永续工程——加劲挡土墙

2020-07-20
[导读 ] 挡土墙 (Retaining Wall) 是非常普遍的一种大地工程,只要是地面有高低差的地方,几乎少不了挡土墙。挡土墙能防止高处的土壤崩塌、掉落,是用来维护行人安全以及周遭建筑物稳定性的重要工程(如图……

挡土墙 (Retaining Wall) 是非常普遍的一种大地工程,只要是地面有高低差的地方,几乎少不了挡土墙。挡土墙能防止高处的土壤崩塌、掉落,是用来维护行人安全以及周遭建筑物稳定性的重要工程(如图一)。

永续工程——加劲挡土墙

图一 土和水一样,都有压力,其压力和密度、深度成正比。(本文作者张沄真 绘)

正如同水会给予承装容器水压力一样,土壤也会给予挡土墙土压力(如图二),因此挡土墙在设计上很重要的一点,就是要能够抵抗土压力,才能维持结构的完整和稳定性,避免灾害意外发生。另外,排水设计也是非常重要的一环,若水累积在土壤的孔隙中无法排出,会使土壤的强度下降,一样容易产生危险。

永续工程——加劲挡土墙

图二 景观石式挡土墙(图片来源

传统工程常用的挡土墙有几种基本的种类,例如重力式挡土墙(如图三),是利用挡土墙本身的重量来抵抗土压力。地锚式挡土墙是另一种常见的形式(如图四),主要是利用地锚提供的拉力来与土压力抗衡。其他常见的种类还有悬臂式、板桩式等等,基本原理都是用力平衡以及力矩平衡来进行结构设计。

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图三 重力式挡土墙示意图(图片来源:本文作者张沄真 绘)

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图四 地锚式挡土墙示意图(图片来源:本文作者张沄真 绘)

然而,这样的挡土墙设计存在一些问题。首先,传统挡土墙多使用混凝土当作材料,不但施作过程碳排放量高,非常不环保,成品完成后,边坡寸草不生,减少了生态多样性,外观看起来也十分生硬,无法融入自然景观。安全上,这样的挡土墙结构不耐震,容易产生裂缝,也由于排水性不佳易使挡土墙崩毁。在施工上,工法非常繁複缓慢,且施工过程中尚未被固定支撑的斜坡容易崩塌,造成工安意外。

为了解决这些问题,加劲挡土墙自 1980 年起逐渐在工程界兴起。加劲工法的概念,是利用柔性结构物来提升土壤抗张力的强度。例如图五的回包式加劲挡土墙,以一包一包填实的土包袋做为最外层的墙面,接着在一层一层的土壤外,以地工合成材料(高分子聚合物组成的网状物或织品,如图六)包覆,并以土钉固定住。由于加劲材料会将土壤紧紧包住,提供土壤围束力,因此材料和土壤间会产生磨擦力,避免土壤产生侧向变形或滑动。多层土壤和地工合成材料层层叠起,会形成稳定的结构体,可以藉由土壤自身的重量来抵抗土压力或其他应力。

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图五 回包式加劲挡土墙剖面图(图片来源:本文作者张沄真 摄于盟鑫永续绿色工程教育园区)

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图六 地工合成材料中的一种—加劲格网(图片来源

加劲挡土墙的材料主要由工程现场的土石,搭配高分子聚合物构成,因此碳排放量非常少,且其材料耐久性非常高,可以避免损坏后二次工程的浪费。由于加劲挡土墙表面铺设的是有孔洞的网状物,植物的根系会穿过孔隙在地面上生长,能够保护地表土壤避免被雨水沖刷,也能融入周边环境,营造绿意盎然的景观(如图七)。安全性方面,加劲挡土墙可容许的变形量较混凝土大上许多,因此抗震效果较佳,排水部分较方便设计,能够避免入渗的孔隙水增加对结构的压力。除了上述优点之外,施工简易快速,造价便宜,更加速了加劲挡土墙的推行。

挡土墙最重要就是维持边坡的稳定性,目前台湾和世界各地都渐渐改用加劲工法式的挡土墙设计,处处水泥墙面的景象正渐渐消失。我们须了解到,工程观念的进步,可以兼容环境保护与生命安全,为我们带来更好的生活品质。

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图七 加劲挡土墙完工后数月植物蓬勃生长,一片欣欣向荣 (图片来源


参考文献


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