第一章 前言
1.3 研究方法及流程
本研究係以南部泥岩邊坡穩定為研究對象。研究方法主要先蒐集與研析泥 岩相關文獻資料，以了解泥岩地形、材料、構造以及地質作用等特性，進而據 以設計泥岩邊坡穩定和護坡工法，並選擇高雄應用科大燕巢校區進行先期適用 性試驗加以驗證。
從先期適用性試驗評估本文所提工法具有可行性後，則選擇在高雄縣田寮 月世界台 28 線(原 184 線)20k+960 之泥岩地區邊坡進行現地施工及試驗研究，
此試驗目的除驗證土木技師之設計分析成果外，對實地施工可能遭遇問題加以 記錄。另外，由埋設於現地之監測儀器，除用以探討本擋土工法之力學行為外，
對現場監測可能遭遇之困難點亦加以討論。此外，對護坡與植被成效亦以觀察 記錄，以利未來擬定設計與施工規範之参考。
綜合上述，兹將本研究之主要研究流程，如(圖 1-1)所示。
南部泥岩邊坡穩定研究
二、相關研究
面，泥岩因風化、侵蝕、搬運到堆積，各階段所形成裸坡坡度範圍亦很廣，通 常可將之分成緩坡(＜40°)、中間坡(40°~60°)、陡坡(＞60°)(李德河，1992)，而 在這之中以坡度為 50°~70°間最易裸露(顏富士、吳秋相，1996)。在裸坡坡高方 面，泥岩裸坡坡高由 1m~30m 均有，其中以 6~10m 坡高者為最多(顏富士、吳秋 相，1996)。
2.1.2 泥岩的地質作用特徵
地質作用主要由力、水、熱三大因子所摧化。其中因三大因子交互作用引 起之風化與侵蝕作用更是泥岩兩大致命傷。從風化作用而言，在野外調查結果 顯示泥岩中雨水入滲約到地表下 20～40cm(陳時祖等，1984)，但晴天的蒸發量 約 3mm/day，誘使泥岩表面龜裂深約在地表下約 10cm 內，其中以地表下 5cm 內為最嚴重(林俊全，1995)。另外，因為風化使地表龜裂，加速雨水入滲，加遽 泥岩回脹崩解，更帶來每年雨季間約 10cm 以上之侵蝕(陳時祖等，1984)，甚至 高達 20cm 左右(林俊全，1995)。換言之，欲以植被來保護泥岩至少要有深入泥 岩表面約 40cm(=20cm×2) 的錨定物來錨泥岩方能避免被侵蝕，造成種子流失而 失去在泥岩坡面著地萌芽之機會。
2.1.3 擋土與植被護坡特性
根據(蕭榮福等，1993)對泥岩區植生種類研究指出在地種最強者銀合歡，但 葉含羞草素，落葉釋放毒素可毒死植被。尤其銀合歡密度愈高，其下無草被愈 嚴重。此外，最適合含鹽高的泥岩區植被為百慕達草(林昭遠，1997)，但有青葙 競爭時其生長較差(郭張權、林信輝，1998)。
在植生工法方面，據(郭張權、林信輝，1998)調查發現以植生帶工法的植生 覆蓋率最高，但擋土柵配合截留束工法，其植生覆蓋度、入侵植物數量、土壤 保水力最高。另外對肥束網帶工法而言，其植生覆蓋度、入侵植物數量最低，
但對土壤硬度改良最佳。
至於排水工法，宜避免逕流集中，採用客土袋溝或複式草溝等柔性溝優於 混凝土剛性溝(蕭榮福等，1993)。
2.1.4 泥岩的材料持性
依據(表 2-2)所示，可知泥岩主要元素依序為矽、鋁、鈣、鐵、鉀、鈉及鎂 等元素(林宗曾等，1996)。礦物組成則有石英(28.45%)、伊萊石(30.54%)、綠泥
石(28.70%)、方解石(4.52%)、高嶺土(2.81%)、長石(約 5%)、膨脹性粘土相當少 (蔡金郎，1984)。另外林宗曾等(1996)更以 XRD 晶相分析，認為泥岩存有大量 石英(Quartz)、伊萊土(Illite)、部分鋁酸鈣水化物(Cao‧Al2O3‧10H2O)、矽酸鈣 水化物(1.5Cao‧SiO2‧xH2O)以及少量未知晶。根據以上研究成果，認為脹性 粘土，例如蒙脫土是泥岩回脹的主要機理，值當省思！
