工程研究

邊坡整治工法之工址調查

一、    前言

台灣地區坡地面積佔70％以上，加上地形陡峭、地質年代輕、地質構造脆弱而複雜、降雨量多，以及人為開發不當等因素，經常造成包括山崩落石、地層滑動及土石流等三大類型災害。就自然邊坡而言，山崩落石類型包括急速之落石及傾倒破壞；地層滑動類型主要破壞模式包括較緩慢之淺層崩塌及平面破壞；土石流類型則因崩坍之土石材料堆積於集水區內，遭遇豪雨時發生流動所致，如圖一所示。

自民國79年花蓮銅門發生土石流災害，85年賀伯颱風南投神木村土石流災害，民國86年溫妮颱風造成台北林肯大郡順向滑動災害，台灣地區近十數年來隨著坡地人為不當開發及自然因素的肇因下，坡地災害日益頻繁。

邊坡穩定工法種類雖多，其效果卻繫於適用性，基於山坡地複雜的地質、氣候及水文等自然因素作用下，穩定工法之適用性常繫於對工址基地及周邊環境基本資料的瞭解，其中以地質因素最為重要，本文將就邊坡穩定所需之地質調查做一介紹，期能對於坡地整治工法的選擇、設計、施工及管理維護有所助益。

二、台灣地區常見的坡地災害

台灣地區由於地質複雜、地形陡峭、降雨集中，又多颱風及地震，因此坡地的自然環境極具敏感性，尤其加上近年來不當開發的後果，人類的活動入侵自然的平衡領域中，將不穩定因素帶入環境中，坡地災害於是日漸增多。

參考洪如江(1998)以坡地類型將台灣常見的坡地災害大致區分為七大類，如表1所示。而廖瑞堂(1998)以常見的坡地災害原因將災害類型區分為六大類，如表2所示。

三、坡地整治工法

邊坡災害防治措施一般可分為抑制工及抑止工兩大類，依據日本經驗，當邊坡滑動速度在1mm/日以上時，先行以抑制工處理，若是滑動情形無法緩解時則以抑止工進行整治。其基本原則則分為三方向，分別為避開、降低下滑力、提高抗滑力等(詳表3)，針對各防治原則工法分別說明如下（何泰源等，2000）：

(一)避開

對規模較大、造成災害較嚴重者最好能避開。若無法避開，則可考慮移除不會向上及兩側發展之不穩定之小滑動體土方，但僅限於土方量不太大之情況。

(二)降低下滑力

滑動體之下滑力主要是以重力為主，理論上即減輕滑動體之重量；主要方法包括削坡減重、台階式邊坡、減少開挖深度、避免地表堆積載重、地表及地下排水與輕質材料充填等。例如EPS工法、地下排水工法等。

(三)提高抗滑力

穩定邊坡提高抗滑力是從外部給予助力設置擋土結構，或增強其內部抗剪強度；例如抗滑樁、土釘工法、鋼製格框式擋土牆工法等。

四、 地質調查流程及內容

地質調查之目的及需求常隨工程各階段有所不同，而相關法規亦規定地質調查之施做原則(數目及頻率)，如建築技術規則、水土保持法等。但一般常著眼於規劃、設計階段，事實上於整個工程生命週期(Life Cycle)各階段均應有相關調查及因應措施，茲參考基礎工(2001)將調查分為初步調查、詳細調查、施工補充調查、維護管理調查及災害調查等階段，如圖二及表4所示，各階段調查目的說明如下：

1. 初步調查~主要係根據既有資料與實地踏勘，調查工址附近可能出現邊坡破壞的分佈區域，並大略判斷其危險性。

2. 詳細調查~係對於工址周邊分佈的邊坡，利用實地勘查、鑽探或地球物理方法實施地質調查，並利用監測儀器以判斷破壞情形及檢核其安定度。

3. 施工補充調查~重點在於現地施工時發現施工條件與設計不同，或發生異狀時，為採取應變措施及防止大規模災害發生，於邊坡可能破壞地區實施地質調查及監測以掌握坡面變動狀況。

