摘 要 ABSTRACT 臺 中 生 活 圈 號 線 環 中 路 ( 中 清 地 下 道 終 點 至 台 3 省 道 ) 高 架 橋 工 程 (1/)( 中 清 崇 德 段 ) 屬 台 74 線 快 速 公 路 之 北 段, 本 工 程 完 成 後 將 構 成 臺 中 都 會 區 外 圍 之 環 狀

中 華 技 術 TECHNICAL REPORTS 關 鍵 詞 : 鋼 拱 橋 鋼 纜 吊 裝 鋼 纜 預 力 內 政 部 營 建 署 中 區 工 程 處 / 中 工 組 / 副 組 長 / 林 俊 廷 1 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 中 辦 處 / 副 理 / 潘 其 良 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 中 辦 處 / 計 畫 工 程 師 / 鄭 嘉 仁 3 台 灣 世 曦 工 程 顧 問 股 份 有 限 公 司 / 中 辦 處 / 工 程 師 / 陳 俊 宏 4 176 No.104 October, 014

摘 要 ABSTRACT 臺 中 生 活 圈 號 線 環 中 路 ( 中 清 地 下 道 終 點 至 台 3 省 道 ) 高 架 橋 工 程 (1/)( 中 清 崇 德 段 ) 屬 台 74 線 快 速 公 路 之 北 段, 本 工 程 完 成 後 將 構 成 臺 中 都 會 區 外 圍 之 環 狀 快 速 公 路 網, 提 供 都 會 區 東 西 來 往 便 利 的 交 通 運 輸, 提 升 區 域 均 衡 發 展, 並 有 效 紓 解 市 區 平 面 道 路 壅 塞 的 車 流, 節 省 總 運 輸 成 本 及 減 少 油 耗 而 本 工 程 松 竹 路 口 鄰 接 未 來 臺 中 市 重 要 發 展 區 塊, 於 工 程 設 計 階 段 即 規 劃 建 造 一 座 具 特 色 之 造 型 橋 梁, 打 造 臺 中 都 會 區 地 標 景 觀 橋 梁 工 程 之 結 構 型 式 及 工 法 選 擇 極 為 重 要, 除 兼 顧 安 全 經 濟 美 觀 等 基 本 原 則 外, 亦 須 考 量 工 程 特 性 工 程 規 模 施 工 迅 速, 並 兼 顧 國 內 施 工 技 術 水 準 配 合 環 境 景 觀, 力 求 造 型 新 穎 及 減 少 施 工 中 交 通 干 擾 因 素 本 工 程 於 松 竹 路 交 會 路 口 採 用 單 拱 肋 半 穿 式 鋼 拱 橋, 其 外 型 線 條 柔 順, 如 旭 日 東 昇 之 意 象, 於 清 晨 與 黃 昏 之 景 緻 各 異 其 趣, 創 造 臺 中 都 會 區 嶄 新 風 貌 半 穿 式 鋼 拱 橋 具 有 長 跨 度 及 施 工 期 程 短 的 工 程 特 性, 可 符 本 工 程 松 竹 路 口 之 高 車 流 量 且 為 重 要 道 路 無 法 封 閉 之 交 通 需 求 期 望 藉 本 文 回 饋 分 享 施 工 經 驗 與 施 工 遭 遇 困 難 及 解 決 對 策, 可 助 於 提 升 國 內 橋 梁 工 程 施 工 水 準 1 3 4 壹 工 程 概 述 本 工 程 半 穿 式 鋼 拱 橋 單 元 之 跨 度 配 置 為 60m+90m+60m, 跨 越 松 竹 路 口, 上 部 主 梁 結 構 型 式 為 五 孔 鋼 箱 