第五章 坡地社區生態防災工法之穩定分析
第二節 擋土工之穩定分析
坡地社區一般所使用之生態防災工法種類繁多，對環境景觀之綠美 化亦能達到不錯之成效，因此本節就針對常應用於邊坡穩定之擋土工 法，例如砌石工法、箱籠工法及格框工法，搭配台灣常見之土壤參數組 合，進行擋土工法安全係數之模擬分析，以評估生態防災工法在穩定邊 坡之成效。
一、擋土工法分析模式
邊坡穩定分析之流程如下：
1.針對3m高，坡度介於20°～80°間之邊坡，並選取台灣常見之土壤參數 組合，配合簡易邊坡幾何形狀，進行穩定性分析。分析後，安全係數 小於1.5但大於1.0者，定義為穩定性不佳之邊坡，做為各工法整治之目 標。
2.模擬砌石工法、箱籠工法及格框工法（針對木格框），分別以基礎為 水平佈置與傾斜佈置之方式，作為穩定性不佳邊坡之整治工法，並分 析其所能提供的穩定效益。
3.各工法對於目標邊坡之整治，應能將邊坡安全係數有效提升至1.5以 上，若該工法基本形式無法使邊坡安全係數達到1.5，則須考慮搭配其 他符合生態考量之工法進行整治。
二、穩定分析參數
邊坡土壤基本參數採用「山坡地土壤力學性質在水土保持工程上之 一般應用研究（七）」（陳榮河等人，1999）研究中，依照粗、細土壤 分類法及統一土壤分類標準，對台灣全區山坡地土壤力學性質進行整理 及研究後，所歸納出之台灣全區最常見之土壤參數組合，做為邊坡土壤 之基本參數，並將土壤c、
φ
值組合加以編號，依序為S1~S8，共計8組土 壤組，其值詳見表5-14。砌石牆之材料性質參數，為求合理保守估計，故使用礫石殘餘強度 之 平 均 值 ， 取 砌 石 牆 凝 聚 力cR=12kPa 、 摩 擦 角
φ
R=31° ， 單 位 重 γR=25kN/m3。箱籠牆之材料性質參數，假設凝聚力cg = 20kPa、摩擦角φ
g= 32°，單位重γg = 20kN/m3。格框牆之材料以內填石料為主，選用cc = 20kPa、
φ
c = 35°。格框單位重則考慮木格框之影響，採用加權平均法進 行單位重之選取（林又青，2003），取格框單位重γc =16kN/m3。整治工法之相關參數請參考表5-15所示之數值，邊坡穩定性分析模 型則以表5-16所示。表中箱籠牆之βg(箱籠結構表面之連線坡度) 假設與 邊坡平行，但坡度小於45∘時，因箱籠間退縮距離不可超過1m，此時βg
固定為45∘。
表 5-14 設計邊坡所選用之 c、φ 值（陳榮河等人，1999）
土壤性質編號 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
c（kPa）
25 20 15 10 5 0 0 0φ
（°） 20 25 30 35 40 28 33 38表 5-15 工法模式輸入參數（林又青，2003）
材質參數 cR=
12kPa、 φ
R=31°、
γR=25kN/m
3 坡高，H（m） 砌石高，HR（m） 砌石寬，BR（m）砌石牆工法
3.0 3.0 1.0
材質參數 cg=
20kPa、 φ
g=32°、γg=
20kN/m
3 坡高，H（m） 箱籠高，Hg（m） 箱籠寬，Bg（m）箱籠牆工法
3.0 3.0 1.0
材質參數 cc=
20kPa、 φ
c=35°、γc=
16kN/m
3 坡高，H（m） 格框高，Hc（m） 格框寬，Bc（m）木格框牆工法
3.0 3.0 2.0
表5-16 分析模型示意表（林又青，2003）
種類
分析模型示意圖邊坡基本模型
佈置方式 基礎水平佈置 基礎傾斜佈置
砌石牆
箱籠牆
格框牆
三、分析結果
經由邊坡基本模型之穩定性分析發現，隨著坡度的增加土壤需提供 更大之滑動阻抗力，才可使邊坡處於穩定狀態。土壤之凝聚力c與摩擦 角
φ
為邊坡滑動阻抗之主要來源，亦為滑動型態主要控制因素，而由分 析結果可發現，穩定性不佳之邊坡組合中多為土壤性質編號S5~S8者，即 為φ
值高、c值低之組合，此類型土壤邊坡之臨界滑動面多為通過坡趾處 之淺層破壞。因此即必須針對穩定性不佳之邊坡情況，進行砌石牆、箱 籠牆及格框牆三種生態工法之整治分析，評估其成效。依據分析結果，利用砌石牆、箱籠牆及格框牆等三種工法進行邊坡 整治，確實能增加邊坡之穩定性（如表5-18~5-23）。但在應用各種工法 時，仍應針對不同之邊坡情況，選擇最適合之整治工法，以獲得最佳之 整治成效（林又青，2003）。
