重力式、懸臂式及景觀加勁擋土牆生命週期減碳評估 盟鑫工業股份有限公司 王錦峰

一、 摘要

工業革命以後，人類竭盡利用地球資源，至今 21 世紀，大自然環境已因二氧化碳(CO2)為主的

溫室氣體大量逸散至大氣中而導致地球嚴重暖化。根據統計顯示，其增溫比例達 55%。未來若無法

改善現狀，將因持續擴大的溫室效應造成冰川融化及海平面上升，甚至全球 1/3 以上物種瀕臨滅絕。

降低溫室效應影響及減碳政策為世界各國重點執行政策，國內地工加勁格網廠商(盟鑫工業)與國立

成功大學建築研究所，針對重力式、懸臂式及景觀加勁擋土牆進行 50 年及 114 年結構生命週期之

完整 CO2 排放量解析，依據研究結果顯示(1)重力式及懸臂式擋土牆之 CO2 排放量幾乎為景觀加勁

擋土牆的 5~8 倍。(2)景觀加勁擋土牆因附生植栽之優勢，於 50 年生命週期之 CO2 吸收效益甚至可

達平衡其本身組構材料之 CO2 排放量，其中 5m 之景觀加勁擋土牆於使用 49 年可達碳平衡(擋土牆

之 CO2 排放量=擋土牆附生植栽日常之 CO2 吸收量)；而 10m 者則於使用 119 年可達碳平衡。(3)營建成本方面，以 3m 擋土牆而言，景觀加勁擋土牆的建造成本約為重力式的 96.6%。以 5m 擋土牆

