第十章 橋梁工程 1 92/5/22
10-0 學習重點 ( 一 ) 橋梁之種類 依材料 使用機能 結構方式 施工方式 ( 二 ) 預鑄工法 ( 三 ) 基礎工程 ( 四 ) 地面支撐場鑄工法 ( 五 ) 預鑄工法 ( 六 ) 預鑄節塊工法 ( 七 ) 懸臂工法 ( 八 ) 節塊推進工法 ( 九 ) 支撐先進工法 ( 十 ) 桁架推進工法 ( 十一 ) 鋼橋 潮汐架設巨型鋼橋法 ( 十二 ) 橋版之接縫 ( 十三 ) 橋樑之整修 2
1-1 概述 橋梁種類 : ( 一 ) 依使用材料 (1) 木橋 (2) 鋼筋混凝土橋梁 (3) 鋼骨橋梁 (4) 組合橋梁 ( 二 ) 依使用機能 (1) 天橋 (2) 陸橋 (3) 河橋 (4) 海橋 車道圖 10-1-1 天橋陸橋車道 圖 10-1-2 陸橋 3
[ 宜蘭南方澳跨海大橋 ] [ 澎湖跨海大橋 ] ( 三 ) 依結構方式分類 (1) 懸吊式橋梁 (2) 簡支式橋梁 (3) 固定式橋梁 (4) 懸臂式橋梁 [ 高屏溪斜張力橋 ] 4
鋼索 RC 柱 橋面 圖 10-1-3 吊橋 [ 懸吊式橋梁 - 光復大橋 ] [ 台北碧潭吊橋 ] 5
[ 台北坪林吊橋 ] 橋面 鉸支撐 橋柱 圖 10-1-4 簡支式橋樑 6
( 四 ) 依施工方式分類 (1) 地面支撐場鑄工法 (2) 預鑄工法 (3) 預鑄節塊工法 (4) 懸臂工法 (5) 節塊推進工法 (6) 支撐先進工法 (7) 桁架推進工法 橋面 固定支撐橋面橋台 ( 擋土牆 ) 圖 10-1-5 固定式橋樑自由端 ( 接縫 ) 橋柱 圖 10-1-6 懸臂式橋樑 7
預力混凝土梁之斷面形狀 : ( 一 ) 矩型梁 ( 圖 10-1-7) 載重及跨度均較小之橋梁 ( 二 )I 型梁 ( 圖 10-1-8) 簡支梁 ( 三 )T 型梁 ( 圖 10-1-9) 簡支梁 ( 四 ) 梯型梁 ( 圖 10-1-11) 節塊推進工法 ( 五 ) 箱型梁 ( 圖 10-1-10) 懸臂式工法 圖 10-1-7 矩形梁圖 10-1-8 I 形梁圖 10-1-9 T 形梁 圖 10-1-10 箱形梁 圖 10-1-11 梯形梁 8
10-2 基礎工程 水中基礎之施工方法 : ( 一 ) 河流改道工法 ( 二 ) 圍堰工法 ( 三 ) 築島工法 水流 橋樑基礎 圍堰 橋樑基礎 河岸 便橋 拉索 橋墩 堰壁 水面 填砂 河床 鋼板樁圖 10-2-1 圍堰築島 9
10-3 地面支撐場鑄工法 優點 : 1. 施工簡單 2. 無須大型機具吊裝 3. 無需高度技術 缺點 : 1. 施工費時 2. 需大量支撐材料, 支撐成本高 3. 支撐太高時, 危險性大 4. 跨越河流時支撐困難 [ 圖 10-3-1 地面支撐場鑄工法 ] 10
施基橋架模鋼筋混凝模板及施施工計畫基礎施工橋柱施工架設支撐模板組立配凝土澆置拆支撐鋼 腱及施拉預力配置置拆除圖 10-3-2 地面支撐場鑄工法施工流程圖適用場合 : 適用場合 : 1. 橋面距地面高度低, 架設支撐簡單迅速之處 2. 架設支撐危險性小之處 3. 無水之河床, 架設支撐方便之處 4. 地面平坦, 架設支撐穩固之處 5 使用其他工法較不經濟之小型或單跨徑橋樑 11 5. 使用其他工法較不經濟之小型或單跨徑橋樑
