第三章 地錨工法及加勁工法相關規範探討
3.1.1 地錨工法之穩定分析
用地錨穩定結構物時，應檢討地錨之極限荷重以及包含結構物、地 錨和地盤之整體結構體系之穩定性。此項檢討，一般分為內部穩定及外 部穩定兩部分。此外，地錨之耐久性亦為設計考慮之重點。
3.1.1.1 地錨工法之內部穩定分析
根據「地錨設計與施工準則暨解說」之說明，所謂「內部穩定」係 考慮結構物與地錨為一結構體，以檢討此結構體之穩定性。擋土壁之地 錨 的 設 計荷 重 大都 根 據 經驗 所 得之 土 壓 力及 側 壓力 計 算 而得 ，與 Coulomb 或 Rankine 之理論土壓力公式所求出之側壓力有差異。尤其當遇 到黏性土或地下水位較高之砂質土時，經驗土壓力和理論土壓力之計算 值差異極大，因此更是需要進行內部穩定之檢討，以確認錨碇結構物之 安全性。
一般常用之內部穩定計算方法，為Kranz 法〈如圖 3.3 所示〉，假設
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錨碇段之中央點與擋土壁之假想支點之連結線為深層滑動線，由於作用 於圖上斜線部份之各作用力的平衡，來求得地錨達到內部穩定平衡所需 之極限抵抗力（maxR），其水平分量（maxRh）與地錨設計拉力之水平分力 Po（h）之比值為安全係數。一般而言必須確保此安全係數大於 1.2~1.5。
關於深層滑動線之形狀，Jelink 和 Ostermayer（1976）根據模型試驗 之觀察結果，建議採曲線狀之滑動面較合乎實際，發生深層滑動面之同 時，作用於擋土壁之土壓較主動土壓力大，其大小則視深層滑動面之方 向決定。如地錨之間隔十分密時，曲線狀之滑動面位置即非錨碇體中 央，而係發生於錨碇體前端，即使如此，由於 Kranz 之方法較為保守，
所以仍獲得普遍採用。
圖3.3 地錨之內穩定平衡（廖洪鈞、張光甫, 1998）
如採用多階地錨支撐時，Ranke & Ostermayer（1968）認為適用於單 階地錨支撐之 Kranz 簡易計算法雖然亦可採用，但考慮各個單一地錨之 群體效果時，必須增加對不同地錨配置於錨碇體中央與擋土壁之假想支 點間所產生複雜之滑動面之考慮。亦即當分析土壤中多階背拉擋土牆之 內部穩定分析時，由於地錨之錨碇段長度均相當長。因此以 Kranz 方法 所得之內部穩定安全係數會較建議下限值（1.2~1.5）為高。可是若採用 背拉地錨錨碇段長度在5m 左右，且地錨之階數較高時，如 5 階以上時，
則最下一、二階地錨之內部穩定分析係數可能會接近於建議下限值，故
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在分析時，需加留意。
根據廖洪鈞、張光甫（1998）「地錨設計與施工規範之探討」，地錨 設計須就地錨之錨碇段尺寸、地錨配置、自由段長度和整體穩定性分析 等項目加以考慮，並能確保地錨的長期耐久性。
◎ 錨碇段尺寸
當地錨設計拉力（Tw）決定後，即可進行錨碇段尺寸的設計，
通常錨碇段尺寸可以下式求得：
L Fs D Tw
=π
⋅ ⋅ ⋅τ
其中 D=錨碇體直徑L=錨碇段長度
Fs=安全係數（詳表 3.1）
τ
=錨碇段長度範圍內之平均摩擦阻抗，此值會隨錨碇段長度之 增長而降低，故往往不易以定值處理之。表 3.1 地錨設計安全係數之一般規定 (廖洪鈞、張光甫,1998)
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地層變異之影響。