4. 維護管理階段調查~在於以肉眼觀察，以儘早發現使用中邊坡變動情形，俾利採取相關的管制及應變措施。

5. 災害時的調查~在於儘早依據實地檢視、鑽探等作業實施地質調查及監測，並檢討崩壞原因及收集復建所需基本資料。

總而言之，調查內容一般而言應包含下列項目（中國土木水利學會，1999）：

(1)地形特徵

(2)水文狀況

(3)覆蓋土層類別及特性

(4)岩盤露頭類別及分佈

(5)地層之層序、分佈、位態、岩性及工程特性

(6)地質構造之型態、延伸長度及工程特性

(7)地質弱面之特性、型式、屬性及區域變化性

(8)主要斷層之寬度、延伸長度、屬性及活動性

就特殊地質而言，則應包括下列項目：

(1)崩坍地之範圍及分佈

(2)軟弱地盤，如地層下陷或土壤液化區之範圍及分佈

(3)河海侵蝕及堆積、火山、地震等地質現象

(4)瓦斯、溫泉、地熱、礦坑等

(5)滲水、湧泉等

五、不同坡地類型之調查重點

就不同坡地類型而言，針對其設計所需之地質調查重點亦不相同，以下就開挖、回填、落石、地層滑動整治、土石流整治等不同坡地類型加以介紹：（日本道路協會，1986）

(一)挖方邊坡調查

此類型的調查主要有現地勘查及物理探測、鑽探等精密調查。此外，對於潛在滑動地盤，應實施地下水調查及監測調查等。若有明顯的滑動地盤時，應採用(五)地層滑動調查中的方法。調查重點與方法的關係如表5所示。

(二)填方邊坡調查

填方邊坡的調查大致上分為基礎地盤調查、填土材料調查。

填方基礎地盤承載填土及附屬結構物重量，應避免在填方或路堤完成後，出現不良下陷情況，填土高度超越標準時，以及使用較少用的填土材料時，應進行各種填土材料的相關試驗。

長期損及填土穩定性的主要原因，在於滲透至填土主體內的地下水、降水的影響，故填土完成後，應檢討影響填土穩定的地下水位(水壓)變化情形，充分調查填土掩埋山谷部及填土與鄰近山坡地形、排水條件等情況。而在考量填土的長期安穩性上，必須進行填土材料之透水性質檢討。一般填土材料的試驗項目包括：

(1)土壤比重試驗

(2)含水量試驗

(3)粒徑分析

(4)液性限度試驗

(5)塑性限度試驗

(6)壓密試驗

進一步檢討時必須進行的試驗項目如下:

1. 剪力強度試驗

檢討填方坡面穩定情況時，原則上採用與施工條件幾乎相同條件的試體進行強度試驗，如表6所示。必須注意試體之含水量與現場一致。

2. 填方壓密沉陷與試驗法

依據壓密試驗結果可以評估含水量高的粘土自重壓密沉陷量。

3. 施工中發生的孔隙水壓

粒徑分布情況良好的砂質粘土、砂土、粘土、砂礫混合土及高含水量的粘土，在施工中之填方上會出現超額孔隙水壓、導致填方整體滑動崩壞的情況。大多發生在5m以上的填方時，因此在急速進行填土施工時，必須檢討施工中發生的孔隙水壓大小。

(三)排水設施調查

坡面崩壞的情況大多因為地表水或滲流水造成，故若具有相當機能的排水設施，可以提昇坡面的安全性。邊坡頂部或坡面上，因為雨水逕流時，坡面會受侵蝕，必須設置良好的排水設施，確保其安全性。

依據前述的考量，及表7的調查項目，進行排水設施的調查作業，但在實際調查時，必須特別注意以下事項：

(1)地表水局部集中的地點

(2)地層湧水或滲流水多的地點

(3)地下水的狀況

(4)後方谷地成為集水地形的場所

(5)排水流路末端及下游水路的情況

而且，由於地層結構、土質等條件十分複雜，因此，僅依據事前的調查，不易正確地掌握地盤中滲流水的狀況，大多無法正確判斷施工中地下水或滲水層存在的情況。因此，施工中也必須經常觀察地表水或滲流水的動向。

