常見補強工法詳述

目前國內常用於邊坡穩定補強工法，主要有打設預力地錨、抗滑 樁、土釘等增加擋土設施之側向抵抗能力，及排水工法以排除邊坡內之 地下水與入滲水，利用各類土壤改良工法改善邊坡土體之工程性質（剪 力強度與壓縮性等），與一般擋土設施結構性破壞之補強方式等，各類 常見補強工法之特性與適用對象將於本節中做一簡要敘述。

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5.1.1 地錨工法

地錨工法使用於邊坡穩定上，係以高張力鋼材穿過可能產生滑動之 土體或岩體，將其錨碇於穩定之地盤內，並對鋼材施加預力，使其能牢 繫可能滑動之土體或岩體。地錨之錨頭端一般配合面版承載於坡面並分 散其荷載，或配合格樑系統以承載於坡面並使荷載均勻分佈。

一般地錨之構造如圖 5.1 所示，大致可分為：

1. 鋼腱：

為傳遞拉力之元件，係以數根鋼線，鋼棒或鋼絞線所組成。

2. 固定端或稱錨碇端：

以水泥漿或樹脂將插入孔底的鋼腱膠結固定，並與孔底周圍之地層 緊密結合在一起，發揮錨碇的作用。此段灌漿稱為主要灌漿。

圖 5.1 地錨構造示意圖 [ 13 ]

3. 自由端：

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施工準備

鑽孔

清孔

主要灌漿

錨腱組立

錨腱安裝

漿液拌合

錨腱安裝 主要灌漿

加壓灌漿

養護

驗收試驗

錨碇

二次灌漿

維護管理 完成 錨頭處理

：表示必須執行之步驟

：表示視需要而執行的步驟 地錨施工之流程其步驟如圖5.2 所示。

圖 5.2 地錨施工流程圖 [ 13 ]

5.1.2 抗滑樁工法與樁基礎工法

抗滑樁與樁基礎工法皆為基樁工法，施作方式相同但抵抗之對象不 同，樁基礎主要屬垂直承重基樁，而抗滑樁則屬於側向承重基樁，用於 邊坡擋土設施穩定之基樁也可兩者兼具。

抗滑樁工法係在擋土牆背後土體中，打設垂直或傾斜的混凝土樁或 型鋼，使其能穿過牆背土體之潛在滑動面，並發揮抵抗部分側向土壓力 的功能，而抑止整體土體的滑動，對於抗滑樁的示意圖可詳圖 5.3。國 內所常使用的抗滑樁工法有打設鋼軌樁、微型樁及預壘樁等。樁基礎工 法則主要打設在擋土牆下方，用以提供基礎之承載能力，減少擋土設施 之沉陷量，主要也以微型樁、預壘樁為主。以下即對各種基樁工法的施 作做詳細的說明。

圖 5.3 抗滑樁示意圖

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1. 鋼軌樁：

施作鋼軌樁通常是用機具直接地敲擊錘打，使鋼軌直接貫入到擋土 牆背後的土體中，而所使用的鋼軌樁亦可以Ｉ型鋼或Ｈ型鋼等來替代。

其施工方式為︰

(1) 鋼軌樁施打前，應事前了解地下埋設物、障礙物之位置。施打時應 將地中埋設物清除或迴避之。

(2) 按照圖說所示之位置放樣及佈設導軌。導軌中心線須與鋼軌樁設計 之中心線相吻合。

(3) 鋼軌樁之打入長度及間距應依施工圖說之規定或依據施工地質調查 結果變更之。

(4) 施打鋼軌樁之方法有︰全長錘打、上半鑽孔後錘打、全長鑽孔後插 入。應考慮現地環境及地質條件選擇施打工法。

2. 預壘樁：

預壘樁大多採用螺旋鑽鑽掘樁孔，而藉壓力將已拌妥之水泥砂漿經 鑽桿空心軸注入樁孔中，而形成樁體。其施工方式為：

(1) 在現地放樣，標定施工樁位，及安裝螺旋鑽機。

(2) 將螺旋鑽軸心與樁心對齊，連續垂直鑽挖至設計深度。

(3) 鑽挖至設計深度後，由鑽軸前端將砂漿壓入樁孔中，同時緩慢抽取 螺旋鑽桿，一直到鑽桿離開地表面為止。抽桿速度應配合注漿量，

使不致在抽桿中孔壁懸空坍塌，且注漿量確實將樁孔填滿。

(4) 注漿完成後立即將已組成之鋼筋籠或型鋼插入樁孔內，至設計深度。

(5) 最後再做樁頭的處理以及繫樑的製作。

3. 微型樁：

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表 5.1 土釘極限拉出阻抗（Elias 與 Juran，1991） [ 33 ]

