土壤液化是飽和疏鬆砂土,受到震動導致土壤顆粒之間的孔隙發生變化,水壓上升,使土壤顆粒之間失去接觸,顆粒懸浮在水中,暫時像是液體一樣沒有強度,這就是土壤液化。

要發生土壤液化並不容易,必須要同時具備三個條件:
- 具有夠大的震動
- 必須是鬆散的砂土
- 要有高的地下水位
上述鬆散的砂土以及高的地下水在臺灣的原中非常普遍,一旦遭遇例如地震或者是人為(如施工、機器運轉等)的震動影響,就可能發失土壤液化。

由土壤液化的三個條件,容易發生土壤液化的範圍包括:
- 臨近活動斷層處,雖然有些地區土層並非相當疏鬆軟弱,但因臨近斷層地震加速度大,導致表層土壤容易液化。
- 高地下水位且土壤以疏鬆細砂為主的地區,如海邊、港灣、近代河口三角洲、沿海平原、河床、舊河道、自然堤周圍、沖積扇的扇緣、人工填土區及抽砂回填的海埔新生地等地區。

土壤液化時,土壤會暫時失去強度,導致地表結構物沉陷,又因為土壤有如液體一般,導致地下結構物浮力增加,產生管線/人孔上浮以及湧水噴砂等情況。而地表結構物因差異沉陷,導致產生裂損或斷裂等結構損壞。

臺灣過去因地震引發土壤液化共有18次紀錄,大部分位於台灣西部平原區,近期以88年集集大地震以及105年美濃地震所引發的土壤液化災情最嚴重。以臺中地區而言,在集集地震時曾分別在台中港以及大里、太平一帶發生嚴重土壤液化災害。
左:台灣歷史地震土壤液化災害位置圖,右:臺中歷史土壤液化災點。

土壤液化災害圖:

土壤液化是伴隨地震發生的一種自然現象,如果發生在空地或河川高灘地等範圍,僅是地表出現湧水、噴砂或局部沉陷等情況,但若發生在都會區中建築物下,難免因沉陷而導致結構局部沉陷或裂損。
而從過去的災害歷史來看,土壤液化導致結構變形發生一般是有限度且緩慢的,通常造成維生管線斷裂或建物局部受損而影響人類正常生活,很少造成人員受傷甚至死亡。而且如果相關設施在建造時已經考量土壤液化的影響而有加強的話,絕大部分都不會因為土壤液化而造成損壞,在地震災害中相對而言是比較不具危險性的。
因為地表下20公尺的深部範圍都有發生土壤液化的可能性,為了瞭解這個範圍的土層情況,我們利用地質鑽探進行調查,利用打擊數與取樣,瞭解土壤種類、分布以及鬆緊軟硬程度,取得土樣再利用試驗室試驗,可以求得土壤的一般物理性質與工程性質,可作為分析土壤液化潛能的參數。

利用現地調查以及室內試驗所取得的土壤性質資料,參考國內外學者所研究發展之土壤液化潛能分析簡易評估法,並依據內政部頒布之建築物耐震設計規範進行分析計算,可以求得不同深度之土壤液化安全係數(FL),再整體評估求得該孔之土壤液化潛能指數(PL) 。

因為土壤液化調查都只能是單點進行,取得各點之地質情況以及土壤液化潛勢分析成果,然而為了取得廣泛面狀的分布,必須藉由地理統計的方式,將點狀的資料,以內插計算取得點跟點之間的推估值,並繪製成土壤液化潛勢圖。 內差分析的成果精度取決於分析點的密度以及分布情況,分析點密度越高、分布越均勻,則內差分析成果越精確。

建議可以上網查詢,目前經濟部中央地質調查所已於105年公開臺中地區的初級土壤液化潛勢圖,雖然精度僅適用於廣域性的國土規劃,但仍顯示地質條件與土壤液化潛勢分布的趨勢,具有初步的參考價值。而為了精進土壤液化潛勢圖的精確度,臺中市政府分階段辦理補充調查與製作中級土壤液化潛勢圖,目前已完成臺中地區土壤液化潛勢相對較高之清水、梧棲、龍井及沙鹿區之土壤液化潛勢圖,可以取得更詳細精確的資訊。

土壤液化潛勢分為「低」、「中」、「高」三級,潛勢圖上分別以綠、黃、紅三個顏色顯示。
- 低潛勢(綠):強烈地震發生時,地基可能無影響或輕微影響。
- 中潛勢(黃):強烈地震發生時,地基可能輕微影響至中度影響。
- 高潛勢(紅):強烈地震發生時,地基可能中度至嚴重影響。
土壤液化潛勢調查精密度依據土質鑽探孔的密度,大致可分為「初級」、「中級」、「高級」三個層次。初級土壤液化潛勢圖係僅利用既有公共工程鑽孔進行分析,取得區域性土壤液化潛勢之分布趨勢,以做國土計畫及國土防災之用;而中級土壤液化潛勢圖為作為都市計畫及都市防災參考,必須增加鑽孔密度,並補充調查取得高品質鑽探資料進行分析,因為分析資料不同,因此結果也略有差異,建議可優先參考中級土壤液化潛勢圖。

在蓋房子之前,如果辦理地質調查發現基地有土壤液化的潛勢,必須依據規範加以防制,而防制的方法包括以地盤改良強化土壤性質或是採用合適的基礎形式,以樁基礎或筏式基礎將建築物載重傳遞到液化土層之下,避免土壤液化影響。

如果舊房子擔心有土壤液化影響,可以利用地盤改良或基礎加固等方式,加強房屋基礎強度,如果已經因為土壤液化而造成房屋傾斜或龜裂,可以利用頂升或扶正工法加以改善,再以結構補強方式修補裂損房屋。

建築物雖然位在高度土壤液化潛勢區,但是只要不發生大地震,對建築物絕對不會有任何影響,請您無須過度擔心!
如果您家位於高度土壤液化潛勢區,建議可先依照簡易自主檢查表初步自我檢視,只要建築物符合表列任一種狀況,通常不需要太擔心土壤液化的問題。如果您無法確認或有任何疑問,可以向設置於市政府的土壤液化工作站大地技師專業諮詢。
土壤液化潛勢是指當發生土壤液化時可能受到損害的程度,所以低潛勢代表當發生土壤液化時,所受到的損壞影響相對較為輕微,不代表絕對不會發生土壤液化。而高土壤液化潛勢也只是代表當發生土壤液化時,所受的損壞程度相對較大,也不代表一定會發生土壤液化。
土壤液化也是地震災害的一種,而且一般所造成的損壞影響為老舊建築物,因為當時的建築設計規範並未將土壤液化納入考量。而為了顧及上述老舊建築之安全以及都市防災需求,目前內政部營建署已制訂都市危險及老舊建築物加速重建條例,針對都市計畫區之危險老舊建築提供耐震初評、詳評以及改建等補助措施,補助內容相當豐富,建議民眾可多加瞭解利用。
- 有關土壤液化潛勢圖查詢問題,可利用市民專線1999或諮詢專線22289111轉64101進行諮詢。
- 有關都市危險及老舊建築物問題,可利用04-22289111轉64313進行諮詢。
- 有關建築物土壤液化改善或補強問題,可利用市府諮詢專線22289111轉64101或洽中華民國大地工程技師公會,電話04-22939238進行諮詢。