作者

林三賢

摘要

地工合材料在國內大地相關工程的應用已歷數十年，這種利用高分子材料特性製成的地工格網、地工織物、地工不透水布、地工皂土毯、地工流網等成品，發揮其加勁、隔離、過濾、排水、阻隔等其他或綜合性功能，成功的應用於加勁擋土牆、加勁邊坡、水壩、垃圾掩埋場、鋪面工程、坡面保護或水利與環境等工程。隨著高分子材料的日新月異，以及應用擴展於更廣泛的層面，雖然地工技術三十年來已出版多次有關地工合成材料應用的專輯，本輯著眼於材料最新的開發與應用，邀請到國內致力於地工合成材料研究的學者專家，就蜂巢格網於大地工程之應用、加勁擋土牆加勁材張力發展新預測方法、地工合成材於生態與環境工程之應用、地工合成材應用於掩埋場之地下水污染潛勢、地工格網於鋪面工程之應用、地工砂袋及砂腸管於海岸工程之應用以及電動能地工合成材如何應用等專文探討，讓讀者們能深入了解最新地工合成材的開發以及地工合成材於生態環境保護及海岸工程等跨領域的最新應用趨勢。本期論文內容精實且具實用性，可供業界直接引用或參考。綜合各篇論文精彩內容，簡述如下:
鑑於蜂巢格網可廣泛使用於控制邊坡沖蝕的護坡工程、防止河岸沖刷、臨水岸線保護、渠道固床工程、增加路基或基礎的承載力、軟弱地盤的加勁及作為擋土結構等，陳榮河與黃奉琦於文內介紹蜂巢格網提供土壤圍束效應的原理，使加勁後的無凝聚性土壤產生視凝聚力的效果。其次介紹蜂巢格網加勁系統結構的主要組成材料、元件與相關試驗，最後並提供各項工程上之應用與案例。
加勁材的張力強度與張力分佈狀況為加勁擋土結構物的內部穩定設計上主要的關鍵。現今評估加勁材受力後的張力發展，主要為以力平衡(如側向土壓法、極限平衡法)與以變形(如K勁度法與有限元素法)為考量的預測方法。楊國鑫等人首先針對各項預測方法的優缺點進行討論，然後於文內以一加勁擋土結構物為例，利用實測資料與各項預測方法的預估值進行比較，探討其準確性與可能造成誤差的原因。研究結果發現，以力平衡為考量的預測方法普遍呈現高估的趨勢。在以變形為考量的預測方法中，有限元素法能準確預測加勁材實際的張力發展，但在大土壤應變下，有限元素法會有計算收斂的問題。而K勁度法在結構物加載後，明顯低估加勁材的張力值。
現代人對於追求高品質的生活環境及維護綠資源的需求日益增高，土木工程師除了持續研發更耐久的穩定結構之外，舒適的環境景觀營造、低污染的材料與施工技術的開發也順應趨勢因應而生，由於地工合成材料的種類眾多，因此合宜的地工合成材料選擇應考量不同應用領域的需求，並且其功能性與設計參數亦有所差異，何嘉浚等人於文內說明地工合材於河川護岸的治理、植生復育與生態環境營造成效、水質淨化及都市逕流雨水削減等所發揮的功效。相較於砌石及石籠護岸，地工合成材應用於護岸工程，除可提高其沖蝕臨界流速之外，亦可發揮較佳的植生復育成效，且所展現之植生物種多樣性亦可以營造較佳的生態環境；於水質淨化方面，地工合成材使用於呈層複合土壤水質淨化系統之微生物菌培殖及耐久性表現亦較傳統使用麻布纖維佳，故可以發揮較穩定且長效之水質淨化功能；另地工合成材亦常使用於低衝擊開發設施，並扮演阻留土壤與過濾排水的功效，以削減並延緩都市暴雨逕流，達到防災的功效，
設置在掩埋場底部阻絕滲出水滲漏的設施包括利用地工流網(Geonet)與地工管(Geopipe)構成的集排水層和地工膜布(Geomembrane)、夯實黏土(Com-Pacted Clay Liner, Ccl)或地工皂土毯(Geosynthetic Clay Liner, Gcl)在內的阻水材料所構成的阻水層(Hydraulic Barrier)。阻水層的功能為防止滲出水以及其中的物質污染地下水，所以良好的阻水層不僅可以阻斷水流，也可以有效阻斷水中物質的傳輸。單信瑜針對掩埋場阻水層對防止滲出水中污染物傳輸至其下土壤與地下水的機制加以介紹，並說明滲出水導致地下水污染的評估方式。結果顯示，在合理的情境下，一般事業廢棄物掩埋場導致地下水污染的潛勢相當低。
