山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究

全文

(1)山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 內政部建築研究所研究報告︵一 ○○年度︶.

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(3) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 內政部建築研究所研究報告中華民國一○○年十二月.

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(5) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 計畫主持人：陳建忠協同主持人：楊長義研究員：卿建業研究助理：蕭仲光、陳忠賢. 內政部建築研究所研究報告中華民國一○○年十二月.

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(7) 目錄. 目錄第一章. 前言.............................................................................................................. 1 . 1.1、研究緣起 ...................................................................................................................... 1 1.2、研究背景 ...................................................................................................................... 5 1.3、本研究探討的範圍 ...................................................................................................... 7 1.4、研究目的與流程 .......................................................................................................... 9 1.5、預期目標 .................................................................................................................... 10 1.6、目前研究進度及工作項目： .................................................................................... 11 . 第二章. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例...................................................... 13 . 2.1、汐止林肯大郡 ............................................................................................................ 14 2.2、基隆健康博市 ............................................................................................................ 20 2.3、基隆監獄新建工程基地安全評估工作 .................................................................... 24 2.4、二高之公路邊坡破壞案例 ........................................................................................ 25 . 第三章. 基地開挖之國內外相關規定...................................................................... 27 . 3.1、人工開挖邊坡破壞之原因 ........................................................................................ 27 3.1.1、邊坡破壞之內外部原因 ..................................................................................... 27 3.1.2、邊坡破壞之安全係數要求 ................................................................................. 27 3.2、國內現有規範的情況 ................................................................................................ 28 3.2.1、岩坡開挖 ............................................................................................................. 28 3.2.2、工址調查 ............................................................................................................. 33 3.3、國外規範相關規定 .................................................................................................... 37 3.3.1、岩坡之開挖 ......................................................................................................... 38 3.3.2、工址調查 ............................................................................................................. 43 3.4、岩坡開挖支撐之設計與邊坡穩定分析原則 ............................................................ 45 3.5、邊坡保護工法與流程 ................................................................................................ 46 . 第四章. 開挖岩坡之破壞模式與岩坡穩定分析原則.............................................. 49 . 4.1、岩坡穩定之設計原則 ................................................................................................ 49 4.2、極限平衡分析觀念 .................................................................................................... 52 4.3、平面式岩坡滑動與邊坡穩定分析原則 .................................................................... 54 4.3.1、臨界張力裂縫深度和位置估算 ......................................................................... 56 . I.

(8) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 4.3.2、岩坡加固方式 ..................................................................................................... 57 4.3.3、平面式破壞與分析例 ......................................................................................... 58 4.4、楔型滑動與邊坡穩定分析原則 ................................................................................ 63 4.4.1、弱面抗剪強度僅考慮摩擦項 ............................................................................. 63 4.4.2、弱面抗剪強度考慮凝聚力、摩擦及水壓力影響 ............................................. 66 4.4.3、楔型穩定分析圖－只考慮摩擦強度 ................................................................. 69 4.4.4、範例說明： ......................................................................................................... 73 4.5、岩坡圓弧型滑動與邊坡穩定分析原則 .................................................................... 74 4.5.1、圓弧型滑動破壞圖表 ......................................................................................... 75 4.5.2、臨界滑動面的位置和張力裂縫 ......................................................................... 80 4.5.3、範例問題：圓弧破壞分析 ................................................................................. 81 4.6、傾覆破壞與邊坡穩定判斷原則 ................................................................................ 84 4.6.1、岩塊傾倒破壞之運動學分析 ............................................................................. 85 4.6.2、岩塊間之滑脫判斷 ............................................................................................. 85 . 第五章. 分析岩坡穩定所需參數與試驗規劃.......................................................... 89 . 5.1、弱面之剪力強度參數 ................................................................................................ 90 5.2、岩體之剪力強度參數 ................................................................................................ 92 5.3、廣義 Hoek-Brown 岩體破壞強度準則 ..................................................................... 94 5.4、岩體浸水之強度弱化狀況 ...................................................................................... 100 5.5、基礎開挖岩坡分析參數之相關試驗項目建議 ...................................................... 102 5.5.1、消散耐久試驗 ................................................................................................... 102 5.5.2、岩材之吸水弱化 ............................................................................................... 103 5.5.3、點荷重試驗 ....................................................................................................... 103 5.6、台灣北部地區砂岩頁岩之弱面殘餘摩擦角資料 .................................................. 106 . 第六章. 山坡地岩盤地基調查規範之建議............................................................ 115 . 第七章. 順向坡基礎開挖坡穩定分析與支撐保護設計........................................ 145 . 7.1、側力的計算模式 ...................................................................................................... 147 7.2、側力計算模式的隨機行為 ...................................................................................... 149 7.3、本模式預測值與 Coulomb 理論之比較 ................................................................. 152 7.4、支撐側力的可靠度設計 .......................................................................................... 154 7.5、台灣北部的案例研究 .............................................................................................. 161 7.5.1、基本參數說明 ................................................................................................... 161 . II.

(9) 目錄. 7.5.2、校準部分係數的驗證 ....................................................................................... 162 7.5.3、部分係數校準之驗證 ....................................................................................... 163 7.6、針對台灣的設計指引 .............................................................................................. 167 7.7、通案之設計指引 ...................................................................................................... 171 7.8、實際設計範例 .......................................................................................................... 173 7.9、對不同設計的要求目標程度 .................................................................................. 177 7.10、對長期性支撐設施之設計 .................................................................................... 178 . 岩盤基礎開挖週邊邊坡保護工法及規劃作業流程................................ 181 . 第八章. 8.1、順向坡的基礎開挖原則 .......................................................................................... 181 8.2、岩盤基礎開挖臨時性邊坡保護工法之選擇原則 .................................................. 182 8.2.1、基礎開挖擋土措施 ........................................................................................... 184 8.3、開挖之支撐工法 ...................................................................................................... 187 8.3.1、支撐明挖工法 ................................................................................................... 187 8.3.2、地錨工法 ........................................................................................................... 188 8.3.3、複合工法(島區式支撐開挖) ............................................................................ 190 8.3.4、斜坡明挖工法 ................................................................................................... 192 8.4、基礎開挖臨時性邊坡保護設計作業流程 .............................................................. 194 . 第九章. 岩盤基礎開挖與支撐設計準則之研擬.................................................... 197 . 第十章. 結論與建議................................................................................................ 217 . 10.1、結論 ........................................................................................................................ 217 10.2、建議 ........................................................................................................................ 218 10.3、後續研究課題 ........................................................................................................ 219 . 第十一章. 參考文獻................................................................................................ 221 . 附錄 A. 岩層開挖支撐設計側力之計算步驟說明 ............................................... 225 附錄 B. 各階段審查意見與回覆 ........................................................................... 233 . III.

(10) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. IV.

(11) 圖目錄. 圖目錄圖 1.1 . 「建築物基礎構造設計規範」各章規定的主題........................................ 2 . 圖 1.2 . 國內以土壓力分佈估計岩壓之設計案例(內湖區) ..................................... 3 . 圖 1.3 . 台北市內湖區岩層下建築之垂直開挖基地(蕭仲光，2002) ..................... 4 . 圖 1.4 . 在岩層內無支撐之垂直開挖案例(蕭仲光，2002) ..................................... 4 . 圖 1.5 . 在上覆土與下部岩層開挖之不同支撐方式................................................ 5 . 圖 2.1 . 林肯大郡災變全景...................................................................................... 15 . 圖 2.2 . 第三區受到嚴重衝擊.................................................................................. 16 . 圖 2.3 . 林肯大郡災變中深層塊體帶動淺層塊體衝撞坡底建築之景觀.............. 17 . 圖 2.4 . 林肯大郡滑動面為薄砂頁岩互層使得地層脆弱容易破碎...................... 17 . 圖 2.5 . 林肯大郡坡向圖.......................................................................................... 18 . 圖 2.6 . 砍除坡腳造成地層不穩.............................................................................. 18 . 圖 2.7 . 地錨未固定於岩盤上.................................................................................. 18 . 圖 2.8 . 上方山坡裸露.............................................................................................. 19 . 圖 2.9 . 豪雨造成土壤滑動...................................................................................... 19 . 圖 2.10 置區域地質剖面示意圖.............................................................................. 24 圖 2.11 永久性地錨試驗區照片.............................................................................. 24 圖 3.1 . 國工局建議之挖方邊坡設計流程(國道新建工程局，2000) ................... 32 . 圖 3.2 . 國工局建議之邊坡調查工作(國道新建工程局，2000) ........................... 36 . 圖 3.3 . 國工局建議之邊坡整治保護流程(國道新建工程局，2000) ................... 47 . 圖 4.1 . 自然和人工邊坡邊坡高度與坡角之關係(Chen, 1995)。 ........................ 49 . 圖 4.2 . 頁岩中公路開挖面與連續性層面一致(Wyllie & Mah, 2004).................. 50 . 圖 4.3 . 弱面的對開挖岩體穩定性的影響.............................................................. 51 . 圖 4.4 . 滑動塊安全係數的計算方法...................................................................... 52 . 圖 4.5 . 初步分析圖.................................................................................................. 53 . 圖 4.6 . 鑑定滑動和傾倒塊：(a)幾何塊面的傾斜, (b)條件塊滑動和翻倒斜面上。 ...................................................................................................................... 53 . 圖 4.7 . 邊坡發生平面破壞之幾何條件與假設。.................................................. 54 . 圖 4.8 . 平面式邊坡破壞之幾何假設狀況.............................................................. 55 . V.