型 梁 ( 詳 圖 1), 於 鋼 橋 中 間 跨 採 單 肋 拱 橋 ( 詳 圖 ), 下 部 結 構 則 採 V 型 鋼 橋 墩 柱 型 式 中 央 單 拱 肋 處 設 置 5 條 吊 索 ( 以 下 統 稱 鋼 纜 ) 與 中 央 鋼 箱 梁 結 合, 每 條 鋼 纜 含 55 根 鋼 鉸 索, 每 根 鋼 鉸 索 為 15.mmΦ 之 高 拉 力 7 線 鉸 索, 單 線 鉸 索 外 部 鍍 鋅 保 護 包 覆 於 HDPE 套 管 並 於 其 間 灌 注 油 脂, 每 條 鋼 纜 外 罩 HDPE 外 套 管 做 為 最 外 部 防 護 ( 鋼 纜 斷 面 示 意 圖 詳 圖 3) 圖 1 鋼 拱 橋 斷 面 圖 鋼 橋 結 構 施 工 技 術 於 國 內 已 是 相 當 普 遍 且 純 熟, 鋼 纜 之 安 裝 與 預 力 施 拉 機 制 則 相 對 稍 微 複 雜, 以 下 將 淺 述 其 施 工 經 驗 施 工 困 難 及 解 決 對 策 圖 單 拱 肋 吊 索 斷 面 圖 No.104 October, 014 177

圖 3 鋼 纜 斷 面 示 意 圖 圖 4 分 段 預 裝 規 劃 178 No.104 October, 014 貳 鋼 拱 橋 預 裝 ( 假 安 裝 ) 施 工 規 劃 一 般 常 見 預 裝 方 式 有 立 體 組 合 ( 完 全 依 照 工 地 完 成 時 之 形 狀 進 行 預 裝 ) 橫 向 預 裝 ( 以 橫 向 90 旋 轉 即 結 構 物 之 側 向 朝 上 方 式 預 裝 ) 逆 向 預 裝 ( 將 構 造 物 反 轉 180 進 行 立 體 預 裝, 又 稱 為 顛 倒 預 裝 ) 分 段 預 裝 等 隨 著 工 程 技 術 日 益 卓 越, 國 內 橋 梁 結 構 亦 趨 於 採 大 跨 度 及 多 跨 連 續 性, 本 工 程 單 元 橋 梁 長 度 以 國 內 現 有 鋼 構 廠 預 裝 場 地 規 模 無 法 一 次 組 裝 完 成, 且 囿 於 鋼 拱 肋 之 高 度, 考 量 鋼 構 廠 預 裝 安 全 性 與 時 程 及 現 場 吊 裝 工 期 與 效 率, 故 鋼 橋 主 梁 採 用 分 段 預 裝 ( 詳 圖 4), 而 鋼 拱 肋 部 分 則 採 橫 向 預 裝 採 用 分 段 預 裝 時, 前 一 單 元 構 件 應 預 留 一 節 塊 與 下 一 次 節 塊 同 時 進 行 預 裝, 以 了 解 結 構 整 體 預 裝 之 狀 態 鋼 拱 肋 預 裝 時 為 使 節 塊 趨 近 於 無 重 力 狀 態, 不 產 生 自 重 撓 度 與 端 口 變 形, 因 此 採 橫 向 預 裝 方 式 ( 詳 圖 5) 以 利 多 支 點 支 承 而 符 合 前 述 原 則 預 裝 規 劃 時, 應 轉 換 檢 測 資 料 座 標 軸 並 考 量 現 場 支 撐 位 置 ( 控 制 點, 詳 圖 6) 與 結 構 寬 度 ( 橫 向 預 裝 後 將 成 為 高 程 控 制 資 料 ), 並 依 前 述 分 段 預 裝 之 原 則, 預 留 前 一 單 元 結 塊 進 行 預 裝, 檢 查 各 相 關 尺 寸 是 否 在 設 計 值 要 求 誤 差 範 圍 內, 俾 發 現 製 造 時 所 可 能 發 生 的 誤 差 而 予 以 修 正 經 預 裝 後 之 檢 測 資 料 後 續 須 移 轉 工 地 安 裝 人 員, 做 為 工 地 安 裝 校 正 的 檢 核 依 據