因此視現地情況，進行水井、湧水等造成水質、水量的改變，鑽探的地質調查、電氣探查、現場滲透試驗等作業，以及詳細檢討地層結構及地下水的狀況。尤其是崖錐堆積物、斷層、破碎帶、砂頁岩互層等複合坡面，大多有砂礫層或砂層等滲水性極高的地層，這些形成滯水層，導致坡面崩壞，因此必須詳細調查地層結構、滲水性、地下水變動等情況。

(四)落石調查

落石防止設施調查的目的與方法，如圖三所示。

落石防止設施的規劃、設計方面的調查目的，在於掌握日後發生落石的危險度、規模與型態、與道路位置的關係、道路狀況等。而且也必須對於發生影響交通的落石坡面災害，進行災後的重建作業調查。

調查方法是依據現地勘察，進行精確的調查。同時採用既有資料調查、大比例縮圖的航照判讀與鑽探等調查方法。判斷道路及鄰近設施發生落石與受害的危險度，可了解工程施作的優先順位、危險坡面規模等。

落石防止設施施工方面的調查目的，在於掌握落石防止設施基礎地層狀況，確保施工安全的施工計畫、交通對策及工程方案等。

本調查所採用的落石判讀照片，必須是大比例縮圖的照片(1/2000以上的照片)。通常細部調查所使用的大比例照片往往不多，因此應設法單獨拍攝記錄。

利用大比例縮圖判讀的項目如下:

(1)沿路崖錐地形(滾落岩屑堆積在坡面下的地形)與其背後的坡面狀態。

(2)陡崖部的岩質或紋理的方向

(3)容易崩壞的礫層所構成的陡崖

(4)花崗岩或石灰岩等出露的坡面

(5)破損或龜裂等

(6)有無植栽或有無防止落石的樹木

(五)地層滑動調查

地層滑動情況，有集中在某些特定地質或地質構造區域的傾向，具重覆性，且大多會呈現獨特的滑動地形。滑動地形與滑動過程中滑動體的特性如表8內容，在清楚的滑動地形上，即使進行小小的整地作業，也會出現地層滑動的現象。

依據概略的調查結果，了解的滑動地層分佈、其規模、活動性後，應收集以下情報，進行了解滑動地盤特性、並制定合理、經濟性對策調查。

(1)地層滑動活動範圍

(2)地層滑動活動的危險度

(3)地層滑動的活動方向、速度、有無滑落

(4)滑動面的位置

(5)地層滑動活動與其誘因的關係

(6)監測儀器的設置位置

變化量測調查的目的在於判斷滑落崖或龜裂等地層滑動活動的徵兆時，或將來可能發生地層滑動的情況時，得以掌握地層滑動規模、活動性、運動方向或發生構造。而且配合地質調查結果，用於檢討地層滑動的安定分析或因應策設施。

變化量測調查係利用地表傾斜計(如照片一)、地表伸縮計及地中變位計等測量地表及地中變化量、伸縮變化量的調查方法，可利用自動傳輸設備(如照片二)或簡易的變位樁、變位板等的調查方法。

在大範圍地層滑動區域、基盤分佈不規則時，可進行彈性波探查。於50-100m間隔設置測線、5-10m設置測點，並且在主測線上及其交叉的橫測線、及輔助測線上進行調查作業。

依據岩心判釋與滑動面測量進行滑動面調查，在於利用滑動面上下的不同變位量決定滑動面，因此必須考慮變位量大小及測量精密度，選擇適當的測量儀器。

地層滑動大多發生在豪雨、融雪，而且地下水位上昇時。因此觀察滑動地層的地下水狀況(水位的變動狀況、地下水的流動、流出路徑及流速、水質、水溫等)，即可得知地層滑動的發生結構、危險度的相關情報。同時，由地下水分佈狀態，檢討排水設施上的施工位置、數量等。

