掛網岩栓護坡工法之設計簡介掛網岩栓護坡工法之設計簡介

34 35Journal of Professional Geotechnical Engineers, No. 13 第 13 期

工程技術工程技術

穩定坡面，分析時要求岩栓須能夠安全的穩定

寬度 a、長度 b、厚度 t的滑動體區塊。在此先假設沒有地震或地下水滲流作用於滑動土體，

分析土體與其作用力如圖 4所示，其中 G表示滑動土體自重，cd A表示沿著滑動面激發的凝聚力，α為坡面與水平夾角，V是沿著岩栓方向的預力，V的作用方向與水平夾角為 Ψ，S表示岩栓的抗滑動剪力，N與 T是表示滑動面上之正向與切向力。

針對圖 4滑動體進行力平衡考慮，並且使用Mohr-Coulomb破壞準則與強度參數 (cd、φd)來計算破壞狀態，整理後得計算式 (1)，其中考量了地形不確定性安全係數 Fm，根據

EUROCODE 7規範建議 Fm取 1.10。摘要

掛網岩栓護坡工法係由柔性防護網與岩栓（或岩釘）共同組成之邊坡整治工法，其兼具

有施工便捷、免維修、低碳排放、高透水性及可綠化植生等特點，於國際間已廣泛成為防護

自然邊坡之整治或補強的首要選項；雖然在台灣山區或一般道路邊坡亦可常見，然就學理分

析設計面而言，現行對邊坡淺層覆蓋風化土壤和弱面發達且破碎的岩坡整治，其細部設計方

法則稍微缺乏，故本文簡介掛網岩栓護坡工法之淺層穩定設計概念與檢核重點，輔以案例探

討其實際應用，俾利於邊坡防護工程實務設計得以更臻完善。

一、前言

掛網岩栓護坡工法係採用鋼索網（wire rope net）或鋼線網（wire mesh net）先行鋪設覆蓋於坡面上，隨後以固定間距打設岩栓（或

岩釘），待岩栓打設完成，灌漿養護後安裝承

壓鈑並鎖緊螺帽施予預力，使前述鋼線網或鋼

索網可緊貼坡面，如圖 1、圖 2所示。相較混凝土結構來說，掛網岩栓護坡工法不同處在於

其結構型態屬於柔性結構，可容許輕微變形而

不致影響結構完整性，且施工上有工期短、安

裝便捷、免維修、高透水性、低碳排放等特

點。另對比噴凝土護坡，又可增加植生綠化功

能，維繫原始自然環境等特色（Rüegger and Flum, 2001）。

丘達昌、陳志信 世鼎工程設計有限公司

陳榮河 臺灣大學土木工程系教授

近年來，颱風、暴雨、地震等，已逐年增

加災害影響性，超乎傳統護坡工（如使用菱形

網、鋼絲網等）之承載能力。因此工程實務上

對護坡系統材料的強度、設計安全性等也隨之

提高。故而，於先進國家已著手採用高強度鋼

線網，強調材料高拉力、結構高柔性、防蝕高

耐久性等功能，且具完整試驗驗證與設計理

論，目前在世界各地已有無數實績，此系統亦

引進台灣多年，完成許多案例（王慶雄等人，

2011），防護成效顯著，但鑒於國內對於此工法設計考量略顯不足，故撰文介紹設計原理與

檢核重點，誠供建議及應用。

二、設計概念

掛網岩栓護坡工法的設計方法可適用於各

種市面上所銷售的鋼線網、鋼索網等結合岩栓

之邊坡防護系統，於系統中允許自由調整岩栓