圖 5 鋼 拱 肋 橫 向 預 裝 圖 6 鋼 拱 肋 現 場 吊 裝 支 撐 位 置 參 鋼 纜 安 裝 前 置 規 劃 施 工 經 驗 分 享 一 鋼 纜 錨 碇 區 域 之 應 力 檢 核 鋼 纜 錨 碇 區 域 相 關 尺 寸 應 配 合 吊 索 系 統 重 新 設 計 及 檢 核, 避 免 因 不 同 系 統 造 成 原 設 計 錨 碇 強 度 不 足, 同 時 還 必 須 滿 足 整 個 鋼 纜 系 統 安 裝 時 之 作 業 空 間 需 求 ; 本 工 程 針 對 此 項 考 量 進 行 錨 碇 鈑 應 力 分 析, 其 應 力 分 佈 圖 如 圖 7 所 示 二 鋼 纜 防 水 護 套 圖 7 錨 碇 鈑 應 力 分 佈 本 工 程 原 設 計 鋼 纜 防 水 護 套 設 置 ( 詳 圖 8), 乃 配 合 防 撞 套 管 以 緩 衝 材 作 為 鋼 纜 外 套 管 間 之 防 水 設 施 依 本 工 程 施 工 規 範 規 定, 錨 碇 區 應 設 置 防 蝕 系 統 ( 如 隔 離 套 管 ), 且 鋼 纜 系 統 須 具 備 減 ( 防 ) 振 系 統 構 件, 因 此 為 維 持 防 撞 套 管 之 強 度 與 管 徑, 且 解 決 防 撞 套 管 與 HDPE 外 套 管 管 徑 之 差 異, 本 工 程 經 多 次 審 查 檢 討 施 工 廠 商 防 蝕 系 統, 最 後 決 議 變 更 以 防 水 罩 強 化 錨 頭 防 水 效 果 ( 詳 圖 9 10) 圖 8 原 設 計 防 水 護 套 No.104 October, 014 179

圖 9 變 更 後 防 蝕 系 統 計 各 吊 索 長 度 及 張 力 值, 於 施 工 階 段 初 期 施 加 初 始 預 力, 各 鋼 纜 之 初 始 夾 固 預 力 為 55 噸 ( 每 股 鋼 纜 1 噸 55 條 ), 其 變 更 設 計 前 後 吊 索 張 力 值 如 表 1 鋼 纜 編 號 表 1 鋼 纜 張 力 值 鋼 纜 股 數 鋼 纜 最 終 長 度 (mm) 夾 固 預 力 (Ton) 原 設 計 設 計 張 力 (Ton) 變 更 設 計 夾 固 預 力 (Ton) 設 計 張 力 (Ton) C1 55-15.φ 10,111± 0 11 55 8 圖 10 防 水 罩 裝 置 肆 鋼 纜 預 力 施 工 遭 遇 困 難 與 解 決 對 策 C 55-15.φ 14,708± 0 306 55 35 C3 55-15.φ 16,50± 0 333 55 35 C4 55-15.φ 14,708± 0 307 55 35 C5 55-15.φ 10,111± 0 11 55 8 註 : 表 中 設 計 張 力 數 值 為 橋 梁 靜 荷 載 狀 態 之 鋼 纜 張 力 180 No.104 October, 014 本 工 程 鋼 拱 橋 施 工 架 設 係 以 臨 時 支 撐 系 統 場 撐, 初 始 鋼 梁 及 鋼 纜 應 為 無 應 力 狀 態, 當 橋 面 版 及 附 屬 設 施 施 築 完 成 後, 移 除 支 撐 系 統, 鋼 纜 將 承 受 拉 力 且 橋 面 線 型 高 程 應 符 合 設 計 高 程 故 鋼 纜 吊 裝 完 成 後 預 力 端 錨 處 之 預 力 夾 