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隧道洞口應用生態工法,提高結構安全穩定性

在文檔中 中 華 大 學 (頁 187-197)

隧道工程建設在洞口之邊坡,常須輔以擋土結構,尤其近年來綠營建與生態工 法,在不涉及用路安全的前題下,有逐漸取代鋼筋混凝土結構的趨勢。

「加勁」工法係善用土壤的重力自承力量,以現地土壤為主要材料,配以少量 人工加勁材,而達到土體與邊坡穩定的功能並兼有經濟、美觀、自然的效能,

實為一種優良的綠營建工法,其內容包含工法說明、規劃設計、施工注意事項 與應用探討等小節,可作為隧道邊坡設計與施工之參考,讓隧道建設更美化、

自然化與多元化。

7-1 加勁土工法說明與加勁材料之應用

加勁材料與土壤配合情形及加勁層數為強度主要影響因素,隧道洞口邊坡若採 添加一層加勁材料時,應力增量較為平緩,添加二層及五層加勁材料時軸差應 力急劇爬升,且有效軸差應力成比例增加﹝51﹞,因此預使土壤達到明顯強度 增量,則必須藉由添加更多之加勁材料層數方能達到較安全穩定目標,其工法 應用如下:

1.牆壁式加勁土工法:以節塊組合成平整之牆壁面,並與加勁材連結,以防止外 圍表面土崩陷之工法;加勁材料有鋼鈑條、鋼筋或鋼條、焊接鋼線網、.聚合物 格網、其他(如樹脂帶)。

2.土堤基礎加勁土工法:為確保地盤上之交通行車效能與支承力之增加為目的,

於填土堤底部舖設加勁材之工法;加勁材料有地工織布、不織布、鋼筋或鋼條、

鋼絲網、聚合物格網、其他(如樹脂帶)

3.隧道洞口與橋台引道間填土之加強工法:引道內填土結構內分層舖設加勁材,

為防止橋台與填土體間產生壓密沈陷之高低差而於填土體內敷設加勁材之工 法;加勁材料有地工織布、不織布、地工格網、樹脂網、其他。

4.自然地盤之加強工法:係於隧道之開鑿,為防止對鄰近結構物有震動等不利之 影響,隧道旁地盤內插入鋼筋小口徑鋼管或網狀岩釘加勁,予以強化自然地盤 之工法;加勁材料有普通鋼筋、小口徑鋼管、岩釘、鑽孔灌水泥砂漿、其他。

7-2 加勁土工應用於隧道構造物應需注意事項

1. 加勁邊坡因基礎地質條件不良或位於行水區易被水侵蝕,將造成加勁結構之 損毀。

2. 加勁工法不適宜施作在基礎或坡趾有大量滲水環境或地下水匯集地區,極易 受

水沖刷侵蝕 而產生滔空現象.

3. 基地若位於順向坡或高危險崩塌區,需請專業技師及地質師檢核方可考慮施 作加勁工.

4. 若加勁牆面有火災發生之虞時,則建請設計時採用混凝土剛性面牆或加勁鋼 柵等耐火加勁牆面,以防野火對加勁結構之威脅.

5. 因加勁邊坡回填料之未正確分層壓實或設計不佳,致加勁邊坡局部沉陷與側 向變形,理應於適當位置埋設導排管,暨工程設計採用適當之可調整機制措施,

可將差異沉陷對工程設施之影響降至最低﹝52﹞。.

6. 監督承包商按施工規範之步驟舖設加勁材,回填土之材料及排水 系統,並要求承包商應提出材料規格檢驗證明.

7. 施工過程若遇大雨,則需避免剛完成壓實之回填土淋濕,立即使用塑膠布予以 覆蓋,否則大雨入滲常造成崩塌為最常見,不能輕忽排水之設計.

8. 背填土夯實後以 25 公分為原則,鬆方應均勻鋪撒於加勁材上以保護加勁材 不致於夯實時遭受機具損害。

回填料應採階段式沿面版方向,由牆面向牆內分層整平夯實,以避免受力不 均或加勁格網之鬆弛等現象。

9. 加勁式擋土牆,一般施工時大多以現地土壤或壓碎岩塊作為回填料對於含有 大量有機質之腐植土、膨脹性土壤及泥岩、高壓縮性之黏土等等,則不適於使 用作為永久性加勁式擋土牆之回填料.若使用金屬材料為加勁材料時,尚須考慮 回填料之酸鹼度(PH 值),以防止銹蝕發生。

10. 回填土壤舖設與整平夯實施工時應注意要點:

(1) 各式機械不得直接行走於加勁材上,至少回填土需舖設 20 公分厚以上,

各式機械方得於其上運行。

(2) 各式機械不得於離壁面 1.5 公尺內行駛,以避免加勁牆面之變形,該區域 應以小型夯實機具施工。

(3) 各式機械需平行壁面之方向行駛,且應避免急轉彎,以減少加勁材之扭曲 與損壞。

(4) 回填材料含水量應控制在最佳含水量間,夯實度至少需至標準 proctor 試 驗所得最大乾密度之95%,並應視施作面積每 1500m2 作一孔工地密度試 驗。