(12) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 圖 4.9 . 乾燥坡地的臨界張力裂縫深度與距坡頂後退距離。.............................. 57 . 圖 4.10 以預力地錨加固岩坡.................................................................................. 58 圖 4.11 張裂縫水深對安全係數的影響。.............................................................. 60 圖 4.12 楔形滑動破壞的幾何條件.......................................................................... 64 圖 4.13 楔形塊參數定義與求解。.......................................................................... 65 圖 4.14 楔形因子 K 之求取 ..................................................................................... 66 圖 4.15 楔形幾何穩定性分析(包括摩擦、凝聚力，水壓力對滑動面的影響)（a）楔形塊各交線的編號（b）楔形塊的高度和水壓力分佈狀。........................ 67 圖 4.16 中各平面之立體投影圖及各夾角.............................................................. 68 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 0°) ........................ 69 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 10°) ...................... 70 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 20°) ...................... 70 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 20°) ...................... 71 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 40°) ...................... 71 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 50°) ...................... 72 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 60°) ...................... 72 圖 4.17 只考慮摩擦之楔形穩定性圖 (A 和 B 傾向角度差為 70°) ...................... 73 圖 4.18 高度風化花崗岩之圓弧型邊坡滑動破壞(Wyllie & Mah, 2004)) ............ 74 圖 4.19 軟岩或風化岩盤之典型滑動面形狀：（a）均質軟岩之大半徑圓弧破壞; （b）軟岩下含硬岩之非圓形破壞面................................................................ 74 圖 4.20 圓弧型滑動破壞圖表.................................................................................. 76 圖 4.21 查的圓弧形滑動破壞安全係數之順序...................................................... 77 圖 4.22 圓弧形滑動破壞查圖 (編號 1－完全排水岩坡) ...................................... 77 圖 4.22 圓弧形滑動破壞查圖 (編號 2－第 2 種地下水情況) .............................. 78 圖 4.22 圓弧形滑動破壞查圖 (編號 3－第 3 種地下水情況) .............................. 78 圖 4.22 圓弧形滑動破壞查圖 (編號 4－第 4 種地下水情況) .............................. 79 圖 4.22 圓弧形滑動破壞查圖 (編號 5－第 5 種地下水情況) .............................. 79 圖 4.23 臨界滑動面和臨界張力裂縫的位置(在有地下水的狀況) ....................... 80 圖 4.23 臨界滑動面和臨界張力裂縫的位置(在完全排水狀況)。 ....................... 81 圖 4.24 圓弧滑動破壞說明案例.............................................................................. 82 . VI.

(13) 圖目錄. 圖 4.25 兩種主要傾覆破壞種類及邊坡潛移造成的傾覆破壞.............................. 84 圖 4.26 岩塊傾倒穩定與否之判斷.......................................................................... 85 圖 4.27 傾覆破壞機制及其以立體投影進行判斷的原理(Wyllie & Mah, 2004; Goodman,1989) ................................................................................................... 86 圖 4.28 倒插坡傾覆破壞與否之判斷例子(Wyllie & Mah, 2004).......................... 87 圖 5.1 . 基礎開挖岩坡的分析範圍大小與破壞模式不同所涉及之材料類別...... 90 . 圖 5.2 . 夾泥弱面受剪之內摩擦角與凝聚力關係.................................................. 91 . 圖 5.3 . 提供同一破壞岩坡抗剪強度之 C、 φ 的可能消長 .................................. 92 . 圖 5.4 . 實際岩坡破壞時所發揮抗剪強度參數 C、 φ 關聯性 .............................. 93 . 圖 5.5 台灣地區所收集之弱面尖峰剪力強度參數................................................... 94 圖 5.6 . 台灣與中國地區 GSI 與岩體變形模數關係 ............................................. 97 . 圖 5.7 . 以岩體評分 RMR 或 Q 推求岩體強度比 .................................................. 98 . 圖 5.8 . 選定一個合理的岩體摩擦角 φ 時之對應凝聚力 c 值定義 ..................... 99 . 圖 5.9 . 以 GSI 求得岩體凝聚力 c 值與岩石材料單壓強度之比值 .................... 99 . 圖 5.10 以 GSI 求得岩體摩擦角 φ 值 .................................................................... 100 圖 5.11 RMR 值與其岩體剪力強度參數 C、 φ 值之關係(Mehrotra,1993) ........ 101 圖 5.12 求知岩石抗風化能力之消散耐久試驗儀................................................ 102 圖 5.13 點荷重試驗儀............................................................................................ 104 圖 5.14 台灣北部砂岩、頁岩單壓強度 JCS 之分佈(楊長義，2009) ................ 105 圖 5.15 本研究所收集北部地區砂岩、頁岩或砂頁岩資料之位置分佈............ 106 圖 5.16 北部地區砂岩、頁岩、泥岩或砂頁岩殘餘摩擦角之分佈.................... 107 圖 5.17(a) . 砂岩弱面之殘餘摩擦角分佈(70 組試驗) ........................................ 107 . 圖 5.17(b) . 頁岩弱面之殘餘摩擦角分佈(6 組試驗) .......................................... 108 . 圖 5.17(c) . 泥岩弱面之殘餘摩擦角分佈(6 組試驗) .......................................... 108 . 圖 5.17(d) . 砂頁岩互層弱面之殘餘摩擦角分佈(36 組試驗) ............................ 108 . 圖 5.18 弱面浸水 72 小時後與泡水前之殘餘摩擦角降比較.............................. 109 圖 7.1 . 在具有數條弱面的岩坡中的開挖示意圖................................................ 146 . 圖 7.2 . 根據本研究提出之側力模型模擬出來的 Pa /( 0.5γH 2 ) 與滑出端 h / H *. *. 之關係圖(左圖)，以及滑出端位置 h / H 的統計圖(右圖) .......................... 151 . VII.

(14) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 圖 7.3 . Vφ = 0.1 時，本研究的側力模式模擬的 Pa 值( n p = 1、5、10、20)與 Coulomb. 模式計算值之比較............................................................................................ 153 圖 7.4 . Vφ = 0.3 時，本研究的側力模式模擬的 Pa 值( n p = 1、5、10、20)與 Coulomb. 模式計算值之比較............................................................................................ 154 圖 7.5 . 限制 φ 被截斷的對數常態分布 ................................................................ 160 . 圖 7.6 . 台灣北部沉積岩弱面殘餘摩擦角統計及分位數圖................................ 161 . 圖 7.7 . 驗證案例的η - pT 關係圖 ........................................................................ 163 . 圖 7.8 . 在. 圖 7.9 . τ 和機率門檻校準值η 的關係圖通例(適用於無水和浸水狀況) .......... 173 . np = 1. 時 τ 與機率門檻校準值η 之關係圖 .......................................... 172 . 圖 7.10 工地剖面圖和六個階段的深度................................................................ 174 圖 7.11 在圖 7.10 案例之六個開挖階段的設計支稱側力值............................... 177 圖 7.12 於不同設計要求程度的( βT ， Vφ )組合的設計側力 ............................... 178 圖 7.13 考慮長期地構造下室牆面的設計側力.................................................... 180 圖 8.1 . 順向坡的跳島式開挖工法(潘國樑，2007) ............................................. 182 . 圖 8.2 . 臨時性岩坡開挖保護工法........................................................................ 183 . 圖 8.3 . 場鑄混凝土排樁擋土壁工法.................................................................... 185 . 圖 8.4 . 一般連續壁施工示意圖............................................................................ 186 . 圖 8.5 . 支撐明挖工法示意圖................................................................................ 187 . 圖 8.6 . 背拉地錨基礎開挖工法............................................................................ 188 . 圖 8.7 . 繫桿法之後拉式支撐施工斷面與照片.................................................... 189 . 圖 8.8 . 地錨工法斷面圖與地錨施工流程............................................................ 190 . 圖 8.9 . 島式支撐工法之施工流程........................................................................ 191 . 圖 8.10 一般島式基礎開挖工法之示意圖............................................................ 191 圖 8.11 斜坡明挖工法施工示意圖........................................................................ 192 圖 8.12 斜坡明挖之坡面之設計............................................................................ 193 圖 8.13 併用點井之施工情況................................................................................ 194 圖 8.14 本文建議在岩層內基礎開挖之臨時性邊坡保護工法流程.................... 195 . VIII.