片 應 為 不 施 任 何 預 力 情 況 下 自 然 夾 固, 然 而 鋼 纜 預 力 行 為 較 一 般 預 力 行 為 複 雜, 將 因 結 構 系 統 及 載 重 狀 態 之 不 同 而 改 變, 因 此 當 移 除 支 撐 系 統 過 程 中, 夾 片 處 於 受 橋 梁 自 重 作 用 之 相 對 應 力 變 化 下, 於 支 撐 未 移 除 處 之 預 力 處 於 無 應 力 狀 態 下 易 有 鬆 脫 之 虞 為 解 決 因 相 對 應 力 變 化 下 所 造 成 夾 片 鬆 脫 情 形, 經 重 新 檢 討 結 構 分 析 模 型 後, 以 維 持 橋 面 拱 度 不 變 之 原 則 下 重 新 設 一 第 一 階 段 施 工 吊 索 安 裝 及 初 始 預 力 本 工 程 高 架 橋 屬 鋼 拱 體 系, 上 端 固 定 於 拱 圈, 下 端 固 定 於 主 梁, 常 見 之 安 裝 順 序 均 是 先 進 行 上 端 側 之 安 裝 後, 再 完 成 下 端 側 鋼 纜

線 夾 片 安 裝 及 初 始 預 力 施 拉 工 作 均 須 於 鋼 梁 或 鋼 拱 箱 室 內 進 行, 受 限 於 箱 室 體 積 及 人 手 孔 尺 寸, 無 法 使 用 大 型 機 具 施 工, 因 此 本 工 程 吊 索 安 裝 及 張 力 調 整 均 採 用 小 型 15T 單 槍 千 斤 頂 逐 根 施 拉 ( 如 圖 11), 此 施 工 方 式 每 次 僅 對 單 一 鋼 鉸 索 施 拉, 可 確 保 每 條 纜 線 均 達 足 夠 預 力, 但 先 施 預 力 之 鋼 鉸 索 會 受 後 施 拉 者 之 影 響 而 降 低 預 力 值, 為 確 保 每 條 鉸 索 均 可 達 設 計 預 力, 必 須 逐 根 重 複 施 預 力 ~3 回, 甚 為 耗 時 而 無 法 快 速 施 工 各 鋼 纜 之 預 力 值, 並 檢 查 鋼 纜 線 末 端 之 夾 片 是 否 鬆 脫 ( 如 圖 13), 如 有 鬆 脫 則 立 即 更 換 夾 片 並 重 新 施 拉 預 力 圖 13 鋼 纜 線 末 端 夾 片 抽 查 二 第 二 階 段 施 工 橋 面 拱 度 及 鋼 纜 預 力 調 整 圖 11 15T 單 槍 千 斤 頂 施 預 力 表 吊 索 ( 鋼 纜 ) 施 拉 順 序 施 拉 順 序 1 3 吊 索 ( 鋼 纜 ) 編 號 C1 C5 C C4 C3 RC 橋 墩 吊 索 圖 1 吊 索 配 置 示 意 圖 拱 肋 中 心 線 主 梁 中 心 線 鋼 纜 預 力 施 拉 順 序, 須 配 合 橋 梁 結 構 型 式 與 施 工 能 量, 以 降 低 預 力 損 失 考 量 安 排 施 拉 順 序, 本 工 程 係 安 排 具 千 斤 頂 由 兩 端 橋 墩 側 往 橋 梁 中 央 處 同 時 施 拉, 其 順 序 編 號 如 表 及 圖 1 考 量 確 保 初 始 夾 固 預 力 不 因 施 拉 順 序 造 成 預 力 不 足, 須 於 全 數 吊 索 施 拉 完 成 後 再 檢 測 及 調 整 此 項 屬 鋼 拱 橋 後 期 工 項, 鋼 纜 經 移 除 支 撐 系 統 後 受 鋼 梁 自 重 ( 靜 載 重 DL1), 及 後 續 橋 面 AC 層 護 欄 中 央 隔 欄 欄 杆 等 ( 靜 載 重 DL) 完 成 後 應 進 行 橋 