香港大地工程之回顾

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1、香港大地工程之回顧香港大地工程之回顧 倪學仁1 1 背景背景香港是位於中國東南岸端的一個陸地面積只有一千零八十四平方公里的城市。 在地理上，位於兩廣丘陵地區上。大約百份之八十的土地是山坡，並不適宜興建民居。 唯一較大的平原是位於新界西北部的元朗平原，為香港的農業地區。一八四一年，香港的人口只有七千五百四十人；至今，已有六百九十多萬人以 香港為家。大部份的居民都是聚居於維多利亞港南北兩岸狹長的市區帶和新興市鎮中， 只有約百分之五的居民散居在市郊地區。究竟這只有一千多平方公里的彈丸之地如何 能承受如此高速的人口增長呢？答案就是憑著精確的策劃和巧妙的工程技術，開山填 海來增加土地的供應，以克服土地稀

2、少的限制，讓不斷增加的人口能夠安居樂業。 香港大地工程的發展可從下面幾個主要領域中反映出來：2 2 填海工程填海工程一九五零年代以前，香港仍是一個小港口，只具有雛型的城市發展。市區是侷 限在口兩岸的海傍。房屋一般為三至五層高的樓房。探勘工作只局限以探勘井為主。 而當時工務局的實驗室亦只對公路材料進行試驗。啟德機場為最早建於海上 的機場之一；一九二四年至一九 二七年間建築在一小片由填海得 來之土地上。一九四六年至一九 五二年，香港人口由六十萬上升 至二百七十萬。為了應付因人口 膨脹和商業發展而引致空運量的 劇增，於五十年代，進 行了第一期的擴建工程。並於一一五二年開始進行機場的探勘工作，首次引入

3、了衝擊 式的鑽機。在土壤力學實驗方面，則主要是以控制填方的質量為主。當時的填方標準 為夯實到大約百分之六十的最大乾密度及現場 CBR 值不少於 20，以能提供 DC-6 型客圖一香港島鳥瞰景色圖二 啟德機場第一期擴建填海工程施工情機之升降為目的。在海上探勘方面，亦首次以現場十字片剪試驗來測定海相沉泥的厚 度，以決定疏浚的深度。整個填海工程共用了一千萬立方米的填海物料並使機場的跑 道長度達到二千五百四十米。此可謂香港大地工程的開始。啟德機場工程的成功，開啟了香港以開山填海的方式取得額外的土地來應付五 十年代後不斷膨脹的人口所需。開山除了取得足夠的土方以供填海之用，亦可於山坡 上開闢更多的平台以供

4、建築房屋之需，使香港能得以快速發展為一個大都會。而在大 地工程方面的材料試驗和施工技術各層面（如水力堆填、土工布、疏水帶等），亦因 此得以提昇。八十年代以前，香港大部份填海工 程都會先移除海床面的海相沉泥再堆填。 但在八十年代後，隨著環保意識的加強， 挖掘和堆棄海相沉泥所引起的環境污染問 題己成為一社會爭論性的話題。因此現時 的填海工程都趨向保留海相沉泥，但又要 求在一個指定的時限內完成製造土地計劃。 例如值得香港工程師們引以為傲的赤臘角 機場，是在四十一個月內製造出一千二百 四十八公頃的土地。因此怎樣控制和評估 沉陷量已成為現代大地工程師的主要挑戰。3 儲水水塘儲水水塘由於人口的激增，需水量

5、之需求也日益增加，並且開始影響了民生。因此需要 不斷地興建水塘將有限的雨水儲存下來應用。隨著大灠涌水塘於一九五七年完成後， 香港開始不斷地興建更多更大型之儲水水塘。在大灠涌水塘的興建其間，由於水塘底層有一透水性強的沖積土層，因此引入 了灌漿技術，以水泥加皂土作為灌漿的材料來構造水塘之止水牆。此後灌漿技術廣泛 地被香港建築界採用，來作為土壤改良的方法。也推動了日後手挖式沉箱的出現。到了六十年代，香港缺水的情形日 趨嚴重，曾經經歷過每四天供水四小時。 在大灠涌水塘建成後，而另一較大規模的 石壁水塘仍在建造時，由於在陸地上已經 再找不到合適的地方以供建造大型水塘， 唯有另闢途徑開始設計世界上第 一個

6、人工淡水湖-船灣淡水湖。它依傍著 新界東北郊的一個小海灣，在海面上修築 一條全長 2. .1 公里的堤壩，把小海灣封堵 成為一個人工淡水湖。整項工程於一九七 四年完竣。投產後全港儲水量增加達三倍 之多。船灣淡水湖的土石壩可以說是把啟圖三香港赤臘角新機場圖四船灣淡水湖主壩德機場的跑道伸延出來，由於堤壩在海面下建造，而 壩底有海相沈泥的存在，因此當時引進了較新式的探 勘和採樣方法。也開始發展了土壤力學方面的試驗， 包括三軸試驗和現場觀察孔隙水壓的變化和壩體的沉 陷量。整個探勘和土壤力學試驗的費用高達港幣八百 多萬元，在當時（一九六五年）來說是很罕有的。4 4 邊坡邊坡由於人口急劇膨脹，房屋的需求日

