隨 著 科 技 日 益 進 步, 橋 梁 工 程 之 設 計 及 施 工 技 術 亦 因 土 木 工 程 新 材 料 的 創 新 研 發 施 工 機 具 能 力 躍 進 及 電 腦 軟 體 快 速 提 昇, 有 大 幅 的 進 展 尤 其 近 年 來, 橋 梁 工 藝 的 進 步, 更 是 日 新

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1 經 刊 登 之 文 章, 文 責 由 作 者 自 負 No.88 October, 00 No.88 October, 00 3

2 隨 著 科 技 日 益 進 步, 橋 梁 工 程 之 設 計 及 施 工 技 術 亦 因 土 木 工 程 新 材 料 的 創 新 研 發 施 工 機 具 能 力 躍 進 及 電 腦 軟 體 快 速 提 昇, 有 大 幅 的 進 展 尤 其 近 年 來, 橋 梁 工 藝 的 進 步, 更 是 日 新 月 異, 各 類 新 橋 型 新 工 法 及 各 項 橋 梁 紀 錄 一 再 創 新 精 進 早 期 台 灣 於 橋 梁 設 計 與 施 工 領 域, 較 之 歐 美 及 日 本 等 已 開 發 國 家, 能 力 與 經 驗 上 皆 有 明 顯 落 差 然 隨 著 台 灣 經 濟 逐 步 發 展, 國 內 公 共 工 程, 尤 其 在 新 建 橋 梁 部 分, 一 方 面 引 進 國 外 技 術, 藉 助 他 們 的 設 計 與 施 工 經 驗, 加 快 國 內 各 項 橋 梁 的 建 設 ; 另 一 方 面 則 經 由 國 內 土 木 工 程 師, 實 際 參 與 這 些 公 共 工 程 的 設 計 與 施 工 過 程, 藉 由 人 才 培 育 訓 練, 將 先 進 的 橋 梁 設 計 施 工 經 驗 及 知 識, 予 以 傳 承 移 植 至 國 內 如 此 提 升 國 內 橋 梁 工 藝 的 思 維, 在 國 內 各 項 重 要 交 通 建 設 推 動 過 程 中, 得 到 最 好 的 印 證, 也 獲 致 顯 著 的 成 果 本 期 主 台 灣 之 橋 梁 建 設, 主 要 探 討 台 灣 橋 梁 工 程 近 年 來 之 新 技 術 與 未 來 之 技 術 發 展 方 向, 透 過 新 技 術 之 實 際 運 用, 展 現 工 程 界 在 橋 梁 工 程 求 新 求 變 之 新 技 藝, 也 經 由 實 際 完 成 之 案 例, 進 一 步 瞭 解 新 技 術 之 內 涵 與 真 諦 另 外, 在 人 物 訪 部 分, 特 別 邀 請 國 內 橋 梁 工 程 界 之 三 位 重 要 學 者 家, 包 括 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 主 任 張 國 鎮 教 授, 探 討 台 灣 發 生 之 橋 梁 災 害 原 因 與 災 害 防 制 之 重 要 課 ; 台 大 土 木 系 蔡 益 超 教 授, 探 討 台 灣 橋 梁 耐 震 規 範 之 制 定 與 未 來 興 革 課 ; 交 通 部 國 道 新 建 工 程 局 張 純 青 副 局 長, 探 討 台 灣 國 道 橋 梁 引 進 新 技 術 之 歷 程 與 面 對 之 課 等 三 位 家 在 不 同 領 域 方 面, 闡 述 台 灣 面 對 未 來 之 嚴 苛 環 境, 應 用 新 科 技 與 新 技 術, 克 服 橋 梁 減 災 與 制 災 之 新 挑 戰, 以 及 提 昇 橋 梁 服 務 品 質 與 延 長 壽 命 等 重 要 對 策, 以 達 到 永 續 發 展 目 標 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 副 總 經 理 4 No.89 January, 0 No.89 January, 0 5

3 人物訪 中 華 技 術 INTERVIEW 張主任簡介 財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心主任張國鎮教授於976年台大土木系畢業 980年取 得土木結構碩士學位 984年0月取得美國紐約州立大學水牛城分校土木系博士 畢業後正逢水牛城大學 建造全美第二座振動台 並爭取設立美國國家地震中心 張主任續留美國從事地震工程相關研究 且擔任紐 約州立大學研究副教授 99年返回台大土木系任教 全心投入教學與研究 997年接任台大地震中心主 任且兼任國家地震工程研究中心橋梁組組長 自004年起擔任台大土木系系主任 並在潤泰尹總裁之捐助 下籌建全國第一棟校園隔震建築 台大土木研究大樓 除採用快速預鑄工法及中間層隔震系統與阻尼器外 其鉛心橡膠支承墊為國內首次自行製作 並由國家地震工程研究中心測試通過後使用 同時納入綠建築概 念 使大樓更符合生態 節能 減廢 健康等目標 張主任研究長為抗震設計 結構被動控制 橋梁工程與結構試驗 近年來編著有 結構消能減震控制 及隔震設計 書 嘉惠國內學子及工程界 推廣結構隔震 消能減震設計 並主持國家相關規範編審不遺 餘力 茲就張主任對於橋梁工程防災之趨勢與展望摘錄於中華技術與吾輩共享之 訪談紀要 訪財團法人國家實驗研究院 國家地震工程研究中心 談 橋梁工程防災之 趨勢與展望 致人民生命財產嚴重的傷害與損失 尤 問 近年來因環境變遷與自然災害頻繁嚴 重影響橋梁安全 請問張主任對國內橋梁 多重災害防治的看法如何 6 No.89 January, 0 攝影 黃教正 其是近年來因為全球氣候異常 颱風豪雨 對台灣災害之影響益形嚴重 受災範圍與 程度均遠較過去為烈 而且自然災害的發 生正朝大規模化 高頻率化以及複合化方 向發展 每年侵襲颱風平均約3.5次 豪大 答 台灣的自然環境優美 但地理位置特殊 每年5 6月間會有異常梅雨 7 0月間 則有頻仍之颱風侵襲 此等特殊氣候 常 帶來豪雨 而且台灣恰位於歐亞大陸板塊 與太平洋的菲律賓海板塊交界之處 平均 每年大小地震超過四千個 其中有感地震 可達二百餘個 為世界上有感地震最頻發 整理 陳新之 害 每每對公共工程造成重大的損害 更 人物訪 張國鎮主任 的地區之一 地震與颱風 豪雨等天然災 雨數十次 平均年損失約8億元以上 橋梁扮演著促進國家社會經濟發展與 民眾生活便利及品質提升重要的角色 各 類鐵 公路橋梁更是構成完整運輸交通網 路的重要環節 據交通部的統計 國內大 小橋梁約有兩萬餘座 其中由交通部高速 公路局及公路總局管理的公路橋梁有一萬 No.89 January, 0 7

4 零 五 百 九 十 座, 其 餘 近 一 萬 座 橋 梁, 受 限 測, 其 中 因 河 川 沖 刷 受 損 的 有 8 座, 其 餘 於 地 方 政 府 無 充 足 預 算, 非 常 缺 乏 管 理 6 座 為 劣 化 超 載 或 地 震 造 成 橋 梁 傷 害 維 修 及 相 關 資 訊, 對 於 民 眾 生 命 財 產 安 全 008 年 9 月 辛 樂 克 颱 風 及 薔 蜜 颱 風 造 成 省 構 成 威 脅 除 維 修 管 理 問 外, 台 灣 地 道 臺 3 線 后 豐 大 橋 臺 線 牛 眠 橋 臺 區 老 舊 橋 梁 尚 且 面 臨 沖 刷 超 載 老 化 8 線 五 虎 寮 橋 及 臺 0 線 甲 仙 大 橋 等 倒 塌 ; 劣 化 等 問 ; 而 潛 在 性 問 則 為 耐 震 強 度 009 年 8 月 莫 拉 克 颱 風 因 短 時 間 內 的 驚 人 普 遍 不 足, 一 旦 發 生 颱 風 地 震 或 水 災 等 雨 量, 總 計 全 國 有 0 餘 座 橋 梁 損 傷, 尤 大 規 模 天 然 災 害 時, 橋 梁 即 有 倒 塌 或 斷 裂 以 高 雄 縣 雙 園 大 橋 近 450m 橋 梁 坍 塌 引 發 國 的 疑 慮 人 高 度 關 切 依 八 八 水 災 調 查 顯 示, 上 游 橋 梁 毀 損 原 因 主 要 是 受 到 土 石 流 危 害, 通 999 年 九 二 一 集 集 大 地 震 造 成 中 部 地 區 約 有 0% 的 橋 梁 受 到 不 同 程 度 的 損 傷, 其 中 6 座 橋 梁 受 損 嚴 重, 主 要 原 因 為 地 震 力 太 大 與 結 構 系 統 耐 震 能 力 不 足 地 震 所 造 成 斷 層 附 近 之 最 大 地 表 加 速 度 大 部 份 均 超 過 0.3g, 此 已 超 過 規 範 設 計 標 準 ; 另 外, 許 多 跨 過 斷 層 破 裂 面 的 橋 梁 由 於 斷 層 之 錯 位 量 非 常 大 而 產 生 落 橋 破 壞 或 橋 台 破 壞 就 結 構 系 統 而 言, 其 主 要 受 損 原 因 為 : 因 土 壤 液 化 造 成 基 礎 受 損 箍 筋 不 足 造 成 橋 柱 剪 力 破 壞 橋 柱 與 上 部 結 構 接 頭 水 面 遭 流 木 阻 塞 致 水 道 淤 積, 致 使 水 流 力 道 過 大 推 倒 橋 墩 另 跨 距 短 之 橋 梁 當 土 石 堆 積, 造 成 橋 下 河 道 淤 積 致 水 面 迅 速 上 升, 水 的 浮 力 效 應 亦 可 能 使 得 橋 梁 上 部 結 構 漂 移 原 位 中 下 游 段 橋 梁 毀 損 主 因 為 橋 墩 沖 刷 現 象, 強 力 水 流 的 沖 擊 以 及 浮 木 飄 石 等 撞 擊 墩 柱 致 橋 梁 損 毀 近 年 來 因 為 氣 候 變 遷 問, 颱 風 洪 水 將 越 來 越 多, 對 台 灣 地 區 尚 未 修 建 或 改 建 之 老 舊 危 險 橋 梁 的 威 脅 也 會 越 來 越 嚴 重, 成 為 亟 需 嚴 正 面 對 的 問 ( 左 ) 黃 炳 勳 協 理 ( 中 ) 鄭 明 源 副 總 經 理 ( 右 ) 張 國 鎮 主 任 人 物 訪 8 No.89 January, 0 設 計 不 良, 而 造 成 接 頭 處 損 壞 無 裝 設 防 落 設 置 而 造 成 落 橋 或 因 其 止 震 塊 嚴 重 受 損, 而 造 成 主 梁 移 位 及 橋 面 開 裂 以 及 因 橋 梁 結 構 尚 未 完 工 致 橋 梁 系 統 不 完 整 而 受 損 等 上 述 橋 梁 的 震 害 造 成 救 災 搶 修 與 維 生 運 輸 補 給 工 作 嚴 重 受 阻 相 較 於 地 震, 自 986 年 中 興 大 橋 發 生 斷 裂 事 件, 即 已 經 凸 顯 出 老 舊 危 險 橋 梁 的 安 全 問 根 據 調 查 統 計,996 年 到 00 年 間 有 68 座 橋 梁 因 沖 刷 災 害 受 損, 可 見 橋 梁 沖 刷 安 全 問 極 為 嚴 重 000 年 高 屏 溪 斷 橋 後, 交 通 部 針 對 公 路 橋 梁 進 行 安 全 檢 綜 合 前 述 橋 梁 災 害, 國 內 橋 梁 既 存 的 主 要 問 為 : () 橋 齡 老 舊, 不 同 時 期 建 造 的 橋 梁 所 適 用 的 耐 震 設 計 規 範 不 同, 其 耐 震 能 力 堪 虞 ; () 河 川 上 游 經 常 施 作 水 壩 及 各 種 截 水 設 施, 改 變 河 川 輸 砂 平 衡 作 用, 下 游 砂 石 之 堆 積 減 少, 流 失 之 河 床 未 及 補 充, 影 響 河 道 穩 定 性 ; (3) 過 度 開 採 河 川 砂 石, 河 床 流 失, 地 質 脆 (5) 在 目 前 財 政 困 窘 的 情 況 下, 部 分 縣 市 政 弱, 容 易 風 化 沖 蝕, 造 成 橋 基 裸 露, 影 響 府 無 力 設 置 人 負 責 橋 梁 管 理, 多 數 縣 市 橋 梁 結 構 安 定 性, 即 使 施 作 橋 梁 及 樁 基 保 也 只 能 編 列 杯 水 車 薪 的 橋 梁 維 修 經 費, 地 護 工 程, 耗 費 許 多 工 程 經 費 亦 僅 足 應 付 短 方 政 府 缺 人 又 缺 錢, 無 法 進 行 橋 梁 維 修 作 期 安 全 之 保 障, 耗 用 社 會 成 本 甚 多 效 果 卻 業, 加 上 超 載 車 輛 過 度 使 用, 橋 面 板 經 常 極 為 有 限 ; 因 為 損 毀, 造 成 橋 面 接 縫 擴 大, 影 響 行 車 安 全 (4) 颱 洪 期 間 橋 梁 封 橋 管 制 措 施 影 響 當 地 居 民 有 鑑 於 此, 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 在 交 通 需 求, 目 前 尚 乏 經 實 地 驗 證 可 靠 且 有 國 家 實 驗 研 究 院 支 持 下, 自 009 年 起 進 效 的 橋 梁 即 時 沖 刷 監 測 預 警 系 統, 供 管 理 行 橋 梁 結 構 考 慮 地 震 與 洪 水 之 多 重 災 害 養 護 單 位 與 現 地 工 程 人 員 封 橋 與 開 放 決 策 之 整 合 性 研 究, 搭 配 交 通 部 高 速 公 路 局 之 參 考 ; 之 高 科 技 橋 梁 檢 測 系 統 建 置 試 辦 計 畫 No.89 January, 0 9 人 物 訪

5 三 年 研 究 計 畫 (00-0), 以 及 國 科 間, 因 而 可 增 進 工 地 安 全 其 次, 預 鑄 橋 程 研 究 中 心 之 一 University of New York at 果, 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 更 製 作 橋 梁 預 會 橋 梁 結 構 考 量 地 震 與 洪 水 之 多 重 災 害 墩 不 需 現 場 混 凝 土 澆 置 且 施 工 快 速, 可 降 Buffalo 的 地 震 工 程 研 究 中 心 (MCEER) 共 鑄 工 法 及 預 警 系 統 之 展 示 模 型, 以 增 加 社 研 究 整 合 型 研 究 計 畫 (00-0) 低 都 會 區 新 建 橋 梁 對 交 通 之 阻 斷 及 干 擾, 同 建 立 合 作 研 究 計 畫 本 研 究 計 畫 已 完 成 會 大 眾 對 新 一 代 橋 梁 建 造 工 法 的 安 全 認 知 00 年 度 於 本 中 心 完 成 單 自 由 度 橋 梁 系 另 在 生 態 及 環 境 敏 感 地 區, 由 於 不 必 開 闢 多 座 大 尺 寸 預 鑄 節 塊 橋 墩 試 驗, 成 功 開 發 及 接 受 度 統 沖 刷 裸 露 之 砂 箱 振 動 台 實 驗, 並 於 水 施 工 道 路, 對 於 環 境 之 衝 擊 亦 可 減 至 最 出 適 用 於 地 震 帶 之 預 鑄 節 塊 橋 墩 系 統, 具 利 署 南 勢 角 水 工 試 驗 場 所 進 行 大 型 橋 梁 水 少, 因 此, 預 鑄 節 塊 工 法 在 保 護 區 或 都 會 備 建 造 快 速 高 耐 震 能 力 及 震 後 簡 易 修 復 工 沖 刷 試 驗 研 究 成 果 將 探 討 橋 梁 在 洪 水 區 的 效 益 特 別 明 顯 即 可 通 車 等 特 性, 目 前 已 應 用 於 國 道 4 號 作 用 引 致 不 同 沖 刷 情 形 下 橋 梁 耐 震 能 力 之 變 化 情 況, 並 結 合 橋 梁 耐 震 能 力 評 估 成 果 與 橋 梁 耐 洪 能 力 評 估 成 果, 以 信 賴 度 為 基 準, 研 訂 橋 梁 耐 洪 與 耐 震 管 理 作 業 所 需 之 警 戒 值 與 行 動 值, 建 立 橋 梁 耐 洪 與 耐 震 防 災 管 理 系 統 此 一 工 法 在 橋 梁 上 部 結 構 雖 已 行 之 多 年, 然 對 下 部 結 構 而 言, 因 礙 於 地 震 帶 的 使 用 疑 慮, 目 前 多 僅 應 用 在 低 地 震 威 脅 的 地 區 另 由 於 目 前 美 國 多 數 橋 梁 之 橋 齡 均 偏 高, 極 需 汰 舊 換 新, 因 此 近 年 來 正 積 極 推 動 加 快 橋 梁 建 造 速 度 (Accelerated Bridge Construction) 計 畫 有 鑑 於 此, 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 與 美 國 三 大 地 震 工 豐 原 大 坑 段 及 台 中 生 活 圈 4 號 道 路 建 設 計 畫 ( 臺 中 生 活 圈 4 號 線 及 大 里 聯 絡 道 工 程 ) 此 外, 為 強 化 此 類 橋 梁 之 安 全 預 警, 避 免 橋 梁 落 橋 所 造 成 之 人 命 損 失, 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 更 進 行 開 發 橋 梁 安 全 監 測 及 預 警 系 統, 並 透 過 無 線 傳 輸 技 術, 即 時 監 測 橋 梁 之 安 全 狀 況, 並 於 有 安 全 疑 慮 時 發 出 警, 以 供 公 路 橋 梁 管 理 單 位 採 取 相 關 應 變 措 施 為 有 效 推 廣 本 項 研 究 成 問 : 交 通 部 近 年 來 針 對 國 道 與 省 道 橋 梁 積 極 辦 理 橋 梁 耐 震 評 估 與 補 強 工 程, 請 問 張 主 任 對 於 提 升 既 有 橋 梁 之 耐 震 能 力 與 橋 梁 延 壽 有 何 看 法? 答 : 交 通 部 的 評 估 政 策 對 道 路 橋 梁 而 言, 補 強 工 程 可 加 強 其 對 地 震 之 抵 抗 力, 不 但 在 地 震 發 生 時 能 減 少 橋 梁 之 損 害, 並 且 可 在 救 問 : 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 在 橋 梁 防 災 議 上 扮 演 重 要 角 色, 請 問 張 主 任 對 橋 梁 新 工 法 與 環 境 保 護 之 發 展 趨 勢 有 何 期 許? 災 時 提 供 緊 急 之 運 輸 服 務 尤 以 國 道 高 速 公 路 為 全 島 之 交 通 主 幹, 既 有 橋 梁 之 耐 震 補 強 工 程, 對 國 家 經 濟 發 展 產 業 競 爭 力 及 人 民 生 命 財 產 保 障 之 影 響 重 大, 提 升 國 道 橋 梁 耐 震 能 力 值 得 納 入 國 家 防 災 系 統 中 積 極 推 動 因 此,004 年 月 由 行 政 院 經 答 : 在 過 去 的 二 十 年 間, 以 預 鑄 節 塊 工 法 來 縮 建 會 核 定 國 道 高 速 公 路 ( 通 車 路 段 ) 橋 短 橋 梁 建 造 時 間 的 方 式 在 歐 美 各 國 已 逐 漸 梁 耐 震 補 強 工 程 計 畫, 同 意 交 通 部 先 行 人 物 訪 受 到 重 視, 橋 梁 預 鑄 節 塊 工 法 是 一 結 合 預 鑄 產 製 及 機 械 化 吊 裝 的 施 工 方 式, 首 先 在 施 工 上, 預 鑄 節 塊 橋 梁 之 節 塊 可 於 預 鑄 場 事 先 鑄 造, 鋼 筋 彎 紮 及 混 凝 土 澆 注 可 以 自 動 化 機 械 化 方 式 進 行, 再 配 合 現 場 組 裝, 相 較 於 傳 統 模 板 工 法 之 現 場 鋼 筋 彎 紮 辦 理 第 期 工 程 ;009 年 月 0 日 則 核 定 省 道 橋 梁 耐 震 補 強 緊 急 工 程, 篩 選 出 339 座 省 道 橋 梁, 積 極 辦 理 耐 震 補 強 工 程 ( 防 落 補 強 支 承 補 強 構 件 補 強 系 統 補 強 等 ) 00 年 0 月 8 日 賡 續 辦 理 國 道 高 速 公 路 橋 梁 耐 震 補 強 第 二 期 工 程, 人 物 訪 不 易 及 混 凝 土 澆 注 之 費 事 耗 時, 有 施 工 迅 自 0 年 至 04 年 辦 理 第 一 優 先 路 段 00 速 及 縮 短 工 期 之 優 點 同 時 也 因 為 預 鑄 場 座 橋 梁 由 此 可 知, 政 府 長 期 投 入 龐 大 經 優 良 的 施 工 環 境, 使 得 預 鑄 混 凝 土 橋 樑 施 工 較 傳 統 施 工 有 更 佳 的 施 工 品 質, 並 且, 左 起 : 陳 錦 林 副 理 黃 炳 勳 協 理 張 國 鎮 主 任 鄭 明 源 副 總 經 理 陳 新 之 技 術 經 理 費 莫 不 以 改 善 既 有 橋 梁 耐 震 能 力, 增 加 橋 梁 服 務 年 限 為 主 要 施 政 方 向 0 No.89 January, 0 預 鑄 橋 墩 施 工 可 減 少 勞 工 高 空 作 業 的 時 No.89 January, 0

6 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 於 集 集 大 地 震 人 物 訪 後, 自 999 年 至 003 年 間, 完 成 RC 橋 柱 耐 震 補 強 對 策 之 研 發 與 應 用 整 合 型 計 畫, 相 關 構 件 補 強 研 究 成 果 提 供 公 路 總 局 進 行 橋 梁 補 強 修 復 工 程 004 年 至 007 年 間, 完 成 橋 梁 功 能 性 支 承 系 統 耐 震 性 能 設 計 與 評 估 補 強 方 法 之 研 究 整 合 型 計 畫, 以 支 承 與 防 落 補 強 為 主 要 研 究 重 點 008 至 009 年 間 將 前 述 計 畫 成 果 適 度 整 合, 並 受 公 路 總 局 委 託 完 成 公 路 橋 梁 耐 震 能 力 評 估 及 補 強 準 則, 作 為 該 局 進 行 橋 梁 評 估 補 強 作 業 主 要 依 據 本 準 則 具 有 下 列 特 色 :() 定 性 與 定 量 描 述 橋 梁 耐 震 後 性 能 等 級 () 補 強 採 用 地 震 力 標 準 與 最 新 耐 震 設 計 規 範 相 同 (3) 初 步 評 估 結 合 工 程 師 經 驗 與 易 損 性 分 析 成 果 (4) 詳 細 評 估 可 掌 握 結 構 非 線 性 變 形 行 為 (5) 建 議 常 見 系 統 補 強 工 法 降 低 地 震 需 求 (6) 建 議 常 見 構 件 補 強 工 法 增 加 結 構 容 量 (7) 考 量 基 礎 沖 刷 裸 露 對 耐 震 影 響 除 準 則 條 文 與 解 說 外, 本 中 心 亦 開 發 符 合 國 內 需 求 之 橋 梁 耐 震 能 力 評 估 系 統 (SERCB for Bridge), 利 用 檔 案 交 換 方 式 與 國 內 常 用 之 結 構 分 析 軟 體 (SAP000 及 MIDAS) 整 合, 將 實 際 分 析 流 程 模 組 化, 以 視 窗 操 作 介 面 呈 現, 提 供 工 程 師 一 個 便 利 的 分 析 工 具 答 : 地 震 與 洪 水 是 台 灣 橋 梁 最 嚴 重 的 威 脅 地 震 之 推 力 洪 水 淘 空 基 礎, 將 共 同 危 害 橋 梁, 使 橋 梁 壽 命 大 幅 縮 短 然 礙 於 實 驗 室 空 間 限 制, 以 往 全 世 界 的 工 程 研 究, 幾 乎 不 曾 將 現 地 橋 梁 結 構 與 大 地 基 礎 一 同 進 行 實 驗, 並 比 對 當 今 的 設 計 理 論 00 年 恰 逢 宜 蘭 縣 新 牛 鬥 橋 啟 用 (00 年 9 月 8 日 通 車 ), 舊 牛 鬥 橋 即 將 拆 除, 舊 牛 鬥 橋 因 本 身 新 舊 橋 梁 雙 線 併 行, 新 橋 部 份 正 好 可 藉 由 舊 橋 架 設 反 力 設 備 進 行 反 覆 載 重 與 側 推 實 驗, 用 來 檢 驗 目 前 分 析 設 計 理 論 本 中 心 相 信 此 試 驗 為 當 今 全 世 界 工 程 研 究 難 得 的 機 會 與 創 舉, 必 定 吸 引 國 內 外 從 事 橋 梁 工 程 的 研 究 人 員 與 管 理 者 的 關 注, 遂 向 公 路 總 局 申 請 實 驗 計 畫 並 獲 同 意 本 計 畫 主 要 包 含 四 個 實 驗, 分 別 是 :()P 橋 墩 標 竿 試 體 耐 震 實 驗 ()P4 橋 墩 基 礎 沖 刷 裸 露 耐 震 實 驗 (3)P 橋 墩 設 計 地 震 擬 動 態 實 驗, 以 及 (4)P5 橋 墩 沉 箱 側 向 力 承 載 實 驗 本 實 驗 已 於 00 年 月 9 日 結 束, 藉 此 機 會 本 中 心 與 台 灣 大 學 交 通 大 學 中 央 大 學 台 北 科 技 大 學 雲 林 科 技 大 學 等 0 多 位 教 授 共 同 合 作, 預 期 對 於 橋 梁 的 土 壤 結 構 互 制 行 為 橋 梁 基 礎 沖 刷 裸 露 後 之 耐 震 能 力 地 震 推 力 與 基 礎 淘 空 的 複 合 機 制, 將 可 提 供 更 多 的 實 驗 資 料 與 分 析 模 式, 有 助 於 檢 討 橋 梁 受 多 重 災 害 之 耐 震 與 耐 洪 行 為, 提 供 未 來 橋 梁 耐 震 設 訪 談 過 程 中 張 主 任 對 於 國 內 工 程 顧 問 界 滿 懷 鼓 勵 與 期 許, 冀 望 顧 問 界 與 其 他 業 界 能 增 加 橋 梁 工 程 之 研 發 經 費 與 人 力 颱 風 洪 水 已 成 為 我 國 歷 年 來 最 大 天 然 災 害 威 脅, 八 八 水 災 造 成 全 國 00 餘 座 橋 梁 倒 塌, 致 緊 急 救 災 不 易 與 人 員 物 資 難 以 運 送, 造 成 山 區 住 宅 社 區 被 孤 立 為 能 在 緊 急 災 變 發 生 時 提 供 快 速 救 援, 短 時 間 內 快 速 架 設 輕 便 橋 將 成 為 國 內 救 災 應 變 中 最 關 鍵 的 課, 未 來 如 何 應 用 高 強 度 複 合 材 料 發 展 輕 量 化 可 攜 式 且 可 重 覆 使 用 之 輕 便 橋, 值 得 深 入 研 究 並 加 以 落 實 應 用 人 物 訪 計 規 範 耐 震 評 估 補 強 準 則 修 訂 之 參 考 問 : 最 後 請 教 張 主 任 對 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 甫 完 成 之 牛 鬥 橋 現 地 實 驗 有 何 期 待? No.89 January, 0 No.89 January, 0 3

7 人物訪 中 華 技 術 INTERVIEW 前言 台灣位於環太平洋地震帶 地震發生相當頻繁 地震後道路橋梁的損害造成搶救的困難 生活必需品運 輸路線的中斷及一般民眾交通的不便利性 引起很大的民怨 對於橋梁耐震技術的發展 臺大土木系蔡益超 教授長期以來 在橋梁耐震技術的研究 以及在耐震規範的推動上不遺餘力 除造福土木工程界在橋梁設計 有所依循外 亦對橋梁工程有具體的貢獻 另外 蔡教授對於橋梁現況耐震能力評估補強與隔震分析等有深 入的研究 將相關的研究成果一併納入橋梁耐震設計作全面性的考量 對於提升橋梁耐震能力設計及後續耐 震技術發展更有助益 本文特就 台灣橋梁耐震技術的發展與展望 之主 請教蔡教授的看法 以下均以 蔡教授的第一人稱作敘述 本訪由土建事業群鄭明源副總經理偕同第一結構部相關人員特別拜訪 經由交談過程及蔡教授提供之 參考資料整理而成 訪談紀要 ANSI規範著手研擬一套適用於台灣地區 訪國立台灣大學土木系 幾乎有一半的時間與規範為伍 悉心 4個測站的歷年颱風風速資料 經過或 規範 可謂是規範的守護者 可否請 攝影 楊景華 然率統計分析 得到各地回歸期50年的 蔡教授簡單談談推動這些規範的過程 基本設計風速 才建立了本土性的建築物 中有什麼感想 設計風力計算基準 這個規範是在民國 73年研擬完成後即承蒙工程界使用 後 答 我開始從事規範研擬的工作大約是在民國 70年左右 一開始是有關風力的規範 人物訪 談 台灣橋梁耐震技術 的發展與展望 整理 曾榮川 的風力規範 當時利用中央氣象局全省 守護著國內各種結構物的耐震 耐風 蔡益超教授 4 No.89 January, 0 問 蔡教授這40年來的教學研究生涯中 續再經過檢討修訂後 內政部在民國96 年元月才頒佈正式的規範 當時鑑於台灣地區夏秋兩季常有颱風 也 常造成災害 當時國內建築技術規則有 在我教學研究近5年的摸索試探後 關風力的規定甚為簡陋 所以就參照美國 漸漸地瞭解到台灣比較迫切需要研究及 No.89 January, 0 5

8 解 決 的 主 要 問 還 是 在 於 結 構 物 的 耐 震 能 力, 這 也 是 我 後 續 5 年 的 教 學 研 究 生 涯 中 主 要 的 工 作 內 容, 包 括 耐 震 規 範 的 研 擬 結 構 物 的 隔 震 研 究 鋼 筋 混 凝 土 結 構 物 耐 震 能 力 評 估 與 基 礎 裸 露 橋 梁 的 耐 震 能 力 評 估 等 談 到 有 關 耐 震 設 計 規 範 的 研 擬 方 面, 從 我 民 國 75 年 月 接 下 台 大 工 學 院 地 震 工 程 研 究 中 心 主 任 開 始, 就 義 不 容 辭 地 接 下 耐 震 規 範 研 擬 的 工 作, 在 接 下 來 四 年 多 的 任 期, 算 是 我 人 生 旅 程 中 一 段 重 要 的 歷 練 民 國 75 年 月 台 灣 發 生 了 規 模 6.8 的 強 烈 地 震, 震 央 雖 然 在 花 蓮, 然 而 災 害 幾 乎 都 集 中 在 台 北 地 區, 引 發 社 會 相 當 大 的 蔡 益 超 教 授 解 說 課 程 內 容 關 切, 從 此 地 震 工 程 也 備 受 重 視 後 來 由 地 震 紀 錄 歷 時 分 析 所 得 的 加 速 度 反 應 譜 來 大 變 革 其 實 橋 梁 與 建 築 物 同 為 結 構 物, 昇, 非 線 性 靜 力 分 析 已 可 以 在 商 用 軟 體 如 工 程 從 業 人 員 的 參 與 合 作, 才 能 補 足 學 術 看, 才 瞭 解 這 個 地 震 由 於 頻 率 內 涵 特 殊, 其 耐 震 行 為 並 無 不 同, 所 以 這 兩 個 規 範 在 SAP000 ETABS 或 MIDAS 上 操 作, 因 此 界 較 欠 缺 的 實 務 經 驗 例 如 由 於 國 內 推 行 人 物 訪 在 台 北 盆 地 造 成 共 振 效 應 後 來 國 內 建 築 技 術 規 則 計 算 地 震 力 用 以 反 映 反 應 譜 的 震 力 係 數 C, 對 台 北 盆 地 也 因 此 另 行 規 定 經 過 這 次 地 震 洗 禮 的 體 驗, 政 府 對 今 後 耐 震 相 關 規 範 研 修 的 工 作 都 能 全 力 推 動 後 共 通 的 部 份 是 相 同 的 另 外, 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 也 是 我 過 去 多 年 的 研 究 主 例 如 內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 辦 理, 於 民 國 88 年 在 民 國 98 年 出 版 了 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 手 冊, 以 及 可 串 聯 上 述 非 線 性 靜 力 分 析 主 程 式 的 視 窗 化 SERCB 程 式 ; 感 謝 工 程 界 多 所 採 用, 讓 這 些 研 究 成 果 能 夠 進 一 步 成 功 地 應 用 到 工 程 實 務 上 特 殊 建 築 結 構 外 審 制 度, 地 震 中 心 常 擔 任 外 審 單 位 的 角 色, 所 以 經 過 多 年 外 審 的 磨 鍊 後, 對 實 務 設 計 就 不 再 陌 生, 再 搭 配 對 國 外 規 範 的 引 進 與 深 入 探 討, 所 研 擬 的 規 範 就 較 能 切 合 實 務 設 計 所 需 同 樣 地, 橋 人 物 訪 續 也 催 生 了 民 國 84 年 交 通 部 頒 佈 的 公 完 成 的 鋼 筋 混 凝 土 建 築 物 耐 震 能 力 評 估 梁 耐 震 設 計 規 範 的 研 擬 也 一 樣 要 有 實 務 經 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範, 以 及 民 國 86 年 法 ( 也 被 稱 為 強 度 韌 性 法 ), 曾 經 是 用 在 這 些 年 來 的 規 範 研 擬 工 作 過 程 中, 驗 的 輔 助 在 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 的 催 生 過 內 政 部 頒 佈 的 建 築 物 耐 震 設 計 規 範, 來 進 行 公 有 建 築 物 與 救 災 相 關 建 築 物 的 我 充 分 瞭 解 到 規 範 的 研 修 絕 非 單 獨 學 術 界 程 中, 所 幸 當 時 中 華 顧 問 工 程 司 張 荻 薇 兄 這 對 於 國 內 結 構 物 的 耐 震 設 計 來 說 算 是 一 耐 震 詳 評 方 法 後 來 由 於 耐 震 技 術 的 提 就 可 完 成, 而 是 需 要 再 加 上 政 府 官 員 ( 現 為 台 灣 世 曦 公 司 總 經 理 ) 常 邀 請 我 討 6 No.89 January, 0 No.89 January, 0 7

