永續工法-以加勁擋土牆的施工管理為例

1. 前言

1.1 永續工程的趨勢及重要性

受到全球暖化的衝擊，全球氣候越趨極端，改變了全球的生態，造成超越以往經驗之大規模災難。 依據聯合國國際減災策略組織統計，全球天然災害造成的經濟損失急遽增加， 2011年、2016年及2017年等皆達3,000億美元以上經濟損失之規模，尤其在2016年造成創紀錄之5,200億美元經濟損失。

面對極端氣候的嚴重課題，講究安全、經濟、生態、減碳之綠色工法成為全球土木營建工程之新趨勢， 台積電在建廠相關工作之中也不例外，特別是在邊坡及景觀工程之中， 採用了最新地工技術與材料，兼顧環境、生態、景觀、節能減碳理念進行設計與施工。 在環境永續發展之前提下，滿足符合綠色內涵、節能減碳的永續工程乃成了重要的方向。

1.2 綠色營建工法的發展

為抑制全球溫室效應的持續發酵，減碳是全球趨勢。台灣綠色工程之發展是將綠建築、綠土木、生態工法、 低衝擊開發以及屬於永續類的幾個核心概念互相結合而成為綠色/永續工程^[1]。 而綠色邊坡工程屬於綠色/永續土木工程中重要之一環，尤其在加勁擋土結構、 背拉錨定系統、地工合成材料在邊坡之應用等領域，具有相當大之發揮空間。

加勁擋土牆目前在國內各單位之公共工程之中，被明列為具十分優秀節能減碳功效之綠色工法及綠色材料， 也作為國內推動綠色/永續工程的主要工法之一。

2. 文獻回顧(傳統工法與永續工法之比較)

 邊坡整治在工程上具有相當多的方法可以進行，依其滑動範圍可概分為淺層、中層、中深層及深層等， 而常見的傳統RC擋土牆形式包含重力式及懸臂式等，與加勁擋土牆相同， 大致是屬於中層滑動之整治工法(圖1)，皆普遍運用於各式邊坡擋土工程之中。 後續將針對傳統RC擋土牆及加勁擋土牆進行介紹與比較。

2.1 傳統RC擋土牆與施工案例

RC擋土牆為鋼筋混凝土 (Reinforced Concrete) 擋土牆的常用簡稱， RC擋土牆是一種常用且普遍的傳統擋土工法，用於防止土方滑動或崩塌。 其主要構造通常由RC牆體、地錨和基樁等構成。常見的RC擋土牆形式包含重力式、扶壁式及懸臂式等(圖2)， 為台灣山區坡地工程中常見之擋土構造形式之一，而其高度受限於材料特性及經濟性， 重力式一般為4m高以內，而懸臂式一般為8m高以內。

2.2 綠色加勁擋土牆與應用領域

加勁擋土牆透過加勁材強化滑動破壞面的勁度避免破壞，而加勁的方式有很多種，如鋼筋、鋼線網或FRP加勁等， 具體的加勁方式取決於牆體的高度、土壤的性質、地震力和載重需求等因素。 常見的綠色加勁擋土牆構造，一般按型式概分為加勁擋土牆、加勁邊坡、加勁堤等， 應用領域則包含景觀工程、水保邊坡工程、交通工程、防災工程、環保工程及水利工程等(圖3)。 由於其可搭配不同斜率、埋深及退階等變化，並複合其他如土釘等工法，其高度受限小， 目前30~40m高之加勁擋土牆亦已常見。 台積電新建廠專案經常使用的加勁材為FRP加勁格網土包袋， 回包式加勁擋土牆是一種利用高強度地工織物和植被等柔性材料構成的擋土牆， 具有綠色環保、節能減排、經濟實用、美觀等優點。