7、趨殷切因此很多房屋都在山坡上稠密地發 展，以致邊坡數目不斷增加，而香港季節性雨量特別充沛，所以在邊坡安全問題方面 所面對的挑戰特別嚴峻。第一代的公共房屋雖然已於一九五零及 六零年代建成，但仍然未能滿足人口的需要， 而導致大量山邊私建民房出現。這些私建房屋， 經常受火災、山泥傾瀉和颱風的威脅。而新建 的房屋也有很多是位於由開山所得的平臺上。 在當時，一般在設計土地平整時，人工削坡都 是以十比六的坡度（約 60o）開發，而谷地則以 33o至 35o的填土坡填平。這些邊坡中，尤以填 土坡之潛在危險較為嚴重。其中以一九六零至 一九六三年間建成的填土坡，因往往沒有得到 恰當的夯實，當下雨時，雨水沿未經夯

8、實的填 土下滲，至底下的原生土面上形成一暫棲水，令疏鬆的填土出現液化現象，而產生山 泥傾瀉。在一九六四年，一個剛完成的填土坡在大雨中倒毀，土石流向下滑行了 200 公 尺至一大型公共屋舍。這次塌坡事件雖然沒有造成人命的損失，但使和工程 界開始正視邊坡的問題。一九七二年六日十八日約下午 一時，在連續下了三天大雨下，在九 龍秀茂坪區的一個四十米高的填土坡 倒塌。土石流沖毀了一個臨時安置區， 造成 71 人死亡 60 人傷的情況。幾小 時後，另一個大型塌坡在香港島的半 山區寶雲道出現，一棟 12 層高的私 人樓宇在山泥傾瀉中倒下，造成 67 人死亡 20 人傷的記錄。針對此次事 件，政府成立一專案小

9、組；並於該年 年尾委任一批工程師對日後所有的私圖五船灣淡水湖平面圖圖六 秀茂坪填土坡塌坡現場圖七寶山道塌坡事件人樓宇發展項目進行有關大地工程方面的審核和管制。不幸地於一九七六年八月，秀茂坪臨時安置區在大雨中又發生另一次嚴重的塌 坡。當時至少有四幅填土坡倒塌，而造成 18 人死亡和 24 人傷。這次的悲劇讓認識到沒有規劃的私建房屋以及未經夯實的填土坡皆潛伏著災難的危機。事後，邀請了世界各地的大地工程專家組成一獨立的專案小組來作出調查，並根據小 組的建議而籌備一獨立機構來統一釐定和規管與邊坡有關的勘察、調查、設計、建造、 觀察、監管和邊坡維修保養的政策和程序。隨著土力工程署於一九七七年七月成立後，

10、香港的大地工程才能得以 有系統地開始發展。一方面通過對大地工程項目的審批來控制和提高新發展 項目的質量，另一方面則發展防止山泥傾瀉計劃，將現有低於標準而具高風險的邊坡 加以改善和處理，以提高邊坡穩定性。由於香港地少人多，樓房在山坡上發展稠密，在地權上和土地利用上的問題， 往往對邊坡的鞏固工程產生了限制，而且一般傳統式的邊坡鞏固方案的造價也比較昂 貴。因此香港必須發展出一套既便宜而又能適應當地特殊地質條件的鞏固工程。因此， 一九八七年，在深井靈光中小學的邊坡維修中，首次利用“泥釘”來作好邊坡的鞏固 方案。自此，“泥釘”就成了香港邊坡穩定的寵兒了。一九九六年，香港土力工程處 更編制了一套以“泥釘”

11、作為邊坡鞏固方案的標準設計手冊，以供政府邊坡鞏固工程 之用，省卻了設計的時間和費用。在過去二十年中，對邊坡 的管制日漸嚴厲，土力工程處亦就每次的 嚴重的邊坡倒塌事件進行調查，除了把事 實記錄下來，以確定事件的成因外亦從 中吸取教訓，從而改善現有的規管要求， 以避免同類型事件的再次發生。如一九九 四年七月，香港觀龍樓的一幅擋土牆在大 雨中倒下，造成多人死傷的慘劇，事後調 查是由於擋土牆後的一條排水管爆裂而引 致，顯示了監察及維修斜坡附近的地下輸 水管道的重要性，因此立例規定 埋藏於地下的排供水系統應盡量遠離邊坡 並需定期檢查和維修。一九九五年八月的 翡翠道山泥傾瀉事件，則顯示出在進行地質勘察和工

