邊坡擋土設施之破壞模式暨引致原因

擋土牆為攔阻天然或填築之土石、砂礫及類似的粒狀物質所構築之

構造物。其作用為維持兩高低不同地面的安定、防止填土或開挖坡面之 崩塌、穩定邊坡，與減少挖填土石方等。擋土牆之設計，首先須了解作 用在牆上之各項外力，包括土壓力、水壓力及地震力等，並據以校核擋 土牆牆體之穩定性，此項包括擋土牆的抗滑動、抗傾倒、抗沉陷破壞等 之穩定性分析。本節即細究造成邊坡穩定擋土設施之可能破壞模式，可 概分為擋土牆的滑動破壞、傾倒破壞、承載力不足、沉陷量過大以及整 體滑動破壞等五類破壞模式，而以下即針對引致擋土設施破壞之原因、

改善對策及其適用工法做詳細之敘述。

4.1.1 邊坡擋土設施之破壞模式

邊坡擋土設施之破壞模式，大致可分為滑動破壞、傾倒破壞、承載 力不足、沉陷量過大、及整體滑動破壞等五類，以下將針對此五類破壞 模式及造成原因加以介紹：

1. 滑動破壞

擋土設施基底之水平抵抗力，不足以抵抗牆背土體之水平側向壓力 時，將可能造成擋土牆被向外推出破壞，以致失去其擋土功能。造成原 因有：

(1) 擋土牆背後之側向壓力過大 (2) 擋土牆之側向抵抗力不足

由於牆背後土體、水及地表加載所造成水平側向分力，有將擋土牆 沿基底向前推動之趨勢，此一滑動作用係由牆基底與土壤間之水平抗剪 力及牆基前方覆土之被動土壓力提供阻抗，而牆基底處之水平抗剪力來 源主要可分為基底與土壤間之摩擦力與凝聚力。擋土牆之抗滑動安全係 數即為其水平阻抗力對水平作用力之比，一般採用 1.2∼1.5，視該擋土

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4. 沉陷量過大

擋土牆因基底下方土壤沉陷量過大，而造成擋土牆大量下陷之現 象，並有可能引致擋土牆之傾倒。造成原因有：

(1) 基礎土壤壓縮性過大

(2) 基礎土壤沉陷不均勻引致之差異沉陷 (3) 基礎土壤承載過重

擋土牆底部之土壤受擋土牆自重及牆背土體作用時，若其下方土壤 過於疏鬆軟弱，以致產生大量的沉陷或是發生不均勻的差異沉陷，同時 若擋土牆基礎發生承載力不足時，亦可能引發大量之沉陷，而沉陷量過 大將會造成擋土牆的毀損、過量沉陷與傾倒（見圖4.2 與圖 4.3 所示）。

圖 4.2 由牆背後大量填土所引致之擋土牆沉陷 [ 32 ]

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圖 4.3 因差異沉陷而引起擋土牆之前傾 [ 32 ]

5. 整體滑動破壞

擋土設施所在之邊坡土體若產生一整體性之滑動破壞，此稱為整體 滑動破壞。造成原因有：

(1) 擋土牆基底土壤或背填土過於軟弱 (2) 邊坡深處有潛在滑動面

擋土設施之效用即在穩定邊坡土體，避免邊坡土體滑動破壞。當擋 土牆之背填土及牆基土壤較為軟弱時，擋土牆可能產生一整體滑動而導 致破壞，其情形與一般邊坡之滑動破壞類似，如圖 4.4 所示。若擋土牆 下方有一較軟弱之土層或弱面，則滑動面有可能在此土層或弱面內發 生。若在設計分析時錯估邊坡的滑動位置、滑動規模，如擋土牆後方土 體的整體滑動面在更深層處，既有的擋土結構位於地表淺層，則將無法 有效阻擋土體的整體滑動破壞，既有擋土設施則無法發揮其穩定效果。

圖 4.4 整體邊坡沿擋土牆下方更深處之滑動面破壞 [ 32 ]

4.1.2 造成邊坡擋土設施破壞之原因

造成各類擋土設施破壞之原因有許多種，其中同一種原因也可能因 為其他外在條件之不同，而引致不同之破壞模式，亦有可能引致不同之 破壞模式同時發生，故本節針對各項可能引發擋土牆破壞之因素，做綜 合性之說明。造成擋土牆破壞之原因，大抵可分為擋土牆所受側向壓力 過大、擋土牆之抵抗側向力不足、土壤工程性質不良與其他因素等四大 項，其中又可列出數小項以做更詳細之敘述。

1. 擋土牆背後之側向壓力過大

擋土牆背後靜態之水平側向壓力的來源主要包括側向土壓力、水壓 力及由牆後地表加載所造成之側向壓力三類，另外若受地震或動態載重 作用時，擋土牆將會承受動態之土壓力、水壓力作用，而此處僅討論靜

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圖 4.5 典型之擋土牆背排水設施 [ 32 ]

然而在滲透水豐富或地下水位高之地區，因牆身排水孔的堵塞、擋 土牆身未設計排水孔（見圖 4.6 之例）或施工不當，常造成擋土牆之排 水設施無法正常運作，以致牆後入滲水無法順利排除，蓄積而成一過大 之水壓力，水壓之作用係依其水位高度呈靜水壓力狀態分佈。