2.3 加勁擋土牆的組成及材料

加勁擋土構造一般係由四大系統組成，包含加勁材料及填築土料、面版系統、基礎及排水系統(圖4)， 藉由其本身的重量，可以抵抗來自牆體背後的土壓力或其它應力。 加勁擋土構造常用之地工合成材料包含作為主要加勁材的地工格網、隔離粗細土壤的地工織物、 配合排水層配置的地工排水版及其他周邊材料如抗沖蝕網袋、地工止水膜等(圖5)。

2.4 加勁擋土牆的結構型式

加勁構造的面版系統有多種形式，包含回包式、鋼柵式、景觀石式、預鑄式、場鑄式或其他等(圖6)， 一般在規劃設計階段工程師可視現地需求及條件選擇合適方法進行規畫配置。 而各類面板當中在台灣最廣泛使用的為回包式加勁結構(圖7)， 探究其原因主要係由於其成本效益最好且具良好綠化植生效果， 十分適合台灣多雨潮濕的氣候環境，並且施工性極佳， 可最大量的減少人造材料符合就地取材精神， 於各類面板中最能完全符合綠色加勁擋土牆之名稱^[2]。

2.5 加勁擋土牆的施工流程

以最常用之回包式加勁擋土牆為例，施作流程如圖8所示， 施工過程中僅開挖回填作業需使用到重型機具，其餘之地工材料設置過程僅需人力便可完成。 相關作業順序與施作細節整理如下：

3. 研究方法(效益探討)

3.1 傳統RC擋土牆與加勁擋土牆的比較

RC擋土牆形與加勁擋土牆普遍運用於各式邊坡擋土工程之中， 蒐集文獻後本文針對RC與加勁擋土牆進行比較彙整如表1， 可以發現在景觀生態、成本、耐震性及減碳等方面加勁擋土牆具有相當之優勢。 而本文特別針對耐震性及減碳這二點進一步說明如後。

3.2 減碳效益探討

在減碳效益部分，利用地工合成材料加勁土壤結構取代傳統RC結構，減少混凝土用量， 生產過程中可以減少碳排放量^[4]。甚至在生命週期中因為加勁牆面之植生進行光合作用釋放出氧氣， 可以平衡生產過程中排放的二氧化碳，而達到零排放的目標(即碳中和)，因此是永續且綠色的工法^[5]。

以亞洲首張實體工程的碳足跡盤查驗證聲明書-盟鑫教育園區之加勁路堤為例， 一座加勁路堤工程(路堤總長209公尺、平均寬度5.23公尺、平均高度2.54公尺)之碳足跡約為101 tonCO₂e^[6]； 如將相同之盤查標的結構形式與尺寸數量採用傳統RC構造來比較，其中RC構造方案僅採原料階段來做計算， 在尚未考慮製造(施工)、使用(維護)及廢棄階段條件下，即高達約340 tonCO₂e， 約為加勁方案的3.5倍以上(圖9)， 足見加勁工法對於減碳效益上的貢獻相當顯著，確實符合工程綠色內涵之低碳設計要求。 綜合前人研究，加勁相較於傳統RC減碳，大致可有70~80%減碳效益^[7]。

3.3 耐震效益探討

在耐震性部分，一般我們常可於中強震發生過後， 於剛性RC擋土構造發現諸如圖10等裂縫產生及程度不一的受損情形， 此為剛性構造的一般性缺點。而加勁擋土牆由於為柔性結構，能藉由適當的變形吸收能量， 故一般而言具有良好的耐震性^[8]，如圖11。

4. 結果與分析(加勁擋土牆於台積電專案的永續理念與精進作)

4.1 以F12P8加勁擋土牆為例

台積電於F12P8專案北側植生加勁擋土牆以及南橋台下方加勁擋土牆工程， 皆採用回包式加勁擋土牆工法，及其主要材料為低碳綠色材料之加勁格網(圖12) 以及採用現地土壤施工，以符合永續理念。

