疏伐材擋土構造物適用性研究

1. 指導教授:林信輝 學生:張健威 疏伐材擋土構造物適用性研究

2. 簡報大綱 一、前言 二、文獻回顧 三、研究材料與方法 四、預期結果

3. 一、前言 1.研究動機: 林班地災害治理工作，早期以施工之便利性及安全性為主，近年來許多工程規劃設計都加入了生態系統觀念，而國有林地治理工程或環境復育保育措施，更是時常與生態工法有所結合。惟因國有林班地生態環境特殊，相關生態工法之應用及結合林班地治理及經營管理方法未臻成熟。故本研究針對實際案例 進行構造物調查、劣化評估、施工 應用與維護管理問題等進行檢討， 期研究資料之建置可供相關人員參 考，並助於生態工法之推動，維護 生態環境平衡及生態多樣性。

4. 一、前言 2.研究目的: 由於近年來疏伐木的使用漸漸增加，國內各地之木構造設施也漸漸增加，但其適用地點因資料不足，尚無明確的使用規範，因此分析其適合設立區位與其耐用性為必要的工作。 本研究目的為了解木構造設立在水際與陸地，其耐用度之差別。與設立區位可能產生之破壞型態，包刮外部破壞(如基底穩定、內填土壤流失)與木材內部破壞(腐朽、破損)。

5. 二、文獻回顧 (一)疏伐材之應用 (二)木材劣化相關文獻 (三)防腐處理之種類與標準

6. (一)疏伐材之應用 疏伐定義 疏伐，為林木經營重要撫育方法之ㄧ，其可增加留存木的生長空間，亦可減少林分之競爭，同時也促進林木之生長。疏伐的意義係強調促進林木生長，維持並增進其林分質量的提升，而伐採未成熟之林木，其目的主要為促進保留木之生長空間、增加材積生產、促進形質、提高中間過程的收穫、維持適當蓄積及增進林分景觀等(顏添明，1993)。

7. 疏伐之主要效用除增進林木胸高直徑生長外，其社會之歧異度指數會隨疏伐強度之提高而增加 (張勝傑,2002) • 如為改進造林地景觀，可採用選擇疏伐，惟需較高之作業成本 (郭寶章等)。 游棫誠(2010)

8. (一)疏伐材之應用 林務局各林管處木構造資料彙整 國內案例 目前在臺灣國有林班地對於木構造物進行治理已有相當之成果。 • 太平山宜專一線：木製節制壩。 • 羅東鳩之澤生態工法展示區：堆疊式木製格框擋土牆。 • 嘉義腦寮溪生態工法展示區：木構造擋土護坡。 • 八卦山保安林地整治工程：仿校倉式擋土牆。 • 日月潭風景區鄰近林班地整體治理：木製固床工、木製節制壩。 • 蓮華池藥用植物園生態工法監測研究：校倉式木製格框擋土牆、角材木製格框擋土牆。

9. 八卦山疏伐材木構造工程展示區-廟前坑 全景圖(完工時間：2009年) 組合式擋土柵(2012.8.8) 仿校倉式擋土牆(2012.8.8) 木製節制壩與木製排水溝 (2012.8.8)

10. 八卦山疏伐材木構造工程展示區-坑內坑 全景圖(完工時間：2009年) 組合式擋土柵(2012.8.9) 坡面保護工(2012.8.9) 木製節制壩(2012.8.9)

11. 日月潭風景區鄰近林班地整體治理全景圖(完工時間：2011年)日月潭風景區鄰近林班地整體治理全景圖(完工時間：2011年) 木製節制壩(2012.7.5) 木排樁護岸(2012.7.5) 木製固床工(2012.7.5)

12. 二、文獻回顧 (二)木材劣化相關文獻 鐘大歡(2006)，戶外木製品之基柱與地面是否直接接觸，攸關於木製品是否容易遭蟲蟻入侵進而影響使用年限。對戶外木製品的侵害因子甚多，其中以昆蟲的侵害最鉅。木材的劣化的因子很多(微生物、昆蟲、物理劣化、天然風化…)，劣化的機制亦相當複雜。

13. 二、文獻回顧 1.劣化因子: (1)生物性劣化: a.腐朽:廖志中(2011) 大部分的木材是屬於微酸性，適合菌類與孢子生長之所需，配合適當溫濕度就很容易受到腐朽菌危害。 b.蟲蛀:蟲蛀是所有木製結構最常見的一種劣化型態，侵害木材最顯著者，首推白蟻(termites)。

14. 二、文獻回顧 林信輝(2011)影響木材腐朽菌生長之主要因子有「水」、「氧氣」、「溫度」、「營養」等，若缺少其中任何一個因子，木材便不會產生腐朽。 1.水份含量 木材腐朽菌沒有水則無法生長。依樹種雖有不同，但一般由比連續纖維飽和點(含水率25～30%)高10%以上之含水率狀態便會產生腐朽。 2.氧氣 木材腐朽菌類全部屬於「好氧性微生物」。在無氧氣之地方，此等之菌類無法生長，所以也不會產生腐朽。

