圖圖圖
圖 1-5 菲律賓馬尼拉菲律賓馬尼拉菲律賓馬尼拉菲律賓馬尼拉 Payatas 掩埋場崩塌狀況掩埋場崩塌狀況掩埋場崩塌狀況掩埋場崩塌狀況
（（（
（箭頭處為被壓垮的鐵皮屋箭頭處為被壓垮的鐵皮屋箭頭處為被壓垮的鐵皮屋）箭頭處為被壓垮的鐵皮屋）） ）
1.2 研 研 研 研究目的 究目的 究目的 究目的
本計畫的目的為針對國內的掩埋場：
1. 求得台灣一般廢棄物與焚化灰渣的剪力強度參數與其他工程性質參數
2. 探討控制山坡地掩埋場穩定性設計的因子：掩埋面坡高、掩埋面邊坡角度、掩埋場 底部邊坡角度、廢棄物剪力強度、地工合成材料界面剪力強度、孔隙水壓
3. 探討山坡掩埋場設計的最佳分析方法與各種分析方法適用的條件與限制 4. 利用數值分析探討創新掩埋場掩埋剖面的可行性
1.3 預期完成之工作項目 預期完成之工作項目 預期完成之工作項目 預期完成之工作項目
本研究預期完成之工作項目包括：
1. 掩埋場廢棄物與焚化爐灰渣性質基本性質與剪力強度性質調查 2. 焚化灰渣與地工止水膜界面剪力強度
3. 掩埋場剖面測量與 2D 邊坡穩定分析(Geoslope/w, FLAC/Slope)約 200 個斷面 4. 掩埋場剖面測量與 3D 邊坡穩定分析
5. 掩埋場變形分析(FLAC)以及變形量與安全係數之比較評估。
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二 二 二
二、 、 、文獻回顧 、 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧
2.1 掩埋場 掩埋場 掩埋場 掩埋場邊坡穩定 邊坡穩定 邊坡穩定 邊坡穩定
2.1.1 掩埋場邊坡穩定概念掩埋場邊坡穩定概念掩埋場邊坡穩定概念 掩埋場邊坡穩定概念
廢棄物表面會因為邊坡不穩定而導致破壞，垃圾整體會發生滑動。過去就曾發生掩埋場破壞 導致垃圾整體滑動現象(Byrne et a1.，，，1992)，因此必須考慮短期和長期的垃圾整體穩定性問， 題(Howland and Ladva，，，，1992)。
掩埋場側邊坡的穩定，本質上即為一大地工程邊坡穩定問題，但因掩埋場的構造中因為有地 工合成材料構成的弱面。如圖圖圖圖 2-1 與圖圖圖圖 2-2 顯示，在掩埋場底部的阻水系統與最終覆蓋系統 中，均必須使用許多地工合成材料(Geosynthetics)以發揮其功能；但這些材料之間大多剪力強 度較低，因此亦產生滑動。此外，因廢棄物的剪力性質難以掌握，所以分析起來更為複雜。
圖圖
圖圖 2-1 一般廢棄物掩埋場底部阻水系統一般廢棄物掩埋場底部阻水系統一般廢棄物掩埋場底部阻水系統一般廢棄物掩埋場底部阻水系統(Bottom Lining System)構造示意圖構造示意圖構造示意圖構造示意圖
圖圖
圖圖 2-2 一般廢棄物掩埋場最終覆蓋系統構造示意圖一般廢棄物掩埋場最終覆蓋系統構造示意圖一般廢棄物掩埋場最終覆蓋系統構造示意圖一般廢棄物掩埋場最終覆蓋系統構造示意圖 廢棄物
黏土阻水層(GCL) 不透水布(GCL) 集排水層 地工織物分隔層
覆土
現地土壤
地工格網 地工織物濾層
廢棄物
黏土阻水層(GCL) 不透水布
集排水層 覆土
地工織物分隔層 集排氣層 表土植生
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根據我國一般廢棄物回收清除處理辦法（環保署，2002）第三十條第二款規定，掩埋場終止 使用時，應覆蓋厚度五十公分以上之砂質、泥質黏土、皂土或具相同阻水功能之地工材料組 合等阻水材料，覆蓋砂石者，並予以壓實。壓實後，平坦面坡度為百分之一以上，斜面坡度 為百分之三十以下，並應綠化植被。然而，因為國內掩埋場多半超量掩埋或因為於山坡地，
因此多未能符合上述坡度低於百分之三十（約為 17.5°）的要求。
根據環保署 2003 年委託研究單位訪視 29 個復育掩埋場（行政院環保署，2003）的結果顯示，
『邊坡穩定性不足』名列掩埋場問題的榜首。針對這一類掩埋場的穩定問題，國內的主管機 關曾提出以下建議：