而言，景觀加勁擋土牆的建造成本分別約為重力式的 76.3%及懸臂式的 64.8%。以 10m 擋土牆而言，

景觀加勁擋土牆的建造成本約為懸臂式的 57.4%。

二、 簡介

目前台灣在建築結構方面，嚴重缺乏生命週期之 CO2 排放量分析統計資料，因此本研究參考日

本空氣調和．衛生工學會之建議，採用建材“生產線直接耗能統計法”評估 CO2 排放量，以對重力式、

懸臂式及景觀加勁擋土牆進行 50 年及 114 年生命週期減碳研究，研究流程如下圖 1 所示

圖 1 研究流程圖

確定研究動機與目的

擬定研究範圍

確定調查對象

重力式混凝土及懸臂式RC擋土牆

景觀加勁擋土牆

擋土牆綜合分析比較

結論及建議

建材生產階段

CO

排放

解析

2

建材運輸階段

CO

排放

解析

2 施工階段

CO

排放

解析

2 廢棄階段

CO

排放

解析

2

擋土牆

成本分析

擋土牆

穩定性分析

擋土牆

生命週期分析

建材生產階段

CO

排放

解析

2

建材運輸階段

CO

排放

解析

2 施工階段

CO

排放

解析

2 廢棄階段

CO

排放

解析

2

使用階段植生固

碳之

CO 排

放解

析2

擋土牆

成本分析

擋土牆

穩定性分析

擋土牆

生命週期分析

確定研究動機與目的

擬定研究範圍

確定調查對象

重力式混凝土及懸臂式RC擋土牆

景觀加勁擋土牆

擋土牆綜合分析比較

結論及建議

建材生產階段

CO

排放

解析

2

建材生產階段

CO

排放

解析

2

建材運輸階段

CO

排放

解析

2

建材運輸階段

CO

排放

解析

2 施工階段

CO

排放

解析

2 施工階段

CO

排放

解析

2 廢棄階段

CO

排放

解析

2 廢棄階段

CO

排放

解析

2

擋土牆

成本分析

擋土牆

穩定性分析

擋土牆

生命週期分析

建材生產階段

CO

排放

解析

2

建材生產階段

CO

排放

解析

2

建材運輸階段

CO

排放

解析

2

建材運輸階段

CO

排放

解析

2 施工階段

CO

排放

解析

2 施工階段

CO

排放

解析

2 廢棄階段

CO

排放

解析

2 廢棄階段

CO

排放

解析

2

使用階段植生固

碳之

CO 排

放解

析2

使用階段植生固

碳之

CO 排

放解

析2

擋土牆

成本分析

擋土牆

穩定性分析

擋土牆

生命週期分析

三、 擋土牆幾何

本研究針對一式重力式擋土牆，兩式懸臂式擋土牆(交通部公路總局,2007)，及兩式景觀加勁擋土牆

(盟鑫工業,2008)等共五式，加以分析 50 年及 114 年結構生命週期之 CO2 排放量，各式擋土牆結構尺寸

如圖 2 所示。

H = 5m 懸臂式擋土牆

H = 10m 懸臂式擋土牆

H = 5m 重力式擋土牆

H = 5m 景觀加勁擋土牆

H = 10m 景觀加勁擋土牆

圖 2 五式擋土牆結構尺寸

四、 擋土牆穩定分析

對於五式擋土牆，本研究依據美國聯邦公路總署(FHWA)及台北市土木技師公會相關安全係數規定

如表 1 所示，分別於平時、地震、暴雨三種狀態進行結構整體穩定分析。分析時之土層參數如表 2 所示，

分析結果如圖 3 及表 3 所示。

H = 5m 懸臂式 RC 擋土牆地震穩定分析

H = 10m 懸臂式 RC 擋土牆地震穩定分析

H = 5m 重力式擋土牆地震穩定分析

H = 5m 景觀加勁擋土牆地震穩定分析

H = 10m 景觀加勁擋土牆地震穩定分析

圖 3 五式擋土牆穩定分析圖

表 1 美國聯邦公路總署(FHWA)及台北市土木技師公會相關安全係數 整體滑動下安全係數要求(min.)

相關規範 平時 地震 暴雨

美國聯邦公路總署(FHWA) 1.3 0.98* - 台北市土木技師公會 1.5 1.1 1.2

* 地震時最低安全係數要求 F.S. ≥ 75% 之靜態時之安全係數 F.S.(包括水平滑動、傾倒、

承載力不足、整體滑動等不同破壞模式)

表 2 擋土牆結構整體穩定性分析之土層參數 統體單位重

m

飽和單位重

sat

凝聚力

c

摩擦角

土層種類 土層編號

(kN/m3) (kN/m3) (kPa) (o)

基礎土壤 1 20 21 25 22.5

背填土壤 2 18 19 10 30.0

表 3 結構整體穩定性分析結果

安全係數 FS 5m 10m 牆體結構型式

平時 地震 暴雨 平時 地震 暴雨 重力式擋土牆 3.42(ok) 2.49(ok) 1.82(ok) - - - 懸臂式 RC 擋土牆 3.82(ok) 2.59(ok) 2.08(ok) 2.46(ok) 1.72(ok) 1.61(ok) 景觀加勁擋土牆 2.81(ok) 2.11(ok) 1.49(ok) 1.97(ok) 1.50(ok) 1.27(ok)

五、 擋土牆材料使用數量

本研究以五式擋土牆進行生命週期 CO2 排放量分析，其中重力式及懸臂式擋土牆依據交通部公路總

局 2007 年出版之道路工程參考圖，估算混凝土及鋼筋等材料使用數料，如表 4 所示。景觀加勁擋土牆

之材料使用數量則依據盟鑫工業 2008 年出版之結合景觀及生態之工法參考圖冊估算之，如表 5 所示。

表 4 重力式及懸臂式擋土牆材料數量 (估算自交通部公路總局之道路工程參考圖,2007)

混凝土總數量 (m3) 鋼筋及鐵絲總數量

(kg)

混凝土抗壓強度(kgf/cm2) 140

(基礎底板) 210

(牆體) 245

(牆體) 鐵絲 鋼筋

重力式(牆高=5m) - 8.31 - - -

懸臂式(牆高=5m) 0.62 - 5.21 1.53 383.44

懸臂式(牆高=10m) 1.10 - 13.37 2.98 745.43

表 5 景觀加勁擋土牆材料數量(盟鑫工業出版之結合景觀及生態之工法參考圖冊,2008) 項次 材料項目 牆高 H=5m 牆高 H=10m

1 加勁格網 (PET 外覆 PVC)