至於泥岩在初雨後，表面會析出白色結晶物，經 XRD 繞射儀分析，證實其 為硫酸鈉(許琦等，1999)。林宗曾等(1999)亦曾以半動態溶出試驗，分析泥岩溶 出物種，發現陽離子溶出序為 Na+>Ca2+>Mg2+>AL3+>K+>Fe3+，而陰離子則為 Cl->SO42-，證明氯離子和硫酸根存在泥岩中。如是或可推測泥岩中之鹽類以氯 鹽和硫酸鹽類為主，而泥岩 PH 約在 7.8～10 間，通常以 8～9 為最常見(蔡錦松，
1984)。
另外有關西南部地區泥岩的基本物性，其孔隙比約為 0.22～0.51，係屬低孔 隙，因而含水空間有限，含水能力亦相當有限。而從粒徑分佈曲線而言，泥岩 主要粒徑包括砂(Sand)、沈泥(Silt)和粘土(Clay)，其中細粒的沈泥(60～80%)和 粘土(16～35%)，而以沈泥粒徑為最多。由於沈泥屬細粒，且又無凝聚力，而極 易侵蝕流失，其或可說是麻煩製造者。
在力學性質方面，由於泥岩因鹽類溶解而破壞顆粒間之膠結構造，除造成 回脹外，亦促使泥岩由硬如石衰變成軟如泥。兹將許琦、劉慶輝(2003)参照相關 文獻資料整理出含水量ω(%)與泥岩的單軸壓縮、直剪和三軸強度之經驗式摘錄 如下﹕
1.單軸壓縮強度：統計含水量範圍 2﹪≦ω≦32﹪
qu[kg/cm2]=94.5e-0.2ω；R2=0.90---(2-1) 2.直接剪力強度﹕統計含水量範圍 11﹪≦ω≦22﹪
尖峰强度：Φp[°]=177.66e-0.089ω、Cp[kg/cm2]=7.63e-0.129ω；
R2=0.93(0.94)---(2-2) 殘餘強度﹕Φr[°]=112.23e-0.071ω、Cr[kg/cm2]=0.098e-0.016ω≒0；
R2=0.90(0.35)---(2-3)
3.三軸壓縮強度﹕統計含水量範圍 9﹪≦ω≦21﹪
尖峰强度﹕；Φp[°]=97.33e-0.061ω、Cp[kg/cm2]=2.22e-0.090ω；
R2=0.90(0.98)---(2-4) 殘餘強度：Φr[°]=81.05e-0.057ω、Cr[kg/cm2]=1.43e-0.121ω≒0；
R2=0.91(0.98)---(2-5) 在單軸壓縮強度的迴歸式中，應用到泥岩含水量接近液性限度(平均約 32%) 時，其單軸壓縮强度約僅 0.05kg/cm2之假設。
另外，在直剪或三軸的迴歸式中，含水量或強度參數 c，Φ值係以區間表示 者，取其中間值進行迴歸分析，對他者具有較大偏差之試驗值則捨去不用。至 於式中 R2為強度回歸相關係數平方值而在在括號內者，表示對凝聚力之迴歸結 果。
泥岩吸水不僅強度降低，且亦因回脹而產生回脹壓。由試驗結果顯示其回 脹壓力在 1.0～3.5kg/cm2間，其與初始含水量有關外，通常以 1.0～2.0 kg/cm2 間居多。由於孔隙緻密，而不易透水，原狀泥岩之透水性約在 2.5×10-7～8.0×
10-9cm/s 間，透水性極低。
2.1.5 泥岩邊坡穩定對策
整理泥岩的相關調查研究成果，泥岩之所以形成惡地之癌，推測其因屬海 相沉積岩化而成的岩石，在岩化過程中亦包固有硫酸納等可溶解鹽類，而使得 其 PH 值約高達 8~9 外，泥岩遇水時更因可溶解鹽類之溶解，進而使泥岩的組 成顆粒產生回脹與崩解，而造成風化與侵蝕，並容易使植被的種子被帶離坡面 而難以著床發芽，因此植被當然不生，泥岩坡面也必然裸露(許琦、劉慶輝，
2003)。
有鑑於此，許琦、劉慶輝(2003)整理與檢討泥岩的因、物、果之關係與特性 後，提出泥岩邊坡穩定對策如(表 2-3)所示，兹將重點摘要如下：
1.減少溫差與蒸發所造成之表土龜裂：例如設置保水設施。
2.減少泥岩與水接觸時間：例如減少坡長、提高坡度或表面覆蓋等。
3.減少逕流集中：例如做好排水系統，避免雨水聚積、採用能大面積排 水之擋土牆。
4.減少泥岩回脹及回脹壓力之影響：例如採用錨釘框架，或提高穩定措 施之抗張強度，或減少與泥岩之接觸面。
5.減少坡面侵蝕和表土流失：例如植生網、擴張網、土袋等應用。
