第五章 坡地社區生態防災工法之穩定分析
第四節 案例分析
一、案例介紹
本節將以案例分析之方式，評估生態防災工法運用於既有山坡 地社區之效益評估，使評估模式能較具體的展現。本計劃選用三芝 淺水灣山莊內，一處曾因象神颱風肆虐而造成基礎邊坡損壞之私人
別墅作為評估之案例，其基本資料敘述如後。
1. 案例位址
淺水灣山莊位於台北縣三芝鄉，社區之聯外道路為淡金公路，
此社區除了東南方部份以大樓集合住宅為主外，其餘主要為四層樓 以下之透天住宅。本研究案例位於社區西南側邊坡上之私人別墅，
案例位址請參考圖6-1之說明。
圖6-1 案例之位址及其邊坡經象神颱風崩塌後之修復情形
2. 地形、地質狀況本社區的地形分區係屬於台北盆地北側之大屯火山群，由噴發 之火山角礫岩及熔岩流所組成，大屯火山群共有火山構成之山峰或 山丘二十餘座，火山大都成圓錐形，部分頂部留有火山口之遺跡。
本社區位於大屯火山群之下邊坡，台北縣三芝鄉土地公坑附近。本 地區附近出露的地層主要為火山凝灰角礫岩。凝灰角礫岩分部於火 山周緣，或覆蓋於火山岩流之上部或夾於其中。礫岩為火山碎屑之 堆積，由略帶稜角，大小不一之安山岩碎塊，以及顆粒較細之凝灰 岩、泥砂等夾雜混合構成，一般膠結良好。本地區出露之凝灰角礫 岩係分別夾於不同岩流之中，因此角礫岩成分亦隨各層或不同火山 而異。本基地區域並無任何斷層、褶皺等地質構造分佈，區域地質 圖請參考圖6-2所示。
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圖6-2 案例區域之五萬分之ㄧ地質圖（資料來源：中央地質調查所）
3. 案例災害歷史描述
民國89年11月1日侵台的象神颱風，為在菲律賓東南方海面上 形成並往西北西移動，通過菲律賓後緩慢向東北東前進，伴隨的螺 旋雲系重新組織，強度也增強為中度颱風，俟其進入巴士海峽後再 沿台灣東部近海繼續向東北東移動，其螺旋雲帶碰觸台灣地區隨即 迅速減弱，雲帶範圍縮小，進入東海後逐漸消失。此次象神颱風的 肆虐，為台灣各地帶來全面性的豪大雨，除造成北台灣的基隆和汐 止發生嚴重水患外，各地山區亦有多起土石流災害產生，而農林漁 牧業的損失金額更是龐大，初步估計約高達新臺幣36億元。象神颱 風對台灣的災情，共造成有64人死亡、25人失蹤、65人受傷的慘劇；
此外，全球飛安紀錄最佳的新加坡航空公司亦不幸因象神颱風之影 響而發生嚴重空難。象神颱風之基本資料，請參考表6-10之說明。
C03/林口/1:50,000 火山岩類[tb]
Volcanic Rocks 更新世 凝灰角礫岩
淺水灣山莊
表6-10 象神颱風基本資料表（資料來源：中央氣象局）
名稱 象神颱風 (XANGSANE)
生成地點 菲律賓東南方海面
侵(近)台日期 民國89年11月1日
發布時間 海上：民國89年10月30日20時15分；
陸上：民國89年10月31日2時45分
解除時間 海上：民國89年11月1日20時5分；
陸上：民國89年11月1日17時45分
最大強度 中度
近中心最大風速(公尺/秒) 38 (13級)
登陸地段 未登陸
動態
形成後向西北西移動，通過菲律賓後緩慢向 東 北 東 移 動 ， 俟 其 進 入 巴 士 海 峽 後 加 速 移 動，沿台灣東部近海繼續向東北東移動，進 入東海並減弱消失。
災害
因 颱 風 外 圍 環 流 及 鋒 面 雙 重 影 響 ， 台 灣 北 部、東半部、恆春半島及中南部山區降下豪 雨，造成台北縣汐止、台北市、基隆及宜蘭 部分地區積水嚴重。全省道路多處坍方，電 力、電信系統嚴重受損，近26萬戶停水。農 業損失約36億。全省計64人死亡，以基隆市