15. 二、文獻回顧 3.溫度 木材腐朽菌類依適合生長之溫度，可以區分為「好低溫菌(24℃以下)」、「好中溫菌(24-32℃)」、「好高溫菌(32℃以上)」等3群。一般而言，木材腐朽菌類可以生長之溫度範圍為「0-50℃」。 4.營養 木材腐朽菌之生長必須要有碳、氮及有機鹽類。木材的主成分為纖維素、半纖維素及木質素，其合計量達到全木材成分之90%以上。此等為木材腐朽菌之主要營養源。

16. (2)物理性劣化:木材因劇烈的環境條件產生之乾縮劈裂等現象。在疏伐木治理工程當中，因直接與空氣、雨水及土壤接觸，劇烈的溫溼度變化產生的開裂為最常見之材料現象之ㄧ。但若劣化部位位於構件重要受力位置或接合部位時，則有破壞整體構架穩定之虞。(2)物理性劣化:木材因劇烈的環境條件產生之乾縮劈裂等現象。在疏伐木治理工程當中，因直接與空氣、雨水及土壤接觸，劇烈的溫溼度變化產生的開裂為最常見之材料現象之ㄧ。但若劣化部位位於構件重要受力位置或接合部位時，則有破壞整體構架穩定之虞。

17. 林信輝(2010) ，疏伐材的運用尺度、接合方式、材料也影響整體設施的結構穩定性，單一構材的朽壞或破壞，以及單一接合點的破壞，可能由於結繫材料的劣化，鬆脫、也可能導因於木料的乾縮、開裂等原因，均可能造成結構弱點，從而導致設施破壞。 螞蝗釘接合 螺栓接合

18. 疏伐材木構造物治理工程常見劣化因子分類表 (許文奕，2011)

19. 二、文獻回顧 2.木材耐久性 王松永(2005)認為，採加壓注入防腐處理並用於地際之大概耐用年數為10年以上；用於水際之大概耐用年數約為10年。一般而言，所有樹種之邊材均無耐朽性，於3年內均會劣化。但心材之耐久性中庸者或低者，在4~7年後會腐朽掉，故需保存處理後再使用。

20. 木材防腐處理之評估 資料來源：王松永(2005) 二、文獻回顧

21. 津島俊治等(2005)調查大分縣內171處土木用木製構造物之劣化狀況，針對構材劣化原因與劣化指標的關係，推斷木製構造物耐用年數之方法，進行檢討。無處理材6年、處理材16年。津島俊治等(2005)調查大分縣內171處土木用木製構造物之劣化狀況，針對構材劣化原因與劣化指標的關係，推斷木製構造物耐用年數之方法，進行檢討。無處理材6年、處理材16年。

22. 二、文獻回顧 3.疏伐木治理工程劣化調查及評估 疏伐木治理工程在非破壞性調查構件劣化之評估方法，可區分為定性調查及定量調查。參考日本林野庁森林土木木製構造物施工手冊(2005)、國內相關文獻及他案相關之木構件劣化調查方法說明如下： (1)定性調查: 在木材劣化之定性調查方法有可分為目視檢測方法、觸摸調查方法、敲擊調查方法等。 (2)定量調查: 使用儀器來檢測(木材腐朽檢測儀、超音波檢測器、山中式硬度計、鑽孔抵抗法)

23. (1)定性調查: a.目視檢測方法：以肉眼觀察瞭解木材腐朽之徵 兆及受損情形。 • 1.部分木材變形： • 2.部分木材受損：乾縮縱裂、受外力造成的劈裂。 • 3.可見菌類：檢視木料是否遭到霉菌孳息、白腐現象。 • 4.蟻類活動跡象：觀察構件表面是否有蟻路、蟻巢、地面有掉落木屑、白蟻蛀蝕痕跡等。

24. b.觸摸調查方法: 以手指觸摸調查，有腐朽情形時，會有軟化之感覺，再確實腐朽之部分可以錐形物、起子等插入調查(山中式硬度計等)。 c.敲打調查方法: 木槌或鐵槌敲打調查，如有腐朽情況時，與建全部位比較時會有音鈍、彈力較小之情形。 木材劣化定性調查方法說明圖

25. (2)定量調查: a. 木材腐朽檢測儀 b. 超音波檢測器 c. 鑽孔抵抗法 超音波檢測器 木材腐朽檢測儀

26. 二、文獻回顧 • 台灣非破壞檢測技術之應用 早期之木結構損壞判定，均以木匠師目視敲擊之經驗判斷法則，而科學性的檢測技術應用始於1996年台北大龍峒保安宮，使用超音波檢測方式，改善傳統經驗法則之不準確性，並提供科學性數據以利後續追蹤(王松永) 。

