中華民國105年4月 April. 2016

國道3號烏溪一號河川橋-遭遇問題之處理過程及懸吊式施工法簡介

高公局中工處陳志遠撰稿/吳松旺圖片提供

一、國道3號烏溪一號河川橋概述
  國道3號烏溪一號河川橋(下稱烏溪一號橋)係民國92年12月竣工之長跨距橋梁,坐落於彰化縣和美鎮,並作為連結臺中市大肚區之重要幹道(詳圖1)。烏溪一號橋全長2147.8m,橋跨數共計27跨,採場鑄平衡懸臂工法施工,橋墩採單柱式沉箱基礎(河道外P24薈26橋墩採直接基礎),並以預力混凝土箱型梁為橋梁結構主體,橋面板則採以南北雙向三車道(詳圖2)配置。

圖1 國道3號烏溪一號河川橋地理位置圖
圖1 國道3號烏溪一號河川橋地理位置圖
圖2 國道3號烏溪一號剖面圖
圖2 國道3號烏溪一號剖面圖

二、烏溪一號橋遭遇問題
  烏溪一號橋完工通車後,部分橋面陸續產生變形下垂現象,並於伸縮縫前後路面凹陷導致伸縮縫處相對凸出,造成行車不適,用路人多次陳情反應。評估主要原因為施工幾何控制欠佳(預拱量低估)及混凝土長期潛變效應所造成,於民國98年至101年,進行箱形梁內增設外置預力補強(處理預拱量不足問題,詳圖3)、AC平順加鋪(解決路面凹陷問題)、橋護(隔)欄配合加高(以符合交通安全需求),並於民國102年進行北上線PN20-22減重刨除(每跨刨除約127噸)以減少自重造成之沉陷。民國98年至104年委託中興顧問公司於北上段PN20~PN22及南下段PS16~PS18辦理變位(含撓度、變形及溫度)監測,至今觀察其變位已逐漸趨於穩定,其監測設備示意圖詳圖4。

圖3 外置預力建置立面圖
圖3 外置預力建置立面圖
圖4 中興顧問公司監測設備示意圖
圖4 中興顧問公司監測設備示意圖

三、懸吊式施工法介紹
  雖經歷年修復及補強工程處理,並由監測資料評估烏溪一號橋已逐步趨於穩定之趨勢,但經104年橋梁檢測仍發現,端跨場撐段之箱梁腹板、底板有垂直向及斜向之表面裂縫,研判係因混凝土養護欠佳或乾縮效應所造成,為避免裂縫持續擴大,乃於同年(104)度進行裂縫填補處理(採注入高分子聚合物材料,以阻絕空氣及水氣滲入混凝土,避免造成混凝土劣化及鋼筋鏽蝕)。又因該橋位於過河段,一般施工採架設臨時施工鋼便橋方式辦理,惟該工法易受汛期阻礙、排水及潮差水位影響之疑慮,且所需施工經費較高,經專業技師建議及進行機關內部討論後,改採「懸吊式施工架工法(簡稱懸吊式施工法)」辦理。
  懸吊式施工法係於橋面路肩架設上下設備及支撐架(以載重塊固定),人員以上下設備移動至橋面下後,打設膨脹螺栓入橋梁混凝土中,並懸吊鋼索及逐塊進行施工平台組件設置,最後安裝防護欄杆。本工法之施工架斷面示意圖如圖5所示,架設完成圖如照片1及照片2所示。

圖5 懸吊式施工架標準斷面圖
圖5 懸吊式施工架標準斷面圖
照片1 懸吊式施工架完成-側面拍攝
照片1 懸吊式施工架完成-側面拍攝
照片2 懸吊式施工架完成-梁底拍攝
照片2 懸吊式施工架完成-梁底拍攝

  於過河段進行橋梁裂縫修補之作業時,懸吊式施工法相對於傳統框式施工架工法(架設施工鋼便橋),確有其優勢,如施工迅速(工期較傳統方式縮短一半以上,且不需申請使用河川公地、不受汛期及漲退潮影響)、價格較低廉(搭設面積小且不必架設鋼便橋及施作施工便道)等;且懸吊式施工架具一夾層工作空間,勞工環境相對安全,強風之影響有限。另膨脹螺栓打設後不予取出,亦對於後續維修施工具方便、安全、快速之效。懸吊式施工法與傳統框式施工架工法特點比較如表1所示。

▼ 表1 懸吊式施工法與框式施工架工法比較表

 

懸吊式施工法

框式施工架工法

價格

相對較低
(搭設面積為橋面板投影面積)
相對較高
(搭設價格隨高度趨增)

河川公地申請使用

不需申請
需申請

鋼便橋

不需搭設鋼便橋
需自岸邊搭設鋼便橋至工區(將使工程經費提高)

施工便道

不需施工便道
需施作施工便道

安全性

高架作業需配備背負式安全帶、救生設備
高架作業需配備背負式安全帶、救生設備

施工進度

不受汛期、漲退潮影響, 進度較快
需避開汛期、配合漲退潮期間施作,進度較慢

交通影響

需佔用路肩搭設支撐架及上下設備,對交通略有影響
於橋下作業,不影響工區路(橋)面車輛行進

強風影響

影響低
受風面積大,容易傾倒

  懸吊式施工法並非具專利之工法,國內亦有多處成功案例,如能適時適地採用,對於人員的安全及工程的效率,應皆能有效地提升,亦能節省許多不必要的公帑支出。