(15) 表目錄. 表目錄表 2.1 . 山坡地住宅社區災害案例災變成因分析表(陳建忠，1999) ................... 14 . 表 3.1 . 香港土力工程處(GEO,2000)對各類岩土開挖之建議安全係數.............. 28 . 表 3.2 . 國內工程文獻設計岩土內邊坡面坡角(陳宗禮，2007) ........................... 31 . 表 5.1 . 各類岩石材料之內摩擦角範圍.................................................................. 90 . 表 5.2 . 在圖 5.4 中案例背景之說明....................................................................... 93 . 表 5.3 . 各類岩石材料之 mi 值 ............................................................................... 95 . 表 5.4 . 依岩塊互鎖狀況與弱面情況估計塊狀岩體之 GSI 值 ............................. 96 . 表 5.5 . 估計擾動因子 D 的準則 ............................................................................. 97 . 表 5.6 . 各類岩土單壓強度的範圍........................................................................ 105 . 表 5.7(a) 北台灣砂頁岩弱面直剪試驗之殘餘強度參數(資料來源：中興顧問社) ... .................................................................................................................... 110 表 5.7(b) 北台灣砂頁岩弱面直剪試驗之殘餘強度參數(資料來源：富國顧問) . 112 表 7.1 表 7.2 . 10 個新的設計情境的基本資訊，以及移植部分係數校準值的驗證結果. .................................................................................................................... 165 移植機率門檻校準值η 的驗證結果 ........................................................ 166 . 表 7.3 . 台灣北部地區沉積岩在不同(βT, β, np)的校準值η (不考慮浸水的況) 169 . 表 7.4、台灣北部地區沉積岩在不同(βT, β, np)的校準值η (浸水狀況) ............. 170 . IX.

(16) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. X.

(17) 相片目錄. 相片目錄照片 2.1 滑動區東緣，滑落的土石衝壞擋土牆及路基，壓毀施工中的工地，並波及右側的民宅。.................................................................................................. 20 照片 2.2 滑動區西緣，左側為未損壞之開挖邊坡擋土結構，開挖高度達 15 公尺，圍籬後方為殘留之道路，右側道路已塌陷，健康博市工地為滑落之土石掩埋，幸未發生人員傷亡事件。.......................................................................... 21 照片 2.3 美的世界社區靠近滑動區的四戶民宅(教孝街三巷 43、45、47、49 號)，遭受滑落土石沖擊後，房屋外部結構損壞情形。.......................................... 21 照片 2.4 主崩滑體為高度風化之砂、頁岩，有發達的節理所造成的裂隙，使岩體具有吸附及滲透地下水的特性。...................................................................... 22 照片 2.5 介於主崩崖與主崩滑體之間，為地層滑動後所造成地形上的低陷區，低陷區的底斜面即為滑動面。.............................................................................. 23 照片 2.6 主崩崖下方露出新鮮的滑動面，滑動面的材料為頁岩，調查時發現已有軟化的情形，人無法在上面行走。.................................................................. 23 照片 2.7 滑動區東緣之頁岩滑動面因接近地表有土壤化作用，造成頁岩軟化，摩擦角降低。.......................................................................................................... 23 . XI.

(18) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. XII.

(19) 摘要. 摘要關鍵詞：砂頁岩、順向坡、基礎開挖、支撐設計、可靠度分析。. 一、研究緣起目前國內大地工程之設計最常引用內政部「建築物基礎構造設計規範」之設計規定，其內容對土質地層之基礎開挖設計規定已甚為完備；但內容中對於山坡地建築易涉及之岩層的基礎開挖並未作建議。導致目前進行建築物基礎岩盤基礎開挖與支撐的設計，常依土質地盤的規定直接引用土壤力學的分析理論，例如 Rankine 主動土壓力理論。因此，常造成基礎開挖支撐設計過度保守、抑或低估了其危險性，而導致山坡地建築工程之不確定性或災害。本計畫主要針對位於順向坡岩層內基礎之開挖，探討基礎開挖導致的岩壓與基礎開挖坡之臨時性穩定問題，及其在設計時應考量的可能因素，期將本研究成果在後續「建築物基礎構造設計規範」修訂時，可補充於設計規範解說條文中，以提供較正確的岩層內基礎開挖之支撐設計觀念，俾減少未來國內坡地建築災害之發生或使設計更趨於合理。二、研究方法與過程本計畫之研究方法主要透過：(1) 收集國內外對坡地岩層基礎開挖與支撐設計、基礎調查準則之規範或文章；(2)並彙整開挖岩坡之穩定分析理論、及其所需分析參數與調查試驗規劃；(3)收集北台灣砂岩、頁岩、砂頁岩互層之弱面剪力強度參數實際試驗值，據此資料庫以可靠度分析模式的觀念，提出於順向坡岩層基礎開挖之支撐設計力建議。(4)進一步，建立適用於山坡地建築用地基礎開挖之周圍邊坡臨時邊坡之保護設計與流程。. XIII.

(20) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 三、重要發現 (1)建築物基礎開挖之在順向坡側岩坡穩定分析中，最需要先獲知弱面之位態與其剪力強度參數，例如潛在可能滑動弱面之殘餘摩擦角。經本研究收集到 120 組北台灣砂岩、頁岩、砂頁岩互層試驗資料，得知本地弱面殘餘摩擦角平均值為 30.4 度(變異性 26%)。(2)據此一實際試驗統計資料庫，經本案以可靠度模式分析比較後，得知一般以 Rankine 主動土壓力理論或 Coulomb 理論所估算基礎開挖壁之岩壓常比實際值高出實際值甚多，因此現行規範使用古典的土壓力理論是趨於保守的設計規定。(3)利用可靠度分析觀念中之部份係數設計概念，本研究建議一套北台灣沉積岩順向坡岩層中基礎垂直開挖之臨時性支撐側力計算方法，並對通案提供完整的圖與公式供設計者查用。. XIV.

(21) ABSTRACT. ABSTRACT Excavation or cut in soils/rocks typically requires a retaining or brace system to resist the induced active earth force. According to the design manual of foundations in Taiwan, estimation of such active force is usually based on the classical earth pressure theory such as Rankine and Coulomb theories. Actually, active force induced by excavation or cut in rocks may be more complicated. This behavior is somewhat different from that for soils. The purpose of this project is to develop a more realistic calculation method for determining the design active force for excavation/cut in rocks with weak dip planes. The key issues of determining the cut-slope stability analysis and the design active force in the presence of uncertainties will be addressed. A reliability-based partial-factor design method for determining the design value of Pa that is more realistic for excavation/cut in rocks with weak dip planes is proposed.. XV.

(22) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. XVI.