面 拱 度 檢 測, 同 時 檢 驗 各 鋼 纜 線 張 力 值 是 否 與 設 計 值 相 符, 如 不 符 者 則 必 須 重 新 調 整 鋼 纜 施 拉 張 力 本 工 程 變 更 於 施 工 階 段 初 期 施 加 初 始 預 力, 在 本 施 工 階 段 針 對 各 鋼 纜 線 之 單 一 纜 線 進 行 抽 檢 驗 橋 墩 中 心 線 證, 鋼 纜 線 張 力 值 與 設 計 張 力 值 誤 差 在 % 以 內 伍 鋼 纜 外 套 管 (HDPE) 施 工 遭 遇 困 難 與 解 決 對 策 鋼 纜 HDPE 外 套 管 因 鋼 纜 長 度 之 故, 須 於 工 地 進 行 HDPE 外 套 管 熔 接 續 接, 本 工 程 施 工 規 範 No.104 October, 014 181

規 定 應 依 ASTM D657 規 定 熔 接, 惟 首 次 鋼 纜 吊 裝 時,HDPE 外 套 管 因 無 法 承 受 自 重 造 成 熔 接 處 開 裂 ( 詳 圖 14) 初 步 檢 討,HDPE 外 套 管 熔 接 開 裂 處, 其 開 裂 斷 面 為 平 整 斷 面 ( 詳 圖 15), 如 為 良 好 熔 接 面 則 HDPE 外 套 管 開 裂 處 不 應 為 熔 接 位 置, 因 此 應 為 熔 接 作 業 失 敗 所 造 成 圖 16 加 熱 板 加 壓 熱 熔 圖 14 鋼 纜 線 吊 裝 施 工 照 片 ( 失 敗 案 例 ) 圖 17 HDPE 套 管 熱 熔 後 對 接 圖 15 HDPE 外 套 管 熔 接 開 裂 斷 面 一 解 決 對 策 重 新 檢 視 HDPE 外 套 管 熔 接 作 業 流 程 是 否 符 合 ASTM D657 熔 接 規 定 熔 接 作 業 之 成 功 與 否, 常 取 決 於 施 工 知 識 與 經 驗 技 術, 因 此 針 對 作 業 流 程 之 各 步 驟 ( 詳 圖 16~0), 列 出 檢 查 要 點 如 下 : 圖 18 HDPE 套 管 熱 熔 加 壓 壓 力 表 18 No.104 October, 014

90psi(0.41~0.6 MPa) 並 依 斷 面 積 計 算 欲 施 加 之 力 量 ( 六 ) 以 加 熱 板 加 壓 熱 熔 時, 約 熔 出 3. ~ 4.8mm(8in 管 徑 ) 高 時 即 減 壓 抽 出 加 熱 板 進 行 兩 套 管 熔 接 ( 七 ) 熔 接 過 程 應 靜 置, 待 靜 置 至 冷 卻 溫 度 後 方 可 移 動 外 套 管 二 其 他 注 意 事 項 圖 19 HDPE 套 管 熱 熔 溫 度 檢 測 ( 一 ) 熔 接 過 程 應 能 持 續 量 測 溫 度 並 採 多 點 檢 測, 可 確 保 熔 接 品 質 ( 二 ) 因 HDPE 材 質 熱 性 差, 故 應 以 持 續 穩 定 傳 遞 熱 量 之 定 電 壓 加 熱 設 備 優 先 ( 三 ) 為 確 定 熔 接 時 間 應 先 進 行 熔 接 試 驗, 確 保 熔 接 品 質 ( 四 ) 經 加 熱 板 熱 熔 之 套 管 斷 面, 若 有 凹 面 產 生 表 示 不 當 加 壓 所 造 成, 應 待 冷 卻 後 重 新 端 洗 確 認 密 合 度 後, 再 進 行 熱 熔 續 接 作 業 圖 0 HDPE 套 管 熔 接 強 度 試 驗 ( 一 ) HDPE 外 套 