為求大雪山林道 8.2k 崩塌地根本之整治,
東勢林區管理處於 103 年起辦理地球物理探 測、地質鑽探與監測計畫等,配合區域地層資 料蒐集、颱風與降雨等資料,並配合邊坡穩定 分析及進行綜合研析,以作為整治規劃之參考 依據,處置歷程如圖 2。
二、環境背景
( 一 ) 區域地質與構造
參 考 中 央 地 質 調 查 所「 國 姓 圖 幅 」 1999,本調查區位在猴洞坑層 (Hd) 地層範圍 中,猴洞坑層 (Hd) 之地層性質岩性大部份由 灰黑色塊狀頁岩組成,部份頁岩內夾 1 至 3 公分薄層細粒緻密砂岩成為砂頁岩互層。鄰近 地區最近的活動斷層主要為大茅埔 - 雙冬斷層 ( 第一類活動斷層,位於調查區西側約 3.5km)
及鄰近相關其他地質構造有馬鞍寮斷層、大坪 角斷層、中坑坪斷層、和平斷層及中坑背斜 等。
一、前言
大雪山林道位於臺中市東勢區,全長 64 公里,為通往大雪山國家森林遊樂區與周邊居 民主要道路,於 102 年 7 月份歷經蘇力、潭 美及康芮等颱風侵襲,多日強降雨造成轄區生 成多處崩塌地,並使多條林道因路基流失而中 斷,影響遊樂區營運甚鉅,尤以大雪山林道 8.2k 最為嚴重。東勢林區管理處災後積極辦 理搶修與復建工程,以穩定崩塌情況及維持道 路通行。
崩塌地緊急處置與調查監測成果-以大雪 山林道8.2k為例
文/圖■邵龍雨■林務局東勢林區管理處治山課課長 李準勝■永勝工程顧問有限公司
▲ 圖 2 災 害 處 置 歷 程 圖
▲ 圖 1 東 勢 大 雪 山 林 道 8 . 2 k 道 路 位 置 圖
( 二 ) 水文資料
臺灣地區主要降雨量,以每年的梅雨季節 和颱風時期為主。參考中央氣象局東勢雨量站 資料,經雨量資料統計結果,以算術平均方式 推估集水區年平均雨量,約為 2,114mm,雨 季多集中 6~8 月,其中亦以 6 月份最多,主要 仍為颱風及梅雨帶來之充沛雨量。
( 三 ) 環境地質敏感因子
由現場地質調查及參考中央地質調查所 公告資料,本調查區南側範圍有順向坡地質敏 感因子,同時是經濟部 103 年 12 月 22 公告
「山崩與地滑地質敏感區 (L0003 臺中市 )」
的山崩與地滑地質敏感區範圍內。
三、崩塌發生歷程
( 一 ) 102 年蘇力颱風及潭美颱風侵 襲
本調查區於 102 年 7 月遭蘇力颱風侵襲 後,道路路面毀損、原有擋土牆側向下滑及上 邊坡坡面產生裂隙有滑崩之虞,現場災害情 形,如照片 1 所示。
經東勢林區管理處搶通後,於 102 年 8 月又遭潭美颱風侵襲,道路路面再次毀損造成 交通中斷及下邊坡坡面陷落,現場災害情形,
如照片 2 所示。
( 二 ) 103 年連續大豪雨及麥德姆颱 風侵襲
本調查區於 103 年 5 月遭連日大豪雨後,
赴現地勘查發現該處路面龜裂,擋土牆側移外 推,研判應受梅雨期間雨量豐沛致使水位偏高 無法及時宣洩,側向水壓過大,導致災害發 生。現場災害情形,如照片 3 所示。
本調查區於 103 年 7 月遭麥德姆颱風侵 襲後,道路上邊坡坡面裂隙亦有輕微變大趨 勢,道路下邊坡坡面因植生護坡工已損壞,亦 有邊坡滑落之趨勢,現場災害情形,如照片 4 所示。
▲ 照 片 1 蘇 力 颱 風 侵 襲 後 現 場 情 形
▲ 照 片 2 潭 美 颱 風 侵 襲 後 現 場 情 形
四、緊急處置作為 ( 一 ) 102 年處置作為
