土釘牆

4.6.1 通則

土釘加勁是藉由植入具抗張特性之加勁材料，使其穿越預估可能的 破壞面，以加勁現有地層，增加土壤整體穩定性。施工方式依一定間距 先於預定施作位置鑽孔，後將加勁材(採用^#5~^#10 之螺紋鋼筋或碳纖維棒) 插入鑽孔，再以水泥砂漿低壓填充孔洞與加勁材間之空隙。灌漿完成後 之土釘與現地土壤結為一體，形成一類似重力式擋土構造，抵抗牆後土 壓力並抑制其變形，如圖4.6.1 所示。

圖 4.6.1 土釘牆示意圖

1. 適用範圍

適用土釘加勁邊坡的土壤包括：具一定程度之毛細水凝聚力的中 細砂土、含自然膠結能力的砂土和礫石土，以及具有凝聚力的沈泥及 低塑性黏土與風化岩層等。Byrne 等人(1998)曾提出土釘工法之適用與 不適用地層條件，整理如表4.6.1，並指出塑性指數 PI 大於 20 之黏土 不宜採用土釘加勁作為永久性邊坡補強，而塑性限度PL 大於 20、液 性限度大於50 之黏性土壤，在未深入測定瞭解潛變勢能前不能使用土 釘補強。

一般而言，將預應力地錨的工程經驗或規範應用於土釘工法中，

大多是偏於安全的，因為土釘所承受的力要比預應力地錨小很多，而 且加勁時土釘施設數量較多，所以不論是潛變、鏽蝕的影響，或是施

工安裝的容許偏差，都比地錨相對有利。

表 4.6.1 土釘工法適用與不適用之地質條件

適用之地層條件

1. 堅實、低塑性且不具潛變之黏土質沈泥。

2. 視凝聚力大於 5 kN/m²，且自然含水量大於 5%之細或中細 砂。

3. 具低凝聚力之緊密砂層或礫石層。

4. 殘餘土壤或沒有不利傾向之風化岩層。

5. 地下水位以上。

不適用之地層條件

1. 有機土或黏土液性指數大於 0.2，及不排水剪力強度低於 50 kN/m²之黏土。

2. 標準貫入試驗 N 值低於 10，或相對密度小於 30%之鬆散潔 淨砂。

3. 均勻係數(C_u)低於 2 之不良級配礫石或砂(極緊密者除外)。

4. 高膨脹性之土壤。

5. 含水量極高或含有水袋(wet pocket)之地層。

6. 高度破碎且具有開口節理或蝕洞之岩石。

7. 礦渣堆積或具有不利弱面之岩石。

(Byrne 等人，1998) 2. 構造與種類

一般最常使用之土釘稱為鑽孔灌漿釘，即先在欲加勁之土層鑽孔，

置入螺紋鋼筋，再灌漿填孔，使得鋼筋和外裹的水泥砂漿結合，並與周 圍土壤形成一結構體。為了確保鋼筋置入鑽孔中心位置，使得鋼筋周圍 有足夠的漿體作為保護層，因此沿鋼筋每隔 2~3 m 設置中心固定器(如 圖4.6.2)。使用於土釘之鋼筋直徑大多為 16~32 mm(^#5~^#10)，降伏強度 約400~500 MPa；鑽孔直徑則約為四倍鋼筋直徑，即約 70~120 mm。

土釘之鑽孔技術大致與地錨相同，鑽孔方式取決於欲加勁地層之特 性與施工單位已有之設備條件。一般在硬黏土和緊密粒狀土壤的鑽孔多 採用旋轉鑽，旋轉鑽又分實心與空心兩種鑽桿，即在鑽孔時利用壓縮空 氣或水將孔內土粒排出；採用此方法時，另可選擇套管使用於易坍孔的

第四章 擋土工之解說與設計

土層。

圖 4.6.2 鑽孔灌漿釘構造

灌漿釘之灌漿方式也有許多種類，最簡單的為重力式灌漿，鑽孔需 向下傾斜 10°以上，為改善土釘與土體間之界面黏結力，一般情況下宜 採用低壓灌漿(灌漿壓力≦0.5 MPa)，此時需同時設置止漿塞及排氣孔。

若土釘於端部車有螺紋並通過螺母、承載鈑與面層相連，則在灌漿硬結 之後拴緊螺母，亦可使得土釘產生微量之預應力，約為設計拉力的 5%~10%。

除鑽孔灌漿釘外，尚有其他類型：

(1) 擊入釘

使用角鋼、圓鋼或鋼管作為土釘材料，由振動沖擊或液壓錘擊，只 將土釘打入而不灌漿，因此與土體的接觸面積小，加上釘長又受到 限制，所以土釘配置需較密集，每平方公尺內需配置2~4 根土釘。

