擋土牆

擋土牆 (Retaining Wall)
國立臺灣大學土木工程學系 陳鵬元

臺灣地形崎嶇，以山地居多，所以許多交通路線都必須切過山脈。開闢在山腰上的路段通常是在斜坡上的水平挖槽，方便車輛不必沿著傾斜的山坡行駛。山坡的表土卻因此缺少連續的支撐，有向路面崩落的風險。因此，山路旁的山壁通常會有由混凝土構築而成的牆壁保護著。

圖一 擋土牆 （圖片來源：經濟部水利署中區水資 源局湖山水庫計畫）

擋土牆是一種建於斜坡的建築物，其功能為防止斜坡的土石崩塌以保護人員和財務的安全。傳統的擋土牆可大致分為重力式擋土牆和懸臂式擋土牆，兩者原理接近，都是以牆身直接擋住山壁，將土壤限制住防止其崩塌。

圖二 重力式擋土牆                                                     圖三 懸臂式擋土牆

擋土牆雖然可以固定住山壁，保護大眾的生命財產安全，但是它們仍有可能損壞失效。要確認擋土牆是否有效的條件有 (1) 是否會翻覆、(2) 是否會滑動、(3) 下方土層是否會崩壞，以下將分別簡短說明。

• 是否會翻覆
  我們以擋土牆的基座前端作為考慮力矩用的支點。擋土牆後方的土會對其產生「土壓力」，那是一種類似水壓力的作用力，會根據深度和土石的密度改變壓力的大小。土壓力的水平分力會使擋土牆產生逆時針方向傾倒的趨勢；而擋土牆本身和其上方土石的重量以及土壓力的垂直向下分力會產生順時針方向的傾倒趨勢，和逆時針的趨勢抗衡。為了確保安全性，規範規定順時針力矩必須是逆時針力矩的 2 倍。
  

  圖四 擋土牆力矩

• 是否會滑動
  土壓力會對擋土牆產生水平方向的分力，將擋土牆往左方推，此時擋土牆下方的土層對上方重量的正向力將產生反向的摩擦力來抵抗，同樣為了確保安全性，依規範產生的最大靜摩擦力必須是土壓力水平分量的 1.5 倍。
  

  圖五 擋土牆摩擦力

• 下方土層是否會崩壞
  若擋土牆本身和上方土石重量過重或基礎土層承載力不足，將有可能導致擋土牆沈陷、傾倒、滑動等破壞，因此我們必須考量擋土牆下方的乘載能力和擋土牆的重量。一般來說，規範要求下方土層的乘載能力必須為擋土牆重量的 2 到 3 倍。

擋土牆上常常可以看到一排排小孔，作用是開放後方土壤內累積的水分從它們流出，避免後方累積過多水壓力導致牆壁損壞。

此外，有些擋土牆為了環保和美觀等原因而有不一樣的面貌。常見的例子是柵狀的擋土牆，外表是柵狀的混凝土結構，裡面填充較大顆的卵石，不僅讓後方土讓內的水分容易流出，植物也可以在卵石的縫隙中生長出來，美化了整體的外觀；或者是蛇籠式的擋土牆，以裝滿卵石的金屬籠堆疊而成，同樣易於排水也能讓植物生長。

對環保意識早已抬頭的今日來說，環境工程不再是單純限制住自然災害那麼簡單，要如何在保護人民生命財產的同時也減少對環境的衝擊是我們應該思考的議題。本文介紹的擋土牆只是較常見的系統，世界各國已經逐漸發展出各種對環境友善的擋土牆，朝著永續發展的目標邁進。

參考文獻

1. Das, B. (2011). Principles of foundation engineering. Cengage learning.
2. 內政部，民國90年10月，「建築物基礎構造設計規範」，第七章。