9 論相關問 耳濡目染下也吸收了橋梁設 算 其中 V= 計實務的經驗 k h = β ZSIC0 () ZICW.α y Fu () 材設計時使用載重組合 地震力要乘上載 重因數 而各種不同結構材料構材設計時 式中Z為工址水平加速度係數 根據 使用的載重組合又不盡相同 因此如果使 總而言之 我有幸在過去數十年的教 式中C0為標準設計震力係數 取0.5 地震危害度分析 分為四區 其值分別為 用相同的設計地震力 則所設計出的橋 學研究過程中參與了國內主要規範的研 Z為震區係數 反映工址地震危害度大 與0.8 I為用途係數 梁 其耐震安全度必然不同 事實上地震 擬 本人深感慶幸也很感謝過程中許多 小 有 四種值 S為反 取值.與.0 C為工址正規化加速度反 危害度分析中已考慮了不確定性 所以理 產 官 學界朋友的提攜襄助 若能為國 映地盤軟硬的地層係數 有 Dy 應譜係數 依工址地盤狀況而有不同 論上來講 地震力不必另給載重因數 因 內耐震能力技術的提升盡棉薄之力 那也 與.四種值 I為重要性係數 取.0或 為起始降伏地震力放大倍數 Fu為結構系 此可進行一些校正的計算 將 Dy 釐訂出 是身為一個研究地震工程的學者應盡的本 0.8 E 為調整係數 為地盤種類與基本 統地震力折減係數 來 事先除掉 份而已 振動週期的函數 類似加速度反應譜 對 橋柱高度不超過5m之橋梁 因週期短 問 蔡教授在耐震技術方面有相當豐富的 加速度反應譜在最高平臺區 E 取.0 研究成果與創見 並且是國內橋梁耐 震設計規範的主要催生與主者 能 不能請蔡教授談談國內橋梁耐震設計 規範之變遷 上述地震力之計算 對於當時的橋梁 本規範與國外規範相較 除將台北盆 其實結構系統地震力折減係數Fu在反映 地顯著週期納入在C值中反映外 最大的 韌性對耐震幫助很大 因此可以將彈性地 特色為起始降伏地震力放大倍數 Dy 與結 震力加以折減 但因韌性對耐震的效用隨 構系統地震力折減係數Fu的訂定 由於構 週期降低而遞減 所以規範中的Fu隨週期 設計來說 已考慮足夠多的參數 應該是 不錯的設計規範 不過光有設計地震力的 答 有關國內橋梁耐震設計規範的變遷 主要 可分為三階段 在民國84年交通部頒佈第一本 公路 第二階段之設計規範是交通部於民國 橋梁耐震設計規範 之前 可說是第一 84年月頒佈的 公路橋梁耐震設計規 個階段 此時使用的規範是交通部於民國 範 為一本單行本 其內容就豐富了許 76年月頒佈的 公路橋梁設計規範 多 就以橋梁設計中最重要的設計地震 其中涉及耐震設計的相關條文只在.0節 力而言 基於475年回歸期設計地震發生 地震力一處 條文主要是參考日本道路 時 韌性不得超過容許韌性容量Ra 因此 協會的規範 針對橋柱高度超過5m之橋 設計總橫力依下式計算 梁 其設計地震力的求取是採EQ=k hw計 8 No.89 January, 0 闕如 人物訪 人物訪 考量還是不夠的 譬如韌性設計等均付諸 左起 黃世建教授 蔡益超教授 張國鎮教授 No.89 January, 0 9

10 變 短 而 變 小 換 句 話 說, 短 週 期 的 結 構 物 要 使 用 較 高 的 設 計 地 震 力 除 靜 力 分 析 方 法 外, 本 規 範 尚 有 動 力 分 析 方 法, 可 使 用 在 不 規 則 橋 梁 的 耐 震 分 析 中, 另 外 規 定 要 以 柱 底 產 生 塑 性 彎 矩 推 算 柱 剪 力 進 行 剪 力 設 計 及 支 承 設 計, 而 且 也 要 將 塑 鉸 發 生 時 的 彎 矩 剪 力 與 軸 力 下 傳 基 礎 來 設 計 基 礎 有 關 鋼 筋 混 凝 土 構 材 如 何 進 行 韌 性 設 計, 該 規 範 另 有 章 規 定 第 三 階 段 之 設 計 規 範 就 是 交 通 部 於 民 國 97 年 月 頒 佈 的 公 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範, 此 版 本 為 現 行 公 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 就 架 構 來 說, 本 規 範 與 84 年 規 範 左 起 : 蔡 益 超 教 授 鄭 明 源 副 總 經 理 林 曜 滄 協 理 曾 榮 川 技 術 經 理 相 去 不 遠, 但 也 加 進 一 些 新 東 西 譬 如 地 國 88 年 9 大 地 震 而 重 新 調 整 國 內 橋 梁 答 : 就 如 同 前 面 提 到 的, 我 在 過 去 從 事 規 範 研 外 更 加 複 雜, 在 引 用 國 外 相 關 的 研 究 成 果 震 等 級 要 考 慮 中 度 地 震 橋 梁 要 保 持 彈 性, 耐 震 設 計 規 範 在 歷 經 這 幾 次 的 修 訂 後, 應 擬 的 工 作 時, 必 須 要 考 量 落 實 到 實 務 面 的 或 新 技 術 時, 一 定 要 先 加 以 本 土 化, 才 能 人 物 訪 最 大 考 量 地 震 橋 梁 之 韌 性 比 不 得 超 過 其 韌 性 容 量 R 在 地 震 危 害 度 分 析 時, 亦 引 入 近 斷 層 效 應 此 外, 該 規 範 也 增 加 隔 震 橋 梁 設 計 的 完 整 規 定 與 隔 震 元 件 測 試 要 求 每 一 個 階 段 的 變 革 都 源 自 於 台 灣 發 生 該 是 已 經 相 當 地 成 熟 了 問 : 台 灣 的 地 理 環 境 相 當 獨 特, 面 臨 著 比 國 外 更 複 雜 的 天 然 災 害, 有 時 很 難 引 用 國 外 相 關 的 研 究 成 果 就 這 方 面, 蔡 教 授 您 認 為 國 內 工 程 界 及 學 術 應 如 何 合 作, 來 提 升 本 土 化 的 橋 梁 耐 震 技 術 同 時, 由 於 設 計 規 範 是 實 際 執 行 的 依 據, 您 認 為 應 如 何 將 先 進 的 耐 震 技 術 與 研 究 成 果 落 實 到 設 計 規 範 內 問, 而 這 些 實 務 經 驗 是 我 所 欠 缺 的 所 幸, 在 當 時 有 許 多 產 官 界 的 朋 友 們 不 吝 提 供 他 們 豐 富 的 實 務 經 驗 及 卓 見, 來 補 充 我 在 這 方 面 的 不 足, 也 讓 整 個 規 範 的 研 修 有 更 周 全 的 考 量 夠 進 一 步 落 實 到 執 行 面 就 以 橋 梁 耐 震 技 術 而 言, 台 灣 應 找 出 自 己 最 適 用 的 耐 震 工 法 與 技 術, 而 這 要 透 過 產 官 學 三 方 面 的 密 切 溝 通 與 合 作, 才 可 能 將 具 體 可 行 的 方 案 研 擬 出 來 在 人 物 訪 大 地 震 後 所 獲 得 的 經 驗, 例 如 台 北 盆 地 工 確 實, 台 灣 有 自 己 的 獨 特 環 境 與 條 這 個 過 程 中, 學 術 界 是 可 以 擔 任 領 頭 的 角 址 正 規 化 加 速 度 反 應 譜 係 數 C 因 民 國 75 年 花 蓮 大 地 震 而 修 訂 ; 台 灣 震 區 係 數 Z 因 民 件, 不 但 位 處 環 太 平 洋 地 震 帶 上, 地 質 條 件 亦 錯 綜 複 雜, 所 面 臨 的 天 然 災 害 也 比 國 色, 負 責 涉 獵 具 可 行 性 的 新 技 術, 然 後 從 事 本 土 化 分 析 理 論 推 及 試 驗 開 發 等 的 0 No.89 January, 0 No.89 January, 0

11 工 作, 因 為 學 術 單 位 是 最 具 有 研 發 能 量, 對 於 新 技 術 的 引 進 也 會 是 比 較 中 立 的 業 界 則 是 可 以 針 對 這 些 新 技 術 從 應 用 的 角 度 發 展, 有 沒 有 具 體 的 期 許 與 願 景 答 : 相 較 於 既 有 橋 梁 而 言, 新 建 橋 梁 相 關 規 範 共 同 研 議 後 商 定, 工 程 師 再 依 商 定 之 結 構 性 能 要 求 進 行 後 續 的 設 計 及 施 工, 並 透 過 非 線 性 靜 力 分 析 嚴 格 檢 核 各 種 地 震 等 級 下 您 指, 是 否 可 趁 這 個 機 會 跟 年 輕 學 子 及 沒 有 機 會 受 您 薰 陶 的 其 他 青 年 工 程 師 分 享 一 些 個 人 經 驗? 您 是 否 對 這 些 後 進 們 有 什 麼 期 許 及 勉 勵? 開 發 其 設 計 方 法 與 設 計 指 南, 並 在 本 土 化 的 發 展 比 較 早, 目 前 也 比 較 完 整, 在 設 計 之 耐 震 性 能 是 否 合 乎 要 求 此 外, 性 能 設 新 技 術 開 發 的 過 程 中, 適 時 提 供 實 務 的 建 時 也 考 量 得 比 較 周 延, 我 想 在 其 他 國 家 也 計 與 施 工 以 滿 足 商 定 的 結 構 性 能 要 求 為 目 答 : 從 民 國 59 年 我 進 入 台 大 土 木 系 擔 任 講 師 議 最 後, 對 於 有 利 於 國 內 耐 震 技 術 提 昇 是 這 種 情 形 對 於 既 有 橋 梁 的 耐 震 評 估 及 標, 在 此 前 提 下, 新 技 術 新 工 法 甚 至 新 起, 到 今 年 7 月 底 恰 好 滿 40 年, 此 40 年 的 的 方 法, 橋 梁 主 管 機 關 應 該 要 提 供 機 會 補 強 而 言, 由 於 新 建 需 求 量 降 低 9 地 結 構 型 式 可 被 積 極 主 動 地 研 提 與 採 用, 改 時 光, 不 可 謂 之 不 長 雖 然 目 前 產 官 勇 於 嘗 試, 將 有 把 握 的 新 耐 震 技 術 付 諸 實 震 後 地 震 係 數 提 高 等 因 素, 民 國 90 年 以 善 以 往 消 極 被 動 的 故 步 自 封 陋 習, 也 有 助 學 界 有 不 少 本 人 過 去 指 的 學 生, 這 些 學 現 如 此, 在 產 官 學 三 方 的 合 作 下, 後 才 逐 漸 受 到 更 多 的 關 注, 例 如 民 國 93 於 提 升 土 木 工 程 技 術 生 的 表 現 也 相 當 的 優 秀, 但 絕 不 是 我 個 人 才 有 可 能 將 國 外 先 進 技 術 有 效 地 引 進 並 予 年 受 交 通 部 國 道 高 速 公 路 局 委 託 研 究, 才 造 就 了 他 們, 而 是 他 們 個 人 的 資 質 再 加 上 以 本 土 化 算 建 立 了 目 前 通 用 的 橋 梁 耐 震 評 估 方 法 台 灣 橋 梁 面 臨 的 問 除 了 耐 震 外, 尚 自 身 的 努 力, 才 成 就 了 他 們 自 己, 這 是 我 ( 非 線 性 靜 力 分 析 法 ) 有 耐 洪 車 載 能 力 與 材 料 劣 化 耐 久 性 等 問 首 先 要 說 明 的 在 如 何 將 先 進 的 耐 震 技 術 與 研 究 成 果, 而 早 期 的 研 究 僅 各 別 針 對 其 中 一 項 問 落 實 到 設 計 規 範 上 這 個 層 面 上, 我 個 人 認 針 對 橋 梁 耐 震 技 術 未 來 的 發 展 來 看, 來 尋 求 解 決 之 道 然 而 這 些 橋 梁 面 臨 的 回 顧 這 40 年 餘 的 教 學 研 究 生 涯, 我 想 為 就 比 較 不 適 合 由 學 術 界 來 主, 其 理 性 能 設 計 已 在 各 先 進 國 家 逐 步 的 發 展 並 建 問 之 間 或 多 或 少 存 有 一 些 相 關 性, 且 在 跟 各 位 分 享 的 是, 在 業 領 域 上, 我 所 由 我 前 面 也 提 到 過, 主 要 在 於 實 務 經 驗 的 立 起 來, 當 然 也 是 我 們 必 須 要 走 的 路 目 台 灣 常 是 同 時 發 生 而 造 成 災 害 不 論 是 新 本 的 態 度 不 外 是 如 臨 深 淵, 如 履 薄 冰, 缺 乏 此 時, 產 官 界 的 角 色 就 相 當 的 重 前 結 構 設 計 常 採 用 的 容 許 應 力 設 計 法 與 極 建 或 既 有 橋 梁, 對 於 其 可 能 面 臨 多 重 災 因 不 敢 懈 怠, 所 謂 駑 馬 十 駕, 功 在 不 捨 的 要, 因 為 兩 者 無 論 在 需 求 面 以 及 執 行 面 上 限 設 計 法 ( 或 強 度 設 計 法 ) 嚴 格 來 說 其 本 的 設 計 評 估 與 補 強 方 法, 從 事 相 關 的 研 哲 學 若 說 我 這 40 年 來 有 什 麼 顯 赫 的 成 人 物 訪 都 是 主 方 ; 產 業 界 需 要 規 範 可 以 依 循 以 執 行 相 關 的 設 計 工 作, 而 機 關 則 需 要 以 規 範 來 約 束 確 保 工 程 的 品 質 畢 竟, 規 範 的 主 要 使 用 者 並 不 是 學 術 界, 而 是 產 業 界 以 及 橋 梁 主 管 機 關 質 與 性 能 設 計 法 並 非 完 全 不 同, 其 間 最 大 差 異 在 於 前 二 者 的 設 計 目 標 未 能 透 明 化, 無 法 讓 業 主 或 使 用 者 知 道 結 構 性 能 與 其 對 應 的 危 害 超 越 機 率 究 與 探 討, 也 是 可 以 發 展 的 方 向 之 一 當 然, 當 這 些 新 的 設 計 評 估 或 補 強 方 法 或 技 術 發 展 到 一 定 階 段 後, 希 望 能 夠 儘 早 落 實 到 規 範 上 就, 對 社 會 國 家 有 什 麼 貢 獻, 倒 不 如 說 這 40 年 來 要 感 謝 許 多 產 官 學 界 與 本 人 共 事 的 好 友 們 都 對 本 人 甚 為 愛 護 與 看 重, 提 供 許 多 場 合 與 機 會 讓 本 人 可 參 與 許 多 重 要 會 議 研 究 或 規 範 之 研 訂, 也 不 吝 與 本 人 物 訪 性 能 設 計 法 強 調 結 構 性 能 與 設 計 目 標 人 分 享 與 討 論 工 程 實 務, 讓 本 人 將 實 務 與 問 : 近 年 來, 包 括 新 建 橋 梁 及 既 有 橋 梁 耐 震 補 強 之 耐 震 技 術 大 幅 提 升, 就 您 的 看 法, 對 於 國 內 橋 梁 耐 震 技 術 未 來 的 高 度 透 明 化, 無 論 是 對 於 新 設 結 構 或 耐 震 問 : 在 蔡 教 授 過 去 數 十 年 的 教 學 研 究 中, 作 育 不 少 在 工 程 領 域 的 英 才, 可 惜 今 年 蔡 教 授 榮 退 後 將 不 再 有 學 生 直 接 受 理 論 加 以 結 合, 來 為 社 會 國 家 盡 一 些 棉 薄 補 強 結 構, 結 構 物 的 耐 用 年 限 與 其 對 應 的 危 害 超 越 機 率 是 由 業 主 使 用 者 與 工 程 師 之 力 No.89 January, 0 No.89 January, 0 3

12 土 木 這 個 業 領 域, 從 來 就 不 是 可 以 在 美 國, 除 了 史 丹 福 大 學 CIFE 研 究 應 以 新 加 坡 及 香 港 之 起 步 較 早, 例 如 新 加 一 次 到 位, 全 盤 瞭 解 的 就 像 人 都 是 要 經 中 心 與 業 界 ( 如 華 德 迪 斯 奈 ) 合 作 的 幾 個 坡 在 建 築 自 動 審 圖 上 之 應 用, 及 香 港 也 是 過 一 段 歷 練 的 過 程, 然 後 才 會 漸 趨 成 熟 一 應 用 案 例, 我 覺 得 比 較 值 得 注 意 的 還 是 有 許 多 政 府 及 私 人 企 業 的 建 築 應 用 實 例 蔡 益 超 教 授 在 其 長 達 40 年 的 教 學 及 研 究 生 樣 因 此 無 論 在 學 習 或 工 作 上, 期 許 年 輕 後 進 們 應 該 一 本 兢 兢 業 業 的 態 度, 逐 步 踏 美 國 公 部 門, 如 總 務 部 門 (GSA, General Service Administration ) 陸 軍 工 兵 ( 韓 國 與 中 國 則 在 最 近 這 幾 年 非 常 積 極 推 動 BIM, 產 官 學 界 都 一 起 動 了 起 來, 工 程 實 涯 中, 有 超 過 一 半 的 時 間 都 與 規 範 為 伍, 舉 凡 國 內 重 要 之 設 計 規 範 如 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 及 解 說 公 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 鐵 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 及 風 力 設 計 規 範 等 都 由 蔡 教 授 主 或 研 擬, 並 參 與 審 查 完 成 法 制 化 作 業 在 蔡 教 授 數 十 年 的 默 默 耕 耘 下, 對 於 台 灣 橋 梁 及 建 築 物 耐 震 設 計 規 範 達 先 進 國 家 水 準 之 貢 獻 實 居 功 厥 偉 實 地 吸 收 你 所 經 歷 過 的 問 與 挑 戰, 並 將 Army Corps of Engineers ) 海 防 隊 ( Coast 務 上 大 大 小 小 的 BIM 應 用 案 例 如 雨 後 春 筍 它 們 轉 化 為 你 的 能 力 因 為 土 木 工 程 是 個 相 當 注 重 業 經 驗 累 積 的 領 域, 就 像 過 去 Guard) 等, 已 積 極 地 入 BIM 的 應 用 於 其 實 務 工 程 中, 當 然 也 促 使 美 國 BIM 相 關 標 般 的 出 來, 也 都 很 值 得 參 考 台 灣 的 確 應 該 好 好 加 油 我 在 規 範 研 修 的 過 程 中, 也 是 受 到 了 許 多 準 規 範 與 準 則 之 制 訂 與 應 用 在 亞 洲, 具 豐 富 實 務 經 驗 的 好 朋 友 之 助, 才 能 將 所 研 擬 的 規 範 較 切 合 實 務 設 計 之 需 因 此 只 要 秉 持 兢 兢 業 業 的 態 度, 相 信 假 以 時 日 當 你 鑽 研 到 一 個 水 準 達 到 融 會 貫 通 之 境, 對 於 大 部 分 的 問 你 都 會 有 洞 悉 的 能 力 除 了 業 領 域 的 經 營 外, 我 也 建 議 年 輕 後 進 在 不 同 層 面 上 依 個 人 能 力 與 興 趣 並 行 發 展, 如 此 才 不 會 覺 得 生 活 只 有 職 業, 人 物 訪 人 生 也 才 會 覺 得 圓 滿 畢 竟 職 業 的 層 次 不 過 是 生 活 的 基 本 需 求, 人 類 還 有 心 理 精 神 層 面 的 高 階 需 求 嘗 試 順 著 你 各 人 的 喜 好, 例 如 音 樂 文 學 歷 史 人 文 等 方 面 去 探 求 並 培 養, 為 這 個 硬 梆 梆 的 土 木 業 領 域 注 入 一 些 軟 性 的 材, 也 可 以 更 加 豐 富 你 個 人 的 生 活 人 物 訪 左 起 : 林 曜 滄 協 理 蔡 益 超 教 授 鄭 明 源 副 總 經 理 曾 榮 川 技 術 經 理 4 No.89 January, 0 No.89 January, 0 5

13 人物訪 中 華 技 術 INTERVIEW 張副局長簡介 交通部臺灣區國道新建工程局張純青副局長於民國99年3月3日受總統令 簡派為十二職等副局長 張 副局長於民國6年9月至79年月服務於國道高速公路局 其後至今服務於國道新建工程局 曾任高公局工 務所副主任 地工課長 國工局橋梁科長 結構組副組長 工程處副處長 結構組組長 規劃組組長等 接 著更歷任國工局第一區 第四區和第五區工程處處長 以及總工程司等職務 張副局長曾受聘為公共工程委員會 鋼結構工程施工品質管理及查核作業手冊 案研究之審查委員 負責國工局案訓練課程之預力混凝土 鋼橋工廠製作及油漆等課程 於高雄第一科技大學營建系及高雄 應用科技大學土木系講授 橋梁工程 課程 亦曾主筆撰寫鋼橋工廠製作之竣工告(國工局橋梁監工訓練 課程中講授鋼橋工廠製作之教材) 完成國內第一冊完整新奧工法施工規範 編訂 大地工程調查作業準 則 並於先進橋梁施工技術刊發表 國內高速公路橋梁施工法之演進與發展 等文章 張副局長身具土木技師與結構技師等業證照 於承辦國工局C376 C377 C38 C384 C387A C387 C393標和代辦營建署-3Z標等工程期間表現優異 多次獲得優等以上品質評鑑和公共工程委員會金 質獎 且榮獲中華民國結構工程學會頒發結構工程技術獎 中華民國營建管理協會頒發傑出營建管理人員獎 牌等獎項 整體而言 張副局長兼備業能力與實務經驗 扮演國家公共建設不可或缺之重要推手 訪交通部臺灣區國道新建工程局 序言 增進社會大眾的認知 進而尊重 土木工程 人員無怨無尤之付出 張純青副局長 發展與遠景 整理 陳炳宏 攝影 黃教正 6 No.89 January, 0 司台灣從北到南之國道新建工程 為國內各縣 訪談紀要 市之運輸環境及觀光產業開創新局面 張副 局長與國道新建工程局共同成長 自通過國家 張副局長之求學與工作歷程 人物訪 談 國道橋梁之建設 國道新建工程局自民國79年成立迄今 職 考試由基層公務人員做起 藉由豐厚的實力和 突出的表現 逐步升遷至此 可謂實至名歸 張副局長畢業於國立成功大學 因 趁本篇訪藉由訪談張副局長的機會 整理其 民國六十二年至六十七年間於高公局表 豐富經驗和業知識 為國道公路和橋梁工程 現優異 獲選派赴亞洲理工學院(Asian 留下歷史 演進 發展 創新和未來展望等紀 Institute of Technology, AIT)深造 取得地 錄 更期許能夠協助工程實務從業人員薪傳和 工碩士學位 學成歸國後 持續從事國內 No.89 January, 0 7

14 國 道 橋 梁 等 國 家 建 設 工 作 三 十 七 年 餘, 學 真 是 不 足 為 外 人 道 也 踏 實 的 學 習 和 認 真 至 苗 栗 段 邊 坡 穩 定 之 處 理 三 重 林 口 段 拓 橋 花 蓮 航 廈 代 辦 工 程 及 東 西 向 八 里 新 店 經 歷 豐 碩 為 國 內 工 程 界 之 翹 楚 的 態 度, 養 成 有 條 不 紊 的 思 索 方 式 來 尋 求 寬, 北 二 高 隧 道 及 大 地 工 程 之 設 計 審 查 線 和 八 里 五 股 段 工 程 國 道 號 五 股 楊 梅 工 程 上 疑 難 雜 症 解 決 方 案 的 能 力, 積 極 面 北 二 高 桃 園 內 環 線 跨 台 一 線 及 中 山 高 兩 座 段 拓 寬 工 程 計 畫 等, 其 間 竭 力 引 進 橋 梁 施 張 副 局 長 大 學 時 期 主 修 衛 生 工 程, 大 對 難 和 不 斷 自 我 挑 戰 精 進 鋼 橋 設 計 北 宜 高 速 公 路 橋 梁 設 計 南 工 技 術 和 新 式 材 料, 為 國 內 橋 梁 工 程 注 入 學 三 年 級 時 曾 受 教 於 結 構 學 大 師 - 林 柏 堅 二 高 C393 標 預 鑄 節 塊 替 代 工 法 中 二 高 新 生 命 和 新 氣 象 教 授 林 教 授 嚴 厲 又 嚴 謹 的 教 學 方 式 常 令 任 命 公 職 期 間, 張 副 局 長 全 力 投 入 國 竹 南 至 草 屯 之 設 計 蘇 花 高 - 頭 城 蘇 澳 段 一 般 學 生 卻 步, 但 常 拿 九 十 分 以 上 高 分 道 公 路 之 建 設, 前 後 參 與 中 山 高 速 公 路 北 工 程 國 道 6 號 南 投 路 段 及 國 道 4 號 豐 原 問 : 不 斷 追 求 創 新 與 引 進 先 進 的 工 程 技 術 的 張 副 局 長 硬 是 從 中 學 到 清 晰 且 完 整 的 力 內 段 橋 梁 變 更 設 計 及 軟 弱 地 盤 處 理 楊 梅 霧 峰 段 之 工 程 規 劃 C38 標 高 屏 溪 斜 張 學 精 髓, 紮 紮 實 實 地 奠 定 對 結 構 行 為 的 觀 念 於 就 業 服 務 之 初, 亦 受 當 時 長 官 - 林 炳 芳 科 長 的 訓 練 和 磨 練, 由 地 形 測 量 圖 等 資 料 著 手, 研 習 簡 支 I 型 梁 橋 之 工 程 設 計 案 例, 並 以 三 個 月 為 期, 以 手 算 方 式 完 成 兩 跨 橋 梁 之 主 梁 單 柱 橋 墩 與 兩 個 橋 台 之 設 計 工 作, 從 此 邁 入 橋 梁 設 計 的 實 務 領 域 職 涯 淬 礪 過 程 中, 張 副 局 長 歷 經 大 小 人 物 訪 無 數 的 挑 戰 例 如 當 時 國 內 矮 橋 台 之 基 樁 承 載 力 計 算 並 無 明 確 的 設 計 方 法, 其 以 日 本 道 路 公 團 等 文 獻 之 經 驗 公 式 為 依 據, 自 行 推 工 程 數 學 等 相 關 微 分 方 程 式, 擬 定 出 一 套 運 算 基 樁 彎 矩 和 剪 力 之 分 析 流 程 除 此 之 外, 張 副 局 長 於 84 到 86 年 擔 任 規 劃 組 組 長 期 間, 化 解 二 高 龍 井 路 段 竹 山 人 物 訪 路 段 及 九 如 林 邊 段 等 路 線 之 爭 議, 期 間 與 鄭 文 隆 前 局 長 在 立 法 院 併 肩 折 衝 的 辛 酸, 左 起 : 陳 炳 宏 副 理 陳 錦 林 副 理 張 純 青 副 局 長 鄭 明 源 副 總 經 理 黃 炳 勳 協 理 陳 新 之 技 術 經 理 8 No.89 January, 0 No.89 January, 0 9

15 答 : 國 工 局 於 規 劃 過 程 即 考 量 區 域 阻 隔 用 地 面 積 區 域 排 水 土 方 取 棄 施 工 效 率 經 費 節 省 生 態 環 保 和 社 會 永 續 發 展 等 議, 故 大 量 引 進 支 撐 先 進 工 法 ( 大 湳 高 架 橋 台 南 系 統 交 流 道 等 ) 節 塊 推 進 工 法 ( 頭 前 溪 及 鳳 山 溪 橋 ) 預 鑄 節 塊 工 法 (C393 標 ) 預 鑄 斜 撐 板 逐 跨 工 法 ( 鼎 金 系 統 交 流 道 跨 民 族 路 段, 該 工 法 節 省 公 帑 約 5 億 元 ) 全 複 合 (full composite) 鋼 橋 設 計 ( 北 二 高 桃 園 內 環 線 跨 台 一 線 及 中 山 高 兩 座 鋼 橋 ) 基 樁 式 橋 墩 工 法 井 式 基 礎 工 法 ( 北 宜 及 二 高 基 汐 段 ) 全 套 管 鑽 掘 基 樁 ( 頭 前 溪 橋 ) 橋 墩 基 樁 逆 打 工 法 ( 內 環 線 懷 生 基 地 旋 楞 套 管 一 般 採 鍍 鋅 方 式 包 覆, 但 其 剛 度 較 軟, 易 造 成 較 大 的 鋼 腱 摩 擦 損 失 為 配 合 當 時 連 續 橋 梁 之 預 力 系 統 施 作, 張 副 局 長 積 極 引 進 剛 性 套 管 來 減 少 摩 擦 損 失 和 增 進 效 率 另 一 方 面, 傳 統 連 續 橋 梁 施 工 過 程 中, 預 力 之 入 方 式 係 從 主 梁 兩 端 進 行, 當 橋 跨 較 長 時, 易 造 成 主 梁 中 央 處 之 有 效 預 力 過 低 等 現 象 為 此, 張 副 局 長 亦 引 進 續 接 器 (coupler), 並 建 議 更 改 施 作 方 式, 藉 由 單 側 施 拉 預 力 工 法 來 增 加 整 體 橋 梁 系 統 之 有 效 預 力 值, 減 少 鋼 腱 及 端 錨 的 數 量, 提 高 預 力 混 凝 土 橋 梁 之 經 濟 效 益 跨 越 橋 ) 隔 減 震 支 承 預 鑄 式 橋 墩 波 中 山 高 速 公 路 圓 山 橋 形 鋼 腹 鈑 橋 梁 鋼 管 桁 架 橋 脊 背 橋 高 性 能 混 凝 土 輕 質 混 凝 土 等 新 材 料 新 工 鬆 弛 之 鋼 絞 線 造 成 預 力 損 失 偏 大, 可 能 不 法 和 新 技 術 其 中, 張 副 局 長 印 象 最 深 刻 利 於 整 體 結 構, 因 此 於 第 二 高 速 公 路 時 代 的 有 : 即 引 進 低 鬆 弛 鋼 絞 線 來 克 服 此 一 問 當 人 物 訪 () 引 進 低 鬆 弛 鋼 絞 線 中 山 高 速 公 路 圓 山 橋 變 位 稍 大 之 原 因 為 主 梁 於 橋 跨 中 央 採 中 央 鉸 接 (center hinge) 方 式 進 行 搭 接, 此 種 結 構 配 置 使 得 時 國 內 並 無 相 關 檢 驗 設 備, 需 送 至 歐 洲 進 行 000HR 檢 驗, 而 國 內 相 關 廠 商 也 相 當 配 合, 積 極 進 口 熱 處 理 設 備 自 行 生 產 依 整 體 結 果 而 言, 對 鋼 絞 線 之 成 本 增 加 不 到 %, 但 所 產 生 之 效 益 達 到 0% 以 上, 相 對 之 成 效 十 分 驚 人 人 物 訪 主 梁 於 柱 頂 處 承 受 較 大 之 彎 矩, 而 與 其 搭 配 之 懸 臂 工 法 的 鋼 絞 線 均 佈 設 於 橋 面 板 () 引 進 預 力 系 統 中 之 剛 性 套 管 和 續 接 器 側, 加 上 台 灣 地 區 日 夜 溫 差 較 大, 採 一 般 國 道 0 號 鼎 金 系 統 交 流 道 30 No.89 January, 0 No.89 January, 0 3

16 (3) 鼓 勵 採 用 全 套 管 基 樁 施 作 工 法 傳 統 過 河 段 之 橋 墩 基 礎 大 多 採 用 沉 箱 基 礎, 施 工 方 法 主 要 以 壓 重 ( 含 自 重 ) 工 法 來 進 行 自 重 沉 降 工 法 具 有 工 期 較 短 費 用 較 經 濟 等 優 點, 但 亦 有 箱 體 沉 降 力 量 預 鑄 斜 撐 板 ( 一 ) 不 均 勻 沉 箱 垂 直 度 偏 移 扭 曲 難 以 修 正, 致 沉 箱 節 塊 接 合 處 額 外 受 力 或 產 生 滲 漏 等 缺 點, 完 工 後 之 承 載 能 力 亦 較 無 法 掌 握 有 鑑 於 此, 北 二 高 頭 前 溪 橋 之 下 部 結 構 施 工 便 考 量 引 進 全 套 管 基 樁 必 需 強 調 沉 箱 基 礎 全 套 管 基 樁 的 是, 當 時 國 內 並 無 全 套 管 基 樁 之 施 工 機 方 式, 須 配 置 3 箱 室 箱 型 梁 搭 配 框 架 式 橋 預 鑄 斜 撐 板 ( 二 ) 具, 在 執 行 上 具 有 相 當 的 困 難 度, 但 張 副 墩, 屆 時 恐 造 成 地 面 道 路 無 法 有 效 使 用, 局 長 特 別 指 出 : 如 不 趁 機 引 進 則 不 會 有 為 此, 張 副 局 長 推 動 預 鑄 斜 撐 板 的 配 置 處 長 時, 完 成 東 西 向 快 速 公 路 八 里 新 店 線 機 會 施 作 形 式, 加 大 懸 臂 板 尺 寸, 縮 減 中 央 箱 室 尺 中 的 八 里 五 股 段, 其 中 鄰 近 五 股 的 成 州 交 寸, 並 採 單 柱 式 橋 墩 之 結 構 形 式, 除 可 維 流 道 工 程, 因 需 沿 二 重 疏 洪 道 之 河 岸 進 行 相 對 於 工 程 竣 工 時 效 與 施 工 廠 商 能 持 地 面 道 路 使 用 效 能 外, 亦 可 減 少 對 環 境 施 工, 為 減 少 土 地 徵 收 面 積 和 避 免 環 境 干 力, 當 初 顧 問 公 司 顧 全 基 樁 施 築 效 率 及 施 沉 箱 基 礎 之 壓 重 工 法 的 干 擾 該 路 段 係 採 用 支 撐 先 進 工 法 進 行 擾, 採 用 全 斷 面 銲 接 推 進 工 法, 橋 面 直 接 人 物 訪 工 性, 配 合 設 計 直 樁 及 斜 樁 等 兩 種 基 礎 型 式 來 供 承 包 商 選 擇 最 後, 該 工 程 案 例 成 功 為 國 內 引 進 全 套 管 斜 樁 與 其 設 備, 並 配 合 高 壓 灌 漿 技 術 等 完 成 頭 前 溪 橋 施 築, 類 似 斷 面 亦 應 用 於 北 二 高 汐 止 系 統 交 流 道 跨 越 中 山 高 之 橋 梁, 惟 其 採 推 進 工 法, 即 先 施 築 中 央 箱 室 再 吊 掛 兩 側 之 懸 臂 板 兩 個 實 際 案 例 均 可 有 效 縮 減 斷 面 尺 寸, 降 低 對 生 態 環 境 之 影 響 在 施 工 支 架 上 焊 接, 再 以 兩 個 00 噸 之 千 斤 頂 進 行 推 進 就 位 除 此 之 外, 為 避 免 鋼 橋 因 鄰 近 河 口 而 產 生 鏽 蝕 現 象, 此 工 程 亦 採 用 鋅 鋁 熔 射 工 法 來 取 代 傳 統 底 漆 塗 裝 步 驟, 有 效 降 低 未 來 維 修 和 管 養 費 用 人 物 訪 (4) 推 動 預 鑄 斜 撐 板 工 法 (5) 執 行 全 斷 面 銲 接 推 進 工 法 問 : 對 於 國 內 橋 梁 工 程 之 設 計 和 施 工 方 面 之 建 議 高 雄 環 線 C396 標 合 併 C395 標 需 考 量 3 No.89 January, 0 地 面 道 路 交 通 需 求, 如 採 傳 統 橋 梁 配 置 頭 前 溪 橋 張 副 局 長 於 擔 任 國 工 局 第 一 區 工 程 處 No.89 January, 0 33