岩層之極限拉出阻抗

施工方式 岩石種類 τmax（psf）

Marl / Limestone 6,000∼8,000 Phillite 2,000∼6,000 Chalk 10,000∼12,000 Soft Dolomite 8,000∼12,000 Fissured Dolomite 12,000∼20,000 Weathered Sandstone 4,000∼6,000

Weathered Shale 2,000∼3,000 Weathered Shist 2,000∼3,500 Rotary Drilled

Basalt 10,000∼12,000 非凝聚性土壤之極限拉出阻抗

施工方式 土壤種類 τmax（psf）

Silty Sand 2,000∼4,000 Silt 1,200∼1,600 Piedmont Residual 1,500∼2,500 Fine Colluvium 1,500∼3,000 Rotary Drilled

Coarse Colluvium 2,000 Rotary Drilled(wet) Sand / Gravel 6,000∼9,000

Sand 6,000 Sand/Gravel(low overb.) 4,000∼5,000

Sand/Gravel(high overb.) 6,000∼9,000 Dense Moraine 8,000∼12,000 Driven Casing

Colluvium 2,000∼4,000

Sand 8,000 Jet Grouted

Sand / Gravel 20,000 Silty Sand Fill 400∼600 Silty Fine Sand 1,700∼2,200 Augered

Silty Clayey Sand 2,500∼5,000

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表 5.1（續） 土釘極限拉出阻抗 [ 33 ]

凝聚性土壤之極限拉出阻抗

施工方式 土壤種類 τmax（psf）

Loess 500∼1,500 Soft Clay 400∼600 Stiff Clay 800∼1,200 Clayey Silt 800∼2,000 Augered

Calcareous Sandy Clay 4,000∼6,000 Silty Clay 3,600 Driven Casing

Clayey Silt 1,800∼3,000 Rotary Drilled Silty Clay 700∼950

5.1.4 土壤改良工法

粘性土壤壓密排水、混合固結工法、土壤加勁工法等分別敘述之。

1. 置換工法

置換工法是指將軟弱的土層全部或是局部挖除，並置換較優良的土 質，再經嚴謹地夯實，使其承載力提高而壓縮性降低，而達到改良的目 的。

置換工法依土層與上部擋土結構的不同可分為：

(1) 在上部的軟弱土層較薄時，此時可將基礎內的軟弱土層全面挖除，

改換以砂墊（Sand Pad），能在短期之內達到夯實的效果，且上部擋 土結構可有較大的接觸壓力。

(2) 若地表下的軟弱土層為極厚的一層，則可將地表面附近作局部性置 換，並允許某種程度地盤的下陷與變形，上部的結構則必須較輕者。

置換工法通常用於擋土牆基礎與牆背回填土之改良上。擋土牆施作 後，應將超挖部分以剪力強度高、排水速率快之粗粒料土壤回填，設置 好牆身排水系統，並對回填土夯實緊密，這是一般擋土牆施作時須注意 到的。若擋土牆基礎土壤過於軟弱，也可挖除後置換強度較高、壓縮性 較小之土壤替代，以提高基礎之承載能力與降低沉陷量。至於對於邊坡 內部軟弱土壤之改善上，使用置換工法則顯得規模過大與不經濟。

而置換工法用於擋土設施之補強上，因為既有擋土結構已經存在，

使置換工法增加施作之困難，一般少用置換工法於補強工程中，而對於 整治裸露邊坡之新建擋土設施工程中，則可考慮使用。

2. 土壤夯實工法

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a. 夯實砂樁工法（Compaction Sand Pile）：