(23) 第一章. 前言. 第一章前言 1.1、研究緣起在全球氣候受極端變化之影響，台灣近年來豪雨之降雨量頻創紀錄，重大坡地災害持續發生，其原因除了與台灣地區地質材料與地質構造之不穩定因素外，亦與人為不當山坡地開發或設計有關。為了減低山坡地建築災害，更完善的山坡地建築基礎開挖之設計規劃日益重要。本研究針對我國「建築技術規則」內所允許的山坡地建築用地為研究對象，探討建築物基地之基礎開挖設計問題。主要針對位於山坡地岩層上建築基地之基坑開挖與支撐、基地調查、開挖邊坡之穩定與保護問題。進行資料綜合整理與問題分析研究，期望可研擬補充內政部民國 90 年頒佈的「建築物基礎構造設計規範」對坡地中岩層基礎開挖問題規定之不足處。有鑑於目前國內相關規範，例如大地工程設計最常引用的「建築物基礎構造設計規範」(其各章主題詳見圖 1.1)，在其內容中對土質地層基礎開挖設計之規定已甚為完整；但已是建立在明國 85 年前的狀況所制定的，其內容對山坡地岩層之基礎開挖並未涉及。導致，目前建築物基礎設計規畫者常依循土質的基礎開挖與支撐理論，進行設計與規劃，或許因此造成設計過度保守抑或低估其危險性，而導致山坡地建築工程之不確定性或災害。究其可能原因，大概是因為：(1)山坡地建築物之基地調查資訊不足或不夠清楚，致無法掌握岩層開挖之真正破壞行為與機制，故不足研判基礎工程開挖的設計及施工之合適對策。(2)或因，在國內現行規範僅提供建築在土質地層之開挖設計準則，根據土質地層的行為依規範規定設計，雖不盡妥適、合宜，惟仍不失為目前一種可以理解之選擇，設計者僅能遵守現有規範。例如見下例，國內某顧問公司 98 年間台北市內湖區金湖路集合住宅新建工程，其基地岩層主要為砂頁岩互層，走向為北偏東 32 度、向南傾斜 25~30 度。北側為順向坡基礎開挖，對該岩層的側向土壓估算，如圖 1.2 所示,係將岩層視為土壤而以 Rankine 主動土壓力分佈，並據此土壓分佈形狀與大小進行基礎開挖支撐設計。此一設計有時可能高估 10 倍以上(詳後第七章)，設計明顯偏於保守而. 1.

(24) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 不經濟。在台北市內湖區，也有不需太多支撐而也可順序完成岩層基礎開挖的案例：內湖區某一新建大樓工程，預計基礎深開挖平均深度達 15 公尺左右。該工址基地岩層主要為砂頁岩互層，北側為順向坡(向南傾斜 14~20 度)，南側為逆向坡(見圖 1.3)、東西側為斜交坡。北側順向坡部份之基礎深開挖，由於覆土厚度深(高達 10m 厚)且有山坡滑動的疑慮，則採用 1 公尺樁徑之擋土排樁加上五階之背拉岩錨措施；南側逆向坡之岩層為厚層塊狀砂岩，經分析判斷不致有傾倒破壞現象發生(見圖 1.4(a))；在斜交坡岩層根據地質調查結果顯示無層面滑動之可能，故岩層基礎開挖採接近垂直坡度之無支撐明挖方式完成(見圖 1.4(b))。. 圖 1.1. 2. 「建築物基礎構造設計規範」各章規定的主題.

(25) 第一章. 前言. XXX 案基礎開挖可行性方案與安全性檢討. 圖 1.2. 國內以土壓力分佈估計岩壓之設計案例(內湖區). 3.

(26) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 圖 1.3. 台北市內湖區岩層下建築之垂直開挖基地(蕭仲光，2002). (a) 工區南側(逆向坡) (b) 工區西側(斜交坡) 圖 1.4 在岩層內無支撐之垂直開挖案例(蕭仲光，2002). 但在山坡地易遭遇岩盤之基礎開挖實際行為(behavior)與破壞機制(failure mechanism)，吾人已知大部分並不同於土壤地層，例如：岩盤基礎開挖之側向岩層壓力可能並不像土壤基礎開挖的側向土壓力理論；岩質基礎開挖邊坡的破壞模式亦非一定如土質坡地地層之弧形滑動破壞，而是深受地質弱面(如層面、節理面等等)的行為所影響。因此，開挖岩層與上方覆土層應有不同的支撐方式與設計，見圖 1.5。故對位在山坡地較易遭遇之岩質地層的建築務之基礎開挖，與因開挖所導致之力學行為與其穩定問題，確是一值得國內研究的課題。. 4.

(27) 第一章. 圖 1.5. 前言. 在上覆土與下部岩層開挖之不同支撐方式. 1.2、研究背景. 台灣近年來豪雨之降雨量頻創紀錄，重大坡地建築災害持續發生，常見於報導的有：例如民國 86 年汐止鎮林肯大郡順向坡崩塌、87 年基隆市健康博市社區順向坡滑動擋土牆損毀、88 年基隆市陽光加樂比社區山坡擋土牆崩塌災害等等案例。其災害原因除了與台灣地區地質構造年輕不穩定有關外，亦多與人為不當. 5.

(28) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 的山坡地開發觀念有關。依岩石工程開挖經驗得知，其實在岩石材料內基礎開挖之側壓並不大，在岩盤內的建築基礎開挖，也許並不需太多的支撐就可完成開挖工作。但設計者也許並不敢如此的大膽設計，依然採行符合規範中土質基礎開挖理論去估計岩壓。但另一方面，如果岩體受到內在地質構造弱面之影響，常在基礎開挖達到擾動弱面時岩壓卻可能大幅增加，其釋放應力的值並不能單純以土壤力學的側壓力理論去計算；因而，導致有滑動或不穩定的趨勢，其力量通常亦無法以一般擋土措施予以有效阻擋。因此，在山坡地岩質地層中進行建築物之基礎開挖，有時雖不需擋護岩盤之側向岩壓，而是要抑制或抑止開挖坡岩層不穩定坡體之滑動。另外，目前在國內山坡地建築物之基礎開挖設計上，常可見逕自岩盤鑽探報告中擷取一代表参數後，採用土壤力學的公式或土壤破壞模式分析，假設其將承受到類似的土(岩)側向壓分佈及靜水壓分佈作用之計算，而進行對應的基礎擋土構造物設計或計算? 實際上在一山坡地建築工址進行岩盤基礎挖方，可能於不同區位遭遇各類不同岩質或不同厚度的岩層、且其地質構造特性都可能不同。因此，通常並無法以少數的鑽孔資料而可完全了解或正確判斷其工程特性。目前，國內工程上採用土壤力學理論進行岩層基礎開挖的計算與設計，其實並無法與岩盤實際行為或破壞機制相吻合。況且，岩層內水流壓力亦不如土壤內部到處都有靜水壓作用或規則分配作用在整個開挖面上，故以此等側壓力觀念假設岩坡開挖面將會承受到如同土壤之土壓及水壓作用方式，而逕行基礎開挖擋土構造之設計實非正確，也亟待正視與改善這一問題。歸納國內坡地建築物之基礎開挖，在工程設計上為何常引用土壤力學理論，其可能原因概是： (1) 因地質調查階段之資訊不夠清楚，或無法掌握基礎開挖岩盤之真正破壞模式，因之不足以研判真正的坡地建築基礎開挖工程設計及施工分析對策。 6.

(29) 第一章. 前言. (2) 因國內現行規範僅提供建築於土壤地層基礎支開挖設計準則，設計者遵守規範現有之計算規定，雖不盡妥適，惟尚不失為一種可以理解之選擇，但因而常造成設計過度保守、或低估其危險性而導致坡地基礎開挖工程災害。邏輯上，除了應透過目前建築規範規定之少數鑽孔資料獲知地層狀況外，亦應進行地表調查或引用鄰近工址資料做合理推估，甚或於現地進行小型試挖，透過實際觀察以掌握工區地層之真實行為，並於施工中擷取累積經驗一邊開挖一邊回饋到修正後續設計。但是，目前國內相關規範對土質地層之開挖設計規定雖已甚為完整，但相對上對山坡地岩盤基礎開挖之規範並未涉及。因此，對這類山坡地建築基地開挖較易遭遇之岩質地層，探討坡地岩層因開挖基礎而產成之力學行為與開挖坡之穩定問題研究，及其開挖基礎之岩層邊坡設計與穩定分析準則研擬之建議(大地工程學會，2011)，以利後續補足改善國內現有規範之研擬，確實是一項值得進行研究的課題。. 1.3、本研究探討的範圍. 本研究「山坡地建築用地」的範圍界定，宜先敘明。即可供做建築基地開挖的，除去在我國「建築技術規則」第 262 條已明確規定山坡地有左列各款情形之一者，不得開發建築。此等特殊情況皆不在本研究討論的對象：一、坡度陡峭者：所開發地區之原始地形應依坵塊圖上之平均坡度之分布狀態，區劃成若干均質區。在坵塊圖上其平均坡度超過 30%者。但區內最高點及最低點間之坡度小於百分之十五，且區內不含顯著之獨立山頭或跨越主嶺線者，不在此限。. 7.