無鋪面道路常因承受較大之交通載重，若再加上較軟弱之路基黏土層，會使得路面有較大之垂直變形，針對此一狀況，使用地工合成材料做為路層間隔離以及加勁用途為常見方法之一。黃文昭針對地工格網在無鋪面道路基礎中可發揮之加勁機制進行整理及探討，並就GIROUD 與HAN、美國陸軍工兵團、美國聯邦公路局以及英國標準中提及之設計或分析方法進行說明以及比較；另外，當路基層屬於較為軟弱的土壤時，地工格網之加勁效果較偏重路基層之補強，因此作者亦建議設計方法若遇到較軟弱土層時，可採用等值路基層CBR之概念，藉由模型分析及實驗驗證，評估路基層因地工格網加勁而使得CBR提升之效果。
近年來因環境保護的需求，海岸工程界在設施保護及海岸整治觀念上已大有改變，主要之保護概念已由往年之僅構築一條線型之海堤，或僅針對某一特定地點做點及線的保護方式，轉成整體面的之保護型態。廖學瑞等人乃蒐集國內以地工織物製成之砂袋或砂管應用於海岸之相關工程技術，進行初步探討，期以拋磚引玉之構想，激發更多關心海岸整治或對這領域有興趣之人士共同研討，以利未來海岸營造朝更環保，且朝向可使民眾親水之方向發展。
地工合成材料於應用時多扮演被動角色，例如加勁材需有適當應變，方得以驅動張應力以達到加勁功能，排水材提供排水路徑，但未能導引流體流動。新式地工合成材料已可扮演主動角色，可主動引起基體內生物性、化學性或物理性變化，而得以提供多元化功能，例如可利用電滲透(Electro-osmosis)或電泳(Electrophoresis)等電動能現象與傳統地工合成材料之濾水、排水、加勁等功能結合所衍生出電動能地工合成材料(EKG, Electro-kinetic Geosynthetics)之新興材料。結合傳統地工合成材料及電動能原理之電動能地工合成材料(Electro-kinetic Geosynthetics, EKG)已研發應市，謝啟萬與吳政翰介紹電動能地工合成材料(EKG)發展背景、原理，研究概況、設計概念與應用案例。我國紡織研發能量根基深厚，EKG未來可應用於國內軟弱土壤固化與強化、淤泥與污泥脫水、坡面穩定等用途，值得深入研究與推廣。
地工合成材料在外國已被廣泛推廣於大地工程多面向的應用，在國內則仍是有大幅進步的空間，希望經本期各篇論文精彩研究內容之說明，能喚起國內工程界採用地工合成材料的信心。
此外，於本期內容中亦包含基金會近期舉辦的台灣邊坡管理制度研討會以及汶川大地震與九黃世界遺產地質研討會之報導。邊坡研討會中特別邀請了主管高速公路與高速鐵路單位之主要負責人，就國道與高速鐵路邊坡於制度面是如何建立管理辦法及如何執行與管考作了報告與比較。會後討論，來自政府機關各不同單位工程人員與來自業界同行，針對設計施工與維護不同階段就制度面、執行面進行充分溝通與討論，以及一般自然邊坡、人工邊坡、地錨邊坡於管理項目上之異同亦作了熱烈討論與心得交換。
2008年5月12日大陸四川省汶川發生規模8.0的大地震，導致重大人員及財產重大損失。基金會特別組團遠赴汶川地區，實地觀察映秀鎮等地之斷層、泥石流及災後重建之現況。並至成都理工大學參觀大陸地質災害防治與地質環境保護唯一的國家重點實驗室。除一般土壤力學與岩石力學試驗室外，並參觀了離心機、大型泥石流實驗室、地質力學模擬實驗室與岩土體流變實驗室等大型或特殊試驗設備，並針對汶川地震重建與土石流防治等課題進行技術與經驗交流座談，各項參訪與座談於報導內均作了詳細陳述，值得讀者們參考。

