根據生態工法之精神,工法之選擇需考慮當地地質、地形、水文情況、植生情況、生態環境需求(如特定物種之培育、保護)、材料取得等當地因素。相關因素太多,因此並無一定之施工法可供選擇,而是必須加以評估後,應地置宜,研擬適當之方式加以施工。此外,創造豐富而多樣之生態環境且兼顧安全為生態工法之目的,如何利用創造力達到更接近理想的地步,才是讓生態工法更臻成熟之原動力,所以生態工法並非照本宣科,每一工程都應獨立加以考量。本節以下所列之工法可為施工之參考,根據現地情況加以改良或綜合,以期達到最佳之效果。
一、擋土工
(一)砌石牆
施作於斜坡底之矮牆(通常高度小於3m)。施作時以石塊堆疊而成,如圖2-3所示。此牆之材料及外觀具天然之型態,石縫中又利於動、植物生存,極符合生態工法之精神。構築石牆時,石塊應置於下面二石塊間之凹陷處,且至少需有三點之接觸。此結構的目的主要在於保護坡趾、避免沖蝕。
此種結構阻抗水平土壓力的能力主要在於石塊間之摩擦角及石牆之寬高比。當石塊間之摩擦角愈高時,所需牆之寬高比即可降低,便足以達到足夠之安全。一般而言,高/寬比應小於3。而因為構築此種結構時,考慮結構安全,此種牆高一般而言小於3m,是故使用小於60㎝之石塊即可。構築此種結構之石塊最好是角狀石塊,角狀突起能夠相嵌,以提供抗移動之阻抗。而圓形之石塊則易沿某一點而轉動,因而無法抵抗牆身之彎矩。 抗傾倒之安全因子可由下式求得。
其中: H:牆高 (m)
B:牆寬 (m)
α:牆身傾斜角 (度)
γR:石塊單位重 (kN/m3)
γ:回填材料單位重 (kN/m3)
φ:回填材料之內摩擦角 (度)
KA:主動主壓力係數
而根據不同之安全因數,可允許之高寬比(H/B)可由上式解得,其為一二次方程如下式所示。
其中:
假設安全因素為1,則可求得不同坡度、牆面傾角及石塊內摩擦角情況下之臨界高寬比,如下圖2-4所示。此圖假設f為30度,γ=1.75g/cm3,γR=2.1 g/cm3。依此圖所得之高寬比為一最低限度,欲提高安全因素可由降低高寬比而得;另外,若堆疊之石塊較為圓滑時,安全因素會因此降低,必須妥善考慮。 另外,此牆需建構於一良好基礎上,放置第一層石塊於預先挖掘之槽溝上,之後陸續堆疊石塊,並回填土料。
(二)石籠牆
石籠為於編成六角狀之鉛絲籠中填入石塊之工法。每個石籠就像是一個長方形盒子,以鉛絲編成一空盒子後,放於施作地點,並與其相連石籠連接後,填入10-30公分大小之鵝卵石約籠高2/3後,以鋼絲在各方向加固,以免填築石塊完成後,造成石籠的鼓脹。最簡單的石籠為一1公尺高之石籠牆,僅用一層石籠,石籠規格可依所需情況加以設計,並無一定尺寸,圖2-5所示為石籠規格例子。欲增加石籠高度,可於第一層石籠上再堆疊石籠,每層石籠堆疊時些許向後退。一般而言,高度超過2公尺之石籠即必須另外加以設計。愈高的牆需要愈大之基礎寬度,或是使用護牆來抵抗背填土之傾倒彎矩。至於石籠牆之設計法,根據不同之應用有不同之考量,石籠之數量及排列方式與牆高、回填土料等有密切關係,不同之石籠工法也會影響設計情況,故一般設計時,即使用石籠製造商所提供之設計規範。
石籠牆可構築之牆高較砌石牆為高,不過石籠牆常被批評為不夠美觀,不過,選擇漂亮的石材置於牆面上,並且於石籠上加以植生便可達到美觀之效果。因此,若工址附近具有便宜之大塊石材,可以使用砌石牆,相反的,若石材必須由外地運來,或只有小尺寸石材,則石籠牆是不錯之替代方法。
(三)格框擋土牆
