面版
加勁土體 加勁材
背填土 完成面
基礎土壤
面版
加勁土體 加勁材
背填土 完成面
基礎土壤
加勁材料 加勁材料
易、耐震性、土壓力大小、容許沉陷之能力、排水效果、維護難易及耐 久性等因素。
2.公路方面之應用
加勁擋土結構應用於公路工程包括下列幾種型式：
(1).單面加勁擋土牆(Reinforced Wall With Single Facade)
此型式之加勁擋土牆較適用於山區或丘陵地，僅需單側設置面牆之情 況，其頂端可做為公路路面。較常用於填土區或半挖半填區，此類加勁 牆亦適合於廢棄土之擋土處理，如圖 2-9 所示。
圖2-9 單面加勁擋土結構示意圖
(2).雙面加勁路堤(Reinforced Embankment With Double Facade)
此型式之加勁擋土牆較適用於填方之路堤，因加勁使得邊坡得以垂直或 較陡坡直立，因而較為節省路權費用，如圖 2-10 所示。
圖2-10 雙面斜坡之加勁路堤
路面
橋面版
加勁結構 路面
橋面版
加勁結構
利用加勁牆拓寬之路面 原有公路 利用加勁牆拓寬之路面
原有公路
(3).加勁橋台與橋墩(Reinforced Abutments and Piers)
將加勁結構與橋台結合，此施工快速。利用加勁牆本身做為基礎的一部 份，因加勁面積大，使得基礎面積增大，相對壓力減少，因此可取代傳 統的樁基礎，基礎土壤承載力佳者更適合應用。此外，加勁橋台外觀優 美，造價亦較傳統 RC 基礎低，並可減少橋台與引道間之不均勻沉陷，
如圖 2-11 所示。此型式於國外應用甚廣，在國內則曾應用於花蓮佳山計 劃之案例。
圖2-11 加勁橋台示意圖 (4).拓寬公路路堤
利用加勁結構可拓寬現有公路路面，或於路肩另增車道，僅需擴寬部分 路權，很適合運用於國內現有山區公路之拓寬工程，如圖 2-12 所示。
圖2-12 使用加勁結構拓寬路面示意圖
(5).隧道洞口之加勁邊坡(Reinforced Tunnel Portal)
利用加勁擋土結構可保護隧道洞口上方之覆蓋土層及邊坡，其邊坡經加 勁後亦有綠化之功能，此設計可避免國內常見隧道洞口上方滿佈地錨、
格樑及噴漿等之惡劣景觀。
(6).加勁土壤結構做為落石防護牆(Reinforced Embankment for Rock Fall Protection)
當山區產生落石之瞬間可利用加勁土牆(或土堤)來吸收大量能量，因加 勁材料具有延展性，因此可瞬間減少落石之衝力，達到防護之效果，此 型式較適合於谷地之防落石措施。
(7).加勁土堤做為隔音牆(Reinforced Embankment for Sound Barrier Wall) 加勁土堤之隔音效果極佳，可利用其做為鄕間公路穿越住宅區之隔音 牆，除可增加鄰近社區之隱私性，並可有綠化景觀之效果。
3.鐵路方面之應用
加 勁 擋 土 結 構 應 用 於 高 鐵 之 可 能 型 式 為 加 勁 路 堤(Reinforced Embankment)、加勁橋台及加勁邊坡。因高速鐵路之速度快，對於不均勻沉 陷及維護之標準較高，故對於回填材料之選擇要求較標準且較嚴格。此外，
由於高鐵列車通過時，可能產生流電(Stray Current)情況，易對金屬材料造 成腐蝕，故其加勁材以非金屬的地工合成物為宜(周南山等，1996)[13]。
加勁路堤應用於一般鐵路或高鐵之優點包括：造價低(與高架橋比較)、
且利於山區路段之挖填土方平衡及抗震性佳等，適於隧道洞口兩端斷層帶 及人煙稀少之山區。而人口稠密之平原區因有阻斷東西向交通之顧慮，較 不適用。
4.其他土木工程方面之應用 (1).加勁海堤、防波堤或碼頭
一般堤防、碼頭會因長期受波浪、水流侵蝕而導致坍塌變形，而為了維 護沿岸建築物或道路之安全，所必需採取之安全防護措拖。
