傳統智慧回歸自然的砌石工法

傳統智慧回歸自然的砌石工法(artificial floating islands)
華夏科技大學資產與物業管理系助理教授 郭輝龍

一 前言

相信大家都曾在河道邊、山坡上或是水壩堤邊看過一粒一粒的大石頭推疊在山坡上（如圖1），大家是否懷疑過為什麼要在這裡堆放這麼多的大石頭，它的作用是什麼呢？是為了美觀還是其他原因呢？今天就要來告訴大家這些大石頭為什麼要堆在那裏，還有擺放這些大石頭的學問！

圖1 山坡旁堆放一粒粒大石頭（本文作者郭輝龍拍攝）

在臺灣因為地勢關係，溪流坡度陡峭，使得溪流具有極強的沖刷力，每當颱風或是豪雨來臨時，大量水流沖刷往往會造成河床的侵蝕破壞，進而影響溪流兩岸的農地或是民舍。為了保護河床，人們開始想辦法增加河床對於溪水侵蝕的抵抗力，才有了砌石工法的出現。

二 什麼是砌石工法

為了解決臺灣溪流對河床大量侵蝕的問題，人們發展出來在溪流岸邊堆疊石頭以抵抗溪水沖刷的工法稱為砌石工法。在混凝土和水泥還未被大量使用時，臺灣曾有過「六菊築石法」、日治時期的「龜甲築石法」等等方法，都是利用在岸邊堆疊石頭的方式來達到邊坡保護的功效，然而，砌石工法相當耗費人力、時間，且施作的經費也相當地高，所以後來的邊坡防護也漸漸被水泥或是混凝土所取代。一直到最近生態工程意識抬頭，大家才又開始關注傳統的砌石工法。

三 砌石的秘密

要在邊坡上堆疊石頭，是一件非常不容易的事，尤其是在石頭的選擇上，需要選擇大小剛好、形狀合宜，甚至需要切割石頭，最後再由人力的搬運將石頭放置到護岸的位置。

從科學的角度來看，石頭的強度需要能夠承載壓力，且每個石頭的形狀差異不能過大，如此一來，堆疊時才能產生足夠的摩擦力以抵抗石頭與石頭間的相對滑動，再來是石頭的擺放，在洪水來時需要能承受洪水的沖刷，在水位比較高的時候還要抵抗水的壓力。此外，考量到生態的保育，石頭間的縫隙也要夠大，形成多孔隙環境，以利像是螃蟹等等甲殼類的動物居住。

砌石的結構主要分為：(1)水底固床、(2)基腳防護以及(3)邊坡疊石三大部分，首先水底固床主要位於溪水底部，其就像房屋的地基一樣，讓整個砌石能固定在該處，並且抵抗水流的沖刷，以防止因為底部沈陷而造成邊坡疊石的崩塌。其次是基腳，基腳位於邊坡與水底的轉折處是砌石結構中最重要的一環，因為它既要承受來自上方石頭的重量，又要跟水底固床做連接，若是基腳壞損，便可能導致邊坡石頭整個崩毀而造成更大的危害。最後是邊坡疊石，作用是負責防護邊坡的土攘和砂石被水流沖走。（圖2）

圖2 河床砌石的結構 (本文作者郭輝龍繪製)

四 砌石工法的分類

受到臺灣地勢的影響，為保護河岸邊坡不被河水侵蝕，於是有了各種砌石工法，依照水流的不同流速，砌石工法可以被分為三大類：(1)木排樁工法、(2)蛇籠工法以及(3)疊石工法。其中疊石工法能夠抵抗較高的水流速且能使用在邊坡坡度較陡的地方，但因為施工較複雜且成本較高，因此，在做砌石工法時，不會只採用抵抗水流較強的工法，而會依照水流快慢、成本以及生態去做專業的評估後，才決定使用哪一種砌石工法，如此才能在保護河床的同時，兼顧經濟與環境的因素。

1. 木排樁工法；是利用石頭與木材混合堆疊而成的工法(如圖3)，這種工法最大的優點是施工簡單且快速，植物能迅速的在上面生長，在邊坡防護的同時提供生物棲息的地方，然而，其所能抵抗的水流速度大約在每秒0.4公尺，相較其他兩種工法是抵抗水流能力較為弱的一種。
   

   圖3 溪頭森林公園木排樁工法（本文作者郭輝龍拍攝）

2. 蛇籠工法(如圖4)；是以竹子編織成竹籠，再將石頭置入其中，並橫放於護岸上，不但能夠保護邊坡，也具有固床和導引水流方向的功能。然而，竹子容易在水中腐爛，雖然竹籠中的石頭仍然具有保護邊坡的效果，但是在洪水來臨時，石堆容易被沖垮，因此需要在每隔一至兩年就重新放置竹籠，隨著人工成本提高後，這種由竹編而成的蛇籠漸漸地被鐵絲蛇籠或水泥塊給取代了。其所能承受的流速為每秒0.5公尺以下，略高於木排樁工法。
   

   圖4 河川護岸機編蛇籠內填裝卵、塊石(技師報第801期 張秀惠)

3. 疊石工法(如圖5、圖6)；所能承受的流速約為每秒0.9公尺以下，遠大於其他兩種工法。其能在快速或是酸性的水流中進行，但缺點是建造成本高且工時較長。常見的疊石工法有三種(如圖5)，順疊疊石法、丁疊疊石法以及順丁疊石法。順疊是將每粒石頭較長的一端橫放，在每一個石頭的左上、右上、左、右、左下、右下六端依序排列而成。丁疊則是將石頭最圓的一端朝外堆疊，因為石頭間接觸面為較不圓處、摩擦力較大，所以其堆疊可以比順疊高出許多。而順丁疊則是將順疊與丁疊交互堆置，是三種方法中最穩固的一種，但其建造的工時也相對多出許多。
   

   圖5 常見疊石工法（本文作者郭輝龍繪製）

   

   圖6 溪頭森林公園石疊工法（本文作者郭輝龍拍攝）

從石頭的堆疊一直到現今的混凝土塊，都是大家為了穩定邊坡所發展出來的工法，下次大家看到山坡上或是河岸邊的大石頭陣，就知道這是為了保護邊坡的砌石工法囉！

參考文獻

1. 張秀惠，淺談水利工程生態之應用，技師報，第801期，2012。
2. 黃春霖. (2014). 三種乾砌石工法於不同流速下淤砂作用之研究. 中原大學土木工程研究所學位論文, 1-79.
3. 傅佐賢. (2007). 臺灣農村傳統砌石工法之研究. 樹德科技大學建築與環境設計研究所學位論文,1-92.
4. 楊勝崎. (2006). 砌石擋土牆之破壞力學分析. 臺灣大學生物環境系統工程學研究所學位論文, 1-148.
5. 河川生態工法實務手冊（2005）。
6. 推動河川、海岸生態工程策略（2006）。