(5) 富粘著力之土壤可採用膠輪式壓路機夯實,羊蹄式壓路機易損毀加勁材應 禁止使用。

(6) 於每層填土整平及夯實完成後,需安置排水路徑如速排龍(如圖 7-1)並 以

不織布包覆,若下雨宜舖設防水布,以減少降雨時表面逕流水之入滲。

(7)因回填料厚度控制不當使加勁材與混凝土壁面聯結處高於夯實面,使加勁 材因土壤與面版間之差異沈陷而發生過大之張力。

(8)舖設回填土時應注意勿將回填土直接覆蓋於壁面材料的上方,以避免土壤 混入壁面材中造成壁面材的局部弱面。

(9) 回填料可能因飽和而造成沈陷,故夯實時應考慮其濕陷性以 1%為安全。

圖7-1 安置速排龍排水路徑

11. 加勁牆面處理:

加勁式擋土牆易因人為的破壞、紫外線的侵蝕或火災等因素而損毀,造成牆面

土壤流出致影響擋土牆的穩定,故回包式加勁擋土牆其牆面應經適當表面處 理,其保護方式有表面植生(如圖7-2)、水泥噴漿表面處理、現場澆置混凝土.

圖7-2 加勁擋土牆其牆面採表面植生保護方式

12.預鑄疊塊式加勁擋土牆(如圖 7-3)當面板外側有靜態或動態水 位時,面板外側需特別做牆趾保護措施保護之,牆後之回填土 坡應採用外覆不織布,以避免擋土牆背填料浸水軟化。

圖7-3 預鑄疊塊式加勁擋土牆回填土坡採用外覆不織布

13. 後靠式擋土牆其特點為主動區上部〈約在深度 0.4H,H 為牆總高度〉及牆 底承載區之長度為0.8H,大口徑加勁土釘〈40mm∮〉各一排,水平間距為 0.2m,

以土釘來提升擋土牆承載力,防止其在地震中之水平及垂直位移﹝53﹞,可作 為隧道洞口邊坡遇地震後瀕鄰破壞邊緣之擋土牆,以原地加強方式,避免採用 完全打除後重建的方式以節省人力及物力資源,為一極佳耐震性擋土設施。

二、 加勁擋土牆結構之破壞模式.

加勁擋土牆結構之內部破壞型態包括加勁材本身抗張強度不足之拉斷破壞、加 勁材與土壤間摩擦力不足所造成之拉出破壞(如圖7-4);而外部破壞型態則包 括水平滑動破壞、傾覆破壞、承載力不足破壞及整體滑動破壞(如圖7-5)。

圖7-4 加勁擋土牆破壞示意圖(內部破壞) ﹝54﹞

圖7-5 加勁擋土牆破壞示意圖(外部破壞) ﹝54﹞

7-3 加勁土結構應用於隧道洞口構造物之探討

圖7-6 聚酯纖維格網加勁土結構

聚酯纖維格網加勁土結構適用時機:

基礎下建立混凝土擋土牆,其上再加設聚酯纖維格網加勁結構,適用

於隧道洞口一側下邊坡路基因河流沖刷侵蝕致坍落,若採用一般填土工法無法 使洞口路基恢復原狀。

圖7-7 隧道洞門邊坡加勁示意圖

隧道洞門邊坡加勁適用時機:

隧道洞門邊坡加勁,適用於隧道口上方邊坡受擾動,採岩面掛鋼線網、噴混凝 土及打設岩釘,外加舖H.D.P.E 網及表面客土植生。

圖7-8 岩釘及岩錨複合式護坡示意圖

岩釘及岩錨複合式護坡適用時機:

岩釘及岩錨複合式護坡,適用於隧道洞口邊坡地質變化大(如風化砂岩、砂礫 層、砂頁岩互層等)之護坡。

圖 7-9 路基拓寬時岩釘及岩錨複合式工法模式圖 路基拓寬時岩釘及岩錨複合式工法適用時機:

於地形陡峭山區隧道洞口雙向拓寬時下邊坡採用預力岩錨穩固,上邊坡採樹脂 錨固型岩釘及上邊坡外表以掛網噴凝土施作。

圖7-10 隧道洞口前之路基半隧道岩盤的岩釘及噴凝土加勁模式圖

隧道洞口前之路基半隧道岩盤的岩釘及噴凝土加勁適用時機:

隧道洞口前側壁,地質為風化岩盤,以岩釘加勁及掛鋼線網噴凝土表面處理以 穩定側壁。

7-4 小結

一、加勁土壤乃在土壤中加入天然或人工材料予以加勁,以彌補土壤中剪力或 張力強度不敷。

加勁土結構物之所以能發揮功效,主要是較傳統鋼筋混凝土牆具有較佳之柔 軟性,它提供了高度阻尼,可吸收地震所釋出之大量能源,且加勁材料抗張性 強,應力分配均勻,結構體無破裂之虞,適用於地震頻繁之島嶼區域擋土結構 之建立。

二、因加勁土結構亦容許較大之不均勻沈陷,且施工迅速,建造成本亦較低,

在工程上兼具經濟與安全之效益,已廣被應用於邊坡、路堤等各項土木工程中。

三、隧道洞口填土護坡工除使用植生工法穩定外,最好不要在坡面設置重物,

俾免大地震時因自重產生慣性力沿坡面表層滑移,可在格梁上垂直坡面打設土 釘、鋼軌、地錨等止滑設施,以防止護坡工於地震時滑移﹝55﹞。

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