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土壤液化專題報導(三):因為無知而產生無意義的恐懼-認識液化的威脅

105/11/29 瀏覽次數 1380
面對各種天然災害的威脅,人們應該要去瞭解與處理,但絕對不是心生恐懼。土壤液化一旦發生時,確實會對地表乃至地底結構物造成損傷,並且其作用方式和其它類型的災害行為差異頗大,因此有必要先透過正確的認知,加以判斷是否存在可能的危害?然後再尋求合適的處置作法。
 
土壤液化對結構物的威脅

土壤液化並沒有那麼可怕,發生土壤液化地區之上部結構物由於「液化減震」,反而減弱因振動直接引起的危害,只是地層中液化的現象還是會對結構物造成一些損傷。

當土壤液化發生後,會使建築結構物產生沈陷與傾斜等剛體變形,一般梁柱等主要結構桿件多半不會受損,但是非主結構體,如磚牆、一樓地坪與非結構梁柱等,則會容易產生龜裂破損。最常見的狀況就是房屋基礎因土壤液化承載力不足,同時也由於液化後土壤趨於緊密所造成之垂直變位,相對地表產生明顯的沈陷傾斜。對老舊的土角厝或磚造結構,由於牆體無法承受拉力,會因而導致牆體開裂或房屋整體倒塌之現象。

一般採獨立基腳的透天厝,容易因差異沈陷而導致房屋之破損。至於採用連梁或聯合基腳的房屋因整體穩定性較佳,液化有時僅造成房屋之局部傾斜。新式四層樓以上之公寓則多採筏式基礎或版式基礎,此類建物較無明顯之液化損害,唯少數會沿地下室外緣出現噴砂現象。

液化地盤中之維生管線,易因差異沈陷或地盤流動側移而扯斷,形成水管與瓦斯管線斷裂或接頭鬆脫、電線斷路以及排水溝渠毁損等問題,而產生重大的損失。地中淺埋之維生管線或其它地下輕型結構物(如化糞池或地下油槽),可能會因過大之孔隙水壓力而上浮。

臨近河岸的結構物則會因為液化發生時土壤本身的強度降低,使得擋土結構所受壓力增加而產生滑移或傾倒,近河岸地區地層產生側向流動,造成地表上之結構物沈陷或傾斜、橋墩傾斜、位移及橋面破壞,堤防、擋土牆及水邊結構物的崩塌與傾覆,道路與農田之開裂、塌陷及平移等。
 
土壤液化後的復建

遭受土壤液化損害之結構物,一旦破壞情形嚴重時便需拆除重建;倘若主要結構沒有損傷,可將傾斜下陷之建物以灌漿、頂升及基地土壤改良等方法加以扶正、抬高及補強。

土壤液化復建補強的目的在於提昇土壤抗液化能力、恢復基礎本身之安全穩定及構造性能、確保上部構造之安全及正常性能及維護整體構造之使用機能。但實際施作時由於基礎構造受損情形不易明確查知,又當前欠缺補強之管理法規及技術規範與標準等問題,使得修復工程並不容易。一般在選擇補強工法時,往往會考慮先由以往工程案例經驗來考慮技術可行性,同時配合現地地層狀況,瞭解所欲處理的範圍及深度後選用適用的工法。費用的高低與工期的長短通常也是重要的決定要素,至於補強後的長期效果,以及未來再次地震事件發生時之抗液化能力,則是整體考量中不可忽略的一環。
 
土壤液化可以有效防治

土壤液化並非隨處可見的災害現象,而是有其特定之地層特性,方才有發生液化的可能,因此民眾應向專業人士詢問自家房舍是否存在液化潛能?以及有效的預防或補救措施。
    液化防治的對策包括地盤改良與良好之基礎結構兩大項。在具液化潛能地區,務必於建物設計施工前進行地質調查,因液化潛能高低與局部區域之土層分布變化有密切之關聯,一定要針對個別工程進行鑽探調查及液化潛能評估。經評估有液化可能的工址,可經由灌漿、夯實、開挖置換等土壤改良手段,來提高砂土層的抗液化能力。或是建築物基礎設置連續壁或其他特殊基礎型式,從而限制液化的發生及砂土流失之可能性,另外也可以使用樁基礎型式來避免液化。

由於土壤液化時孔隙水壓力大幅提升,除了要防範建物沈陷以外,同時亦應考量建物之抗浮安全,例如在維生管線的接頭採用可忍受較大差異變形之柔性接頭外,於可能上浮地段可進行地盤改良,或設計抗浮地錨或抗浮樁。

上述的這些工法在結構物設計施工時採用較為容易,對於己經完工的結構物採用時就必須花費較多的成本才能完成。土壤液化雖然比較不會造成大量的生命傷亡,但其財產損失亦相當可觀,因此國人宜建立落實專業之鑽探調查及設計施工等觀念,方可有效避免災害發生。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播:小王子眼中21世紀的地球」執行團隊撰稿)
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