(30) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 二、地質結構不良、地層破碎或順向坡有滑動之虞者： (一) 順向坡傾角大於二十度，且有自由端，基地面在最低潛在滑動面外側地區。 (二) 自滑動面透空處起算之平面型地滑波及範圍，且無適當擋土設施者。 (三) 在預定基礎面下，有效應力深度內，地質鑽探岩心之岩石品質指標 (RQD)小於百分之二十五，且其下坡原地形坡度超過百分之五十五，坡長三十公尺者，距坡緣距離等於坡長之範圍，原地形呈明顯階梯狀者，坡長自下段階地之上坡腳起算。三、活動斷層四、有危害安全之礦場或坑道五、廢土堆：廢土堆區內不得開發為建築用地。但建築物基礎穿越廢土堆者，不在此限。六、河岸附近及向源侵蝕區七、洪患：河床二岸低地，過去洪水災害紀錄顯示其周期小於十年之範圍。但已有妥善之防洪工程設施並經當地主管建築機關認為無礙安全者，不在此限。八、斷崖：斷崖上下各二倍於斷崖高度之水平距離範圍內。但地質上或設有適當之擋土設施並經當地主管建築機關認為安全無礙者，不在此限。. 依據上述規定之檢討，可供開發之「山坡地建築用地」：(1)應經中央或主管機關必要之程序核定後(例如山坡地雜項執照加強審核、坡審及水土保持計畫等等)，方可取得「雜項執照」，進而進行整地後取得「雜項使用執照」後，如有必要，需另進行地目編定者，始可成為建築用地；或是(2)部分區域屬於山坡地劃定範圍(即海拔高度超過 100 公尺或高度未滿 100 公尺，而其平均坡度達 5%以上者)，但屬於建築用地者，以上二皆可稱為山坡地建築用地。本研究所指之基礎 8.

(31) 第一章. 前言. 開挖甚至是指在「申領建照執照」後之建築物基礎開挖工程。然在山坡地建築用地因其地質變異性大，本研究案主要研究探討之對象為座落於岩盤上之基礎開挖，屬於沖積土壤或崩積等地質，因既有規範已有規定，則不在本次研究探討的範圍內。又經多次專家意見建議(詳附錄 B)，並擬定研究主題重點為以下各點，以使研究成果更具務實與完善： (1) 整地後的建築物基地之基礎開挖； (2) 針對台灣北部地區之砂頁岩順向坡性質岩層之基礎開挖穩定問題；(註：依「水土保持技術規範」定義「順向坡」是指：凡坡面與層面、坡面與劈理面之走向交角不超過二十度，且傾向一致者)； (3) 岩質地盤基礎開挖所導致的側向岩壓及其基礎開挖臨時性支承力問題； (4) 岩質地盤基礎開挖周圍邊坡保護之臨時性工法與流程. 1.4、研究目的與流程本研究計畫流程(詳下)擬先透過收集與歸納國際間對有關山坡地岩坡之開挖設計的相關規定，及其對應所需之工址調查內容與項目；並進行於坡地地形上層狀岩層之基礎開挖邊坡模擬研究，探討該基礎開挖邊坡之力學行為與開挖坡之穩定問題、及其對應的支撐或保護對策。主要針對山坡地建築用地以下內容研究： (1)收集與歸納國外規範或文章對坡地岩層斜坡之基礎開挖與支撐設計規定，研擬國內坡地岩層基礎開挖之可能的規定。 (2)收集與歸納國內外對坡地基礎之開挖與設計之基礎調查準則。 (3)進行模擬於斜坡岩層內建築基地開挖邊坡之力學行為與開挖坡之穩定分析等等研究，再依其研究經驗結果，建議山坡地建築基礎之岩層開挖邊坡之設計與其穩定分析準則的研擬。 (4)進一步，建立山坡地建築用地基礎開挖之周圍邊坡保護設計作業流程。. 9.

(32) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 透過本研究，期望對國內山坡地建築基地之岩層基礎開挖設計準則進行研擬建議，以期補充現有「建築物基礎構造設計規範」中在對岩質地層內之基礎開挖及對應需要的基地調查規定之不足處，俾減少未來坡地建築災要之發生。研究流程：. 1.5、預期目標本研究將對有關坡地岩層內建築基礎開挖與其開挖坡穩定性之支撐設計問題進行研究，預期完成：山坡地建築用地岩層的基礎開挖與支撐設計準則之研究。山坡地建築用地基礎開挖岩坡的穩定分析準則研擬之研究。建立山坡地建築用地基礎開挖周圍邊坡保護設計之作業流程。. 10.

(33) 第一章. 前言. 1.6、目前研究進度及工作項目：月工作項目. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 月月月月月月月月月月月. 國內外規範與相關文獻之收集與研讀. ※. 歸納國外規範與文獻對坡地及岩質地層開挖與支撐之建議. ※ ;. 收集國內坡地及岩質地層之邊坡開挖案例並分析歸納. ※. ※ ※. ※. ⊗. 期中報告提送以案例量測資料檢核數值分析結果並改善. ※. ※ ;. 專家學者諮詢會議研擬山坡地基礎開挖與支撐準則的設定原則及開挖邊坡之保護規畫流程. ※. ※ ⊗. 期末報告提送. ⊗. 期末定稿報告修正與提送預定進度％ (累積數). 備註. ※. 專家學者諮詢會議. 斜坡岩層開挖行為之值分析與開挖坡穩定分析. 12 月. 0. 0. 5. 15 25 40 50 60 70 80 90 100. 說明：１工作項目請視計畫性質及需要自行訂定，預定研究進度以粗線表示其起訖日期。２預定研究進度百分比一欄，係為配合追蹤考核作業所設計。請以每一小格粗組線為一分，統計求得本計畫之總分，再將各月份工作項目之累積得分(與之前各月加總)除以總分，即為各月份之預定進度。３科技計畫請註明查核點(※)，作為每一季所預定完成工作項目之查核依據。 11.

(34) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 12.

(35) 第二章. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 第二章台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 台灣地區由於颱風豪雨與地震等天然災害不斷，透過彙整各種社區住宅之可能大地工程主要災因，俾能對未來的山坡地社區工程安全有所助益。例如內政部建築研究所研究成果，歸納於表 2.1 山坡地社區災變之原因(陳建忠，1999)中，可知災因為：主要除因填土不當、或排水系統失效外，常導因於順向坡坡腳遭挖除、且擋土結構設計不足。因此，順向坡的基礎開挖及其所引起側向岩壓之研究更形迫切，本文擬針對在北部地區砂頁(泥)岩之岩性，於順向坡基礎開挖之坡地社區基坑開挖岩壓問題進行探討。. 13.

(36) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 表 2.1 社區名稱. 白雞山莊（三峽鎮）. 林肯大郡（汐止鎮）. 米蘭山莊（淡水鎮）. 健康博市（基隆市）. 大千豪景（新店市）克林頓山莊（霧峰鄉）. 山坡地住宅社區災害案例災變成因分析表(陳建忠，1999) 災變原因概述向度分類 1. 缺乏排水設施。排水系統 2. 河岸側向侵蝕淘空，引起邊坡滑動。邊坡穩定 3. 填方材料選用及施工不當。基礎穩定 4. 擋土牆抗滑設施不當。擋土設施 5. 地震造成含飽和地下水之填土地基承載力喪基礎穩定失，發生地表滑動。 1. 屬於順向坡地形，曾有滑動情形發生。邊坡穩定 2. 滑動邊坡坡腳遭挖除，滑動面出露。邊坡穩定 3. 擋土牆設排水孔數不足。擋土設施 4. 擋土牆與建築物安全距離不足。擋土設施 5. 建築物配置方向與地層走向相近。建築配置 1. 山坡有舊崩塌跡象，為山崩高潛感地區。邊坡穩定 2. 岩層風化劇烈。基礎穩定 3. 高填方建築基地，擋土牆基底寬度不足。擋土設施 4. 填土未充分壓實，土質鬆軟密度低。基礎穩定 5. 邊坡坡頂超額荷重，牆趾遭挖方。邊坡穩定 6. 排水系統堵塞，漫流增加填方含水量，對下排水系統邊坡之擋土牆形成破壞性壓力。 1. 順向坡的坡腳遭挖除。邊坡穩定 2. 擋土結構設計不足。擋土設施 3. 邊坡與建築物安全距離不足。擋土設施 1. 排水系統與原設計不符。排水系統 2. 填方區地下埋設之 RCP 管受土方不均勻沉陷排水系統與壓力，斷裂並填塞土石，失去排水功能。基礎穩定 3. 填方區位於溪谷水流匯集處，地下排水功能排水系統喪失，地下水四處流竄、沖刷土石。邊坡受斷層裁切，下緣擋土牆遭破壞，局部可見基礎穩定斷層泥出露，顯然斷層在此重複活動. 2.1、汐止林肯大郡一、災變概述：林肯大郡位於台北縣汐止鎮烘北里汐萬路二段，民國 86 年 8 月 17 日深夜，溫妮颱風挾帶著豐沛的雨量，侵襲台灣本島；18 日，汐止林肯大郡後方邊坡瞬時之間產生滑動，造成樓房被沖毀、倒塌的災變。此次災變總計造成房屋 80 戶全毀、20 戶半毀，居民死傷近百人的重大慘劇。災變中以林肯大郡第 3 區靠近山坡的一排大樓受創最為嚴重，整排大樓受到地層滑動的衝擊力量，向南折斷. 14.

