國道1號五股楊梅段拓寬工程
林口雙層橋設計與施工(上)一、前言
國道1號五股楊梅段拓寬工程總長約40公里，在整體施工上須沿既有高速公路兩側狹長帶狀布設，空間狹小有限，尤其國道1號里程37k+400∼39k+100北上側屬岩屑崩滑高敏感區，依據環評承諾事項路線須予以迴避，故而於該路段前後五楊北上線須兩次跨越國道1號至南下側，以避開前述敏感區。
前述兩次跨越間路段共同佈設於高速公路南下側，位置位於於泰山收費站至林口間，該路段南下側大窠坑溪緊鄰國道1號與路線平行，高架橋沿國道1號與大窠坑溪間狹窄廊帶布設，考量大窠坑溪部份已整治且為多樣生態之自然溪流，橋梁布設空間有限，為儘量避免橋梁侵入大窠坑溪與遮蔽日照，路線係採上下層橋面部分重疊方式布設，並採雙層外懸帽梁之樹狀式單柱及大偏心方式配置橋墩，較高之北上線於跨越國道1號平面主線後，緊臨國道1號側布設，南下線置於外側下方（如圖1），使共構橋柱可立墩於國道1號既有邊坡，避免侵入河道。
二、橋梁設計
2.1 橋型方案沿革
設計階段初期，路線方案採北上線高架橋於跨越中山高後，再跨越南下線，於外側與南下線同側沿中山高與大窠坑溪間狹窄廊帶續往南行，原擬定雙層共構橋梁型示如圖2所示。
因大窠坑溪緊鄰中山高與路線平行，致局部路段須於溪中落墩。大窠坑溪現況部分河道已整治，部分仍為具多樣生態之自然野溪，且溪中落墩路段河道寬度不一。有關溪中落墩路段河道，經以25年頻率設計、50年頻率不溢堤之原則，進行水理演算及檢核，於通水斷面不足路段，規劃在既有路權內採複式斷面加寬河道或加高護岸（如圖3）。
本方案橋體漸次升高，具層次美感，惟大窠坑溪需河中立墩及改道，將新增用地面積約4,000M2，新增建物拆遷26戶。於98年6月26日，經本局召開會議，與經濟部水利署第十河川局、台北縣政府高灘地工程管理處及泰山鄉公所等相關水利主管機關就本議題進行研商，結論表示係屬河道中平行落墩，並無核准案例，委外審查通過機率甚微。若採改變河道方式，應以維持原河道寬度為原則，且經中央主管機關核准。另因需另增收用地，恐無法配合於101年底前完工之時程。
為因應前述會議結論，經再行研擬現行之設計方案，配合結構立墩需求，將本路段採北上線與南下線平面位置互換，即將較高之北上線於跨越中山高平面主線後，緊臨中山高側布設，南下線置於下方外側（如圖4、5），使共構橋柱可立墩於中山高既有邊坡，避免侵入河道用地。本方案與地形環境較無契合感，惟近中山高橋梁較高，對用路人高度之壓迫感較小，且因大窠坑溪河中不須立墩，河道不須改道，故無新增用地及建物拆遷之問題。
2.2 主梁
本路段橋梁工程配合現地線型，採雙層橋面部分重疊共構方式佈設，其結構行為相較於一般框架式雙層共構橋梁更為複雜，上層橋梁因高度較高（約27M∼49M），為降低地震力對結構之影響，儘量採用輕量化設計，故選擇重量輕的鋼箱型梁；下層橋梁因地震力較小，則可考慮採用單純的預力箱型梁及鋼箱型梁，惟考慮本路段施工條件，下方為大窠坑溪，預力箱型梁無法採用傳統逐跨架設工法施工，若採用支撐先進工法，工作車位置又將與上層橋墩衝突，採預鑄節塊又因工址附近均屬保護區，無法設置預鑄場，故綜合以上各項考量，決定下層橋亦採用與上層橋梁相同之鋼箱型梁結構。
本路段全線採上、下層共構長度2.857公里，其橋面依單向三車道配置之標準寬度為16.05M，但配合二處跨越段平面半徑390M之設置，部分橋面須加寬最大至19.397M，以提供足夠之停車視距，維持行車安全。共構橋梁採較輕量之中跨徑鋼箱型梁橋配置（上、下層各13單元52跨，配置為52.5+3@55+12*4@55m），並配合前述橋面寬度需求，上下層採三室及雙室鋼箱之配置，鋼梁深度均為2.5M，橋面則採RC橋面板，另為使既有國道1號用路人有良好的視覺效果，鋼箱梁外側腹鈑均採用1:4之斜腹鈑，斷面示意圖如圖6所示。
2.3 橋墩
本路段雙層高架道路其橋墩平均高度達40m，屬於高橋墩，且須配合大窠坑溪行水區域採雙層外懸帽梁之樹狀型式，較不適合採預鑄節塊橋墩，故考慮採用場鑄RC橋墩或鋼橋墩。考量本工程施工區域主要位於國道1號與大窠坑溪間之下邊坡施工，全線於便橋及構台上施工，施工空間狹窄、出入口少及動線不佳，且橋墩柱及帽梁量體甚大，採鋼橋墩現場施工量大品質不易控管，鋼構地組空間亦不足，故參考日本3H工法的構想，選擇單柱式R.C橋墩內配置H型鋼柱及內施預力之結構型式。
每座混凝土橋墩內設置H型鋼柱，一方面H型鋼柱可取代部份鋼筋承受荷載，改善傳統高橋墩的鋼筋間距過於緊密，導致鋼筋綁紮困難與混凝土澆置問題，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，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2根H型鋼柱則從橋墩基座延伸至下層帽梁，如圖7所示。
全線共配置53座橋墩，各座橋墩所對應載重大小不盡相同，故將橋墩斷面尺寸劃分成六種斷面尺寸，以撙節工程成本，其中垂直行車之橫向寬度有400cm與450cm尺寸，平行行車之縱向尺寸則有500cm、540cm與580cm三種變化。又因受限於嚴苛用地限制，大偏心單柱式橋墩配置導致常時靜載重及活重作用下，即對柱底及大懸臂帽梁產生較大的偏心彎矩，為避免此一彎矩對墩柱及帽梁在常時情況下可能產生撓曲裂縫，於墩柱加以配置預力鋼腱以消除混凝土開裂之疑慮，配置如圖8所示。
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