72 m2 36.6kg 221 m2 86.35kg

2 抗沖蝕網袋(PE) 150 個 3.75kg 380 個 9.5kg 3 竹節錨釘(PA) 15 支 1kg 65 支 4.33kg 4 透水粒料(礫石) 2 m3 4600kg 8 m3 18400kg 5 排水管(HDPE) 4 m 3.5kg 20 m 17.5kg 6 不織布(PET) 18 m2 3.42kg 88 m2 16.72kg

六、 研究結果

根據 ISO-14040 總則說明，對於生命週期評估是在產品的生命過程中，從原料的取得、製造、使用

與廢棄等階段，評估其產生的環境衝擊。本研究針對擋土牆進行 CO2 排放解析結果如下表 6～表 12 所

示： 表 6 建材生產階段 CO2 排放量解析

型式 牆高

重力式 擋土牆

懸臂式 擋土牆

景觀加勁 擋土牆

5m 1237.78kg 1264.19 kg 72.38 kg 10m -- 2939.91 kg 236.04 kg

表 7 擋土牆施工運輸階段 CO2 排放量解析

型式 牆高

重力式 擋土牆

懸臂式 擋土牆

景觀加勁 擋土牆

5m 870.31 kg 627 kg 108.06 kg 10m -- 1546.57 kg 428.85 kg

表 8 擋土牆日常使用(植栽)階段 CO2 排放量解析(1/2)

植栽類型 CO2 固定量 Gi(kg/m2)

覆土深度

生態複層 大小喬木、灌木、花草

密 植 混 種 ( 喬 木 間 距

3.5m 以下) 1200

闊葉大喬木 900 闊葉小喬木、針葉喬

木、疏葉喬木 600 喬木

棕梠科 400

1m 以上

灌木 300 多年生蔓藤 100

0.5m 以上

花草花圃、自然野草地、水生植物、草坪 20 0.3 m 以上

以草本植物及籐蔓類為計算依據

表 9 擋土牆日常使用(植栽)階段 CO2 排放量解析(2/2)

1 進行米之擋土牆植栽於生命週期 CO2 排放量 景觀加勁擋土牆

50 年 114 年

5m 排放-391.5 kg

(即吸收 391.5 kg) 排放-892.62 kg

(即吸收 892.62 kg)

10m 排放-783 kg

(即吸收 783 kg) 排放-1785.24 kg

(即吸收 1785.24 kg)

表 10 擋土牆修繕階段 CO2 排放量解析 型式 牆高

重力式 擋土牆

懸臂式 擋土牆

景觀加勁 擋土牆

5m 843.24kg 756.48kg 72.18 kg 10m -- 1794.59 kg 265.96 kg

本研究估計擋土牆在生命週期中，平均每 20 年有一次較重大的災害而造成牆體之局部破壞(牆體經

此破壞仍可修補後繼續使用)，而每次所需之修補用料假設為新建時之 20％。

表 11 擋土牆廢棄處理階段 CO2 排放量解析 型式 牆高

重力式 擋土牆

懸臂式 擋土牆

景觀加勁 擋土牆

5m 558.52 kg 402.64 kg 132.94 kg 10m -- 993.93 kg 530.08 kg

因營建廢棄物的 CO2 排放量實難以評估，因此本階段僅就擋土牆廢棄物經由交通運輸之能源消耗進

行評估。

表 12 五式擋土牆生命週期 CO2 排放組成比例統計表(不含植栽階段)

建材生產 階段 CO2 排放比例

擋土牆施 工階段 CO2 排放比例

擋土牆修繕 階段 CO2 排

放比例

擋土牆廢棄處 理階段 CO2 排

放比例 5m 重力式擋土牆 35.27% 24.80% 24.02% 15.91% 5m 懸臂式擋土牆 41.44% 20.56% 24.80% 13.20% 10m 懸臂式擋土牆 40.41% 21.26% 24.67% 13.66% 5m 景觀加勁擋土牆 18.77% 28.03% 18.72% 34.48% 10m 景觀加勁擋土牆 16.26% 29.54% 17.70% 36.51%