的 垂 直 與 水 平 間 距（Flum, and Rüegger, 2006）。設計檢核主要區分成兩部分：平行坡面淺層滑動分析與岩栓間局部滑動時之穩定分

析（Wichter, 2001），以下以鋼線網為例，詳述介紹。

2.1 平行坡面淺層滑動分析

邊坡淺層覆蓋風化表土經常從土岩交界面

產生滑動，如圖 3所示，所以必須藉由岩栓來圖 1 鋼索網（wire rope net）

　　 結合岩栓施作示意圖

圖 2 鋼線網（wire mesh net）

　　 結合岩栓施作示意圖

圖 3 邊坡淺層滑動示意圖

圖 4 分析土體作用力分佈情形

掛網岩栓護坡工法之設計簡介

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工程技術工程技術

進行完力平衡分析推算後，須進入檢核階

段，於平行坡面淺層滑動分析中，需滿足三部

分檢核驗證，分別為：

(a) 檢核岩栓於平行坡面方向抗剪力。

(b) 檢核鋼線網抗衝孔（punching）破壞能力。

(c) 檢核岩栓於複合應力作用下之承載能力。

2.1.1 檢核岩栓於平行坡面方向抗剪力

運用式 (1)來求設計剪力 Sd，其需與岩栓

材料受剪時的阻抗力 SR相比較，在此阻抗安

全係數 FSR也需考慮進去，檢核如式 (2)。

(2)

上式中各代號詳述如下：

符號 單位 說明

Sd kN

採用折減預力 Vd1於式 (1)計算出設計剪力Sd。其中 Vd1 = V × Fd1。

Fd1：折減係數，依 EUROCODE 7規範建議值取 0.80。

SR kN

岩栓材料剪力阻抗值。

SR = τy × A

τy = fy /

fy：岩栓拉力降伏強度

A：岩栓有效截面積

FSR −剪力阻抗安全係數，依 EUROCODE 7規範建議值取為 1.50。

2.1.2 檢核鋼線網抗衝孔破壞能力

為證明鋼線網可抵抗衝孔破壞，其中必

須檢核鋼線網是否能夠負荷施加在岩栓方向

的預力 V，並將其預力分散固定滑動土層或包

覆破碎岩體。考慮預力檢核值 Vd2與鋼線網壓

力阻抗值 DR、衝孔阻抗安全係數 FDR計算如

式 (3)。

(3)

上式中各代號詳述如下：

符號 單位 說明

Vd2 kN預力檢核值，Vd2 = V × Fd2。

Fd2：放大係數，依 EUROCODE7規範建議值取 1.50。

DR kN 鋼線網於抗衝孔破壞試驗所得壓力阻抗值。

FDR −衝孔阻抗安全係數，依 EUROCODE 7規範建議值取為 1.50。

上述阻抗值 DR為鋼線網進行抗衝孔破壞

試驗所求得，本試驗係利用壓力機針對岩栓、

承壓鈑與鋼線網系統垂直加壓，直至鋼線網產

生衝孔破壞，如圖 5所示，其目的為測試不同型式或線徑的鋼線網，藉由試驗儀器垂直加壓

過程，觀察鋼線網受力行為與安裝監測儀器記

錄應力 -應變結果，進而求得阻抗值。

2.1.3 檢核岩栓於複合應力作用下之承載能力

考慮岩栓因施加預拉力而承受張力，同時

因平行坡面的淺層滑動而承受剪力，故須檢核

岩栓於複合應力作用下的承載安全性，此穩定

性檢核如式 (4)。

(4)