(37) 第二章. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 傾倒，結構體本身亦嚴重龜裂扭曲。大樓地下停車場與一樓牆面、梁柱，受到擠壓而斷裂，大樓往下陷落，造成一樓居民遭到活埋。另外屬於第 2 區的 74、76、 150、152 號等一至三樓住戶，亦遭滑下的土石衝入屋內，同樣造成極大傷亡。下圖為林肯大郡削山填谷開發時期實景。. 圖 2.1. 林肯大郡災變全景. 二、災變環境：（一）地形：滑動區位於一略呈東西走向的小山脊之南向斜坡。根據農林航測所民國七十五年出版的五千分之一航空像片基本圖，顯示原基地後方山脊的高程為 100 公尺，整體斜坡上方的坡度約 30°，與地層傾斜角度一致，為一順向坡；斜坡下方的坡度則較為平緩，約在 20°左右，應是上方舊崩滑材料所堆積而成的崩積坡。其上並無明顯的水系發育，坡面大致完整。面積約 0.9 公頃，滑動之高程界於 56 至 86 公尺之間。（二）地質：林肯大郡位於基隆河北岸，基隆河北岸至五指山嶺間的地層，主要為中新世的沉積岩層所分佈，包括五指山、木山、石底山三個陸相地層，與大寮、南港二個海相地層。整體來看，地層大致呈一向南傾斜的豚背脊構造，滑動區的地形屬於順向坡地形，而順向坡最常形成的區域大多屬沉積岩。由於沉積作用往往是層. 15.

(38) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 層堆疊的，因此沉積岩多有一層層的「層理」，常形成薄層，以致於質地脆弱，特別是薄的「互層」（不同岩性的岩層交替相疊）往往使得岩層容易破碎。滑動區岩層屬石底層的底部岩段，由頁岩、砂岩及砂頁岩薄葉互層所構成，岩層走向北偏東 80 度向南傾斜 29 度。（三）工程：地錨區：在基地之西北側第二區建築物和第三區建築物之北端，亦即發生地層坍落之滑動區。重力式擋土牆：位於基地之西北隅，高度約 2 公尺，長度約 15 公尺左右。駁坎擋土牆：基地西北側，築有駁崁擋土牆做為建築區和坡地間之界線，長度約 70 公尺，高度在 1 6 公尺之間。排水：排水系統之設置，主要利用建築體間所設置之道路公共排水明溝、暗管及利用基地周緣之截、排水溝將坡面及建築區之地表逕流導引至基地各排水出口後，排放至北港溪。坡地上方無任何截排水設施。. 圖 2.2. 16. 第三區受到嚴重衝擊.

(39) 第二章. 圖 2.3. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 林肯大郡災變中深層塊體帶動淺層塊體衝撞坡底建築之景觀. 三、災變原因： 1. 林肯大郡社區西北角的山坡，在施工整地前的地勢是約 18 度的山坡，其地質屬於砂頁岩互層，地勢與層面略微平行，地質上仍屬順向坡。. 圖 2.4. 林肯大郡滑動面為薄砂頁岩互層使得地層脆弱容易破碎. 17.

(40) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 圖 2.5. 林肯大郡坡向圖. 2. 整地時砍除了順向坡的坡腳，使上層岩層失去了支撐的憑藉，五樓公寓距離擋土牆只有 1.5 公尺，。. 圖 2.6. 砍除坡腳造成地層不穩. 3. 建商以擋土牆、格梁和地錨來穩定邊坡，不過地錨量不足，少數錨頭已掉落，。. 圖 2.7. 地錨未固定於岩盤上. 4. 由於格梁上方的山坡裸露在外，使得降雨時水分下滲，而擋土牆擋土牆的排水孔設置數量少無法有效排水，造成滲水積存在頁岩層上方，擋土牆因為水壓難以宣洩，受力增加，使擋土牆有。 18.

(41) 第二章. 圖 2.8. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 上方山坡裸露. 5. 溫妮颱風來襲帶來豪雨，擋土牆後的壓力大增。地層開始滑動，可能由底下的滑動面開始滑動，衝入房屋地下室內，帶動上方地層滑動，衝破擋土牆，撞擊在公寓的一、二樓，使梁柱折斷，上方樓層下壓傾斜，造成嚴重傷亡。. 圖 2.9. 豪雨造成土壤滑動. 順向坡不一定表示山坡不穩定，岩性、排水與坡度都與山坡的穩定性有關，但是順向坡的坡腳若被砍除，造成滑坡的可能性極高。從岩性看來，以林肯大郡所在的區域而言，地質屬於台灣北部地區典型的砂頁岩互層，是促使滑坡容易發生的不利因素。在眾多互層內，下滑力之如何估計仍是目前工程設計難題。再者，當岩層的排水不良時，若遇到不透水層，滲入的水會積在不透水層的上方，特別是台灣北部多雨，使得水分容易滲入岩層之中，使得砂頁岩弱面摩擦力下降而發生滑動的可能。. 19.

(42) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 2.2、基隆健康博市一、. 災變概述：基隆市深澳坑路「健康博市」建築工地後方山坡，於民國 87 年八月十七日. 晚間六時許，瞬時發生大規模地層滑動，滑落的土石衝垮擋土牆，壓毀山腳下的建築工地（照片 2.1、2.2），並波及工地東側「美的世界」社區（教孝街三巷）的四戶民宅，導致民宅外部結構嚴重龜裂損壞（照片 2.3），二人受傷的意外事件。. 照片 2.1 滑動區東緣，滑落的土石衝壞擋土牆及路基，壓毀施工中的工地，並波及右側的民宅。. 20.

(43) 第二章. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 照片 2.2 滑動區西緣，左側為未損壞之開挖邊坡擋土結構，開挖高度達 15 公尺，圍籬後方為殘留之道路，右側道路已塌陷，健康博市工地為滑落之土石掩埋，幸未發生人員傷亡事件。. 照片 2.3 美的世界社區靠近滑動區的四戶民宅(教孝街三巷 43、45、47、49 號)，遭受滑落土石沖擊後，房屋外部結構損壞情形。二、災變環境：工程：建商在基地上建築地上 16 層地下 2 層的大廈，除向下開挖 9 公尺之外，並在基地北側築造最大高差達 20 公尺之混凝土排樁(樁長 17.5~23.7m、樁心距離 1.6 及 2.2m)擋土設施，配以 2~4 層長 24~26m 的背拉地錨(設計拉力 40~60T)，排樁上方以 40 x60cm 繫樑連結(林中立，2006；紀宗吉等，1998)。（一）地形：「健康博市」北側後方滑動山坡的範圍，東西寬約 100 公尺，南北縱長亦 100 公尺左右，面積約一公頃。滑動的山坡為一呈南北走向的小山嘴，在山嘴尾端接近工地的坡面走向轉為略呈東西方向，與地層位態一致屬於順向坡。滑動的山坡上有一產業道路通過，目前該道路亦因地層滑動而陷落中斷。. 21.