本調查區遭颱風侵襲後,路面龜裂,原有 擋土牆側向下滑,對附近居民及大雪山遊樂園 區往來人車安全嚴重威脅。
對此,東勢林區管理處即以「東勢處轄 內搶修工程」開口契約緊急搶修,以穩固路面 並回復通車。緊急施作工作包括:利用鋼軌、
鋼板與混凝土等工材施作臨時擋土並回填現地 土體,藉以穩固路面。現場工程施作如照片 5 所示。
除緊急搶修並回復通車外,並籌編經費 辦理「大雪山林道 8.2K 蘇力颱風復建工程」,
除針對舊有損毀路基修復外,亦於沿途上、
下邊坡新設擋土牆並於基礎底部植入微型樁,
藉以穩固林道坡面避免滑動側移,施作內容 如下 :
1. 上、下邊坡擋土牆共計 69m 2. 鋼板護欄 60m
3. 排水溝 108.5m 4. 截牆 8 座 5. 掛網噴植 580m2 6. 瀝青鋪設 675m2
7. 噴漿縱溝 96m、橫溝 30m 8. 靜水池 1 座
現場工程施作過程如下面說明及照片 6 及 7 所示。
▲ 照 片 3 連 日 大 豪 雨 過 後 現 場 情 形
▲ 照 片 5 緊 急 搶 修 情 形
▲ 照 片 4 麥 德 姆 颱 風 侵 襲 後 現 場 情 形
▲ 照 片 6 工 程 施 作 過 程 ( 一 )
本工程施作微型樁鑽孔作業期間,孔穴 內地下水層湧出,與原評估地下水位於枯水期 間應降至原預定開挖地底 10m 以下,然實際 鑽孔後發覺地底砂、泥岩層交錯摺皺,地下水 位高於原評估,為避免開挖至透水層招致湧 水、鋼軌沉陷情事發生,故調整鋼軌埋設深 度。調整部份鋼軌埋設深度由 9.5m 修改為深 度 8m,藉以避免地下水層,如照片 8 及 9。
下邊坡微型樁設置完成後,再進行 A 型 擋土牆作業,擋土牆採分層混凝土澆置,其 A 型擋土牆施作完成後再進行導水墩座及護欄 施設,最後再進行路床整理回填。現場工程施 作如照片 10 及 11。
▲ 照 片 7 工 程 施 作 過 程 ( 二 )
▲ 照 片 9 微 型 樁 施 作 情 形
▲ 照 片 8 孔 穴 內 地 下 水 層 湧 出 情 形
▲ 照 片 1 0 擋 土 牆 施 作 過 程
▲ 照 片 1 1 導 水 墩 座 及 護 欄 完 工
本工程最後施作上邊坡 B 型擋土牆,施 作工程內容分別為新設排水溝、B 型擋土牆
(鋼軌樁共計九支)、路面整理及 AC 鋪設。
現場工程施作如照片 12 及 13 所示。
僅位移約 17cm,路面僅局部毀損而未大規模 坍塌。
針對此次林道損壞因素,即利用 103 年 度「東勢轄內崩塌地調查緊急評估規劃」進行 地電阻法探測地下水位確認其水位高層 EL612
(該處林道路面 EL620~618),該處土層含水 極為豐沛,造成側向應力加劇,且在道路至道 路上方邊坡約 40 公尺地層為剪裂破碎岩盤或 開口裂隙發達。大雨時地表水易由開口裂隙向 下滲流或造成邊坡坍塌、崩滑。地電阻法探測 成果如圖 3 所示。
▲ 照 片 1 2 新 設 排 水 溝 施 作 過 程
▲ 照 片 1 3 現 場 工 程 完 成
▲ 圖 3 地 電 阻 法 探 測 成 果 圖
( 二 ) 103 年處置作為
本調查區於連日大豪雨後,AC 路面產生 裂隙及部份路基掏空影響道路進行,另上邊 坡擋土牆有裂隙產生,下邊坡則因大量雨水 灌入導致部份土石崩落,前期已完成之護坡 工程設施有再度傾斜現象,而噴漿溝及掛網 植生部份已損壞,影響下邊坡之安全穩定性。