作者

陳榮河

摘要

此次承蒙「地工技術」的邀請，希望就本期的主題「地工合成材之應用」寫些贈言，個人感到非常的榮幸，想就國內三十年來在地工合成材方面的發展，以個人所見作一回顧。
我在美國普渡大學唸書的時候(大概是1980年)有次專題討論時，Prof. Robert Holtz請人來演講有關地工合成材，那是我第一次接觸到它。1982年我回國任教於台灣大學，其後不久，榮民工程處因承辦「基隆河廢河道改善利用計畫工程」，為了解施工之成效，於1983.08 - 1985.07就其中地質改良評估工作委請亞新顧問公司提供技術服務。該項工作係配合浚填砂及人工垂直排水帶等地質改良工作。此外，台大土木系(我與翁作新教授等人)接受台灣營建研究中心委託，進行「垂直排水帶之評估及數值分析模式」，試驗工作是在亞新公司進行，歐晉德先生提供了實驗上相當大的協助，如控制實驗室的溫度、水質的純淨、避免微生物的孳生而阻塞排水帶濾層及影響其滲透性。當時完成的工址即是現今的台北市基河路。
國內舉辦第一次「工程織物在大地工程之應用研討會」是1985年12月9-13日，由教育部補助，台大土木系主辦，邀請Prof. Holtz與Barry Christopher先生主講。當時他們正受美國聯邦公路局委託，於全美各地巡迴演講，對象是工程師、業界人士、大學教授等，因此我們所獲得的資訊應是相當先進。我還記得研討會結束時，榮工處的楊建西先生以英文致詞特別表達感謝，場面相當感人。後來，我和榮工處陳克難先生將其碩士論文有關垂直排水帶評估的研究成果共同寫成論文”Permeability characteristics of prefabricated vertical drains”， 發表於1986年4月在維也納舉行之第三屆International Conference on Geotextiles (第一屆是1977年4月在巴黎舉辦的International Conference on the Use of Fabrics in Geotechnics)。由於我們的研究算是先進，所以會後義大利ENEL(結構及水力中心)的人士邀請我參加義大利舉行的另一研討會，可惜因簽證問題無法成行。
由於個人對地工合成材產生興趣，剛好有法國文化科技協會提供科技人員的進修獎學金，所以就透過國科會申請，並由國科會共同資助，在1987年1月到法國Université de Grenoble I (Grenoble第一大學)進修半年，與Prof. J. P. Gourc從事加勁土壤的研究，進修期間也受安排參加Lyon的法國地工合成材協會年會、參觀國家織品研究中心、里昂的紡織廠、Boudeau的現地參觀、巴黎LCPC(道路橋樑研究中心)的參訪等，也與Prof. Kerry Rowe (Geotextiles and Geomembranes 總編輯)至Millen參觀250m長之加勁擋土牆。同時，並參訪義大利ENEL結構及水力中心，並拜訪Dr. D. Cazzuffi，這些活動讓我大開眼界。值得一提的是，他們兩位後來都擔任過國際地工合成材協會(International Geosynthetics Society)的會長。
國內研究地工合成材的學界人士，早期回國的有張達德教授，我是在1985年4月於日月潭舉行之「第一屆大地工程學術研討會」認識張教授，張教授受業於Prof. T. A. Haliburton。其後，國內陸續有許多教授學成歸國，他們都是師承國際上研究地工合成材的先鋒。由於學界多了許多生力軍，加上業界人士的參與，故每四年一次的國際研討會(後來稱為International Conference on Geosynthetics and Related Products)，我國的文章都有十多篇以上，參加人數也都在前五名，可謂相當具有實力。由於從事此領域的能量不論是人數、研究質量、工程案件的歷練等都已足夠，所以在2000年5月成立了「中華地工材料協會」，初始的會員約有一百三十人，就專業團體而言，這樣的規模在國際上是少有的。協會成立至今已十餘年，也漸漸發揮力量，如在工程會及交通部所屬的單位支持下，完成了一些加勁結構物的規範。
地工技術基金會長期對於大地工程技術的積極推廣、新知的介紹等，是有目共睹的，使國內從事相關領域者獲得新知、得到交流，可謂貢獻卓著。而有關地工合成材的專刊報導在「地工技術」上的發表也有過幾次，每期都有不同的主題，而本期的內容是在環境、生態、景觀等方面的應用。地工合成材是人造的材料，它能被塑造成各種形狀與大地材料互制、產生作用，而利用於過濾、排水、加勁、隔絕等，並達到最佳的效果；也因為其是人造材料，因此未來新產品的種類，將不斷的被開發出來，所以地工合成材的發展是有無窮的可能性，而其與土岩等材料的互制與機理的了解，更需要不斷的研究與精進。
最後，值此「地工技術」將邁入三十年的前夕，特在此祝福我們的共同園地更加欣欣向榮!我們的地工技術更加蓬勃與進步!