掌握地下水分佈、流動狀況與水質的調查方法，有地下水檢層、地下水追蹤、電氣探查、地溫調查、水質調查等方法。

(六)土石流調查

土石流的調查，主要包括：

(1)判斷可能發生土石流地點的調查

(2)推斷土石流發生頻率的調查

(3)推斷發生土石流降雨條件的調查

(4)推斷土石流發生規模、性質的調查

(5)推斷土石流氾濫區域的調查

(6)有無既設砂防、治山設施，各重點等的調查。

一般溪床坡度15度地點至上游集水面積不足5ha的溪流，觀察其地質、湧水，可能出現較大規模的山腰崩壞地域時，可判斷為土石流發生的預測地。此外依據過去的災害資料、採訪、實地視察，了解該溪流最近發生土石流的時間、頻率等。

考量降雨狀況，並收集該地區內的相關資料，如:過去發生土石流時的降雨，與集中降雨卻未出現土石流情況的降雨資料等，以了解土石流發生、非發生境界的降雨條件。

依據現場勘查可以推斷土石流的土砂量、最大粒徑等。但是，對於土石流的最大流量、流速、體積濃度等的判斷，則是依據一般的土石流相關試驗或理論上的研究、現場觀測土石流發生等方式。在調查的溪流附近有土石流的發生記錄，也可做為參考。原則上，依據現場探查判斷山脊線至山谷出口的溪床上堆積的土砂量。大部份的土石流其溪床堆積物的厚度為1.5-2.0m左右，讀取地形圖上山谷的長度，推斷溪床範圍與上方堆積厚度，即可概算土砂量。必要時，也應進行彈性波探查、試挖等方法。

實地觀察溪床堆積物，調查約100個以上的巨礫粒徑分佈情況，累計曲線的95%，則為最大粒徑。

六、常用的調查方法

(一)地質調查

地質調查之目的係在瞭解工址之地質狀況、地層分佈、岩石特性及地質構造等，同時依據調查所得結果，繪製地質剖面圖，供做分析及設計之依據。

地質調查的方法除了一般最常採用的鑽探調查外，還有航照判釋、地表地質調查、彈性波探查(如反射或折射震測等)及電阻探測等方法，其中又以鑽探調查及地表地質調查等二種方法，最為直接且有效，其餘為間接輔助方法，通常在大面積調查時較常使用，其目的乃是在較短的時間內瞭解大面積工址之地質概況，在某些較為破碎或特殊之地層，間接方法所測得之結果往往不易判讀，造成較大的誤差，在運用上必須特別注意。

(二)水文調查

由於地下水對於邊坡之穩定有顯著影響，加上其分佈相當複雜，故地下水調查乃是所有調查項目中最重要且最棘手的調查項目。常用的調查方法包括(1)地下水位(壓)調查、(2)地下水井測、(3)地下水流向與流速追蹤、(4)水質分析、(5)抽水試驗等方法，其中地下水位(壓)調查是最直接且有效的方法，但由於僅能安裝在少數特定深度，對工址之整體地下水分佈之掌握仍為片斷，尚需配合其他調查方法加以運用，才能對地下水的分佈情況及流動路徑有進一步的瞭解。

(三)滑動面調查

在邊坡整治工程之規劃與設計中，滑動面位置之確定，對於穩定分析模式及工法之選擇有決定性的影響。決定滑動面之位置時，較常使用的方法有下列三種：

1. 以崩坍規模研判

一般崩坍規模愈大，其可能滑動面愈深，研判常參考地層條件，以破壞邊坡之坡趾及坡頂陷落位置做為破壞之起迄點畫一圓弧或平面，以估算其滑動面深度，唯該方法純係經驗法，可能有較大誤差，尤其對大型崩坍地而言，其可能滑動面常不只一個。

2. 鑽探調查方法研判

利用鑽探取得之岩心或土樣加以研判，通常較易發生滑動的地質條件有：

(1)覆蓋土層及岩層之交界面，尤其當覆蓋土層為崩積土時，更易發生崩坍。

(2)岩盤內之破碎帶

(3)軟弱粘土層

(4)砂岩及頁岩互層之順向坡

(5)岩層夾有軟弱粘土薄層

3. 地中傾斜觀測管觀測決定

國內目前最常用來調查滑動面之方法係利用鑽探孔安裝地中傾斜觀測管(Inclinometer)加以觀測地層中變形，係最直接且有效的方法，但孔底不動點之存在必須確認，其觀測成果如圖四。