有賴微型樁發揮效用,林道擋土牆上端側向
由於本調查區林道下邊坡地下水層甚高,
為免汛期再次發生災害,施作水平集水管洩 水(共計 29 孔、總鑽深長 1,000m)、噴漿 護坡及重力式擋土牆並路面 AC 重鋪,藉以減 少雨水入滲及地下水壓,並加強抗側移力與 坡腳穩定等方式穩定坡面,施作如照片 14 及 15。
為了解崩塌地根本之整治,於水平集水管 洩水完成後,緊接進行地質鑽探,並設置傾度 管兼地下水位管及水位計以達到完整且具經濟 效期的監測計畫,如照片 16 及 17。
經鑽探結果顯示,未固結地層分佈於道 路上邊坡厚度約在 1.35m、道路下邊坡厚度約 8~9m,主要為崩積層。固結地層部份,由上 層至下層分布為砂岩頁岩互層 (SS-SH)、頁岩 夾砂岩 (SH/ss) 、砂岩夾頁岩 (SS/sh) 和頁岩夾 砂岩 (SH/ss) 等四個層次,岩性膠結良好,但 相當多的剪裂段及剪裂破碎段。
另於鑽探完成後,再次調查地下水位,
其邊坡水位高層為 EL594( 較施工前水位降低 18m),顯見水平集水管發揮功效,有效降低 地下水位高層,減少側向壓力,續即以量測方 法持續觀察。
▲ 照 片 1 4 施 作 水 平 集 水 管 洩 水
▲ 照 片 1 6 現 場 鑽 探 施 工 照
▲ 照 片 1 7 地 下 水 位 量 測 照 片
▲ 圖 4 工 址 地 質 圖
▲ 照 片 1 5 現 場 工 程 完 成
五、長期監測成果分析
為快速掌握大雪山林道 8.2K 崩塌區之滑 動範圍、地下水位等現地資料,於崩塌區鑽 探 BH-2 及 BH-3 並建置傾度管及地下水位計 監測系統。自動式水位計,以即時方式進行地 下水位之觀測;此外,設置傾度管,量測不同 深度之地層變位情況,透過監測之方式來瞭解 是否有滑動或傾倒的現象,及明白邊坡之穩定 狀況。監測儀器設備項目及建置目的,詳表 1 監測設備一覽表。
少,地下水位逐漸下降,顯示降雨量對於上邊 坡地下水位影響甚大;另道路下方邊坡地下水 位變化 GL.-21.7m~GL.-23.0m,由於此處下方 邊坡已由東勢林區管理處施作橫向排水管,故 降雨皆可透過水平集水管洩水即時宣洩,對於 下邊坡地下水位壓力影響不大,但必須確保目 前水平集水管洩水功能。
編 號 儀 器 名 稱 數 量 量 測 方 式 建 置 目 的 備 註
1 地 下 水
水 位 計 2 組 自 動 量 測 即 時 地 下 水 位 變 化 監 測
採 3 G 方 式 進 行 傳 輸 2 傾 度 管 2 組 人 工 量 測 地 表 滑 動 變 化 監 測
表1、監測設備一覽表
( 一 ) 地下水位計觀測
於傾度管內設置地下水位計,以自動傳 輸之方式進行地下水位監測,並將相關資料 傳送至現地的資訊接收站,將物理資料整合、
儲存於現地外,亦透過 3G 方式將資料即時回 傳到後端展示平台。除此之外,本計畫將相 關資料進行異地備份並上傳至系統平台,以 保障資料傳輸完整性與防災準確性。
為確保自動水位計之準確性,於傾度管 監測時,同步以人工自記方式量測地下水位,
並相互比對量測結果,藉以校正或佐證電子 式監測之準確性。
由人工自記地下水位、自動地下水位計、
及降雨量等三方資料 ( 如圖 5 地下水位與雨 量關係圖 ) 比對得知,於道路上方邊坡地下水 位變化 GL.-6.80m~GL.-12.90m,由於降雨量減
