橋梁工程實務-以耐震補強工程為例

         林建志 技師

壹、前言

台灣地狹人稠地形起伏變化大，橋梁隨著使用時間增長，材料弱化、在在都將減損橋梁原本的性能及承載能力。揆諸台灣整體防災計畫，國道扮演至關重要的防災運輸生命線，災變時肩負維生功能，成為輸送救災物資、傷患之交通命脈，隨著施工技術與耐震規範推陳出新，既有橋梁之耐震補強標準以再服務50年為原則，而國內耐震工程執行，迄今已累積一定程度施工成果。藉由實務分享，期能在成本效益與資源有限的考量下，使用合理經濟之費用使得道路橋梁達到耐震安全的標準，守護道路安全，再創台灣奇蹟。

貳、橋梁補強工法說明

  據統計全台國道河川橋、高架橋、穿越橋、跨越橋、匝道橋墩座多達一千餘座，採用橋梁之補強工法多達二十餘種，包括：橋墩基礎補強、鋼板包覆補強、帽梁補強、增設混凝土止震塊、設置液態黏滯性阻尼器、更換LRB支承等，過程中各方腦力激盪，適時導入優良工程機制，如：採用建築資訊模型(BIM)強化施工安全、運用無人飛行載具整合LiDAR光達空拍攝影、建立熱危害預警行動資訊網、科技門禁管制系統，不勝枚舉，足見國內在橋工領域，已具備領先各國的管理經驗^【註1】，本文以國8「支承系統補強、基礎墩柱補強」為例(圖1)，說明如下。

一、支承系統補強

1.支承補強：包括更換鉛心橡膠支承(LRB)。

2.上構防落補強：主要為增設鋼板止震裝置及混凝土止震塊、增設剪力榫等防落橋設施。

二、基礎墩柱補強

1.基礎補強：可分為深基礎與淺基礎，深基礎主要於既有基礎四周，增加基樁，並配合加大基礎樁帽，回填復舊；淺基礎則以斜坡明挖或擋土支撐方式，加大既有基礎RC結構。

2.橋墩墩柱、帽梁補強：主要於墩柱、帽梁位置，採鋼板包覆及混凝土包覆等工法增加結構韌性、強度，包括必要之銜接面(水刀)處理、化學植筋、無收縮水泥砂漿灌注、鋼板外露防水及塗裝等。

3.其他補強工程(既有混凝土面劣化修補)：耐震補強施工前，先進行目視調查既有劣化情形，調查項目包含裂縫、蜂窩、剝落、鋼筋外露銹蝕等，若發現有劣化現象，採相片及錄影方式紀錄，依序辦理修繕作業。

圖1  耐震補強工法一覽表(以國8為例)

三、降低補強量體，導入隔減震系統(圖2)並更換鉛心支承LRB(表1)

囿限橋下淨空限制、避免大幅開挖影響交通，將既有盤式支承更換為鉛心橡膠支承，以延長基本振動週期及增加橋梁單元系統阻尼，達消散地震能量效益；鉛心橡膠支承以水平隔震為原則，其垂直向須能完全承受結構垂直載重，運用鉛支隔震元件柔性延長結構系統振動週期，貢獻額外阻尼消能，遇震時可減輕橋梁上構之慣性力及加速度反應，進而降低下構耐震設計需求。

圖2  更換鉛心支承LRB優勢(降低補強量體)

表1  鉛心橡膠支承工程特性

茲就LRB相關施工流程、品質控管作為，說明如下(詳圖3)。

1.鉛心橡膠支承在進場前須進行成品尺寸檢查及原型測試、實體測試、性能保證測試，確保各項試驗數值符合新頒耐震規範需求。

2.進行橋梁頂昇，須同步垂直加壓且上升量不得大於5mm，頂昇設備(千斤頂)採偶數配置，避免產生偏心旋轉，每加壓100噸量測頂昇高度，避免過度抬昇橋梁受損。

3.頂昇完成後，辦理既有盤支拆除，過程中應注意粉塵、人因工程對人員之危害，且在臨路側鋪設防塵網，以維行車安全。

4.鉛支吊裝及定位測量傾斜度(許可差±0.17^O)，循序安裝支承。

5.進行鉛支調整座無收縮水泥砂漿澆注，屆齡期強度移除頂昇設備。

6.施工過程中，為避免突逢地震增加頂升落橋風險，LRB更換工序為，先做活動端、伸縮縫，最後才可進行固定端支承更換，且同一單元不得同時進行多個支承更換作業。

7.建立地震後即時檢查機制(警戒值、行動值)，透過電子測距輔以測量圖形模組化，達到操作容易與落實安全監測。

圖3  LRB施工管控作為

四、基礎補強施工實務(以鋼管樁為例)