英文篇名

Application of Geocells in Geotechnical Engineering

作者

陳榮河、黃奉琦

關鍵字

蜂巢格網、大地工程、應用

摘要

蜂巢格網在大地工程之應用上，可廣泛使用於控制邊坡沖蝕的護坡工程、防止河岸沖刷、臨水岸線保護、渠道固床工程、增加路基或基礎的承載力、軟弱地盤的加勁及作為擋土結構等。本文首先介紹蜂巢格網提供土壤圍束效應的原理，使加勁後的無凝聚性土壤產生視凝聚力的效果。其次介紹蜂巢格網加勁系統結構的主要組成材料、元件與相關試驗，最後說明各項工程上之應用與案例。

英文摘要

Geocells are widely applied in geotechnical engineering, such as controlling erosion of slopes and river banks, enhancing bearing capacities of pavements and footings, reinforcing soft grounds and retaining slopes, and protecting shores and channel beds. This article introduces at first the confining effect of geocells on cohesionless soils, which enhances an apparent cohesion and provides reinforcement to the soils. Then, the structural elements in a geocell-reinforced system as well as the related tests are described. Each application by using geocells in geotechnical engineering is illustrated with description and examples.

英文篇名

Evaluation of Various Design Methods for Predicting Reinforcement Loads within Geosynthetic-Reinforced Soil Structures

作者

楊國鑫、劉家男、周南山

關鍵字

加勁擋土結構物、加勁材張力發展、力平衡、變形

摘要

在加勁擋土結構物的內部穩定設計上，加勁材的張力強度與張力分佈狀況為主要的關鍵。現今有很多預測方式用來評估加勁材受力後的張力發展，主要可以區分為以力平衡(如側向土壓法、極限平衡法)與以變形(如K勁度法與有限元素法)為考量的預測方法。但目前為止，有關各項預測方法之準確性並沒有被充分的研究與探討。有鑑於此，本文首先針對各項預測方法的優缺點進行討論，然後本文將以一加勁擋土結構物為例，利用實測資料與各項預測方法的預估值進行比較，探討其準確性與可能造成誤差的原因。研究結果發現，以力平衡為考量的預測方法普遍呈現高估的趨勢。在以變形為考量的預測方法中，有限元素法能準確預測加勁材實際的張力發展，但在大土壤應變下，有限元素法會有計算收斂的問題。而K勁度法在結構物加載後，明顯低估加勁材的張力值。

英文摘要

Proper estimation of reinforcement loads is a key to evaluate the internal stabilities of Geosynthetic-Reinforced Soil (GRS) structures. Prediction methods for reinforcement loads within GRS structures in current practice can be categorized into two approaches: force-equilibrium-based approach (i.e., earth-pressure-based method and limit equilibrium method) and deformation-based approach (i.e., K-stiffness method and finite element method). Until today, the effects of these methods have not been extensively examined and compared yet. In this paper, each of methods will firstly be introduced and the advantages and disadvantages of each method will be discussed. Afterward, a case of GRS structure is used to examine the prediction of reinforcement loads by the aforementioned methods. Comparison results indicate the earth-pressure-based method and limit equilibrium method overly predict the reinforcement loads. The finite element method agrees well with the measured data but the K-stiffness method shows an obvious under prediction under surcharging conditions.