(2).加勁式防爆牆
軍火彈藥庫、有毒氣體或化學物儲藏室及爆破試驗場等處，常因發生意 外事故，而造成嚴重的生命與財產損失，因此其周圍常需要建造防爆堤 或防爆牆。此安全防護措施不僅可以阻擋爆炸物在水平方向之衝擊，以 吸收其衝擊能量，更能防止爆炸時爆炸物之殘片及火焰四處飛竄，造成 不當之損毀。
(3).軟弱地基上之路堤底部加勁
若必需於軟弱土層上構築路堤或堤壩時，施工時常於堤身底部鋪設單層 或多層加勁材，用以限制軟弱土層之側向位移，此措施不僅可使堤壩均 勻沉陷、防止堤面開裂，更能使堤壩之抗滑穩定性能提高。
2.2 加勁擋土結構之破壞機制
一般而言，加勁擋土結構之破壞型態可分為兩大類，即內部破壞 (Internal Failure)機制及外部破壞(External Failure)機制。茲將加勁擋土結構 之破壞機制說明如下：
1.內部破壞機制
內部破壞機制主要為加勁擋土結構之破壞面通過加勁區，其破壞將於 加勁材與土壤界面間延伸發生，進而產生加勁材向外拉出之勢能，此機制 主要控制在加勁材本身強度及土壤之間摩擦力大小，其中又包含下列三項 破壞模式：
(1).拉斷破壞(Puptupe Failure)
拉斷破壞是由於加勁材料抗拉強度之不足所導致加勁材之斷裂破壞，如 圖 2-13(a)所示。此類破壞之發生主要因土體變形所需之加勁材抗張強度 小於加勁材所受之張應力，因而造成加勁材承受張力過大而產生斷裂，
使得加勁區失去加勁作用，形成破壞。
(2).拉出破壞(Pullout Failure)
加勁材產生拉出破壞係指破壞面通過加勁區，因加勁材和土壤間之錨碇 力量不足以抵抗拉出力量，致使加勁材被拉出，形成拉出破壞，如圖 2-13(b)所示，此破壞又稱為錨定破壞。
(a)拉斷破壞 (b)拉出破壞
圖2-13 加勁擋土結構內部破壞模式(Wu. J.T.H.，1994)[14]
(3).直接剪力破壞
此類破壞常發生於加勁材上層覆蓋土或下層土壤之界面，由於土壤與加 勁材間之摩擦力不足以抵抗側向土壓力，而產生過大之相對滑動，因加 勁材本身變形量很小或無變形，故加勁材抗張能力並未完全發揮，如圖 2-14 所示。
加勁土體 加勁土體
加勁土體
加勁土體 加勁土體加勁土體
圖2-14 加勁擋土結構直接剪力破壞示意圖(李怡先，1998)[15]
2.外部破壞
加勁擋土結構之外部破壞模式，一般指破壞面未通過加勁區或僅在加 勁區邊緣通過，因此破壞模式與一般邊坡破壞形式並無太大差別，其中又 包括了水平滑動破壞、傾覆破壞、承載力破壞及整體穩定破壞，如圖 2-15 所示。
(a)水平滑動破壞 (b)承載力不足破壞
(c)傾覆破壞 (d)整體滑動破壞
圖2-15 加勁擋土結構外部破壞示意圖(FHWA，1995)[16]
加勁土體 加勁土體
加勁土體
加勁土體 加勁土體加勁土體
加勁土體
加勁土體 加勁土體
加勁土體
加勁土體 加勁土體
2.3 加勁擋土結構之設計方法
目前用於分析加勁擋土結構之方法，可分為二類，即極限平衡法(Limit Equilibrium Method)及有限元素法(Finite Element Method)。極限平衡法是用 於分析加勁擋土結構極限破壞時之安全係數，有限元素分析法則是用於分 析加勁材之張力分佈與土體變形情況等。
加勁擋土結構於工程設計單位常採用極限平衡法進行計算，極限平衡 分析法係考慮極限破壞時之安全係數作為設計之控制要素，可分為：
1.土壓力平衡法(Earth Pressure Equilibrium Method) 2.破壞土體極限平衡法(Failure Mass Limiting Method) 3.綜合法