若因上述錨碇段長度之上限，而影響到地錨所能提供之容許拉 力時，可考慮以加大錨碇段直徑的方式，來增加地錨之錨碇力和地 錨之容許拉力。以台北之沉泥質砂土為例，當地錨之鑽孔直徑由 12cm 增加到 15cm 時，單位錨碇段長度之錨碇力可增加 60﹪左右（廖 洪鈞等人，1992）。
原則上於設計時，摩擦阻抗型地錨錨碇段長度可採用 3~10 公 尺之間。然若干特殊之地錨系統，諸如擴座地錨、多段錨碇式地錨，
其錨碇長度往往分別小於 3 公尺或大於 10 公尺，在此情況下應經 證明試驗證明合乎設計要求後，始建議採用之。
◎ 地錨配置
（1） 地錨設置之角度
地錨軸向之配置方向，以與荷重方向一致時，較為有利，但並 非任何構造物於配置時，均能符合此條件。
通常於地錨佈設上，在與水平向之夾角（α）很大時，應檢討 其分力所造成之影響。因此，地錨之安裝角度應考慮力學上的不利 性。一般而言，其設計角度以小於
45 °
為宜。另地錨傾角與水平面 之夾角在±10 °
間時，鑽孔之殘渣以及漿體凝結時之浮水，均會對錨 碇段全長與地盤間之摩擦力或面承力產生不利之影響，故應盡量避 免採用水平面±10 °
內之角度。（2） 地錨之間距
地錨錨碇段設置間距，應按設計錨碇力、孔徑、錨碇段長度等 條件決定之，其次應注意群錨效應對錨碇力之影響。為避免錨碇段 之間距過於接近，可採變化地錨傾角，或變化自由段長度等方式因 應之。摩擦型地錨之錨碇段間距應在4 倍錨碇段直徑且需大於 1.5m 以上。圓柱形擴座地錨之水平間距應在 10 倍地錨直徑以上，垂直 淨間距應在 4 倍地錨直徑以上（Liao et al., 1996）。
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（3） 地錨與鄰近結構物之距離
在地錨配置規劃時，應對可能之錨碇地盤範圍內的地下埋設物 及周圍之構造物進行詳細的調查，並配合檢討地錨之傾角、水平 角，以避開之。
BSI（1989）和 FPI（1982）均建議地錨之錨碇段與鄰近基礎、
地下構造物等垂直與水平間距最少須維持 3 公尺，而若地錨段鄰近 地表，則埋置深度至少應維持 5 公尺以上。
（4） 錨碇段位置
在岩層中，地錨錨碇段位置應位於可能滑動面以外的良好岩盤 中，錨碇段所在位置不可有太大的裂縫，以免因錨碇段灌漿的困 難，而減低了地錨的錨碇力。如因岩盤裂縫發達，灌漿發生困難且 地錨孔位及孔深皆無法調整時，應以低壓力灌入水泥砂漿或其他適 用材料，先做裂縫填充處理，再重新鑽孔施作地錨。
在土層中，則地錨錨碇段的位置應滿足圖 3.4 之規定，並與假 設滑動面有 1.8 公尺以上的距離。圖 3.4 中的假想支點位置，通常位 於開挖底面下方 1~2 公尺處。
圖3.4 土層中地錨錨碇段埋置位置示意圖（BSI, 1989）
◎ 自由段長度
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鋼腱之自由段長度，可調適施拉預力後對結構物產生不利之變 形，及緩和潛變之影響。此外，當結構物變位時，亦可發揮緩衝作 用，以保護錨碇段及錨頭。
地錨自由段長度之決定，應由地錨之構造錨碇地盤性質及整體 穩定性需求等項目綜合考量之。自由段之長度至少要深入且超過滑 動破壞面，達到穩定或堅實之錨碇地層。但若地錨自由段過短，則 錨碇力會經由地層直接傳遞到安置地錨之擋土構造物上，會造成地 錨錨碇力增加的假象；而且若錨碇段與錨頭間之地層厚度不足，則 無法提供足夠之錨碇阻抗塊體。故原則上自由段長度應在4 公尺以 上。另自由段長度之規劃，宜避免造成自由段周遭之土層過量壓 縮，且不得造成被動破壞。因此地錨自由段之長度應視實際工程需 求而審慎決定之。