英文篇名

Application of Geosynthetics on Ecological and Environmental Engineering

作者

何嘉浚、黃淯泠、張鈞偉

關鍵字

地工合成材料、土壤沖蝕、生態社區、低衝擊開發、水質淨化

摘要

臺灣發展生態工程迄今已十餘年，初階段大都應用於河川及山坡地治理，現階段則因技術的日臻成熟，再加上生態社區的推廣日益殷切，因此已逐漸延伸至社區或城市的應用，並且與綠建築及節能減碳等議題相互結合，而地工合成材更是發展此一技術不可或缺的關鍵材料之一，本文將逐一說明地工合材於河川護岸的治理、植生復育與生態環境營造成效、水質淨化及都市逕流雨水削減等所發揮的功效。相較於砌石及石籠護岸，地工合成材應用於護岸工程，除可提高其沖蝕臨界流速之外，亦可發揮較佳的植生復育成效，且所展現之植生物種多樣性亦可以營造較佳的生態環境；於水質淨化方面，地工合成材使用於呈層複合土壤水質淨化系統之微生物菌培殖及耐久性表現亦較傳統使用麻布纖維佳，故可以發揮較穩定且長效之水質淨化功能；另地工合成材亦常使用於低衝擊開發設施，並扮演阻留土壤與過濾排水的功效，以削減並延緩都市暴雨逕流，達到防災的功效，本文亦將以植生綠屋頂為例，說明地工合成材的設計參考準則。

英文摘要

Over the past decade, the ecological engineering methods in Taiwan have been concentrated principally in river remediation and slope protection. The development of these methods nowadays has been gradually implemented into the application of the eco-community as well as the combined topics of green building, energy saving and carbon reduction. Geosynthetics is one of the indispensable materials for the development of this subject. This paper introduces the applications of revetment works, vegetation recovery, ecological environment creation, water purification and reduction in the runoff of urban storm-water. For revetment works, the critical flow velocity of soil erosion of the geosynthetics revetment is higher than stone-paved and gabion embankment; it also it has a better performance on vegetation recovery and biodiversity can create a better ecological environment. Moreover, the effectiveness of microbe culture on multi-soil layering water purification system using geosynthetics is better than that of using linen. Therefore, geosynthetics are the durable and stable materials for water purification system. In addition, geosynthetics can provide good soil retention and filtration on low impact development facilities to reduce and delay the runoff of urban storm-water. For the case of vegetated roof using geosynthetics, this paper meets the design criteria.

英文篇名

Assessment of Groundwater Contamination Potential Induced by Landfills

作者

單信瑜

關鍵字

掩埋場、阻水層、地下水污染、水動力延散

摘要

設置在掩埋場底部阻絕滲出水滲漏的設施稱為襯砌系統(Lining System)，其中包括了利用地工流網(Geonet)與地工管(Geopipe)構成的集排水層和地工膜布(Geomembrane)、夯實黏土(Compacted Clay Liner, CCL)或地工皂土毯(Geosynthetic Clay Liner, GCL)在內的阻水材料所構成的阻水層(Hydraulic Barrier)。阻水層的功能為防止滲出水以及其中的物質污染地下水，所以良好的阻水層不僅可以阻斷水流，也可以有效阻斷水中物質的傳輸。本文將針對掩埋場阻水層對防止滲出水中污染物傳輸至其下土壤與地下水的機制加以介紹，並說明滲出水導致地下水污染的評估方式。結果顯示，在合理的情境下，一般事業廢棄物掩埋場導致地下水污染的潛勢相當低。

英文摘要

The purpose of the bottom lining system in a landfill is to prevent leachate from contaminating groundwater. The lining system includes the leachate collection and removal system (LCRS) and the hydraulic barrier system which usually consists of geomembrane (GM), and/or compacted clay liner (CCL) or geosynthetic clay liner (GCL). An effective hydraulic barrier system can not only minimize the amount of leachate entering the groundwater but also reduce the transport of the contaminants in the leachate by adsorption to further reduce the risk of pollution. This paper describes the procedure of assessing the amount of contaminants migrating through the barrier system and the potential of groundwater pollution. In addition, the assessment results demonstrated that for scenarios with reasonable assumptions the potential of leachate of landfills containing MSW or incinerator bottom ash is very low.