17 答 台灣造橋之水準已大幅進步 但精緻度 不夠 必須思考如何精進 張副局長於 訪談過程提到 () 目前颱風過後產生損害之橋 梁調查顯示 多數災害與橋 址選定有相當關係 如無法 因地形與氣候影響 台灣地勢高低起 避免於有疑慮之處進行工 伏不斷 河谷陡峭和水流湍急造成水系複 事 必須詳加考量橋河共治 雜 許多道路和橋梁工程均需順從此種先 問 設置相關護岸或保護 天地理環境因素而建立 工程施作雖然困 措施 難且艱鉅 國內道路 橋梁和隧道等實務 設計和營造能力亦快速成長 已臻成熟的 (3) 施工品質和進度與包商能力 經驗足以面對此項天然地理條件因素之挑 之優劣有絕對關係 橋梁施 戰 但近年來 每逢雨季或颱風期間 豐 工過程可將前期監測資料進 沛雨量常造成河水沖刷河床 橋墩基礎裸 行後續回饋 亦即階段施工 露 漂流木撞擊橋墩和土石流肆虐吞食整 之分析與控制能力可加強發 座橋梁等事件頻生 加上位處地震帶所產 展 避免造成施工過程無法 生的結構體受損問等 再再提醒我們不 解決橋梁變形和高程問 得任意鬆懈 如何研擬有效防範機制或設 亦可減少以調整AC鋪面修補 計方案 乃是目前橋梁工程迫切需要努力 橋面高低差之情形產生 的方向 訪談之中 張副局長特別強調幾 項可加強和改善的地方: () 河川中之土石因地震或山崩滑落等因素 於河床裡醞釀已久 驟然發生之豪大雨容 (4) 橋梁分析時必須依照每橋單 元之特性 將上部結構與下部結構一併整 用 耐久性 並且審慎評估橋梁之生命週 和一般鋼筋間的搭配是否仍屬合理範疇 體考量 較不易產生資料傳遞錯誤或誤植 期 仍待進一步探討 等情形 易激起其產生災害 國內所使用之沖刷和 34 No.89 January, 0 人物訪 人物訪 東西向快速公路八里新店線八里五股段計畫(資料來源:國工局網頁) (6) 目前所使用之工程材料強度已日益提升 (7) 考量工程經濟效益因素 一般中 短跨距 土石流等經驗公式中的參數或推過程 (5) 國內每座橋梁之設置均有其重要性或不可 但相關設計過程並未完全配合實際強度進 橋梁配置係為整體規劃中比例最高之配跨 就目前而言仍具改善空間 可參酌已發生 替代的必要性 拆除重建所消耗之社會成 行修正或縮小結構尺寸 超高強度混凝土 型式 因此 如何配合當地景觀將其低調 之災害或既有現況進行修正 本甚鉅 建議於設計階段即考量結構之耐 No.89 January, 0 35

18 通 過, 在 兼 具 需 求 和 品 質 保 證 的 前 提 下, 及 鐵 道 構 造 物 設 計 標 準 等 規 範 之 中 由 此 能, 亦 隱 含 經 濟 層 面 的 考 量 張 副 局 長 於 過 程 中 張 副 局 長 風 度 翩 翩 言 之 有 物, 且 確 確 實 實 來 提 高 一 般 跨 徑 橋 梁 的 精 緻 度, 可 知, 以 結 構 性 能 為 基 礎 之 耐 震 能 力 評 估 訪 談 中 亦 十 分 期 許 公 路 橋 梁 設 計 規 範 能 率 無 私 地 分 享 人 生 閱 歷 業 知 識 和 工 程 經 才 是 目 前 最 重 要 的 工 作 要 點 之 ㄧ 與 設 計 已 蔚 為 現 今 地 震 工 程 領 域 的 主 流 先 完 整 入 性 能 設 計 法 之 概 念, 為 國 內 帶 驗, 展 現 張 副 局 長 智 者 般 的 待 人 處 世 之 來 創 新 與 更 優 越 的 橋 梁 設 計 道, 其 幽 默 的 談 論 技 巧, 更 使 訪 談 於 氣 氛 問 : 橋 梁 工 程 之 未 來 發 展 目 標 國 內 規 範 相 關 研 究 計 畫 首 次 正 式 引 入 融 洽 中 順 利 完 成 希 冀 讀 者 能 由 其 中 感 受 答 : 橋 梁 工 程 未 來 發 展 方 向 係 為 性 能 設 計 耐 震 性 能 設 計 概 念 者 為 台 大 蔡 益 超 教 授 等 人 所 完 成 之 鐵 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 修 訂 橋 梁 工 程 從 業 人 員 的 業 和 努 力, 亦 期 待 社 會 大 眾 享 受 交 通 便 利 之 時, 給 予 所 有 土 法 美 國 太 平 洋 地 震 工 程 研 究 中 心 (the Pacific Earthquake Engineering Research Center,PEER) 倡 以 結 構 性 能 為 基 礎 的 草 案 之 研 究, 近 期 則 以 國 家 地 震 工 程 研 究 中 心 之 研 究 成 果 - 公 路 橋 梁 耐 震 能 力 評 估 及 補 強 準 則 最 具 代 表 性 其 研 究 成 本 次 訪 談 工 作 係 由 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 鄭 明 源 副 總 經 理 領 軍, 訪 談 木 工 程 師 鼓 舞 的 掌 聲 地 震 工 程 (Performance-Based Earthquake 果 指 出, 性 能 設 計 之 基 Engineering,PBEE), 揭 示 結 構 設 計 已 由 本 原 則 是 在 不 同 回 歸 期 傳 統 著 重 於 結 構 構 件 抵 抗 外 力 或 變 形 能 之 地 震 力 作 用 下, 橋 梁 力 的 容 許 應 力 設 計 法 (Allowable-Stress 能 維 持 其 應 有 的 性 能 Design,ASD) 和 荷 載 與 抗 力 因 子 設 計 法 性 能 設 計 基 本 原 則 由 安 (Load- and -Resistance-Factor Design, 全 性 使 用 性 和 修 復 性 LRFD), 進 入 由 整 體 結 構 安 全 和 結 構 機 能 等 三 者 所 構 成 : 安 全 性 為 考 量 的 性 能 設 計 法 (Performance-Based 強 調 結 構 體 耐 震 能 力, 人 物 訪 Design,PBD), 並 建 議 依 據 危 害 度 分 析 (hazard analysis) 結 構 分 析 (structural analysis) 損 壞 分 析 (damage analysis) 和 損 失 分 析 (loss analysis) 等 進 行 設 計, 加 上 美 國 應 用 科 技 協 會 出 版 ATC-3 ATC-40 在 地 震 力 作 用 下 必 須 能 保 持 不 產 生 落 橋 與 橋 柱 崩 塌 ; 使 用 性 強 調 地 震 後 橋 梁 能 繼 續 保 有 交 通 運 輸 與 救 災 服 務 的 功 人 物 訪 和 ATC-58 等 技 術 告 相 繼 問 世, 結 構 物 能 ; 修 復 性 強 調 在 不 需 耐 震 性 能 的 相 關 意 涵 廣 受 世 界 各 國 注 意, 大 規 模 拆 除 重 建 的 原 則 並 反 映 於 IBC000 FEMA-73 FEMA- 74 SEAOC 000 日 本 道 路 橋 示 方 書 下, 選 用 合 適 的 修 復 補 強 工 法 恢 復 橋 梁 原 有 功 左 起 : 陳 炳 宏 副 理 陳 錦 林 副 理 鄭 明 源 副 總 經 理 張 純 青 副 局 長 黃 炳 勳 協 理 陳 新 之 技 術 經 理 36 No.89 January, 0 No.89 January, 0 37

19 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 具斜塔柱非對稱跨徑 鋼斜張橋之設計與施 工 台北市社子大橋 新建工程 ABSTRACT 斜張橋向來以超大跨徑及雄偉高聳橋塔的地標性結構著稱 惟在景觀造型需求下 配 合不對稱跨徑配置 部分斜張橋則採用斜塔柱來降低不對稱跨徑效應 同時也增加橋梁造 型的變化 斜塔柱斜張橋雖可展現傾斜結構的動態平衡之美 但塔柱底部會長期承受自重 造成的力量 且不對稱跨徑配置 產生巨大的不對稱載重效應 若能使這二者所造成之力 量達到某些平衡 且塔柱及主梁採用鋼結構 將可降低此些不良效應 另鋼纜如何配置及 施加預力來確保塔柱的穩定 係為分析與設計之主要重點 由於斜張橋屬高度靜不定的輕 量結構 耐風穩定敏感度高 尤其對於斜塔柱及不對稱跨徑配置 耐風設計考量亦為其重 點 更須利用風洞試驗來驗證橋體耐風的穩定性 臺北市社子大橋即為具斜塔柱非對稱鋼斜張橋之典型案例 該橋配置為二跨不對稱跨 徑鋼斜張橋 主跨徑為80m 側跨為70m 由於本橋為非對稱跨徑配置 上部結構主梁及 橋面板等靜載重所產生的不平衡作用 除於短跨處利用混凝土壓重外 並搭配斜塔柱以降 低其不平衡效應 同時採用最佳化的鋼纜預力來改善載重所造成之非對稱效應 另因本橋 之鋼纜系統及鋼構斷面有別於傳統鋼橋 加以鋼纜錨碇鄰近區域構造細節相當複雜 設計 時須詳加檢核 本斜張橋採鋼斜塔柱橋型設計 其施工技術困難度高 且於跨越基隆河段 吊裝配合採用懸臂施工法 更增添本橋施工之特殊性 因此 本文將以社子大橋為例 針 對斜塔柱非對稱鋼斜張橋之設計與施工 進行分析設計探討及難得的施工經驗分享 冀可 供為日後工程界相關工程之參考 關鍵詞 斜張橋 斜塔柱 非對稱 鋼纜 最佳化 台灣世曦工程顧問股份有限公司 總經理 張荻薇 台灣世曦工程顧問股份有限公司 資深協理 王炤烈 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部副理 張英發 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部計畫工程師 游明益 國主台北科技大學 土木與防災研究所教授兼系主任 宋裕祺 壹 前言 目前興建中的臺北市社子大橋即為具斜塔 柱非對稱鋼斜張橋 該橋係臺北市政府為增進 社子島與北投 淡水間之交通便利性 同時配 構 跨河橋常採用斜張橋橋型 而在景觀造型 合社子島地區細部計畫案的開發計畫 規劃了 需求及工址條件下 部分斜張橋則採用單斜塔 社子大橋新建工程 並藉由新橋梁特色與周邊 柱來增加橋梁造型的變化 並配置不對稱跨 環境整合 來帶動社子島地區的區域發展 其 徑 具單斜塔柱斜張橋在視覺景觀上 較一般 工址位置及範圍如圖所示[] 工程範圍東自 的對稱型雙塔斜張橋更具強烈的結構動態平衡 承德路路口起 沿北投3號道路跨越基隆河後 美 惟斜塔柱及不對稱跨徑配置使其結構力學 至防汛道路止 全長,60m 其中橋梁長約 行為更加複雜 也因此橋梁配置 耐風穩定 630m 構造細節及最佳化的鋼纜預力均較一般對稱型 的斜張橋更具挑戰性 斜塔柱斜張橋的設計案 由於工址鄰近關渡平原及水鳥保護區 在 例並不多 由於其常時的平衡係由斜塔柱自 考量橋址環境及橋梁意象下 配合河道深河漕 重 不對稱跨徑配置及鋼纜預力等三者所構 位置 跨河主橋 命名為社子大橋 配置了斜 成 受外力影響之敏感度極高 尤其在颱風要 塔柱非對稱跨徑鋼斜張橋 本橋完成後不僅為 衝及地震頻仍的台灣 其耐風穩定及耐震能力 基隆河系藍色公路進入臺北市的第一座具地標 亦是其分析設計重點 性橋梁 也兼具交通 休憩及賞景等功能 其 為因應防洪水利需求 並創造地標性結 完工後3D模擬圖如圖 38 No.89 January, 0 No.89 January, 0 39

20 跨 採 非 對 稱 跨 徑 配 置, 主 跨 徑 長 達 80m, 側 跨 為 70m, 為 國 內 目 前 最 大 長 短 跨 比 之 非 對 稱 斜 張 橋 橋 梁 下 部 結 構 採 混 凝 土 墩 柱, 塔 柱 塔 底 梁 繫 梁 及 主 梁 則 採 用 鋼 箱 型 梁, 係 一 座 塔 柱 與 墩 柱 採 分 離 方 式 的 自 錨 式 斜 張 橋, 結 構 分 析 設 計 與 一 般 傳 統 地 錨 式 對 稱 型 斜 張 橋 不 同 斜 張 橋 主 跨 配 設 有 6 對 73 股 鋼 纜, 側 跨 有 3 對 股 鋼 纜 由 於 非 對 稱 跨 徑 配 置, 造 成 上 部 結 構 須 承 受 載 重 作 用 下 所 引 致 的 不 平 衡 力, 除 於 短 跨 處 設 置 混 凝 土 壓 重 外, 也 採 斜 塔 柱 來 降 低 其 不 平 衡 效 應 塔 柱 高 05m, 與 塔 柱 底 梁 構 成 78 傾 角, 塔 柱 採 鋼 箱 型 結 構 並 於 四 周 作 截 角 處 理, 大 幅 增 加 耐 風 穩 定 本 橋 之 平 面 立 面 配 置 圖 如 圖 4 所 示 [] 圖 工 程 位 置 圖 圖 3 橋 梁 配 置 及 結 構 型 式 平 立 面 圖 圖 社 子 大 橋 3D 模 擬 圖 本 文 將 就 社 子 大 橋 的 結 構 力 學 特 性, 說 明 非 對 稱 跨 徑 配 置 所 造 成 的 不 平 衡 效 應, 除 以 斜 塔 柱 配 罝 減 少 塔 柱 底 部 非 垂 直 軸 力 外, 亦 配 合 於 短 跨 處 配 置 壓 重 混 凝 土, 再 搭 配 最 佳 化 鋼 纜 預 力 使 用 下, 結 構 系 統 受 力 平 衡 而 穩 定, 也 使 塔 底 不 會 長 期 承 受 彎 矩 除 此 之 外, 也 針 對 鋼 纜 錨 碇 鄰 近 區 域 之 構 造 細 節, 進 行 局 部 有 限 元 素 分 析, 以 確 保 結 構 安 全 另 本 橋 為 鋼 斜 塔 柱 斜 張 橋, 除 主 梁 採 懸 臂 施 工 法 外, 斜 塔 柱 為 非 垂 直 構 件, 其 吊 裝 施 工 須 審 慎 安 排 及 規 劃 貳 橋 型 及 配 置 概 要 本 橋 採 具 斜 塔 柱 非 對 稱 鋼 斜 張 橋, 兩 側 引 橋 配 合 採 鋼 箱 型 梁 橋, 橋 面 寬 度 需 求 為 38m, 配 合 鋼 纜 設 置 空 間 之 需, 標 準 段 之 橋 梁 寬 度 為 4m; 雙 向 配 設 有 大 眾 運 輸 各 一 車 道 快 車 道 及 機 車 道 二 車 道 外, 亦 配 置 各 4m 淨 寬 之 人 行 道 及 自 行 車 道 有 關 橋 梁 配 置 及 結 構 型 式 詳 見 圖 3 為 避 開 主 航 道 及 考 量 施 工 條 件 等 因 素, 橋 圖 4 社 子 大 橋 平 立 面 配 置 圖 40 No.89 January, 0 No.89 January, 0 4

21 一 斜 張 橋 設 計 基 本 資 料 樁, 若 採 一 般 拔 除 套 管 方 式 辦 理, 因 其 上 方 之 承 載 值 不 佳, 在 考 量 施 工 構 台 無 法 承 受 套 管 拔 除 時 所 引 致 之 施 工 荷 重 及 施 工 機 具 能 量 等 因 素 下, 採 用 不 拔 除 鋼 套 管 基 樁 配 合 施 工 構 台 施 築 及 基 樁 深 度 需 求, 鋼 套 管 長 度 達 9m ( 一 ) 橋 梁 型 式 : 二 跨 連 續 斜 張 橋 橋 長 :50 m 跨 徑 :70m+80m 標 準 橋 面 寬 度 :4m ( 二 ) 塔 柱 型 式 : 倒 Y 型 式 斜 塔 柱 高 度 :05m 塔 柱 斷 面 : 分 叉 段 :6.5x3.5m( 底 )~4.6x3.5m( 頂 ) 合 併 段 :4.6x.m( 底 )~3.8x6.5m( 頂 ) 塔 底 梁 : 3.x5.0m(P5)~.5x5.0m(P4) 採 封 閉 式 鋼 橋 面 板 箱 型 梁 ( 三 ) 鋼 纜 雙 索 面 扇 型 配 置, 共 計 9 對 鋼 纜 短 跨 處 3 對 為 股 鋼 纜 長 跨 處 6 對 為 73 股 鋼 纜 ( 四 ) 主 梁 主 梁 梁 深.5m, 長 跨 徑 段 寬 4m, 跨 徑 段 與 塔 底 梁 分 離 部 份 寬 3.6m 短 跨 箱 梁 內 側 灌 注 壓 重 混 凝 土 三 塔 柱 二 基 礎 塔 柱 造 型 採 用 當 地 生 態 景 觀 白 鷺 鷥 水 鳥 意 象, 並 採 鋼 箱 型 結 構 考 量 近 年 來 橋 塔 斷 面 角 隅 部 採 切 角 處 理 以 防 止 受 風 引 致 渦 流 振 動, 本 橋 在 設 計 時 亦 參 考 國 外 相 關 研 究, 於 斷 面 四 個 角 隅 處 作 60cm x 70cm 之 切 角, 以 提 昇 橋 塔 之 耐 風 性, 並 可 藉 由 切 角 來 塑 造 主 塔 之 陰 影 變 化, 增 加 塔 柱 造 型 美 感 由 於 橋 面 相 當 寬, 配 合 其 淨 高 需 求, 塔 柱 鋼 纜 頂 部 高 度 為 80m, 整 體 塔 高 為 05m, 與 塔 底 繫 梁 構 成 78 度 夾 角, 其 結 構 配 置 如 圖 5 所 示 其 中 塔 柱 之 寬 度, 由 底 部 6.5m 漸 變 至 3.8m, 其 單 一 塔 柱 厚 3.5m, 合 併 後 縮 小 至 6.5m 再 擴 大 至 8.0m, 其 斷 面 型 式 如 圖 6 所 示 主 塔 面 內 兩 支 張 開 之 橋 柱 與 水 平 夾 角 75, 柱 底 設 計 有 繫 梁 連 接 兩 橋 腳, 使 主 塔 本 身 沿 車 行 方 向 及 橫 向 均 為 一 穩 定 結 構, 主 塔 底 部 使 用 承 壓 支 承 即 可, 整 體 結 構 耐 震 性 及 耐 風 性 俱 佳 圖 5 塔 柱 結 構 配 置 圖 本 橋 工 址 位 於 臺 北 盆 地 西 北 處, 地 層 屬 第 四 紀 沖 積 層, 主 要 為 粘 土 層 與 砂 土 層 依 地 質 鑽 探 資 料, 橋 址 地 層 在 75m 深 度 內, 其 標 準 貫 入 試 驗 之 擊 數 N 值 大 都 在 5 以 下, 承 載 力 不 佳 ; 於 75m 深 度 處 有 安 山 岩 塊 及 凝 灰 角 礫 岩, 可 作 為 承 載 層 由 於 疏 鬆 砂 層 容 易 造 成 坍 塌, 為 使 基 樁 孔 壁 受 到 保 護, 因 此 採 用 全 套 管 基 樁, 來 確 保 基 樁 順 利 完 成 四 鋼 纜 鋼 纜 採 雙 面 扇 型 配 置, 其 中 短 跨 處 採 3 對 股 鋼 纜, 長 跨 處 採 6 對 73 股 鋼 纜 鋼 索 採 用 具 有 高 抗 疲 勞 強 度 之 低 鬆 弛 7 線 預 力 鋼 絞 索, 並 提 供 可 個 別 鋼 絞 線 抽 換 作 業 之 平 行 鋼 絞 線 系 統 為 增 加 鋼 索 之 防 蝕 性, 鋼 索 外 套 管 採 高 密 度 聚 乙 稀 (HDPE) 材 質, 並 以 同 步 射 出 一 體 成 形 之 保 護 層 被 覆 於 外 套 管, 鋼 纜 斷 面 圖 如 圖 7 所 示 為 降 低 雨 水 及 風 所 造 成 鋼 纜 振 動 的 影 響, 高 密 度 聚 乙 烯 管 外 露 面 採 螺 旋 肋 狀 (Helical Rib) 紋 路, 如 圖 8 所 示 圖 7 鋼 纜 斷 面 圖 塔 柱 處 (P5) 橋 墩 位 於 河 道 中, 使 用 直 徑 m, 長 度 為 70m 之 全 套 管 基 樁 共 計 54 根 為 顧 及 水 利 單 位 要 求, 施 築 時 採 施 工 構 台 辦 理 以 降 低 河 中 阻 水 面 積 由 於 本 處 基 樁 為 大 口 徑 深 4 No.89 January, 0 圖 6 塔 柱 斷 面 型 式 及 尺 寸 示 意 圖 圖 8 高 密 度 聚 乙 烯 管 No.89 January, 0 43

22 圖 9 斜 張 橋 標 準 主 梁 斷 面 圖 圖 結 構 系 統 示 意 圖 圖 結 構 分 析 模 式 五 主 梁 矩 因 此, 設 計 時 除 於 短 跨 側 配 置 壓 重 混 凝 土 外, 亦 透 過 最 佳 化 鋼 纜 預 力 來 減 少 非 對 稱 結 構 之 不 平 衡 效 應, 同 時 提 供 主 梁 必 要 之 垂 直 向 支 撐, 使 受 力 更 為 均 勻 為 改 善 靜 載 重 所 造 成 不 利 的 影 響, 於 鋼 後 時 (DL+CP), 主 梁 垂 直 方 向 及 塔 柱 車 行 方 向 之 變 位 有 顯 著 的 改 善, 其 中 主 梁 最 大 垂 直 變 位 由 -.4m 降 為 -0.50m( 圖 3 及 4); 而 塔 柱 車 行 方 向 的 變 位 在 靜 載 重 (DL) 時 傾 向 長 跨 方 向, 藉 由 鋼 纜 預 力 的 施 加 而 將 塔 柱 拉 回 短 跨 方 向, 塔 柱 最 上 端 錨 碇 處 車 行 方 向 變 位 由 0.34m 變 為 -0.7m( 圖 3 及 5) 由 圖 6 及 圖 7 得 知, 當 施 加 最 佳 化 鋼 纜 預 力 後, 塔 柱 及 主 梁 之 彎 矩 值 皆 有 顯 著 的 降 低, 尤 其 塔 柱 底 部 的 彎 矩 變 得 很 小 纜 設 計 時, 利 用 最 佳 化 分 析 模 式 來 求 得 最 佳 化 鋼 纜 預 力 鋼 纜 施 加 預 力 的 目 標 主 要 在 降 低 主 梁 正 負 彎 矩 之 差 距, 儘 可 能 使 二 者 之 絕 對 值 相 近 以 達 到 平 衡 設 計 ; 此 外 由 於 塔 柱 承 擔 相 當 高 比 例 的 橋 梁 載 重, 其 軸 力 通 常 很 大, 為 使 塔 柱 具 有 較 佳 的 結 構 行 為, 鋼 纜 預 力 之 施 加 應 使 塔 柱 在 斜 張 橋 完 成 後 儘 量 以 不 產 生 面 外 彎 矩 為 原 則, 以 減 少 P- 效 應 引 致 二 次 彎 矩 之 影 響 [4] 主 梁 採 鋼 橋 面 板 之 封 閉 式 鋼 箱 型 梁 ( 斷 面 尺 寸 如 圖 9 所 示 ), 梁 深.5m 寬 度 4m, 寬 高 比 達 6 倍, 內 部 共 配 設 有 6 片 腹 板 使 其 構 成 穩 定 箱 型 結 構 跨 河 段 之 主 梁 採 懸 臂 工 法 吊 裝, 共 分 成 4 節 構 件, 每 一 構 件 長 度 約 0m~3.8m, 重 量 約 60~380t 考 量 節 塊 運 輸 重 量 與 尺 寸 等 限 制, 每 一 構 件 再 分 割 為 3 個 節 塊, 於 工 廠 製 作 完 成 後 運 至 工 地 進 行 電 焊 組 裝 本 橋 為 一 塔 梁 固 接 之 自 錨 式 斜 張 橋, 塔 柱 與 繫 梁 剛 接 成 一 體, 柱 與 橋 墩 採 分 離 結 構, 而 僅 透 過 支 承 傳 遞 軸 力 到 橋 墩, 使 得 塔 柱 底 部 承 受 彎 矩, 因 此 利 用 鋼 纜 預 力 調 整, 降 低 塔 底 彎 矩 另 為 使 長 短 跨 主 梁 所 承 受 之 鋼 纜 軸 力 達 到 平 衡, 主 梁 於 塔 柱 處 以 穿 過 方 式 來 處 理, 利 用 端 部 主 梁 與 底 梁 剛 接 成 單 一 構 件 來 平 衡 軸 力 本 橋 之 支 承 系 統 如 圖 0 所 示, 結 構 系 統 示 意 圖 如 圖 所 示, 分 析 模 式 之 桿 件 編 號 如 圖 所 示 此 外, 本 橋 亦 透 過 最 佳 鋼 纜 預 力 將 塔 柱 頂 部 與 底 部 所 可 能 產 生 較 大 的 變 位 及 面 外 彎 矩 降 低 [3], 使 構 件 結 構 設 計 更 為 容 易, 這 也 是 設 計 的 關 鍵 技 術 之 一 由 圖 3~5 可 明 顯 看 出, 當 最 佳 化 鋼 纜 預 力 本 橋 為 塔 梁 固 接 體 系 斜 張 橋, 於 短 跨 近 橋 墩 P5 端 部 份, 主 梁 與 塔 底 梁 為 分 離 結 構, 兩 者 之 間 相 隔 約 有 m 之 間 隙, 於 此 段 40m 範 圍 內 主 梁 及 主 塔 底 梁 分 別 配 置 80cm~30cm 及 70cm~60cm 厚 之 壓 重 混 凝 土, 以 平 衡 跨 徑 不 對 稱 之 載 重 效 應 ; 於 短 跨 近 橋 墩 P4 端 部 份, 主 梁 與 主 塔 底 梁 採 剛 接 一 體 之 結 構, 使 橋 塔 主 梁 及 鋼 索 三 者 構 成 一 穩 定 性 高 且 力 量 傳 遞 明 確 之 結 構 系 統 參 結 構 特 性 與 設 計 圖 3 斜 張 橋 結 構 變 位 圖 本 橋 長 短 跨 徑 比 高 達.57, 相 較 於 一 般 兩 跨 連 續 斜 張 橋 之 長 短 跨 比 ( 約 為.~.6), 本 橋 之 比 例 較 高 在 如 此 極 不 對 稱 跨 徑 配 置 下, 主 梁 除 在 中 央 跨 徑 處 及 支 點 處 分 別 有 較 大 的 正 負 面 內 彎 矩 產 生, 橋 塔 亦 承 受 傾 向 長 跨 側 之 彎 塔 底 塔 頂 塔 底 44 No.89 January, 0 圖 0 結 構 支 承 系 統 圖 4 靜 載 重 與 靜 載 重 加 鋼 纜 預 力 之 主 梁 節 點 方 向 比 較 圖 圖 5 靜 載 重 與 靜 載 重 加 鋼 纜 預 力 之 塔 柱 方 向 變 位 比 較 圖 No.89 January, 0 45

23 圖 6 斜 張 橋 彎 矩 圖 ( 圖 示 單 位 t-m) (a) (b) (c) 圖 9 社 子 大 橋 風 洞 試 驗 :(a) 主 梁 斷 面 模 型 ;(b)(c) 全 橋 模 型 理, 外 型 纖 細 且 為 流 線 形, 風 阻 小, 可 降 低 風 力 對 主 梁 結 構 的 影 響, 提 昇 其 耐 風 性 抖 振 (buffeting) 產 生 之 不 規 則 振 動, 以 亂 流 情 境 且 β=0 ( 風 向 為 垂 直 橋 軸 方 向 ) 之 情 況 反 應 最 大, 其 主 跨 中 點 之 垂 直 撓 度 振 幅 在 實 橋 風 速 40m/s 60m/s 80m/s 情 況 下, 對 應 之 實 橋 換 算 最 大 振 幅 分 別 約 為 56mm 05mm 60mm 的 程 度 同 樣, 主 跨 中 點 之 扭 轉 振 幅 在 實 橋 風 速 40m/s 60m/s 80m/s 情 況 下, 對 應 之 實 橋 換 算 最 大 扭 轉 振 幅 分 別 僅 約 為 的 程 度, 此 等 值 均 小 於 活 重 所 產 生 之 變 位 及 扭 轉, 在 結 構 安 全 範 圍 內 鋼 纜 配 置 採 扇 形 配 置 形 式, 且 為 耐 風 性 較 佳 之 雙 面 吊 索 配 置, 其 預 力 經 最 佳 化 分 析 設 計, 可 減 少 塔 頂 及 主 梁 變 位, 使 斜 張 橋 具 有 良 好 的 結 構 行 為 另 鋼 纜 外 套 管 表 面 設 有 防 風 雨 振 動 處 理, 可 提 昇 整 體 之 耐 風 性 圖 7 靜 載 重 與 靜 載 重 加 鋼 纜 預 力 之 主 梁 桿 件 與 塔 柱 桿 件 M3 彎 矩 比 較 圖 為 驗 證 橋 體 的 耐 風 性, 本 橋 曾 進 行 主 梁 斷 面 模 型 及 全 橋 模 型 兩 種 風 洞 試 驗 ( 如 圖 9) [7], 試 驗 地 點 為 日 本 京 都 大 學 主 梁 斷 面 模 型 試 驗 採 比 例 為 /80, 據 以 求 取 的 空 氣 靜 力 係 數 值, 並 可 了 解 自 由 振 動 狀 態 下 之 垂 直 及 扭 轉 振 動 反 應, 評 估 斷 面 之 耐 風 性 能 全 橋 模 型 試 驗 採 用 比 例 為 /50, 針 對 主 梁 及 橋 塔, 量 測 風 振 動 變 位, 檢 核 結 構 是 否 會 發 生 顫 振 之 不 穩 定 現 象 及 可 能 引 致 的 渦 流 振 動 兩 種 風 洞 試 驗 之 結 果, 均 顯 示 本 橋 具 良 好 的 耐 風 性 能, 茲 節 錄 部 份 試 驗 結 果 如 下 : 全 橋 以 主 梁 受 風 反 應 之 振 動 最 大, 以 封 閉 式 人 行 道 欄 杆 作 模 擬, 採 斷 面 模 型 風 洞 試 驗 渦 流 振 動 所 引 致 之 最 大 振 幅, 進 行 主 梁 之 應 力 計 算, 其 應 力 差 值 為 304kg/cm, 並 推 算 該 值 對 應 之 疲 勞 限 制 次 數 N=9.6x0 7 次 依 據 橋 址 所 在 台 北 地 區 之 風 向 發 生 機 率 風 花 圖 及 風 速 累 積 機 率 分 布 圖 等 統 計 資 料, 若 以 本 橋 之 使 用 年 限 00 年 為 基 準 估 算, 主 梁 產 生 該 應 力 差 值 對 應 之 疲 勞 應 力 累 積 次 數 nij=.3x0 6 次 由 比 例 nij/ N=0.04 遠 小 於.0 顯 示, 本 橋 因 累 積 疲 勞 應 力 而 產 生 損 害 之 機 率 相 當 微 小, 耐 風 性 佳 本 橋 鋼 纜 錨 碇 鄰 近 區 域 構 造 細 節 相 當 複 雜, 為 了 解 應 力 集 中 現 象 對 細 部 構 造 的 影 響, 針 對 塔 柱 及 主 梁 受 力 集 中 位 置 及 具 代 表 性 的 構 造 細 節 進 行 局 部 應 力 有 限 元 素 分 析, 以 確 保 結 構 安 全 [8] 圖 8 所 示 為 有 限 元 素 分 析 所 得 到 之 最 大 Von Mises 應 力 分 佈 圖, 其 中 主 梁 錨 碇 處 應 力 最 大 值 約 為,75kg/cm, 橋 塔 錨 碇 處 應 力 最 大 值 約 為,33kg/cm, 均 小 於 0.8Fy=,800kg/ cm 之 規 定 [9] 圖 8 社 子 大 橋 錨 碇 部 有 限 元 素 應 力 分 析 結 果 肆 耐 風 考 量 與 風 洞 試 驗 本 橋 主 塔 為 一 自 錨 式 穩 定 結 構, 且 主 塔 高 處 有 兩 側 鋼 纜 預 力 平 衡 固 定, 耐 風 穩 定 性 佳 惟 為 防 止 塔 柱 產 生 渦 流 振 動, 設 計 時 即 參 考 國 外 相 關 研 究 案 例 [6], 於 斷 面 角 隅 處 作 切 角 處 理 加 以 防 止, 以 期 獲 致 更 佳 之 耐 風 性 主 梁 斷 面 則 以 具 優 越 耐 風 穩 定 性 為 主 要 設 計 考 量, 斷 面 形 狀 為 扁 平 狀 兩 側 端 部 採 銳 角 流 線 型 式 處 試 驗 風 速 換 算 至 實 橋 風 速 約 為 90m/s, 在 該 試 驗 風 速 下 並 無 顫 振 現 象, 遠 超 過 日 本 道 路 橋 耐 風 設 計 便 覽 規 定 之 主 梁 顫 振 檢 核 風 速 69m/s, 確 認 本 橋 不 會 發 生 顫 振 之 不 穩 定 情 況 由 於 塔 高 65% 位 置 處 斷 面 寬 D=4. m, 在 實 橋 風 速 86.5m/s 時 之 無 次 元 風 速 比 (U/fD) 為 0.0, 其 倒 數 為 0.0 約 略 與 該 處 橋 塔 矩 形 斷 面 之 史 特 赫 數 (Strouhal number) 相 當 (St 46 No.89 January, 0 No.89 January, 0 47

24 =0.08~0.09), 較 有 發 生 渦 流 振 動 的 可 能, 故 針 對 該 處 進 行 檢 核 經 由 試 驗 結 果 確 認, 主 塔 振 幅 發 現 有 尖 峰 值 時, 塔 高 65% 位 置 之 實 橋 風 速 約 為 86.5m/s, 對 應 於 主 梁 位 置 處 之 風 速 為 6.7m/s, 已 超 過 日 本 道 路 橋 耐 風 設 計 便 覽 規 定 檢 核 主 塔 渦 流 振 動 於 主 梁 位 置 之 檢 核 風 速 50m/s 甚 多, 可 確 保 耐 風 安 全 性 另 外, 主 塔 受 強 風 所 產 生 之 最 大 應 力 約 為 8N/mm, 加 上 靜 重 組 合 後 之 最 大 應 力 合 計 約 為 3N/mm, 約 為 容 許 應 力 之 38% 伍 斜 張 橋 施 工 另 由 於 P5 橋 墩 位 於 基 隆 河 道 內, 考 量 工 址 河 床 最 低 位 置, 依 跨 河 建 築 物 設 置 審 核 要 點 規 定, 基 礎 頂 部 設 置 於 高 程 -8.0m 處, 而 高 水 位 約 在 EL.0m 處, 再 加 上 基 礎 厚 度, 使 得 雙 層 圍 堰 開 挖 深 度 深 達 4m, 且 長 時 間 遭 受 水 壓 及 高 低 高 潮 壓 力 變 化, 對 圍 堰 的 安 定 性 構 成 很 大 的 威 脅, 施 工 時 配 置 5 層 的 開 挖 擋 土 支 撐 系 統 及 6 層 的 開 挖 施 工 作 業 雙 層 鋼 板 樁 圍 堰 施 工 如 圖 0 所 示, 圖 為 P5 橋 墩 基 礎 施 工 相 片 時, 斜 塔 柱 需 架 設 相 當 高 度 之 臨 時 支 撐, 對 工 期 及 成 本 均 不 利 經 考 量 國 內 吊 車 舉 重 能 量 現 場 吊 車 作 業 空 間 及 增 進 施 工 效 率 後, 將 第 至 5 節 塊 共 4 節 先 於 地 面 組 立 焊 接 成 一 體 後, 藉 由 旋 轉 機 制 以 舉 升 工 法 吊 起 整 個 節 塊, 而 後 再 各 別 吊 裝 第 6 至 節 塊 ( 如 圖 所 示 ) 圖 3 為 橋 塔 之 施 工 情 形 本 工 程 已 於 009 年 5 月 開 工, 預 計 於 0 年 5 月 完 工 橋 塔 處 P5 橋 墩 基 礎 尺 寸 為 9m x 44m 基 礎 板 厚 4.0m, 採 用 54 支 直 徑 m 深 度 70m 之 基 樁, 為 承 受 橋 塔 垂 直 載 重 的 關 鍵 機 構 基 樁 採 用 不 拔 除 鋼 套 管 方 式, 同 時 由 於 位 在 河 岸 邊, 施 工 時 以 施 工 構 台 來 辦 理, 減 少 施 工 期 間 對 於 河 道 阻 水 的 影 響, 但 也 造 成 施 工 空 間 受 到 較 大 的 限 制 主 梁 吊 裝 部 份 採 用 懸 臂 施 工 法, 構 件 於 北 投 側 橋 面 上 組 立 完 成 後, 再 利 用 400T 天 車, 將 主 梁 構 件 由 橋 面 吊 運 至 臨 橋 墩 處 之 浮 船 上, 再 拖 運 至 限 定 位 置 後 以 工 作 車 吊 上 定 位 主 梁 的 吊 裝 工 法 示 意 圖 如 圖 4 所 示 社 子 大 橋 斜 塔 柱 高 達 05m, 吊 裝 上 有 其 困 難 度 也 具 有 特 殊 性 考 量 運 輸 及 吊 裝 能 力, 將 橋 塔 由 與 底 梁 接 合 處 至 塔 頂 分 為 個 節 塊 施 工 上, 考 量 若 採 單 一 節 塊 吊 裝 焊 接 之 工 序 圖 0 雙 層 鋼 板 樁 圍 堰 圖 P5 橋 墩 基 礎 施 工 圖 3 社 子 大 橋 橋 塔 施 工 相 片 48 No.89 January, 0 圖 社 子 大 橋 橋 塔 吊 裝 示 意 圖 圖 4 社 子 大 橋 主 梁 吊 裝 施 工 示 意 圖 No.89 January, 0 49

