瑪陵橋之「下弦鋼拱」施工漫談

官明郎 技師

一、前言

8月3日上午特驅車至基隆市瑪陵山區大華三路翠谷橋,向上仰望高速公路的瑪陵橋橫跨天際,如未加解說,實令人難以想像當初是如何施工的?舊地重遊乃習慣的帶著一把香,分別拜訪翠谷橋附近的土地公及觀音像,仿彿昔日施工情景重現眼前。這是當時筆者任該橋監造工程師時,每日進工區之前必先作的功課,祈施工困難度及危險性均高的瑪陵橋工程一切平安、順利。

「瑪陵橋」位於二高基隆汐止段風景最優美的一段(瑪陵坑風景區),行政區域屬於基隆市七堵區;於設計及施工階段稱「五號橋」,完工通車後,始結合當地人文、改以「瑪陵橋」稱之。橋左側為瑪東里、瑪西里及瑪南里三里交會的瑪陵社區,橋右側為約略平行之南北向高壓電塔線路,完工後頗具歐洲風味(詳照片一)。

因時間匆促,故僅以該橋最具關鍵性的施工過程─主橋之下弦鋼拱施工,作一淺介,供各位讀者參考。

二、工程概述

雖僅介紹瑪陵橋主橋之下弦鋼拱施工,但仍不免敘述一下工程整體概況,使讀者能一窺全貌。該橋工程包含於二高基汐段C303Z標接續工程內,係國道新建工程局委由財團法人中華顧問工程司設計及監造,中華工程股份有限公司承建。相關資料說明如下:

型式:南下、北上雙向分離橋體,橋梁上部結構寬度為16.05公尺,三車道。1.主橋以SRC複合式下弦拱及於其上之直桿、支撐跨度145公尺之跨徑,SRC複合式下弦拱採合成拱預架工法(CLCA工法)施工。2.主、引橋上部結構均採中空版梁。

幾何配置:1.南下線跨徑:北引橋4@20+主橋145+南引橋6@20=345公尺。2.北上線跨徑:北引橋9@20+主橋145+南引橋6@20=445公尺。3.南下、北上線主橋之下弦拱因配合上部結構之線形,除拱座基礎高程及於其上之直桿高度稍有差異外,為完全相同的結構。各以半徑1500公尺之圓曲線劃過瑪東野溪之山谷,主跨距145公尺,下弦拱採直線設計,拱腳中心距離138公尺,拱高自路面高程起算、下至瑪東野溪水面,近60公尺。

三、施工

所謂合成拱預架工法(Concrete Lapping method with pre-erected Composite Arch, CLCA工法),即是先行利用鋼結構閉合成一拱體,再利用此鋼拱為支撐,進行包覆鋼拱自身之鋼筋混凝土施工作業,使成為一SRC複合式下弦拱,一般均為中空拱體。本文僅就施工技術性較高之下弦鋼拱施工作一淺介,茲列述施工過程如下:

(一)施工規劃

本橋因山谷地形關係,依施工動線分為北引橋、主橋、南引橋三個工區;三個工區之間雖緊鄰,但因地形關係僅有小徑供人員通行,尤以北引橋與主橋之間更須以攀爬方式進行。主橋工區利用現有大華三路對外聯繫;工區南端(汐止側)利用大華三路與南拱座基礎間新闢一平行大華三路之斜坡便道為施工動線;工區北端(基隆側)則援北引橋工區之便道向南延伸至北拱座基礎上方;唯後期因北拱座基礎下方、含瑪西里詹里長在內之附近居民多次陳情,便道邊坡堆砌過高,恐影響居住安全;經相關單位會勘決議,於南端南拱座基礎前方新闢一鋼構便橋、跨越大華三路與瑪東野溪至北拱座基礎下方,以杜民慮。

下弦鋼拱吊裝採用之懸吊架設工法(Cable erection method)之門型構架及索道吊車,其施工空間及動線,均需利用南、北引橋工區,益增施工之複雜度(詳圖一)。

(二)拱座基礎施工

下弦拱拱心之幾何形狀為懸鏈線,配合拱厚度變化,期使各橫斷面彎矩應力盡量相當;拱下傳之壓力由四座各採愈1700立方公尺低溫(≦21℃)混凝土之拱座基礎平均傳遞至地盤,安全穩固無虞。四座拱座基礎經開挖後,底部地質除PS5-4處為厚層頁岩夾薄層砂岩、基礎底部小部分區域須以強度80kg/cm2混凝土置換外,其餘三處基礎(PN5-9、PN5-10、PS5-5)均為良好砂岩。

每座拱座基礎上層採二階設計,上、下階之間斜面正交於下弦拱,該斜面於澆置混凝土前均各先預埋經精確計算座標、高程與角度之十處承壓版,以奠定下弦鋼箱精確吊裝之基石。另每座拱座基礎上階設置11 m×2.5m雙室之中空橋墩柱,於一半高度處均設有中隔版以加強其勁度。

(三)下弦鋼拱吊裝前置作業

下弦鋼拱吊裝之前置作業分三部說明如下:

1.下弦鋼拱製造及假組立─下弦鋼拱依南下、北上線及左、右拱各分11節,各節包含A、B、C、D、E共5個(排)鋼箱節塊,各鋼箱節塊包含上鋼箱、下鋼箱及立向撐桿,其中左、右拱之第11節鋼箱節塊,先行於工廠對焊結合之,以下稱閉合節塊;限於篇幅,製造細節暫不予贅述。

假組立則因鋼拱體積龐大,不論正裝、倒裝或側裝,均無法一次假組立。故將製造完成之各鋼箱節塊經檢驗合格後,分別依南下線及北上線,各分左半拱、右半拱,分段進行假組立作業,每次之假組立作業均含中央之閉合節塊及另半拱相鄰之鋼箱節塊乙節,各段均以正裝方式放平角度、於地面上採多點支撐方式進行(詳照片二),其三軸座標須精確計算及轉換而得。

2.裝設懸吊系統─以南下線為例,說明如下:(1)分別於PS5-4及PS5-6橋墩柱頂部,安置門型構架(詳照片三)及避雷設施。(2)以兩條主索分左、右側置於上述門型構架上方、橫置桁架兩端之滑槽,主索兩端分別錨碇於PS5-1及PS5-9基礎。(3)於主索上附掛起重索、攜行索及滑動天車等。

3.上料區設置。因鋼箱節塊之重量及體積均甚龐大,考量現場地表崎嶇,原預定之上料區(北上線PN5-10~PN5-11之間、南下線PS5-5~PS5-6之間)拖板車不易到達,故改利用大華三路與瑪東野溪護岸間的條狀場地為上料區,唯需相關單位配合、經相關單位會勘後配合之作業如下:(1)大華三路兩側、高速公路路權內之電桿、路燈管線以地下化處理,避免影響鋼箱節塊吊裝安全。(2)大華三路右側、基隆市政府新設之鋼鈑護欄暫時拆除,由承商於吊裝完成後復原。

(四)下弦鋼拱吊裝

下弦鋼拱吊裝之步驟說明如下:1.先吊裝完成近拱座基礎之第一、二節,每節均有A~E等五排鋼箱。2.鋼箱節塊配合吊裝進度進場,於上料區按各節塊順序先行組立中間B、C、D三排使成一吊裝單元(詳照片四)。3.分別以附掛於主索上之起重索、攜行索將吊裝單元進行垂直、水平之移動到達定位,左、右拱約略對稱進行。4.對各吊裝單元或兩個吊裝單元,進行背拉作業(背拉索)及螺栓組立作業。5.重複進行b、c、d作業。6.至閉合段時,先行丈量閉合節塊(L11+R11)現場尺寸及測量左、右拱即將閉合之缺口,經背拉索微調高程後,於清晨溫度較低時進行閉合單元之閉合作業(詳照片五)。7.對稱進行兩側A、E排鋼箱組立作業。8.經測量無誤後,進行高拉力螺栓栓緊作業(詳照片六),並拆除懸吊系統。

另位於進入吊裝區前、現有道路(大華二路)上之青嵐橋,因當時基隆市政府正辦理改建工程而以鋼便橋為替代道路,原考量拖車無法順利轉彎進入,而擬將鋼便橋一端局部加寬,後因青嵐橋工程及時完工,幸未造成鋼箱吊裝作業之延遲。

四、後記

陽金公路之馬槽橋係國內首次引進設計採SRC複合方式之拱橋,該橋完工後風評頗佳。而瑪陵橋採用相同方式,設計更大跨徑之SRC複合式拱橋,期減少交通建設對環境、生態及景觀之衝擊。二者均為地標性之景觀橋梁,雖處不同山區,但似遙相呼應。

陽明山國家公園管理處曾為馬槽橋印製了一份標題為「磺谷硫煙 馬槽橋」的宣傳品。筆者感於初次造訪工址時之震撼,故有撰文記述之構想;當時筆者草擬初稿之名稱即仿馬槽橋、取為「翠谷 潺聲 五號橋」,蓋因工址處下方有一翠谷橋,橋下瑪東野溪常年流水淙淙之意。復因當時工作繁忙而擱置未完成,且已有數位先進為文解說,是故延宕至今。

  筆者僅以當初任該橋監造工程師時對該橋之瞭解,勉力撰述一、二亦借此一隅向當初合作之工作夥伴表達致謝之意。

照片一  (馮秋雲攝)

瑪陵橋通車後俯瞰圖

照片四  (官明郎攝)

瑪陵橋下弦鋼拱吊裝單元

照片二  (官明郎攝)

瑪陵橋下弦鋼拱分段假組立

照片五  (官明郎攝)

瑪陵橋南下線下弦鋼拱(BCD排)閉合

照片三  (官明郎攝)

瑪陵橋PS5-6橋墩柱上門型構架組立

照片六  (馮秋雲攝)

瑪陵橋南下線下弦鋼拱吊裝完成

圖一  (大將作工業股份有限公司製作)

瑪陵橋南下線下弦鋼拱吊裝示意圖

 

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最後更新日期: 2003/08/22