(四)土壤與岩石試驗

土壤與岩石試驗的目的係為瞭解組成邊坡地層之土壤或岩石之種類、物化及強度特性，試驗方法包括(1)室內試驗、(2)現地試驗、(3)試坑調查、(4)經驗法則與回饋分析等方法，其目的主要係用以決定地層強度參數或可能滑動面之強度參數，供做分析設計之依據，故此項調查亦可稱為設計強度參數調查；茲分別說明如下。

1. 室內試驗

室內試驗包括(1)土壤之物理性質試驗及強度試驗、(2)岩石之物理性質試驗及強度試驗等，其目的乃係利用鑽探或試坑調查取得之土壤或岩石樣品進行相關物理及力學試驗，以取得邊坡穩定分析所需之參數。

2. 現地試驗

現地試驗係指在鑽探或地表地質調查過程中，於現場直接進行之工地試驗，一般常用的如標準貫入試驗(SPT)及圓錐貫入試驗(CPT)(照片三)，其他尚包括十字片剪試驗、壓力計試驗、側向載重試驗(LLT) (照片四)、現地直剪試驗(照片五)、平鈑載重試驗(照片六)及各種岩石現地試驗等。現地試驗可避免室內試驗各種取樣的樣品擾動，包括取樣過程的擾動、運送過程的擾動及試體修裁時的擾動等，可得到接近現地地層的相關參數。

3. 試坑調查

試坑調查係在調查範圍內，以挖土機或人工挖掘方式，挖掘調查坑或壕溝，藉以瞭解地表附近地層之分布，並採取土岩試樣進行相關之試驗(照片七)，同時由挖掘出露之岩盤露頭進行岩石不連續面位態之觀察及記錄，而針對開挖試體於現場進行大於今200篩分析試驗以求得粒徑分布(照片八)。

4. 經驗法則與回饋分析

經驗法則係累積前人處理崩坍地之經驗；回饋分析則是對滑動面採取不同室內試驗，並配合現地條件以反推滑動面之強度參數，供作後續整治設計之參考。

(五)地球物理探測

地球物理探測係利用地層的物理性質之差異分佈而達到探勘的目的。物理性質包括震波速度、電阻、重力、磁力、放射性等。在工程上用得最多的是折射震測法與地電阻法。地球物理探勘可以在地面上實施，也可以將感測器垂入鑽孔內作連續性探測。

地球物理探勘的主要目的在於：

(1)利用較鑽探為少的經費，提供大區域的資料；

(2)在重要地點協助鑽井位置之定位；

(3)在均勻地質的地區可以代替鑽探，減少許多不必要的鑽孔；

(4)填補鑽孔與鑽孔之間的地質資料；

(5)測量地下水面深度、覆蓋層厚度及地層的物理性質；

(6)找尋地下孔洞、斷層帶、破碎帶、滑動面等；

(7)從事鑽孔與鑽孔之間地層的比對。

地球物理探勘的方法很多，主要可以分成地面探勘法與井測(Well Logging)兩種。根據它們所量測的地層物理性質來分，又有震測(Seismic Method)、電阻(Electrical Resistance)、重力(Gravity)、磁力(Magnetism)、放射性(Radioactivity)等區分。

(六)遙測技術

1. 遙測之基本應用

遙測為遙感探測(Remote Sensing，RS)之簡稱。遙測影像係透過感測器(如照像軟片、光電感測器、雷達天線等)以遠隔的方式對地面上不同位置的物體所輻射或反射的電磁波能量加以計測與記錄，然後轉換成影像的一種產品。感測器可以裝設在不同高度的載台(Platform)上，如氣球、飛機或人造衛星。

遙測具有廣域、超越視覺、變換高度、不分晝夜、不論晴雨、及週期性測量等各項優點。遙測的結果能提供鉅量的數化資料，故需依賴電腦的快速與大量處理的能力來加以處理與分析。

2. 遙測在坡地工程上之應用

坡地開發需依序進行，一般分成可行性調查、初步調查、詳細調查、規劃設計、施工監測、及管理維護等步驟。遙測影像對上述步驟的重要性係依序遞減。

(七)全球衛星定位系統(Global Positioning System, GPS)