25 陸 結語 斜塔柱非對稱鋼斜張橋雖較一般斜張橋具 5. Sung, Y.C., Chang, D.W. and Teo, E.H., 有景觀特色 但也因其結構特性而存在若干分 Optimum Post-tensioning Cable forces of 析與設計須注意細節 因此 本橋設計時考量 Mau-Lo Hsi Cable-stayed Bridge, Engineering 其結構力學平衡 利用壓重混凝土配置及應用 Structures, Vol. 8, p.p.407~47, 006. 最佳化鋼纜預力 使得斜塔柱具良好的力學行 為與穩定性 同時達到結構最佳化 使工程設 計獲得最大經濟效益 6. 本四技 明石海峽大橋主塔の耐風性 主塔斷面形狀の選定 Vol.4 No.54, 990 目前斜張橋正在施工中 己完成斜張橋之 橋塔施工 預計於0年5月完工 本橋完成 7. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 社子大橋 後將成為基隆河系藍色公路進入台北市的第一 新建工程 斜張橋耐風穩定分析與風洞試 座門戶意象的地標性橋梁 兼具交通與景觀之 驗 009年月9月 功能 本文簡略說明社子大橋之工程概要及設 計 針對本橋型特性進行探討與分析 冀望藉 由本文可將相關經驗傳承 供工程界參考 8. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 社子大橋 新建工程斜張橋之鋼纜索力分析與調整鋼纜 錨碇處局部有限元素分析告書 008年月 0月 參考文獻 9. 日本土木學會鋼構造委員會 鋼構造物の. 財團法人中華顧問工程司 社子島東側聯 外橋樑新建工程委託規劃設計工作技術服 終局強度と設計 日本土木學會 994年 7月 務 工作計畫書 003年5月. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 社子大橋 新建工程第一期第一標細部設計圖 008年 3. 宋 裕 祺 張 荻 薇 斜 張 橋 之 最 佳 化 設 計 中國土木水利工程學刊 第十卷 第 二期 998 月0月 4. Timoshenko, Stephen P. and Gere, James M. Theory of Elastic Stability, McGraw-Hill, Singapore, No.89 January, 0 No.89 January, 0 5

26 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 國內首座多塔連續 脊背橋設計 台9 線壽豐溪豐平橋 ABSTRACT 近年來由於氣候變遷 降雨量屢創新高 且台灣地形之特性致河川短促 使河川沖刷 土石流問對跨河橋梁的危害日益嚴重 為儘量減少橋梁跨越時對河川通水斷面及既有環境 影響 規劃時對於較大跨徑之橋梁需求大幅增加 當橋梁跨徑需求介於0~0m間 脊背 橋(ExtraDosed Bridge)為非常具優勢之橋梁型式 脊背橋外觀近似斜張橋配置有橋塔與斜張鋼 纜 但結構特性接近梁橋 整體剛度由梁體提供 斜張鋼纜有如梁橋之外置預力作用 梁深 較梁橋淺 可營造輕巧之意象 整體結構造型配合橋塔與鋼纜呈現結構力度 景觀性佳 本 文擬以台9線壽豐溪豐平橋為例 說明其設計內容 關鍵字 脊背橋 斜張鋼纜 疲勞應力 台灣世曦工程顧問股份有限公司 土建事業群 副總經理 鄭明源 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 技術經理 陳新之 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 計畫經理 劉 珊 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 正工程師 陳明谷 壹 前言 本工程位在花蓮縣壽豐鄉及鳳林鎮境內之 台9線跨越壽豐溪段 壽豐溪為花蓮溪之支流 經驗亦隨著近年來各項交通建設完成而快速累 河寬近600m 河床佈滿礫石 景觀非常壯闊 積 今各顧問公司對一般傳統預力混凝土橋梁 因本道路經過區域蘊含豐富之自然生態資源以 之設計及施工均達一定水準 然於配合大跨度 及文化資源 極具發展遊憩觀光之潛力 故於 橋梁之結構斷面需求較大時 一般梁橋量體設 橋梁之興建規劃 需結合當地自然環境 風土 計上則顯笨重 台灣橋梁工程對於橋梁景觀及 人文等資源 以景觀美質 生態設計之手法 環境維護之需求日益重視 故如何使結構斷面 將整體環境美學及生態保育觀念 納入工程設 更為輕巧 同時符合結構安全及景觀需求 降 計規劃中 成為結合現代科技及地域景觀特色 低環境衝擊等 已為現階段橋梁規劃設計者必 之作品 邁入二十一世紀之初 國內於橋梁設計之 須重視之課 5 No.89 January, 0 No.89 January, 0 53

27 No.89 January, 0 No.89 January, 0

28 0.55f ci=85kg/cm 0.55f ci=85kg/cm 0.6f c=5kg/cm 0.6f c=5kg/cm No.89 January, 0 No.89 January, 0

29 梁深較傳統梁式橋淺 橋型美觀 跨徑佈設靈 活及施工方便 在跨徑0~0m間具有很大之 優越性 可提供未來國內於橋型上另一選擇 圖 鋼纜拉力於橋面有效範圍 參考文獻 圖3 間隔梁配置與否各腹板剪力分配比率 圖6 鋼殼Metal touch 有限元素切割示意圖. 斜索外置預力橋結構特性及分析設計之研 究 財團法人中華顧問工程司 中華民國 95年月 肆 結論. Recommendation for Stay Cable Design 脊背橋之結構特性介於斜張橋與連續梁橋 Testing and Installation PTI, U.S.A.(007) 間 由於脊背橋上部結構勁度大 一般無需考 慮風力穩定問 其分析設計類似於外置預力 3. PC斜張橋 エクストラドーズド橋設計施工 橋 且因斜索應力變動幅度小 設計時可採較 規準 Japan Prestressed Concrete Engineering 大之容許應力 另分析時須考量斜索作用於箱 Association, (009) 梁之集中力效應 須佐以三維有限元素分析 以確認各作用力於箱梁橫向分布情形 脊背橋 圖4 間隔梁配置與否箱梁頂板彎矩分布 圖5 橋塔鋼纜錨碇鋼殼立面及斷面圖 58 No.89 January, 0 圖7 鋼殼應力圖 No.89 January, 0 59

30 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 ABSTRACT 本橋所在位置為新竹縣紅毛港遊憩區 橋梁跨越新豐溪 南岸右側至海邊為極珍貴的 搭配地景之景觀橋梁設 計與施工 新豐溪紅毛 港PC加肋拱橋 紅樹林保護區 水筆仔及海茄苳生長茂密 林間魚蟹及水鳥活動頻繁 配合當地景觀生態 條件 設計特殊景觀橋梁 可兼顧生態保育及促進地方觀光發展 為避免工程施工影響紅樹林生態 橋梁以大跨徑跨越而過 主跨徑80m 邊跨 00m 橋面寬度0m 本橋規劃屬預力混凝土加肋拱橋 設計上不採傳統地面支撐之方式 施工 以避免干擾紅樹林 本橋以全國首創之拱橋懸臂施工法 設計爬升模板及斜拉鋼腱 施作拱體及上弦梁 於河中及紅樹林區全部採懸臂施工 橋下不架設支撐 在台灣之混凝 土橋梁工程中 為最獨特且創新之工法 由於設計及施工複雜性高 本橋於97年榮獲中國 工程師學會工程優良獎及中華民國結構工程學會結構工程技術獎兩項殊榮 本文將從PC加 肋拱橋橋梁規劃設計之理念出發 並對全橋設計及施工之考量加以說明 關鍵字 PC加肋拱橋 斜拉鋼腱 拱橋懸臂施工法 台灣世曦工程顧問股份有限公司 總經理 張荻薇 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 協理 黃炳勳 3台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 副理 蔣啟恆 3 4台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 計畫經理 劉 珊 4 壹 背景說明 3 4 擬 皆應於規劃時妥為考量 並應儘量避免地 面支撐之施工方式 而基礎位置 應配置於紅 本橋所在位置為新竹縣紅毛港遊憩區(如圖 樹林區外 並以大跨徑方式跨越而過 ) 橋梁跨越新豐溪 河道寬度約30m 南岸 6 公路 速 濱快 右側至海邊為極珍貴的紅樹林保護區 紅樹林 西 大園 生長茂密且林相完整 具有極高的自然資源價 觀音 值 本地為北台灣地區唯一水筆仔及海茄苳混 66 生區域 林間魚蟹及水鳥活動頻繁 且新竹縣 近距離觀察紅樹林潮間帶豐富的生態 為極佳 之溼地生態旅遊點 假日遊人如織 快速公路 行經此區 如可配合當地景觀生態條件 設計 特殊景觀橋梁 可兼顧生態保育並促進地方觀 光發展 4 新屋 路 本工程位置 鐵 速 高 中壢 88 5 竹 湖口 新豐 龍潭 鳳 山 溪 頭 前 溪 竹北 新竹市 楊梅 新竹縣 68 政府建有深入林區的觀賞步道及休憩涼亭 可 桃園縣 3 關西 為考量生態保育 避免工程施工影響紅 樹林生態 橋梁型式 跨徑配置及施工方法研 60 No.89 January, 0 圖 工程位置圖 No.89 January, 0 6

31 貳 方案研擬 臂施工法 以爬升模板及斜拉鋼腱施作拱體及 叁 橋梁結構配置 (6) 中央過河懸臂段箱型梁 寬度0m 梁深 上弦梁 於河中及紅樹林區全部採懸臂施工 由於本橋所在位置為觀光遊憩區 配合當 地景觀條件 建造特殊型式之橋梁 更可成為 4.9m~.8m 預力雙箱室箱型梁(詳如圖6) 橋下不架設任何支撐 設計上具相當大之挑戰 性 本橋跨越新豐溪 配置跨徑 m (如圖3-4) 橋梁寬度0m 主要結構由上箱室 當地地標 提昇觀光品質 故本橋於設計階段 雙箱室預力箱型梁 下拱體 雙箱室鋼筋 提出非對稱斜張橋 半穿越式三跨連續鋼拱橋 混凝土箱型梁 直柱 直桿及斜拉鋼腱所組 及三跨連續預力加肋拱橋三個方案 考量斜張 成 (7) 邊 跨 懸 臂 段 箱 型 梁 寬 度 0 m 梁 深 4.9m~.4m 預力雙箱室箱型梁 (8) 柱 頭 直 柱 長 寬 為. 8 m x m 高 橋橋塔量體較大 鋼橋於濱海地區後續維護經.m 實心矩形柱 下端與拱體固接 費較高 皆較不適宜 而PC加肋拱橋案 其典 橋梁資料 雅之線條及抗腐蝕性 除可與當地景觀互相呼 () 構造形式 三跨連續上承式預力加肋拱橋 應 充分融合 帶動當地未來的觀光發展外 於後續維護上亦最為經濟且合宜 故經審核擇 上端與箱型梁固接 (9) 拱 圈 段 直 桿 長 寬 為. 5 m x m 高 東西向E06標拱橋 () 橋梁長度 00m+80m+00m=380m 9.5m~.6m 下端與拱體固接 上端以人 定PC加肋拱橋為橋梁設計之方案(如圖) 造橡膠支承墊與箱型梁接合 (3) 橋面寬度 0m 一般拱橋施工均採場撐工法 於地面架 (0)斜拉鋼腱 HDPE套管內含9根5.mmφ預 設支撐架 澆注整跨橋梁 如東西向快速公路 (4) 拱圈段下拱體箱型梁 寬度3.m 梁深 E-06標拱橋 北宜高速公路冬山河拱橋等 皆 3.44m~.53m 鋼筋混凝土雙箱室箱型梁(詳 採全場撐方式施作 因本橋下方跨越紅樹林 如圖5) 無法架設支撐 故設計採用全國首創之拱橋懸 力鋼絞索 ()平面線形 從直線段接A=685之緩和曲線 北宜高速公路冬山河拱橋 (5) 拱 圈 段 上 箱 室 箱 型 梁 寬 度 0 m 梁 深 ()橫坡 從+%變化至-% m~.4m 預力雙箱室箱型梁(詳如圖5) (3)縱坡 3.459% 3.860% 圖4 橋梁平面配置圖 圖 設計方案透視圖 cl箱型梁 cl 箱型梁 cl PLNE5 cl PLNE = cl PLNE7 40~50 cl PLNE6 圖3 橋梁立面圖 6 No.89 January, 0 圖5 拱圈段橋梁斷面圖 圖6 懸臂段橋梁斷面圖 No.89 January, 0 63

32 (4) 基 礎 型 式 : 直 徑.5m* 長 38m 基 樁 4 支 長 4.9m* 寬 9.9m* 高 5m 基 礎 本 橋 分 為 拱 橋 施 工 段 及 懸 臂 工 法 施 工 段, 其 中 拱 橋 段 是 由 主 橋 墩 向 兩 側 施 作 各 53.5m, 以 拱 體 支 撐 主 梁 先 施 作 下 拱 體, 施 拉 斜 拉 鋼 腱 預 力, 再 於 拱 體 上 方 施 築 混 凝 土 直 桿, 架 設 支 撐 於 下 拱 體, 再 施 築 上 方 箱 型 梁, 以 此 順 序 逐 節 完 成 拱 橋 施 工 段 合 完 成 ( 如 圖 9) 全 橋 之 設 計 除 於 邊 跨 橋 墩 及 主 橋 墩 附 近 架 設 臨 時 支 撐 架 外, 均 以 懸 臂 方 式 施 工, 為 國 內 橋 梁 設 計 首 見 之 施 工 法 作, 故 上 箱 室 頂 板 腹 板 底 板 均 配 置 懸 臂 施 工 所 需 之 鋼 腱, 於 上 箱 室 與 下 拱 體 間 之 拱 圈 範 圍 更 配 有 外 置 之 斜 拉 鋼 鍵, 以 平 衡 拱 軸 壓 力 線 本 橋 所 配 置 內 置 預 力 鋼 腱 量 總 重 約 400t, 每 立 方 米 混 凝 土 之 預 力 鋼 腱 用 量 約 為 38t 肆 施 工 步 驟 規 劃 一 般 拱 橋 採 用 地 面 支 撐 工 法 施 作, 於 橋 梁 下 方 必 須 架 設 支 撐 架, 而 本 橋 位 處 紅 樹 林 保 護 區, 無 法 以 一 般 方 式 施 工, 故 特 別 規 劃 以 懸 臂 方 式 施 工 拱 體 與 上 方 箱 型 梁 閉 合 後, 移 除 拱 體 支 撐 主 梁, 並 架 設 懸 臂 工 作 車, 以 一 般 場 鑄 懸 臂 施 工 法 施 作 中 央 跨 徑 及 邊 跨, 逐 節 施 工 至 全 橋 閉 伍 預 力 配 置 上 部 結 構 箱 型 梁 配 合 節 塊 懸 臂 施 工, 配 置 頂 板 預 力 鋼 腱 及 斜 拉 鋼 腱, 閉 合 後 靜 重 活 載 重 等 力 量 造 成 之 正 彎 矩, 則 配 置 底 板 及 腹 板 鋼 腱 抵 抗, 全 橋 之 鋼 腱 配 置 極 為 複 雜 精 細, 均 經 由 詳 細 之 規 劃 及 分 析, 以 求 得 最 佳 之 配 置 ( 詳 圖 0 及 所 示 ) 陸 斜 拉 鋼 腱 上 部 結 構 箱 型 梁 配 合 節 塊 懸 臂 施 工, 配 置 斜 拉 鋼 腱, 於 下 拱 體 澆 注 完 成 後, 施 拉 部 分 斜 拉 鋼 腱 預 力, 在 下 拱 體 上 方 架 設 支 撐 架 施 作 上 箱 室 ( 詳 圖 -3) 斜 拉 鋼 腱 預 力 需 分 階 段 施 拉, 於 分 析 時 即 考 量 最 佳 之 配 置, 並 於 設 計 圖 中 詳 述 施 拉 之 順 序 斜 拉 鋼 腱 除 於 施 工 階 段 負 責 懸 吊 下 弦 拱 及 上 弦 梁 臨 時 支 撐 外, 於 完 工 階 因 本 橋 除 拱 圈 段 第 一 節 塊 及 邊 跨 末 端 採 場 撐 工 法 施 作 外, 其 餘 均 採 懸 臂 工 作 車 方 式 施 圖 7 拱 橋 施 工 步 驟 示 意 圖 拱 橋 施 工 段 施 工 順 序 : 圖 9 拱 橋 懸 臂 段 施 工 步 驟 示 意 圖 步 驟 -: A. 架 設 第 一 節 拱 體 支 撐 B. 施 築 第 一 節 拱 體 步 驟 -4: 施 拉 斜 拉 鋼 腱 後 移 除 支 撐 架 步 驟 -7: 施 築 直 桿 步 驟 -: 施 築 第 一 直 桿 及 直 柱 步 驟 -5: A. 架 設 拱 體 支 撐 主 梁 B. 施 築 第 二 節 拱 體 步 驟 -8: 施 築 箱 型 梁 圖 0 中 央 柱 頭 預 力 鋼 腱 斷 面 配 置 圖 步 驟 -3: 施 築 第 一 節 箱 型 梁 步 驟 -6: 施 拉 斜 拉 鋼 腱 步 驟 -9: A. 推 出 拱 體 主 梁, 架 設 臨 時 穩 定 支 撐 B. 施 築 下 節 拱 體 C. 重 複 直 至 拱 體 施 工 完 成 64 No.89 January, 0 圖 8 拱 橋 拱 體 段 施 工 步 驟 示 意 圖 圖 頂 板 預 力 鋼 腱 平 面 配 置 圖 No.89 January, 0 65

33 圖5 吊掛式工作車施作實況 圖 斜拉鋼腱配置平面圖 節塊 節塊 節塊 節塊 節塊 斜拉鋼鍵 斜拉鋼鍵 斜拉鋼鍵 斜拉鋼鍵 斜拉鋼鍵 節塊 節塊 節塊 節塊 結語 圖3 斜拉鋼腱配置立面圖 圖4 吊掛式工作車設計圖 圖6 拱橋段閉合節塊施作 本橋橋型特殊優美 民國97年完工後在新 豐溪河口之紅毛港遊憩區 已成為當地之重要 地標 對當地之觀光發展有非常大的助益 橋 採同步射出(Co-extruded) 外著高密度聚乙烯色層 梁設計時特別注意對環境生態之影響 除運用 扮演極為重要之角色 處理 色彩配置部分 為避免過於鮮艷之色彩 大跨徑將橋墩基礎避開紅樹林保護區設置外 破壞現地自然之美景 故採用與混凝土同色之 橋梁上部結構更採用國內首創之拱橋懸臂施工 灰白色系 法 利用拱體支撐主梁及斜拉鋼腱 於紅樹林 本橋於中央節塊閉合前 屬於懸臂梁結 構 待中央節塊閉合及底板 腹板預力完成 區不架設地面支撐 分析設計雖然難度極高 後 其原屬於懸臂梁結構將轉換成連續梁結 但本於對生態環境之關心與保護 所有努力都 構 所有結構力量傳遞將重新分配 柒 施工實況 是應該且值得的 本工程順利完成 整體施工 過程 亦因事前良好的規劃 對紅樹林既有生 斜拉鋼腱因外露於混凝土梁 其細部設計 本工程承包商採用吊掛式工作車施工 其 相當重要 本橋斜拉鋼腱採用一般外置預力之 工作車設計如圖4 實際施作狀況如圖5~7所 鋼腱與錨頭 鋼索外套管採用與斜張鋼纜相同 示 圖7 懸臂段工作車施作實況 態衝擊降至最低 充分展現工程與環境確能共 段亦承載橋梁及外加載重 於全橋之設計中 生共榮 之高密度聚乙烯(HDPE)材質 外套管保護處理 66 No.89 January, 0 No.89 January, 0 67

34 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 大鵬橋設計與施工 斜張橋與活動橋 ABSTRACT 位於大鵬灣國家風景區之環灣景觀道路為大鵬灣特定區都市計畫道路 可提供大鵬灣 國家風景區內各遊憩區間之聯絡 並與國道3號林邊終點及台7線省道銜接 提供觀光遊 憩功能及便捷交通服務 環灣景觀道路於跨越大鵬灣出海航道處 特別配置一座具景觀地 標性之 大鵬橋 主要在跨出海口南側設置一座風帆造型之斜張橋 並於出海口北側設 置一座開啟式活動橋 以供高桅帆船進出之需 日後配合 大鵬灣國家風景管理處 各項 風帆賽事活動 勢將吸引觀光人潮 帶動地方發展 關鍵詞 風帆造型 斜張橋 活動橋 大鵬橋 台灣世曦工程顧問股份有限公司 副總經理 鄭明源 台灣世曦工程顧問股份有限公司 二結部 經理 陳新之 台灣世曦工程顧問股份有限公司 高辦處 經理 陳泓德 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 二結部 副理 洪振銘 4 台灣世曦工程顧問股份有限公司 二結部 計畫副理 張廷犖 壹 計畫緣起 伸至大鵬灣區 以加速整體區域發展 並發揮 最大交通效益 此外 環灣景觀道路亦提供國 大鵬灣國家風景區環灣景觀道路 為大 鵬灣特定區計畫之都市計畫道路 沿大鵬灣域 道3號林邊交流道因淹水致無法運轉通行時之替 代功能 環繞布設 為配合灣區整體觀光開發計畫所先 行興建之主要公共設施 並為 民間參與大鵬 灣國家風景區建設開發經營案 (BOT案)政府 貳 工程概述 應辦事項之一 可助益 BOT 案之順利推動 民 大鵬灣國家風景區成立於民國86年 位於 國工局執行 總經費新臺幣40.5億元(工程費 台灣本島西南側的大鵬灣灣域和鄰近陸地 概 35.73億元 用地費4.78億元) 由觀光局於 大 以省道台7線為北界 東界為林邊鄉鄉界 南 鵬灣環灣景觀道路計畫 內編列辦理 界為鄉道屏8線 西邊則與東港鎮新溝相鄰 國89年5月奉交通部核示 由觀光局編列預算交 民國89年小琉球風景區併入該風景區 整體 環灣景觀道路作為大鵬灣國家風景區內各 範圍均在屏東縣內 相關地理位置如圖所示 遊憩區間之聯絡道路 並與國道3號林邊終點及 台7線省道銜接 提供觀光遊憩功能及便捷交 通服務 另國道3號高速公路亦配合於林邊端延 68 No.89 January, 0 大鵬灣國家風景區主要景點之人文地理概 況分述如下 No.89 January, 0 69

35 一 大 鵬 灣 潟 湖 潛 艇 基 地, 二 次 大 戰 後, 我 國 空 軍 接 收 成 立 空 軍 幼 校, 為 軍 事 歷 史 遺 跡 的 觀 光 景 點 位 於 大 鵬 灣 國 家 風 景 區 內, 係 由 屏 東 縣 林 邊 鄉 林 邊 溪 與 東 港 鎮 東 港 溪 沖 積 形 成 之 囊 狀 潟 湖, 水 深 ~6m, 平 均 水 深 約 3m, 適 合 從 事 水 上 活 動 三 青 洲 濱 海 遊 憩 區 位 於 大 鵬 灣 域 出 海 口 南 邊 的 南 平 沙 洲 附 近, 可 供 海 岸 沙 灘 賞 景 及 戲 水 台 灣 日 據 時 期 之 前, 大 鵬 灣 區 即 有 漁 民 在 此 從 事 牡 蠣 養 殖 業, 於 灣 域 中 長 期 傾 倒 蚵 殼 而 形 成 蚵 殼 島, 可 乘 遊 湖 船 上 島 品 嚐 海 鮮 四 小 琉 球 風 景 區 灣 域 周 遭 分 佈 有 海 茄 苳 ( 紅 樹 林 ) 植 物, 加 上 水 位 變 化 穩 定 營 養 鹽 充 足, 形 成 濕 地 生 態 系, 動 物 的 物 種 包 括 水 鳥 招 潮 蟹 彈 塗 魚 魚 蝦 貝 類 等 位 於 東 港 鎮 西 南 海 面 約 八 浬 之 海 上, 為 台 灣 本 島 附 近 十 四 屬 島 中 唯 一 珊 瑚 礁 島 嶼, 與 東 港 鎮 間 船 程 約 30 分 鐘 小 琉 球 著 名 有 3 景 : 花 瓶 岩 美 人 洞 山 豬 溝 烏 鬼 洞 紫 竹 園 蛤 板 灣 三 個 唯 一 親 吻 石 俯 瞰 觀 音 石 厚 石 裙 礁 月 光 海 及 旭 日 亭 日 出 ; 另 外 潮 間 帶 體 驗 亦 是 小 琉 球 最 吸 引 人 的 地 方 之 一 圖 大 鵬 橋 模 擬 圖 於 跨 越 大 鵬 灣 出 海 航 道 處, 特 別 配 置 一 座 具 景 在 橋 梁 功 能 需 求 上, 於 跨 越 航 道 段 之 南 側 觀 地 標 性 之 大 鵬 橋, 成 為 風 景 區 內 重 要 景 設 置 一 座 開 啟 式 活 動 橋, 以 符 合 高 桅 帆 船 進 出 點 之 一, 在 跨 出 海 口 南 側 設 置 一 座 風 帆 造 型 之 之 需 開 啟 時, 該 開 起 淨 寬 下 無 航 行 限 高 在 斜 張 橋 ; 出 海 口 北 側 設 置 一 座 開 啟 式 活 動 橋, 橋 梁 景 觀 需 求 上, 另 於 跨 越 航 道 之 中 段 南 側 以 供 高 桅 帆 船 進 出 之 需 大 鵬 橋 主 要 由 二 跨 PC 至 陸 上 設 置 一 座 造 型 斜 張 橋, 以 展 現 地 域 發 展 斜 張 橋 及 活 動 橋 組 成, 其 配 置 詳 見 圖 趨 勢 之 橋 梁 特 色 大 鵬 橋 全 長 579m, 共 3 跨, 計 區 分 為 五 個 單 元 ; 其 中 第 一 四 五 單 元 為 引 橋, 第 三 單 元 為 活 動 橋, 第 二 單 元 為 斜 張 橋, 其 配 置 詳 見 圖 3 觀 光 局 大 鵬 灣 國 家 風 景 區 管 理 處 於 灣 域 周 遭 闢 設 多 處 生 態 濕 地 公 園 及 環 灣 自 行 車 道 二 大 鵬 營 區 舊 地 位 於 大 鵬 灣 潟 湖 鄰 近 陸 地 範 圍, 日 據 時 代 末 期, 日 本 海 軍 航 空 隊 在 灣 區 建 立 水 上 機 場 及 大 鵬 灣 風 景 區 自 然 景 觀 條 件 優 越, 為 結 合 陸 地 灣 域 海 上 離 島 不 同 休 閒 活 動 之 風 景 遊 憩 區, 以 環 灣 景 觀 道 路 為 本 區 之 骨 幹, 提 供 交 通 運 輸 服 務, 串 連 各 遊 憩 區 形 成 一 體 的 功 能, 兼 具 塑 造 景 觀 意 象 因 此, 環 灣 景 觀 道 路 參 橋 梁 配 置 及 結 構 型 式 環 灣 景 觀 道 路 於 跨 越 大 鵬 灣 出 海 航 道 處 配 置 一 座 大 鵬 橋, 橋 梁 里 程 起 迄 於 4+977~5+556, 全 長 579m 橋 梁 之 平 面 配 置 係 配 合 環 灣 道 路 整 體 佈 設 成 果, 除 南 北 端 各 有 一 數 長 約 十 公 尺 之 圓 曲 線 橋 段 外, 中 間 主 要 橋 段 均 係 平 直 線 形 基 於 跨 越 出 海 口 航 道 需 有 7m 航 道 淨 高 需 求, 縱 斷 面 配 置 呈 一 拱 形 豎 曲 線, 中 段 高 拱 跨 越 航 道, 兩 側 漸 低 平 而 銜 接 至 地 面 於 橋 梁 兩 端 引 道 部 分 須 考 量 路 權 限 制 或 側 車 道 需 求, 故 配 置 擋 土 牆 及 箱 涵 束 制 式 路 堤 引 道, 兩 側 引 道 配 置 長 度 分 別 為 54.4m 及 6.4m 70 No.89 January, 0 圖 大 鵬 灣 風 景 區 及 大 鵬 橋 位 置 圖 圖 3 大 鵬 橋 立 面 及 橋 塔 斷 圖 No.89 January, 0 7

36 茲 將 大 鵬 橋 之 引 橋 段 活 動 橋 段 及 斜 張 橋 段 之 結 構 型 式 跨 徑 配 置 與 施 工 方 法 分 述 如 下 : 高 度 由 7.m 變 化 至 7.4m 基 礎 均 為 直 徑.5m 全 套 管 樁 基 礎, 樁 長 約 為 40~47m, 基 礎 板 長 4.5m 寬 8m 性 與 經 濟 之 需 求 基 礎 為 二 塊 分 離 之 基 礎 板, 以 預 力 繫 梁 連 結 固 定, 個 別 基 礎 板 長 3m 寬 3.75m, 全 套 管 基 樁 長 69m 一 引 橋 二 活 動 橋 引 橋 為 四 孔 ( 第 一 單 元 ) 或 三 孔 ( 第 四 五 單 元 ) 連 續 之 預 力 箱 型 梁 橋, 跨 徑 配 置 為 : 第 一 單 元 4@39=56m 第 四 單 元 33+@39=m 第 五 單 元 3@39=7m, 第 一 單 元 前 端 及 第 五 單 元 後 端 均 銜 接 橋 台 及 延 伸 之 箱 涵 引 道 活 動 橋 為 兩 座 分 離 之 單 葉 舉 升 式 (Single-leaf Bascule) 橋 體 構 造 上 部 結 構 為 鋼 箱 型 梁 與 鋼 床 板 構 造, 每 座 橋 體 包 含 二 支 縱 向 箱 型 主 鋼 梁 適 當 間 隔 配 置 之 橫 隔 梁 及 橋 面 為 以 U 型 加 勁 材 之 鋼 床 板 下 部 結 構 包 含 活 動 橋 座 及 開 啟 端 橋 墩, 前 者 為 一 雙 室 空 心 鋼 筋 混 凝 土 墩 體, 臨 海 側 設 一 懸 挑 梁 體 供 為 機 房 及 控 制 室 建 築 物 之 座 體 ; 後 者 為 一 倒 梯 形 鋼 筋 混 凝 土 牆 體 上 段 考 量 縮 減 量 體 而 以 一 較 小 之 倒 梯 形 鏤 空 此 橋 墩 座 落 於 航 道 上, 一 側 支 承 活 動 橋 另 側 則 支 承 斜 張 橋, 屬 兩 橋 段 之 界 墩, 該 跨 之 跨 徑 ( 橋 墩 中 心 距 ) 為 40m, 實 際 之 活 動 橋 體 ( 上 部 結 構 升 降 段 ) 長 達 37m, 包 含 樞 軸 支 承 至 開 啟 鼻 端 8m 及 樞 軸 支 承 至 平 衡 段 尾 端 9m 上 部 結 構 之 施 工 方 法 係 於 鋼 構 廠 完 成 各 部 組 件 及 假 組 裝 後, 再 將 各 組 件 運 至 橋 址 以 場 撐 方 式 採 就 地 架 設 支 撐 組 裝 接 合 檢 測 及 與 驅 動 系 統 共 同 組 裝, 以 完 成 此 活 動 橋 體 之 施 工 上 部 結 構 採 用 流 線 形 四 箱 室 預 力 箱 型 梁 ( 詳 見 圖 4), 箱 梁 深 3m, 為 極 普 遍 而 外 觀 優 美 之 上 部 結 構 型 式, 可 適 宜 各 種 線 形 依 結 構 應 力 分 佈 梁 寬 變 化 或 其 他 因 素, 梁 體 可 配 合 予 以 曲 線 或 折 線 變 化, 另 梁 體 與 橋 墩 可 採 簡 支 鉸 接 或 固 接, 甚 具 設 計 彈 性 引 橋 之 主 要 跨 徑 均 為 39m, 因 工 程 規 模 甚 小 且 橋 址 之 地 形 狀 況 許 可, 故 採 場 鑄 逐 跨 工 法 施 工, 可 符 合 施 工 技 術 單 純 工 期 合 宜, 而 降 低 工 程 造 價 之 考 量 圖 5 活 動 橋 操 控 室 側 面 風 帆 造 型 基 於 一 般 活 動 橋 所 處 環 境 條 件 殊 為 不 利, 其 鋪 面 材 料 應 妥 予 選 擇 原 則 上 其 材 質 須 符 合 : 薄 層 與 鋼 鈑 板 接 著 性 佳 不 易 龜 裂 或 剝 落 防 水 耐 磨 止 滑 及 防 蝕 性 能 優 良 不 受 冷 熱 溫 差 影 響 而 變 形 經 查 詢 國 內 外 類 似 產 品 後, 設 計 採 用 聚 胺 酯 (PU) 環 氧 樹 酯 基 材 構 成 之 鋪 面 系 統, 總 鋪 設 厚 度 為 0mm, 其 增 加 之 重 量 尚 不 致 影 響 結 構 載 重, 且 於 舉 降 時 亦 不 致 受 慣 性 力 或 重 力 而 產 生 剝 離 坍 落 危 害 活 動 橋 之 功 能 須 快 速 舉 升 至 符 合 設 定 之 通 航 需 求 條 件, 及 快 速 下 降 至 閉 合 以 回 復 橋 面 通 行 狀 況 主 體 構 造 包 括 舉 升 段 與 平 衡 載 重 段, 為 減 輕 橋 體 重 量 以 利 降 低 驅 動 機 構 之 設 計 能 量, 結 構 型 式 係 設 計 為 鋼 箱 型 梁 與 鋼 床 板 構 造, 車 道 部 分 之 鋪 面 則 依 據 歐 洲 已 有 成 熟 之 鋪 設 實 績 經 驗, 採 聚 胺 酯 (PU) 環 氧 樹 酯 基 材 之 面 層 材 料 活 動 橋 之 主 墩 係 採 單 側 懸 挑 之 巨 大 空 心 箱 型 墩 座, 外 型 與 斜 張 橋 橋 塔 對 應, 墩 體 上 段 須 設 置 活 動 橋 體 轉 軸 支 座 及 活 動 機 構 各 項 設 備, 並 提 供 一 足 夠 平 衡 載 重 段 迴 降 之 空 間 另 於 單 側 懸 挑 梁 體 之 橋 面 上 層 設 置 一 圓 形 操 控 室 ( 詳 圖 5), 橋 面 下 層 則 做 為 機 電 動 力 設 施 之 配 置 安 設 空 間 圖 4 引 橋 預 力 箱 型 梁 斷 面 引 橋 段 內 橋 墩 為 3m 直 徑 圓 形 墩 柱, 伸 縮 三 斜 張 橋 斜 張 橋 之 主 跨 徑 係 配 置 於 航 道 上 較 小 之 側 跨 徑 則 配 置 於 北 側 陸 地 上, 為 一 單 塔 非 對 稱 跨 徑 型 式, 斜 張 鋼 纜 均 配 置 於 橋 面 中 央 上 部 結 構 考 量 經 濟 施 工 單 純 性 及 景 觀 之 連 續 而 採 與 引 橋 相 同 型 式 之 混 凝 土 箱 型 梁 構 造, 箱 梁 深 為 3m 為 配 合 斜 張 鋼 纜 之 設 置 及 其 結 構 應 力 傳 遞 機 制, 於 鋼 纜 錨 碇 處 設 置 一 橫 隔 梁 與 錨 錠 塊 斜 張 橋 之 橋 塔 高 度 7.9m, 採 混 凝 土 構 造 並 設 計 成 一 正 面 A 型 側 面 風 帆 造 型 之 巨 大 量 體 ( 詳 圖 6), 以 兼 顧 景 觀 造 型 結 構 功 能 施 工 橋 正 面 A 型 圖 6 大 鵬 橋 橋 塔 造 型 斜 張 鋼 纜 係 採 單 面 配 置, 可 使 外 型 景 觀 較 清 純 輕 巧, 並 選 用 目 前 最 流 行 最 普 遍 之 預 力 鋼 絞 線 鋼 纜, 考 量 濱 海 防 蝕 需 求, 其 保 護 處 理 係 採 包 含 單 根 鋼 絞 線 之 套 管 HDPE 外 套 管 及 填 注 柔 性 漿 材 等 多 項 防 蝕 保 護 斜 張 橋 之 跨 徑 配 置 於 跨 越 航 道 處 設 置 為 00m 之 主 跨 徑, 陸 上 部 分 設 置 一 較 小 之 55m 側 跨 徑 由 於 本 斜 張 橋 之 規 縫 處 橋 墩 為 長 圓 形 之 等 斷 面 墩 柱, 由 於 橋 寬 甚 寬, 設 計 係 採 雙 柱 式 墩 體 以 配 合 支 承 之 需 為 利 於 抵 抗 地 震 力 且 減 少 支 承 設 備, 除 於 伸 縮 縫 處 設 置 有 活 動 型 支 承 外, 一 般 橋 墩 均 採 與 上 部 結 構 固 接 方 式 配 合 活 動 橋 所 需 高 度, 橋 墩 7 No.89 January, 0 No.89 January, 0 73