基礎補強可分為增樁擴基與基礎頂板加厚。基礎板主筋採用銲接延伸至新設基礎，新舊混凝土界面則於既有混凝土面水刀打毛後(水壓2,760bar，40,000psi)，配置化學黏著錨筋(具中空鑽頭吸塵效果)，以增加新舊介面之抗剪能力。本文基礎增樁舉特色工法「鋼管樁打設」為例，因橋下常須配合既有結構及現地施工限制因素，如：橋下淨空不足、受限施工開挖範圍等，須另採低淨空(H=6M~8M)小口徑樁機施作(樁徑610mm)，內灌混凝土鋼管樁工法(Cast-in-Steel-Shell piles，簡稱CISS piles)因此孕育而生，此種工法係於樁頭10M範圍內設置鋼筋籠，形成鋼管鋼筋混凝土的複合斷面，除可有效增加樁載彎矩容量外，亦成功克服環境限制，將耐震能力提升至足夠標準。

鋼管樁施工相較於全套管基樁具有低噪音、可適應橋下淨空、減少開挖範圍與縮短工期等特性，有效減低因傳統基樁施工所造成的土方暫置與鄰損問題，滿足敦親睦鄰趨勢發展，儼然已成近年來橋梁耐震補強的新興工法，相關施工流程、安全管理作為，如圖4。

圖4  鋼管樁施工管控作為

參、施工風險評估與控制對策(圖5)

風險評估技術指引所稱的風險評估是危害辨識、風險評估及風險控制三部分的統稱。主要依據安全衛生法規及TOSHMS的要求說明風險評估應有的基本原則，並提出建議性作法，作為事業單位規劃執行風險評估的參考；橋梁耐震補強作業，包含橋(台)墩基礎補強、橋墩鋼板(混凝土)包覆補強、帽梁補強、增設止震塊、更換鉛心支承等項目，主要危害包含：崩塌、墜落、感電、物料掉落、夾傷、傾倒、衝撞、倒塌、局限空間危害等，為避免施工期間，因不易掌握或不可預期風險，造成意外事故發生，爰對工程可能發生之高施工風險項目，分別進行風險評估與風險查核作業，建立管控機制，督導工程團隊，執行風險管理，確保國道及地方道路用路人與鄰近居民生命財產安全，期使工程如期、如質、安全完成，達到工程安全零災害的目標。

圖5  施工風險評估與控制對策

一、工程安全風險評估(工安只有更好沒有最好)

工程施工安全風險辨識確認後，逐一就各潛在危害，交互比較判斷發生之可能性高低及災害嚴重性輕重，予以量化風險評量；有關風險可能性及嚴重度等級評估，可藉由風險評估小組成員(取得施工安全評估人員證照、具國道設計施工與安全專業素養)依經驗合議討論評定。風險等級的評估決定於以下兩個因素：

   1.危害發生機率(建立施工風險評估表，統計分析)。

   2.危害嚴重性(危害一旦發生，對成本、工期所造成之影響)。

風險評估是融合可能性等級與嚴重度兩個因素來判定風險等級，判定方法，係利用風險等級矩陣法之風險等級分級基準(風險值=可能性×嚴重度)。

二、施工風險控制對策(落實風險評估及現場職安衛查核)

國道耐震補強工程，施工階段風險發生率高，災害後續補救代價龐大，屬整體工程風險的核心問題，藉由風險評估小組審視設計資料及成果，進行風險確認工作，鑑定工程潛在危害，界定後續風險評估範圍，落實施工過程中風險管理之探討與執行安全理念是必須的，秉持重視職安的精神，依風險控制對策，循序推動施工安全衛生管理工作，強化職安及公共安全，朝向零職災方向努力。

三、國道施工安全衛生作為

施工安全衛生作為，係依「職業安全衛生法」、「職業安全衛生法施行細則」、「營造安全衛生設施標準」、「空氣污染防治法及相關環境保護法規」等法令辦理工地安全衛生及環境保護事宜，恪遵作業規範，確實執行安衛及環保檢查，並指派合格安衛人員確實執行相關業務，避免工程災損事故發生，達到工安零事故、工程零污染的目標。

由專責安衛工程師(具職安管理員資格、5年以上經驗)及分項作業主管，依據「職業安全衛生法」制定及執行相關安衛措施，包括業務檢查、現場檢查、施工期間安全衛生自動檢查；若有缺失，限期改善，未完成者持續追蹤至改善完成為止(齊心協力，追根究柢)。

肆、結語

  國內重大工程要能順利推展，主辦機關、工程顧問公司、營造廠，三位一體，為台灣擘劃接地氣的工程建設，與時俱進因應震區劃分調整，持續修訂橋梁耐震設計規範，以提升國道橋梁於發生地震災害時之安全性，這一點一滴，用心充分溝通，共同創造優質、友善的職場，打造更安全、健康的工作環境，來年繼續加油。

【致謝】

本文承蒙交通部高速公路局第二新建工程分局與第三工務所之指導及支持，謹致謝意。

【註1】:台灣榮獲2024年度國際道路協會（IRF）全球道路成就獎（Global Road Achievement Awards, GRAA），不僅為台灣道路交通設計領域增添光彩，也讓全世界再次看到台灣，讚。

參考文獻

1. 交通部高速公路局（2021），橋梁耐震補強設計注意事項。

2. 陳韋丞（2018），國道橋梁應用隔減震支承系統耐震補強之案例分析與探討，台北：第14屆結構工程研討會。

3.台北市土木技師公會(2022)，技師期刊，第99期。