「建益護理之家」14人溺斃及「天道研究學 院」15人溺斃最為嚴重。
象神颱風路徑圖
本計劃所討論之三芝淺水灣私人別墅案例，亦是因象神颱風期 間所帶來之豪大雨造成邊坡土壤軟化，且由於此別墅緊鄰邊坡，而 當時建商施工時對邊坡的保護措施又不儘完善，因而造成邊坡滑動 破壞，使得別墅基礎嚴重裸露，危及結構體之安全性。災害發生後，
由於建商拒不負起維修責任，別墅屋主只好自我救濟，個人出資修 復損壞之邊坡，避免發生房屋倒塌等更嚴重之損失。為顧及邊坡之 穩定性與別墅之安全性，又爲兼顧生態與景觀之考量，便捨棄了傳 統之混凝土擋土結構，選擇使用加勁擋土牆配合牆面植生之整治工 法，以達到安全與生態並重之目標。別墅基礎邊坡破壞情形及維修 過程，請參考圖6-3及圖6-4。
圖6-3 案例之邊坡滑動破壞、基腳裸露之情形
二、整治工法效益評估
本計劃以三芝淺水灣山莊之私人別墅為研究對象，探討其應用 不同生態工法整治時所產生之整治效益，進而評估工法於此案例之 適用性。
1. 整治工法安全性分析
進行工法效益評估前，必須先確保所採用之整治工法能使保全 對象達到一定之安全標準，即是在安全無虞之前提下，再去評估比 較整治工法效益之優劣。針對研究案例，本計畫以原採用之地工合 成物加勁工法，以及土釘搭配砌石工法、箱籠工法與混凝土格框工 法等四種整治方法，評估此案例之整治效益。在穩定性分析方面，
由於案例之土壤為紅土層，分析參數依據謝豪榮及吳建興（1985）
之研究，取其單位重為14.7kN/m3、土壤凝聚力為19.6kN/m2、土壤 摩擦角為30∘。考量坡地社區之整治，須有較高、較保守之安全性，
以免造成更嚴重之損失，所以整體安全係數即以2.0為最低標準。
整治工法之設計簡圖及分析結果，請參考表6-11至表6-14之說明。
由表6-11至表6-14之分析結果可以發現，四種整治工法所設計 之配置方式，皆可使研究案例維持在穩定且安全無虞之狀態，因此 即可依據整治工法設計簡圖，估算整治工程所需之成本，並進而評 估各整治工法之可計效益及不可計效益，以評判工法對研究案例之 適當性。
表6-11 加勁牆穩定分析
整治工法類別 整治工法設計簡圖 穩定性分析
結果
加勁工法
說 明
(1)加 勁 擋 土 牆 之 基 礎 部 分 填 充 塊 石 及 水 泥固化土壤，以增加基礎之承載力。
(2)加 勁 擋 土 牆 面 以 植 生 包 堆 疊 ， 內 撒 草 種，以達到植生美化景觀之效果。
(3)每隔5m牆高鋪設一層20cm厚之碎石級 配，以利排水。
(4)考量坡地社區須有較高之安全性，故整 體穩定性安全係數以2.0為最低標準。
(5)依據FHWA（1996）之建議：
加勁材抗斷裂 FS>1.5；
加勁材抗拉出 FS>1.5。
(1)整體穩定 FS=2.25>2.0
O.K.
(2)抗斷裂 FS=3.04>1.5
O.K.
(3)抗拉出 FS=1.93>1.5
O.K.
表6-12 土釘牆穩定分析
整治工法類別 整治工法設計簡圖 穩定性分析
結果
土釘搭配 砌石工法
說 明
(1)土釘加勁參數如下所示：
土釘種類 Φ25mm竹節鋼 鑽孔直徑 10cm 土釘張力強度 210kN 極限拉出阻抗 125kPa
水平間距 1m 垂直間距 1m
(2)穩 定 性 分 析 時 ， 僅 考 慮 土 釘 之 強度 貢獻 。 砌 石 牆 面 為 裝 飾 之 用 ， 以 及 增 加 整 治 工 程 之 生 態 性 與 美 化 景 觀 ， 並 不 列入穩定性分析之考量。
(3)整 體 穩 定 性 安 全 係數 為 參 考 子 計 畫 二 之建議，主要由土釘之拉出破壞控制。
整體穩定性 FS=2.13>2.0
O.K.
