第四章 擋土工之解說與設計
4.5 地工合成材加勁牆…
4.5.1 通則
應用於坡地社區邊坡穩定之地工合成材加勁檔土結構牆分為加 勁擋土牆(牆面坡度≧70°者)及加勁邊坡(牆面坡度<70°者)兩大類，如 圖 4.5.1 所示。
圖 4.5.1 應用於坡地社區邊坡之地工合成材加勁擋土結構之型式
地工合成材
(a)回包式加勁擋土牆
地工合成材
(b) 箱籠面版加勁擋土牆
地工合成材
(c)坡面植生回包式加勁邊坡
地工合成材加勁擋土結構係利用地工合成材為加勁材及逐層回 填土料所構築而成的擋土結構物。其部分行為類似於重力式擋土牆，
即由地工合成材、回填土料及面版所構成之加勁土體，藉由自身的重 量，以抵抗來自於牆體背後之土壓力(包括靜態及動態)或其它外力。
另外，由於加勁材與土壤間之摩擦力及互鎖力(interlocking)，增加了 作用於土體之有效圍壓，因而增加土體的強度，進而提升牆體之穩定 性(圖 4.5.2)。
圖 4.5.2 加勁土壤結構示意圖
基礎土壤
加勁材
施工開挖線 原地面線 背填土區
加勁土區 完成地面
級配(至少 30cm 厚) 地工織物
多孔排水 PVC 管 (直徑至少 10cm)
不透水布 截水溝
地工合成材加勁擋土結構因其具有施工迅速、所需人力與機具 少、柔性、成本低等優點，已廣泛應用於包括邊坡穩定、路基加勁、
路堤等土木工程中，其中又以應用於坡地社區、鐵公路等邊坡之穩定 工程最為普遍。
基本上，地工合成材加勁牆擋土結構適用於任何可構築傳統擋土 牆或邊坡之地方，唯若有下列情況，必須避免採用：
1. 加勁材料可能暴露於遭受污染之地表水或地下水的地方，或環境 具有侵蝕性的地方。
2. 在地表水或地下水匯集之地區，因排水量過大，無法設計時，如 山凹、山溝等。
3. 在高危險崩塌區。
4.5.2 材料
地工合成材加勁擋土結構之三大組成材料為面版、地工合成材及 回填土料，各項材料之規格要求分述於下：
1. 面版
地工合成材加勁牆之面版，一般可分剛性面版及柔性面版。剛性 面版以鋼筋混凝土面版為主，而柔性面版則大都以加勁材回包之方式
第四章 擋土工之解說與設計
來構築牆面或坡面(圖 4.5.3)。
圖 4.5.3 地工合成材加勁邊坡
2. 地工合成材
應用於加勁擋土結構之地工合成材，有地工織物(geotextile)、地 工格網(geogrid)及蜂巢格網(geocell)等，其中以地工格網最為普遍。
地工合成材之設計考量，包括強度及耐久性兩項：
(1)強度
加勁材之設計強度 Td 為設計者依工程結構物之特性，考慮各種 載重作用下，加勁材可能受到之最大荷重。而選用之地工合成材，其 容許強度 Ta需大於 Td。
地工合成材之容許強度係指材料在設計之年限內所能提供之最 大抗拉強度，其評估方法如下：
RF
Ta = Tult (4.5.1)
式中，Tult=地工合成材之極限抗拉強度
RF=地工合成材強度之折減係數=RFID× RFCR× RFCD× RFBD，其中 RFID為施工損傷之折減係數，RFCR為潛變折減係數，RFCD為化學分 解之折減係數，RFBD為生物分解之折減係數，各折減係數如表 4.5.1 所示。
表 4.5.1 各折減係數之建議值 各 折 減 安 全 係 數 用 途
RFID RFCR
* RFCD RFBD
擋 土 牆 1.1-2.0 2.0-4.0 1.0-1.5 1.0-1.3 邊 坡 1.1-1.5 2.0-3.0 1.0-1.5 1.0-1.3
*如設計年限較短或潛變對系統之影響不大時，則可採範圍內之 最低值(Koerner, 1994)
(2)耐久性
影響地工合成材耐久性之因素包括材料潛變、施工損傷、紫外線 破壞、化學物質和微生物之侵蝕等，這些資料應由加勁材製造廠商提 供。如無完整之資料，則由各折減安全係數來考慮地工合成材之強度 損失。至於紫外線之影響，因大多數加勁材皆埋置於土內，故較無此 方面之問題，但對於回包式之牆面，則須加以保護，以避免紫外線直 接照射而造成損傷。此外在施工期間，加勁材也應避免長時間受到陽 光之照射。