管 熔 接 端 口 應 保 持 清 潔 乾 燥, 避 免 夾 帶 雜 物 ( 二 ) 加 熱 板 表 面 應 採 用 不 沾 黏 材 質, 避 免 熔 融 殘 物 遺 留, 並 應 保 持 潔 淨 清 潔 時 以 不 含 油 脂 及 不 留 棉 絮 之 潔 淨 布 ( 非 合 成 纖 維 ) 擦 拭 ( 三 ) 確 認 待 熔 接 之 兩 套 管 接 合 面 密 合 誤 差 小 於 mm ( 四 ) 熔 接 器 系 統 應 有 熱 熔 溫 度 檢 測 計, 避 免 溫 度 不 足 無 法 形 成 有 效 鍵 結, 或 溫 度 過 高 造 成 垂 流 或 連 接 界 面 晶 粒 過 於 粗 大 依 規 定 熔 接 溫 度 應 為 04 ~3, 熔 接 冷 卻 溫 度 為 130 ( 約 為 54 ) ( 五 ) 接 合 界 面 熔 接 加 壓 之 力 量 不 宜 過 大 或 過 小, 依 ASTM D657 規 定 應 採 60~ 陸 結 語 隨 著 國 內 工 程 技 術 日 新 月 異, 鋼 拱 橋 已 成 為 屢 見 不 鮮 的 橋 梁 型 式, 各 工 程 所 遭 遇 到 的 施 工 問 與 困 難, 經 過 工 程 人 員 努 力 檢 討 改 進, 提 出 解 決 對 策 讓 工 程 可 以 順 利 進 行 完 工, 然 而 這 些 解 決 過 程 中 的 探 討 與 解 決 對 策 並 未 傳 承, 亦 沒 有 機 會 提 供 其 他 工 程 先 進 參 考 指 教, 無 法 提 升 國 內 工 程 技 術 實 屬 可 惜 本 工 程 施 工 期 間 所 遭 遇 之 困 難 與 失 敗 經 驗, 可 能 是 經 常 犯 錯 之 處 或 解 決 對 策 尚 有 改 進 空 間, 但 不 管 好 壞 仍 藉 由 此 機 會 回 饋 分 享 施 工 經 驗 與 淺 略 薄 見, 提 供 工 程 先 進 參 考 並 希 冀 有 助 於 提 升 國 內 橋 梁 工 程 施 工 水 準 No.104 October, 014 183

參 考 文 獻 1. 蔡 同 宏 莊 輝 雄, 淺 談 高 屏 溪 橋 斜 張 鋼 纜 施 工, 中 華 技 術 第 57 期 (003). 李 家 順, 鋼 結 構 橋 梁 預 裝 ( 假 組 立 ) 目 的 與 檢 查 項 目 介 紹, 第 四 十 六 期 鋼 結 構 工 程 (01) 4. 內 政 部 營 建 署, 台 中 生 活 圈 號 線 環 中 路 ( 中 清 地 下 道 終 點 至 台 3 省 道 ) 高 架 橋 工 程 (1/)( 中 清 崇 德 段 ) 補 充 施 工 規 範, 第 033a 章 3. 美 國 材 料 和 試 驗 協 會 (American Society for Testing and Materials),ASTM D 657 5. 長 鴻 營 造 股 份 有 限 公 司, 台 中 生 活 圈 號 線 環 中 路 ( 中 清 地 下 道 終 點 至 台 3 省 道 ) 高 架 橋 工 程 (1/)( 中 清 崇 德 段 ) 鋼 拱 橋 鋼 纜 施 工 分 項 計 畫 書, 台 中 (01) 鋼 拱 實 景 照 片 鋼 拱 實 景 照 片 184 No.104 October, 014

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