擊入釘的優點是不需鑽孔，因此施工極為快速，但不適用於卵礫石 層及鬆散砂土，擊入釘在緊密砂土中的加勁效果優於黏性土壤。

(2) 灌漿擊入釘

使用表面帶孔而底部封閉之鋼管，在擊入後由管內灌漿並透過鋼管 壁上的孔將漿體滲出。國外有特殊加工的土釘，在軸向有孔槽，能

在置入土體後灌漿使土釘與周圍土體黏結。

(3) 高壓噴射灌漿擊入釘

土釘中間有縱向小孔，由高頻率沖擊振動錘將土釘擊入，同時以約 20 MPa 的壓力，將水泥漿從土釘底部的小孔中射出。在土釘置入土 體的過程中，流射出的水泥漿不但能發揮潤滑作用，並且能滲透入 周圍的土體，達到提高土釘與土體間黏結力的效果。

4.6.2 材料

土釘施做大體可分為兩部份，一為面層部份，為結構體外之部分 稱之；另一為握裹段部份，為結構體內部承受握裹之受力段稱之；以 下針對各部分之材料說明：

1. 面層部分 (1) 釘頭

為抗張材之延伸，主為抗張材受力後將力傳至結構體外之主要部 分，需以螺母將其固定於承載鈑上。

(2) 螺母

　 　為固定抗張材之延伸釘頭部分，待土釘漿體固化後，配合承載鈑 將螺母旋緊，並產生微預力。

(3) 承載鈑

主要分散土釘應力於坡面之部分，強度與尺寸應能承受來自土釘 釘頭之荷重，且不得有過量之變形。

(4) 鋼絲網

常用於配合生態型框植生修坡；搭接方式為先舖設立體鋼絲網，

並以短釘固定再置格框鋼筋，最後與鋼絲網綁紮結合做為坡面面 層部分。格框內待植生部分需予不透水材料將其覆蓋，再施予噴 凝土。

(5) 噴凝土

第四章 擋土工之解說與設計

為型框植生中鋼筋之保護層，鋼筋包裹在內可避免產生鏽蝕，並 防止不當外力造成鋼筋過度變形。適用於岩裂發達、浮屑不穩、

坡面粗糙度大且非表層植被所能克服之坡地。

(6) 植生基材

以植生方式防止裸露山坡侵蝕，提昇坡面保護及自然景觀。基於 生物多樣性之保全，盡量禁止外來種子與植物之引入，並更進一 步使與周邊環境相調和，期能儘速回復地面植被。

2. 握裹段部分 (1) 灌漿材料

水泥砂漿為主要之灌漿材料，形成土釘與土壤間主要摩擦力來 源，尚可提供弱鹼性之PH 值，可使金屬抗張材於一定期限內免受腐 蝕。水泥漿之拌合注入需保持良好流動性，使滲入周圍土體能力佳，

此可擴大灌漿體之範圍及界面粗糙度，增加極限拉出阻抗。水泥漿 體應依據CNS 1010 水硬性水泥抗壓強度檢驗法之規定製作試體。水 泥漿中所使用之材料包含水泥、水、細骨材、及添加劑等，工程師

可視所需之強度及施工性設計最佳配比，以下為各材料之說明。

(a) 水泥

水泥原則上使用波特蘭Ⅰ型水泥，若為縮短凝固時間可採用 低水灰比波特蘭Ⅲ型水泥，以獲得早期強度，若使用於高腐蝕環 境中可使用波特蘭Ⅱ或Ⅴ型水泥以抵抗腐蝕，水灰比建議範圍 0.4~0.5 為原則(Lazarte 等人，2003)；所有種類水泥均應符合 CNS 61，R2001 波特蘭水泥之相關規格及性質。

(b) 水

拌合用水應無色無臭不含油、鹽類、鹼性物及其它有害物質。

含有不潔物或有異物之水不得做為拌合用水，除該水無損水泥漿 體品質之使用記錄，否則不予採用。有疑問之水必須依據 CNS 3090，A2042 預拌混凝土中水質試驗之相關規定檢驗合格後方可

使用。

(c) 細骨材

土釘灌漿材料所摻用之細骨材性質與所含雜物及有機物應符 合 CNS 3001，A2039 圬工砂漿用粒料之規定。且所有細骨材之 粒徑均應通過篩孔為1.25 mm 之篩網。

