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藤枝聯外道路大規模崩塌監測治理經驗

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Academic year: 2021

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一、 前言

藤枝聯外道路位於高雄市六龜區與桃源 區,為通往藤枝森林遊樂區與周邊居民主要 道路,聯外道路沿邦腹溪右岸稜線山麓起伏 而上,沿線地層主要為廬山層,以中新世的 硬頁岩和板岩系為主,依御油山雨量站 82 ~ 105 年資料顯示,聯外道路年平均降雨量約為 4,137 毫米,且以 93 年為界,可明顯看出累 積雨量差異(93 年以前平均雨量 3,416 毫米,

94 年以後平均雨量 4,859 毫米)。此外,因 受梅雨及颱風影響,降雨多集中於每年 5 ~ 9 月期間。

聯外道路因地勢陡峭,加上坑溝向源侵 蝕、坡面岩盤風化等影響,94 年海棠、98 年 莫拉克,及 101 年 610 等颱風豪雨期間,均 造成聯外道路沿線多處邊坡崩塌與路基流失,

其中,94 年海棠颱風後,因邦腹溪淘刷坡趾,

導致聯外道路 2K 周邊發大規模崩塌,其崩塌 範圍由 4K 路基 ( 滑動體冠部 ),向下延伸至 邦腹溪畔 ( 滑動體趾部 ),崩塌面積約 10 公頃,

藤枝聯外道路大規模崩塌監測治理經驗

文/圖■吳重君■勇霖工程顧問有限公司技師 陳俊吉■勇霖工程顧問有限公司技師 張嘉倫■林務局屏東林區管理處治山課技士 林秀勇■林務局屏東林區管理處治山課技正 施保呈■林務局屏東林區管理處治山課課長

為求根本整治該崩塌地,屏東處除緊急於坡 趾設置護岸,避免坡趾持續遭淘刷,2K 與 4K 周邊增設懸臂式與加勁擋土牆,及石籠路基,

維持道路通行能力外,96 年起辦理地質調查 與監測,依調查結果辦理分期整治,並將監測 資料回饋,作為後續林道管理依據。

二、 現況調查與監測成果

為釐清大規模崩塌機制,以妥善規劃監 測系統,精確判定滑動塊體,進而評估整治工 法,以下將介紹本崩塌地之調查與監測成果。

(一)滑動範圍初判與監測系統規劃

由於邊坡位在邦腹溪河道攻擊岸,坡面 大小坑溝分布,海棠颱風後之災害跡象研判,

工區所在邊坡坡趾,因邦腹溪淘刷而發生大 規模崩塌,而坡面因鬆動土石形成數處坑溝,

加上坑溝向源侵蝕而使邊坡形成大小崩塌地。

94 年海棠颱風後,邦腹溪河道淤積抬升,溪 水淘刷坡趾,致舊崩塌範圍內再度發生大規模

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崩塌,其側邊坡面雖未發生明顯崩塌,但因可 見土石崩落與構造物開裂等徵兆,故研判仍在 潛在滑動範圍內(圖 1)。

為瞭解工區之滑動深度、速率與規模、地 下水位變化、結構物潛變與路基下陷速率等資 料,故 96 年設置傾斜管、水位觀測井、沉陷 點、傾度盤與裂縫計等監測設施(圖 2),以 綜合研判滑動機制,作為評估整治工法依據。

▲ 圖1、94年海棠颱風後現況與潛在滑動範圍判釋圖

(二)地質成果與地滑潛勢評估

本案地質鑽探深度依鑽孔所在位置與岩 心狀況而定,其深度介於 20 ~ 50 公尺間,

調查成果顯示,工區地層依序為崩積層與重度 風化破碎層(厚度 10.5 ~ 16 公尺);中度破 碎板岩,常夾剪裂泥與嚴重破碎板岩薄層(厚 度小於 17.5 公尺);輕度破碎板岩層,偶夾 剪裂泥(厚度 3.9 ~ 9.5 公尺);而最下層為 灰色新鮮板岩層,偶夾破碎板岩薄層。