上式中各代號詳述如右：

符號 單位 說明

TR kN

岩栓材料拉力強度。

TR = fy × Afy：岩栓拉力試驗降伏強度

A：岩栓有效截面積

FVR 拉力阻抗安全係數，依 EUROCODE 7規範建議值取為 1.50。

2.2 岩栓間局部滑動時之穩定分析

此方面之穩定分析著眼於岩栓間產生局部

滑動，此部分須由鋼線網來抵抗滑動提供穩定

性，並將滑動土體所產生的驅動力傳遞至岩

栓，再轉移至底層穩定的土壤或岩盤之中。此

項檢核必須反映出可防護的局部滑動範圍，才

能在岩栓設計間距 a、b佈設上有所選擇，如圖 6所示。

從單一岩栓來看，於桿頭螺栓鎖緊，固定

承壓鈑施加預力於鋼線網後，從岩栓頂部開

始，於鋼線網下方土壤會產生一壓力圓錐體，

此圓錐體如圖 7所示，可用幾何參數來表示，

乃圓錐頂部半徑 ζ、底部半徑 ξ、圓錐傾角 δ。

其中假設壓力圓錐是完全在滑動體之外，這表

示潛在滑動體區域最大斷面是上寬下窄之倒梯

形，頂部寬度為 a-2ζ，底部寬度 η為 a-2ξ，其

中幾何參數 ζ是根據試驗來測定其數值，但可

概估為承壓鈑之半寬 ζ = 0.5 Dplate，故此梯型滑

動斷面可簡化轉換成長方形，其寬度 as(simplified) = a-t/tanδ-2ζ。

對於岩栓間局部滑動的安全性，需以破壞

機制 A（單一楔型滑動）與破壞機制 B（組合楔型滑動）聯合作探討，如下述。

2.2.1 岩栓間局部滑動破壞機制

(1) 破壞機制 A（單一楔型滑動）

在局部穩定性的破壞機制 A中，考慮滑動寬度為 as、滑動長度為 L、厚度 t之等值長方土體區域，且滑動面與水平面的夾角為 β，所

有在滑動體上的作用力如圖 8所示。

G = 滑動體重量

cd A = 沿滑動面激發之凝聚力

P = 需求穩定力

Z = 滑動體與鋼線網產生之摩擦力。

Ψ = 力量 P之傾角

圖 7 壓力圓錐與簡化滑動區域圖 5 抗衝孔破壞試驗照片

圖 6 岩栓間局部滑動時情形與固定範圍

圖 8 破壞機制 A作用力示意圖

(1)

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工程技術工程技術

N = 正向力

T = 切向力

α = 邊坡傾角

L = 滑動面長度

2b = 岩栓間距

考慮力平衡與Mohr-Coulomb破壞準則，需求穩定力 P，可藉由式 (5)改變不同的滑動面傾角 β來得最大值。

(2)破壞機制 B（組合楔型滑動）

破壞機制 B是由兩個滑動體所組成，兩個滑動體的寬度皆為 as，上部區域為梯形 I區，壓制在下部楔形 II區之上，其接觸力（I、II區接觸）為 X，如圖 9所示。

GI、GII = I、II區滑動體重量

cd AI、cd AII = I、II區沿滑動面激發之凝聚力

AI、AII = I、II區滑動面積

NI、NII = I、II區正向力

TI、TII = I、II區切向力

LI、LII = I、II區滑動面長度

其餘 P、Z、α、Ψ、b之參數同破壞機制A所述。其中接觸力 X可由式 (6)計算，而需求穩定力 P則依式 (7)改變不同滑動面傾角

β，來求算最大值。

進行完破壞機制 A、B分析求算後，可得兩者需求穩定力 P值，比較後取大者，即為設計穩定力 Pd，而後進入下述檢核步驟，分別

為：

(a) 檢核鋼線網於岩栓之承壓鈑固定處抗剪能力。

(b) 檢核鋼線網於平行坡面方向之承載能力。

2.2.2 檢核鋼線網於岩栓之承壓鈑固定處抗剪能力

岩栓間局部土體向下滑動時，鋼線網開

始受張力變形，於下部岩栓之承壓鈑固定

處，需考量鋼線網承受剪切之能力。檢核如

式 (8)。

(8)

上式中各代號詳述如下：

符號 單位 說明

Pd kN 於破壞機制 A、B推算後，比較出最大力量 P值。

PR kN 鋼線網進行抗衝孔破壞試驗所得剪切（shearing-off）阻抗值。

FPR - 剪切阻抗安全係數，依 EUROCODE 7規範建議值取為 1.50。

2.2.3 檢核鋼線網於平行坡面方向之承載能力

滑動土體與鋼線網之間的摩擦力 Zd需藉

由鋼線網傳遞至岩栓，故鋼線網材料須能負荷

其傳遞力量，檢核如式 (9)。

(9)