12、程設計時，必需加強考慮軟弱夾 層等不利地質結構因素對邊坡穩定性的影響。而同年的深灣道山泥傾瀉事件則顯示定 期清理邊坡上的排水系統的必需性。過去五十年來，共超過四百七十人因人 造邊坡發生山泥傾瀉而喪生但同期間， 則只有四人因天然山坡上的孤石下墜而 死亡至於因非人為活動而產生的天然 邊坡倒塌事件而導致死亡，更無記錄。圖八深灣道塌坡事件圖九新界青山天然邊坡土石流事件但由於都市發展日趨市郊化，從一九九零年起，已展開對天然山坡的潛在風 險作出深入研究。現在已要求工程師於新發展計劃設計時，須就項目毗鄰的天然山坡 作出風險評估。目前香港的人造邊 坡數目約有六萬幅，其中 約有一萬八千幅是在土力 工程處成立後建

13、造的，這 些邊坡相信是符合現今的 法定標準。其餘的四萬二 千幅邊坡，約有一萬六千 幅屬於高風險的邊坡，需 要進一步的改善和鞏固。 其中位於私人產業範圍內 的邊坡約佔三分之一。由 於未能符合現今安全標準 的邊坡數目非常大，因此 訂下了以下兩大 目標:在公元二零零零年把一九七七年前的不合符現行標準的舊有人工邊坡數目減少 一半 在公元二零一零年之前把這類邊坡數目減少至原有數目的四分之一並通過下列的措施，以減少山泥傾瀉的風 險 1. 改善現有的行政和規管架構以提高斜 坡的安全標準 2. 確保所有新建邊坡符合目前的設計標 準 3. 鞏固和改善現存不合標準的斜坡 4. 定期維修和保養現有的邊坡 5. 通過

14、公眾教育、宣傳、發佈山泥傾瀉 警告和透過資訊服務來提高市民對斜 坡安全的意識5 5 基礎工程基礎工程樓房的一般高度在四十年代前多為三層的樓房，樓宇的基礎則主要為放腳地基 （擴展基礎）、筏式基礎和木樁。到了五、六十年代時，隨著人口和商業的膨脹，香港需要迅速興建大量樓房以 適應社會的需求。因此，在一九五五年左右，隨著樓宇高度限制的放寬，樓房也普遍圖十 香港的邊坡分類圖十一減低邊坡風險的政策構思由以前的三層的樓房而演變為五、六十年代的七層高樓宇。而樓房的基礎也因為要適 應不同的地質條件（尤其在新填海地區）和荷載，故多選用預鑄混凝土樁和現場灌注 樁。當時對樁基礎的要求是在兩倍設計強度下樁荷載試驗時樁頂

15、端的沉陷量不大於 15mm。此項標準一直沿用至今。在地質探勘方面，則多沿用標準貫入試驗來估計樁基 礎的深度。一般而言，設計時都會以在土層處標準貫入試驗數值為 50 至 80 的地方作 為樁底的深度。到了七十年代以後，由於地價高昂，為了經 濟的效益，樓房的高度己普遍增加至十六至二十層 以應付日益殷切的需求，因此一般都會採用工字樁 或手挖式沉箱等深基礎作為基礎。工字樁一般都以 在土層處標準貫入試驗數值為 150 至 200 的地方作 為樁底的深度。而手挖式沉箱則埋設在微風化的岩 石中，一般岩石的容許承載力在設計時都會定為 3000kPa 到 7500kPa。隨著環保意識高漲，手挖式沉 箱因為會引致

16、施工工人患上矽肺病，在一 九九五年全面禁止採用手挖式沉箱作為樓宇的基礎。 取而代之的則是大口徑的鑽孔灌注椿。預應力混凝 土椿在八十到九十年代，由於造價比較低廉，因此 也曾風行一時。但由於香港的地層往往有飄石和硬 土層的存在，椿尖較易被破壞尤其在填海地區， 由於填土較軟弱疏鬆，在施工時，當碰到飄石和硬土層時，椿身也比較容易斷折，因 而產生了很多的問題，故現在已不多採用。八十年代後期由於噪音的管制，因此撞擊 式的工字樁在市區內也漸漸式微。但由於某些特殊環境和地質條件的限制(如山坡、石 層很深或基地面積很小)，大口徑的鑽孔樁在不合乎經濟效益或不適宜施行時，工字椿 仍然是有其存在的價值。但很多時改為以預先鑽孔的形式來施行，以減少對周圍建築 群或邊坡的影響。到了九十年代中期，四、五十層高的民房也已很普遍，而大口徑的鑽孔椿口徑 也由一般的二公尺增到三點五公尺。在香港啟德機場搬遷後，樓房的高度限制又進一 步放寬，樓房會更向高空發展，因此促