英文篇名

Reviews of Design Approaches for Geogrid-Reinforced Unpaved Roadways

作者

黃文昭

關鍵字

地工格網、無鋪面道路、路基層、基底層

摘要

無鋪面道路常因承受較大之交通載重，若再加上較軟弱之路基黏土層，會使得路面有較大之垂直變形，針對此一狀況，使用地工合成材料做為路層間隔離以及加勁用途為常見方法之一。本文針對地工格網在無鋪面道路基礎中可發揮之加勁機制進行整理及探討，並就Giroud 與Han、美國陸軍工兵團、美國聯邦公路局以及英國標準中提及之設計或分析方法進行說明以及比較；另外，當路基層屬於較為軟弱的土壤時，地工格網之加勁效果較偏重路基層之補強，因此作者亦建議設計方法若遇到較軟弱土層時，可採用等值路基層CBR之概念，藉由模型分析及實驗驗證，評估路基層因地工格網加勁而使得CBR提升之效果，如此在應用上也可以簡化原道路剖面，使工程師便於使用。

英文摘要

Unpaved roadways often encounter excessive rut depth when soft subgrade is present. One of the common approaches to improve the above situation is to employ geogrid material as the reinforcement between base and subgrade layers. In this article the application of geogrid reinforcement in an unpaved roadway is discussed through the reinforcing mechanisms. Design approaches of geogrid reinforcement in an unpaved roadway are also discussed using the Giroud and Han method, U.S. Army Corps of Engineers (USACE) approach, FHWA approach and British Standards. The USACE approach indicates that the reinforcing mechanism can be different under various subgrade conditions. When the subgrade is relatively weak, the application of geogrid reinforcement tends to enhance the strength of the subgrade layer, while for a stronger subgrade material, the geogrid can improve the stiffness of the aggregate base layer. Based on the above findings, the concept of enhanced subgrade CBR was then proposed when the subgrade material is relatively weak.

英文篇名

Applications of Geotube and Geobag in Coastal Enginnering

作者

廖學瑞、朱志誠、林俶寬

關鍵字

地工砂管、地工砂袋、海岸保護

摘要

地工砂袋在大地或河川工程之應用已行之多年，且成功案例甚多，將其應用於海岸工程或港灣開發卻不多。近年來因環境保護的需求，海岸工程界在設施保護及海岸整治觀念上已大有改變，主要之保護概念已由往年之僅構築一條線型之海堤，或僅針對某一特定地點做點及線的保護方式，轉成整體面的之保護型態。本文乃蒐集國內以地工織物製成之砂袋或砂管應用於海岸之相關工程技術，進行初步探討，期以拋磚引玉之構想，激發更多關心海岸整治或對這領域有興趣之人士共同研討，以利未來海岸營造朝更環保，且朝向可使民眾親水之方向發展。

英文摘要

Geotube and geobag have been successfully applied in river bank protection or dam engineering in Taiwan but only a few was applied in coastal engineering. Due to increasing demands of environmental protection and the flexibility and environmental friendly of geotube and geobag, they have been drawn the attentions of local engineer used as revetment or other coastal protection projects. Three cases are briefing in the paper. The use of sand tube enclosing a dredge fill sea-shore new land in Taichung harbor is introduced first. The application of geotube as submerged dike in Ping Tong County is subsequently introduced.

作者

謝啟萬、吳政翰

摘要

結合傳統地工合成材料及電動能原理之電動能地工合成材料(Electro-kinetic Geosynthetics, EKG)已研發應市，此種新興材料改變地工合成材料扮演之角色，由被動改變為主動提供應用功效，除可提供傳統地工合成材料、排水、脫水、強化之功效外，因結合電動原理可提供材料基體內生物性、化學性或物理性之電滲透(Electro-osmosis)或電泳(Electrophoresis)等物理現象達到排水、強化、養護材料等功能，已廣泛應用於土木與環境工程外，亦已為水處理事業、採礦、食品及運動產業所採用，由於近年來全球面臨能源短缺、氣候快速變遷、環境汙染、水源短缺等議題衝擊下，如何降低成本、減少汙染、水再生利用、節能均為現今主管機關所關心之方向，無形中提供電動能地工合成材料推廣應用與研發最好之時機。本文介紹電動能地工合成材料(EKG)發展背景、原理，研究概況、設計概念與應用案例，本國紡織研發能量根基深厚，EKG未來可應用於本國軟弱土壤固化與強化、淤泥與污泥脫水、坡面穩定等用途，值得深入研究與推廣，進而本國地工合成材料產業亦可因應市場需求，後續推動研發EKG相關產品。

作者

高秋振

摘要

作者

陳滄江

摘要

作者

高秋振

摘要