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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○一年十月十三日

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本期主筆:王春煌
執行編撰:李惠華
文字記者:許素梅

「飛龍在天」

訪國道五楊段拓寬工程第C911工程-預鑄節塊吊裝工法新觀點

梁詩桐技師

緣起

由一處節塊吊點登上即將完成合櫳的C911標南下線預鑄節塊施工段,婉延的橋樑已然成型,向南眺望,宛如「飛龍在天」,這段以長線預鑄工法施工的橋梁預鑄節塊上構,造訪後,的確有一些因地制宜的創新做法,可以確保整個工程可以如期、如質完成。

 

橋梁預鑄節塊吊裝施工概述

吊裝系統

橋梁上構施工以預鑄節塊工法施工,以吊裝方式分為逐跨吊裝或平衡式懸臂吊裝,以節塊吊裝工作車吊裝施工,確實是一個橋梁技術密集、快速的施工法,施工完成後線型優美,可以達到預期服務及美觀的效果。

預鑄場

既然是預鑄節塊,因此,預鑄場的規畫與設置就非常重要,要有足夠的場地面積,根據可製作施工天數及節塊數量、場內模具設施組裝能力,決定每一節塊製作循環需時、預鑄床數量及長度,並考慮蒸氣鍋爐間、節塊鋼筋加工場、預鑄節塊儲存區、天車配置及運輸動線等。

 

節塊吊裝接合與施預力

預鑄節塊以拖車載運到起吊點吊裝,以工作車按節塊製作順序吊裝,這個階段主要目的將節塊連接為一個整跨度,靠的是接塊間的黏結與節塊間施預力與全跨預力系統。新進預鑄節塊的接合方式除以溼、乾接合(Dry Joint)外,並以最新的頂版外加預力鋼鞋及箱室外置預力系統(External Post-tensioned System)施預力方法施工。可省掉箱樑腹版內預力套管的設置,並提升整體施工效率。

1980年間筆者遠赴中東地區參與興建高速公路,當時就見證預鑄節塊吊裝工法以長線預鑄工法構築橋梁上構工程,長線預鑄工法,以木模空間構架建成橋梁外模的龐然大物,或挖向地下雕鑿成型,不一而足(地下腹部必需預埋透氣管,以抵銷節塊吊起的大氣壓力解壓平衡),本次承本會陳家欽技師熱情邀請,造訪五楊段C911標南下線預鑄節塊橋施工,陳技師任職於承作該標國內橋梁施工翹楚的皇昌營造資深副總,造訪時C911南下線段已接近上構合櫳,整體施工品質及線型堪稱優美,可以如期如質完工,該標施工人員針對本工程發展出的創新工法印象深刻,樂為記敘。

 

C911標預鑄節塊工程預鑄節塊及預鑄床規畫

本工程橋梁上構以預鑄節塊工法施工,不論制式逐跨吊裝(span max.=47m)或非制式平衡式懸臂吊裝(span max.=75m)跨度段落,以複合式節塊吊裝工作車吊裝施工,確實是一個快速的施工法,施工完成線型優美,可以達到設計品質及線型美觀預期效果。本案預鑄場工期規畫考慮初期為規劃及場地構造物施工、工區起吊點下構施工及氣候等約需12 個月。剩下有限的時間來計算模床需求。

本工程共需預鑄節塊2,782 塊,柱頭場鑄節塊215塊,鋼模需求之製作及吊裝之有效工期為540天。制式跨節塊總數1,965塊,經核算後可以得到每日至少生產4塊,以模擬每節塊生產循環需時2天,鋼模需 8套,預鑄場以長線鑄造,每床2套,預鑄場規劃為4組模床。中長跨鋼模需求之製作及吊裝有效工期為540天與節塊總數817塊,經核算後可以得到每日至少生產1.5塊,以模擬每節塊生產循環需時2天,鋼模需 6套,長線鑄造下規劃為3組模床,因此整體預鑄場規劃為2條生產線,每條生產線配置有2部大小天車(不共軌)6條內、外鋼模滑軌及鋼筋組立架。外側生產線有4組模床,其中規畫有3組為非制式中長跨預鑄床,其餘1組為制式跨預鑄床,內側生產線有3組模床全部規劃為制式跨預鑄床。

 

預鑄廠設置

本案業主國工局於設計發包階段就考慮到本案屬優先通車路段,預鑄廠租用可以節省整體施工時程,因此,施工初期就提供的兩處預鑄廠租用地,及設置4處暫置場兼作節塊起吊點,預鑄廠選擇評估的重要因素包括: 區域獨立避免干擾、接近路權、運輸動線(預鑄場至橋梁吊點間)、建廠足夠面積等決定最終位置。預鑄廠設施包括兩條兩條生產線計7跨預鑄床、蒸氣鍋爐間、節塊鋼筋籠組立樣架 (每床鋼模以2個樣架搭配)及鋼筋加工場、預鑄節塊儲存區,每條預鑄床生產線設置2個獨立天車 (10T80T不共車不共軌之鋼筋混凝土水平基座軌道上)6條內、外鋼模滑軌。

特色一:長線預鑄工法下雙鋼梁曲線鑄床

全跨節塊鑄床採用全鋼模,長線工法要領為整跨為線形及高程依結構拱度計算值之橋梁底板一次成型,其線型與相對高程與設計座標經轉換過後相同,鑄床定位梁採可調整線形之曲線鑄床,本案引進長48m兩側為雙(H)鋼梁調成曲線(水平或垂直面)為預鑄床兩側導梁,雙(H)鋼梁固定於混凝土基座上,基座上一定距離設有調整座,可以調整鋼梁之水平及垂直曲率及設有控制點位站隨時檢測預鑄場現地承載後線型及高程狀況,預先調整節塊控制點位。

