談土壤液化 專家：管線整治、地層改良不能等

「土壤液化」在地震後成為人人自危的關鍵字，大家擔心自己家若位於土壤液化潛勢區的紅色警示區，即面臨嚴重傷亡危機。然而「土壤液化」真的這麼可怕嗎？民眾可能對液化問題的認識不夠全面，導致諸多迷思和不必要的恐慌，如「土壤液化」使建築物晃動更劇烈？使建築物倒塌造成重大傷亡？位於紅色警示區即承受嚴重風險？

另一方面，真正的潛在災害卻被忽略。專家表示，歷史資料證明「土壤液化」本身造成的死傷可說微乎其微，真正可怕的是其造成的二次災害，如液化造成的地裂等現象，使得各種油管、瓦斯管等工業管線破裂而釀成嚴重火災。如日本新潟地震，地震死亡人數26人中，因「土壤液化」死亡的人數僅3人，但是油管破裂而產生的大火卻燒死上千人。

「土壤液化與結構安全技術討論會」由中興工程顧問社與產官學界共同舉辦，包括國家地震工程研究中心、中華民國大地工程學會、財團法人地工技術研究發展基金會、中華民國大地工程技師公會、台北市結構技師公會和台灣防災產業協會等單位。盼藉由淺顯易懂的說明，簡述「土壤液化」的具體機制、說明「土壤液化」所產生的3種作用、破除「土壤液化」的迷思，以及專家對於「土壤液化」的看法和建言。

「土壤液化」是什麼？
造成何影響？

「土壤液化」　顧名思義為土地變成泥水的過程，表徵上會出現「噴沙」、「湧水」、「地盤下陷」和「地裂滑動」。為什麼土壤會液化呢？一般的飽和土壤，沙土與沙土孔隙間的水分排列整齊，維持平衡狀態，沙土與沙土的接觸點也能支撐土壤的形狀。如果土壤受到搖晃擾動，如地震，就會使土壤孔隙間的水壓變大，推開土壤顆粒，讓沙土與沙土間不再接觸，變成懸浮在水中的泥水，這就是「土壤液化」。

液化之後，土壤顆粒在水中又重新沈澱，排列成比較緊密的情況，且將孔隙間的水排出去，就形成「地盤下陷」和「地裂滑動」；而孔隙間的水壓上升，水夾帶泥沙沿著土壤裂痕向上衝出表面，就產生了「噴沙」和「湧水」。

土壤液化的案例，如1964年日本新潟地震，一所高中很靠近河岸，地裂之後噴湧的泥水淹得到處都是，因為承載力不足讓汽車也沉陷下去，昭和大橋則出現嚴重噴沙。2011年紐西蘭基督城地震，從空拍圖能看見街道都是噴沙湧水；同年日本東北地震，地盤下陷造成建築物樓梯都懸空了。

那麼，是否一旦建築物沉陷就會坍塌造成人員死傷？其實，只要建築物結構穩固，地震來臨時，在土壤液化的作用下，將使受力均勻的建築物緩慢沉陷，而受力不均的建築物則會出現緩慢傾斜或傾倒，呈現剛性沉陷，可是不會造成鋼筋斷裂。設計不良、施工品質有疑慮的建築物，才容易在土壤液化的傾斜過程中發生坍塌，釀成傷亡。但對於其他建築，如橋梁、港灣、土石壩等公共建設則會產生重大損害。

土壤液化3作用：
減震、喪失承載力、產生浮力

「土壤液化」能「減震」，乍聽之下覺得違反直覺，但是只要仔細分析就會發現非常合理。由於地震波和剪力波在水中無法充分傳遞，而變成類似液體的土壤，也同樣有此作用。

地基若是非液化土層，地震波能充分傳遞，接近地表邊界會使建築物震動劇烈；但是地基若有一塊液化的土層，地震波向上傳遞時會有減震作用，到了液化點時，震動瞬間就會變得很小。新潟地震的地震波測量即是如此，當地震發生時出現高頻波，土壤液化後則變成週期很長且緩慢擺動的波形。