3.1.1.2 地錨工法之外部穩定分析
根據「地錨設計與施工準則暨解說」之說明，所謂「外部穩定分析」
係指對於包含錨碇體及結構物之整體地盤破壞穩定檢討，有關外部穩定 之計算方法，若破壞體為土體，一般採用圓弧滑動法。以任意改變其圓 心及半徑的方式，考慮通過地錨末端外側之各種滑動面，以檢討地錨錨 碇位置之穩定性。而其安全係數之要求即如前述之國內建築技術規則對 於邊坡穩定安全係數之規定為平常時－F.S.>1.5；暴雨時－F.S.>1.1。若需 穩定之區域為岩盤，則外部穩定之破壞面多非圓弧，而可能係平面或三 度空問之楔形破壞詳見圖3.5。如汐止「林肯大郡」、基隆「健康博市」
及北二高新竹-關西段三個順向坡滑動案例，其破壞面即屬平面。不論是 平面或楔形破壞，地錨岩坡滑動破壞之力學機制如圖3.6 BSI 之說明。
一般常使用電腦程式進行此項安全檢核，常用的地錨邊坡穩定分析 程式如STED/win (PCSTABL 之 window 版)、Slope stability、Slide 及 PROKON 等。
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圖3.5 地錨岩坡滑動破壞型態示意圖（BSI, 1989）
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圖3.6 地錨岩坡地錨岩坡安定之力學機制（BSI, 1989）
3.1.1.3 地錨護坡之排水設施
由於地錨工法可應用於具淺層滑動、近圓弧形滑動或順向坡滑動潛 能等各種危險邊坡，故其排水設計因滑動型態不同而略有差異，大致而 言排水設施主要分為地表水與地下水兩類。地表水之排水設施係為了縮 短雨水降至坡面後在地表之停留時間，以減少因地表逕流產生之表層土 壤沖蝕，並降低雨水入滲地層之機會，迅速將雨水導引至下游排出。例
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如：截水溝(橫向排水溝)、洩槽(縱向排水溝)、涵管、屋簷天溝、地表噴 漿覆蓋等工法。地下水之排水設施係為了排除入滲至地層之滲流水及降 低地層中之地下水位，以減少土壤孔隙水壓力，並避免土壤泡水軟化的 現象。例如：橫向排水管、暗渠盲溝、集水井排水與擴孔砂樁排水等工 法。邊坡穩定常見之排水工法示如圖 3.7。另較大面積集水區之排水尚 須配置滯洪設施、沈砂設施等。
圖3.7 邊坡穩定常見之排水工法示意圖
一般而言淺層滑動邊坡之排水設計著重排水溝之配置，而近圓弧形 滑動之邊坡則著重坡面設置橫向排水管，排除地下水及坡面入滲水如圖 3.8。順向坡滑動邊坡須慎防地表逕流入滲坡頂張力裂縫及地下水位上升 之影響，分析方法如圖 3.9 及圖 3.10。不論是近圓弧形滑動或順向坡滑 動之邊坡，均可能同時採用橫向排水管與地錨。為避免如 2.2.1 節所述 錨孔成為水路或錨頭受排水管出水滴落鏽蝕，設計配置須注意避開橫向 排水管位於地錨之直線上方之情形。
一般 RC 擋土牆亦常與地錨搭配使用，RC 擋土牆需設置水平排水 管，背填土應設置透水濾材。若屬新建擋土牆，透水濾材應沿開挖面鋪
一般 RC 擋土牆亦常與地錨搭配使用，RC 擋土牆需設置水平排水 管，背填土應設置透水濾材。若屬新建擋土牆，透水濾材應沿開挖面鋪