1. 掩埋場在平地應不高於 50 公尺，在丘陵則可酌量提高。當掩埋場高度愈高，其坡度則 應求其平緩。
2. 掩埋場外緣坡度基本上應不小於 1:3。祇有當掩埋場需要堆積更高時，方予酌情放緩坡 度。
3. 當坡面愈趨於上方時，坡度可酌增陡峻，當坡面愈趨於下方時，坡度則勢須放緩。
4. 掩埋場高度每增加 8~10 公尺時，則須加設最少為 4 公尺寬的平台階面一座。階面內 側須有排水溝設置。
另一方面，國內專家提出在目前存在的掩埋場中下述的垃圾邊坡範圍已被觀察為穩定邊坡（陳 榮河，1997）：
1. 事業廢棄物：4H：lV (≈14.0°)到 3H：lV(≈18.4°)
2. 包含 40%固體的污泥式廢棄物：7H：lV(≈8.1°)到 6H：lV (≈9.5°) 3. 飛灰沈積物：7H：lV (≈8.1°)到 6H：lV(≈9.5°)
4. 砂質廢棄物和飛灰：4H：lV (≈14.0°)到 3H：lV (≈18.4°)
美國環保署的掩埋場設計要求(USEPA,1994)，『掩埋場的覆蓋系統必須在 25 年頻率暴雨 24 小時逕流與入滲狀態下保持穩定。坡度較 5H:1V(≈11.3°)陡者應該設置排水層。並應利用試驗 求出覆蓋系統中的各個構件之間在乾燥與飽和狀態下的摩擦角，以其最低之摩擦角作為邊坡 之最大坡度。』長期穩定的安全係數應大於 1.5。地震時安全係數則必須大於 1.0。（根據 RCRA Subtitle D 採用 USGS 2120 尖峰岩盤加速度圖 90%機率 250 年重現期地震。相當於 2400 年重 現期的地震。）若安全係數小於 1.0，則必須採用更嚴謹的分析方法評估地震時的位移。
表 表
表表 2-1 美國環保署對於掩埋場穩定安全係數之規範美國環保署對於掩埋場穩定安全係數之規範美國環保署對於掩埋場穩定安全係數之規範美國環保署對於掩埋場穩定安全係數之規範(USEPA，，，1994) ，
類 別 安 全 係 數
土壤或廢棄物強度參數可靠度高
者 土壤或廢棄物強度參數可靠度低者
7
崩塌後對生命無立即危害 >1.25 >1.5
崩塌後對環境無重大影響 >1.2 >1.3
崩塌後對生命產生立即危害 >1.5 >2.0或更高
崩塌後對環境產生重大影響 >1.3 >1.7或更高
國外專家學者透過案例分析，針對十個大型掩埋場破壞案例，探討邊坡破壞機制。進行 2-D 及 3-D 邊坡穩定分析；2-D 分析，使用 GEOSLOPE 程式並採用 Bishop simplified、Janbu simplified 進行求解；3-D 分析，使用 CLARA 程式，採用相同的切片法分析，同時比較 2-D 及 3-D 之安全係數。在有襯墊層的掩埋場當中，考慮邊坡滑動啟動機制時，其形狀因子(WF=
FS3-D/ FS2-D)等於 1.15~1.43；不考慮時，形狀因子等於 1.10~1.33 (Koerner and Soong,
2000)。
2.1.2 掩埋場的破壞模式掩埋場的破壞模式掩埋場的破壞模式 掩埋場的破壞模式
垃圾掩埋場的邊坡破壞模式及分析方法，可以歸納區分為五大類(陳榮河陳榮河陳榮河陳榮河與陳國賢與陳國賢與陳國賢與陳國賢，，，，2002)。
整理如表表表表 2-2 所示。
表 表
表表 2-2 掩埋場的破壞模式掩埋場的破壞模式掩埋場的破壞模式掩埋場的破壞模式(陳榮河陳榮河陳榮河陳榮河與陳國賢與陳國賢與陳國賢與陳國賢，，，，2002：：：：Mitchell and Mitchell，，，，1992)
破壞模式 發生情況 發生原因 分析方法
固體垃圾內部的滑動破壞 邊坡較高、坡度較陡、
垃圾夯實不足
垃圾剪力強度不足 圓弧破壞分析法
邊坡及基礎土壤之整體破壞 軟弱基礎(黏土層) 基礎下方土壤剪力強 度不足
圓弧破壞分析法
襯墊層之拉出或斷裂破壞 營運期間填埋時，因填 埋垃圾與襯墊層界面之 摩擦力產生向下牽引力 過大
襯墊層錨定力及張力 強度不足
參考Koerner (1994)
襯墊層界面之滑動破壞 坡度較陡、襯墊系統之 界面強度低
界面剪力強度不足 塊體平衡法
風頂和覆蓋層之破壞 覆蓋層坡度較陡、襯墊