網路曾流傳以剪紙作為建物，放置在布丁上，結果比起放置在桌面，輕輕晃動即產生大幅搖晃，指稱此為「土壤液化」使建築物搖晃更劇的示意表現。其實，剪紙很輕，幾乎沒有向下的重量，不能和建築物相比，此外液化的土壤較似泥水而非有彈力的固體布丁，所以這樣的比擬是不恰當的。

另外，因為水不能承載建築物，變成類似液體的土壤也會逐漸「喪失承載力」，另一方面，水有「浮力」，變成類似液體的土壤，如果物體的結構比重較泥水還輕，在「浮力」作用下就會上升。一些建築物的梁柱承載較重會沉陷，擠壓之下其他部分則會上升，而不同高度的建築物沉陷情況也不同，越高（重量越重）的樓層沉陷越多，反之亦然。

我家在紅色警戒區，
是超級風險區？

中央大學土木工程系教授黃俊鴻表示，以此次台南地震樓房倒塌和土壤液化潛勢區的分布圖做對照，不難發現液化區的測量一半準確、一半不準確，原因在於「土壤液化」是一種局部現象，鑽孔數不足即容易誤判。舉例來說，台南新市區三民街有一排房屋位於紅色警戒區已拆除，然而同一區域旁邊即是不太嚴重的黃色潛勢區，再更遠一點則是輕微影響的綠色潛勢區。

2015年土壤液化鑽探的2千餘個孔洞，有540個位於台南，然而採用2.5萬分之一的比例尺，即使三民街一排房屋有100公尺屬於紅色警戒區，在比例尺的範圍內根本不算什麼，也就是說，對於個別建築物來說，鑽探的精度永遠會出現鑽孔數不足、分配不均、正確性不夠的情況。

專家籲處理高雄地下管線

文章的一開始就提到，日本新潟地震因「土壤液化」和地震致死的人員為26人，死亡原因包括跌落地表裂縫和車禍等，對於新潟這樣一座工業大城而言，地震造成的死亡人數不到30人，當初認為是一項奇蹟。經過調查，受損的鋼筋混凝土建築物有340棟，占全市建築物比率22%，2/3的建築物其承重梁柱沒有受損，整體呈現剛性的沉陷與傾斜。

但是，「土壤液化」同時也讓管線上浮，造成公共工程的巨大損害。新潟地震發生時，油槽因「土壤液化」沉陷，配桶因震動受損導致石油泄漏，地震引發海嘯湧進大量海水，石油漂浮於水上四處流竄，結果火苗一發不可收拾，引爆油槽後燒了整整12天，造成347棟建築物全毀、1,407人罹難，被稱作史上最嚴重的火災。

黃俊鴻表示，台灣年前發生的南部地震讓「土壤液化」問題震出檯面，高雄是台灣較嚴重的液化區，有可能在大型地震中土壤全面液化，而高雄又是工業都市，地下油管、氣管繁複。「處理地下管線問題和地層改良是困難的，然而真正重要的事情不能不做。」他呼籲政府將錢用在刀口上，有新潟地震釀成大火的二次災害為前車之鑑，期盼工業城市得到應有的關注。◇

「土壤液化」小知識
◎「土壤液化」為地震發生的地盤災害，自1964年日本新潟地震研究至今約50年。由於液化後的土壤近似泥水，因此擁有與液體相仿的特性，其3項主要作用為減震、喪失承載力、產生浮力。
◎根據歷史經驗，地震發生時，建築物鮮少因「土壤液化」造成坍塌傷及民眾，但對於其他建築，如橋梁、港灣、土石壩等公共建設則會產生重大損害。
◎公共建設中，尤以對地下管線如油管、瓦斯管等工業管線的損害最嚴重，不只影響居民生活，更可能引發二次災害。
◎專家認為，為避免歷史重演，位於高潛勢土壤液化區的工業城市（如：高雄）尤其應該關注，進行管線及地層改善。
記者蕭軒／整理製表