說 明 : 上 邊 坡 B H 2 地 下 水 位 量 測 記 錄
說 明 : 下 邊 坡 B H 3 地 下 水 位 量 測 記 錄
▲ 圖 5 地 下 水 位 與 雨 量 關 係 圖
( 二 ) 傾度管觀測
為判別地下滑動面變位情形,量測頻率 每月每處 1 次,且其觀測間隔日期,原則需 均等,並至少 10 次,如遇強震、颱風豪雨或 其他特殊情況應增加觀測次數。
於 103 年 7 月 1 日 至 104 年 3 月 28 日 期間量測結果顯示,BH-2 及 BH-3 日變位量 已達 0.10~0.20mm/ 日,整體地形剖面側向變 化趨勢亦可由圖 6 傾度管量測成果圖所示,
可知 BH-2 孔,地表下 0.0~13.0 明顯向外滑動 約 23mm。其中地下水位變化 GL.-6.80m~GL.- 12.90m, 最 大 位 移 量 化 由 5mm( 日 期 103/07/01) 變 化 至 23mm( 日 期 104/03/28);
日平均位移量變化為 0.50mm/ 日 ~0.09mm/ 日,
變化量亦逐漸漸緩趨勢 ( 如表 2 傾度管監測成 果評估表所示 ),由上述分析可知,降雨量減 少,地下水位逐漸下降,以及日平均位移量變 化逐漸漸緩趨勢。
另 BH-3 孔 位, 該 處 地 下 水 位 變 化 GL.- 21.7m~GL.-23.0m,最大位移量化由 5mm( 日期 103/07/01) 變 化 至 39mm( 日 期 104/03/28);
日平均位移量變化為 0.50mm/ 日 ~0.14mm/ 日,
變化量亦逐漸漸緩趨勢 ( 如表 2 所示 ),由上 述分析可知,降雨量減少,地下水位逐漸下 降,日平均位移量變化逐漸漸緩趨勢。
依據表 3 日本地滑對策技術協會 (1978) 所提位移速率與邊坡穩定性判斷建議表所示,
目前 BH-2 孔向東南東方向傾斜,BH-3 孔向東 北東方向傾斜,兩孔均已達『準確定變動』,
活動性為緩慢運動中。
▲ 圖 6 傾 度 管 量 測 成 果 圖
B H - 2 孔 量 測 成 果
B H - 3 孔 量 測 成 果
表2、傾度管監測成果評估表(103/07/01~104/03/28(共計 270 天)
表3、位移速率與邊坡穩定性判斷建議表(日本地滑對策技術協會 ,1978)
孔 號 位 移 量
( m m )
日 平 均 位 移 量 ( m m / 日 )
傾 斜
位 移 方 位 觀 測 結 果
B H - 2 2 3 0 . 0 9 東 南 東 側
A 向 :
地 表 下 0 . 0 ~ 1 3 . 0 明 顯 向 外 滑 動 約 2 3 m m , 平 均 0 . 0 9 m m / 日 。 地 表 下 1 3 . 0 ~ 2 9 . 5 m 向 外 潛 移 約 4 ~ 6 m m 。
B 向 :
全 段 向 B + 方 向 潛 移 約 5 ~ 8 m m , 平 均 0 . 0 4 9 m m / 日 。
B H - 3 3 9 0 . 1 4 東 北 東 側
A 向 :
地 表 下 0 . 0 ~ 6 . 0 m 向 外 滑 動 3 9 m m , 平 均 0 . 1 4 m m / 日 。 地 表 下 6 . 0 ~ 1 0 . 0 m 向 外 滑 動 1 2 m m , 平 均 0 . 0 4 m m / 日 。 地 表 下 1 0 . 0 ~ 1 3 . 5 m 向 外 滑 動 6 m m , 平 均 0 . 0 2 m m / 日 。 B 向 :