37 模 甚 小, 衡 量 現 地 之 地 形 情 況 後, 乃 採 就 地 支 撐 澆 注 施 工 方 式 其 中, 橋 塔 須 於 現 場 整 地 搭 設 支 撐 架 逐 層 澆 注 施 工, 橋 面 梁 體 尚 須 於 航 道 上 設 置 臨 時 圍 堰 施 做 支 撐 架 基 礎 與 塔 架, 隨 後 搭 設 支 撐 架 採 逐 節 澆 注 箱 型 梁 體 方 式 施 工 斜 張 鋼 纜 則 於 橋 塔 及 橋 面 完 成 後, 再 配 合 結 構 應 力 調 整 考 量 逐 對 吊 裝 施 工 ; 俟 斜 張 鋼 纜 全 部 吊 裝 完 成 後, 始 可 拆 除 梁 體 臨 時 支 撐 架 設 計, 於 不 同 結 構 部 位 分 別 考 量, 配 置 不 同 投 射 燈 具 在 橋 塔 主 體 外 側 燈 具 採 用 聚 光 型 投 光 燈, 光 源 為 000W 複 金 屬 燈 泡, 色 溫 為 4500K; 橋 塔 主 體 內 側 燈 具 採 用 聚 光 型 投 光 燈, 光 源 為 400W 及 50W 複 金 屬 燈 泡, 色 溫 為 400K; 鋼 索 燈 具 採 用 聚 光 型 投 光 燈, 光 源 為 000W 複 金 屬 燈 泡, 色 溫 為 4500K; 欄 杆 照 明 燈 具 採 用 防 水 日 光 燈 (A), 光 源 為 T5 8W 日 光 燈 管 ; 橋 身 兩 側 照 明 燈 具 採 用 冷 陰 極 管, 整 體 夜 間 景 觀 照 明 模 擬, 如 圖 7 所 示 創 新 : 三 向 度 變 化 之 風 帆 造 型 斜 張 橋 塔, 施 工 之 難 度 甚 高 橋 梁 墩 柱 及 斜 張 橋 橋 塔 均 採 自 充 填 混 凝 土 (SCC) 施 築, 橋 塔 部 分 並 配 合 使 用 造 型 模 板, 增 加 美 觀 此 外, 活 動 橋 為 台 灣 首 次 使 用, 橋 面 設 計 與 機 電 控 制 設 備 升 降 驅 動 設 施 交 通 管 制 規 劃, 均 為 極 具 挑 戰 性 的 工 作 肆 景 觀 及 照 明 設 計 大 鵬 橋 橋 址 現 地 之 地 形 高 低 起 伏 不 大, 而 主 橋 斜 張 橋 則 高 聳 跨 越 大 鵬 灣 之 出 海 航 道, 其 7.9m 高 之 橋 塔 構 造 體 矗 立 航 道 上 方, 並 向 兩 側 延 伸, 搭 配 調 降 的 縱 坡, 平 接 於 地 面 本 座 斜 張 橋 採 單 塔 雙 跨 非 對 稱 布 設, 造 型 優 美, 可 融 入 地 域 意 象 並 創 新 灣 域 視 覺 風 格 在 平 坦 遼 闊 之 大 鵬 灣 域 中, 高 聳 之 斜 張 橋 橋 塔 甚 為 突 出, 即 使 數 公 里 外 仍 清 晰 可 見, 已 成 為 大 鵬 灣 景 觀 地 標 伍 工 程 特 色 陸 工 程 現 況 大 鵬 橋 中 之 斜 張 橋 與 活 動 橋 因 其 造 型 與 功 能 獨 特, 在 設 計 與 施 工 階 段 均 有 特 殊 考 量, 茲 將 本 工 程 之 特 色 彙 整 如 下 : 挑 戰 : 本 工 程 沿 線 均 為 漁 塭 及 水 域, 並 跨 越 大 鵬 灣 出 海 口, 地 質 軟 弱, 且 部 分 水 域 與 灣 域 連 通 而 有 潮 汐 現 象, 施 工 難 度 較 高 大 鵬 橋 為 大 鵬 灣 國 家 風 景 區 環 灣 景 觀 道 路 工 程 第 CH0 標 工 程 內 容 之 一, 施 工 承 包 商 為 中 華 工 程 股 份 有 限 公 司, 本 工 程 於 民 國 97 年 3 月 30 日 開 工, 預 定 民 國 00 年 月 3 日 完 工, 總 計 工 期 為,06 天 斜 張 橋 橋 塔 總 計 9 升 層, 於 民 國 99 年 月 底 完 成 橋 塔 工 程, 箱 型 梁 共 計 539m 長 ( 詳 圖 8), 已 於 民 國 99 年 0 月 0 日 全 數 澆 置 完 成 活 動 橋 鋼 構 部 分 已 安 裝 完 成, 驅 動 系 統 於 民 國 99 年 0 月 3 日 起 開 始 測 試 ( 詳 圖 9), 並 於 民 國 99 年 0 月 底 進 行 活 動 橋 整 體 系 統 舉 升 測 試 其 他 如 路 堤 填 築 及 碎 石 級 配 底 層 台 電 管 線 埋 設 路 側 排 水 溝 及 橋 欄 杆 組 裝 亦 持 續 進 行 施 工 中 圖 8 大 鵬 橋 施 工 情 形 此 外, 斜 張 橋 亦 針 對 夜 間 景 觀 進 行 照 明 周 延 : 另 因 應 工 程 區 位 臨 近 海 域, 使 用 具 中 度 抗 硫 酸 鹽 性 能 之 卜 特 蘭 高 爐 水 泥 座 落 於 航 道 內 之 橋 墩 因 處 於 海 水 腐 蝕 環 境 中, 採 環 氧 樹 脂 塗 布 鋼 筋, 藉 環 氧 膠 敷 層 膜 之 保 護 以 提 高 鋼 筋 之 防 蝕 效 能 74 No.89 January, 0 圖 7 夜 間 照 明 景 觀 模 擬 圖 圖 9 大 鵬 活 動 橋 舉 升 測 試 No.89 January, 0 75

38 施 工 過 程 中 之 全 套 管 基 樁 橋 墩 場 撐 逐 跨 箱 梁 斜 張 橋 橋 塔 斜 張 橋 纜 索 及 活 動 橋 鋼 梁 施 工 流 程, 詳 如 圖 0~ 圖 5 所 示 圖 0 全 套 管 基 樁 施 工 流 程 圖 圖 場 撐 逐 跨 施 工 流 程 圖 圖 基 礎 及 墩 柱 施 工 流 程 圖 圖 3 斜 張 橋 橋 塔 施 工 流 程 圖 76 No.89 January, 0 No.89 January, 0 77

39 圖 4 斜 張 橋 纜 索 施 工 流 程 圖 圖 5 活 動 橋 鋼 梁 施 工 流 程 圖 結 語 大 鵬 灣 為 南 台 灣 極 具 觀 光 遊 憩 開 發 潛 力 之 天 然 海 灣, 政 府 於 民 國 86 年 成 立 大 鵬 灣 國 家 風 景 區, 積 極 推 動 當 地 觀 光 發 展 為 配 合 灣 區 整 體 觀 光 開 發 計 畫, 環 灣 景 觀 道 路 為 先 行 興 建 之 主 要 公 共 設 施, 沿 大 鵬 灣 域 環 繞 布 設, 提 供 便 捷 之 交 通 服 務 環 灣 景 觀 道 路 於 跨 越 大 鵬 灣 出 海 航 道 處, 特 別 配 置 一 座 具 景 觀 地 標 性 之 大 鵬 橋, 大 鵬 灣 出 海 口 斜 張 橋 設 計 為 單 塔 非 對 稱 單 面 複 合 式 斜 張 橋, 橋 塔 3D 變 化 造 型 具 風 帆 意 象, 輔 以 全 國 首 座 活 動 橋 之 搭 配 設 計, 日 後 配 合 大 鵬 灣 國 家 風 景 管 理 處 各 項 風 帆 賽 事 活 動, 勢 將 吸 引 觀 光 人 潮, 帶 動 地 方 發 展 78 No.89 January, 0 No.89 January, 0 79

40 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 預鑄橋墩工法之應 用 台中生活圈四 號線工程 ABSTRACT 橋梁預鑄節塊工法有施工迅速及縮短工期的優點 其節塊可於預鑄場製造 嚴格控 管品質 配合系統化 機械化的組裝作業程序 提升施工效率 因施工機械化 施工工期 短 大幅降低對環境及交通之衝擊 預鑄節塊工法應用於上部結構 在國內已累積相當豐富之工程實績 然下部結構則於 國道新建工程局委託台灣世曦公司設計之台中生活圈四號線大里聯絡道工程中 首次採用 預鑄節塊橋墩之設計 本文將介紹台中生活圈四號線工程預鑄橋墩之設計及施工概況 關鍵字 隔震系統 預鑄橋墩 台灣世曦工程顧問股份有限公司 總經理 張荻薇 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 協理 黃炳勳 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 計畫工程師 戚樹人 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第二結構部 計畫工程師 游文慧 4 壹 前言 3 4 特別在橋梁經過環境敏感地區 橋址通 達不易 氣候惡劣可供施工期間較短等特殊狀 高橋墩採現場澆注混凝土的施工方式時 況 必需採由上而下之漸進式工法 以減少對 常會面臨現場橋墩模板組立及鋼筋彎紮施工困 原有地貌之破壞 在無法開闢施工便道的區 難 危險性較高且效率低 並有混凝土澆注不 域 此工法可能是唯一之選擇 易等問 若採用預鑄節塊橋墩工法 結合預 國工局於民國90年即委託臺灣大學土木系 上述施工困難情形 亦可避免勞工長時間於高 進行年期的預鑄節塊橋墩研究[] [] 並於國 空作業 減少施工危險 另採預鑄方式 施工 家地震中心進行大尺寸預鑄節塊橋墩試驗 大 品質較易掌控 且可縮短工期 在都會區施作 里聯絡道高架橋即為首次將 預鑄節塊橋墩配 時 對降低當地交通的衝擊有相當助益 合隔震支承 應用於實際工程的案例 鑄廠產製及機械化吊裝的施工方式 除可解決 目前橋梁施工現場需大量混凝土灌漿作 業 對周圍環境會造成極大的衝擊 尤其以未 貳 預鑄橋墩 來中橫 南橫及東部國道公路多位於山岳地帶 80 No.89 January, 0 與生態保護區 在生態保育及施工條件的考量 預鑄橋墩工法在國外已有超過0年以上之 下 極需尋求低環境衝擊的橋梁施工方式 預 歷史 例如Linn Cove Viaduct (圖)位於景觀保 鑄節塊橋墩新工法 便成為較佳之選擇 護區 因為地形崎嶇 生態環境脆弱 工程施 No.89 January, 0 8

41 圖4 科羅拉多州的Vail Pass預鑄節塊橋墩 5 圖 Linn Cove Viaduct 5 圖 德州Highway 83橋梁 5 作條件是 不准開闢施工便道 除橋樑落墩位 置外不准破壞環境 因此幾乎無法施工 延宕 將近0年 最後採用 Top Down工法 Bridge Built from the Top Down 才克服了這個困難 它 圖3 德州Highway 49橋梁 5 的特色是除了橋的大梁採預鑄節塊外 橋墩也 圖5 最新完工之Hoover dam by pass, NV 6 以節塊預鑄方式在其他地方先做好 運用已完 位於科羅拉多州的Vail Pass橋梁 (圖4) 如 點 由橋面上的起重機吊下節塊 在做好基礎 同Linn Cove Viaduct般位於景觀保護區 因此該 的橋墩位置上一節一節疊高 然後依序延伸橋 橋梁在建造時也以景觀保護為首要考量 採後 面 如斯反覆施作 直到橋面路段完全通過敏 拉式預鑄節塊橋墩工法為必然的選擇 Hoover 感地區為止 dam by-pass (圖5) 是最新完工之預鑄節塊橋墩 成的橋面將預鑄橋墩節塊輸送至下一個橋墩落 案例 於00年0月9日全新啟用 橋柱很 相較於Linn Cove Viaduct 在德州的 Highway 83 (圖)以及Highway 49 (圖3) 是屬 高 採用預鑄節塊橋墩 可以減少高空施工之 危險 於短跨徑橋梁 橋柱也是採用後拉式預鑄節塊 工法建造 這兩座橋梁採類似工法建造 施工 過程也證實可大幅降低交通衝擊 位於台4線之長壽橋(圖6) 及育樂橋(圖 7) 為國內早期預鑄橋墩施工之案例 圖6 長壽橋 8 No.89 January, 0 No.89 January, 0 83

42 圖7 育樂橋 圖9 大里聯絡道與霧峰交流道相關位置 參 工程概述 台中生活圈4號道路是台中都會區環狀道 路之一 北起潭子 經臺中市北屯區 臺中縣 太平 大里至大衛橋止 長約3.6km 本計畫 完成後 可聯結國道號 國道3號及中投 中 彰快速道路 構成大臺中地區完整之外環高快 速公路網系統 發揮整體運輸效益 提供作為 圖0 已完成之大里聯絡道預鑄橋墩 道 並提升臺中縣豐原 潭子 大坑 太平 大里及霧峰等地區之可及性 帶動臺中都會區 整體均衡發展 其中大里聯絡道(圖8-0)北上線NB 圖8 大里聯絡道相關位置 臺中都會區東側及遊憩發展廊帶南北向運輸幹 4+63~NB 長約756m 上構採預 鑄節塊工法 下構採用預鑄橋柱配合隔減震支 承 南下線SB 4+63~SB 總長78m 上構採預鑄節塊工法 下構採用預鑄橋柱配合 盤式支承 以下將就這兩類之橋墩設計作進一 步之說明 84 No.89 January, 0 No.89 January, 0 85

43 一 北上線橋墩採用鉛心橡膠支承墊搭配預 肆 設計與施工 鑄橋墩 拉力強度 故以預力鋼腱取代軸向鋼筋承受彎 二 南下線預鑄節塊橋柱於潛在塑鉸區採用 場鑄 之設計力為兩橋單元於伸縮縫端處LRB支承橫向 最大設計地震力之總和 並採托架模式分析設 預鑄橋墩之設計 各節塊間是以預力鋼腱 加以連結 預力鋼腱之拉力強度遠高於鋼筋之 移 不致因橫向位移錯動破壞 端隔梁剪力榫 (一) 鉛心橡膠支承墊 Lead Rubber 計之 橋梁利用隔震系統以增加水平向柔度 進 Bearings, LRB (圖) 而延長基本周期 目的在於避免橋梁主要振態 矩是很容易理解的 但是 預力鋼腱之塑性行 共振行為發生於地震主要能量涵蓋範圍內 理 北上線預鑄橋墩之施工流程如圖3所示 為則不若鋼筋明確 為避開預力鋼腱可能產生 橋梁隔減震係在橋梁上部結構和下部結 塑鉸之情形 本工程大里聯絡道之預鑄橋墩設 構之間安裝適當的隔減震機制 此一機制可暫 計有以下兩種考慮方式 時改變橋梁單元的結構系統 或增加橋梁水平 論上 只要橋梁基本週期在隔震後能達到延長 C L 橋墩 s A 因此柱底不會產生塑鉸 里程線(NB) FOR 左線 C L 主線橋 鉛心橡膠支承墊之基本構造與積層橡膠 控制 預鑄段基本維持彈性變形 則 其耐震能力亦與場鑄橋柱無異 支承相同 惟於支承中置入一支或數支高純度 鉛棒 除保有積層橡膠之垂直向勁度較高之特 性外 於較小之側向荷重 如風力 剎車力或 小地震作用時 鉛心能提供足夠之側向剛度 A A B W+0 反覆位移時 鉛心塑性變形產生之遲滯阻尼可 CL 剪力榫 斷 A 面 C L 面 B 60X40X0. 鐵氟龍鋼板 剪力榫 50 C L 支承 斷 以環氧樹脂接合 支承 剪力榫 60X40X4. 人造橡膠支承墊 端隔梁立面圖 端隔梁立面圖 (隔震支承) (隔震支承) 詳 詳圖 圖 圖 上部結構端隔梁設置減力榫 S TE P : 基礎施 工 STEP : 架設第 一節塊 S TE P 3 : 澆置場 鑄段墩 柱 吸收能量 衰減橋梁在地震中之加速度反應 隔震支承本體 承壓底板 CL 橋軸方向 鉛 心 0 L+0 B B 詳圖 0 C L 支承 長而降低地震反應 當支承受地震作用而發生 - 下翼板 連結螺栓 且能減少水平變位 一般有效阻尼比約在5 參考地震波特性可知 堅實地盤之地震波 50 5 結構週期延長其主要振態移離此部分 能有效 CL 承壓頂板 30 安裝螺栓 連結螺栓 上翼板 H 連結鋼板 鋼片 橡膠 連結鋼板 安裝螺栓 承壓底板 30 無收縮水泥砂漿 筋混凝土墊 墊 錨碇螺栓 地減低地震效應 下翼板 板 連結螺栓 栓 (二) 上部結構端隔梁設置剪力榫 (圖 ) 斷面 A _ 圖 鉛心橡膠支承墊. 以定 位油壓 機將第 一節塊 底面定 位於. 將鍍鋅 鋼管定 位 末 端突出 基礎面 基礎 面上5 CM 處 5C M 澆 灌基礎 混凝土. 第一 節塊底 面之鍍 鋅套管 與U型 鍍鋅 鋼. 沿墩柱 節塊外 圍距離 C M 處施 築寬 30 CM 高30 C M 之矮牆 圍繞墩 柱周長 管接 合面經 適當處 理 確 保其緊 密接合 S TEP 4 : 預鑄節 塊吊裝 STEP 5 : 預鑄節 塊吊裝 至帽梁 擋土 支撐. 澆灌混 凝土到 預鑄第 一節塊 頂下 0C M. 套管緊 密內嵌 至預鑄 節塊內 避免有 漏漿塞 管之情 況發生 STE P 6 : 穿鋼鍵 後施拉預 力, 安 裝帽梁 頂支承 鋼 質托 架( 錨錠 於節塊 中) 螺 栓施 拉預力 使節 塊斷 面 產生.8KG/ CM之 壓 力 (不含自 重)以利 環氧 樹 酯接 合(TY P. ) 套 管內 澆 灌水泥 漿 上部結構端隔梁設置剪力榫 係考量相鄰 兩橋單元於橋橫向建構分析模型時上部結構邊 界為連續 因此在地震力作用下LRB支承雙向位 N.T.S. 擋土 支撐 鉛心橡膠支承墊平面示意圖 N.T.S. 擋土 支撐 至35 左右 能量主要落於短週期處 而隔震系統可將橋梁 錨碇螺栓 減小變形 於較大之地震作用下 鉛心開始降 A 45 頰牆 伏 橡膠支承之側向勁度低 橋梁結構週期延 86 No.89 January, 支防震拉條 (TYPE 3) 00 於塑鉸區部分採用場鑄 故在地震力 作用下 塑鉸區之極限狀態由場鑄段 值 以減少輸入之地震力 里程線(SB) FOR 右線 00 之地震力 使其受力在彈性範圍內 向柔度 以延長其基本週期 降低加速度反應 60 使用隔減震系統 大幅降低橋柱所受 80 移消能時 上部結構相鄰兩橋單元之橫向位移 可一致連續性 並可確保在地震時伸縮縫仍保 有其功能性 兩橋單元可分別沿橋軸向自由位. 於安裝 第二節 塊後 應檢核 計畫完 成 地面線 必要 時並二 次澆灌 混凝土 使柱心 場鑄混 凝土面 至少高 於計畫 完 成地面 線0 C M 以上 圖3 北上線預鑄橋墩之施工流程 No.89 January, 0 87

44 兩倍以上的效益 並且隔震支承不承受拉力 橋梁結構系統即可滿足隔震需求 為了避免預力鋼腱產生塑性變形 故考量 在墩柱上半部彎矩較小範圍 採用預鑄節塊及 施預力來克服地震力效應 至於橋柱下半部至 橋梁隔震前後之基本週期與橋梁細部配 柱底最大彎矩處 仍依耐震設計考量其會產生 置 邊界條件及隔震支承設計有關 軟弱地盤 塑鉸 因此採場鑄橋墩施工 採用前述的設計 及高橋墩之基本周期較長 引進隔震系統並不 概念 耐震性能等同場鑄橋柱 塑鉸區之設計 能達到明顯之效果 適用現有耐震設計規範 由於配置的需求 大里連絡道南下線之橋 南下線預鑄橋墩之施工流程如圖4所示 墩 多數高度大於0m 經評估結果 搭配隔震 系統之效用不大 故本區段橋墩不考慮採用隔 所謂預鑄橋墩即是在建造橋墩之前 預先 震系統 而選用不同於北上線之另一種設計型 於預鑄廠以預鑄方式完成橋墩節塊(圖5-6) 式 與傳統場鑄工法比較 由於為工廠化施工 內模板 頂蓋模板 預組鋼筋 組立外模 鋼筋彎紮或混凝土之澆注可以自動化 機械化 前文已述 使用隔減震系統可大幅降低橋 施工 運至現場後組裝成橋墩 其在工期 噪 柱所受之地震力 柱底不致產生塑鉸 現若無 音 工程廢料 人工機具需求以及施工範圍等 法採用有效之隔減震方式 勢必如傳統橋柱一 方面確實具有優勢 甚至在適當的規劃設計配 般 經由耐震設計考量 在大地震時於柱底產 合下 可不經由施工便道 大幅降低對環境的 生塑鉸 衝擊與干擾 鋼 質托架 (錨錠 於第一 節塊 ) 鋼質 托架 (錨錠於 第一 節塊 ) 節塊 定位 油壓 機 節塊 定位 油壓機 系 統模 板背 支撐 型 鋼及 節塊 支柱 系 統模板 背支 撐 型 鋼及節 塊支 柱 場鑄段 需澆 置 到預鑄 第一 節 塊頂下 0CM 擋土 支撐 S TE P : 架設系 統模板 及第 一節塊 STEP : 基 礎施工 鋼 質托 架(錨錠 於節 塊中 ) 螺 栓施拉 預力 使節 塊斷 面 產生.8KG/ CM之 壓 力 (不 含自 重)以利 環氧 樹 酯接合 (TY P. ) 套 管內 澆 灌水 泥漿 預鑄帽梁 預鑄橋墩節塊 圖5 預鑄橋墩生產照片圖 STEP 4 : 預 鑄節塊吊 裝 STEP 5 : 預 鑄節塊 吊裝至 帽梁 STEP 3 : 澆置 場鑄段 墩柱 STEP 6 : 穿 鋼鍵後 施拉預 力, 安裝帽梁 頂支承 圖4 南下線預鑄橋墩之施工流程 88 No.89 January, 0 No.89 January, 0 89

45 No.89 January, 0 No.89 January, 0

46 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 桃園機場捷運青山 路陡坡段橋梁與竹 削型開挖擋土結構 之設計與施工 ABSTRACT 台灣地區坡地面積大且地形陡峭 橋梁工址經過山坡地是不可避免的 橋梁於邊坡施 工時 將會面臨施工空間受限 現地支撐不易以及基礎開挖困難等挑戰 桃園國際機場聯外 捷運系統建設計畫之青山路陡坡段即為典型之工程案例 其邊坡坡度約為5 ~50 地層 以礫石層為主 由於工址邊坡陡峭 且橋墩高度達約0~40m 如何避免大量開挖 並提高 施工安全性及減低對工址環境衝擊 為本工程之重要課 因此 本工程橋梁乃採支撐先進 工法及平衡懸臂工法以減少現地支撐作業 其中支撐先進工法採60m大跨度配置以減少下部 結構數量 為國內此工法跨度最長之案例 另基礎開挖首度採用竹削型開挖擋土結構 以最 小範圍進行開挖作業 可降低基礎之長期側向土壓力 同時解決邊坡穩定及擋土支撐的問 將工程對環境景觀生態之影響降至最低 就景觀性 環保性 施工性 經濟性及安全性 等 本工程皆較傳統工法有所提昇 本文概述此陡坡路段工程內容 並介紹其工法特色及技 術重點 關鍵詞 竹削型開挖擋土結構 井筒基礎 支撐先進工法 平衡懸臂工法 台灣世曦工程顧問股份有限公司 總經理 張荻薇 台灣世曦工程顧問股份有限公司 資深協理 王炤烈 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 副理 張志斌 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫經理 彭知行 4 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 劉醇宇 壹 前言 密結合 路線全長5.03km 共設個車站 詳圖工程位置圖 本計畫路線除通過都會區域 桃園國際機場聯外捷運計畫連結台北車 外 部分路線亦位於自然景觀植生豐富之陡峭 站 臺灣桃園國際機場 高鐵桃園車站等交通 邊坡上 其中青山路段地形尤具特殊性 工程 運輸樞紐 使國際航線與國內交通網路得以緊 施作條件極為嚴竣 如何兼顧工程技術及環境 9 No.89 January, 0 圖 工程位置圖 No.89 January, 0 93

47 保 護, 降 低 工 程 施 作 對 既 有 環 境 之 衝 擊, 為 本 計 畫 應 考 量 之 重 要 議 坡 就 景 觀 性 環 保 性 施 工 性 及 經 濟 性 等, 本 工 程 皆 優 於 一 般 傳 統 作 法, 可 提 供 國 內 橋 梁 工 程 於 陡 峭 邊 坡 設 計 及 施 工 之 技 術 參 考 經 過 山 坡 地 之 橋 梁, 施 工 時 常 因 工 址 地 形 條 件 限 制 而 面 臨 許 多 挑 戰 ; 其 中 上 部 結 構 施 工 時, 常 遭 遇 現 地 支 撐 架 設 不 易 施 工 空 間 受 限 等 課 通 常 山 區 橋 梁 皆 採 懸 臂 工 法 或 支 撐 先 進 工 法 配 置, 惟 懸 臂 工 法 所 需 工 期 較 長, 而 一 般 支 撐 先 進 工 法 之 跨 度 僅 約 40~45m, 就 陡 峭 邊 坡 而 言, 除 將 因 橋 墩 數 量 增 加 造 成 工 程 經 費 增 加 外, 亦 將 因 大 量 開 挖 施 工 破 壞 現 地 景 觀 及 環 境 並 增 加 邊 坡 施 工 風 險 至 於 下 部 結 構 基 礎 施 作 時 通 常 遭 遇 土 方 開 挖 後 邊 坡 穩 定 處 理 及 擋 土 支 撐 等 課 目 前 常 用 之 邊 坡 穩 定 處 理 工 法 包 括 掛 網 噴 凝 土 加 勁 格 網 擋 土 牆 格 梁 地 錨 RC 擋 土 牆 排 樁 擋 土 或 降 低 邊 坡 坡 度 及 載 重 等 工 法 各 種 工 法 皆 有 其 適 用 性, 不 論 採 用 何 種 工 法 皆 有 坡 度 及 高 度 限 制 大 量 土 方 開 挖 基 礎 長 期 承 受 側 向 土 壓 力 及 破 壞 當 地 生 態 景 觀 等 缺 點 有 關 開 挖 擋 土 支 撐 方 式, 傳 統 工 法 皆 採 自 然 邊 坡 開 挖 鋼 板 ( 軌 ) 樁 擋 土 或 預 壘 樁 擋 土 等 方 式, 各 工 法 皆 可 能 有 適 用 土 層 限 制 開 挖 範 圍 大 擋 土 支 撐 施 作 困 難 作 業 空 間 受 限 或 工 期 長 費 用 高 等 缺 點 貳 青 山 路 陡 坡 段 地 形 地 質 及 工 程 概 要 一 地 形 及 地 質 機 場 捷 運 計 畫 DE0 標 青 山 路 段 位 於 林 口 台 地 東 緣 與 台 北 盆 地 西 南 緣 交 接 處 其 沿 線 地 面 高 程 從 0m 爬 升 至 40m, 路 側 坡 度 約 為 5 ~50 ( 如 圖 所 示 ) 地 層 以 第 四 紀 更 新 世 之 林 口 礫 石 為 主, 上 方 並 覆 蓋 約 ~0m 的 紅 土 層 或 棕 黃 色 風 化 土 層 本 路 段 東 南 側 有 4 條 地 質 構 造 線 通 過, 由 東 向 西 分 別 為 崁 腳 斷 層 金 山 斷 層 山 腳 斷 層 及 新 莊 斷 層 ( 詳 圖 3) 其 中 山 腳 斷 層 為 第 二 類 活 動 斷 層, 距 離 本 路 段 約 km 左 右 ; 金 山 斷 層 為 存 疑 性 活 動 斷 層 ; 而 崁 腳 斷 層 與 新 莊 斷 層 屬 於 非 活 動 斷 層, 對 本 路 線 工 程 影 響 不 大 地 下 水 分 佈 受 到 台 地 地 形 影 響, 東 側 下 緣 地 下 水 分 佈 多 在 地 表 下 m 內, 局 部 零 星 地 點 地 下 水 水 位 偶 而 會 高 於 地 表 而 產 生 自 湧 現 象, 但 隨 著 台 地 高 程 增 加, 地 下 水 分 佈 深 度 則 逐 漸 加 深, 至 台 地 頂 端, 地 下 水 位 則 已 低 於 地 表 下 60m [, ] 圖 3 區 域 地 質 圖 本 區 地 表 層 主 要 為 棕 黃 色 粉 土 質 砂 或 粉 土 質 黏 土, 其 下 均 為 林 口 礫 石 表 層 土 壤 由 林 口 礫 石 風 化 殘 留 而 成, 主 要 以 棕 黃 色 粉 土 質 砂 夾 配 合 工 址 地 形 條 件 及 土 壤 特 性, 研 擬 適 當 的 橋 梁 配 置 及 基 礎 施 工 方 案, 以 確 保 施 工 安 全 及 降 低 對 環 境 衝 擊 粉 土 質 粘 土 及 礫 石 所 組 成, 礫 石 粒 徑 不 一, 一 般 在 5cm 以 下, 以 石 英 砂 岩 為 主 由 地 質 成 分 及 二 橋 梁 配 置 現 地 坡 度 可 知 工 址 土 壤 具 有 良 好 之 自 立 性, 且 為 不 具 有 結 構 弱 面 或 順 向 坡 之 邊 坡 本 路 段 簡 化 土 層 及 其 設 計 參 數 如 表 本 路 段 自 新 莊 市 台 線 開 始, 至 青 山 路 路 塹 段 止, 全 長 約,40m, 橋 面 寬 度 約 為 0m 因 配 合 立 面 線 形 需 求, 橋 墩 高 度 約 為 0~40m 橋 表 青 山 路 段 地 層 特 性 梁 係 沿 青 山 路 右 側 邊 坡 佈 設, 其 中 有 三 處 因 跨 地 層 概 況 深 度 (m) N 值 自 然 含 水 量 (%) 單 位 重 (t/m 3 ) 孔 隙 比 凝 聚 力 (kg/cm ) 表 土 層.0~3.0 7~47.5~ ~ 礫 石 層 3 以 下 00.79~.6-0.~0.4 越 路 口 或 溪 流 須 配 設 大 跨 度 橋 梁, 其 配 設 原 則 概 述 如 下 :. 本 路 段 橋 梁 型 式 因 配 合 上 部 結 構 施 築 材 料 之 運 輸 及 吊 裝 現 地 進 出 道 路 受 限 等 問 須 詳 加 考 量, 原 則 上 加 大 跨 徑 以 減 少 下 部 結 構 施 工 時 對 現 地 的 影 響 本 計 畫 於 青 山 路 段 之 高 架 橋 長 約.4 km, 部 分 橋 梁 必 須 於 自 然 陡 坡 上 施 工 為 降 低 工 程 施 作 對 當 地 生 態 環 境 影 響, 且 在 維 護 自 然 景 觀 確 保 邊 坡 安 全 等 條 件 下, 考 量 工 程 的 施 工 性 經 濟 性 及 縮 短 工 期 等 因 素, 本 路 段 橋 梁 採 支 撐 先 進 工 法 及 平 衡 懸 臂 工 法 以 減 少 現 地 支 撐 作 業, 其 中 支 撐 先 進 工 法 並 採 60m 大 跨 度 配 置 以 減 少 下 部 結 構 數 量, 為 國 內 跨 度 最 長 之 案 例 ; 另 基 礎 開 挖 參 考 國 外 技 術, 研 提 國 內 首 次 採 用 之 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 本 橋 梁 工 程 配 置 可 大 幅 減 少 基 礎 數 量, 亦 無 須 就 地 支 撐, 且 開 挖 範 圍 僅 需 考 量 基 礎 之 量 體 及 其 最 小 之 施 工 空 間, 可 將 邊 坡 擾 動 範 圍 降 至 最 小, 施 工 時 毋 需 大 型 機 具, 適 用 於 作 業 空 間 受 限 的 陡 峭 邊 摩 擦 角 ( o ) 3 3~36. 大 跨 度 橋 梁 包 括 第 一 段 跨 越 中 山 路 採 50m+85m+50m=85m 第 二 段 跨 越 啞 口 坑 溪 採 70m+05m+70m=45m 第 三 段 跨 越 啞 口 坑 溪 及 青 山 路 段 則 採 用 70m+00m+60m=30m, 皆 採 平 衡 懸 臂 工 法 施 作 由 於 工 址 坡 度 高 達 5 ~50, 現 地 支 撐 架 設 不 易 施 工 空 間 受 限, 橋 梁 若 採 一 般 傳 統 型 式 配 置, 則 需 要 大 量 土 方 開 挖 及 大 範 圍 邊 坡 處 理 作 業, 將 嚴 重 破 壞 當 地 生 態 景 觀 因 此 必 須 94 No.89 January, 0 圖 工 址 現 況 地 形 No.89 January, 0 95

