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電子報

工程技術發展
農村發展及水土保持署
工程與自然共存的解方-無框架工法
期數 / 第54期
發布日期 / 2022.09.29
主筆 / 李哲宇
責任編輯 / 陳振宇

山坡地在豪雨或地震過後,經常會形成崩塌並對民眾生命財產造成威脅,因此急需進行各種崩塌地治理工程來穩定邊坡。但治理過程中往往因開闢施工便道或施作混凝土固定框(如格梁及自由型格梁),需伐除崩塌地內的殘木,且需經過長時間才能回復到原有的林相,或者固定框提供植物生長空間不足,導致植被無法正常生長。
隨著近年來,人們愈來愈重視與自然共生,為此,日本研發出「無框架工法」,既能保留原始林相又能確保足夠的空間讓植物生長。本期電子報將介紹無框架工法的構想、施工特點與在日本和台灣的實際案例。

圖1、日本無框架工法與混凝土固定框工法在崩塌地治理的比較
圖1、日本無框架工法與混凝土固定框工法在崩塌地治理的比較
什麼是無框架工法?

無框架工法發想自樹木的根系。自然的樹木根系間彼此網結與深根,具有固土防坍功能,但不足以應對極端氣候下產生的深層崩塌,因此仿照樹根並加以技術改良的無框架工法孕育而生。此工法主要由支壓板、鋼棒、鋼繩所組成,藉由支壓板鎖定及利用水泥漿補強材料穩固鋼棒,來調節邊坡推移力與阻抗力的平衡,且鋼棒間利用鋼繩互相網結,使邊坡達到穩定的狀態(圖2)。

圖2、無框架工法的零件與原理
圖2、無框架工法的零件與原理
無框架工法對於崩塌地治理的施工特點

無框架工法有以下施工特點:
1.可保留原坡面的樹木與環境景觀。
2.相較傳統混凝土固定框工法,工期能大幅減少40%以上,且施工前置場地與施工現場距離上也較固定框大幅減少,對於施工區域的地幅限制及交通阻礙等均有改善(圖3)。
3.可與其它地工資材併用,增加效果(圖4)。
4.根據日本土木資料訊息網「SAGASHIBA」指出,一組設施之工程材料費為30,390日元~33,410日元(含支壓板及鋼棒等,約台幣9,000~10,000元)。
5.以施工面積144平方公尺為例,需要42組無框架工法,施工間距為邊長2公尺的三角形空間(圖5)。

圖3、無框架工法與固定框工法的前置場地與施工現場距離比較
圖3、無框架工法與固定框工法的前置場地與施工現場距離比較
圖4、無框架工法與地工資材並用治理 (如:金屬網、植生網毯、無框網)
圖4、無框架工法與地工資材並用治理 (如:金屬網、植生網毯、無框網)
圖5、以施工面積144平方公尺 為例的無框架工法排列方式
圖5、以施工面積144平方公尺 為例的無框架工法排列方式
無框架工法的模型試驗與日本現地成果

經由室內模型實驗得知,同一處邊坡在重力加速度761gal(約台灣地震震度分級6強)下,無工程保護處發生崩塌,有施作無框架工法處依然穩定,工法的邊坡穩定效果得到一定程度的實驗證明(圖6)。
在日本崩塌地治理的實際案例中,2004年的新瀉豪雨災害後新瀉一處邊坡上形成崩塌,此崩塌地利用無框架工法進行整治,經歷當年新瀉中越地震與2007年新瀉中越沖地震後,崩塌處不僅沒有產生二次崩塌,邊坡植被更在多次災害後生長茂密,在實際的工法應用中得出效果極佳的邊坡穩定與環境共生成果。(圖7)

圖6、以施工面積144m2 為例的無框架工法排列方式
圖6、以施工面積144m2 為例的無框架工法排列方式
圖7、新瀉崩塌地施作無框架工法後 經歷豪雨與地震等多次災害的植生復育狀況
圖7、新瀉崩塌地施作無框架工法後 經歷豪雨與地震等多次災害的植生復育狀況
台灣水土保持的無框架工法經驗

無框架工法在日本多處擁有實際成果後,近年來亦在台灣進行實地運用。首次治理經驗係位於臺18線阿里山公路86.3公里處(坐標23.499125, 120.797459)的公路邊坡崩塌治理工程,工程於2013年完成,經歷8年後已不見當年施工痕跡,整體邊坡回復穩健狀況,提供用路人安全的駕駛環境。(圖8)

圖8、臺18線阿里山公路86.3公里處施作無框架工法 經歷8年後實際成果
圖8、臺18線阿里山公路86.3公里處施作無框架工法 經歷8年後實際成果

水土保持局臺南分局亦將此工法應用在高雄市六龜區興中國小崩塌地,該崩塌地位於荖濃溪上游支流,2015年時受豪雨經常集中在高雄山區與受溪水掏刷坡面基腳影響,產生大面積裸露的崩塌地,危及上方國小與社區。因此2018年於崩塌地的坡腹施作坡面排水系統,坡緣施作無框架工法進行整體性的崩塌地治理工程。
工程完工後經歷4年,2022年水土保持局技術研究發展小組至現地進行調查,發現經由排水系統將逕流安全導排至下方溪流,以及無框架工法穩固坡緣不再滑動,並且長出茂密的先驅植被林相,已不易看出此處曾經發生過大面積崩塌與工法施作痕跡,相信不久後植生便會開始演替,加速回復原有林相,達成水土保持工程的與環境共生效果。(圖9與圖10)

圖9、興中國小崩塌地2015年發生崩塌 與2022年無框架工法治理完工4年後空拍比較圖
圖9、興中國小崩塌地2015年發生崩塌 與2022年無框架工法治理完工4年後空拍比較圖
圖10、無框架工法於2022年現地調查時崩塌地現況
圖10、無框架工法於2022年現地調查時崩塌地現況

從日本與台灣的治理經驗成果可以看到,無框架工法兼具工程與環境保護的效果,亦代表水土保持的人與自然共存精神,未來在崩塌地治理工程日漸普及後,期能使山坡地與土地利用更加穩定與安全。

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參考文獻
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