上式中各代號詳述如下：

符號 單位 說明

Zd kN 滑動土體與鋼線網的摩擦力。

ZR kN 鋼線網進行平行坡面拖曳試驗之阻抗值。

FZR - 拖曳阻抗安全係數，依 EUROCODE 7規範建議值取為 1.50。

上述之阻抗值 ZR則為鋼線網進行平行坡

面拖曳試驗所求得，本試驗係利用拉力機於

鋼線網系統平行坡面方向拖曳直至鋼線網產

生剪力破壞，如圖 10所示，其目的是測試不同型式或線徑的鋼線網，藉由儀器拖曳過

程，於岩栓之承壓鈑位置固定處產生剪力破

壞的受力行為，並安裝監測儀器，量測應力 -應變結果，進而求得阻抗值，實際試驗照片

如圖 11所示。

三、案例探討

以下以一實際案例作為此設計方法應用之

探討（絡科國際，2012）。

3.1 基地簡介

本基地位於台東某山區道路旁邊坡，基地

地質屬於畢祿山層，地層主要是深灰色的板岩

和千枚岩，夾著薄層到中層暗灰色至白灰色的

石英岩，和石灰質或泥灰質的凸鏡體，有時也

含有不規則的礫岩層（何春蓀，1986）。本層下部多板岩與石英砂岩互層和淡灰色厚層硬砂

岩。民國 101年為配合橋梁新建工程進行臨近橋台旁邊坡防護，其垂直高度約為 39 ~ 43 m之間，寬度變化約 25 ~ 75 m，總防護面積為約3,000 m2，工法採高拉力鋼線網配合自鑽式岩

栓施工。

此案採用線徑 3 mm之鋼線網並以鋅鋁塗裝防蝕，線材抗拉強度達 1,770 MPa，岩栓打設共 610 支，每支長度為 3 m，直徑為 25

圖 10 平行坡面拖曳試驗示意圖

圖 11 平行坡面拖曳試驗照片

圖 9 破壞機制 B作用力示意圖

(5)

(6)

(7)

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工程技術工程技術

mm。岩栓鑽孔內灌漿設計強度為 350 kgf/cm2，待養護至設計灌漿強度達到後，放置承

壓鈑於岩栓頂部，以扭力鈑手鎖緊螺帽並施予

預力。承壓鈑尺寸為 330 × 190 × 10 mm並採熱浸鍍鋅防蝕，抗彎強度要求 2.5 kN-m以上，鎖定預力為 50 kN。

邊坡施工前照片如圖 12所示，其上仍存在許多鬆動土石方，故須先進行修整及剝除之

刷坡作業，將浮石、破碎岩屑、凸出尖角岩塊

與風化土層先行打除，作業後情形如圖 13所示。

3.2 參數選取

(1) 邊坡設計參數

分析參數依照基地或鄰近基地地質調查

報告、基地現況圖及相關設計文件、現勘狀

況來做評估。依調查，此邊坡最大坡度 α約

65°。設計岩栓之水平、垂直間距為 a = b = 2.5 m，傾角 Ψ = 30°，淺層滑動需穩定的厚度 t = 1.0 m。分析時，同時考量地震力與滲流力之

影響；水平設計地震力係數 εh考量是依照民

國 100年修正「建築物耐震設計規範與解說」部分規定，取分區地表水平加速度之半

（加速度為 0.4 SDS），故 εh = 0.16，垂直設計地震力係數 εv則取水平設計地震力係數之半

εv = 0.08。滲流力 Us影響同時納入計算，Us = γw sinα a b t。

(2) 地層設計參數

地層調查參數整理如表 1所示。

表 1 地層調查參數

項目 符號 單位 建議值

單位重 γk kN/m3 23.0

內摩擦角 φ′k Degree 34.0

凝聚力 c′k kN/m2 20.0

上述地層調查參數須依照 EUROCODE 7規範建議之安全係數予以折減後，作為分析輸

入參數。EUROCODE 7建議之安全係數與計算方法如表 2所示。

表 2 地層設計參數計算方式

地層設計參數 凝聚力 (cd) 單位重 (γd)

安全係數 Fc = 1.50 Fγ = 1.00

計算方法 cd = c′k / Fc γd = γk / Fγ

地層設計參數 內摩擦角 (φd)

安全係數 Fφ = 1.25

計算方法 φd = tan−1( tan φ′k / Fφ)