3.回填土料
回填土料之性質、施工夯實情況、及其與加勁材間之界面性質 等，為影響結構穩定性之重要因素。要達到設計之要求，回填材料以 低凝聚性(低塑性指數 PI)、透水性良好之粒狀土壤為佳。然考慮回填 土之數量極大、現地棄方不易、土方平衡之環保要求、施工成本等，
一般施工皆以現地土壤或岩石碎塊做為回填材料。故現地土壤須經過 適當施工與品管，方可達到實際之要求。回填土料各性質要求之建議 值可參考表 4.5.2。
4.5.3 設計
加勁擋土牆(牆面坡度≧70°者)與加勁邊坡(牆面坡度<70°者)兩 者之設計原理是不同的，其設計步驟亦不相同，故須分別說明。
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(b)決定設計之安全設計及容許變形 (c)初步決定加勁牆尺寸
(d)決定牆面及牆背側向土壓力及基底垂直應力分佈 (e)檢核外部穩定
(f)檢核內部穩定
其設計流程詳如圖 4.5.4 所示。
圖 4.5.4 加勁擋土牆之設計流程 確立牆體幾何形狀、荷重與土壤性質
決定設計之安全係數及容許變形
初步決定牆體尺寸
決定牆背側向土壓力及 牆底垂直應力分佈
牆體內部穩定分析 水平滑
動破壞
圓弧滑 動破壞
傾倒 破壞 支承力
破壞 牆體外部穩定分析
加勁材拉斷破壞 加勁材拉出破壞 各步驟之詳細說明如下：
(a)確立牆體幾何形狀、荷重與土壤性質
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包括：
(i) 牆高、牆面傾角、牆後地表之坡角
(ii) 牆體之外加載重：臨時載重、均勻載重及地震載重等 (iii) 牆面型式
(iv) 加勁材鋪設垂直間距(Sv)
(v) 基礎(現地)土壤之土壤參數(強度參數及壓縮性質)、回填土 壤及牆背土壤等之土壤參數(強度參數、基本土壤指數及夯 實參數)
(b)決定設計之安全係數及容許變形 (i)外部穩定
安全係數之要求：
水平滑動破壞：FS≧1.5 傾倒破壞：FS≧2.0 支承力破壞：FS≧2.5 圓弧滑動破壞：FS≧1.3 (ii)內部穩定
安全係數之要求：
加勁材斷裂安全係數：FS≧1.5 加勁材拉出安全係數：FS≧1.5 (c)初步決定加勁牆尺寸
(i)牆埋置深度
加勁牆埋置深度可參考表 4.5.3。除座落於岩層面上，不論何種 情況下，牆埋置深度均不得小於 0.5 m。若擋土牆座落於邊坡 上，則在擋土牆址前方應至少有 1.2 m 之平台。
(ii)決定加勁材長度 L
cos cos
−
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圖 4.5.5 加勁擋土牆作用力之分佈
H’=H+Ltanβ
H’/3
第四章 擋土工之解說與設計
式 中 ，
L = 加 勁 材 在 破 壞 面 後 方 ( 被 動 區 ) 之 埋 置 長 度
e第四章 擋土工之解說與設計
(iv) 決定土壤參數(包括單位重及強度參數等) (v) 確認地下水位及地下水層之分佈
圖 4.5.6 加勁邊坡之設計流程 確立邊坡幾何形狀、荷重與土壤性質
決定設計之安全係數 及加勁材抗張強度
檢核未加勁邊坡之穩定性
決定加勁材之配置 (垂直間距、鋪設長度)
內部穩定性 檢核
深層滑動 穩定性檢核 檢核外部穩定
(b)決定設計之安全係數及加勁材抗張強度
安全係數及加勁材抗張強度之決定皆與加勁擋土牆相同。
安全係數之要求：
邊坡圓弧滑動破壞安全係數 FS≧1.3 加勁材斷裂安全係數 FSrup≧1.5
加勁材拉出安全係數 FSpull≧1.5 (無凝聚性土壤) FSpull≧2.0 (凝聚性土壤) 加勁材容許抗張強度之決定與加勁擋土牆相同。
(c)內部穩定性檢核
(i)檢核未加勁邊坡之穩定性
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定。如採等長分佈時，則加勁材鋪設長度為由外部穩定分析與
