永續工程——加勁擋土牆

永續工程——加勁擋土牆 (Sustainable Engineering——Reinforced Wall)
國立臺灣大學土木工程學系 張沄真

擋土牆 (Retaining Wall) 是非常普遍的一種大地工程，只要是地面有高低差的地方，幾乎少不了擋土牆。擋土牆能防止高處的土壤崩塌、掉落，是用來維護行人安全以及周遭建築物穩定性的重要工程（如圖一）。

圖一 土和水一樣，都有壓力，其壓力和密度、深度成正比。（本文作者張沄真 繪）

正如同水會給予承裝容器水壓力一樣，土壤也會給予擋土牆土壓力（如圖二），因此擋土牆在設計上很重要的一點，就是要能夠抵抗土壓力，才能維持結構的完整和穩定性，避免災害意外發生。另外，排水設計也是非常重要的一環，若水累積在土壤的孔隙中無法排出，會使土壤的強度下降，一樣容易產生危險。

圖二 景觀石式擋土牆（圖片來源：http://www.tcri.org.tw/cetes/CETES-08-1.html）

傳統工程常用的擋土牆有幾種基本的種類，例如重力式擋土牆（如圖三），是利用擋土牆本身的重量來抵抗土壓力。地錨式擋土牆是另一種常見的形式（如圖四），主要是利用地錨提供的拉力來與土壓力抗衡。其他常見的種類還有懸臂式、板樁式等等，基本原理都是用力平衡以及力矩平衡來進行結構設計。

圖三 重力式擋土牆示意圖（圖片來源：本文作者張沄真 繪）

圖四 地錨式擋土牆示意圖（圖片來源：本文作者張沄真 繪）

然而，這樣的擋土牆設計存在一些問題。首先，傳統擋土牆多使用混凝土當作材料，不但施作過程碳排放量高，非常不環保，成品完成後，邊坡寸草不生，減少了生態多樣性，外觀看起來也十分生硬，無法融入自然景觀。安全上，這樣的擋土牆結構不耐震，容易產生裂縫，也由於排水性不佳易使擋土牆崩毀。在施工上，工法非常繁複緩慢，且施工過程中尚未被固定支撐的斜坡容易崩塌，造成工安意外。

為了解決這些問題，加勁擋土牆自 1980 年起逐漸在工程界興起。加勁工法的概念，是利用柔性結構物來提升土壤抗張力的強度。例如圖五的回包式加勁擋土牆，以一包一包填實的土包袋做為最外層的牆面，接著在一層一層的土壤外，以地工合成材料（高分子聚合物組成的網狀物或織品，如圖六）包覆，並以土釘固定住。由於加勁材料會將土壤緊緊包住，提供土壤圍束力，因此材料和土壤間會產生磨擦力，避免土壤產生側向變形或滑動。多層土壤和地工合成材料層層疊起，會形成穩定的結構體，可以藉由土壤自身的重量來抵抗土壓力或其他應力。

圖五 回包式加勁擋土牆剖面圖（圖片來源：本文作者張沄真 攝於盟鑫永續綠色工程教育園區）

圖六 地工合成材料中的一種—加勁格網（圖片來源：http://www.fbec.com.tw/%E5%8A%A0%E5%8B%81%E6%A0%BC%E7%B6%B2.htm）

加勁擋土牆的材料主要由工程現場的土石，搭配高分子聚合物構成，因此碳排放量非常少，且其材料耐久性非常高，可以避免損壞後二次工程的浪費。由於加勁擋土牆表面鋪設的是有孔洞的網狀物，植物的根系會穿過孔隙在地面上生長，能夠保護地表土壤避免被雨水沖刷，也能融入周邊環境，營造綠意盎然的景觀（如圖七）。安全性方面，加勁擋土牆可容許的變形量較混凝土大上許多，因此抗震效果較佳，排水部分較方便設計，能夠避免入滲的孔隙水增加對結構的壓力。除了上述優點之外，施工簡易快速，造價便宜，更加速了加勁擋土牆的推行。

擋土牆最重要就是維持邊坡的穩定性，目前台灣和世界各地都漸漸改用加勁工法式的擋土牆設計，處處水泥牆面的景象正漸漸消失。我們須瞭解到，工程觀念的進步，可以兼容環境保護與生命安全，為我們帶來更好的生活品質。

圖七 加勁擋土牆完工後數月植物蓬勃生長，一片欣欣向榮 （圖片來源：http://cy-nec.idv.tw/zh-TW/node/19）

參考文獻

1. Braja, M. D. (2007) Principle of Foundation Engineering. US：Cengage Learning.
2. 擋土牆｜中華百科全書。http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia_media/main-usesc.asp?id=6877&lpage=1&cpage=1