(d) 添加劑

為使水泥砂漿在施行灌漿時保持良好工作性，避免粒料分離 情形，可添加適當的添加劑以獲得早期強度、減少浮水、體積收 縮及增加工作性之功效；但添加劑之使用應不使其對抗張材、漿 體、甚至防蝕套管等構件有不良之影響。

(e) 防蝕材料

為確保土釘在設計使用年限內，不會因鋼材的腐蝕而降低或 喪失加勁之效能，在設計及施工時必須考量土釘的防蝕處理。除 水泥砂漿可提供短期防蝕外，作為永久性設施可配合採用加大鋼 筋截面積、鋼筋表面鍍鋅或塗環氧樹脂及採用塑料波紋封套等方 法，此部份將於4.6.5 節詳述。

(2) 抗張材

土釘主要利用鋼筋或金屬空管、鋼棒等勁度大之棒狀物體配合 灌漿材料植入地盤中以抵抗土體變形所發展之張力。一般常使用圓 棒及竹節鋼棒，原則上長度12 m 以上始得採用續接，材料選取及 性質需滿足表4.6.2、4.6.3 所規定之物性，且需滿足下列要求：

(a) 抗張材應為無鏽蝕之新品，不得附有塵垢、油脂或其他有害物 質。

(b) 抗張材不得受到過高之溫度，以免材料性質產生變化。

11 第四章 擋土工之解說與設計

坡地社區生態防災工法暫行技術手冊暨解說擋土設施及坡面保護工編(含參考基本圖彙編) 112

表 4.6.3 圓鋼棒及竹節鋼棒試驗標準

拉伸試驗 鬆弛試驗

種類 符號 降伏點或降伏強度

kgf / mm

(KN / mm

)

拉伸長度　 kgf / mm

(KN / mm

)

伸長率

％ 鬆弛值％

1 號 SBPR 80/95 80 以上(0.784)以上 95 以上(0.932)以上 5 以上 1.5 以下 A 種

2 號 SBPR 80/105 80 以上(0.784)以上 105 以上(1.030)以上 5 以上 1.5 以下 1 號 SBPR 95/110 95 以上(0.932)以上 110 以上(1.079)以上 5 以上 1.5 以下 B 種 2 種 SBPR 95/120 95 以上(0.932)以上 120 以上(1.177)以上 5 以上 1.5 以下

1 號 SBPR 110/125 110 以上(1.079)以上 125 以上(1.226)以上 5 以上 1.5 以下 圓鋼棒

C 種 2 種 SBPR 110/135 110 以上(1.079)以上 135 以上(1.324)以上 5 以上 1.5 以下

B 種 1 號 SBPR 95/110 95 以上(0.932)以上 110 以上(1.079)以上 5 以上 1.5 以下 C 種 1 號 SBPR 110/125 110 以上(1.079)以上 125 以上(1.226)以上 5 以上 1.5 以下 竹節鋼棒

D 種 1 種 SBPR 130/145 130 以上(1.275)以上 145 以上(1.422)以上 5 以上 1.5 以下

第四章 擋土工解說與設計

4.6.3 設計

土釘工法為現地土壤加勁技術，係利用土釘與土壤之摩擦阻抗增加 整體邊坡穩定，或抵抗因施工開挖或其他因素改變原土壤平衡力系所造 成之作用力。土釘因不需如地錨般施加預力，故於長期之穩定性與耐久 性而言，無需如地錨考慮因時間關係可能損失之預力與摩擦力，也因此 土釘相當適合作為永久性邊坡穩定之措施。有關設計所需之參數與配置 如下：

1. 基本參數

設計土釘加勁邊坡必須充分掌握土壤與土釘之力學行為、強度參 數及界面參數等，因此需事先進行相關之試驗與分析，所需參數包括：

(1) 土壤性質：含水量、單位重、粒徑分佈、阿太堡限度、土壤分類、

強度參數(c、φ)等。

(2) 土釘的力學性質：土釘的抗拉力、剪力強度及撓曲勁度等。

(3) 土釘與土壤界面間之握裹性質：設計土釘加勁邊坡前或施工時應 於現地進行適量之拉拔試驗，以求取土釘與現地土壤界面之摩擦 阻抗，尤其是對於大型工程而言更為重要。

(3) 土釘與土壤界面間之握裹性質：設計土釘加勁邊坡前或施工時應 於現地進行適量之拉拔試驗，以求取土釘與現地土壤界面之摩擦 阻抗，尤其是對於大型工程而言更為重要。