格框係指由樑組合而成之盒子狀結構,內部填充土壤或石塊,以構成重力式擋土結構。立面上之樑分為水平者及垂直者,力量由接頭處傳遞。枕木塊(pillow block)置於橫擋之間以減少接頭上之壓應力並減低橫擋上之彎矩及扭力。近年更有預鑄格框之新設計,模組化之節塊一塊塊堆疊而成,內部一樣充填土壤或石塊,力量則是藉由接點上特殊設計之卡榫或螺栓傳遞。 格框擋土牆可分為木格框及混凝土格框,木格框由於較為柔性,對差異沉陷及單一格梁之破壞或弱化較不敏感,而混凝土格框則是具有較高之剛性,力學性質及耐久性。 木格框擋土牆之材料一般先經過高壓防腐處理,如液化石油氣、醇或砷酸銅等處理。不過在回填料之選擇上亦應選擇排水性良好之材料,以保持牆體之乾燥,因此木格框並不適用於水面線以下,此時可選用混凝土格框。至於預鑄型格框由於單元重量大,需使用大型吊具,較適用於河床寬廣之下游區堿。
圖2-8 木格框示意圖(Gray & Sotir , 1996)
(四)加勁擋土牆
近二三十年來,加勁擋土牆之應用不斷蓬勃發展,加勁材料由非延展性之鋼片、鋼筋網等,一直到地工織物、地工格網等地工合成材,除了由於化工界不斷推陳出新,產品不斷創造之結果外,加勁擋土結構本身所佔的優勢當然也是不可或缺的。加勁擋土牆相對於傳統擋土結構而言,經濟有效性顯著,再加上其應用性、功能性、施工性等多項考量,使其被廣泛的使用。加勁擋土牆與傳統RC牆比較,具有下列優點:
1. 加勁擋土牆屬於柔性牆,可容許若干變形而達到降低土壓力之效果,也可應用於較軟弱之基礎。
2. 加勁擋土結構之單價則不受牆高之影響,尤其於軟弱地層,RC牆需打樁基礎時,二者之造價可能相差數倍之多。
3. 加勁擋土結構之抗震性較佳。
4. 加勁擋土結構之外觀變化多,可以使用各種預鑄之面版,或是於其表面加以植生,使其與周遭環境融為一體。
5. 加勁擋土牆之施工步驟簡單、快速,且不需重型機械或有經驗之工人即可施工。另其於工址不需有太多之前期準備工作、所需施工場地小、施工高度可以很高等優良之工作性。
地工格網是由高張力強度之聚合材料所製成,被廣泛應用於加勁土堤及擋土結構。地工格網不但可作為回填區之加勁功能,同時也可以包住土壤,避免土壤流失。由於地工格網具有開口,其上可噴植草籽;且於施工時,層間可塞植具發根發芽能力之活枝條,待植物長成時,一片綠意盎然,除美觀外,尚可提供小動物、昆蟲等棲息,也可提同防蝕功能,配合抗沖蝕網使用,更適用於水濱環境。
圖2-9 加勁擋土牆層間塞植活枝條(Gray & Sotir, 1996)
圖2-10 活枝條發芽長成後情形(Gray & Sotir 1996)
在設計地工格網擋土結構時,最主要的考量便是加勁層垂直間距(d)及加勁層長度(L),或破壞區外加勁材有效長度(LE)。一般而言,其可表示如下(見圖2-11):
其中:
FS:安全因子
Tallow:加勁材容許抗張強度 (kN/m)
KA:土壤主動土壓力係數
z:加勁層所在深度 (m)
q:垂直均佈荷重 (kN/m2)
γ:回填材料單位重 (kN/m3)
f:回填材料內摩擦角
μ:土壤及加勁材間之界面摩擦係數
圖2-11 加勁擋土牆示意圖(Gray & Sotir, 1996)
垂直間距及有效埋設長度隨著深度改變,深度愈深,因剪力較大,故埋設間距需愈密。一般設計時,依計算所得最大埋設長度及最大埋設間距,全斷面採用相同設計,以利施工且避免施工錯誤,並另外提供額外安全因子。联系客服