破壞原因之探討

術規則所訂定之安全係數要求標準，然實際上本工程之表現並非 如此，可見分析條件或施工品質有其未盡週延之處方導致破壞之 發生，以下就其破壞可能原因加以探討。

或未依規範施工使加勁土體未與原地層有效聯結亦可能為致災 原因。

依據現場勘察結果，崩塌面位於加勁區與原地層之界面處，

此與原設計預測之破壞面相似(圖 5.2)，且於暴雨狀態下之理論安 全係數亦超過安全標準，因此依據穩定分析探討之慣例，邊坡理 應安全無虞。由此顯示，邊坡破壞之發生原因應為分析常理外之 因素，以及施工品質或使用維護等因素之影響。參考上述破壞模 式原因並綜合比較現場破壞狀況，邊坡之破壞原因可推論如下：

1.分析參數或分析模式錯誤：

強度參數為邊坡穩定分析正確與否之所繫，選取參數錯誤，

其結果自是誤進誤出(garbage in, garbage out)。加勁擋土結構之穩 定分析除加勁材的特殊斟酌外，其分析如同一般邊坡，另應考量 短期與長期土壤強度參數之差異及地下水位、水壓之變化。而以 電腦程式如 STEDwin 分析時亦應考量加勁填方區與原地層界面 之破壞可能性，以及如岩土界面或順向坡等特殊地質構造之影 響，而非單純的圓弧破壞自動蒐尋。此外，暴雨時之穩定為加勁 擋土結構安全分析之標準流程。分析結果為安全，卻仍因降雨而 破壞之現象，足以反証分析內容與過程顯有欠缺週延之處。

目前國內關於邊坡暴雨分析之模擬多以地下水位上升之方

式為之，然自降雨於邊坡強度之影響而言，此種假設與實際狀況 並不相符。降雨時地下水之動態變化實係先由地表逕流藉重力而 下滲至地層中，逐漸抵達地下位面，長期影響下造成地下水位之 上升（Abramson, et al., 2002 ）。在此過程中，地表逕流之滲水 短期內首先將於不飽和之地層內形成飽和浸潤帶，從而引致不飽 和土壤抗剪強度之立即折減，因此暴雨分析除應考量長期狀態地 下水位之上升外，另應計算因地表逕流滲水所形成之飽和浸潤帶 深度及其因此對土壤不飽和強度參數所造成之短期狀態折減(周 南山等人，2004；范嘉程、馮道偉，2003)。由於降雨所引致之 邊坡破壞多為平行坡面之淺層坍滑，顯示對於不飽和土壤而言，

此種短期狀態之強度折減實為多數邊坡於暴雨後破壞之主因 (Abramson et al., 2002; Cho and Lee, 2002)。

范嘉程及馮道偉(2003)說明浸潤帶之深度係依降雨前後土層 之飽和度、降雨延時，以及地層滲透係數而定。土壤凝聚力之損 失如缺乏土壤試驗資料，則建議採用原土壤凝聚力之 20%~30%

為邊坡淺層土壤於暴雨時安全分析之土壤凝聚力；而土壤飽和度 對於摩擦角之影響則可以忽略。

依據上述討論，本案例加勁邊坡之破壞可能為分析時未注意 加勁擋土結構不飽和填築土料於暴雨時因滲水浸潤產生強度折

減之影響。

為求證 c 值折減對邊坡穩定之影響，本案例之分析參考范嘉 程與馮道偉（2003）之建議，將暴雨模式之 c 值折減為原設計之 0.25（以 c*表示），再據以分析其穩定性之變化。分析所得之安 全係數為 1.97（表 5.2），僅約為滿水位模式所得值之 57%，說明 就本案而言，以強度折減方式分析加勁擋土結構體，其負面影響 較滿水位分析所得者顯著，惟其安全係數仍符合規範值之要求。