10-4 預鑄工法 預鑄梁 預鑄梁 吊車 柱柱 優點 : [ 圖 10-4-1 預鑄工法 ] 1. 無需架設支撐及模版, 成本低 缺點 : 2. 1. 橋樑尺寸受運輸工具及吊裝車橋柱與預力樑可同時施工, 縮短工期 輛負荷量之限制 3. 預鑄樑於工廠生產, 品質控制良好 2. 吊裝車輛進出時須有施工便道 4. 安全性較高 配合 12
施作橋墩施作帽梁吊裝預鑄梁 預鑄梁 帽梁橋墩 澆置橋版混凝土架設欄杆 橋版 圖 10-4-2 預鑄工法施工步驟 13
施工計畫 ( 工地現場 ) ( 預鑄工廠 ) 圍堰 模板組立 排水 基礎開挖 鋼筋及鋼腱配置 基礎施工混凝土澆置養護 橋柱施工 模板拆除 施拉預力 運送 預鑄梁吊裝 固定 橋版施工 圖 10-4-3 預鑄工法施工流程圖 14
( 奇數梁 ) ( 偶數梁 ) 5 3 1 2 4 吊裝順序 3 1 2 4 帽梁 帽梁 圖 10-4-4 預力梁吊裝順序 15
10-5 預鑄節塊工法 預鑄節塊工法系將整跨之橋樑分成若干節塊, 並於預鑄廠 ( 場 ) 先行預鑄完成, 然後運至工地現場, 以吊車或吊架將節塊吊裝組立, 再施以預力連結全橋樑之橋樑施工法 依節塊吊裝之方式又可分為 : 1. 預鑄節塊逐跨架設工法 2. 預鑄節塊漸進工法 3. 預鑄節塊懸臂工法 鋼軌 活動桁架 吊裝完成之節塊 橋柱 鋼索 節塊 臨時支撐 待吊節塊 圖 10-5-1 預鑄節塊逐跨架設工法 16
待吊節塊 吊車 節塊 吊裝完成之節塊 預鑄箱型橋柱 圖 10-5-2 預鑄節塊漸進工法 鋼梁 節塊 鋼索 橋柱 節塊 圖 10-5-3 預鑄節塊懸臂工法 17
預鑄節塊工法之優點 : 1. 無需架設地面支撐, 不受橋下地形複雜之影響 2. 循環施工, 工人熟練度高, 施工速度快 3. 預鑄節塊於預鑄廠 ( 場 ) 鑄造, 品質及工期較容易控制 4. 節塊鑄造完成後, 可充分妥善養護, 混凝土乾縮潛變量少 5. 節塊係採用吊裝組立, 對週遭環境影響小 6. 預鑄節塊機械化大量生產, 可節省人力, 工期短 預鑄節塊工法之缺點 : 1. 需增加吊裝機具設備 2. 因各節塊為預鑄且事先已定型, 於吊裝後發現有偏差時修正困難 3. 縱向鋼筋無法連貫, 須依節塊長度分別銜接, 增加接合作業 4. 節塊尺寸受吊車能力與交通法規之限制 18
6 4 2 0 1 3 5 節塊 圖 10-5-4 陸地吊裝 工作架 鋼梁 吊索 軌道 預鑄節塊 圖 10-5-5 懸臂梁吊裝 19
鋼梁 臨時支撐 預鑄節塊 圖 10-5-6 簡支梁吊裝 軌道 軌道 桁架 橋台 橋柱 預鑄節塊 圖 10-5-7 桁架推進吊裝 20
10-6 懸臂工法 懸臂工法係從橋墩中心開始往兩側橋樑中心分成若干節塊, 每一節塊長約 3~5m, 利用移動工作車做為組模及灌漿之工作架, 並向兩側橋樑中心逐單元施作之工法 5 工作架 往橋梁中央施工 4 3 2 1 2 3 4 5 施工單元施工順序橋柱 21