表5-17 坡高3m邊坡之安全係數值
土壤性質編號 坡高3mS1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
c(kPa) 25 20 15 10 5 0 0 0 土壤
性質
φ
(°) 20 25 30 35 40 28 33 38 邊坡安全係數20 4.5 4.4 4.2 4.0 3.6 1.5 1.8 2.2 30 3.9 3.7 3.4 3.1 2.7 1.0* 1.1* 1.4* 40 3.5 3.2 2.9 2.5 2.1 － － － 50 3.1 2.8 2.5 2.1 1.7 － － － 60 2.8 2.5 2.1 1.8 1.4* － － － 70 2.5 2.1 1.8 1.6 1.2* － － － 坡度
β
（°）
80 2.2 2.0 1.7 1.4* 1.1* － － －
註：
*為安全係數小於1.5但大於1.0之邊坡組合，針對此等穩定性不佳之邊坡
情況，進行生態工法之整治分析。
表5-18 基礎水平佈置砌石牆之穩定分析結果
表5-20 基礎水平佈置箱籠牆之穩定分析結果
表5-22 基礎水平佈置木格框牆之穩定分析結果
四、綜合討論
歸納上述分析結果其結論如下：
(1)基礎水平佈置砌石牆之安全係數值提升倍數介於1.07~1.40之間，而基 礎傾斜佈置砌石牆之安全係數值提升倍數介於1.07~1.60之間。基礎傾 斜佈置的穩定效果略大於水平佈置之砌石牆。但若要求坡趾整體安全 係數達1.5以上，在同強度性質砌石材料條件下建議增加砌石牆寬 度，可有效提升砌石牆於坡趾穩定之成效；或可改用箱籠牆與格框牆。
(2)基礎水平佈置箱籠牆之安全係數值提升倍數介於1.21~1.50之間，而基 礎傾斜佈置箱籠牆之安全係數值提升倍數介於1.21~1.73之間。箱籠牆 之坡趾穩定效用大於砌石牆，且於坡高3m之分析中，皆可使坡趾安 全係數提升至1.5以上，而基礎傾斜佈置之箱籠牆之穩定效果又更佳。
(3)基礎水平佈置格框牆之安全係數值提升倍數介於1.36~1.82之間，而基 礎傾斜佈置格框牆之安全係數值提升倍數介於1.50~2.09之間；為三種 工法中穩定效果最大，但牆之寬度不同亦會造成成本上的不同。在相 同格框斷面下，傾斜佈置之格框牆有較高之穩定性，因此若工程現場 施工性佳，則建議採用傾斜格框牆。
第六章 生態擋土工法於山坡地社區防災之效益評估
台灣地區總面積360萬公頃，平地約佔26%、山坡地及高山地區 約佔74%，適合提供發展之土地資源十分有限。而台灣本島狹小之 平原地區大都屬高度開發、人口集中之都會城市，近二十年來由於 經濟與人口的快速成長，土地需求不斷提高，建築用地漸向郊區及 山坡地發展，致使山坡地有過度開發利用之趨勢。然而，山坡地是 土地資源中較具環境敏感性、生態敏感性的地區，不但是水資源蘊 藏的場所，也是土砂產生的源頭。在地質體受自然力和人為力的作 用下，災害時而顯現。
山 坡 地 因 土 地 利 用 的 形 式 不 同 ， 所 受 的 擾 動 程 度 相 異 ， 在 農 業、林業及牧業的生產、利用時，主要的整地在土壤層中；而社區 開發使用如採平地化方式大挖大填，常挖至岩盤面之下，因而地形 地貌大幅變更，山坡地開發建築之風險即相對提高。再加上近十年 來山坡地社區開發有規模大型化、機能複雜化等現象，一旦發生崩 坍災害等危險，所影響之範圍更為擴大，所產生之傷亡與損失亦更 加慘重。
山坡地住宅社區災害頻頻發生，山坡地安全問題遂成為政府與 社會大眾所共同關注的課題，而既有山坡地社區於災前或災後所採 用的整治工程，亦是不可輕忽的重要環節，以避免坡地社區之安全 再次遭受到威脅。然而近年來民眾對生態、環保意識的覺醒，以往 僅強調安全性及耐久性之混凝土結構，常於無形中破壞了自然環境 景觀，此類傳統工法已不敷大眾對生態之要求。因此，多方考量結 構安全性、成本經濟性與減少生態衝擊性之生態防災工法，便進而 被廣泛提倡及應用。故本章節冀望藉由分析生態防災工法效益評估 之方式，提供社會大眾對於坡地社區生態整治工法選擇時之參考依 據。