由此顯示本案例之破壞除滲水浸潤外，尚有其他因素之影響。

2.加勁結構體施工品質不良：

工程設施之表現與分析預期不符。若分析無誤，則施工品質 必然具有顯著之影響。前述提及分析之價值繫於使用強度參數之 正確性。一般加勁結構體填築土料之夯實標準為修正夯實最大乾 密度(modified Proctor density, MPD)之 90%。本研究針對原設計 加勁層分析檢核取用之強度參數即係依此標準而得之試驗值。若 假設分析正確，則破壞之發生足以顯示現場施工完成之填築土料 其強度低於預期值，說明其夯實度未達設計標準方有以致之。為 推估原設計邊坡破壞時加勁層之強度參數，本研究針對暴雨模式 安全係數1 之各種狀況執行反算分析(圖 5.3)，分別代入不同強 度參數之組合，以試誤法求取臨界狀態時之強度參數（表 5.3）。

此外，為觀察浸潤作用對低夯實度土體強度之影響，本研究以現 地土壤重模夯實度 80%~85%MPD 密度之試體求取其直剪強度參 數。

浸水直剪強度之試驗方式與傳統壓密快剪試驗類似，所不同 者在於垂直載重沉陷作用停止之後，隨即將試體浸水，再施加剪 力求其強度。浸水時間分別為 12 小時、24 小時及 72 小時。圖 5.4 亦顯示浸水對土體之抗剪角並無明顯之影響。反算分析之臨 界強度參數與直剪試驗結果之比較摘要如表 5.3 所示。由表可 知，對低夯實度之土體而言，其強度差異不大，惟就浸潤作用之 影響而言，二者均極其明顯。以 80%MPD 之土體為例（圖 5.4），

浸潤作用可導致土體 c 值立即折減至其初始值之 33%，且折減程 度隨浸水時間之增加而增加，惟至 12 小時之後，折減幅度趨緩，

c 值約為為浸水者之 21%。浸水 72 小時之後，c 值僅餘 10%左右。

C=0kPa ψ=21° C=5kPa ψ=23.6°

圖5.3 反算分析所推估之土壤參數

0 10 20 30 40 50

20 21 22 23 24 25

抗剪角(度)

凝聚力(kPa)

未浸水 浸水 0hr 浸水 12hrs 浸水 24hrs 浸水 72hrs

圖 5.4 夯實砂土之浸水直剪強度代表性試驗結果 (80%MPD) 表 5.3 暴雨狀態時邊坡反算強度推估值與直剪強度試驗值之比較

反算強度參數 夯實度 直剪強度

c ψ （% MPD） 未浸水 浸水

(kPa) ( °) c ψ c ψ

分析模式

(kPa) ( °) (kPa) ( °) 滿水位 0 21 85 15.7 23.8 0 21.5 強度折減 5 23.6 80 33 21.8 7.5 23.0

由表可知，於安全係數1 時之推估強度無論分析模式係滿 水位或強度折減狀態，其強度參數均與 80%~85%MPD 之土壤浸 水強度相似。交叉比對分析模式與夯實土壤浸水強度之關係，發 現 90%MPD 土體之凝聚力值於折減至其值之 25%後，其安全係 數為 1.97（表 5.2），仍超過規範值。由此顯示，本案例加勁邊坡

之破壞主要原因應為填築土料施工品質不良，強度未達分析預期 值，降雨浸水後復又折減，與原地層形成明顯界面，因而導致災 害之發生。

3.滲流截排水系統設置不當或失效：

由於滲水可造成土體強度折減，因此滲流截排水系統設置之 正確與否對於加勁擋土結構之安全即具有關鍵性之影響。相關研 究統計近年來國內加勁擋土結構破壞案例之發生原因，其結果顯 示多數破壞皆與排水系統不良有關(周南山，2000；吳淵洵、唐 玄蕙，2005)。本案例現場勘測之結果顯示，崩塌路段因地勢所 趨成為地面逕流及地下水匯集之處且流量均極為豐沛，而崩塌之 加勁土體中卻未見具體而有效之截排水系統。由此可知，排水系 統之不當規劃與設計應為本案例破壞之另一可能原因。

4.使用與維護不當：

加勁擋土結構之安全除與其興建過程中之工程實踐水準有 關外，亦可能因使用與維護不當而導致災害之發生。依據現場勘 察結果，崩塌段之路基曾發生嚴重沈陷，顯示此邊坡早已呈現失 穩徵兆，維護單位卻未予積極有效改正，僅作表層之修補，而路 面排水系統亦未定期清淤，終於導致整體破壞之發生。