地 表 下 0 . 0 ~ 2 . 0 m 向 外 滑 動 1 2 m m , 平 均 0 . 0 4 m m / 日 。
變 動 種 別 日 變 位 量
( m m )
月 變 位 量 ( m m )
一 定 方 向 的
累 積 傾 向 活 動 性 判 斷 摘 要
緊 急 變 動 2 0 以 上 5 0 0 以 上 非 常 顯 著 急 速 崩 壞 崩 壞 型
泥 流 型
確 定 變 動 1 以 上 1 0 以 上 顯 著 活 潑 運 動 中 崩 積 土 滑 動
深 層 滑 動
準 確 定 變 動 0 . 1 以 上 2 . 0 以 上 略 顯 著 緩 慢 運 動 中 黏 土 滑 動
回 填 土 滑 動
潛 在 變 動 0 . 0 2 以 上 0 . 5 以 上 稍 稍 有 有 待 繼 續 觀 測 黏 土 滑 動
崖 錐 滑 動
六、結論與建議
由野外地質調查,本工址的地層位態大致 呈 N35°E/55°E,相對於本工址的地形坡向其 交角大約 20 度左右,所以大致呈斜交 - 順向 坡地形,且本調查區南側位處在山崩與地滑地 質敏感區範圍內。
地球物理和地質鑽探結果,本工址下方 ( 即包含道路上方邊坡至下方河岸坡址處 ) 為 較剪裂破碎甚至含泥的地層,其 RQD 幾乎為 零,加上受側向邊坡解壓影響,多形成開口裂 隙易留存地下水,尤其大雨時地表水易下滲至 開口裂隙造成坡體土重增加,坡體土壤強度大 幅降低,因此易發生向下潛移或崩滑現象,由 現地觀察大雨過後,多處易發生側向位移裂 縫。因此整體邊坡破壞,破壞模式初步推測是 由於地層大部分為剪裂破碎,以及容易蓄積地 下水,而造成向下潛移或崩塌的圓弧型邊坡破 壞模式。
由監測結果顯示,於 103 年 7 月 1 日至 104 年 3 月 28 日為止,BH-2 孔日平均位移量 由 0.50mm/ 日 ~0.09mm/ 日;BH-3 孔日平均位 移量變化為 0.50mm/ 日 ~0.14mm/ 日,因此兩 孔皆有緩和之趨勢;依據日本地滑對策技術協 會 (1978) 所提位移速率與邊坡穩定性判定關 係,本工址目前邊坡穩定狀態為「準確定變 動」(0.1~1mm/ 日或 2~10mm/ 月 ),具有一定 傾斜累積方向,大致呈向東傾斜,為緩慢運動 中。
本工址於 102 年遭颱風侵襲,造成路面 中斷等災害,故施作微型樁、鋼軌、擋土牆等 災修復建工程。但由於道路邊坡地下水位豐沛
且地層剪裂破碎,當時觀察地下水位大致分 佈在地表下 9m 附近,甚至暴雨時期高達地 表下 2~3m 附近,因此於 103 年發生連日大 豪雨後,路面再次掏空破壞,有賴前期完成 的微型椿充分發揮效能,僅局部毀損未釀成 大規模坍塌。同時為減少地下水壓,施作水 平集水管洩水,於監測成果得知,地下水位 已控制在地表下 22m 附近,林道路基側移日 漸趨近緩和獲得改善,顯示水平集水管洩水 發揮極大效益,可供後續相關坡地災害緊急 處置案例參考。
未來透過持續監測觀察,需注意地下水 位是否有不正常變化,以確認水平集水管洩 水功能,適時進行管內淤積物清除的工作,
避免地下水上升增加側向壓力,再度造成坡 地災害。
參考文獻(請逕洽作者)
( 圖 片 / 高 遠 文 化 )