圖 4.6 擋土牆身未打設排水孔，以致聚集大量之水壓力

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此外，牆背土壤在長期浸水狀況下，可能導致軟化而降低其剪力強 度，在分析時亦應加以考慮。一般而言，地下水位高時，擋土牆所受到 額外之側向壓力增加，且由於土壤強度降低致使土壓力可能再增加，造 成雙重不利之影響，故擋土牆背之排水常列為修復補強之優先措施。

(3) 地表加載所造成之側向壓力

擋土牆背後附近建築物之基腳、交通、施工機械等之荷重也會施加 載重在牆背土體地表上，而這些加載將使擋土設施所受之側向壓力增 加。地表加載大致可分為點荷重、線荷重、條狀荷重及均勻荷重，其對 擋土設施造成之側向壓力之作用影響如圖 4.7 所示。

2. 擋土牆之側向抵抗力不足

擋土牆的側向抵抗力來源有牆身自重（主要針對重力式擋土牆而 言）、底版上之土體重，以及由其他穩定構件，如地錨、抗滑樁等所發 揮之側向力。若側向抵抗力不足，無法抵抗擋土牆背後之側向力，則擋 土牆可能產生滑動破壞；若由側向抵抗力及自重所形成之抗傾倒力矩不 足，則有傾倒破壞之危險。

圖 4.7 由地表加載所導致之側向壓力 [ 32 ]

(1) 牆身自重或牆底版寬度不足

擋土牆本身之自重及底版上方之土體重，是用以抵抗滑動破壞與傾 倒破壞的主要阻抗能力之一。重力式擋土牆依賴自身的重量，以產生足 夠之摩擦力來抵抗牆後土體的滑動力，當重力式擋土牆本身自重不足 時，即可能產生擋土牆的滑動破壞。

若擋土牆厚度或底版寬度較小，以致因擋土牆自重或底版上方之土

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體重對牆趾所產生之力矩不足以抵抗側向壓力所產生之傾覆力矩時，即 可能產生擋土牆的傾倒破壞。

(2) 牆前覆土深度不足

牆前之覆土亦為擋土牆的主要側向阻抗來源，另外深基礎也可提供 側向阻抗。由於一般擋土牆基礎都不深，以致無法有效發揮牆前之被動 土壓力，抵抗致使擋土牆滑動之側向力。

(3) 基礎底面土壤抗剪強度不足

基礎底面和基底土壤間之摩擦抵抗是提供擋土設施抵抗滑動破壞 之主要因素，若因土壤軟弱而抗剪強度不足時，擋土牆極易受側向力作 用而產生滑動。

3. 土壤工程性質不良

土壤的強度與變形性為土壤最重要的工程性質。若土壤過於軟弱、

疏鬆，則會造成土壤之剪力強度及承載力過低，而且土壤的壓縮變形量 過大等問題。基礎土壤的強度低，則容易發生剪力破壞問題，驟時喪失 其承載能力與產生大量沉陷。基礎土壤沉陷過大不僅會降低結構物的使 用性，同時可能讓結構物承受額外作用力，也降低了結構物的安全性。

基礎土壤過大的沉陷量，可能會使擋土牆喪失部分擋土功能，甚至引起 擋土牆的傾倒破壞問題。

(1) 基礎土壤壓縮性過大

基礎土壤下方為軟弱疏鬆土層，壓縮性過大，會產生大量的壓縮變

形；或若基礎下方有一深厚黏土層，長時間在擋土結構重量的作用下，

而產生大量的壓密沉陷，以上原因均會使基礎土壤產生大量沉陷之問 題，造成擋土牆的破壞。

(2) 差異沉陷

由於土壤為非均質體，故在發生沉陷問題時，所產生沉陷量也可能 並不一致，就會造成基礎下方的差異沉陷問題，而會對上方結構體內部 產生一額外應力。若上方擋土結構屬較剛性，則可能無法容許過大的差 異沉陷，將對擋土牆產生損壞。

(3) 土壤之剪力強度與承載力不足

擋土牆牆基底部土壤過於軟弱、疏鬆，以致基礎土壤之剪力強度與 承載力不足，而無法承受擋土牆自重及牆背後土體重量，發生基礎土壤 的剪力破壞現象。當基礎土壤發生剪力破壞時，其承載能力喪失且會伴 隨著大量的沉陷發生。

(4) 基礎土壤承載荷重過重

基礎土壤所承載之重量來源，包括有擋土牆自重與牆後土體重量。

若擋土牆本身重量或牆後土體太重，會增加下方土壤的壓縮沉陷量，及 發生土壤的剪力破壞、承載力破壞可能，使擋土牆產生沉陷破壞之問題。

4. 其他原因

(1) 擋土牆高度過高

由於擋土牆身過高，造成牆身背後所承受之側向壓力會很大，且牆

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背側向作用合力位置高，故所引致之傾覆力矩將會很大，大大增加了擋 土牆傾倒破壞的機會。

(2) 邊坡有潛在滑動面

進行擋土設施穩定分析時，應先行了解邊坡的潛在破壞面位置，如 大規模之順向滑動面、軟弱的泥岩、頁岩層等，而其所依靠的就是事前 的地質調查報告資料。若擋土牆施作前之地質鑽探調查不足，將可能會 造成錯估潛在破壞面位置的情形發生，則所設置之擋土牆將無法有效發 揮擋土作用。