(44) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. （二）地質：地層滑動區的地質屬石底層的八斗子段，三層白砂岩所間夾之灰黑頁岩、中至薄層白砂岩與砂、頁岩薄葉互層三者之互層所構成。由於岩性軟弱，容易受風化及侵蝕作用影響，使得岩體變為軟弱。從滑動面所量得的層面位態為北偏西 80°，向南傾斜 24°。節理有二組，一組走向為北 70°西，傾角幾近陡直，節理密度自 30 公分至 1 公尺；另一組走向在北 20°東，傾角陡直，節理密度自 60 公分至 2 公尺。此二組節理所產生的裂隙成為地表水滲入滑動面的通道，和本次地層滑動有極大關係（照片 2.4）。. 照片 2.4 主崩滑體為高度風化之砂、頁岩，有發達的節理所造成的裂隙，使岩體具有吸附及滲透地下水的特性。. 三、災變原因：由現場調查結果顯示，山坡傾斜方向與地層位態一致，為一標準的順向坡的地形。本次地層滑動顯然是屬於標準的順向坡滑動，滑動的距離最遠達二十餘公尺（照片 2.5）。在滑動崩崖與滑動體之間露出新鮮的滑動面，滑動面的地質材料為新鮮灰色頁岩所構成（照片 2.6），在靠近坡面邊緣部份有土壤化的現象（照片 2.7），新鮮的滑動面之上，則為高度風化的厚層砂岩與砂、頁岩互層組成的崩滑體。（一）未能確實掌握基地內外環境地質狀況，順向坡的坡腳遭人為切除。（二）長年雨水入滲導致岩層間摩擦力降低而滑動，擋土結構設計不足以抵抗整體下滑的力量。（三）健康博市建築基地緊臨高陡之開挖邊坡，無適當之安全緩衝距離。由滑動面的新鮮頁岩可以說明，其滑動面是發生在新鮮的頁岩面之間，滑動面誠如一般認知，但究竟會發生於哪一層序之頁岩面仍是目前岩石力學無法確知 (楊長義，1992)。本區地層滑動的原因與林肯大郡災變如出一轍，為順向坡的坡腳遭人為切除，最後即使採用擋土排樁，還是因為無法正確預估整體下滑力量，終於造成滑動。. 22.

(45) 第二章. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 照片 2.5 介於主崩崖與主崩滑體之間，為地層滑動後所造成地形上的低陷區，低陷區的底斜面即為滑動面。. 照片 2.6 主崩崖下方露出新鮮的滑動面，滑動面的材料為頁岩，調查時發現已有軟化的情形，人無法在上面行走。. 照片 2.7 滑動區東緣之頁岩滑動面因接近地表有土壤化作用，造成頁岩軟化，摩擦角降低。 23.

(46) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 2.3、基隆監獄新建工程基地安全評估工作民國八十四年四月基隆監獄預定地，位於基隆大武崙地區，基地面積約 10 公頃，於整地挖填工作大致完成之際，西北側之邊坡發生大規模之崩坍破壞，顯著之崩坍區範圍寬度約 150 公尺左右，縱深最大約 80 公尺左右。本基地現已移交台灣科技大學作為坡地試驗站使用。該區域主要地質構造為順向坡，滑動面傾角約 20 度左右，走向為 N40。E，地質組成由地表而下主要分佈為覆蓋土層或崩積岩塊層、砂岩、砂頁岩互層、砂岩。地質剖面圖與本試驗設置區如圖 2.10 所示，現地照片則如圖 2.11 所示。崩坍範圍內之格樑式地錨擋土設施均已明顯破壞，從民國 84 年產生滑動破壞至今，該崩坍區仍有繼續塌滑的情形，但情況並不嚴重，. 24. 圖 2.10. 置區域地質剖面示意圖. 圖 2.11. 永久性地錨試驗區照片.

(47) 第二章. 台灣北部順向坡滑落之社區災害案例. 2.4、二高之公路邊坡破壞案例在進行大型公共公程之經驗豐富統計資料亦有利參考，例如國工局二高之邊坡破壞案例收集(國道新建工程局，2000)，在 25 個滑動破壞中，又有 20 個是發生在砂頁(泥)岩間或土岩介面之平面破壞型(plane failure)，主要開挖岩坡破壞類型為順向坡之滑動。進一步，在國工局二高之邊坡破壞案例，發現砂頁(泥)岩間平面滑動破壞之地層傾角大多僅約 8~15 度，以往總認為如此低緩的角度較不會造成邊坡坍方，一般建築開挖設計者易認為邊坡是安全的。然是實案例證明，即使符合現有「建築技術規則」第二百六十二條規定之建築用地，即我國規定順向坡之岩層傾角需在 20 度下才可開發建築，平緩地層的邊坡仍可造成邊坡滑動。這類在岩坡之建築基坑開挖之變形或開挖支撐力之量測資料在現階段則較貧乏。. 25.

(48) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 26.

(49) 第三章. 基地開挖之國內外相關規定. 第三章基地開挖之國內外相關規定 3.1、人工開挖邊坡破壞之原因 3.1.1、邊坡破壞之內外部原因一般開挖邊坡的不穩定坍方常是因為：(A)促使邊坡滑動之外在剪應力增加，或(B)使邊坡內部剪力強度降低等兩因素所造成(胡邵敏,1979；國工局,2000)，即影響邊坡安全係數消長的原因。而(A)引起邊坡剪應力提高的因素主要有： (1) 邊坡側向支承之消除－例如建築基地開挖、道路挖方、擋土牆拆除等等； (2) 外荷重之增加－例如邊坡上興建建築物或堆積開挖廢土、地震力等等； (3) 邊坡側向壓力之增大－例如岩縫充水、黏土性岩石吸水膨脹等等。. 另一方面，(B)降低邊坡剪力強度的因素主要有： (1) 風化作用使岩石崩解或凝聚力降低，如頁岩風化後崩解為碎片或碎粒； (2) 岩石材料因吸水含水量增加而弱化，如黏土質岩石、透水層與軟弱不透水層交疊等； (3) 雨水入滲造成岩層孔隙水壓升高，使有效應力降低剪力強度下降； (4) 邊坡內部產生漸進式破壞，使岩體強度由尖峰強度降至殘餘強度狀態。 (5) 人工開挖使岩體鬆弛或易滲水，損及抗剪強度。. 3.1.2、邊坡破壞之安全係數要求一般，臨時性邊坡要求常時之安全係數 FS ≥ 1.2、地震時 FS ≥ 1.0；永久性邊坡則要求常時 FS ≥ 1.5、地震時 FS ≥ 1.1、高水位時 FS ≥ 1.2。但依香港土力工程處(GEO, 2006)對各類岩土開挖時建議之安全係數 (或參見 Chiang, 1979)，尚需考量建物之重要性與災損風險。例如在下表 3.1 之第 3 類中，規定在開挖地區接近建築物，其破壞會影響建物的穩定時(例如停車場開挖，嚴重危害生命安全者)之安全係數之選取原則為： 27.

(50) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. (A)若有經全面工址調查的，包括一般鑽探外，現地調查尚應包括土壤與岩石剪力強度參數的室內試驗程序，及節理系統調查。並考慮可能因大雨影響邊坡穩定，這些影響包括土壤和岩石的穩定性分析，安全係數可只取為 1.2。 (B) 但若現地調查僅限於決定各種材料邊界、岩石類型、主控岩石穩定性的節理。其抗剪強度參數僅由破壞反算分析或類似材料的發表圖文中取得者，則安全係數需提高到 1.4。由此可知：建築物基地開挖之安全係數選定，除與該工程的重要性有關外，尚與設計所採参數之來源－「工址調查」之完整程度息息相關。因此，考慮改進邊坡「開挖設計」之完善，亦須對「工址調查」進行原則性要求。表 3.1. 香港土力工程處(GEO,2000)對各類岩土開挖之建議安全係數. 3.2、國內現有規範的情況 3.2.1、岩坡開挖 (A-1) 建築物基礎構造設計規範之規定國內對山坡地建築用地之規定，若參考民國九十年由內政部「建築物基礎構造設計規範」之第八章「基礎開挖」及「基地調查」規定(內政部，2001)，則發. 28.