(三)監測成果

工程界常以滑動深度將邊坡滑動區分為 淺層(深度 3 公尺以內)、中層(深度 3 ~ 10 公尺間)、中深層(深度 10 ~ 30 公尺間)、

以及深層(深度 30 公尺以上)滑動,並依滑 動類型,選定適當之穩定工法。而 96 年監測 初期傾斜管變形量甚大,部分孔位在大雨後便 被剪斷,經由增設傾斜管後,始收集足夠所需 設計參數,相關監測成果彙整說明如下:

1. 滑動體冠部

聯外道路 4.0K 周邊路段位於滑動體冠 部,前期先以箱籠構築路基以恢復交通,96 年監測期間,周邊地表裂隙分布,傾斜管仍可 觀查到 1.4 ~ 24.9 公分不等之變形量,且於 地表下 8.5 ~ 17.0 公尺間(崩積層範圍)發 現滑動面(圖 3),故優先加強周邊地表排水 與強化地層穩定,可避免滑動體之地滑潛勢持 續惡化。

▲ 圖2、傾斜管配置圖

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化量僅 5.5 ~ 7.5 公分間(圖 5),顯示其同 屬於地滑潛勢區,但穩定性相對較高,治理急 迫性較低。

▲ 圖5、滑動體外圍監測成果

三、 分期整體規劃

聯外道路 2K 周邊路段,因坡趾長期遭受 邦腹溪淘刷,94 年海棠颱後,形成大規模崩 塌,災後於坡趾先行興建護岸,坡面局部設置 格梁護坡,道路上下設置箱籠路基、懸臂式與 加勁式擋土牆,維持道路通行能力。

嗣後於 96 年藉由鑽探與監測,確認工區 為地滑高潛勢區後,考量治理急迫性與有限 經費額度,依監測成果,辦理分期整治工程。

而一般滑動深度在 10 公尺以上之地滑災害,

除應優先辦理地表截排水,避免災害急速擴大 外,可採用之地滑整治工法有以下 3 種:

(1)預力地錨工法:於滑動層面上方施加上 向力,以提高滑動層面摩擦力與穩定 性。

(2)抗滑樁工法:直接以 RC 排樁支承下滑 岩體。

(3)水平集水管與集水井等排水工法:導排

▲ 圖3、滑動體冠部代表斷面監測成果

2. 主要滑動體

鑽探成果顯示,位於滑動坡面之聯外道 路 1.8K ~ 2.1K 區間路段上邊坡,其殘留崩積 層厚可達 22 公尺,調查期間為裸露坡面,以 擋土牆與局部格梁方式護坡,保護道路安全,

96 年監測期間,汛期坡面土石崩落,周邊傾 斜管可觀察到 6.5 ~ 24.9 公分不等之變形量,

地表下 14.5 ~ 20.0 公尺間發現滑動面(圖 4),且滑動範圍內地下水位升降與降雨呈正 相關,顯示工區確實為地滑潛勢區,宜採用滑 動土體抑止方式整治。

▲ 圖4、主要滑動體代表斷面監測成果

3. 滑動體外圍

相較於崩塌坡面之明顯現象,位滑動體 外 圍 之 A17 與 A18 傾 斜 管, 同 樣 於 地 表 下 17.0 ~ 21.5 公尺間發現滑動面,但 96 年變

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滑動層面地下水與增加有效應力,提高 岩體強度與滑動層面穩定性。

一般工法選擇上,可同時搭配數個工法,

故應視工區狀況適材適用評估選用,就本案而 言,依據保全需求、岩盤條件、抗滑強度、施 工與費用、工期長短、維護成本、路基穩定、

及交通維持等因素評比(詳表 1),建議地滑 整治時以抗滑樁為主體,並視工區地水位與滑 動面深度,適度搭配水平排水管與預力地錨,

以形成複合型整治工法,提升邊坡穩定成效。

(一)第一期工程(96 年期間)

工區屬地滑高潛勢區,滑動體冠部陷落 崖與張力裂隙分布,為避免地表逕流入滲,導 致地滑災害擴大,第一期整治工程以冠部處理

(即聯外道路 4K 周邊路段),及少量設施維 持坡面短期穩定,避免災害擴大,為後續整治 工程爭取所需時間,相關工程規劃如下:

1. 強化地表排水

藉由冠部整坡(含裂隙填補)、植生護 坡與噴漿縱橫溝,配合周邊道路排水工程(含 道路邊溝)(圖 6),截排地表水,減少逕流 入滲,達初步穩定邊坡之目的。

2. 冠部長久穩定

考量降低坡體自重、提升邊坡抗滑能力 及維持道路長久穩定性,以抗滑樁(貫入滑 動面下岩層 5 公尺以上)路基搭配 RC 路面板 方式,改建 4K 周邊路段(圖 7),以兼顧 4K 周邊道路安全,減輕邊坡下滑力,提高坡穩定 性。

3. 坡面短期穩定

依 據 滑 動 面 深 度, 於 聯 外 道 路 1.8K ~ 2.1K 路段之既有擋土牆牆面,增設 50 公尺預 力地錨(貫入滑動面下岩層 10 公尺以上),

以維持邊坡穩定性。

▲圖6、第一期整治工程配置

(5)

表 1、藤枝聯外道路 2K 大型地滑整治工法評估表 工法

評比 預力地錨工法 抗滑樁工法 水平集水管與集水井等排水工法

工法限制 適用於滑動深度10~30公尺間之中 深層滑動

適用於滑動深度10~30公尺間之中 深層滑動

適用滑動深度30公尺以上之深層滑 動,造價昂貴

鑽探與

監測需求 需求稍低 需求次高 需求最高(需探查地下水位、流向

與流速)

岩盤條件 錨定層岩盤需具破碎性低,強度高 之特性

承載層岩盤需具破碎性低,強度高 之特性

導排層需為地下水豐富,且透水性 高之地層

結構性質 錨定成效視地質特性與鋼鍵防蝕能

力而定 RC力學特性明確 地下水排導成效受含水層影響甚鉅

抗滑強度 短期抗滑強度佳,長期抗能力視地 錨品質而定

基樁間距密則抗滑效果強,成效可 預估與量化

集水或排水阻塞時成效降低,成效 無法發揮

施工技術 施工技術要求稍低,工班最多 施工技術要求稍低次高,工班多 大型集水井施工技術要求最高,工 班少

施工費用 可複拉60T地錨*40公尺約4萬/支 全套管D100公分樁徑1.6萬/公尺 集水井D350公分約20萬/公尺,集 水管600元/公尺

工期長短 可同時多部鑽機鑽孔,工期較具彈

現地鑽掘澆置基樁,支數多時工期

視集水井與管之深度與長度而定,

一般工期長

維護成本 荷重需長期監測、維護與補強,維 護成本中等

無需維護,定期檢視即可,維護成 本低

排水速度隨時間遞減,偶需補孔,

維護成本高

路基穩定 完工後立即發揮穩定功效,但長期

穩定性視地錨狀態而定 完工後立即發揮穩定功效 成效視整體坡面排水成效而定

交通維持 擋土牆旁施工,視機具型式進行必

要交通管制 路外闢建便道施工,交通影響小 工區周邊坡施工,交通影響小

建議工法 建議採用

( 圖 片 / 高 遠 文 化 )

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(二)第二期工程(96 ~ 97 年期 間)

有鑑於 94 年崩塌後,崩塌地淺層不穩定,

坡面為裸露土石坡面,且 96 年汛期期間,坡 面土石大量崩落、淹沒聯外道路 2K 周邊路段,

嚴重影響道路安全,本期以崩塌坡面淺層整治 與坡面落石防護,維持行車安全為主;此外,

藉由水平排水管導排地下水,以達地滑整治之 目的,相關工程規劃說明如下:

1. 崩塌坡面淺層整治

因聯外道路 2.0K 所在邊坡淺層不穩定,

坡面無法自然復育,汛期屢發生落石事件,故

進行全面刷坡、噴植、型框植生及格框植生,

期達坡面穩定之目的;另道路上邊坡增設加勁 防落石牆與防落石柵,避免落石傷人災害。

2. 地滑整治

新設加勁防落石牆趾部設置基樁(貫入 滑動面下岩層 5 公尺以上),以提升邊坡淺 層與深層穩定性(圖 8)。此外,考量汛期地 下水位升降顯著,為影響邊坡穩定性之重要因 素,於聯外道路 1.8K ~ 1.9K 區間路段上邊坡 擋土牆,增設 50 公尺之水平排水管,導排滑 動面以上之地下水(圖 9),以降低工區地滑 發生潛勢。

▲圖7、基樁路面版標準斷面圖與現況照片

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▲圖8、2.0K基樁與加勁防落石牆斷面圖與現況圖

▲圖9、水平排水管斷面圖與莫拉克颱風期間排水現況

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(三)第三期工程(97 至 98 年期 間)

本期工程以控制地滑潛勢為主,加強前 期工程不足處為輔,相關規劃說明如下:

1. 抗滑樁搭配地錨工法

為控制邊坡地滑潛勢,並確保聯外道路 1.8K ~ 2.1K 區間路段之道路穩定性,故於 1.86 ~ 1.95K 道路下邊坡,施作 33 公尺之鑽

掘式基樁(貫入滑動面下岩層 5 公尺以上),

且於基樁帽梁處增設 50 公尺地錨,輔助基樁 達穩定邊坡目的(圖 10)。

2. 其它加強工程

有鑑於現地部分地表排水設施、水平排 水管、地錨及坡面處理未臻完善,辦理補設與 加強作業,以確保全區穩定性(圖 11)。

▲圖10、第三期整治斷面圖

▲圖11、坡面處理與保謢前後現況

四、 整治成效評估與回饋

(一)98 年莫拉克風災後整治成效 評估

98 年 莫 拉 克 颱 風 期 間,8 月 8 日 單 日 累積雨量 1,283 毫米,8 月 7 日至 11 日共 5 日累積雨量達 2,895 毫米 ( 為平均年雨量之 70.7% ),豐沛雨量重創藤枝聯外道路,造成 沿線 20%以上路段損壞。然而,聯外道路 2K

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與 4K 周邊路段,因經過完整之調查、監測、

與整治規劃,工程設施發揮穩定功效,工區無 重大災害發生,整治成效如下:

1. 滑動體冠部

位於聯外道路 4K 基樁工程上邊坡之 A1 傾斜管,經歷 97 年卡玫基與 98 年莫拉克颱 風考驗,穩定無明顯變化產生,顯示整治工程 成效良好(圖 12(a))。

2. 主要滑動體

由莫拉克颱風後,水平排水管大量排水,

地錨應力上升 50%,位於主要滑動體內之 A11 傾斜管雖產生 11 公分之變形,但災後 1 個月後,地下水位下降,地錨應力與傾斜管保 持穩定(圖 12(b))等現象研判,顯示整治工 程發揮成效,面臨莫拉克颱風極端降雨之考 驗,有效減緩工區地滑潛勢。

(a)滑動體冠部 A1傾斜管(4K周邊) (b)主要滑動體 A11傾斜管(1.9K周邊)

▲圖12、莫拉克風災前後主要滑動體內傾斜管監測成果

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3. 滑動體外圍

對於地滑潛勢稍低之滑動體外圍(1.8K 與 2.1K 周邊路段),採地錨搭配水平排水管 補強,整治工程雖減緩工區地滑潛勢,1.8K 周邊 A18 傾斜管於莫拉克颱風後雖產生 5 公 分變位後,恢復穩定(圖 13(a)),但位於上 邊坡 2.1K 周邊地錨有應力上升後斷裂與鬆脫 之現象,顯示 2.1K 周邊路段於極端降雨狀態

下,其強度尚有不足。

有鑑於莫拉克風災後,潛在滑動範圍內 植生復育良好,設施無嚴重損壞情形,且災後 監測設施保持穩定,顯示本案治理成效良好,

故先針對地 2.1K 周邊錨損壞處加以補設地錨,

並延續監測其後續變化,以評估後續補強需 求。

(a) A18傾斜管(1.8K道路下邊坡) (b)B5傾斜管(2.1K道路下邊坡)

