加勁工法之外穩定破壞

加勁擋土結構之外穩定破壞 (External Failure) ，一般並未通過加勁 區或僅在加勁區邊緣通過，所以其破壞型式和一般擋土設施破壞型式相 似。

由於加勁擋土結構之外穩定破壞，是指破壞面通過加勁區外部之破 壞型態，在外穩定破壞分析時可將加勁區視為一剛性體(Rigid Body)，就 傳統擋土設施之外部穩定型態進行分析：

1. 水平滑動破壞(Base Sliding Failure)：

水平滑動破壞(圖 3.15(a))係指整體加勁擋土結構體承受後方土 壓力時，加勁擋土結構體底部之滑動阻抗不足而產生加勁擋土結構 體沿底面側向滑移之現象。

2. 傾倒破壞(Overturning Failure)：

傾倒破壞(圖 3.15(b))為加勁擋土結構承受其背後之側向土壓力 作用而產生傾倒的現象。一般而言傾倒破壞並不易發生(因加勁擋 土結構係屬柔性結構，不易發生剛性體之旋轉式傾倒)，僅可能發 生於擋土結構上方垂直荷重過大或擋土結構遭受動力荷重(例如地 震)作用時。

3. 承載力破壞(Bearing Capacity Failure)：

加勁擋土結構之承載力破壞(圖 3.15(c))係由於加勁擋土結構體 之基礎地盤承載力不足而導致之破壞。

4. 整體穩定破壞(Overall Instability)：

加勁擋土結構體之整體穩定破壞(圖 3.15(d))係因擋土結構體之 自重或其上方加載所引致由加勁擋土結構體外側之圓弧型或楔形 破壞。

外穩定安全係數常可藉由加勁材長度之增加而增大，故設計時須同 時考慮內、外穩定所需之加勁材長度，取其較大者為設計長度。除以上 四種外穩定破壞模式外，范嘉程、周南山(Fan & Chou,2002)根據三芝、五

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圖3.15 加勁擋土結構之外部破壞示意圖(修改自 FHWA, 1998)

股之災變之現象，指出位在谷地之加勁路堤或擋土牆，可能表現出類似 樑受力之彎矩行為。破壞模式為類似三度空間樑受力之破壞模式，其張 力發生之方向與一般加勁材之強軸向不同，反而係在弱軸及加勁材之搭 接(overlapping)部份。因此，座落在谷地之加勁擋土牆之設計需特別注意。

3.1.2.3加勁工法之穩定分析

加勁擋土結構之穩定分析需滿足最小安全係數之要求。以極限平衡 法為架構之設計方法甚多，每種方法常有其自訂之安全係數，採用該特

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其中d：土壤擴散參數(Diffusivity Parameter) t：有效降雨延時

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Fscd：考慮化學藥劑(或酸鹼)侵蝕之安全係數，可依 ASTM D5322 確 認之。

Fsbd：生物分解安全係數。對於地工織物不太可能發生。初步建議 之最小值為 1.0。

在現地狀況資料充足時，上述之安全係數應針對個案之設計、

施工及管理條件進行個案之測試以求得之。惟在時間及經費不容許 之情況下可參考表 3.4 之綜合性安全係數。表中安全係數之不同，

係考慮不同材質加勁材在粘土與砂土不同填築土及不同環境下(一 般結構物及垃圾掩埋場)之安全係數。由於粘性填築土較易發生潛 變，考慮加勁材在粘土中易受粘土之互制而發生潛變，故規定較高 之安全係數(Wu，1994)。此外，鑑於垃圾掩埋場等回填材料複雜、

酸鹼及生物分解之可能損害性較高，故亦設定較高之安全係數。

表3.4 建議加勁材強度之綜合折減安全係數(最小值)

填築土料 安全係數 砂質或排水良好之填築土 3.0(3.5)

凝聚性或不易排水之填築土(含 粉土、紅土礫石層等)

4.0(4.5)

備註：1.( )：內數值指特殊情況，如垃圾及掩埋場等環境

2. 凝聚性填築土之使用應加強加勁土體內部與外部之排水措 施，其粒料及 PI 之規定詳見表 3.5。

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(^*：紅土礫石層屬凝聚性土料)

由於粘土較砂土易受雨水飽和之不利影響而發生破壞，特針對 粘土為填築材料之加勁擋土結構訂定較高之長度標準。

(2) 多階加勁擋土牆結構：

若多階加勁擋土結構之總高度小於 10m 時，可依單階加勁擋土 結構處理；超過 10m 時，需視個案進行分析設計。

(3) 挖方或半挖半填擋土結構：

Ld視個案另行設計，若因地形限制，可以土釘或地錨補強。

若採用回包式牆面，回包之長度(不計牆面部份)應至少 2.0m，

以避免因地震或側向變形較大時造成回包部份脫落。

◎ 整體滑動檢核

加勁擋土結構之整體滑動需進行檢核，可依地質情況採用圓弧 破壞或複式平面破壞分析模式。破壞面需考慮複合式破壞模式，即 可能全部位於加勁區外側，亦可能全部或部份穿過加勁擋土結構 體。

由於整體滑動(Global Stability)常為加勁擋土結構發生機率最高 之破壞模式，需進行仔細評估。其中複合式破壞分析係涵蓋加勁區 及未加勁區之混合破壞方式。圖3.16(a)及(b)顯示兩種不同複合式破 壞類型，其中圖 3.16(a)顯示之破壞面，其上半部通過非加勁區，下 半部則通過加勁區；圖 3.16(b)之破壞面，上半部通加勁區，下半部 係通過非加勁區。複合式破壞之分析可採用圓弧破壞或複式平面破 壞(Planar Failure)分析方法，用以檢核加勁邊坡之所有可能產生破壞 之可能性。