(51) 第三章. 基地開挖之國內外相關規定. 現僅止於對土壤地層之開挖進行規範，鮮少觸及岩盤狀況。例如較接近對山坡地岩盤開挖問題者，僅見在其 8.8.1 節有針對軟岩內擋土壁長度(開挖深度 H+貫入深度 D )的規定:. ……………………………………. (A-2) 水土保持手冊之規定「水土保持手冊」之開挖整地水土保持 9.2 節內，僅規定幾項防範開挖問題原則，例如：(1)避開不穩定地區 (2)順應地形、地貌使破壞減至最少 (3)挖填平衡 (4)減少坡長與坡度 (5)分期分區施工 (6)排水系統 (7)邊坡穩定 (8)開發期間之防災設施。另外，在表工-1-4 則規定在岩土材料內挖方之邊坡坡度: 建議「硬岩」之開挖坡度(V : H)為 1:0 至 1:0.5、「軟岩」為 1:0.25 至 1:0.8，其建議範圍甚廣或具不確定性，亦未對對應開挖的高度作建議. 29.

(52) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. (A-3) 水土保持技術規範之規定 (順應地形及挖填平衡) 第八十九條內規定：開挖整地應依基地原有地形及地貌，以減低開發度之原則進行規劃。其挖填土石方應力求平衡。邊坡高度超過五公尺者，應設計為階段式邊坡及縱、橫排水。經邊坡穩定分析及水理計算安全無虞者，得予以放寬，惟單一階段高度不得超過十公尺。階段長度超過一百公尺者，應設分向排水，但情況特殊者不在此限。. (邊坡高度限制) 第一百五十四條內規定：人工邊坡高度超過五公尺者，以階段式設計為原則，每垂距五公尺，設置一 • 五公尺以上之平台，垂距不足五公尺，且未達二 • 五公尺者，宜平均分配於各階段中，平台之坡降以百分之一至百分之三為原則，且每五個平台中，至少有一平台三公尺以上。但訂有道路規範者，不在此限。. (A-4) 國內工程文獻針對挖方坡面之坡度，下表 2.可見於國內工程文獻。依設計坡面高度及坡面土質作適切之決定，一般取 30 度以下（1：1.8）且均應設擋土牆。岩層的允許開挖坡度通常高於土質地層，軟岩不需支撐時可開挖 60 度坡角、有設擋土牆允許開挖 80 度坡角。. 30.

(53) 第三章. 表 3.2. 基地開挖之國內外相關規定. 國內工程文獻設計岩土內邊坡面坡角(陳宗禮，2007). (A-5) 國工局邊坡開挖設計流程下圖 3.1 是國工局(2000)一般挖方邊坡設計流程：其流程大約是先經過「大地工程調查」後，初擬一個「坡距比」依地形/環境條件、施工條件，再經邊坡穩定分析研判可能的破壞機制是屬圓弧破壞、平面破壞、楔型破壞、傾覆破壞。經選定所要的「坡距比」之後，再進行「邊坡保護工法」選擇、設計及施工。鑑於國內長期對「邊坡保護工法」的分析設計研究，已有許多且成熟的研究成果，故在本研究將不再贅述。因之，本研究主要內容，將著重在對山坡地建築用地各類地層之「開挖」設計與對應的「工址調查」(含應調查項目、試驗種類)之研究(陳宗禮，2007)。. 31.

(54) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 挖方邊坡設計. 大地工程調查. 施工條件. 邊坡坡距比初擬. 地形／環境條件. 破壞機制研判. 坡距比研究. 穩定性分析. N. 綜合檢討 Y. 坡距比選定. 邊坡保護工法選擇. 邊坡保護工設計圖 3.1. 32. 國工局建議之挖方邊坡設計流程(國道新建工程局，2000).

(55) 第三章. 基地開挖之國內外相關規定. 3.2.2、工址調查 (B-1) 建築物基礎構造設計規範之規定國內，最新建築物基礎構造設計規範係依內政部內營自第九 0 八五六二九號令頒佈，民國九十年十月一日施行。其中第三章之地基調查部分，有關山坡地部分摘錄於下：. 33.

(56) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. (B-2) 「建築基地調查之研究(第二期)-工址地盤調查準則」之規定內政部建研所也曾於民國八十年七月至八十一年六月委託中國土木水利工程學會執行「建築基地調查之研究(第二期)-工址地盤調查準則」之研究。該研究對於山坡地之基地地質調查準則已做通盤檢討並完成準則之擬訂，集國內專家學者鉅細靡遺斧正，堪稱完整。另外，與山坡地息息相關之工程地質圖部分，由中國土木水利工程學會大地工程委員會於民國八十四年九月推動，並在中興工程科技研究發展基金會贊助下，於民國八十五年八月完成『工程地質圖測繪準則之研究』，對於山坡地之地質(尤其是岩盤)調查有深入之著墨：全編共分九章四十八節，內容包括：第一章總則(十節)，第二章現地調查(九節)，第三章工程地質平面圖(四節)，第四章鑽孔柱狀圖(四節)，第五章工程地質剖面圖(三節)，第六章開挖地質圖(三節)，第七章地球物理探查成果圖(三節)，第八章遙測影像判釋成果圖(四節)，第九章地質災害圖(八節)等。準則訂定內容，主要在於統一測繪工程地質之作業標準。由於內政部營建署頒訂之「基礎構造設計規範」對於山坡地之地質調查僅做原則性規範建議，因此除大型工程外，一般山坡地建築基地之工址調查，工址基礎若為岩盤者，均局限止於承載層之認定。以致於涉及岩盤中之開挖行為，無法加以確實掌握。尤有甚者，即便一般大型或重大工程，雖然依『工程地質圖測繪 34.

(57) 第三章. 基地開挖之國內外相關規定. 準則之研究』內容辦理較完整之工址地質調查；但在規劃設計階段，對於岩盤開挖之穩定分析，仍多採用“類土壤參數”之分析模式進行，結果可能導致所謂的保守設計更保守，也可能是保守設計變得不保守。. 例如，選取岩石材料試驗資料之凝聚力 C 與摩擦角使用，該採用尖峰(peak) 強度參數還是殘餘(residual)強度參數？又該如何折減？選用參數與岩石各項指標(包括 RQD、弱面性質等等)是否相關？假定岩坡破壞型態為何？凡此種種，皆在在影響邊坡穩定分析之最終結果，而更決定工程之成敗。因為岩石材料之 C 與可能並非控制岩盤邊坡破壞之主因，或邊坡破壞型態並非與假設結果相同，導致邊坡穩定分析偏離真實狀況。再如再考慮岩盤的側向力問題，在順向坡側或逆向坡側及斜交坡基礎開挖，其可能產生側向力理應不同。但目前基礎開挖分析階段，仍多沿用岩石材料的試驗資料之凝聚力 C 與摩擦角，並儘可能折減該參數至與土壤參數相近狀態，使得岩盤中基礎開挖與一般沖積土壤差異有限。而實際上岩盤基礎開挖所產生之側向力與所需之支撐息息相關(依實務經驗，岩盤基礎開挖若無顯著影響開挖的弱面，除岩層解壓之微小變形外，並無太大側向力問題)。近年來，社區順向坡的滑動例子，究竟順向坡的滑動力及其機制應如何評估？. (B-3) 國工局二高之經驗邊坡設計叁數的選擇幾乎已決定了邊坡是否穩定，例如：(1)在國工局二高關新段之邊坡破壞案例，原設計泥岩之凝聚力為 1~10 T/m2、摩擦角為 30~35 度，經歷邊坡滑動破壞後，反算得凝聚力應為 0、摩擦角應僅有 10~17 度。由此觀之，正確叁數選擇之重要性。 (2)另外，在新竹寶山三號跨越橋邊坡，原泥岩設計之凝聚力為 5 T/m2、摩擦角為 32 度，施工時經重新檢討並取工地岩心求泡水後剪力強度，得凝聚力應為 1T/m2、摩擦角應僅有 13 度。可見，施工階段持續調查及適時回饋到設計的重要，也是未來研擬準則需注意的。因此，岩盤開挖後之長期邊坡穩定及維護問題等等，也都與工址調查完整度或正確調查規劃有著密不可分的關係。下示圖 2 是國工局建議的邊坡調查方法與 35.

(58) 山坡地建築用地基礎開挖準則研擬之研究. 項目、下列表中則可見國內文章中對三種地層類型之邊坡調查項目，兩者均可供本研究研擬規定之具體參考。. 圖 3.2. 36. 國工局建議之邊坡調查工作(國道新建工程局，2000).