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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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