海與山的試煉從海域棧橋式碼頭懸吊工法的實例-談山域明隧道施工構想

在潮差大海域或軟弱海床不利於支撐,顧問公司設計如肯花心思,就會以預鑄版結構解決全厚面版混凝土施工支撐問題,但是海域中RC大樑施工仍是一個待解決的習題,在海域中鋼管樁施工完成,做完樁頭處理後接著要施工RC大樑,一般在海域中施工棧橋式碼頭面,如設計為RC大樑及版面結構,大樑可以採用懸吊工法施工,RC版結構部分可以採用預鑄版作為底模,大梁與版上層再一次全面澆置到全厚混凝土,解決海域施工問題。

RC大樑懸吊工法

海域碼頭基樁施工如採鋼管樁打設必須先確認地質狀況如規範為入岩1~1.5m,應做好地層鑽探確認硬土層或岩盤高程,估計基樁長度作為訂購及製作的依據。

鋼管樁打設完成,按RC大梁設計斷面分二階段施工,一般以梁高扣除版厚之高度為第一階段施工,鋼棒之懸吊長度應考慮大梁高度及木模、鋼梁支撐厚度。

如設計採用全厚版結構,則可以採用基樁托座工法,將預鑄板吊裝,完成底版二次混凝土及頂層全厚混凝土,這篇文章先討論懸吊工法施工。

懸吊工法構架分析考量

以下懸吊工法構架為實務成功案例之一,懸吊構架模式分析考量因素。

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懸吊系統構架圖

 

 1. 鋼管樁於樁頭處理後,以適當長度H-型鋼跨過樁頭,以一側2No.鋼棒 (考量為高強度材質),懸吊兩向鋼梁、鋼梁及懸吊鋼棒可以重複運用。

 2. 以相關技術規範計算各鋼梁、鋼棒之張力及剪力強度,支撐RC 大梁之H-型鋼必須考慮能承受自重及活重,其懸垂也要符合規範限度。

 3. RC大樑第一階段支撐大梁模施工詳圖如下”。


懸吊工法構架施工 懸吊系統施工照片
懸吊工法構架施工

 1. 在完成樁頭處理鋼管樁上焊製短鋼梁及吊桿,其中短鋼梁長度及斷面,乃根據計算成果選取合適斷面施工,初期海上並無工作架,實務上以安全吊籃附掛於鋼管樁頭施工。

 2. 吊桿選擇圓形斷面,長度考量大梁高度及雙向鋼梁及底膜高度,懸吊後之兩向鋼樑上,舖底膜施工,以迄大樑底膜完成。

 3. RC大梁完成,於養護完成,大梁強度達到85%設計強度後可以安排預鑄版吊裝,預鑄版先於預鑄場按版塊細部尺寸及施工圖製作及養護完成。

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預鑄混凝土版吊裝施工部分完成

 4. 完成上層版結構鋼筋,相關附屬構造如預埋螺栓、面版排水孔、伸縮縫構件及完成面高程等,澆置全厚混凝土。

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碼頭面鋼筋綁紮施工完成照片

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山域明隧道工程施工構想

自從八八風災後、山區公路在不易維護陡坡、瀑布區下方都有增建公路明隧道之議,一方面是成本考量,另一方面是施工艱鉅,明隧道建議地點,也多半面臨地質變異脆化與路幅狹窄困境。一個可以安穩的明隧道,可以避過現在或潛在的上邊坡崩坍,期規劃長度幾乎都須百公尺以上,設計上雙車道厚重明隧道工程工期都要跨越一個汛期潛在風險,使得主管機關在梅雨季或隨後的颱風季都繃緊了神經,一次明隧道施工督察,做為主持人的副處長級長官就感慨:如何發展一套快速預鑄工法的明隧道施工法,一直是他的夢想與努力目標。

新近山區道路明隧道工程,對基礎的處理以運用微型樁、外側基礎鋼筋混凝土置換破碎岩盤及增設側向預力岩錨的加固,使以往單獨以全套管基樁為支撐的模式為之改觀,使明隧道工程基礎的施工經費及工期都相對減少,對於外側鋼筋混凝土柱使用SRC強化其抵抗上方預期的土岩衝擊。

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明隧道基礎設計圖

對於外側鋼筋混凝土柱置入 H 型鋼柱,是一大進步,但整體的施工進度是頂版一整節塊的模板支撐(約20m)是一個關鍵,筆者試著構想以海域的懸吊工法如何引用到山域明隧道頂版的施工,主要考量要達到取消傳統門型鋼柱支撐方式及加速施工時效,以下為施工構想。

 1. 運用在外側的SRC 柱頭加焊短鋼梁做為懸吊工法支柱,山側部分牆壁設置鋼托座,以支撐橫向H型鋼。

 2. 懸吊及托座鋼梁施工RC大梁扣除頂版厚度之下半部。

 3. 原設計中央縱向隔梁在預鑄版施工中是一個不易克服的難題,設計上不知是否為必要;如在設計之初將該縱向連接梁以SRC結構隱入版厚結構中或上移外凸,就能完整執行版結構以預鑄施工。

 

 4. 版結構以1/ 3版厚或至少25cm厚,先試算在吊裝或全厚混凝土澆置階段都能不產生功能減損的方式,計算出預鑄版厚並檢討是否要增加剪力筋。

 

 5. 檢討縱向鋼筋尺寸,決定預鑄版位置及現場吊模最小寬度之施工佈置,預鑄版吊裝可以不使用支撐,減少隧道施工中人車通行的交通阻礙。

 6. 選擇適當地點製造預鑄版塊,並按設計圖製作預鑄版施工圖,將下層鋼筋整合到預鑄版中並補強上、下版之連結綴筋,且於適當位置設計吊筋,並詳細規劃適當的吊裝計畫、吊車及拖板車的使用量,因此部份占最終成本相當大的比例。

 7. 預鑄版吊裝完畢後,以吊模方式施工預鑄版中間段下層版厚。

 8. 整節完成鋼筋綁紮後一次澆置上半部版混凝土。

 9. 以大樑托座及懸吊施工及版預鑄工法替代工法,如縱向隔梁可以調整或取消對預鑄版構造施工有幫助,構想如下圖所示。

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明隧道以預鑄版方式施工構思圖

後記

一個工程計畫從顧問公司提出服務建議書經審定後,就決定其最終施工節奏,雖然大部分工程契約都有替代工法的規定。承包商的主任技師可以在不違反或減損結構行為及品質功能、工期及成本的考量下,提出替代工法。但這一個冗長的程序,常使得好的施工法不容易發展。主司設計技師與業主構想或相關工程施工者假如缺少交流與回饋,不能勇於創新於服務建議書提出第二或第三方案,且在不同的方案中,在不減低原有結構行為或功能時,又能達到如本文中調整縱向繫梁的尺寸與配置,運用預鑄構件,相信使得整體計畫可以如質的更快速完成。

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