中華民國101年4月 April. 2012

國道4號神岡高架橋P1~P3橋墩換底工法補強工程(上)

圖1 本工程位置示意圖
圖1 本工程位置示意圖

高公局中工處苗栗工務段蔡世榮/撰稿照片提供

國道4號神岡高架橋位於大甲溪南岸(詳圖1),常因豪雨造成大甲溪河水暴漲,導致大甲溪水流湍急且溪流改道,致使洪水直沖高灘河床及堤岸(照片1及照片2),造成沿岸堤防多處潰決,尤其近幾年更加嚴重,例如民國93年7月2日敏督利颱風造成國道4號神岡高架橋P3橋基淘空(照片3),94年5月12日豪雨造成國道4號西向5k+930~6K+050旁防汛道路沖毀及94年8月5日馬莎颱風造成國道4號5K+500 ~5k+ 600旁防汛道路沖毀(照片4)等災害直接影響神岡高架橋等行車安全。

照片1 93年颱風洪水直沖高灘河床及堤
照片1 93年颱風洪水直沖高灘河床及堤
照片2 97年09月16日辛樂克颱風洪水淘刷現況
照片2 97年09月16日辛樂克颱風洪水淘刷現況
照片3 敏督利颱風造成P3橋墩基礎災損懸空裸露現況
照片3 敏督利颱風造成P3橋墩基礎災損懸空裸露現況
照片4 94年豪雨及海棠颱風造成西向5k+930
照片4 94年豪雨及海棠颱風造成西向5k+930~6k
+050旁防汛道路沖毀

有鑒於此,為維護國道4號神岡高架橋行車安全,高速公路局中區工程處(以下簡稱本處)特於100年3月完成委託監造作業發包,100年度5月辦理「國道4號神岡高架橋A1橋台及P1~P5橋墩補強工程」(以下簡稱本工程)。本工程契約金額為1億5,821萬元;經契約變更後1億6,603萬439元,契約工期為300日曆天;核定河川公地申請破堤部分展延工期48日曆天;合計348日曆天,本工程於100年5月16日開工;展延工期後預定101年4月27日完工。工程監造單位為晉國工程顧問有限公司,承包商為日富營造股份有限公司。主要施工項目包括:
1. A1橋台截水牆工程:颱洪期間為防止暴漲溪水沖毀現有堤防直接影響A1橋台,利用150cmO,?=15m之全套管密排樁施築橋台前側並於樁頂施作截水牆,以增加橋台抗洪能力。
2. P1~P3橋墩換底工程:為防止現有堤防遭沖毀直接影響P1~P3橋墩直接基礎結構安全,利用換底工法將原有P1~P3橋墩直接基礎更換成全套管基樁,並將原有基礎板加深加大,可利用全套管基樁基礎可增加抗洪及耐震能力,達到橋墩結構之安全性。
3. P4~P5墩柱RC包覆補強工程:依據「公路橋梁耐震設計規範(民國97年11月)」檢核後,發現墩柱無法承受設計地震之作用力,需對墩柱作進一步補強,補強工法採RC包覆工法將既有墩柱直徑擴增至3m,以增加墩柱耐震能力。
其中P1~P3橋墩為國道中部路段首次採用換底工法補強工程之橋墩,橋墩補強換底工法全程採用自動化監測設備,監控橋梁安全。並採用臨時樁柱及臨時鋼構架系統托住預力箱型梁,執行頂升作業,進而施作換底工法。本橋基補強採用不需封閉國道主線之「換底工法」,維持既有交通功能運行,工程進行中遇天災等人力不可抗拒因素,即依相關應變計畫緊急處理,以維用路人安全,工程完工後可增加國道4號神岡高架橋(里程樁號:6k+100至6k+300)部分橋基抗洪及沖刷能力。有關本工程原設計配置及換底工法說明示意圖詳圖2及圖3。

圖2 本工程原設計平立面配置示意圖
圖2 本工程原設計平立面配置示意圖
照片3 敏督利颱風造成P3橋墩基礎災損懸空裸露現況
圖3 P1~P3橋墩換底工法補強工程施工示意圖
圖4 安裝橋面板監測系統與施作150cm 全套管基樁
圖4 安裝橋面板監測系統與施作150cm 全套管基樁
圖5 各基樁施作樁柱至設計高程
圖5 各基樁施作樁柱至設計高程
圖6 安裝臨時帽梁、千斤頂及支撐墊
圖6 安裝臨時帽梁、千斤頂及支撐墊
圖7 安裝暫撐小梁、第1次頂升作業、安裝止震塊
圖7 安裝暫撐小梁、第1次頂升作業、安裝止震塊
圖8 拆除既有帽梁、橋墩與基礎
圖8 拆除既有帽梁、橋墩與基礎
圖9 橋墩基礎開挖擋土安全支撐、基礎降挖至設計高程
圖9 橋墩基礎開挖擋土安全支撐、基礎降挖至設計高程
圖10 新設橋墩基礎施作
圖10 新設橋墩基礎施作
圖11 施作新增墩柱及其他部分、帽梁、安裝支承及第2次頂升作業
圖11 施作新增墩柱及其他部分、帽梁、安裝支承及第2次頂升作業
圖12 第2次頂升作業力量轉移及拆除臨時帽梁構架(含止震塊、暫撐小梁、支撐墊、臨時帽梁)
圖12 第2次頂升作業力量轉移及拆除臨時帽梁構架(含止震塊、暫撐小梁、支撐墊、臨時帽梁)
圖13 移除施工架並回填土方
圖13 移除施工架並回填土方

事實上,橋墩換底工法應用於國道橋梁段維修或耐震補強工程上仍屬少見,主要係因技術層面困難度較高及經濟效益考量,故就本工程P1~P3換底工程原設計施工規劃配合3D模擬圖示(圖4~13)進一步說明如下:
有關工程施工實務部分,含全套管基樁施工、P1~P3橋墩補強換底工法、P4~P5橋墩RC包覆補強工法及全自動監測成果等,將於「國道4號神岡高架橋P1~P3橋墩換底工法補強工程」(下)敘述。