七、 營建成本分析結果

對於重力式、懸臂式及景觀加勁擋土牆相關營建成本評估資料，本研究以 2009 年 3 月台灣建築物

料價格計算，統計得重力式、懸臂式及景觀加勁擋土牆之單位面積營建成本如表 13 及營建成本比較如

圖 4 所示，相關比較說明如下： (1) 以 3m 擋土牆而言，景觀加勁擋土牆的建造成本約為重力式的 96.6%。 (2) 以 5m 擋土牆而言，建造成本由高而低之順序為懸臂式 RC 擋土牆＞重力式混凝土擋土牆＞景觀

加勁擋土牆，其中景觀加勁擋土牆的建造成本分別約為重力式的 76.3%及懸臂式的 64.8%。 (3) 以 10m 擋土牆而言，景觀加勁擋土牆的建造成本約為懸臂式的 57.4%。

表 13 擋土牆之單位面積營建成本分析表

牆體 高度

(m)

重力式 擋土牆 (元/m2)

懸臂式 擋土牆 (元/m2)

景觀加勁 擋土牆 (元/m2)

註： 景觀加勁擋土牆與重力式及懸臂

式擋土牆之成本比較

3 3,248.4 - 3,138.0 〔(3138/3248.4)〕*100% = 96.6 %

4 3,897.6 - 3,146.4

5 4,726.8 5,563.2 3,604.8 〔(3604.8/4726.8)〕*100% = 76.3 % 〔(3604.8/5563.2)〕*100% = 64.8 %

6 - 5,791.2 3,657.6

7 - 6,542.4 4,461.6

8 - 6,880.8 4,600.8

9 - 7,838.4 5,132.4

10 - 9,162.0 5,258.4 〔(5258.4/9162)〕*100% = 57.4 %

4 6 8 10Hight of Retaining Wall (m)

2000

4000

6000

8000

10000

Cos

t (N

TD/m

2 )

Gravity WallCantilever WallMSE Wall

圖 4 擋土牆之單位面積營建成本分析圖

八、 結語

本研究結果如下所示： (1) 重力式及懸臂式擋土牆之 CO2 排放量幾乎為景觀加勁擋土牆的 5~8 倍。 (2) 景觀加勁擋土牆因附生植栽之優勢，於 50 年生命週期之 CO2 吸收效益甚至可達平衡其本身組構

材料之 CO2 排放量，其中 5m 之景觀加勁擋土牆於使用 49 年可達碳平衡(擋土牆之 CO2 排放量=擋土牆附生植栽日常之 CO2 吸收量)；而 10m 者則於使用 119 年可達碳平衡。

(3) 景觀加勁擋土牆在牆高 3m 時與重力式擋土牆之建造成本相當，但當牆高 5m 時，其建造成本約

分別為重力式及懸臂式擋土牆的 64.8％與 76.3％，當牆高達 10m 時，其建造成本約為懸臂式擋

土牆的 57.4％。重力式及懸臂式擋土牆之建造成本隨牆高增加而大幅增加，主要是因建造過程

中，隨著牆高的增加其所需的材料、機具及人力等成本需大幅增加。而景觀加勁擋土牆於建造

過程中，不因牆高增加而明顯增加材料、機具及人力等成本，相對於傳統之重力式與懸臂式擋

土牆較符合施工之經濟效益。

435 台中縣梧棲鎮(中港加工出口區)經三路 33 號 Tel: 886-4-2659-5926, Fax: 886-4-2659-5925 http://www.gold-joint.com/

九、 參考文獻

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會，香港 2.張又升，2002.06，<建築物生命週期二氧化碳減量評估>，成大建築所博士論文。 3.張又升、鄭元良、林憲德、許茂雄，2002，”台灣建築物 CO2 排放量簡易評估法之研究”，建築學報（TSSCI）

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析」，內政部建築研究所協同研究案 7.劉漢卿,林憲德, 1993,11,「台灣建築產業與地球環保初探(一)─建材生產能源與 CO2 排放量之估算」,第

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期。 14.周南山，1993，<地工合成物加勁牆分析設計之探討與評估>，地工技術雜誌，第 43 期。 15.黃景川，1993，<加勁邊坡之穩定分析-切片法電腦程式之開發與比較->，地工技術雜誌，第 43 期。 16.周南山，2004，<結合生態與景觀之加勁擋土結構設計及施工規範>，台北市土木技師公會。