懸臂工法之優點 : 1. 無需架設支撐, 節省工料 2. 無須吊裝作業, 減少吊車機具 3. 橋樑跨距大, 減少橋柱數量 懸臂工法之缺點 : 1. 每一跨距需使用兩部工作車, 施工成本高 2. 逐塊施工, 進度緩慢 3. 每一節塊深度不一, 模板需要不斷調整 4. 高空作業, 危險性大 22
懸臂方法施工步驟 ( 圖 10-6-1): ( 一 ) 橋墩柱頭節塊支撐結構設計及柱頭節塊施工 ( 二 ) 於已完成之柱頭版兩端架設工作車, 並校正其方向 ( 三 ) 於工作車懸臂段之吊架上裝設第一節塊模板, 並校正模板方位 ( 四 ) 第一節塊鋼筋組立 埋設預力套管及其他預埋物 ( 五 ) 檢查模板 鋼筋 預力套管及其他預埋物之位置, 並清除模板內雜物 ( 六 ) 澆置第一節塊混凝土 ( 七 ) 混凝土養護至達到預定強度後, 施拉預力 ( 八 ) 施拉預力完成後封端, 並拆除模板 ( 九 ) 將工作車向橋中央推進至第二節塊頂部, 並校正其方位 ( 十 ) 重複上述 ( 三 ) 至 ( 九 ) 之步驟逐段完成其他節塊 ( 十一 ) 相臨兩橋墩懸臂梁自由端結合施工 ( 十二 ) 伸縮縫 欄杆等附屬工程施工 23
[ 懸臂工法工作車 ] [ 懸臂工法直接接合 - RC 澆置 ] 懸臂工法跨徑中央交接處接合方法 伸縮縫 鋼墊片 懸臂梁自由端 懸臂梁自由端 圖 10-6-2 直接接合法 24
鋼墊片 懸臂梁自由端 伸縮縫 ( 填入彈性料 ) 簡支梁 懸臂梁自由端 圖 10-6-3 間接接合法 1 0 1 1 0 2 施工順序 橋柱 施工順序 橋柱 ( 正確 ) ( 錯誤 ) 圖 10-6-4 懸臂工法節塊施工順序 25
10-7 節塊推進工法 節塊推進工法之施工及設備 : ( 一 ) 預鑄場 ( 二 ) 模板 油壓千斤頂 模板 混凝土 油壓千斤頂 [ 圖 10-7-1 系統模板 ] 26
第一節塊 鋼造鼻梁 千斤頂 第一節第二節第三節 ( 三 ) 鼻樑 高拉力鋼棒 [ 節塊推進工法之鼻梁 ] 橋墩 27
安全拉桿 拉進梁 頂版 底版 拉進方向 ( 四 ) 推進設備 (1) 拉進法 (2) 頂起推進法 節塊拉進鋼絞索 圖 10-7-2 拉進法 千斤頂 (3) 推進法 節塊 千斤頂 滑動底座 千斤頂 千斤頂上升 推進 28
推進方向 千斤頂 節塊 推進導軌 [ 推進法 ] 不銹鋼鈑 ( 五 ) 滑動支承 ( 六 ) 側制導架 ( 七 ) 臨時橋墩 ( 八 ) 安全制動設施 節塊 支承 橋墩 推進 楔塞貼 29
節塊推進工法之施工步驟 : ( 一 ) 施築橋台預鑄場及橋柱, 並於橋柱頂端裝設臨時滑輪, 以利鼻梁及節塊之推進 橋台預鑄場橋柱 ( 二 ) 鑄造第一節節塊及架設鼻梁, 使兩者結合一體 千斤頂 1 節塊鼻樑 橋柱 ( 三 ) 第一節塊施預力後與鼻梁同時向前推出, 並準備鑄造第二節塊 千斤頂 2 節塊 1 鼻樑 30
( 四 ) 第二節塊與第一節塊密接, 鑄造完成施預力後向前推出, 並準備鑄造第三節塊 千斤頂 3 節塊 2 1 鼻樑 ( 五 ) 重覆上述步驟, 至節塊全部完成為止 3 2 1 鼻樑 ( 六 ) 拆除鼻梁, 換裝永久支承, 橋版 欄杆 伸縮縫等附屬工程施築後即完成 3 2 1 31
