、長60 cm、線徑∮3.2mm之鍍鋅鐵絲雙股絞緊至少3圈,即是先剪60cm長之鐵線後,對折該鐵線則成為長30cm,再對折一次後再紮結,此時常度約為15cm(如圖4),以此經兩次對折後之鐵線進行扭繞絞緊三圈,而三圈則以扭繞所成之眼數為三孔方式,籠與籠間結紮方式亦同。另有關土石籠網面及土石籠組合鐵線之規範如下表2:

鍍鋅鐵線對折示意圖

 

表2 土石籠網面及土石籠組合鐵線規範表

籠身鐵線 項目  單位 箱籠規範數據
1 線徑 4.0±0.07
2 鍍鋅量 g/㎡ >155
3 抗拉強度 N/㎜2 390~780
(kgf/㎜2) (40~80)
 
結束鐵線 項目  單位 箱籠規範數據
1 線徑 3.2±0.07
2 鍍鋅量 g/㎡ >35
3 抗拉強度 N/㎜2 290~540
(kgf/㎜2) (30~55)

3.土石籠織袋(如圖3)

織袋大小約1.05*1.05*1.15m,以機械協助裝填,每m3單元籠體3周內裝織布袋,織布袋於工廠加工縫合,邊緣處回摺至少10公分,成為上蓋可掀起之盒體狀。

4.土石籠填充料

箱籠內之填充材可採用採石場生產或天然之圓狀石材,石材應具有抗風化、不易碎裂、不易溶蝕及強度(硬度)高之特性。一般箱籠結構之功能必須依賴其自身之重量展現,成為重力式透水擋土牆,且其結構體長期暴露於河心之常流水中,應以採用密度較高之石材較佳,一般河床單位重約為1.9~2.3t/m3,依不同溪段而有不同單位重,以下就石才單位重表列如下:

石 材 種 類

(t/m3)

玄  武  岩

2.9

花  岡  岩

2.6

硬 石 灰 岩

2.6

砂      岩

2.3

軟 石 灰 岩

2.2

本案考量東港溪現況大塊石較少,並為避免商購填充料增加費用及監造管理之困擾,故以現況河床粒料為填充料,施工時並為確保織袋紮實,於捆紮時需配合灌水使織袋充填飽和,如此以工區鄰近河床料為填充料來設計,亦可達河段局部清疏之效。

5.背舖織布

高拉力合成纖維網須為具有抗紫外線、耐酸性、耐鹼性處理之纖維編織而成之合成纖維網,其纖維成份為聚丙烯( Polypropylene ) 加碳黑穩定處理,取樣以每10,000m2 為一單位,抽取合成纖維網幅區2.5m×2.5m 試驗乙份,送請規定檢驗之學術機構,依材料規格試驗項目檢驗。

三、設計原則與施工簡介

1.設計原則

 (1)結構體之尺寸及配置

箱籠設計除了結構幾何配置須符合現地情況外,也要滿足各項安全性檢核(如:傾倒、滑動、承載力及整體穩定),同時兼顧其功能性、景觀性及經濟性之要求。

幾何配置上,應考慮箱籠結構組合單元之尺寸及型式、結構體之後傾角及基礎之寬度與埋置深度。對於高度超過3m之箱籠結構,其後傾度至少應有6˚以上。

(2)回填施工

回填石材之粒徑符合不漏失之要求原則下,應儘量採用較小尺寸之網目及石材粒徑,以降低箱籠之孔隙率及回填成本。

回填石材之粒徑較小時,其密度愈均勻,承受荷重後之應力分佈性較佳(不致有過度應力集中)且完工後結構對於沉陷變形具有較佳之自我調整性。

(3)容許變形

箱籠結構不會因為變形而喪失其應有之強度,其在承受水平推擠力時,抵抗水平變形之能力主要源自於回填石材顆粒間所啟動之內部剪阻抗(internal shear resistance)。因此,由剪應力控制箱籠結構之水平變形。同時,結構體之變形量亦為最終設計之主要考量因素之一。

(4)排水(級配或地工織物濾層)

箱籠屬於透水結構,可排除地下水,進而減輕地下水所引起之不穩定問題。另外,箱籠結構可藉由回填石材孔隙間之自然循環蒸發作用來加強排水功能。當箱籠結構作為擋土工且牆背繫留之土砂有流失之顧慮時,箱籠結構與背填土界面間之濾層設計為必需之排水輔助措施。另外,在牆跟(heel)處亦應考慮設置穿孔排水管,並於排水管外圍包裹粗粒料級配層之必要性,以利牆背填土區之排水。

2.施工簡介

1.整平:鋼筋混凝土版為基礎底降低不均勻沉陷。

2.箱籠網組立:箱籠網係使用高鍍鋅鐵線以機械編製作而成。箱籠籠體需以全張網折製成型,其兩端端網及中間隔網則以同材質之高鍍鋅鐵線作成之螺旋線纏繞及固定於全張網體上。

3.土石籠織袋:每m3單元籠體四周內裝織布袋(高1.15m*寬1.05m*長 1.05m),織布袋於工廠加工縫合邊緣處回摺至少10公分,成為上蓋可掀起之盒體狀。

4.填料:將織布袋裝入組立完成之土石籠內,每個單元均需裝入織布土石袋,且將織布土石袋與箱籠網邊框預先固定以便機械投料不變形。

5. 以挖土機將土石料拋填於土石籠內,待填滿填平後先蓋回織布土石袋上蓋,將相鄰3個邊密封固定,再將土石籠網之上封蓋蓋回予以固定。

如下照片:

圖5 箱籠網組立及織布袋填河床料並背舖織布

圖6 織布袋填河床料壓實

圖7 石籠網之上封蓋蓋回予以固定 圖8 石籠完成面

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】


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