▲圖13、莫拉克與610風災前後滑動體外圍傾斜管監測成果

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(二)第四期整治工程與成效說明

因莫拉克颱風後,聯外道路 2.1K 周邊路 段陸續發現擋土牆與護欄開裂,地錨持續損壞 脫落,路面下陷與開裂等災害徵兆,故增設 B3 至 B5 傾斜管,並由傾斜管之孔口變位向量 發現,610 豪雨後 B3 與 B4 傾斜管有 2.1 ~ 2.5 公分之變化量(圖 13(b) 與圖 14),且 103

年雖為乾旱年度,降雨量少,但麥德姆颱風後 傾斜管位移,且持續有災害徵兆產生,顯示本 路段汛期地滑潛勢仍高。考量本路段地滑潛勢 升高,且地錨損壞將使鄰近地錨負荷增加,須 辦理整治,抑制地層滑移,以降低大規模崩塌 發生機會。

▲圖14、103年2.1K周邊現況與監測成果

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由 101 ~ 103 年監測成果發現,前期整 治工程雖發揮功效,成功抑制地滑災害發生,

但聯外道路 1.8K 與 2.1K 周邊所在坡面,因治 理急迫性稍低,於擋土牆面僅施做地錨與水平 排水管,因近年監測發現汛期期間,聯外道 路 2.1K 周邊發現多處地滑徵兆,於 104 年施 作長 23 公尺鑽掘式基樁,及 35 公尺地錨之

第四期整治工程,以提升該路段之穩定性;此 外,聯外道路 2.0K 至 2.1K 路段既有擋土牆,

96 年完工至今,因經歷數場極端降雨與整治 工程,牆面功能雖然良好,但牆面密布修補痕 跡,考量工區將趨穩定,且鄰近工作站內恰有 一批紅檜疏伐木(小徑木),故將其應用於牆 面美化工程(圖 15),以達友善環境之目標。

▲圖15、第四期地滑整治斷面圖與牆面美化現況

(13)

另由第四期工程完工後之監測成果可知,

105 年梅姬颱風帶來超大豪雨等級之考驗(日 累積雨量 570 毫米),工區現況良好,傾斜 管與地錨應力均保持穩定而無變化,顯示各期 整治工程已均發揮成效,歷年工程配置示意詳 圖 16 所示,工區趨於穩定(圖 17)。

▲圖16、藤枝2K大規模崩塌地歷年主要整治工程配置圖

五、 結論與建議

本文以 94 年海棠颱風後,藤枝聯外道路 2K 周邊發生大規模崩塌為例,藉由現況與地 質調查、以及坡地監測,探究工區地滑潛勢與 機制,據以規劃適宜之分期整治工法,並搭配 完工後之延續監測,評估整治成效,作為後續 維護補強依據,相關成效彙整如下:

(一) 坡面維護需運用防災、減災、避災觀 念,以「災前」監測規劃,與惡化前積 極治理,取代「災後」交通阻斷與搶修 復建,前期監測成果確認滑動機制,後 續監測成果評估工程整治成效,並配合 持續監測,作為有效資料回饋。

(二) 考量山區地形限制、岩層分佈、鑽掘機 具、與施工性等因素,採抗滑樁與地錨 工法,搭配地下水排除之複合式手法,

整治地滑;若以淺層整治工法(如植 生、掛網護坡、擋土牆等),成效較不 彰。

(三) 藤枝聯外道路 2K 路段所在邊坡,屬舊 崩塌地重複致災之地滑高潛勢區,經完 成之調查、監測、規劃整治、成效評估 與回饋等機制,已有效穩定工區地層。

(四) 未來林道於坡面發現明顯地滑潛勢跡 象時,應及早進行調查、鑽探與建置監 測系統,作後續整體整治規劃之依據,

整治後持續監測,以評估整治成效,作 為維護補強之依據。

▲圖17、藤枝2K大規模崩塌地整治後現況

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參考文獻

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