2.3.1 土壓力平衡法
本類方法是根據加勁土體背側土壓力計算所需平衡應力之大小而據以 設計加勁材料所需之埋設深度。此類方法所需考慮的應力包括：
1.垂直土壓力 2.側向土壓力
3.加勁材之水平張應力 4.拉出破壞時之水平抵抗力
此外，在每層的加勁材中均須考慮下列二項安全係數，即：
(1).防止加勁材拉斷破壞(Rupture Failure)之安全係數 (2).防止加勁材拉出破壞(Pullout Failure)之安全係數
設計加勁擋土結構之土壓力平衡法多假設加勁擋土結構之破壞面與 Rankine 之主動破壞面相同，而未分析破壞面上之應力。各分析方法之差異 主要在於假設不同的土壓力分佈情形，其設計方法如圖2-16 所示，大致有：
(1).Ka 設計法(Koerner，1994)[17]
土壓力假設乃基於主動土壓力狀況，由土體自重產生的土壓力為一線性 分佈，如圖2-16(a)所示。
(2).Forest Service(Steward et al，1977)[18]
假設作用於加勁體背側之土壓力為靜止土壓力狀況，如圖 2-16(b)所示。
(3).Broms 設計法(Broms，1978；Broms，1987)[19,20]
側向土壓力分佈為一均勻之四方形分佈與根據 Terzaghi & Peck(1967)[21]
設計錨錠板樁所假設，如圖 2-16(c)所示。
(4).Collin 設計法(Collin，1986)[22]
土壓力假設為一梯形或近乎梯形分佈，乃依據實際擋土牆所量得之結 果，利用有限元素分析法而得，如圖 2-16(d)所示。
(5).Bonaparte 設計法(Bonaparte et al，1987)[23]
所假設之土壓力為一非線性分佈，其設計概念乃根據Rankine 之主動土 壓力，但同時考慮作用於加勁土區背後土體之垂直壓力作用所發展的，
如圖 2-16(e)所示。
(6).美國聯邦公路局設計法(FHWA，1997)[24]
考慮加勁材的性質來估算作用於加勁土體中之側向土壓力，並認為在加 勁牆下方，由於已產生充份之側向變形，其側向土壓趨向主動土壓狀態，
只有在距牆頂 0 至 6 公尺深，可根據不同之加勁材料，求取相關位置之 側向土壓力係數，如圖 2-16(f)所示。而 FHWA 建議之設計步驟，頗符合 本類方法之設計程序，計算上十分便利，其步驟概述如下：
步驟 1：建立設計條件，如牆高、超載等 步驟 2：決定基礎土壤之工程性質
步驟 3：決定回填材料之工程性質 步驟 4：決定設計時所採用之安全係數 步驟 5：選擇面版型式及加勁材料種類 步驟6：初步決定加勁材之埋置長度及間距
步驟 7：根據加勁材埋置長度，檢算其外部穩定，若不滿足則回到步驟 6 重新設計
步驟8：根據加勁牆之側向土壓力，對每層加勁材檢算其內部穩定，若 不滿足則回到步驟6 重新設計。
圖 2-16 不同設計法側向土壓力之假設(Claybourn and Wu，1993)[25]
(a) Ka設計法 (b) Forest Service設計法
(c) Broms設計法 (d) Collin(Geogrid) 設計法
(e)Bonaparte et al 設
計法 (f) FHWA設計法
(a) Ka設計法 (b) Forest Service設計法
(c) Broms設計法 (d) Collin(Geogrid) 設計法
(e)Bonaparte et al 設
計法 (f) FHWA設計法
(a) Ka設計法 (b) Forest Service設計法
(c) Broms設計法 (d) Collin(Geogrid) 設計法
(e)Bonaparte et al 設
計法 (f) FHWA設計法