系統之界面強度低
界面剪力強度不足 參考 Koerner (1994)
2.1.3 掩埋場的破壞案例掩埋場的破壞案例掩埋場的破壞案例 掩埋場的破壞案例
Koerner and Soong (2000)收集 1980 年至 2000 年間，世界各地十個大型掩埋場的破壞案例(如 表
表
表表 2-3)，其中掩埋場底部有無設置襯墊層系統的案例各佔一半。廢棄物邊坡破壞造成的坍方 量 60,000 m3 ~ 1,200,000 m3，破壞類型以平面滑動居多，有設置襯墊層的掩埋場，則全部屬 於沿著襯墊層界面之滑動破壞。
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表 表
表表 2-3 掩埋場破壞案例掩埋場破壞案例掩埋場破壞案例掩埋場破壞案例(Koerner and Soong, 2000)
Case History Year Location Type Quantity Involved Unlined
Single rotational Multiple rotational Translational Translational Single rotational
110,000 m3 500,000 m3 470,000 m3 1,100,000 m3
100,000 m3 1,200,000 m3
2.2 廢棄物 廢棄物 廢棄物 廢棄物、 、 、 、焚化灰渣 焚化灰渣 焚化灰渣 焚化灰渣及地工合成材材料工程參數 及地工合成材材料工程參數 及地工合成材材料工程參數 及地工合成材材料工程參數
9
與其下之基礎土壤間應力應變特性的差異，於掩埋場穩定分析時強度參數之選擇應特別謹慎 為之並就短期與長期強度進行分析。
在垃圾邊坡穩定分析中，須具備垃圾之基本參數，即合理之剪力強度參數(單位重(
γ
)、凝聚力 (c)、摩擦角(φ
))，以及地工材料之界面強度，但因垃圾本身具有極大不確定性，致以傳統土壤 力學方法進行評估分析，所得之分析結果，實難另人完全信任與採納，而主要之不確定因素 如下(陳盈文陳盈文陳盈文陳盈文，，，，2006):1. 有機垃圾會隨著掩埋時間漸漸發生化學反應，起初為好氧性分解，爾後經覆蓋土層後，
行成厭氧性分解，分解過程中排出甲烷及二氧化碳，將影響試驗之準確性。
2. 掩埋場中腐敗性垃圾會隨時間不斷腐化，垃圾剪力強度具變化性，導致採樣時間之控 制度，不易掌握具代表性採樣時間。
3. 部分垃圾具高度不均質性，如混雜式掩埋場，其中大型固體廢棄物，在一般採樣下(採 樣試體較小)，所得試驗結果，將無法足以代表整體之垃圾性質。
4. 在實驗室進行垃圾壓實，有其困難度。
5. 除特殊性分類之掩埋場(如灰渣掩埋場、固化後掩埋場)，可得較為代表性之均質土質 參數外，一般分析均假設垃圾層為均質均向，與實際土質實有某種程度上之差異性。
6. 不均質之垃圾，造成極為差異之孔隙比，影響垃圾單位重(γ)…等土壤性質。
7. 一般掩埋場在進行封閉復育階段，皆會採取植被做為綠美化之手段，有效之植被亦能 提昇邊坡穩定，而植被種類之選擇，亦影響復育後之邊坡穩定度，在穩定分析時，並 未能有模擬之參考數據，加以納入考量。
8. 近年在資源回收觀念之倡導下，掩埋場堆置垃圾之組成明顯改變，新舊垃圾之改變，
即使使用國外經驗參數或本土建置之垃圾參數，仍值得商確。
2.2.2 固體廢棄物單位重固體廢棄物單位重固體廢棄物單位重 固體廢棄物單位重
在廢棄物的可燃物中，紙類全年度平均約佔乾基組成份的 28%，塑膠類約佔組成的 20%，纖 維布類約佔 6%，木竹類約佔 4%，廚餘類約佔 23%，皮革橡膠類全年度佔 0.40％，其他類則 約佔全年度的 6%。不可燃物中，金屬類佔全年度的 4%，玻璃佔 6%，陶瓷類佔 1%，石頭土
在廢棄物的可燃物中，紙類全年度平均約佔乾基組成份的 28%，塑膠類約佔組成的 20%，纖 維布類約佔 6%，木竹類約佔 4%，廚餘類約佔 23%，皮革橡膠類全年度佔 0.40％，其他類則 約佔全年度的 6%。不可燃物中，金屬類佔全年度的 4%，玻璃佔 6%，陶瓷類佔 1%，石頭土