48 3. 除 上 述 特 殊 橋 梁 配 置 外, 其 餘 路 段 配 合 地 形 坡 地 及 沖 蝕 溝 等 條 件, 跨 度 配 置 約 為 50~60m, 原 則 上 採 跨 連 續 配 置, 以 符 合 軌 道 應 力 需 求, 且 皆 採 支 撐 先 進 工 法 施 作, 為 目 前 國 內 支 撐 先 進 工 法 跨 度 最 長 之 案 例 本 路 段 是 否 採 用 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 之 評 估, 主 要 視 邊 坡 狀 況 而 定 原 則 上 若 原 地 表 邊 坡 經 穩 定 分 析 後 之 安 全 係 數 可 符 合 規 定, 且 現 地 坡 面 植 生 狀 況 良 好, 則 可 採 用 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 ; 若 原 地 表 經 地 質 調 查 結 果 顯 示 短 期 曾 有 崩 塌 發 生 或 經 穩 定 分 析 後 之 安 全 係 數 無 法 符 合 規 定 要 求, 則 需 進 行 坡 面 整 治, 再 以 格 梁 加 岩 栓 護 坡 方 式 保 護 坡 面, 並 採 直 接 開 挖 工 法 施 作 基 礎 經 研 析 後, 本 路 段 共 有 5 墩 可 採 用 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 參 青 山 路 段 橋 梁 之 設 計 及 施 工 一 橋 梁 設 計 距 為 60m 為 維 持 外 觀 一 致 增 加 模 板 翻 用 次 數 減 少 工 程 費 用 等 考 量, 橋 梁 採 等 梁 深 配 置, 梁 深 依 最 大 跨 徑 60m 處 之 需 求 決 定, 採 用 3.5m, 橋 梁 跨 深 比 約 為 7, 與 標 準 段 跨 深 比 5 約 略 接 近 另 本 案 為 供 捷 運 行 駛 之 鐵 路 橋 梁, 結 構 單 元 配 置 須 符 合 橋 梁 結 構 與 軌 道 設 施 互 制 之 分 析 結 果, 故 本 路 段 採 兩 跨 連 續 梁 或 簡 支 梁 本 工 程 橋 梁 設 計 載 重 除 本 身 自 重 及 軌 道 設 施 機 電 設 施 護 欄 隔 音 牆 等 附 加 靜 載 重 外, 另 依 據 機 電 系 統 承 包 商 所 提 供 之 車 輛 軸 重 及 輪 距 計 算 活 載 重, 並 按 交 通 部 頒 布 之 鐵 路 橋 梁 設 計 規 範 鐵 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 及 桃 園 國 際 機 場 聯 外 捷 運 系 統 建 設 計 畫 - 土 建 車 站 及 其 他 機 電 設 備 設 計 規 範 [3] 等 相 關 規 定 設 計 及 檢 核 橋 梁 結 構 4. 橋 墩 基 礎 考 量 邊 坡 施 工 空 間 限 制 大 型 機 具 無 法 到 達, 除 6 座 位 於 平 面 道 路 採 樁 基 礎 外, 其 餘 6 座 皆 採 直 徑 8~0m 深 度 5~5m 之 井 筒 或 沉 箱 基 礎, 其 中 5 座 井 筒 基 礎 之 開 挖 擋 土 配 合 採 竹 削 式 擋 土 結 構 物 施 作 ( 二 ) 平 衡 懸 臂 工 法 青 山 路 段 於 跨 越 中 山 路 啞 口 坑 溪 青 山 路 等 三 處, 因 綜 合 考 量 交 通 維 持 水 路 維 護 環 境 保 護 等 因 素, 採 中 大 跨 度 配 置 較 為 適 宜, 並 以 平 衡 懸 臂 工 法 施 作, 各 結 構 單 元 之 跨 度 分 別 為 50m+85m+50m=85m 70m+05m+70m=45m 70m+00m+60m=30m, 梁 深 由 柱 頭 處 6m 漸 變 至 跨 度 中 央 為 3.5m 三 竹 削 式 擋 土 結 構 開 挖 工 法 本 路 段 因 位 於 青 山 路 邊 坡, 道 路 狹 小 且 彎 曲, 運 輸 及 進 出 動 線 不 良 施 工 空 間 受 限, 較 不 適 宜 採 用 現 場 吊 裝 工 法 另 因 本 路 段 邊 坡 坡 度 較 陡 峭, 橋 墩 高 度 最 高 達 40m, 採 用 場 撐 工 法 風 險 過 高, 亦 不 適 宜 採 用 經 綜 合 考 量 後, 本 路 段 橋 梁 應 以 支 撐 先 進 工 法 或 平 衡 懸 臂 工 法 施 作 連 續 預 力 箱 型 梁 橋 最 為 經 濟 一 般 邊 坡 開 挖 之 破 壞 機 制 可 分 為 四 類 :() 圓 弧 型 破 壞 () 平 面 滑 動 破 壞 (3) 楔 型 破 壞 (4) 翻 倒 型 破 壞 其 中 (3) (4) 類 破 壞 機 制 在 本 基 地 之 地 層 構 成 條 件 應 不 致 發 生,() 類 破 壞 通 常 發 生 在 具 有 節 理 之 岩 楔 的 平 面 型 順 向 坡, 本 邊 坡 所 在 地 層 大 多 屬 卵 礫 石 層, 故 較 易 產 生 () 類 之 圓 弧 滑 動 破 壞 邊 坡 穩 定 分 析 時 採 用 極 限 平 衡 分 析 法 進 行 分 析, 並 求 得 邊 坡 在 平 時 暴 雨 及 地 震 情 況 下 安 全 係 數 最 小 之 滑 動 面 依 機 場 捷 運 計 畫 土 建 車 站 及 其 他 機 電 設 備 設 計 規 範 之 規 定 [3], 邊 坡 永 久 性 或 臨 時 性 穩 定 分 析 要 求, 其 安 全 係 數 應 符 合 表 規 定 圖 4 竹 削 型 擋 土 結 構 物 示 意 圖 ( 一 ) 支 撐 先 進 工 法 青 山 路 段 除 三 處 所 需 跨 徑 較 大, 須 採 平 衡 懸 臂 工 法 外, 其 餘 均 採 支 撐 先 進 工 法 施 作 本 路 段 路 線 縱 坡 綜 合 考 量 青 山 路 段 隧 道 位 置 及 列 車 爬 坡 能 量 限 制 等 因 素, 採 4.904% 設 置, 對 於 以 支 撐 先 進 工 作 車 施 工 而 言 略 大, 然 因 鐵 路 橋 梁 全 寬 通 常 較 小, 本 路 段 橋 梁 全 寬 依 曲 線 路 段 車 輛 淨 空 包 絡 線 需 求 而 有 所 變 化, 僅 約 在 9.m 至 0.6m 之 間 經 詢 訪 國 內 工 作 車 廠 商, 在 前 述 條 件 限 制 下, 國 內 廠 商 均 可 設 計 足 夠 能 量 之 推 進 設 備, 將 工 作 車 以 60m 跨 距 推 進, 惟 推 進 方 式 建 議 由 下 往 上 推 進 較 為 安 全 二 橋 梁 施 工 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 為 近 年 來 日 本 所 開 發 之 新 技 術, 在 日 本 已 有 許 多 應 用 實 績 竹 削 型 顧 名 思 義 即 是 竹 子 斜 削 之 中 空 斷 面 形 狀, 其 施 工 方 式 係 先 於 原 有 邊 坡 表 面 施 作 上 環 形 梁, 再 於 環 形 梁 內 側 逐 層 開 挖 並 施 作 竹 削 壁 體 及 打 設 岩 栓, 在 開 挖 至 設 計 基 礎 頂 面 時, 施 作 底 座 環 形 梁, 底 座 環 形 梁 完 成 後, 即 形 成 一 位 於 邊 坡 面 下 之 中 空 斷 面 竹 削 型 結 構 物, 橋 梁 之 基 礎 則 於 此 中 空 斷 面 內 施 作 本 工 法 除 可 處 理 基 礎 開 挖 時 之 邊 坡 穩 定 問, 亦 可 作 為 開 挖 時 之 擋 土 支 撐 系 統, 具 有 一 舉 兩 得 之 雙 重 效 益 其 主 要 構 造 可 以 細 分 為 : 上 環 形 梁 補 強 材 ( 地 錨 或 岩 栓 ) 竹 削 壁 體 及 底 座 環 形 梁, 其 構 本 路 段 支 撐 先 進 工 法, 受 跨 越 路 口 或 溪 流 之 大 跨 度 平 衡 懸 臂 橋 梁 阻 隔, 可 分 為 B68~B63 B634~B640 及 B64~B646 等 三 區 段, 各 區 段 橋 梁 總 長 度 分 別 為 545m 60m 及 540m 原 設 計 施 工 構 想, 承 包 商 可 於 本 路 段 僅 採 用 兩 部 工 作 車, 依 據 其 施 工 順 序, 於 其 中 任 一 區 段 橋 梁 完 成 後, 將 工 作 車 拆 卸 至 第 三 區 段 使 用 實 際 施 工 時, 因 施 工 順 序 動 線 規 劃 調 整 得 宜, 配 合 局 部 攢 趕, 可 在 平 衡 懸 臂 橋 梁 施 作 前, 施 作 臨 時 支 撐 架, 將 工 作 車 空 推 通 過, 節 省 工 作 車 拆 卸 所 需 之 時 間, 詳 圖 5 表 邊 坡 穩 定 分 析 安 全 係 數 常 時 水 位 FS.5 永 久 性 邊 坡 地 震 + 常 時 水 位 FS. 高 水 位 ( 暴 雨 ) FS. 常 時 水 位 FS. 臨 時 性 邊 坡 地 震 + 常 時 水 位 FS.0 高 水 位 ( 暴 雨 ) FS. 造 詳 圖 4 所 示 [4] 因 此, 青 山 路 段 橋 梁 配 合 現 地 條 件, 跨 距 採 40m 至 60m 不 等, 其 中 最 大 跨 本 路 段 支 撐 先 進 工 法 所 需 承 載 之 橋 梁 靜 載 重 約 為,440 噸, 承 包 商 所 採 用 之 工 作 車 則 為,450 噸, 每 跨 施 工 時 間 約 為 4 天, 施 工 現 況 照 96 No.89 January, 0 No.89 January, 0 97

49 片 詳 圖 6 本 路 段 平 衡 懸 臂 工 法 最 重 節 塊 重 量 為 57 噸, 採 用 80 噸 重 之 工 作 車, 柱 頭 節 塊 施 工 約 60 天, 每 節 塊 施 工 約 0 天, 施 工 現 況 照 片 詳 圖 7 肆 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 一 竹 削 型 擋 土 結 構 設 計 且 為 不 具 結 構 弱 面 或 順 向 坡 之 邊 坡, 故 適 用 本 工 法 在 地 形 方 面, 通 常 以 邊 坡 坡 度 大 小 評 估 本 工 法 是 否 具 有 經 濟 效 益 當 邊 坡 太 過 平 緩 時, 本 工 法 較 不 具 經 濟 性, 應 改 採 其 他 工 法 至 於 邊 坡 坡 度 是 否 達 到 經 濟 效 益, 通 常 需 與 竹 削 型 結 構 物 內 徑 尺 寸 整 體 考 量 竹 削 型 結 構 物 內 徑 適 用 尺 寸 約 為 ~8m 之 間, 且 須 大 於 基 礎 直 徑 約.5~4m, 以 便 於 基 礎 施 作 時, 提 供 足 夠 的 施 工 作 業 空 間 而 配 合 竹 削 型 結 構 物 之 直 徑, 靠 山 側 之 最 高 開 挖 深 度 須 在 5~0m 的 情 況 下, 方 具 經 濟 效 益 以 本 工 程 為 例, 靠 山 側 最 大 開 挖 深 度 為 8m, 配 合 本 計 畫 此 路 段 高 架 橋 採 用 之 井 筒 基 礎 尺 寸, 其 竹 削 型 結 構 物 所 需 內 徑 為.8m 竹 削 型 擋 土 結 構 於 規 劃 階 段 需 考 量 的 因 素 主 要 包 括 經 濟 效 益 及 安 全 需 求, 通 常 依 據 工 址 地 質 地 形 地 下 水 及 鄰 近 構 造 物 等 因 素 評 估 工 法 之 可 行 性 [5] 在 地 質 方 面, 不 論 土 層 為 岩 層 卵 礫 石 或 砂 土 層, 只 要 具 有 適 當 的 自 立 性, 竹 削 型 擋 土 結 構 皆 可 適 用 惟 施 工 時 必 須 將 邊 坡 變 位 控 制 在 容 許 範 圍 內, 尤 其 是 在 容 易 發 生 大 變 位 的 邊 坡, 變 位 檢 核 為 不 可 或 缺 的 工 作 各 類 地 質 之 適 用 性 可 依 據 滑 動 面 形 狀 及 崩 塌 型 態 作 為 評 估 依 據, 詳 表 3 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 之 地 質 適 用 性 評 估 依 表 3 所 示, 除 位 於 順 向 坡 或 具 有 破 碎 帶 之 構 造 弱 面 的 邊 坡 不 適 宜 採 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 外, 其 餘 地 質 皆 可 適 用 依 據 本 文 第 貳 節 所 述, 本 工 址 地 質 主 要 以 礫 石 層 為 主, 圖 5 支 撐 先 進 工 法 工 作 車 空 推 過 程 圖 6 支 撐 先 進 工 法 施 工 現 況 除 了 前 述 地 質 及 地 形 之 評 估 外, 尚 需 考 量 地 下 水 位 是 否 過 高 有 無 湧 水 現 象 可 否 以 抽 排 水 方 式 克 服 ; 以 及 是 否 有 鄰 近 結 構 物 開 挖 過 程 中 結 構 物 安 全 如 何 確 保 等 若 前 揭 問 皆 可 克 服, 則 可 採 用 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 表 3 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 之 地 質 適 用 性 評 估 圖 7 平 衡 懸 臂 工 法 施 工 現 況 98 No.89 January, 0 No.89 January, 0 99

50 竹 削 型 結 構 物 的 設 計 工 作 大 致 上 可 區 分 為 穩 定 分 析 與 各 構 件 細 部 設 計, 說 明 如 下 : 二 竹 削 型 擋 土 結 構 施 工 ( 二 ) 竹 削 型 結 構 本 體 施 工 步 驟 有 關 竹 削 型 結 構 物 之 施 工 步 驟 概 述 ( 一 ) 穩 定 分 析 穩 定 分 析 係 考 量 邊 坡 開 挖 時 之 可 能 破 壞 機 制, 並 分 析 各 種 情 況 下 之 安 全 係 數 是 否 符 合 規 範 其 分 析 包 括 外 部 穩 定 分 析 及 內 部 穩 定 分 析, 其 中 外 部 穩 定 分 析 係 檢 核 竹 削 型 結 構 是 否 發 生 平 面 滑 動 或 傾 覆 破 壞 ; 而 內 部 穩 定 分 析 則 檢 核 邊 坡 本 身 是 否 發 生 崩 塌 破 壞 有 關 外 部 穩 定 分 析 係 參 考 土 釘 加 勁 工 法, 將 竹 削 壁 體 後 方 以 岩 栓 加 勁 之 土 層 視 為 一 擋 土 結 構, 再 依 擋 土 牆 之 分 析 方 式 檢 核 其 穩 定 性, 詳 圖 8 所 示 ; 至 於 內 部 穩 定 分 析 則 為 檢 核 邊 坡 可 能 滑 動 面 之 安 全 性, 詳 圖 9 所 示 穩 定 分 析 之 結 果 可 作 為 決 定 補 強 材 ( 岩 栓 ) 長 度 之 依 據 本 工 程 共 計 有 5 座 橋 墩 基 礎 採 用 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 施 作, 配 合 現 地 地 形 及 邊 坡 坡 度, 其 設 置 之 上 環 形 梁 角 度 約 5 ~5, 竹 削 壁 體 牆 身 之 高 度 約 在 5.9~6.4m 為 克 服 陡 峭 邊 坡 地 形, 施 工 時 須 配 合 特 殊 改 良 之 機 具 進 行 岩 栓 鑽 設, 施 工 人 員 需 以 綿 繩 捆 綁 固 定 於 現 地 牢 固 點 位, 並 配 帶 個 人 防 墜 器 及 安 全 帶 方 式 進 行 上 環 形 梁 鋼 筋 綁 紮 及 模 板 組 立 竹 削 型 結 構 物 之 施 工 順 序 為 施 工 通 道 測 量 放 樣 上 環 形 梁 施 作 竹 削 壁 體 施 作 底 座 環 形 梁 施 作 等 步 驟, 完 成 後 進 行 井 筒 基 礎 逐 層 ( 輪 ) 開 挖 及 支 撐 組 立 至 基 礎 底, 再 進 行 井 筒 基 礎 結 構 體 及 墩 柱 施 作, 並 於 上 部 結 構 施 作 完 成 後 進 行 竹 削 壁 體 與 橋 墩 間 土 方 回 填 及 植 生 綠 美 化 工 作 其 施 工 作 業 以 施 工 前 準 備 及 結 構 本 體 施 工 說 明 如 下 : 如 下 ( 參 見 圖 0 施 工 步 驟 示 意 圖 ):. 基 地 整 理 及 岩 栓 施 作 : 清 除 上 環 形 梁 預 定 位 置 處 之 雜 草 樹 木 等 地 上 物 並 適 度 整 平 後, 於 地 表 面 上 噴 凝 土 及 施 作 岩 栓, 並 沿 預 定 竹 削 型 結 構 壁 體 位 置 打 設 垂 直 補 強 筋. 施 作 地 面 上 之 上 環 形 梁 : 於 地 表 噴 凝 土 面 上 進 行 鋼 筋 及 模 板 組 立, 再 以 噴 凝 土 施 作 上 環 形 梁 結 構 體 圖 9 內 部 穩 定 分 析 模 式. 竹 削 壁 體 : 竹 削 壁 體 須 配 置 適 量 的 補 強 材 ( 岩 栓 ) 共 同 抵 抗 壁 體 後 方 之 土 壓 力, 以 避 免 邊 坡 崩 塌 竹 削 壁 體 採 噴 凝 土 施 作, 並 分 二 層 施 工 第 一 層 厚 度 為 5cm, 用 以 穩 定 土 層 表 面 土 壤 ; 第 二 層 厚 度 為 0cm 並 配 置 鋼 線 網, 用 以 固 定 補 強 材 ( 岩 栓 ) 並 提 供 整 體 剛 度 3. 第 一 次 向 下 開 挖 與 施 作 岩 栓 : 沿 上 環 形 梁 內 側 垂 直 向 下 開 挖 約.m, 並 施 作 5cm 噴 凝 土 以 穩 定 開 挖 面 後, 再 施 打 竹 削 壁 體 岩 栓 ( 二 ) 構 造 細 部 設 計. 上 環 形 梁 : 施 築 於 邊 坡 表 面, 其 功 能 為 提 高 地 表 之 剛 度 以 降 低 開 挖 時 地 表 及 竹 削 壁 體 之 變 位 設 計 時 採 強 制 變 位 法 設 計, 本 工 程 上 環 形 梁 尺 寸 為.0m 0.6m ( 一 ) 施 工 前 準 備 作 業 由 於 竹 削 型 擋 土 結 構 開 挖 工 法 係 於 邊 坡 施 作, 因 此 施 工 前 須 先 進 行 施 工 通 道 施 作 現 地 清 理 及 測 量 放 樣 等 作 業, 分 述 如 下 :. 施 工 通 道 : 本 路 段 竹 削 型 結 構 物 均 位 於 陡 峭 邊 坡, 地 形 不 佳 且 緊 臨 民 房, 需 開 闢 施 工 動 線, 施 工 前 依 現 地 條 件 先 施 作 施 工 通 道 ( 施 工 便 道 或 施 工 棧 橋 ), 並 施 作 民 房 保 護 措 施, 使 機 具 設 備 施 工 材 料 施 工 車 輛 人 員 等 可 到 達 每 一 竹 削 型 結 構 位 置 施 工 通 道 寬 度 規 劃 為 6m, 由 於 受 現 場 地 形 地 貌 及 用 地 取 得 等 條 件 限 制, 施 作 時 視 現 況 局 部 調 整 4. 施 作 竹 削 壁 體 : 於 垂 直 開 挖 面 表 面 鋪 設 鋼 線 網 及 施 打 垂 直 補 強 筋 後, 再 以 噴 凝 土 施 作 0cm 厚 之 竹 削 壁 體 3. 補 強 材 : 本 工 程 補 強 材 採 用 自 鑽 式 岩 栓 處 理 設 置 位 置 包 括 上 環 形 梁 及 竹 削 壁 體, 其 中 上 環 形 梁 補 強 材 的 功 用 為 固 定 環 形 梁 及 避 免 滑 動, 僅 設 置 於 靠 山 側 ; 而 竹 削 壁 體 補 強 材 的 功 用 則 為 增 加 邊 坡 穩 定 並 抑 制 變 形 發 生 本 工 程 上 環 形 梁 岩 栓 長 度 為 6m, 竹 削 壁 體 岩 栓 長 度 為 4m, 配 置 間 距 皆 採 m 左 右 5. 第 二 次 向 下 開 挖 與 岩 栓 施 作 : 再 沿 開 挖 面 內 側 垂 直 向 下 開 挖 約.m, 並 施 作 5cm 噴 凝 土 穩 定 開 挖 面 後, 再 施 作 第 二 層 之 竹 削 壁 體 岩 栓 4. 底 座 環 型 梁 : 底 座 環 型 梁 之 功 用 為 保 持 竹 削 型 結 構 底 部 形 狀, 並 提 供 橋 墩 井 筒 基 礎 施 工 時 之 作 業 空 間 底 座 環 型 梁 內 側 頂 緣 即 為 井 筒 基 礎 頂 部, 其 內 徑 即 等 於 井 筒 基 礎 的 外 徑 本 工 程 底 座 環 形 梁 之 厚 度 為 50cm, 其 內 徑 ( 即 井 筒 基 礎 外 緣 ) 至 竹 削 壁 體 之 距 離 為.4m 6. 重 複 步 驟 4 5 至 竹 削 壁 體 施 作 達 井 筒 基 礎 開 挖 面 7. 施 築 底 座 環 形 梁, 完 成 竹 削 型 結 構 物 本 體 : 於 竹 削 壁 體 結 構 體 開 挖 面 底 部 整 地 後, 進 行 鋼 筋 及 模 板 組 立, 並 澆 置 混 凝 土 完 成 底 座 環 形 梁 結 構 體. 現 地 清 理 及 測 量 放 樣 : 於 現 地 之 竹 削 型 結 構 範 圍 進 行 地 表 清 理 工 作, 並 進 行 現 地 測 量 收 方, 完 成 後 將 測 量 資 料 套 繪 設 計 圖 繪 製 施 工 圖, 並 將 上 環 形 梁 位 置 於 現 地 放 樣 8. 施 作 井 筒 基 礎 及 橋 墩, 完 成 橋 梁 下 部 結 構 : 於 底 座 環 形 梁 內 側 向 下 開 挖, 進 行 井 筒 基 礎 作 業 後, 再 向 上 施 作 墩 柱, 完 成 橋 梁 下 部 結 構 施 作 00 No.89 January, 0 圖 8 外 部 穩 定 分 析 模 式 No.89 January, 0 0

51 以上各階段現地施工照片詳圖 步驟 基地整理及岩栓施作 步驟 施作地面之上環形梁 (a) 上環形梁岩栓鑽設 (b) 上環形梁鋼筋綁紮 (c) 上環形梁鋼筋綁紮 步驟3 第一次向下開挖與岩栓施作 步驟4 施作竹削結構壁體 (d) 上環形梁噴凝土 (e) 壁體降挖 (f) 竹削壁體岩栓鑽設 步驟5 第二向下開挖與岩栓施作 步驟6 重複步驟4 5直至抵達井筒基礎開挖面 (g) 底座環形梁混凝土澆置完成 (h) 竹削結構完成 (i) 施作井筒基礎 0 No.89 January, 0 步驟7 施築底座環形梁 步驟8 施作井筒基礎及橋墩 圖0 竹削型擋土結構施工步驟圖 (j) 施作橋墩 (k) 工區施工現況 圖 竹削型擋土結構施工照片 (l) 橋梁施工完成 (國外參考照片) No.89 January, 0 03

52 表4 遭遇問與處理對策 遭 遇 問 處理方式及對策.上環形梁岩栓施工 因邊坡為斜坡面 一般鑽堡無法站立 且打設岩栓長度為 承包商特別使用經由挖土機 吊車臂及鑽機頭所組合改良之 機具 可配合地形進行上環形梁岩栓鑽設 6m 若採手提式鑽機 其鑽設亦有困 難.因現地邊坡陡峭 於斜坡面組立上環形 梁鋼筋 施工人員無法站立 作業困 難 施工人員以綿繩捆綁固定於現地牢固點位 並配帶個人防墜 器及安全帶方式進行上環形梁鋼筋綁紮及模板組立 克服陡 峭邊坡地形 3.部分竹削型結構上環形梁谷側距路權線 僅數m 且緊鄰民房 現場作業空間狹 小 施工場地及動線安排較困難 妥善規劃各竹削型結構施工之先後順序及佈設吊車 空壓 機 噴漿機停放位置 暨運土車輛進出運送動線 對於緊鄰 民房之路段先打設鋼軌樁及安裝鋼板進行民房安全防護 避 免發生土石滾落造成損鄰事件 4.部分竹削型結構因現地高程落差 坡面 角度達50度 施作困難 施工人員以繩索垂吊方式進行竹削型結構之各項作業 尤其 鋼筋綁紮及岩栓鑽設必須搭配吊車吊掛材料及護籠逐步施 作 作業須非常小心 並隨時注意安全 5.部分竹削型結構壁體降挖時因表土層較 鬆散且地表水滲流 造成局部土石坍 落 上環形梁底部掏空 現場立即暫緩開挖作業 迅速以噴凝土封面處理 控制坍落 範圍避免再擴大 隨即舖設鋼線網進行噴凝土作業 同時預 留灌漿管 待隔天再將該孔洞灌漿填實 及特殊施工技術 亦無內部 本文尚祈各界先進不吝賜教 希望經過不斷檢 支撐 特別適用於陡峭邊坡 討改進 期使行經山區陡坡的橋梁設計與施工 開挖 益加精進 經濟性 本工程橋梁配置因減少大量 土方開挖作業與邊坡穩定處 參考文獻 理費用 故工程費較一般傳 統工法節省 同時亦可節省 高額的水土保持經費. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 臺灣 桃園國際機場聯外捷運系統建設計畫細部 設計及施工監造顧問服務 DE0標大地工程 工期性 本工程因毋須架設地面支撐 及免除大規模開挖與邊坡穩 設計綜合告C版 交通部高速鐵路工程 局成果告 民國96年4月 定處理作業 因此工期較一 般傳統工法縮短. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 臺灣 桃園國際機場聯外捷運系統建設計畫細部 (三) 遭遇問與處理對策 安全性 本工程將開挖數量及範圍降 設計及施工監造顧問服務 DE0標補充地質 至最低 維持邊坡原有穩定 調查告 交通部高速鐵路工程局成果 性 可降低基礎之長期側向 告 民國96年8月 支撐先進工法以減少橋墩及 土壓力 並將受干擾的區域 由於本工法於國內係首次採用 基礎數量 並配合竹削型擋 採竹削型結構體加以束制 3. 桃園國際機場聯外捷運系統建設計畫 土 承包商尚無相關經驗 且施工時必須克 土結構開挖工法將開挖範圍 避免因施工而發生邊坡崩塌 建 車站及其他機電設備設計規範(定稿版 服邊坡陡峭地形 進出施工動線狹窄及 縮減至最小 幾乎可維持原 或沖刷情況 提高橋梁與鄰 ) 民國95年0月 機具材料堆置等問 因此對於選擇機 有地貌 符合現今大眾對工 近居民之安全性 具 施作空間 人員作業及勞安設施等 程景觀的期待 4. 竹割り型土留め工法設計 施工マニﾕア ル(案) 日本道路公団 平成6年5月 皆須事先配合現地狀況妥善規劃 有關 本工程施工時所遭遇問及處理對策概 如表4所列 本工程因採支撐先進工法與 撐 且由於基礎數量減少並 本工程橋梁採平衡懸臂工法及大跨徑支 邊坡基礎開挖工法探討 以臺灣桃園國際 配合竹削型擋土結構開挖工 撐先進工法 上部結構施工不需現場支撐 且 機場聯外捷運系統竹削型結構物開挖工 法 故不無需大量土方開挖 可減少下部結構數量 另配合採竹削型擋土結 法為例 中華民國第九屆結構工程研討 與邊坡整地處理作業 可維 構開挖工法 毋需大量土方開挖與邊坡處理作 會 民國97年8月 本路段因位於陡峭邊坡 橋梁採平衡懸臂 持坡地原有透水性與涵水 業 可將土壤擾動範圍降至最低 並可降低基 工法及大跨徑支撐先進工法 並配合竹削型擋 性 降低坡地沖刷可能及保 礎之長期側向土壓力 施工時亦毋需大型機械 土結構開挖工法 可減少邊坡開挖數量並降低 有當地原生物種 及特殊施工技術 同時亦解決於邊坡基礎開挖 伍 本路段橋梁工程特色 時擋土支撐施作不易的難 本橋梁工程具有 施工性 本工程橋梁上部結構施工時 維持原有地貌 降低邊坡崩塌風險 節省工程 景觀性 傳統橋梁工程經過邊坡通常 無須地面支撐 下部結構基 經費 縮短施工期間及保有原生物種等多項特 會嚴重破壞現地景觀 本工 礎開挖採用之工法適用於大 性 因此 就景觀性 環保性 施工性 經濟 程採平衡懸臂工法及大跨徑 多數地質 且毋需大型機械 性 工期性及安全性等皆優於一般傳統作法 具有多項特色 分別概述如下 張荻薇 陳輝 張志斌 游明益 陡峭 平衡懸臂工法 毋需地面支 對現地環境景觀的衝擊 相對於一般傳統工法 No.89 January, 0 結語 環保性 No.89 January, 0 05

53 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 ABSTRACT 就橋梁整體結構配置及減少道路用地等因素考量 傳統雙層橋梁上下層均儘量重疊 佈設 也因此大多採框架式橋墩配置 惟基於下層採光 視野感受及橋墩外觀造型上之考 量 加上受用地及施工條件限制下 必須採僅局部重疊之雙層高架方式佈設 並以雙層不 同向外懸帽梁之樹狀式單柱及大偏心方式配置橋墩 國道號五股楊梅段拓寬工程泰山收 費站至林口段即為此種配置之典型案例 該路段位於林口台地爬坡路段 並沿中山高及大 窠坑溪間佈設 因受限於國道號及大窠坑溪之嚴苛用地限制 上下雙層橋採部分橋面重 疊之大偏心單柱式橋墩配置 致常時靜載重及活重作用下 即對柱底產生較大的偏心彎 矩 此一不對稱雙層橋之橋墩係有別於以往一般高架橋及規則性雙層橋構架或橋墩之結構 行為 本文將以此為例 首先針對大偏心單柱雙層高架橋作一整體性介紹 並進行動力分 析以了解其在地震力作用下之動力行為 除此外 也針對大偏心單柱橋墩配合柱內H型鋼 和預力施拉作進一步之分析與探討 以提供作為未來工程界相關工程之參考 關鍵詞 雙層橋梁 大偏心橋墩 橋柱內置H型鋼 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 協理 林曜滄 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 副理 陳光輝 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 王泓文 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 楊景華 4 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 工程師 翁新鈞 之橋墩配置即屬此大偏心單柱雙層高架橋 其 工程位置圖如圖所示 此一工程範圍跨越泰山 順暢的交通與完善的都市規劃是國家發 收費站後 南行至北上線里程37k+500~40k+50 展與經濟繁榮的基礎 隨著經濟快速成長 也 區間將接近岩屑崩滑高敏感區(37k+400 造成人口都市化現象 用地取得便成為交通建 39k+00) 以及直接危害可能性之土石流高 設的難之一 因此現今都市建設規劃常以高 危險潛勢區(37k k+800等兩處) 依環 架道路取代以往平面道路以減少用地徵收的問 評承諾路線須迴避 故北上線高架橋於里程 此一類型橋梁卻常因路權寬度限制及高交 37k+000附近跨越國道號至南下線側 並與南 通量需求須採雙層高架配置 例如台北市水源 下線採雙層共線設置(北上線置於上層) 後於 快速道路 台北市環東快速道路 東西向八里 里程40k+000附近再度跨越國道號回歸原北上 新店線中和路段 等 皆屬此種框架式雙層高 線側 對於泰山收費站至林口段 大窠坑溪緊 架橋墩配置 然而考量下層採光 視野感受及 鄰中山高與路線平行 高架橋係沿中山高與大 橋墩外觀造型及施工條件限制下 改採雙層僅 窠坑溪間狹窄廊帶佈設 如圖所示 考量大窠 局部重疊方式佈設 並以雙層不同向外懸帽梁 坑溪部份已整治且為多樣生態之自然溪流 橋 之樹狀式單柱及大偏心方式配置橋墩 梁佈設空間有限 南下線與北上線為並行之雙 大偏心單柱雙層高架 橋之設計 國道號五股楊梅段 拓寬工程903標 壹 前言 層橋梁 長約3,000公尺 為儘量避免橋梁侵入 06 No.89 January, 0 目前國內的重大工程建設 國道１號五股 大窠坑溪與遮蔽日照 路線係採上下層橋面部 楊梅段拓寬工程計畫 自泰山收費站至林口段 分重疊方式佈設 並採雙層不同向外懸帽梁之 No.89 January, 0 07

54 貳 大 偏 心 單 柱 雙 層 高 架 橋 工 程 概 要 一 大 偏 心 單 柱 雙 層 高 架 橋 特 性 此 種 橋 型 配 置 以 五 股 楊 梅 段 拓 寬 工 程 903 標 為 例, 其 上 層 高 度 約 30m~45m, 下 層 高 約 為 5m, 橋 寬 均 為 6.05m, 結 構 動 力 特 性 將 有 二 個 明 顯 的 主 要 振 態, 且 上 下 層 質 量 中 心 與 縱 向 的 勁 度 中 心 不 一 致, 將 有 明 顯 之 偏 心 扭 轉 行 為, 其 力 學 行 為 複 雜, 因 此 亦 需 進 行 動 力 分 析 以 了 解 其 在 地 震 力 作 用 下 之 動 力 行 為 另 由 於 上 層 高 勁 度 小, 位 移 量 大, 梁 端 間 隙 及 防 落 措 施 須 特 別 考 量 三 3H 工 法 之 特 性 以 往 高 橋 墩 (High Bridge Piers) 設 計 大 都 採 用 鋼 筋 混 凝 土 橋 墩, 其 所 需 鋼 筋 量 往 往 非 常 的 大, 因 此 施 工 時 將 致 鋼 筋 綁 紮 與 澆 置 的 困 難, 且 此 路 段 緊 鄰 高 速 公 路 交 通 量 大 之 範 圍 基 於 以 上 考 量, 日 本 發 展 所 謂 3H(Hybrid Hollow High Pier) 工 法 [][], 其 最 大 的 特 色 在 於 中 空 橋 墩 內 置 鋼 柱 或 鋼 管, 由 鋼 柱 與 鋼 管 取 代 大 部 分 橋 墩 的 主 筋, 如 圖 3 所 示, 大 幅 減 少 鋼 筋 綁 紮 與 澆 置 的 困 難, 進 而 增 加 施 工 便 利 性 與 縮 短 施 工 工 期, 並 具 有 較 佳 的 耐 震 性 能 四 柱 內 設 置 H 型 鋼 圖 國 道 號 五 股 林 口 段 拓 寬 工 程 範 圍 二 上 部 結 構 配 置 全 線 上 下 層 共 構 長.857km, 上 部 結 構 採 較 輕 量 之 中 跨 徑 鋼 箱 型 梁 橋 配 置, 上 下 層 各 3 單 元 5 跨 ( 配 置 為 5.5+3@55+-4@55m), 並 因 應 環 評 之 環 境 保 護 對 策 : 林 口 北 上 與 南 下 共 線 路 段, 其 北 上 線 兩 度 跨 越 中 山 高 平 面 道 路 不 落 墩, 以 維 護 道 路 景 觀 品 質 及 減 少 施 工 干 擾 之 環 評 承 諾, 維 持 較 短 跨 徑, 以 降 低 橋 梁 量 體 及 工 期 與 經 費 之 考 量 二 處 跨 越 段 曲 線 半 徑 採 390m 佈 設, 並 以 加 寬 路 肩 (6.75m~7.5m) 之 方 式, 滿 足 最 短 停 車 視 距 之 規 範 要 求 五 楊 拓 寬 工 程 903 標 雙 層 高 架 道 路 段 橋 墩 平 均 高 度 40m, 屬 於 高 橋 墩, 參 考 3H 工 法 的 構 想, 於 每 座 橋 墩 內 設 置 H 型 鋼 柱, 一 方 面 H 型 鋼 柱 可 取 代 部 份 鋼 筋 承 受 荷 載, 可 改 善 傳 統 高 橋 墩 的 鋼 筋 間 距 過 密, 致 鋼 筋 綁 紮 困 難 與 混 凝 土 澆 置 問, 另 一 方 面 H 型 鋼 柱 可 作 為 模 板 設 置 與 鋼 筋 組 立 時 的 支 撐 構 架, 避 免 造 成 施 工 意 外 之 風 險 全 線 共 配 置 53 座 橋 墩, 各 座 橋 墩 所 對 應 載 重 大 小 不 盡 相 同, 若 全 面 採 用 同 一 斷 面 尺 寸, 或 依 據 各 座 橋 墩 的 載 重 大 小 設 計 不 同 的 斷 面 尺 寸, 將 不 符 合 經 濟 效 益, 故 將 橋 墩 斷 面 尺 寸 劃 分 成 六 種 斷 面 尺 寸, 其 中 垂 直 行 車 向 圖 雙 層 高 架 橋 設 計 斷 面 示 意 圖 08 No.89 January, 0 樹 狀 式 單 柱 及 大 偏 心 方 式 配 置 橋 墩, 使 共 構 橋 柱 可 立 墩 於 國 道 號 既 有 邊 坡, 避 免 侵 入 河 道 用 地 因 此 大 窠 坑 溪 河 中 毋 須 立 墩, 河 道 毋 須 改 道, 故 無 新 增 用 地 及 建 物 拆 遷 之 問 圖 3 3H 工 法 設 計 斷 面 示 意 圖 No.89 January, 0 09