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8. 排水設施及植生。
圖 4.5.8 加勁擋土牆施工步驟
擋土包
回填土料
6.回包加勁材
加勁材
5.鋪築及夯實回填土料
4.堆填土包或箱籠 3.架設模板及鋪設第一層加勁材
7.重複步驟 3~6 至設計高度
加勁材
8.排水設施及植生
加勁材 完成後灑水
植生養護 預留回
1.整地及開挖 2.澆置整平基墊或夯實石料基墊
加勁材
加勁材
加勁材
圖 4.5.9 加勁擋土結構施工用模板
加勁邊坡
加勁材
加勁擋土牆
加勁材
模板 模板
4.5.5 設計參考圖表
因加勁擋土牆(牆面坡度≧70°者)與加勁邊坡(牆面坡度<70°者) 兩者之設計原理不同，故其設計圖表須分別說明。
1. 加勁擋土牆
與加勁擋土牆設計相關之參數眾多，為使設計圖表易於參考使 用，遂做下列之簡化與說明：
1. 不考慮孔隙水壓之問題(如回填土符合表 4.5.2 要求，亦設有如圖 4.5.2 之排水設施，則牆體內部無孔隙水壓蓄積之問題)。
2. 不考慮地震載重及包括臨時載重與地表覆土等之外加載重。
3. 回填土之凝聚力(c 值)為零。按要求回填土應為透水性良好之粒狀 土壤，故 c 值可忽略，然若使用現地土壤做為回填土，則假設 c 值為零，亦可得較為保守之結果。
4. 各項安全係數皆採要求之最低值。
5. 計 算 加 勁 材 容 許 強 度 時 ( 式 4.5.1) ， 折 減 係 數 採 5(RFID=1.5 、 RFCR=3.0、RFCD=1.1、RFBD=1.0)。
6. 加勁材與土壤間之摩擦係數 µ=2/3tanφ；加勁區與被填區土壤間之 摩擦角 δ=φ。
7. 加勁牆之支承力破壞及整體穩定性破壞，需另行檢核之。
因設計圖表乃基於上述簡化而得，故如實際加勁擋土牆之設計條 件或考量與上述有所不同，則需進行詳細之設計與分析。
根據分析結果顯示，加勁材鋪設長度主要受外部穩定分析之水平 滑動破壞所控制，故本研究乃以 4.5.3 所述之設計方法，由外部穩定 之水平滑動穩定分析來計算加勁材鋪設長度。所得加勁材鋪設長度與 牆高之比值(L/H)與牆面傾角(θ)、牆頂地面坡角(β)及回填土壤摩擦角
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(φ)等關係之設計圖表如圖 4.5.10 所示。
而加勁材鋪設之垂直間距則主要受內部穩定分析之加勁材拉斷 破壞所控制。當牆高 H=6 m，加勁材極限抗張強度 Tult=120 kN/m，
則加勁材鋪設最大垂直間距與牆面傾角及牆頂地面坡角之關係如圖 4.5.11 所示。當 H=6 m、θ=90°、β=0°，則加勁材鋪設最大垂直間距 與加勁材極限抗張強度(Tult)之關係如圖 4.5.12 所示。當 Tult =120 kN/m、θ=90°、β=0°，則加勁材鋪設最大垂直間距與牆高之關係如圖 4.5.13 所示。然加勁材垂直間距以不超過 1 m 為原則。
圖 4.5.10 加勁擋土牆加勁材鋪設長度之設計圖表
(a) β=0°
0 0.5 1 1.5 2
10 20 30 40 50
L/H
θ=90。 θ=70。 θ=80。
φ(。)
β
H
L θ
Sv
(b) β=10°
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(c) β=20°
第四章 擋土工之解說與設計 穩定分析，可由傳統邊坡穩定分析法(如 Boshop 法、Fellenius 法)或利 用電腦分析軟體(如 STABL、RESLOPE 等)進行。
此外，Jewell(1991)將加勁區內之土壤分為兩滑動楔，由極限平
式中，u 為深度 z 處之孔隙水壓。若為粗粒土壤，則無孔隙水壓問 題，即 ru=0。
式中，u 為深度 z 處之孔隙水壓。若為粗粒土壤，則無孔隙水壓問 題，即 ru=0。