全球衛星定位系統源自美國國防部發展之衛星導航定位計畫，原用途為提供美軍應用於航空及導航定位，今日GPS在工程的測量、定位、放樣及監測上，提供了快速精確的資料；傳統地面測量方式，點位間必須有良好的通視方能觀測，不但需耗費大量人力、經費及時間，且往往受限於幾何強度之影響而無法提高精度。GPS特色則為高精度、作業快速、不受天候影響，點與點間不必互相通視，任何需要控制點的地方都可以設站觀測。

GPS與傳統地面測量的關係並非完全的取代，而是在綜合考量精度、現場特性(例如：通視情況、透空度)及資料處理時間的差異後，選擇適合的方案；GPS搭配雷射測距儀後，更可以不需到達現地，僅在目視所及之處即可進行測量，尤其可應用於集水區及崩塌地的定位及測量。全球衛星定位系統(GPS)與遙測技術(RS)於邊坡調查之比較如表9所示。

六、實例介紹

就本工程司於梨山地滑整治相關案例經驗：首先以GPS定位之大區域地形測量及佈設全區之地表沉陷點供作地形變化量測依據，再以地表地質調查並配合航照圖判釋方式將全區主要滑動體及次滑動體範圍加以標示，再針對各滑動體不同特性及保全對象進一步實質調查。

實質調查除以HQ鑽孔進行鑽探調查並進行室內土壤及岩石試驗外，另進行包括地下水檢層、井測、現場抽水試驗、折射震測、反射震測、地電阻、現場直剪、地表伸縮計、地表傾斜計、地中傾斜計、水位井、雨量計…等現場試驗與監測，其目的均為求得滑動體的物化及力學性質、滑動機制等，俾供作整治規劃、設計之參考。

另就本工程司於中部921重建區土石流整治案例經驗：首先以航照圖及實測地形圖加以判釋，確定土石流溪溝及溢流位置與其機制，再進行現場踏勘，沿溪溝自下游往上游調查，包括既有結構物損壞情況、河床質粒徑、地表地質、河床及兩岸側壁崩塌及植生現況，並初步決定整治方案及量取現場幾何尺寸，最後調查上游源頭區現況及決定整治工法。相關參考背景資料及既有設施設計資料應先取得以利現場比對。

七、結語

隨著社會經濟的發展，人類的活動日益侵入山坡地區範圍，無形中破壞自然界的原有平衡狀態，加上全球環境變遷致使氣候變化異常，近年來坡地災害層出不窮。

邊坡穩定須輔以對應的調查方法以選用適當的工法，自工程規劃、設計、施工完成至維護管理，甚至災害發生等階段各有適用的調查方法，其對應之精度、比例、地層物理、化學及水文性質各有不同，實務上應根據不同階段之需求考量，採用適當的方法以求得合理且適用的參數供作規劃、設計及整治之用。

目前國內對於山坡地區開發工程，雖然部分法規載有相關調查之規定，但多屬單純的鑽探方法。事實上，山坡地區的成因及地層分佈狀況，受到大地應力、氣候、水文等複雜條件影響至鉅，常需輔以其他適當的直接或間接方法，以求得完整的設計條件參數，非僅鑽探數孔即可一窺全貌。然未有此概念前多數業主均不願於調查階段增加花費，事後卻常常花費數十倍至數百倍於災害整治。若能建立「預防勝於治療」的觀念，於工程各階段進行完整詳盡的地質調查，咸信可將災害發生的可能性降至最低。

參考文獻

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(2)洪如江，1998，坡地建築之破壞，地工技術，第68期。

(3)廖瑞堂，1998，山坡地護坡工程設計，台灣省土木技師公會。

(4)何泰源、吳文隆、林俊良，2000，921地震坡地災害防治新工法研究，九二一震災後中日

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(5)日本道路協會，1986，道路土工斜面安定工指針。

(6)潘國樑，1994，坡地開發與調查。

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(8)藤原明敏，1994，地すべり調查と解析，理工圖書。

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