特色二:配合內模鋼模制式化所作的鋼模斷面替代方案調整 

一般預力橋梁設計者,考慮者多為節塊斷面設計,包括箱室配置、及結構強度所需斷面配置,如何有效均佈施預力與箱室斷面的應力在規範容許內,施工者在自動化或模組化可以大量重覆製造下所要可考慮的,確是如何有效率的利用積木式的模組化,節省換裝時間的機制,因此箱梁內因應彎矩所需預埋端錨的位置就需調整或補強(配合施加外加臨時預力鋼鞋等),以下為本案箱梁斷面修正前後比較圖。

 

特色三:柱頭斷面以場鑄處理

於吊裝時combo 吊裝機的一支支立柱,將固定於柱頭上的節塊斷面,它的荷重將隨著combo 吊裝機的移動而增加,尤其是中長跨吊裝節塊時,柱頂如以預鑄節塊以臨時支撐方式對最終穩定有所顧慮,柱頂的節塊斷面以場鑄混凝土施工是一個比較適當與可靠的方案之一,實務上對進度提供助益,且提供設計者於往後設計圖中多一個選項。

預鑄節塊吊裝工法

本案上構預鑄節塊吊裝分為制式預鑄節塊逐跨工法與中長跨預鑄節塊懸臂工法,吊裝與順序將有所區別。

預鑄節塊制式逐跨工法:預備吊裝

吊裝順序:整跨預鑄節塊以上下兩層懸吊於combo 吊裝機上,由遠端向近端懸吊,預鑄節塊順序及節塊檢核無誤後,節塊結合:以濕式 (epoxy)接合方式依序由近端固定,並檢核預拱度與密接斷面記號,確認平面線型正確。

預留斷面間隙解決場鑄與預鑄斷面接續:

吊裝中為解決柱頭場鑄箱梁斷面與預鑄節塊斷面的接合,預留約15cm,計2個預留接合斷面,於所有預鑄節塊完成濕式接合後,於現場澆置同強度的混凝土(紅色斷面部分)

預力施力順序

預鑄節塊完成接合斷面後,並產生達到施預力的混凝土強度,施加預力依序為:底板預力鋼棒、頂板上外加臨時預力鋼鞋、中央底版預力鋼鍵、柱頂版預力鋼鍵及全跨箱體內外加鋼鍵等,以完成全部預力系統裝置,完成後工作車可以移往下一跨計續作業。

預鑄節塊中長跨懸臂工法:預備吊裝

吊裝順序: 中長跨懸臂整2跨預鑄節塊以combo 吊裝機懸吊於中央墩柱場鑄節塊上兩側後,每新吊的節預鑄塊與原有的節塊間,於完成濕式(epoxy)接合後,施以底版及頂版鋼棒施力,由中央墩柱之預鑄節塊依序向兩端點吊裝,並檢核預拱度與密接斷面記號,確認橋面線型及高程正確。

預留斷面間隙解決場鑄與預鑄斷面接續:

中長跨懸臂吊裝中預留節塊斷面的接合約15cm,計4個預留接合斷面,於所有預鑄節塊完成濕式(epoxy)接合後,於現場澆置同強度的混凝土(紅色斷面部分)。預力系統與制式跨相似。

 

橋梁預鑄節塊吊裝工法線型與預拱之控制

本工程於節塊生產線前方設有測量控制站,按照擬訂之施工順序,計算全跨底板各節塊分割點控制點之最終拱度控制值,預鑄節塊拱度變化主要來自於預力所造成的變形,其次為節塊自重所造成的變形,吊裝時並檢核設計階段所配置鋼腱預力量是否可同時滿足節塊於施工階段及完工狀態之拱度及應力需求。

一般預鑄節塊線形控制主要在於確保節塊鑄造完成後線形及高程能符合設計要求,同時各階段施預立完成後,結構體內應力亦能維持在容許範圍內,然而橋梁結構整體之線形差異變形則與設計時使用材料及橋型基本參數、施工條件、程序與機具等有關聯,節塊製做長度考量橋梁伸縮量的變化,包括:上部結構施加預力引發的彈性變形、混凝土乾縮變形、結構自重及活載重造成潛變等;而周圍環境溫差變化所引起的變形將隨影響因素消除而回復。由以上因素所引致的撓曲變形,模板高程須額外預加一預加拱度值即為預拱值,施工測量及監測主要為預鑄廠內的控制與調整,及吊裝與各階段施預力後的高程變化是否合於估計值內,筆者於節塊起吊點上橋面觀察,橋梁上構完成的線型與兩側欄杆高程,均為優良狀態,可見施預力與拱度控制的嚴謹。 

後記

這次於本年六月間造訪國道五楊段拓寬工程計畫中壢楊梅段C911標南下線工程,其後又多次往返台北、新竹,每一次經過都感覺有新的進展,五楊段工程已接近完工階段,全線預定於今年底陸續通車,這次造訪感謝皇昌營造駐地李副處長秀山資深經理詳細的講解與介紹,及該公司首席副總本會陳技師家欽、駐地協理本會林技師正浚的提供施工簡報資料,特此致謝。

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