(3) 防護系統設計參數

防護系統選用高拉力強度鋼線網，網目規

格 83 mm × 143 mm，有效內徑為 65 mm，鋼線網縱向抗拉強度達 150 kN/m、橫向抗拉強度60 kN/m，其餘試驗設計參數如表 3所示。

表 3 防護系統試驗設計參數

試驗項目 符號 單位 試驗值

平行坡面拖曳試驗 ZR kN 30.0

抗衝孔破壞試驗 DR kN 180.0

抗衝孔破壞試驗 PR kN 90.0

(4) 岩栓設計參數

本案採用直徑 25 mm岩栓，材料拉力降伏強度 fy = 500 N/mm2，剪力強度 τy = 289 N/mm2，截面積 A = 491 mm2。另考量施工與氣

候致使岩栓可能會產生鏽蝕影響，故分析時其

折減截面積 Ar(reduced) = 346 mm2，故得岩栓材料

設計參數如表 4所示。

表 4 岩栓材料設計參數

項目 符號 單位 試驗值

拉力阻抗 TR kN 173.0

剪力阻抗 SR kN 100.0

3.3 分析結果

根據第 2節內容所述，需進行以下各項檢核項目：

(1) 平行坡面淺層滑動分析

(a) 檢核岩栓於平行坡面方向抗剪力

圖 13 刷坡整修後坡面情況

圖 12 邊坡防護前情況

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工程技術工程技術

檢核如下：

符號 單位 數值

Sd kN 37.6

SR kN 100.0

FSR – 1.50

Sd ≤ SR / FSR O.K.!

(b) 檢核鋼線網抗衝孔破壞能力

檢核如下：

符號 單位 數值

Vd2 kN 75.0

DR kN 180.0

FDR 1.50

Vd2 ≤ DR / FDR O.K.!

(c) 檢核岩栓於複合應力作用下之承載能力

檢核如下：

符號 單位 數值

Vd2 kN 75.0

Sd kN 37.6

TR kN 173.0

SR kN 100.0

FVR – 1.5

FSR – 1.5

{[Vd2 / (TR/FVR)]2 + [Sd/ (SR /FSR)]2}0.5 ≤ 1.0 O.K.!

(2) 岩栓間局部滑動分析

(a) 檢核鋼線網於岩栓之承壓鈑固定處抗剪能力

檢核如下：

符號 單位 數值

Pd kN – 7.0

PR kN 90.0

FPR – 1.50

Pd ≤ PR / FPR O.K.!

(2) 檢核鋼線網於平行坡面方向之承載能力：

符號 單位 數值

Zd kN 15.0

ZR kN 30.0

FZR – 1.50

Zd ≤ ZR / FZR O.K.!

3.4 完工情形

經上述設計檢核完成後，即接續細部設計

階段，安全性與經濟性須共同進行考量。當設

計架構與細節部分完整底定後，進入工程發包

與現場施工階段。本案於 101年年底進行施

工，至 102年年初完成，工期共 2個月。至今

完工已逾三年，其間歷經數次颱風與豪雨、地

震等影響仍保持穩定狀態，防護系統亦無異

狀，顯現此工法之成效。完工後三年之照片如

圖 14所示。

四、結論

(1) 掛網岩栓護坡工法具有工期短、易維修、

可綠化植生、排水、低碳、容許些微彈性

變形的柔性能力，本文介紹其設計方法，

主要是考量淺層滑動破壞之影響及破壞機

制，無需進行高階運算軟體分析，具操作

簡便之優點。

(2) 設計分析時，可考慮地震力與滲流力，與

傳統邊坡分析觀念結合。此外，案例探討

中介紹參數選擇，可作為安全性分析時之

參考。

(3) 進行分析之各材料強度皆由大量試驗累

積整理所得，具備重覆性驗證。分析中

安全係數與不確定性修正係數是依照

EUROCODE 7規範建議，亦符合規範之

規定。

(4) 本文係介紹防護邊坡淺層滑動掛網岩栓

護坡工法之部分計算檢核程序，並以實

例提供參考，作為邊坡災害防治設計時

之參考選項，惟實務應用時仍須依個案

進行如整體滑動、局部構件應力⋯等必

要檢討，方得以符各工址之完整設計需

求。

圖14 邊坡防護完工後現況 （105年6月拍攝）

參考文獻

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定防治的另一種選擇 -金屬網」，臺灣公路工

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