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了解 + 改善,土壤液化別害怕!

105/06/17 瀏覽次數 8352
台灣位於環太平洋地震帶,地震頻繁,地震也常造成不可預期的災難,甚且,地震後所帶來的多重災難更是可怕,例如:海嘯、山崩及水壩破壞等,其中,土壤液化是相關的課題之一。經內政部營建署調查,全台灣各都會區皆有土壤液化的潛在風險,且在經濟部中央地質調查所網站中,可以查詢土壤液化的嚴重程度。但土壤液化到底是如何發生,我們又有什麼方法可以改善呢?

土壤液化即土壤變成液態,好像「土壤湯」一樣,而土壤是如何變成「湯狀」的呢?首先,我們先建立一個簡單的概念:土層大多是由砂土、黏土、地下水所組成,一般情況下,也就是當地下水位穩定時,土層有足夠的有效應力(effective stress)去支撐地表建築物的載重,這是因為土壤顆粒之間產生作用力來承載建築物。然而,若遇到強烈外力作用,例如:地震,則會造成地下水位急遽上升,地下水充滿於孔隙間,土壤顆粒之間的作用力降低,使得土壤的有效應力趨近於零,此時土壤會毫無承載能力,有如液體般的狀態,此現象稱為土壤液化。理論上,土壤液化比較容易發生於砂質土壤,因為砂質土壤的孔隙較大,而實際上,各區域是否容易發生土壤液化,還須經過鑽探報告所顯示的土壤物理性質才能判定。由以上介紹可以得知,造成土壤液化的主要因素有三點:砂質土壤、高地下水位及強大的地震力。

在土壤液化的危險區域是否就無法蓋房子呢?其實對於現今台灣土木工程技術而言是絕對沒有問題的,只要做地質改良或使用適當基礎形式,皆可以改善土壤液化的危機。地質改良的種類包含灌漿、動力夯實、礫石樁工法等,其中動力夯實較常被使用。動力夯實為在每單位面積內,使用固定重量之混凝土,從特定高度以自由落體方式落下,夯實土壤數次,其原理是將土壤夯實緊密,使土壤間孔隙變小,因此可以防治土壤液化。此種方法較為簡單,但產生的振動會干擾到周遭建築物,並不適合於都市中使用,若於市區或已建好的房子,則較常使用灌漿改良的方式,灌漿改良是將混凝土、粘土液、化學藥劑等灌漿材料注入土壤內,讓這些材料充滿土壤孔隙,提高土壤的止水性及強度,亦可防治土壤液化。另外,我們也能以建築工法的方式,來減少土壤液化將帶來的影響,亦即使用適當基礎形式,其種類包含樁基礎、基礎底面加深、基礎外緣以連續壁圍束等,其中樁基礎比較常被使用。樁基礎即為將基樁打入土層至岩盤或非土壤液化層,由基樁承受建築物大部分載重,便可以大大減少土壤液化所帶來的危害。

台塑麥寮六輕工業區為地盤改良中一個很好的案例,現今的六輕工業區所有範圍,於建廠前皆位於海平面底下,所有廠區的土地都是利用填海造地的方式製造出來的,因此地下水位本身就比較高,發生土壤液化的風險相較其他各地也比較高。但近年來台灣發生多次規模較大的地震中,麥寮六輕工業區卻沒有任何土壤液化的情況出現,這即是因為當初建廠時對於地盤改良擁有完善的規劃,絕大部分面積以動力夯實方式作改良,並且在建造廠房時使用正確的基礎形式-樁基礎來進行,因此才能使廠區免於土壤液化的危機。

2016年2月的美濃地震即因土壤液化造成台南市的嚴重傷亡,因此土壤液化帶來的災害不可小覷,但只要充分了解土壤液化的發生由來與因素,以及如何改善,我們就可以大大的降低土壤液化的產生,並避免生命財產遭受損害。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:遇見無所不在的生活科學」執行團隊撰稿)

責任編輯:張尹貞
審校:張惠博
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