表6-13 箱籠牆穩定分析
整治工法類別 整治工法設計簡圖 穩定性分析
結果
箱籠工法
說 明
(1)箱 籠 擋 土 牆 採 用 重 力 式 擋 土 牆 之 分 析 模式評估穩定性，假設單位重為20kN/
m3，再分別計算箱籠擋土牆抗滑動、
抗傾倒及承載力之安全係數。
(2)每 個 箱 籠 尺 寸 為 1m×1m×1m， 內 填 卵 石。
(3)箱籠工法可利用切枝壓條法，並將萌芽 枝條插入背填土層之方式植生。
(4)依據民國90年建築技術規則之規定：
抗滑動安全係數 FS>1.5；
抗傾倒安全係數 FS>2.0；
承載力安全係數 FS>3.0。
(1)抗滑動 FS=1.84>1.5
O.K.
(2)抗傾倒 FS=2.12>2.0
O.K.
(3)承載力 FS=3.05>3.0
O.K.
表6-14 混凝土格框牆穩定分析
整治工法類別 整治工法設計簡圖 穩定性分析
結果
混凝土格 框工法
說 明
(1)混 凝 土 格 框 擋 土 牆 採 用 重力 式 擋 土 牆 之 分 析 模 式 評 估 穩 定 性 ， 假 設 單 位 重 為23kN/m3，再分別計算混凝土格框擋 土 牆 抗 滑 動 、 抗 傾 倒 及 承 載 力 之 安 全 係數。
(2)混凝土格框擋土牆內填卵石。並可利用 切 枝 壓 條 法 ， 將 萌 芽 枝 條 插 入 背 填 土 層之方式植生。
(3)依據民國90年建築技術規則之規定：
抗滑動安全係數 FS>1.5；
抗傾倒安全係數 FS>2.0；
承載力安全係數 FS>3.0。
(1)抗滑動 FS=1.98>1.5
O.K.
(2)抗傾倒 FS=2.35>2.0
O.K.
(3)承載力 FS=3.15>3.0
O.K.
2. 整治工程成本分析
由前述分析結果可得知，四種整治工法皆可使研究案例維持在 一定之安全標準，因此即可依據表6-11至表6-14之整治工法設計簡 圖，估算各整治工程所需之成本。整治工程成本包括建造經費與維 護修繕費用兩個項目。針對工程建造經費，利用第三節之工法單價 分析表，估算整治工程所需之工料項目及數量，並將各項目之經費 累計後，計算出各整治工法之整體建造經費。維護修繕費用方面，
則為依據各工法之耐久性，評估在一定的結構物使用年限內整治工 程所需要維修之次數，並假定整治工程一次之修繕費用約為建造經 費之30%，以概估出整治工程所需額外增加的修繕成本。將整治工 程 建 造 經 費 與 維 護 修 繕 費 用 加 總 後即 可 求 得 整 治 工 法 之 整 治 工 程 總成本。
在整治工法之耐久性方面，加勁擋土牆依據AASHTO之規定，
一般設計使用 年限為75年。永久性土釘牆之設計使用年限亦為75 年，且為增加土釘之抗鏽蝕性，可採用以加大鋼筋半徑2mm並配合 鍍鋅厚度85
µ
m(610g/m2)處理，若以土釘最常使用之#8鋼筋為例，加大斷面半徑2mm後，即可採用#10鋼筋。箱籠擋土牆因目前查無 相關之耐久性資料，因此暫定使用年限為25年。混凝土格框擋土牆 則因以耐久性佳之混凝土為構築材 料，故其使用 年限一般超過50 年。若以坡地社區住宅之使用年限50年為基準，則加勁擋土牆、土 釘牆與混凝土格框擋土牆因其設計使用年限均超過50年，因此不需 額外之維護修繕費用；而箱籠擋土牆在50年之住宅使用年限內，則 須修護一次。
表6-15至表6-18分別為四種整治方式之成本分析，針對本研究 案例而言，加勁工法所需之整治工程成本為1986892元，土釘搭配 砌石工法之整治工程成本為2005815元，箱籠工法之整治工程成本