係以震動機及高壓空氣將中空鋼管（一般為 40 公分直徑，管底附 有自動錐形靴）貫入土中，再利用震動及擠壓作用，使鋼管周圍土壤位 移，達到緊密排列，在拔出鋼管時，以高壓空氣將回填（砂）料壓入鋼 管底端，到達孔底，再使鋼管上下來回震動，壓實土壤，達到改良效果。

b. 震動揚實工法（Vibroflotation）：

本工法最主要的設備為振動錘（Vibroflot），其內部為偏心設計，利 用離心力可產生橫向振動，使砂土受到振動而密實。

c. 動力夯實工法（Dynamic Compaction Method）：

本工法係以吊車或吊架將一重錘吊至預定高度，再讓重錘自由落 下，如此吊高、落下反覆數次，錘擊欲改善之粒狀土壤表面，使顆粒受 撞擊而重新排列，趨於緊密狀態，工程性質因此獲得改善。

動力壓密工法對於不飽和土壤而言，其改良原理與室內夯實試驗一 樣，土壤受到撞擊後，主要因氣體壓縮及排除，少數為孔隙水壓消散，

使得孔隙減小，密度增加。對於飽和土壤而言，由於土粒及水幾乎不可 被壓縮，當土壤受到高能量撞擊時，蓄積能量漸增，超額孔隙水壓續增，

直到與土壤總應力相等時，即有效應粒及剪力強度為零，顆粒懸浮在水 中，猶如水一般，已達到所謂的液化狀態，但隨超額孔隙水壓逐漸消散，

孔隙體積漸減，密度增大，達成改良目的。因本工法係採動力施加能量 於粒狀土壤中，激發及消散超額孔隙水壓，猶如黏土之壓密，因此命名 為動力壓密工法。

d. 爆炸夯實工法：

爆炸夯實工法的改良原理與振動揚實工法相同，只是震源的方式不

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同。本工法藉由爆炸產生震動與震波，破壞原始顆粒排列，使顆粒位移 達到緊密狀態。本法較適合深層砂土的改良。

土壤夯實工法運用於邊坡之補強工程上，有其施作上之困難與不適 用性，且在進行夯實施作時，即可能危害到既有擋土結構本身之安全，

故應用於新建之擋土設施工程改善中。

3. 粘性土壤壓密及排水工法

在邊坡地表下較深層的粘性土壤以深層夯實工法改良，效果並不理 想，而軟弱黏土層之所以強度低，主要是因為軟弱黏土的吸附的水層較 厚，而水無剪力強度可言，若吸附水層越厚，強度越低，因此粘性土壤 的改良工法，其原理是藉由排除黏土層內的吸附水，減少孔隙，達到堅 實的改良效果。

由於粘性土壤的滲透性低，無法以一般的點井或深井方式排水，需 以下列一種或一種以上的方法去除吸附水：

(1) 預壓密工法（Preconsolidation Method）：

在欲改良土層的地表上，堆置土方或混凝土塊等重物，使下方的軟 弱黏土層，受到預加載重而激發超額孔隙水壓，此水壓隨著時間增長而 消散，土粒間的孔隙減小而壓密，爾後去除預加載重，再構築結構物的 方法稱為預壓密工法。惟因黏土層滲透性低，排水速率相當慢，常需配 合其他工法加速排水，以縮短工期。

(2) 砂樁排水工法(Sand Drain Method)：

上述預壓密工法雖可改良粘性土壤，但所需工期甚長，不符合時間 效益。若欲加速壓密沉陷，以較短的時間改良土壤，則需再打設砂樁，

或以排水帶、砂袋樁或其他材料取代砂樁，其原理均是縮短排水路徑，

加速土壤壓密沉陷，因此統稱為垂直排水工法。

(3) 電誘滲透（Electro-Osmosis）排水工法：

將兩根電極插入土中，通電後，在陰極抽水，可去除粘性土層之吸 附水層，達到改良的效果。由於黏土表面帶負電，需吸附陽離子以平衡 電荷，而雙極體的水分子又常吸附在陽離子上，因此當電極棒通電後，

陽離子會往陰極移動，連帶將黏土表面的吸附水牽引至陰極，此時在陰 極抽水，即可去除部份吸附水，此種藉由通電牽引吸附水至陰極而排水

陽離子會往陰極移動，連帶將黏土表面的吸附水牽引至陰極，此時在陰 極抽水，即可去除部份吸附水，此種藉由通電牽引吸附水至陰極而排水