6.足夠抵抗泥岩塊體滑動：例如土釘、岩錨或掛釘等之輔用。
7.坡面能植生綠化：例如客土、混播、苗木穴植等植生法。
2.2 穩定工法相關研究
台灣呈狹長地形，加上眾山脈分布其中，因此若需以交通網連結各鄉鎮，
則興建穿越山區之道路及對於既有道路邊坡之穩定維護勢在必行，因此在工程 興建中，如何藉由穩定邊坡(表 2-4)，使穿越坡地之道路或建物達穩定及安全性 便成為首要課題。環顧國內外對於邊坡穩定分析之相關研究及應用可說是琳郎 滿目(表 2-5)，而除了傳統工法外，以在不破壞現地生態所衍生出的生態工法(表 2-6，表 2-7)，及傳統與植生混合工法(表 2-8)，也逐漸為工程及設計單位所重視。
以下針對前人之有關邊坡穩定研究及生態工法相關文獻進行回顧：
2.2.1 生態穩定工法相關研究
拱祥生、林宏達(2003)以不飽和土壤力學的概念，進行植生對邊坡穩定性影 響分析，得到植生厚度及根凝聚力對於邊坡穩定性均有正面幫助之結論，並獲 得植生根系強度及錨定至岩層中的厚度，為掌握植生邊坡工程行為之重要因 素。因此善加利用草本及木本植物的特性，將可使坡地擺脫以往人造材料建造 之單調性，並在相同安全性中，進而獲得美觀性及生態保護性。
曾緯民(2004)以生態工法護岸型式、護岸草本植生密度以及護岸邊坡人為介 入程度等三項因素對於民眾河岸景觀偏好的影響進行研究。其研究結論為：
1.護岸邊坡低度人為介入情況下，「I 型砌石護岸」在低密度以及中密度 的護岸草本植生是受試者最偏好的護岸型式。
2.護岸邊坡高度人為介入情況下「L 型砌石」、「箱籠」在中密度草本 植生之下是受試者最偏好的護岸型式。
3.在受試者背景特性對視覺景觀偏好的影響顯示受試者「是否接受過相 關專業訓練」以及「生態工法認識程度」兩項背景對於護岸景觀偏好 具有影響。
林明江(2004)以生態設計原則為研究方向，藉由比較傳統工法與生態工法，
並回顧發包與驗收制度，探討生態工程發包與驗收時，現行採購發包制度之調 整因應策略，以順利推動生態工法。研究結果顯示，採購法可改善的方向：
1.在主管機關方面，加速建構國內生態工程資料庫，供生態規劃設計時 引用，以提高分析準確性，並做為細部設計參考依據。
2.在採購法令方面，建議將生態工程之調查、規劃、設計與施工以統包 方式辦理招標。
3.建議公共工程會提案修法，建立「生態工程發包與驗收管理辦法」之 採購法子法，做為生態工程推動之專用法規。
李元智(2004)在研究中利用我國目前常用之六種噴植植生工法於南橫公路 140.85 K 處進行植生工法之試驗，藉以探討試驗區內不同噴植植生工法之植生 效益及適當性，其研究結果顯示土壤團粒化劑當作粘著劑及土壤改良劑，配合 加上１cm 厚之木屑堆肥噴植植生工法(TCP)對中高海拔板岩地區道路邊坡草本 類植物生長之成活株數有較好之效果；而厚層之木屑堆肥噴植工法對中高海拔 板岩地區道路邊坡草本類植物生長之成活株數則有較差之效果。
林又青(2003)在研究中除整理國內外有關生態工法之定義、發展及適用範圍 外，並在符合安全、生態保育及經濟之要求下，提供適用於坡趾穩定之生態工 法類型及工法建議設計圖表。研究結果顯示砌石牆工法之設計尺寸，因受石材 強度及石材取得限制，於坡高 3m、4m 且坡度較陡處，無法提供坡趾安全係數 達 1.5 以上，建議改用箱籠牆工法、格框牆工法或採強度較強之石材以發揮較高
林又青(2003)在研究中除整理國內外有關生態工法之定義、發展及適用範圍 外，並在符合安全、生態保育及經濟之要求下，提供適用於坡趾穩定之生態工 法類型及工法建議設計圖表。研究結果顯示砌石牆工法之設計尺寸，因受石材 強度及石材取得限制，於坡高 3m、4m 且坡度較陡處，無法提供坡趾安全係數 達 1.5 以上，建議改用箱籠牆工法、格框牆工法或採強度較強之石材以發揮較高