55 參 結構動力分析 寬度有400cm與450cm尺寸 行車向尺寸則有 500cm 540cm與580cm三種變化 一 橋梁分析實例 每座橋墩配置6根H型鋼柱 其中四根H型 鋼柱從橋墩基座延伸至上層帽梁 另外根H型 以四跨連續雙層之鋼箱型梁橋為例 鋼柱則從橋墩基座延伸至下層帽梁 如圖4(a) 由大梁 帽梁與橋墩三大部分所組成 大梁 4(b)所示 由鋼橋面版板與多室鋼箱梁組成 跨徑為 上層橋面寬度6.6m 下層寬度 7.9m 橋面分為上層橋面之GA GB與GC三根 主筋 主梁;以及下層橋面之GD GE與GF三根主梁 型鋼 GB內梁位於左橋面板中央 與GA及GC外梁間距 皆為4.5m GE內梁位於右橋面板中央 與GD 及GF外梁間距皆為4.8m 鋼箱梁間設有橫梁 橫梁間距約5.5m 單位:CM (a) 立面圖 圖 7- 第一模態 週期.8秒 (b) 斷面圖 圖4 橋墩內置H型鋼柱斷面示意圖 橋墩採用單柱式橋墩 高度各為46.5m 47.m 47.9m 48.m 48.9m 下層橋面座 五 柱內設置預力鋼腱 落於單柱懸臂側 高度各為34.5m 37.9m 38.3m 40.7m 40.7m 因受限於中山高及大窠坑溪之嚴苛用地限 制 上下雙層採部分橋面重疊之大偏心單柱式 分析模型座標原點接近GB內梁軸線與P 橋墩配置 致常時靜載重及活重作用下 即 墩交點 所有構件均以梁-柱元素(Beam-column 對柱底及大懸臂帽梁產生較大的偏心彎矩 此 Element)模擬之 定義各桿件第軸為沿桿件軸 一彎矩對墩柱及帽梁在常時情況下即可能產生 向 第軸為斷面深度方向(鉛直軸) 第3軸為斷 撓曲裂縫 影響用路人對結構安全性和景觀視 面寬度方向(水平軸) 圖 7- 第二模態 週期.44秒 覺上的感受 因此就本路段53支墩柱於常時靜 支承條件 沿行車方向於P至P5橋墩各 置預力鋼腱以消除混凝土開裂之疑慮 配置情 為無變位束制(Roller) 有變位束制(Hinge) 有 形如圖5所示 圖6為橋墩施工中的情形 變位束制(Hinge) 有變位束制(Hinge)與無變位 載重及活重作用下會造成撓曲裂縫者 加以配 束制(Roller) 沿垂直行車方向皆為有變位束制 (Hinge) 二 動力分析檢核 H型鋼 預力鋼腱 模態分析結果如圖7-~圖7-3與表所示 列 H型鋼 預力鋼腱 出前0個週期與模態參與質量比 第模態為行 圖 7-3 第三模態 週期.34秒 車向振動 週期為.8秒 第模態為垂直行車 (a) 立面圖 (b) 斷面圖 向振動 週期為.44秒 第3模態為扭轉振動 圖5 橋墩內置預力鋼腱柱斷面示意圖 0 No.89 January, 0 週期為.34秒 圖6 橋墩現場施工照片 No.89 January, 0

56 表 振 態 分 析 結 果 [3] 之 規 定 加 以 組 合, 根 據 載 重 組 合 分 析 ( 二 ) 橋 柱 帽 梁 斷 面 應 力 檢 核 S B u Se c ø + L A,u s =. α y R a u Se OutputCase Text StepType Text StepNum Unitless Period Sec MODAL Mode.8096 MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode 4.3 MODAL Mode MODAL Mode MODAL Mode 結 果 進 行 主 梁 斷 面 應 力 比 檢 核, 如 圖 8 所 示, 結 果 尚 屬 安 全 主 梁 斷 面 應 力 檢 核 公 式 如 下 所 示 : 分 析 顯 示 橋 柱 斷 面 配 筋 主 筋 最 大 鋼 筋 比 為.5% 墩 柱 內 力 與 交 互 影 響 圖 比 較 結 果 如 圖 9 所 示, 分 析 結 果 均 屬 安 全 ( 三 ) 梁 端 間 隙 檢 核 根 據 公 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 [4] 第 8.6 節 之 規 定, 檢 討 行 車 向 地 震 力 EQX 作 用 下, 同 一 橋 墩 上 之 相 鄰 兩 主 梁 間 之 梁 端 間 隙 S B 最 大 位 移 約 其 中 : S B : 所 需 梁 端 間 隙 (cm) u S : 設 計 地 震 引 致 之 主 梁 與 橋 台 間 相 對 位 移, 或 同 一 橋 墩 上 相 鄰 兩 主 梁 對 地 相 對 位 移 之 大 值 (cm) u Se : 長 週 期 上 部 結 構 與 下 部 結 構 間 最 大 相 對 變 位 彈 性 變 位 c ø : 與 相 鄰 兩 振 動 單 元 的 基 本 振 動 週 期 有 關 之 調 整 係 數 MODAL Mode cm L A : 上 部 結 構 施 工 誤 差 所 需 之 梁 端 間 距 餘 裕 MODAL Mode 其 中 : 量, 其 值 可 取.5 (cm) MODAL Mode C my =C nz =0.85 MODAL Mode MODAL Mode 三 應 力 檢 核 ( 一 ) 主 梁 斷 面 應 力 比 檢 核 採 用 0.9 F a 採 用 0.4F y =F a =400kgf/cm F bx F by 採 用 0.5F y =F b =95kgf/cm P (ton) P M3 P P (ton) P4 M3 P4 載 重 組 合 依 公 路 橋 梁 設 計 規 範 F v 採 用 0.3F y =F v =55kgf/cm Moment (ton-m) Moment (ton-m) alpha alpha alpha 0.9 GA X (m) GB X (m) GC X (m) alpha alpha alpha3 alpha alpha alpha3 alpha alpha alpha3 alpha alpha alpha 0.9 GD X (m) 0.9 GE X (m) GF X (m) alpha alpha alpha3 alpha alpha alpha3 alpha alpha alpha3 P (ton) P (ton) P P3 Moment (ton-m) Moment (ton-m) M3 P M3 P3 P (ton) P Moment (ton-m) P,P5: 4x5.8m P-P4: 4.5x5.8m M3 P5 No.89 January, 0 圖 8 主 梁 應 力 比 檢 核 圖 9 橋 柱 P~P5 交 互 影 響 圖 內 力 檢 核 No.89 January, 0 3

57 肆 橋 墩 內 置 H 型 鋼 及 預 力 鋼 腱 設 計 一 橋 墩 內 置 H 型 鋼 設 計 要 領 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 與 解 說 [5] 提 到, 耐 震 設 計 時, 一 般 SRC 構 造 較 少 採 用 降 伏 強 度 Fys 大 於 3,50 kgf/cm (50 ksi) 的 鋼 材, 主 要 係 Fys 大 於 3,50 kgf/cm 的 鋼 材 通 常 極 限 應 變 較 小, 韌 性 相 對 降 低, 故 H 型 鋼 柱 採 用 A57 (Grade 50) 鋼 材 本 標 中 的 H 型 鋼 柱 的 目 的 在 於 提 供 施 工 方 便 性, 而 非 完 全 取 代 主 筋, 因 此 H 型 鋼 柱 所 採 用 的 尺 寸 為 H , 所 對 應 的 鋼 筋 比 約 0.5% ( 即 6 根 H 型 鋼 柱 之 總 斷 面 積 除 以 橋 墩 斷 面 積 ) 關 於 H 型 鋼 柱 配 置 於 橋 墩 內 的 位 置, 依 據 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 與 解 說 [5] 之 規 定 : 當 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 材 之 主 筋 為 D(#7) 以 上 時, 鋼 骨 之 混 凝 土 保 護 層 須 為.5 cm 以 上 ; 主 筋 與 鋼 骨 板 面 平 行 時, 其 淨 間 距 應 保 持.5 cm 以 上, 且 不 得 小 於 粗 骨 材 最 大 粒 徑 之.5 倍 並 考 量 主 鋼 筋 配 置 所 需 空 間, 因 此 設 置 H 型 鋼 柱 距 面 層 50cm 與 60cm 一 般 鋼 構 件 在 設 計 時 需 檢 核 整 體 挫 屈 與 局 部 挫 屈, 本 標 橋 墩 的 H 型 鋼 柱 設 置 於 鋼 筋 混 凝 土 內, 鋼 筋 混 凝 土 可 以 提 供 H 型 鋼 柱 良 好 的 圍 束, 防 止 H 型 鋼 柱 發 生 整 體 與 局 部 挫 屈 的 情 形, 針 對 此 問 亦 與 日 商 大 日 本 工 程 顧 問 公 司 反 覆 討 論 獲 得 相 同 之 結 果 方 式, 依 據 日 商 大 日 本 工 程 顧 問 公 司 的 建 議, 將 等 量 的 鋼 筋 均 佈 在 H 型 鋼 柱 位 置 上, 如 圖 0 所 示 此 外, 為 符 合 鋼 筋 混 凝 土 橋 柱 之 韌 性 要 求, 公 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範 [4] 規 定, 橋 墩 主 鋼 筋 比 不 得 小 於 %, 亦 不 得 大 於 4% 步 驟 二 : H 型 鋼 柱 轉 換 等 量 鋼 筋 依 據 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 與 解 說 中,7. 節 設 計 強 度 之 規 定,H 型 鋼 柱 與 鋼 筋 的 楊 氏 模 數 相 同, 因 此 將 H 型 鋼 柱 轉 換 成 等 面 積 之 D36(#) 鋼 筋 ( A s 0.07cm ), 8.7 / 根, 採 用 根 D36(#) 鋼 筋 進 行 設 計 考 量 墩 柱 與 懸 臂 帽 梁 在 常 時 下 承 受 較 大 的 靜 重 和 活 重, 因 此 檢 核 墩 柱 常 時 Dead Load+Live Load 下 是 否 造 成 開 裂, 以 下 式 計 算 開 裂 彎 矩, P/A-M cr *y/i g =- F c ' 其 中 : P 為 柱 底 承 受 之 垂 直 荷 重 ;A 為 柱 底 之 斷 面 積 M cr 為 墩 柱 所 能 承 受 之 開 裂 彎 矩 y 為 受 拉 鋼 筋 之 有 效 深 I g 為 全 斷 面 慣 性 矩 步 驟 三 : 計 算 橋 墩 主 鋼 筋 量 依 據 強 度 設 計 法 與 雙 向 偏 心 受 壓 矩 形 柱 斷 面 計 算 方 式 (N. V. Nikitin 公 式 ), 計 算 出 所 需 之 主 鋼 筋 用 量 : 圖 0 H 型 鋼 柱 轉 換 等 量 鋼 筋 示 意 圖 為 使 橋 墩 在 DL+LL 之 情 況 下 不 產 生 撓 曲 裂 縫, 因 此 藉 由 預 力 鋼 腱 之 設 置 提 供 所 需 之 彎 矩 (M DL+LL -M cr ), 求 得 需 求 之 預 力 量, 本 文 採 用 9T-5.mm 預 力 鋼 鉸 線, 預 力 鋼 材 極 限 應 力 為 F pu =9000kgf/cm, 並 考 慮 所 有 預 力 損 失 取 預 力 鋼 材 服 務 階 段 之 應 力 為 :0.6F pu, 取 有 效 預 力 量 為 000kgf/cm, 計 算 需 求 之 鋼 腱 數 由 於 H 型 鋼 柱 與 混 凝 土 的 黏 結 力 不 如 鋼 筋 與 混 凝 土 的 黏 結 力, 若 無 配 置 剪 力 連 接 物, 將 產 生 剪 力 破 壞 而 非 彎 矩 破 壞, 進 而 降 低 橋 墩 斷 面 韌 性, 因 此 在 H 型 鋼 柱 的 一 定 部 位, 如 塑 性 區 或 者 梁 柱 接 頭 範 圍 內 加 設 剪 力 釘 剪 力 釘 應 符 合 : 栓 釘 直 徑 一 般 為 9mm, 長 度 不 宜 小 於 4 倍 栓 釘 直 徑, 間 距 不 宜 小 於 6 倍 栓 釘 直 徑, 焊 接 品 質 應 滿 足 鋼 結 構 設 計 規 範 [7] 要 求 的 規 定 H 型 鋼 柱 埋 入 橋 墩 基 座 深 度 不 應 小 於 3 倍 型 鋼 柱 截 面 高 度, 在 柱 腳 部 位 和 柱 腳 向 上 一 層 的 範 圍 內, 鋼 骨 柱 翼 緣 外 側 設 置 栓 釘, 栓 釘 直 徑 不 小 於 9mm, 間 距 不 大 於 0cm, 且 栓 釘 至 翼 緣 板 邊 緣 的 距 離 大 於 5cm 其 中 : 為 雙 向 偏 心 受 壓 之 軸 力 標 稱 強 度 與 為 單 向 偏 心 受 壓 之 軸 力 標 稱 強 度 為 無 偏 心 受 壓 之 軸 力 標 稱 強 度 四 預 力 鋼 腱 設 計 範 例 計 算 案 例 : P37 橋 墩 斷 面 :580cmx450cm 混 凝 土 強 度 :f' C =40kgf/cm 經 過 載 重 組 合, 斷 面 設 計 強 度 :M D+L =0389tf-m,P D+L =5958tf 使 用 D36(#) 鋼 筋, 鋼 筋 保 護 層 5 公 分, 鋼 筋 均 佈 在 斷 面 四 周, 所 需 88 根 D36(#) 鋼 筋, 鋼 筋 比 為.%, 主 筋 與 H 型 鋼 柱 配 置 示 意 如 圖 計 算 橋 墩 斷 面 主 筋 量 可 依 據 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 與 解 說 [5], 設 計 強 度 可 以 依 據 內 政 部 所 頒 布 之 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 與 解 說 [6] 中 的 設 計, 該 法 主 要 是 將 SRC 構 材 中 之 鋼 骨 視 為 等 量 的 鋼 筋 來 設 計 ( 依 ACI-38 規 範 訂 定 ), 並 假 設 鋼 骨 與 RC 之 介 面 無 相 對 滑 動 發 生, 亦 即 屬 於 完 全 合 成 作 用 (Fully Composite) 之 狀 況 其 中 關 於 鋼 骨 視 為 等 量 的 鋼 筋 的 配 置 二 橋 墩 內 置 H 型 鋼 設 計 範 例 計 算 案 例 :P30 橋 墩 斷 面 :540cm x 450cm 混 凝 土 強 度 :f' C =40kgf/cm 經 過 載 重 組 合, 斷 面 設 計 強 度 :M ux =705tf-m, M uy =400tf-m,P u =848tf 步 驟 一 : 計 算 墩 柱 之 開 裂 彎 矩, 求 得 需 求 預 力 量 依 P/A-M cr *y/i g =- F c ' 推 得 M cr =7885tf-m 需 求 預 力 量 = M D+L -M cr =604tf-m 步 驟 二 : 計 算 需 求 之 預 力 鋼 鉸 線 數 量 鋼 腱 之 有 效 預 力 量 為 000kgf/ cm, 提 供 軸 向 預 力 = x = 90T, 考 慮 鋼 鉸 線 施 作 距 柱 面 50cm, 故 偏 心 距 為 5.8/-0.5=.4m, 求 得 需 求 之 鋼 鉸 線 數 為 :604/90/.4=3.8 取 四 支 步 驟 一 : 鋼 筋 混 凝 土 內 置 H 型 鋼 柱 (6 根 H400x400x3x 鋼 柱,f y =3500kgf/cm ) 圖 主 筋 與 H 型 鋼 柱 配 置 示 意 圖 4 No.89 January, 0 三 橋 墩 內 置 預 力 鋼 腱 設 計 No.89 January, 0 5

58 結 論 與 展 望 台 灣 地 狹 人 口 稠, 以 致 橋 梁 工 程 常 常 囿 於 用 地 限 制, 本 案 考 量 下 層 採 光 及 視 野 感 受 採 用 一 不 對 稱 雙 層 不 同 向 外 懸 帽 梁 之 樹 狀 式 單 柱 及 大 偏 心 之 橋 墩, 減 少 用 地 使 用 減 少 徵 收 範 圍, 並 考 量 施 工 安 全 以 避 免 干 擾 高 速 公 路 行 車, 故 配 置 柱 內 H 型 鋼 和 預 力 鋼 腱 之 橋 墩 柱 期 望 此 一 配 置 型 式 得 以 滿 足 用 地 及 施 工 上 之 考 量, 提 供 作 為 未 來 相 關 工 程 之 參 考 參 考 文 獻. Michio, O.; Jiro, F.; Takuya, A.; Moriyuki, O.; Yasuyuki, K. Development of New High Bridge Piers Containing Spiral Reinforcement, NIST SP 93; August T. Kato, and Y. Takahashi, Earthquake Design and Construction of Tall Composite Bridge Piers. 誌 謝 本 橋 在 分 析 與 設 計 過 程 中, 台 北 科 技 大 學 宋 裕 祺 教 授 國 家 地 震 中 心 洪 曉 慧 博 士 及 大 日 本 工 程 顧 問 株 式 會 社 對 本 設 計 提 供 相 關 參 考 資 料 及 許 多 寶 貴 意 見, 謹 此 一 併 致 謝 3. 交 通 部 (009), 公 路 橋 梁 設 計 規 範, 台 北 4. 交 通 部 ( ), 公 路 橋 梁 耐 震 設 計 規 範, 台 北 5. 內 政 部 營 建 署 (004), 鋼 骨 鋼 筋 混 凝 土 構 造 設 計 規 範 與 解 說, 台 北 6. 內 政 部 營 建 署 (00), 混 凝 土 工 程 設 計 規 範 與 解 說, 台 北 7. 內 政 部 營 建 署 (007), 鋼 構 造 建 築 物 鋼 結 構 設 計 技 術 規 範, 台 北 6 No.89 January, 0 No.89 January, 0 7

59 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 大跨度波形鋼腹板複合 梁橋及鋼與PC混合梁橋 之設計與施工 ABSTRACT 波形鋼腹板複合梁橋於986年起源於法國 此橋型係擷取鋼材及預力混凝土材料之 優點 運用混凝土抗壓穩定特性 結合鋼板抗剪力性能 複合成箱形斷面 藉由波形鋼腹 板取代傳統混凝土腹板 可減輕橋梁上構自重 減少地震力 進而縮減下部結構尺寸及造 價 對景觀環境均有正面之效益 另都市高架橋在跨越橫交道路路口 常因施工中交通維 持因素 須採用中大跨度橋梁型式 而鋼與PC混合梁橋外觀連續性佳 且此種橋型係在跨 度較大之中央主跨改採鋼梁型式 側跨仍維持預力混凝土梁構造 藉由兩種材料之重量及 強度不同 中央及側跨跨徑比可加大 路口橋墩配置可在等梁深條件下 儘量遠離路口 對於用路人視覺及交通安全運轉均有正面之效果 此類橋型在國內尚無案例 針對上述兩 種國內首度採用之橋型工法 本文將以台中生活圈4號線工程為例 說明其設計理念與技術 重點 以供各界參考與應用 其中跨越大里溪及草湖溪兩座波形鋼腹板複合梁橋之最大跨 徑均達45m 為目前世界上此類型橋梁中跨度最大者 關鍵字 波形鋼腹板 外置預力 挫屈強度 剪力 混合橋梁 懸臂工法 連續梁橋 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 協理 林曜滄 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 技術經理 賴震川 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 副理 楊國雄 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 吳宣欣 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 張肇華 壹 前言 波形鋼板不同材質合成應用產生更多樣的視覺 效果[] 台中生活圈4號線目前正施工中的波形 鋼腹板複合橋 為國內首座波形鋼腹板複合梁 是單純聯絡兩地及便捷交通而已 如何將設計 橋施工實例 其中跨越大里溪及草湖溪最大跨 朝向輕量化及美觀化也是工程師共同努力的方 徑達45m 完工後將成為世界最大跨徑之波形 向 近年來在經濟效益的考量下 追求經濟合 鋼腹板複合梁橋 而混合橋梁常應用於鋼及混 理性的複合結構(Hybrid Structure)已成為國外最 凝土混合梁橋 混合拱橋 混合斜張橋等[] 新橋梁及建築新建方式 複合結構橋梁是結合 利用鋼及預力混凝土兩種不同材料構件組成混 鋼及混凝土材料優點的新橋梁型式 依組合方 合連續梁橋 在國內尚無案例 國外如日本等 式不同可概分為構件剖面由不同材料組成的合 先進國家則有多座之實績 台中生活圈4號線 成橋梁(Composite Structure Bridges)及不同材 主要橫交道路採用鋼與預力混凝土混合梁(跨徑 料構件一體化組成的混合橋梁(Mixed Structure 50m+85m+50m及45m+80m+45m) 亦為此類混 Bridges)兩個範疇 合梁橋在國內之首例 傳統預力混凝土梁橋全斷面均採用混凝 以下各節將以台中生活圈4號線工程為例 土 橋梁自重較大 經過國外多年的研究 採 分別介紹波形鋼腹板複合梁橋及鋼與預力混凝 用波形鋼板取代傳統預力梁的腹板將能有效降 土混合梁的設計考量與施工技術重點 以提供 低上部結構的自重 景觀上也能藉由混凝土與 各界參考與應用 台中生活圈4號線屬台中都會 8 No.89 January, 0 隨著工程技術的進步與更新 橋梁不再只 No.89 January, 0 9

60 度僅考慮上下翼板(詳見圖4) 混凝土應 大 台中生活圈4號線建設計畫 力彎矩強度檢核依據公式()計算 里 旱 溪 溪 旱 溪 3 B A A 草 大 大里聯絡道 3 湖 A 里 B : 鋼與PC混合梁橋 : 波形鋼腹板複合梁橋 B 溪 台中市 其中Ac及Zc僅考慮混凝土斷面 B 溪 B A...() 霧峰 A 3 霧峰 交流道...(4) 63 其中 k 剪斷挫屈係數k= /α 圖 台中生活圈4號線建設計畫路線示意圖 α 縱橫比 α=a/h 但 a h 圖3 波形鋼腹板手風琴效應示意圖 a 波形鋼板波幅 h 波形鋼腹板高 區東側山區環狀快速公路系統 計畫路線起自 年法國建造了世界上第一座波形鋼腹板橋 μ 波形鋼板Poison ratio (= 0.3) 台中縣潭子鄉起 往東跨越台3線及縱貫鐵路 Cognac橋[3] γ 幅厚比 γ=t/h 整體挫屈強度依據公式(5)計算[5]: 再轉南經台中市北屯區 台中縣太平 大里向 西南延伸至中投公路 台63線 另設大里聯 波形鋼腹板複合橋主要由混凝土上 下 絡道跨越大里溪及草湖溪至國道3號霧峰交流道 床板 波形鋼腹板及內 外置預力系統組合而 止 如圖 全長約3.4公里 其中高架橋路 成 相關配置詳見圖[4] 整體分析概念 主 段長約5.4公里 本工程於007年月底陸續動 要由上下床板提供彎矩強度 波形鋼腹板提供 工 預計於0年8月全部完工 剪力強度 分析重點包括 彎矩分析 剪力分 析 鋼板與混凝土接合部分析 鋼板接合 等 等 相關內容說明如下: 貳 波形鋼腹板複合梁橋...(5) 其中 β 材料固定程度係數.0 Ix 波形鋼腹板橋軸向單位長度 圖4 波形鋼腹板梁之彎曲勁度計算斷面圖 斷面二次矩 Ix = t3x(δ+)/(6η) δ 波高板厚比 δ=d/t (二) 剪力分析 η 長度減少率 剪力設計時 與傳統預力梁差異較 Iy 波形鋼腹板高方向單位長度 大 須同時檢核鋼腹板剪力強度 局部 斷面二次矩 Iy = t3/{(-μ)} 挫屈強度 整體挫屈強度及合成挫屈強 一 結構行為及設計考量 度 剪力強度檢核依據公式()(3)計算 須分別檢核容許剪力強度及極限剪力強 力混凝土梁橋或鋼梁橋 兩種型式各有其優缺 其中...() 點及適合應用之處 一般而言 相同跨度之橋 梁 預力混凝土梁橋造價較低 斷面較大 鋼 梁橋斷面雖較小 上部結構重量較輕 然造價 圖 波形鋼腹板橋梁構造示意圖 No.89 January, 0...(3) (一) 彎矩分析 τcr,l 局部挫屈強度 τcr,g 整體挫屈強度 (三) 鋼板與混凝土接合部分析 其中 h 波形鋼板垂直方向高度 較混凝土梁橋高 橋梁工程技術不斷思考如何 結合兩橋型之優點 使工程能在最經濟的條件...(6) 度 公式(4)~(6)為挫屈強度之檢核 以往一般中跨度之橋梁 結構型式多為預 0 合成挫屈強度依據公式(6)計算[5]: 鋼板與混凝土接合方式主要有 a.埋 t 波形鋼板板厚 入式接合 b.角鋼型式接合 c.雙開孔鋼板 下完成 考量預力混凝土梁腹板面積一般約佔 彎矩分析時 由於腹板採用波浪狀 τa 波形鋼板容許剪力 條接合(Twin-PBL) d.單開孔鋼板條+剪力 總斷面積的5%~30% 採用鋼板取代混凝土將 鋼板 施加軸力時容易自由變形 產生 τy 波形鋼板極限剪力 釘接合(S-PBL+Stud) 相關構造詳見圖 能有效降低上構自重 據此構想 940年代就 所謂手風琴效應(Accordion Effect)詳見圖 局部挫屈強度依據公式(4)計算[5]: 有相關橋梁力學性能的學理分析研究 至986 3 腹板不承受軸力(P) 彎矩(M)計算勁 5 No.89 January, 0

61 η: (=.) () 支 壓 應 力 檢 核 須 滿 足 公 式 (7)(8) f ck : 混 凝 土 設 計 強 度, 詳 見 圖 7 Q pu γ c : 混 凝 土 材 料 係 數 (=.3) d: 貫 穿 開 孔 孔 徑 = φst: t 貫 7. 穿 5鋼 σ ck筋 直 徑 f st : 貫 穿 鋼 筋 引 張 強 度 (6xM v )/(Lxh ) σ ck : 極 限 載 重 時...(7) (6xM v )/(Lxh ) σ ba : 設 計 載 重 時...(8) 其 中 L: 波 形 鋼 板 橋 軸 方 向 單 位 長 (or 波 形 鋼 板 波 長 ) (3) 混 凝 土 剪 力 塊 龜 裂 破 壞 強 度 依 據 h: 波 形 鋼 板 埋 入 長 ( 詳 圖 7) 公 式 (3) 計 算 : σ ba : 混 凝 土 容 許 支 壓 應 力 Q pu = φ t 7. 5σ...(3) ck Q pu 其 中 = φ: t開 孔 7. 5孔 σ徑 ck (3) 波 形 鋼 板 壓 縮 挫 屈 須 滿 足 公 式 (9), 詳 見 圖 8 t: 鋼 板 厚 度 P u /A w +M u /Z w σ sa 設 計 載 重 時...(9) 圖 5 鋼 板 與 混 凝 土 接 合 圖 (4) 孔 與 孔 之 間 鋼 板 剪 斷 破 壞 強 度 依 其 中 A w : 單 位 長 波 形 鋼 板 據 公 式 (4) 計 算 : (or 波 形 鋼 板 波 長 ) 斷 面 積 鋼 板 與 混 凝 土 接 合 須 分 別 就 水 平 剪 力 及 垂 直 橋 軸 向 彎 矩 進 行 檢 核, 內 容 說...(9)...(4) Z w : 單 位 長 波 形 鋼 板 (or 波 形 鋼 板 波 長 ) 斷 面 係 數 明 如 下 : 其 中 σ ck : 混 凝 土 設 計 強 度 其 中 A s : 開 孔 間 鋼 板 面 積 σ sa : 鋼 板 容 許 壓 應 力 A : 斜 鋼 板 投 影 面 積 σ y : 鋼 板 降 伏 強 度. 接 合 部 水 平 剪 力 檢 核 (A<5A,A=b 0 xh 0 ) 水 平 剪 力 檢 核 依 據 公 式 (7) 計 算 : A : 支 壓 應 力 有 效 面 積 各 種 破 壞 強 度 的 計 算 式 (9)~(4) 均...(7) μ: μ=.0 σ sy : 鋼 筋 降 伏 應 力 需 符 合 公 式 (7) 其 中 Q u 為 接 合 部 提 供 水 平 剪 力 強 度 A : 縱 向 接 合 鋼 筋 面 積. 接 合 部 垂 直 橋 軸 向 彎 矩 應 力 檢 核 H v 為 接 合 部 設 計 水 平 剪 力 設 計 載 重 依 據 公 式 (0) 計 算 : 垂 直 橋 軸 向 彎 矩 應 力 檢 核 依 據 公 式 (5) 計 算 : 圖 6 混 凝 土 剪 力 孔 之 剪 斷 強 度 圖 設 計 水 平 剪 力 依 據 下 列 公 式 (8) 計 算 :...(8) 各 種 接 合 方 式 提 供 水 平 剪 力 強 度 均 不 相 同, 本 工 程 採 用 埋 入 式 接 合 方 式 設 計, 故 僅 就 此 型 式 提 出 說 明, 其 餘 接 合 方 式 計 算 可 參 考 日 本 設 計 要 領...(0) 其 中 σ : 混 凝 土 床 板 容 許 支 壓 應 力 (=[ A/A ]xσ ck ) σ sa : 鋼 筋 容 許 降 伏 應 力 () 混 凝 土 剪 力 塊 設 計 依 據 公 式 () M u /M v.0...(5) 其 中 M u 為 接 合 部 提 供 彎 矩 強 度 M v 為 接 合 部 設 計 彎 矩 () 混 凝 土 剪 力 榫 彎 矩 強 度 依 據 公 式 (6) 計 算, 詳 見 圖 6 圖 7 接 合 部 混 凝 土 水 平 支 壓 應 力 第 二 集 [5] () 計 算 : M u = S v xhxn...(6) No.89 January, 0 () 鋼 板 止 滑 塊 設 計 極 限 載 重 依 據 公 式 (9) 計 算 : Q pu = (.85xA/ )...()...() 其 中 f cu : 混 凝 土 設 計 壓 縮 強 度 (=ηxf ck /γ c ) 其 中 S v : 貫 穿 孔 混 凝 土 提 供 剪 力 強 度 H: 圖 6 所 示 開 孔 深 度 N: 單 位 檢 核 長 度 之 開 孔 個 數 圖 8 鋼 腹 板 局 部 挫 屈 檢 核 No.89 January, 0 3

62 ( 四 ) 鋼 板 接 合 型 式 二 設 計 與 施 工 案 例 - 台 中 生 活 圈 4 號 線 為 例 鋼 腹 板 接 合 型 式 分 為 : a. 銲 接 接 合 b. 螺 栓 搭 接 ( 詳 見 圖 9)[5] 本 節 將 以 台 中 生 活 圈 4 號 線 工 程 跨 越 大 里 溪 橋 為 案 例, 該 橋 採 用 5 跨 連 續 梁 配 置, 跨 度 為 99m+3@45m+99m=633m, 橋 梁 梁 深 由 4m 漸 變 至 8.5m( 立 面 配 置 詳 見 圖 0), 橋 面 寬 度 為 5.8m, 斷 面 採 用 3 室 4 片 鋼 腹 板 ( 斷 面 詳 見 圖 ), 採 用 懸 臂 工 法 施 工, 完 工 後 將 成 為 該 橋 型 之 世 界 最 長 跨 度 斷 面 圖 冷 彎 製 造 施 工 圖 梁 深 規 劃 主 要 參 考 日 本 複 合 橋 設 計 施 工 規 準 [6] ( 詳 見 圖 ), 支 承 處 最 大 梁 深 採 用 圖 3 波 形 鋼 腹 板 斷 面 及 彎 製 施 工 情 形 a. 銲 接 接 合 b. 螺 栓 搭 接 圖 9 鋼 板 接 合 圖 8.5m 跨 度 中 央 採 用 4m 波 形 鋼 腹 板 係 以 ASTM A709 Gr.50 材 質 之 鋼 板 經 冷 彎 加 工 製 造 而 成, 其 彎 曲 形 狀 採 用 波 長 60cm 波 高 cm( 詳 見 圖 3) 此 外, 為 避 免 鋼 板 加 工 時 降 低 鋼 板 勁 度 或 於 表 面 產 生 裂 縫, 彎 曲 半 徑 採 用 板 厚 5 倍 以 上 [6] START 構 造 形 式 選 定 斷 面 假 設 波 形 鋼 腹 板 配 置 決 定 圖 0 立 面 配 置 圖 斷 面 性 質 計 算 斷 面 力 計 算 忽 略 腹 板 斷 面 性 質 計 算 扭 轉 斷 面 性 質 計 算 彎 矩 力 軸 力 剪 力 扭 力 本 工 程 整 體 分 析 採 用 有 限 元 素 法 建 立 架 構, 分 析 流 程 詳 見 圖 4 其 中 有 關 彎 矩 應 力 及 軸 力 之 檢 核, 原 則 上 與 一 般 傳 統 預 力 梁 類 似 故 不 再 贅 述 有 關 懸 臂 工 法 節 塊 配 置 部 分, 因 腹 板 改 為 鋼 板, 斷 面 重 量 減 少, 節 塊 長 度 可 配 合 增 長, 惟 需 考 量 搭 配 鋼 板 結 合 位 置 及 鋼 板 波 長, 使 節 塊 配 置 位 置 適 合 鋼 板 進 行 續 接 設 計 橋 梁 之 鋼 腹 板 時, 需 特 別 注 意 鋼 板 之 剪 力 強 度 及 挫 屈 強 度 的 檢 核 ( 相 關 檢 核 公 式 詳 見 前 一 章 節 ), 分 析 流 程 詳 見 圖 5 PC 鋼 腱 配 置 PC 鋼 腱 配 置 內 預 力 及 外 預 力 使 用 初 始 拉 應 力 預 力 計 算 入 初 始 預 力 有 效 預 力 計 算 圖 波 形 鋼 腹 板 複 合 梁 斷 面 圖 腹 板 與 混 凝 土 接 合 部 分, 本 工 程 採 用 埋 入 式 之 接 合 方 式, 詳 見 圖 6 其 力 學 傳 遞 機 制 於 橋 軸 方 向 之 水 平 剪 力 主 要 由 斜 鋼 板 後 方 的 混 凝 土 焊 接 縱 向 鋼 筋 及 貫 穿 鋼 筋 抵 抗, 於 橋 軸 直 角 方 向 之 彎 矩, 則 由 埋 入 式 鋼 板 與 橫 向 貫 穿 鋼 筋 抵 抗 此 種 接 合 方 式 焊 接 作 業 較 少 費 用 較 低, 且 無 利 問, 日 本 本 谷 橋 黑 部 川 B 橋 均 採 用 此 方 式, 檢 核 流 程 詳 見 圖 7 另 接 合 部 分 NO NO NO NO 彎 曲 應 力 及 軸 力 檢 核 YES 剪 應 力 檢 核 YES 扭 力 檢 核 YES 變 形 檢 核 YES 構 造 細 節 檢 核 設 計 載 重 檢 核 極 限 載 重 檢 核 設 計 載 重 檢 核 波 形 鋼 腹 板 剪 應 力 檢 核 ( 鋼 板 厚 度 檢 核 ) 極 限 載 重 檢 核 波 形 鋼 腹 板 剪 應 力 檢 核 波 形 鋼 腹 板 挫 屈 檢 核 波 形 鋼 腹 板 剪 應 力 檢 核 ( 剪 力 + 扭 力 ) 間 隔 梁 位 置 設 置 斷 面 檢 核 END 註 : 波 形 鋼 腹 板 橋 特 有 檢 討 項 目 4 No.89 January, 0 圖 波 形 鋼 腹 板 梁 深 參 考 圖 4 波 形 鋼 腹 板 梁 橋 主 要 設 計 流 程 No.89 January, 0 5