10-8 支撐先進工法 [ 圖 10-8-1 支撐先進工法 ] 32
工作車之主要部份 : ( 一 ) 橋柱懸吊架系統 ( 二 ) 推進工作車 ( 三 ) 支撐橫梁 ( 四 ) 支撐主梁 ( 五 ) 外模系統 ( 六 ) 內模系統 ( 七 ) 鼻梁 工作車 橋梁 水平移動 [ 圖 10-8-2 推進工作車平面圖 ] 主梁前進 33
內模支撐 內模 橋版 外模 支撐大梁 千斤頂 工作車 橋柱 柱頭懸吊支撐架 [ 圖 10-8-3 橋梁橫斷面圖 ] 34
支撐先進工法施工步驟 : ( 一 ) 先完成各橋柱及橋台 ( 以利機具材料之搬運及工作人員之進出 ) ( 二 ) 第一橋孔支撐鋼架裝設 模板組立, 並固定及校正各部支撐及模 鋼架及模板 ( 三 ) 鋼筋及鋼腱套管配置 ( 四 ) 澆置混凝土 澆置混凝土 35
2 1 1 圖 10-8-4 梁斷面澆注順序 澆置方向 起點 已完成橋梁 施工縫 橋梁前進方向 圖 10-8-5 混凝土澆置順序平面圖 36
( 五 ) 混凝土養護 蒸氣管 混凝土版 圖 10-8-6 蒸氣養護管路配置圖 37
( 六 ) 施拉預力 ( 七 ) 放鬆千斤頂, 使鋼架下降及模板脫離混凝土 鋼架下降 ( 脫模 ) 鼻樑 ( 八 ) 架設下一橋柱之支撐架及橫梁 ( 九 ) 將活動鋼架 ( 模板 ) 推向另一橋孔 向前推進 ( 十 ) 上升模板 校正 固定 上升 38
10-9 桁架推進工法 預力梁 桁架 預力梁 支撐 軌道 軌道 橋台 預力梁 橋柱 圖 10-9-1 桁架推進工法 39
10-10 鋼橋 工廠 施工計畫 工地 製造圖 測量放樣 構件製造 基礎開挖 螺栓開孔 剪力釘焊接 施築橋墩 預裝 施築橋柱 搬運 預埋螺栓 鋼梁吊裝 鋼梁固定 檢測 施築橋版 橋版模板組立 配筋 配管 欄杆 伸縮縫 鋼梁防銹處理 圖 10-10-1 鋼橋施工流程圖 40
潮汐架設巨型鋼橋法之架設步驟 : ( 一 ) 退潮時將鋼橋 ( 一孔之部份 ) 吊裝於工作船上 鋼橋 支撐架 工作船 ( 二 ) 漲潮時將工作船駛入橋孔處 鋼橋 退潮後水位下降 橋墩 ( 三 ) 退潮時鋼橋落於橋墩上, 並將支撐點固定於橋柱上 ( 四 ) 工作船退出, 橋梁架設完成 41
[ 台北關渡大橋 ] [ 東線鐵路 - 冬山鐵橋 ] [ 台北汐止鐵橋 ] [ 宜蘭利澤簡大橋 ] 42
10-11 橋版之接縫 鋼鈑 ( 平面圖 ) RC 橋版接縫填塞彈性料 RC 橋版 鋼鈑 ( 斷面圖 ) 圖 10-11-1 彈性料填塞法 43
螺栓固定 橋版 橋版 ( 平面圖 ) 鋸齒鋼鈑 橋版 ( 斷面圖 ) 螺栓固定接縫範圍圖 10-11-2 鋸齒蓋鈑法 橋版 44
10-12 橋樑之整修預力梁 預力鋼棒 裂縫 錨定型鋼帽梁 [ 外拉預力鋼棒補強 - 捷運木柵線帽梁 ] 橋柱 圖 10-12-1 外拉預力鋼棒法 45
鋼鈑 預力梁 帽梁 鋼鈑 裂縫 橋柱 圖 10-12-2 外包鋼鈑法 46
預力梁 帽梁 裂縫 橋柱 支撐型鋼 圖 10-12-3 支撐工法 47