4.2 F12P8北側植生加勁擋土牆(高窄型加勁綠牆)

在F12P8北側植生加勁擋土牆專案中，工區受限工址用地條件，無法提供有效埋深空間， 屬高窄型加勁擋土牆，故引用周南山教授研發的加勁與土釘連結系統技術(圖13、圖14)， 並改以化學錨栓取代土釘作為背拉系統(圖15)， 以此進行規劃設計克服埋深較淺問題，使整體結構依然符合結構設計上之安全需求。

由於作業空間受限之問題，在設計部分有別一般加勁構造在回填區採用全土包配置， 以期進一步增加土體圍束效果。而在施工部分，則規劃採用小型壓實機進行壓實作業 以達到土壤夯實度要求(圖16)。而在作業安全部分， 則要求施工廠商配合化學錨栓進行作業中安全鋼纜配置，供相關作業人員可全程配備安全母索進行工作， 降低高空作業墜落風險 (圖17)。

4.3 F12P8可擴充型加勁綠牆

在F12P8南橋台下方加勁擋土牆中，部分工區由於未來有公共工程擴建需求， 為確保日後公共工程與廠內擋牆規劃與銜接，故採用高強度格網進行預埋， 設置加勁面板預拉系統(圖18 ~ 圖23)，以此預留日後公共工程牆體擴充需求(取代土釘或化錨功能)， 使整體結構可有效連結，除有效避免公共工程設置空間不足之情形， 亦可使廠內牆體與公共工程牆體相互連結形成更佳之整體結構。

除此之外本工區由於需與既有鋼結構結合，故整體施工空間皆有受限， 因此十分仰賴現場施工人員對施工機具的操作技術 (圖22、圖23)， 須謹慎進行以克服現場條件之限制。

4.4 F12P8加勁擋土牆設計增加綠覆面積

F12P8專案中規畫之加勁擋土牆額外增加廠區平面綠覆面積達約1,350平方公尺 及立體綠覆面積達約3,900平方公尺以上(表2及圖24)， 配合後續植生種類的妥適規劃可有效增加廠區內的碳匯能力。

4.5 台積電專案加勁擋土牆之創新工法探討

彙整F12P8之加勁擋土牆，在規劃設計、工法技術、施工及材料節能減碳等部分皆有別於傳統加勁擋土牆， 進行了有效之創新與突破，相關具體項目作為整合如表3。

5. 結論

1. 傳統工法思維已逐漸無法滿足生態、環境永續及減碳等需求，面對極端氣候的嚴重課題， 講究安全、經濟、生態、減碳之綠色加勁工法成為全球土木營建工程之新趨勢， 台積電新廠建設也不例外，尤其在邊坡擋土工程、景觀工程及地工合成材料等領域， 具有相當大之發揮空間。
2. 本文依據蒐羅的文獻，深入探討加勁工法與傳統工法的各項優缺點， 並針對成本經濟、生態、減碳及耐震層面等特性進一步比較與說明， 可以發現加勁工法具有諸多優勢。在減碳部分成效尤其顯著，大概可有70~80%減碳效益。
3. 為符永續工程理念，台積電新建廠工程除優先採用永續加勁擋土牆方案， 並以綠色低碳材料採購為優先。完成後預期可額外增加廠區平面及立面綠覆面積達約5,250平方公尺以上， 配合後續植生種類規劃可有效增加廠區內的碳匯能力。
4. F12P8加勁擋土牆專案中，高窄型綠牆規劃採用化學錨栓背拉系統等克服既有工程條件之限制， 並於施工作業中加以利用，搭配安全鋼纜配置，可供人員配備安全母索進行工作， 有效提升作業安全並降低高空作業墜落風險。而南橋台下方加勁擋土牆部分， 配合公共工程規劃，設置預拉系統取代土釘或化錨功能，規劃成可擴充型綠牆， 提供整體更佳的施工條件及整體結構性。
5. 綠色行動是台積電的社會責任與展現，而綠色廠房的推動則是台積電過去現在及未來持續努力精進的目標。