63 START START 剪力計算 設計水平簡力計算 Hv 波形鋼腹板形狀決定 鋼板開孔間距決定 混凝土剪力孔孔徑決定 YES NO 混凝土剪力塊 設計剪力強度Vs計算 設計荷重 剪應力檢核 混凝土剪力塊 剪斷強度Vs計算 YES NO 極限荷重 剪應力檢核 3D透視圖 鋼板剪斷強度Vs3計算 YES NO 本經驗[4]梁深大於5m於柱頭附近須設置裏打混 鋼腹板為國內首次施作 施工經驗較缺 單一 凝土 上床板設計部份 與傳統預力梁較為不 節塊所需施工工期較長(約為0~天) 然整體 同 由於腹板勁度較低 設計上床板鋼筋時須 評估仍具有以下優勢 採用有限元素法進行模擬 活載重採不同布設 方式 以求得臨界應力進行設計 另有關預力 波形鋼腹板橋由上下床板提供抗彎 鋼腱錨碇塊設計部份 本橋型預力鋼腱效率較 強度 梁深越深結構效能越佳 本類橋 佳 錨碇塊設計時需特別考量 此外本橋型採 型梁深常採一般預力橋梁深上限 可提 用較多外置預力鋼腱 錨碇處需採用有限元素 高抗彎能力且腹板重量增加有限 法進行模擬 並檢核局部應力 (二) 混凝土用量減少 安全性檢核 Hv Vs 腹板由鋼板取代 上部結構變輕 NO 局部挫屈檢核 YES NO YES 地震力變小 下構尺寸也可減少 混凝 破壞型態檢核 Hv Vs NO (一) 結構效能發揮 土用量減少約5% YES 整體挫屈檢核 NO YES 破壞型態檢核 Hv Vs3 (三) 鋼腱用量減少 YES NO 合成挫屈檢核 NO YES 波形鋼腹板橋軸向勁度較小 鋼腱 貫通鋼筋檢核 Ast 效率較高 約可減少5%鋼腱用量 YES END 圖5 腹板設計流程圖 END 接合施工圖 圖6 埋入式接合施工圖 圖7 腹板與混凝土 接合設計流程圖 圖9 裏打混凝土配置示意圖 (四) 景觀視覺佳 波形鋼腹板橋特有波浪型元素 創 三 波形鋼腹板複合梁橋優缺點 與傳統預力橋梁比較 懸臂工法搭配波形 造視覺不同景觀效果 圖0為本工程波 形鋼腹板複合梁橋施工之情形 (a) 跨大里溪懸臂節塊施作情形 防水工()為mm PU防水膜 防水工()為cmXcm尺寸之填縫膠 圖8 波形鋼板與混凝土接合處防水詳圖 較易因水氣凝聚產生銹蝕 故對於防水及防蝕 主 本工程採用單剪式摩阻型高拉力螺栓接 需特別加強 本工程採用防水處理方式詳見圖 合 因其組立時較容易調整 費用較經濟 並 8 易於控制接頭施工品質 鄰近柱頭部分 為減 緩隔梁附近剪力急劇變化造成腹板挫屈 設置 波形鋼板續接方面 主要以傳遞剪力為 6 No.89 January, 0 (b) 跨旱溪橋閉合節塊施作情形 裏打混凝土於鋼腹板內側(詳見圖9) 依據日 (c) 跨大里溪橋梁(五跨連續99m+3@45m+99m=633m)施工情形 圖0 台中生活圈4號線波形鋼腹板複合梁橋施工情形 No.89 January, 0 7

64 參 鋼與PC混合梁橋 法分析 其流程詳見圖 分別進行鋼 梁及預力梁的設計及應力檢核 其中鋼 一 結構系統與設計考量 及預力混凝土接合部應力行為複雜 為 本橋型設計重點所在 有關接合部之特 都市高架橋在跨越橫交道路時 主跨會採 性及設計理念敘述如下 用大跨度跨越道路 混合梁橋的結構系統因擷 取不同材料的優點 並發揮其特性 在跨度上 (二) 接合部設計規劃 比傳統梁橋更具優勢 傳統梁橋最經濟的跨度. 接合部型式研選 比(中央跨徑/邊跨徑)約為.(等梁深) ~.6(變梁 一般而言 接合部是兩種材質 深) 而混合梁橋的跨度比則依接合部的位置 剛性的變化處 為結構不連續點 會 不同而有所不同 若將接合部設置於中央跨度 有應力集中的現象 常成為結構的弱 間 梁橋可採用等梁深 其跨度比約達.8 若 點 因此本橋型之關鍵在於是否能將 將接合部設置於邊跨間 中央跨度採大跨度變 兩者不同特性的材料 透過適當的接 斷面鋼梁 其跨度比可增加至約.0 另外 合設計 順利接合成一體 從而發揮 考量橋梁外觀連續性及橋下淨高空間是否足夠 整體結構功能 參考日本以往實績案 時 採用混合連續梁橋實為另一種選擇 例 除了前支壓板型式外 一般常見 第一種型式 後支壓板方式 第二種型式 前 後支壓板併用方式 第三種型式 支壓接合方式 第四種型式 剪力釘接合方式 圖 常見接合型式示意圖 的接合型式分為後支壓板型式 前後 (一) 整體結構考量 支壓板併用型式 支壓接合方式及剪 本文介紹的混合梁橋是由鋼橋 力釘接合方式等多種型式 如圖 與預力梁橋兩種不同的結構特性及 其中前支壓板型式與後支壓板型式最 材料性質結合而成 必須充分考量其 被普遍使用且實績最多[7 8] 如圖 差異 才能妥適的接合 並對整體結 3 圖4 後支壓板型式較前支壓板 構系統作全面的考量 以發揮最佳 型式具有下列多項優點 接合效果 為達到整體結構系統力 () 接合部填充混凝土與預力梁接合 量傳遞之連續性 在預力梁部分設 隔梁能連續結合成一體 置腹板數目應與鋼梁數目相同 以 便於力量能連續傳遞而不致中斷 板型式小 橋梁整體結構分析採有限元素數值 力流的傳遞較為平順 傳遞路徑 根據上述的各項優點 因此接合 鋼梁傳遞的壓力 傳遞路徑 PC梁傳遞的壓力 傳遞路徑 傳遞路徑 傳遞路徑 傳遞路徑 剪力釘 後支壓板接合型式的力量傳遞主 要是透過剪力釘 後支壓板 鋼室及 填充混凝土共同分擔 其壓力 張力 圖 整體分析流程圖 傳遞路徑示意圖如圖5及圖6 鋼梁傳遞的張力 傳遞路徑 PC梁傳遞的張力 型式以後支壓板型式進行接合設計較 具優勢 8 No.89 January, 0 圖4 後支壓板接合型式示意圖 傳遞路徑 鋼室 PC梁 鋼梁 填充混凝土 圖3 前支壓板接合型式示意圖 (3) 剪力釘的效果能充分發揮 使應 () 接合面的應力集中現象較前支壓 後支壓板 圖5 後支壓板接合型式壓力傳遞路徑圖 剪力釘 鋼室 填充混凝土 後支壓板 PC梁 鋼梁 圖6 後支壓板接合型式張力傳遞路徑圖 No.89 January, 0 9

65 . 接 合 部 位 置 的 決 定 原 則 混 合 梁 橋 的 接 合 部 的 位 置 選 擇 甚 為 重 要, 其 設 置 原 則 需 注 意 下 列 幾 點 [7,8]: () 若 為 軸 力 控 制 的 橋 型 ( 如 斜 張 橋 ), 接 合 部 多 設 置 在 彎 矩 小 的 反 曲 點 附 近 凝 土 進 行 填 充, 易 造 成 蜂 窩 及 搗 實 不 良 等 缺 失, 近 年 來 由 於 高 流 動 性 自 充 填 混 凝 土 的 普 及, 故 採 用 此 種 混 凝 土 灌 漿 同 時 配 合 設 置 填 充 確 認 孔, 如 圖 7, 可 大 幅 改 善 此 項 缺 失, 將 鋼 室 內 部 充 分 填 實, 達 到 良 好 接 合 效 果 鋼 筋, 接 合 部 吊 裝 定 位 完 成 後, 於 現 場 澆 置 自 充 填 混 凝 土, 當 結 合 部 混 凝 土 固 結 後, 施 加 第 二 階 段 接 合 部 縱 向 鋼 腱 待 運 至 現 場 組 立 完 成 後, 再 行 整 跨 吊 裝 鋼 梁 步 驟 6: 最 後 安 裝 及 施 拉 中 隔 梁 第 二 階 段 橫 向 預 力 鋼 腱 後, 拆 除 中 隔 梁 及 接 合 部 處 臨 時 支 撐 鷹 架, 再 進 行 橋 面 板 護 欄 等 施 工 步 驟 5: 混 凝 土 的 潛 變 乾 縮 會 一 直 發 生, 因 此 在 吊 裝 鋼 梁 前, 需 將 工 地 實 際 測 量 數 據 回 饋 工 廠, 進 行 整 修 鋼 梁 節 塊, 二 施 工 步 驟 考 量 () 若 為 彎 矩 控 制 的 橋 型 ( 如 梁 橋 ), 接 合 部 多 設 置 在 彎 矩 小 且 無 反 復 應 力 ( 皆 為 同 向 應 力 ) 處 本 橋 梁 型 式 中 鋼 及 混 凝 土 的 特 性 不 同, 如 混 凝 土 乾 縮 潛 變 等 二 次 應 力 會 造 成 鋼 橋 的 影 響, 可 透 過 在 施 工 程 序 上 的 安 排, 將 影 響 減 至 最 低 ; 另 外, 接 合 部 結 構 細 節 上 較 為 複 雜, 需 要 有 良 好 的 施 工 品 質, 避 免 因 施 工 瑕 疵 造 成 接 合 部 的 失 敗, 因 此 在 施 工 步 驟 需 特 別 要 求 及 考 量 [9], 施 工 步 驟 示 意 圖 詳 見 圖 8 步 驟 : 構 築 完 成 基 樁 樁 帽 及 橋 墩 (3) 因 接 合 部 結 構 較 為 複 雜, 故 儘 量 避 免 與 錨 碇 設 施 有 衝 突 情 形 3. 接 合 部 製 作 及 施 工 性 考 量 接 合 部 鋼 室 (Cell) 尺 寸 銲 接 製 作 便 利 性 需 特 別 考 量, 參 考 日 本 混 合 梁 橋 相 關 實 績 案 例 [9], 如 表, 以 決 定 適 當 的 鋼 室 尺 寸 另 因 接 合 部 內 部 結 構 剪 力 釘 多 且 鋼 室 較 小, 若 以 一 般 混 步 驟 : 兩 側 邊 跨 採 場 鑄 逐 跨 架 設 工 法, 架 設 臨 時 支 撐 鷹 架 步 驟 3: 澆 注 兩 側 邊 跨 上 部 結 構 混 凝 土, 待 固 結 後 施 拉 預 力 鋼 腱, 其 施 拉 時 機 需 特 別 注 意 是 否 載 重 已 加 載 完 成, 首 先, 安 裝 及 施 拉 端 隔 梁 及 中 隔 梁 第 一 階 段 橫 向 預 力 鋼 腱, 再 安 裝 及 施 拉 第 一 階 段 縱 向 預 力 鋼 腱, 並 預 留 第 二 階 段 結 合 部 縱 向 鋼 腱 及 鋼 筋 表 日 本 相 關 混 合 橋 梁 實 績 的 鋼 室 (Cell) 尺 寸 高 (m) 寬 (m) 長 (m) 生 口 橋 美 濃 JCT 橋 新 川 橋 吉 田 川 橋 m m 0.8m PC 步 驟 4: 前 階 段 預 力 梁 在 施 拉 縱 向 預 力 時, 鋼 梁 尚 未 吊 裝 完 成, 故 施 拉 預 力 所 產 生 的 即 時 彈 性 收 縮 尚 未 影 響 鋼 梁, 但 將 來 鋼 梁 吊 裝 完 成 後, 會 因 混 凝 土 的 乾 縮 潛 變 等 因 素 造 成 鋼 梁 承 受 軸 向 拉 力 為 避 免 二 次 應 力 所 造 成 的 不 利 影 響, 應 儘 量 減 少 此 現 象, 所 以 需 將 預 力 梁 置 放 約 一 個 月 時 間 左 右, 待 初 始 乾 縮 潛 變 完 成 約 一 半 後, 再 拆 除 介 面 模 板, 架 設 第 二 階 段 結 合 部 模 板 30 No.89 January, 0 圖 7 填 充 孔 配 置 圖 圖 8 施 工 步 驟 示 意 圖 No.89 January, 0 3

66 預力梁部分 接合部 三 工程案例應用 鋼梁部分 接合部 預力梁部分 45M 系統力量傳遞之連續性 在預力梁部分 80M M 45M 56M M 在國內本橋型首度使用於台中生活圈4號 同 以便於力量能連續傳遞而不中斷 線工程各主要跨越路口處 一般路段高架橋採 故預力箱型梁斷面採箱室(3腹板)型式 預力混凝土箱型梁結構型式 橋梁標準跨徑約 且將預力斷面懸臂長與鋼梁懸臂長能相 為45m 沿線於宜平路 新仁路 德芳南路及 符順接 接著將橋梁斷面幾何尺寸及材 國光路四條主要橫交道路路口 在施工中交通 5.8M 設置之腹板數目需與鋼梁之腹板數目相 橋護欄外緣線 維持因素及橋下平面道路交通運轉需求考量 下 採用中大跨度橋梁配置(50m+85m+50m 預力梁部分 接合部 45m+80m+45m) 以減少工地作業 縮短工期 第一階段施工 並可維持交通 現場施工情形詳見圖9 景觀視覺連續感 採用鋼與PC混合連續梁橋設 第三階段施工 第二階 段施工 M 45M 上述跨路口段橋梁考量與一般路段之橋型 鋼梁部分 接合部 預力梁部分 第二階 段施工 第一階段施工 M 56M 45M.8M (a) PC部分施工情形 計 本橋型在側跨延續一般路段採用之預力混 凝土箱型梁結構型式 在中央主跨處因跨度大 圖30 橋梁結構平立面圖 則採用鋼梁型式 主要藉由兩種材料之重量及 強度不同 中央及側跨跨度比可加大 路口主 跨橋墩配置可在相同梁深條件下 儘量遠離路 料性質建立結構分析模型(如圖3所示)進 口 對於用路人視覺及交通安全運轉均有正面 行整體結構的數值分析 之效果 (二) 接合部位置檢討 (b) 接合部施工情形 (一) 跨度及斷面配置 依據前節的接合部位置的設置原 本文以跨越德芳南路橋梁單元為 則 分別以接合部距橋墩剛接處5m 例 為避免影響橋下交通 採用三跨連 0m 5m的3種方案進行分析 分析結 續之鋼與PC混合橋梁 中央段則需採用 果彎矩如圖3所示 方案一 二介面處 因無反復應力 故較方案三適合 且方 較大跨度跨越橫交道路 其跨徑配置為 圖3 橋梁結構數值分析模型 45m+80m+45m 支承系統採M-R-R-M(R剛接 M-活動端) 屬中大跨徑橋梁 本 單元若採以預力箱型梁設計 所需最深 方案一 接合部距橋墩剛接處5M (c) 吊裝鋼梁施工情形 方案三 接合部距橋墩剛接處5M (三) 接合部設計 梁深約為5m 採以鋼箱型梁橋設計需約 3.m 而採用鋼與預力混凝土混合橋梁 為決定接合部相關尺寸 參考表 型式 則全橋可採.8m固定梁深 保持 一 鋼室(Cell)尺寸採用長約m 寬約 梁深的一致性 接合部設置於中央跨度 0.6m 高約0.6m 如圖33所示 另考量 間[0] 如圖30 預力梁端的接合隔梁能傳遞剪力 其長 接合部介面 無反復應力 在鋼梁部分以經濟性為原則配置3根 3 No.89 January, 0 部距橋墩剛接處0m)為最適宜的位置 方案二 接合部距橋墩剛接處0M 鋼梁 斷面懸臂長約4.5m 並沿橋軸向 (d) 三跨連續(45m+80m+45m)施工情形 每m設置一懸臂托梁 為考量整體結構 圖9 台中生活圈4號線工程鋼與PC混合梁橋 施工情形 案二彎矩值較方案一小 故方案二(接合 度至少需大於一倍梁深(H=.8m) 且鋼接 合部深入接合隔梁約0.5m 因此隔梁總 長度採用3.5m較為適當 圖3 各方案彎矩值比較圖 No.89 January, 0 33

67 接 合 部 結 構 是 由 剪 力 釘 後 支 壓 板 鋼 室 及 填 充 混 凝 土 所 構 成, 設 計 時 需 考 量 在 常 時 及 地 震 時 兩 種 情 況 下, 力 量 傳 遞 路 徑 及 各 構 件 所 分 擔 力 量 的 比 例, 建 議 斷 面 力 傳 達 分 配 率 [] 為 後 支 壓 板 : 剪 力 釘 =65%:35%; 此 外, 力 量 分 配 時 各 構 件 能 否 承 擔 的 明 確 性 也 需 特 別 考 量, 以 下 將 就 各 種 力 量 傳 遞 情 形 並 分 別 說 明 接 合 部 設 計 理 念 : 板 鋼 板 與 混 凝 土 間 之 附 著 摩 擦 力 共 同 分 擔, 但 其 中 附 著 摩 擦 力 的 不 確 定 因 素 較 大, 所 以 將 之 忽 略, 在 常 時 由 剪 力 釘 後 支 壓 板 共 同 承 擔, 而 地 震 時 僅 由 後 支 壓 板 承 受 軸 向 壓 力 3. 剪 力 傳 遞 可 由 剪 力 釘 鋼 板 與 混 凝 土 間 之 附 著 摩 擦 力 共 同 分 擔, 在 常 時 及 地 震 時 皆 忽 略 附 著 摩 擦 力, 而 僅 由 剪 力 釘 承 受 剪 力. 軸 向 拉 力 傳 遞 可 由 剪 力 釘 接 合 鋼 腱 鋼 板 與 混 凝 土 間 之 附 著 摩 擦 力 共 同 分 擔, 在 常 時 忽 略 接 合 鋼 腱 及 附 著 摩 擦 力, 而 由 剪 力 釘 承 擔 ; 在 地 震 力 時, 僅 由 接 合 鋼 腱 承 受 軸 向 拉 力 結 語 本 文 介 紹 之 波 形 鋼 腹 板 複 合 梁 橋 及 鋼 與 PC 混 合 梁 橋 均 為 國 內 首 座 該 類 型 之 橋 梁, 許 多 設 計 細 節 及 施 工 經 驗 須 向 國 外 請 益, 國 內 目 前 並 無 相 關 設 計 規 範 故 對 於 國 外 新 規 範 研 析 設 計 完 工 案 例 參 考 更 顯 重 要 參 考 文 獻. 鄭 登 清 陳 錦 林 莊 文 宏, 波 形 鋼 腹 鈑 預 力 箱 型 梁 設 計 探 討, 中 華 技 術,7 期,p 佐 佐 木 保 隆, 複 合 結 構 橋 樑 施 工 的 應 用 與 發 展, 第 7 屆 中 日 工 程 技 術 研 討 會,007 年 月. 軸 向 壓 力 傳 遞 可 由 剪 力 釘 後 支 壓 3. 林 正 偉 張 英 發 林 曜 滄, 波 形 鋼 腹 鈑 在 斜 索 外 置 預 力 橋 之 應 用 探 討, 中 華 技 術,7 期,p 台 灣 與 日 本 同 處 地 震 頻 繁 的 區 域, 降 低 地 震 力 為 工 程 師 共 同 努 力 的 目 標, 日 本 已 有 百 餘 座 波 形 鋼 腹 板 橋 完 工 經 驗 本 橋 型 確 實 能 有 效 降 低 地 震 力 縮 小 下 構 尺 寸, 同 時 降 低 整 體 工 程 經 費 本 橋 型 具 有 獨 特 的 波 浪 造 形, 對 國 內 橋 梁 景 觀 也 能 注 入 一 種 新 的 元 素, 使 國 內 橋 梁 有 更 加 豐 富 及 多 元 化 的 選 擇 4. 日 本 波 形 鋼 板 ウェブPC 橋 - 計 画 マニュアル ( 案 ), 平 成 0 年 5. 日 本 設 計 要 領 第 二 集, 橋 梁 建 設 篇 - 中 日 本 高 速 道 路 株 式 會 社, 平 成 0 年 8 月 6. 複 合 橋 設 計 施 工 規 準, 社 法 人 プレス トレストコンクリート 技 術 協 会 編, 技 堂 出 版,005 年 月 此 外, 結 合 鋼 及 混 凝 土 材 料 優 點 追 求 經 濟 合 理 性 的 複 合 結 構, 已 成 為 新 建 橋 梁 的 另 一 種 選 擇 與 思 考 複 合 結 構 橋 梁 在 國 內 尚 屬 萌 芽 階 段, 設 計 及 施 工 案 例 不 多, 本 文 介 紹 之 橋 型 於 跨 越 路 口 採 用 鋼 及 混 凝 土 混 合 梁 橋 設 計, 在 中 央 主 跨 採 用 鋼 構 造 以 提 高 跨 度 比 ( 中 央 跨 徑 / 邊 跨 徑 ), 全 橋 採 等 梁 深 設 計, 相 較 於 傳 統 式 變 梁 深 橋 梁, 在 景 觀 視 覺 上 橋 梁 外 觀 較 為 整 齊 劃 一 且 連 續 流 暢 本 文 以 台 中 生 活 圈 4 號 線 實 際 設 計 經 驗, 介 紹 波 形 鋼 腹 板 複 合 橋 設 計 施 工 理 念, 及 鋼 與 PC 混 合 梁 橋 預 力 之 施 拉 接 合 部 之 分 析 與 構 造 細 節 等, 此 經 驗 可 提 供 各 界 參 考 與 應 用, 期 有 助 於 國 內 設 計 及 施 工 技 術 的 提 昇 7. 複 合 橋 設 計 施 工 規 準, 社 法 人 プレス トレストコンクリート 技 術 協 会, 技 堂 出 版,005 年 月 8. 鋼 コンクリート 複 合 構 造 の 理 論 と 設 計 () 用 編 : 設 計 編, 日 本 社 法 人 土 木 学 会,999 年 4 月 9. 河 野 謙 介, 鋼 PRC 混 合 橋 の 設 計 と 施 工, 財 法 人 高 速 道 路 技 術 センター 技 術 情 誌 EXTEC NO.74,005 年 9 月 0. 長 橋 或 特 殊 橋 梁 方 案 之 評 估 告, 國 工 局,006 年 5 月. 平 成 4 年 度 伏 木 富 山 港 ( 新 湊 地 ) 臨 港 道 路 技 術 討 調 (00) 34 No.89 January, 0 圖 33 接 合 部 詳 圖 No.89 January, 0 35

68 中 華 技 術 SPECIAL REPORT 摘 要 ABSTRACT 高架道路對於跨越道路 河川及特殊地形地貌環境等障礙 常以大跨徑橋梁因應克 服 惟大跨徑橋梁自重大 梁身深 如何減輕自重及增加橋下淨高是一大挑戰 同時也是 採用鋼橋的主因 對於大跨徑鋼橋如位於曲線路段 不僅運輸及吊裝條件嚴苛 且其應力 傳遞與結構動力行為亦較一般中小跨徑鋼橋來得複雜 因其工程技術及施工精密度較一般 鋼橋要求高 工程師須深入研析確實了解其結構力學行為 方能同時達到安全與經濟之目 標 目前施工中之國道號五股楊梅段拓寬工程跨越中山高路段之跨越橋 即為大跨徑曲 線鋼橋之典型案例 該橋配置為三跨連續鋼箱型梁 主跨徑6m 側跨徑為35m 全長 486m 本橋位於平面曲線變化路段 平面線形採雙曲線配置 為目前國內最大跨徑曲線鋼 橋 其上構採鋼橋面板箱型梁 橋面寬度7.7~0.9m 鋼梁深度採抛物線曲線變化 由最 大深度9.m漸變至4.0m 為維持現有國道號原有的行車動線 跨越中山高橋梁的施工與吊 裝 將是施工技術上的考驗 本文以五楊段跨越橋為例 介紹本工程之大跨徑曲線鋼橋分 析 設計及施工 冀可供為工程界相關工程之參考 關鍵詞 大跨徑橋梁 曲線鋼橋 鋼箱型梁 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 技術經理 曾榮川 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 副理 張英發 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 吳淑珍 3 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 計畫工程師 游明益 4 台灣世曦工程顧問股份有限公司 第一結構部 工程師 邱益成 壹 前言 國內重大工程建設 國道號五股楊梅段拓 寬工程 (以下簡稱五楊段) 沿國道號兩側配設 由於經濟快速發展 各大都會區及城市間 南北雙向之高架道路 其工程位置如圖所示 往來之車流量大增 為在有限土地上滿足交通 然而為避開里程37k~40k處岩屑崩滑之地質高敏 流量之需求 興建高架道路有其必要性 高架 感區及土石流高危險潛勢區 北上線高架橋行 道路受限於用地或道路線形等種種因素 於設 經該區時須跨越國道號平面車道至南下線側 計上往往須跨越既有車道 河川及特殊地形地 以雙層高架橋型式避開該敏感路段後第二次跨 貌等環境障礙 必須以大跨徑橋梁因應克服 越國道號回到原有北上線側 為避免影響現有 惟大跨徑橋梁梁身深 除結構本身將承受很大 國道號行車運轉且考量施工中之安全性 兩處 比例的自重外 橋下淨高也相對地受到壓縮 跨越路段須配置大跨度之跨越橋以符合現況要 不僅材料使用效益低且造成結構設計上的困 求[] 難 若橋梁位於曲線路段 將承受較大之扭轉 力 且其應力傳遞與結構動力行為亦較一般線 跨越橋採大跨度鋼箱型梁橋型式 並配置 形單純之橋梁複雜 鋼橋除能減輕結構自重及 鋼橋面板以降低靜重 但由於跨越梁位於曲線 增加橋下淨高外 其材料強度高 對於須承受 路段 設計時須注意在各種載重作用下曲線橋 較大扭轉應力之曲線橋效益頗佳 之結構動力行為 對於大尺寸箱型梁構件 也 大跨徑曲線鋼橋之設計 與施工 國道號五股 楊梅段拓寬工程C90及 C904A標 36 No.89 January, 0 5 No.89 January, 0 37

69 第一處跨越橋平面圖 第二處跨越橋平面圖 第一處跨越橋立面圖 第二處跨越橋立面圖 圖3 跨越橋結構配置示意圖 第一處跨越橋9.404m~0.9m 第二處跨越橋7.79m~0.m P.G. 圖 國道號五股楊梅段拓寬工程位置圖 4.0m~9.m 橋墩處 標準斷面 橋墩處斷面 圖4 跨越橋斷面及鋼箱梁斷面圖 圖 跨越橋工程位置圖 橋工程位置如圖所示 其中橋梁名稱由北往南 檢核 另鋼梁腹板最大深度達9.m 對於構件 方向分別稱為第一處跨越橋及第二處跨越橋 本橋下部結構採混凝土橋墩柱 考量工 曲線配置來克服 因設計行車速率高所需橋梁 址環境 地質條件及地下水高度等因素 第一 轉彎半徑大 橋墩雖佈設於高速公路旁兩側 處跨越橋及第二處跨越橋主跨徑橋墩均採樁基 橋墩間距長度仍達6m 配合地形限制及路線 在考量工址環境 線形 施工時程及經費 礎 其中第一處跨越橋之二座橋墩分別採用 規劃 採較小的曲率半徑(R=390m) 使得橋面 等各項因素下 同時為維持現有高速公路的繁 根及5根.0mψ基樁 深度為30m 第二處跨 之横坡超高達8% 另本路段屬下坡段 為達行 忙交通及避免在車道中落墩 跨越國道號之兩 越橋之二座橋墩則均採用5根.0mψ基樁 深 車轉彎安全視距需求 原規劃之三車道橋面寬 處跨越橋均採用三跨連續大跨徑鋼箱型梁橋 度亦為30m 度由9.9m漸變至0.9m(第二處跨越橋寬度由 之運輸 製作及安裝等 亦須於設計階段一併 考量 實屬一具有挑戰性之橋梁設計與施工 貳 跨越橋工程概要 主跨徑為6m 兩側側跨各為35m 單一橋長 m漸變至0.m) 跨越橋結構配置如圖3所 為避開五股林口段路側之山坡地地質敏感 達486m 為目前國內跨徑最大之鋼箱型梁橋 現有高速公路雙向佈設各5車道 寬度約為 區 該路段北上線與南下線高架橋採上下雙層 鋼梁深度採抛物線曲線變化 由最大深度9.m 4m 本跨越橋由原本平行現有高速公路線形到 共構方式辦理 因此使得北上線須兩度跨越現 漸變至4.0m 斜交 再回到平行線形 造成橋梁在很短的距 橋梁上部結構採鋼床板箱型梁 橋面寬度 離以斜交方式跨越高速公路 平面線形須以雙 介於7.8m至0.9m 為配合構件運輸及吊裝等 有國道號高速公路 相關之地質敏感區及跨越 No.89 January, 0 要考量如何維持箱梁斷面之剛性及斷面應力之 跨度中央處 示 No.89 January, 0 39

70 9.89m~0.9m 7.79m~0.m 35m+6m+35m=486m 35m+6m+35m=486m 4m-8.0m-4.6m-9.m-4.0m 4m-9.m-4.6m-9.m-4.0m 4~5 (mm) 4~5 (mm) 8~45 (mm) 8~45 (mm) 6~8 (mm) 6~8 (mm) No.89 January, 0 No.89 January, 0

71 No.89 January, 0 No.89 January, 0

72 α ~α ~4 No.89 January, 0 No.89 January, 0

73 核結果顯示 風力對於主梁撓度及扭轉作用 ()架設臨時支撐架及軌道梁 其發散振動及渦激振動都屬安全[6] 伍 大跨徑曲線鋼橋之施工 本工程跨越橋原規劃是採用中央跨度採懸 臂工法 各伸長93m後 中央閉合段再以封閉交 梁腹板也要作切割 於鋼構廠內製作 先行假 通方式採用吊車吊裝(如圖7) 仍維持外側各二 安裝後 再運送至工地現場地組後再行吊裝 線車道通行 中山高速公路 送出 旋轉裝置 懸臂工法 工序如圖8所示 或旋轉工法 工 中山 高速公路 序如圖9所示 其中之旋轉工法係將中央跨 旋轉裝置 細部設計時 配合構件之尺寸及重量 將構件 設置之軌道梁 作為旋轉活動端 將地組後 單元分割成適當尺寸大小節塊 須留意單獨節 的兩段鋼梁旋轉移動至定位 完成閉合 (4)定位接合 橋墩 路 中山高速公 路 中山 高速公 栓方式辦理 台上地組 並利用於兩段鋼橋梁空中閉合處所 主梁組合 橋墩 道號之交通 施工廠商目前正在評估 將採用 之單一節塊的運輸高度及寬度等限制 因此於 吊車 軌道梁 外 其腹板及下翼板橫向接頭則採用高強度螺 分成兩段 分別於高速公路北上及南下兩側構 中山高速公路 橋墩 軌道梁架設用吊車 主梁支撐架 考量跨越橋之中央跨吊裝時 必須維持國 由於主梁設計梁深達9.m 已超過法規上 路 中山高速公 橋墩 (3)主梁旋轉橫移 為減輕鋼梁自重 上翼板採用鋼橋面板並採現 橋墩 橋墩 路 中山高 速公 限制 將主梁及橫梁分割成較小節塊 甚至鋼 場工地焊接方式 下翼板縱向接頭採工地焊接 主梁組合 軌道梁支撐架 跨越橋寬度達0.9m 深度亦達0.m 無 法用單一節塊運輸 須配合運輸尺寸 重量等 ()主梁組合 吊車 主梁支撐架 橋墩 中山高速公路 橫移裝置 橋墩 圖9 中央跨旋轉工法施工示意圖 結語 參考文獻 塊之穩定及組合後構件內部之動線等施工上的 需求 配合構件運輸及現場吊裝 主梁斷面及 節塊分割示意如圖6所示 ()安裝工作車 組裝箱梁 本跨越橋在期程 經費及工址條件下 採. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 國道 用大跨徑曲線鋼箱型橋 主跨徑長達6m 鋼 號五股至楊梅段拓寬工程計畫 五股林口段 梁最大深度為9.m 由於鋼箱型梁之斷面尺寸 工程設計暨配合工作 服務建議書 民國98 較一般主梁大 構件設計須考量運輸尺寸及現 年4月 場吊裝等施工條件 並對於長跨度及大構件箱 ()安裝門型支撐架及工作車 進行吊裝. 台灣世曦工程顧問股份有限公司 五股林 確保安全 本文之跨越橋目前已發包施工中 口段工程設計暨配合工作 細部設計圖 民 完成後將是國內最大跨徑之鋼箱梁跨越道路 國99年4月 橋 成為該段高速公路之明顯且特殊之景觀 本文謹就本橋之設計與施工作扼要介紹 冀能 提供類似橋型及規模之工程參考 圖6 主梁斷面及分割示意圖 3. 日本道路協會 鋼道路橋設計便覽 昭 和54年月 4. AISC, Design Manual of Othotropic Steel Plate (3)以工作車由兩側依序吊裝至中央節塊閉合 Deck Bridges,96 梁橋梁另須對其挫屈 耐風穩定性作檢討 以 5. 日本道路協會 鋼道路橋の疲勞設計指 針 平成4年3月 (4) 拆除工作車及門型支撐架 完成吊裝 圖7 大跨徑鋼橋懸臂工法施工示意圖 46 No.89 January, 0 6. 日本道路協會 道路橋耐風設計便覽 平成9年月 圖8 中央跨懸臂工法施工示意圖 No.89 January, 0 47

74 3 Site Visit SUMMARY 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

75 3 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

76 No.89 January, 0 3 No.89 January, 0 3

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80 3 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

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82 77m 60m 8m 77m 通 航 淨 空 554x5m 設 計 最 高 通 航 水 位 3.8m 通 航 淨 空 09x5.5m 3 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

83 3 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

84 3 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

85 3 3 No.89 January, 0 No.89 January, 0

86 No.89 January, 0 No.89 January, 0