27. 二、文獻回顧

28. 應用於木構件之非破壞評估技術分類 資料來源：劉錦坤(2005)

29. 二、文獻回顧 (三)防腐處理之種類與標準 • 適當之木料防腐處理，可延長疏伐木治理工程之生命週期，增加工程之經濟性。從減碳的觀點來說，當疏伐木治理工程以固體型態存在，表示被吸收之二氧化碳儲存於木材中，隔離在碳循環之外，可使大氣中二氧化碳純減。

30. 木材防腐之方法 (楊慶瀾，1965) 1. 乾燥法 一般木材之腐朽至少需含水分20%， 完全天然乾燥及人工乾燥之木材， 居20%以下之含水狀態，可防止腐朽作用。 2.表面處理法(常壓) (1) 表面塗刷及噴霧 (2) 浸漬法 3. 加壓處理法 加壓處理法乃憑藉壓力注入防腐劑，為最有效之防腐法，通常用一圓筒形水平注入槽，徑6~8呎，長80~150呎，其主要特點為防腐劑滲入木材最深，防腐效力最大。 (1) 優點-可處理潮濕之木材，防腐劑能深入木材且滲入均勻，可達較多吸收量。處理時之各種防腐操作易於控制。並能施行大量木材之防腐作業。 (2) 缺點-設備費用大，必須將木材運至防腐供場，再運往應用地點，增加運輸成本，耗費人工多、成本較高，亦無法進行局部防腐處理。

31. 常見防腐劑優劣分析表 行政院公共工程委員會對木構造防腐之施工綱要規範亦有禁止以鉻化砷酸銅(CCA) 處理之規定： 1.室內建材、傢俱、戶外桌椅、但建築物樑柱及地基製材，不在此限。 2.遊戲場所、景觀、陽台、走廊及柵欄。但橋樑結構、基礎接地用材，不在此限。 3.其他與皮膚直接接觸者。

32. 三、研究材料與方法 1.研究樣區: 本研究以彰化二水生態工程示範區與南投日月潭 示範區為主要研究地區，加上其他地點之案例調查，作為研究的資料來源。

33. 2.研究方向與架構: (1)首先研究木樁埋在土中與水中之防腐與未防腐差異。 (2)以實際木構造監測，測量木構造長期之超音波、含水率、與硬度之變化，第三部分探討木構造設置在陸地上與水際邊其安定性與使其劣化之因素。 由以上資料綜合分析，最後提出改善之方針。

34. 三、研究材料與方法 資料蒐集 文獻回顧 木製材料試驗 研究流程: 結構監測 劣化與損壞調查 劣化原因 強度試驗 歷年分析 破壞類型分析 數據分析 木構造劣化與破壞的原因 維護或改善方法 結果與討論 建議

35. 木樁劣化試驗 水域40枝 (20支防腐、20支未防腐) 陸域40枝 (20支防腐、20支未防腐) ↑ 供試木樁位置說明圖

36. 試驗材料：柳杉疏伐材 • (82支 Ø=15cm、L=150cm) • 設置地點： 八卦山木構造工程示範區 • 設置時間： 98年8月28日 • 第一年採樣時間：99年10月2日 • 第二年採樣時間：100年9月1日 • 第三年採樣時間:101年9月6日 • 取樣數量：水域及陸域之防腐與未防腐條件各2組 試體設置完成情形

37. 試驗流程圖 木棒機製材切削 (柳杉疏伐材，ψ=15cm,L=150cm，82枝) 防腐處理(ACQ，K3標準) (41枝) 未防腐處理 (41枝) 物理性質紀錄 (含水率、重量、硬度) 物理性質紀錄 (含水率、重量、硬度) 實驗室試驗 (1枝) 水際處 (20枝) 護岸邊 (20枝) 實驗室試驗 (1枝) 水際處 (20枝) 護岸邊 (20枝) • 防腐劑量檢測 • 含水率檢測 • 木材機械性質試驗 • 防腐劑量檢測 • 含水率檢測 • 木材機械性質試驗 定期監測檢驗 (每1年抽2枝) 定期監測檢驗 (每1年抽2枝) 監測與試驗資料紀錄 結果分析

38. 校倉式擋土牆 組合式擋土柵 分析之木構造形式: 陸地 木製節制壩 排樁護岸 水際邊

39. 硬度(斷面心材和邊材、縱身) 含水率測定 經緯儀位移監測 超音波測量

40. 四、實驗結果 陸域強度試驗值比較 陸域未防腐與防腐木樁之抗彎強度、抗彎彈性模數、抗壓強度、抗剪強度皆逐年下降，未防腐之木樁強度又低於有防腐之強度。

41. 謝謝聆聽