一般常使用電腦程式進行此項安全檢核，常用的加勁擋土結構 邊坡穩定分析程式如 STED/win(含 PCSTABL)、GSTABL、Slope stability、

MSEW、RSS、UTEXAS3、XSTABL、STABGM 及 RESLOPE 等。

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圖3.16 加勁邊坡之複合式破壞面示意圖

3.1.2.4 加勁擋土設施之側向變形與沈陷

地工合成材加勁擋土設施由於合成材本身特性與其階層式的構築 方式，可歸類為柔性土壤結構。一般來說，比傳統剛性(重力式)擋土設 施容許較大之變形量與沈陷量。惟此類結構物當作其它結構體之附屬結

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構，例如橋台、結構物基礎或有房屋等結構物緊鄰其側時，此沈陷量及 側向變形可能造成不利之影響，其容許之變形量與沈陷量應以主要結構 物之容許值作設計考量。

預鑄面版加勁擋土牆施工完成後之側向變形，應控制使面版不發生 額外之應力為原則。牆面側向變形過大時，除了造成擋土牆沈陷有礙觀 瞻外，甚至可能引起面版之結構破壞。最大容許變形需視面版之特性而 定。

為達上述之要求，設計時應詳加考慮加勁材之接合方法及固定方 式，以避免造成不必要之側位移量。另外，延長加勁材長度、使用勁度 較高之加勁材、控制填築土料施工夯實度、或使用較佳品質之填築土料 等方法，對減少加勁擋土結構施工完成後之側向變形應有所助益。

回包式加勁擋土牆施工完成後之側向變形，應考慮加勁材之工作載 重、加勁材及填築土料之潛變與可能之外載重變化。服務年限中牆面之 變位應控制於容許範圍內。回包式加勁擋土牆主要側向變形通常發生於 施工期間，成因與其回包方式及填築土料之夯實、工法有關。而施工完 成後之側向變形主要影響因素包括加勁材之工作載重、加勁材及填築土 料之潛變與可能之外載重等。由於回包式面牆變形機制複雜，現階段研 究成果僅能提供以經驗方式估算最大變形量，而重要結構物之側向變量 可以數值分析方法(有限元素分析法或有限差分分析法)估算。

因加勁擋土結構載重所引致的沈陷量包括：(1)垂直載重之沈陷及(2) 因側向位移所導致之沈陷。基礎土壤因加勁擋土結構載重所引致的沈陷 量應以彈性理論(計算瞬時沈陷量)及壓密理論(計算主要壓密及二次壓 縮沈陷量)估算。因側向位移所導致之沈陷則可以數值分析(Numerical Analysis)或經驗公式估計。另外，基礎土壤的差異沈陷量(Differential Settlement)包括縱向及橫向差異沈陷亦需加以檢核，以確保面版與聯結系 統間的完整性(Integrity)。最大縱向容許差異沈陷量及其影響列於表 3.6。

如計算所得之基礎土壤沈陷量或差異沈陷量超過容許值時，應使用地盤 改良工法，如夯實、壓密、攪拌、灌漿、加勁或置換等方法增加地層強 度、減少壓縮性、改變透水性及改善土壤動態性質。

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表3.6 容許差異沈陷及其對加勁擋土結構之影響 最大差異沈陷 影響描述

1/1000 極輕微

1/200 全高面版(Full Height Panels)可能因伸縮縫(Joints)的閉開而 損壞

1/100 在無特殊處理下，分離式混凝土面版(Discrete Concrete Panel Facings)的安全界限

1/50 半橢圓式鋼質面版的安全界限，在無特殊處理下分離式混凝土面 版可能因伸縮縫的閉合而損壞

>1/50 柔性面版(Soft Facings)可能有扭曲情形發生而影響其支撐能 力

若加勁擋土結構位於承載力良好之無壓縮性土壤(如無塑性之砂土 或岩盤)上，則地盤沈陷機制應為彈性沈陷(亦稱瞬時沈陷)。該沈陷隨著 路堤填築的過程而發生，施工完成時沈陷量亦趨穩定，故不致引起後續 沈陷。但若基礎土壤包含軟弱土層或地質變化複雜的情況，則必須針對 壓密沈陷、二次壓縮(或稱潛變)及差異沈陷加以考量。

加勁材對加勁區土壤之承載力雖有改善效果，但其對總沉陷量並無 法減輕，唯可藉由多層的加勁材，將不均勻沈陷之影響大量減緩。加勁 區沉陷量之估算仍應以填築之土壤壓縮性質為主要考量。

其他由於地形、地質或土壤狀況複雜可能發生不均勻沉陷時，應以 數值分析法(如有限元素法)，並配合地質調查及土壤試驗資料進行分 析。此外，部份沈陷係由於加勁擋土結構之側向位移所產生。因側向位 移而導致之沈陷量可以數值分析法估算或依實際量測所得之經驗公式 估計。

3.1.2.5 加勁擋土設施之樑效應

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如3.1.2.2 節所述根據三芝、五股之災變之現象，顯示如加勁擋土牆 運用在谷地填方時可能形成兩端鉸接而中間變形較大之類似”樑受力之 彎矩行為”。破壞模式則近似三度空間樑受力之破壞模式，其張力發生之 方 向 與 一般 加 勁材 之 強 軸向 不 同， 反 而 係在 弱 軸及 加 勁 材之 搭接 (overlapping)部份，以致引起加勁結構前端張力裂開之效應(圖 3.17)。故規 劃時應考慮加勁擋土結構受側向土壓力或水壓力時牆面可能產生之縱 向開裂、填築土料流失等破壞型式。

目前尚無可靠資料或方法進行此破壞型態之分析，惟可使用靜力學

目前尚無可靠資料或方法進行此破壞型態之分析，惟可使用靜力學