從三芝根德吊橋塌落談鋼橋之防蝕考量

三芝根德吊橋塌落原因初步探討

位於新北市三芝區台2線約18.5公里處的的「根德水車公園生態園區」於民國96年10月20日開幕，公園旁限重20人之根德人行吊橋，於民國102年11月17日下午4點27分左右，橋上僅有4人之情況下，傳出人行吊橋上之垂直吊索竟然硬聲全部斷裂，整座吊橋扭曲變形，橋面上的木板也嚴重鬆脫(見照片1)，一家3口和1名同行的男子正好行經吊橋，當時橋上的4名遊客，從9公尺的高度的橋面直墜八連溪淺灘石塊間， 4位傷者其中一名女子頸椎受傷傷勢較重，幸好沒有生命危險。該吊橋才蓋好6年，三芝區公所表示，根德橋每年固定1次安全檢測，最近在民國102年9月26日檢測，根據新北市三芝區102年度轄內橋梁巡檢工作檢測報告之檢測項目有：整體穩定性、上部結構(RC、PC、鋼構)、橋墩、橋台、基礎、引道擋土牆、引道、支承、伸縮縫、河道、橋墩保護設施、附屬設施等，但檢測損壞狀況內容均無「銹蝕」相關項目，評估等級亦均為「安全」，僅發現部分水泥基座出現裂縫並已修復。但限重20人、估計可承載1,500公斤的吊橋，由相關資料顯示，垂吊索為7×19ψ10mm鍍鋅鋼索PVC披覆(披覆後14mmψ)，抗拉強度6噸以上，垂吊索組含二端壓接整組裝置抗拉強度6噸以上(壓接處須無異狀)，垂吊索裝置整組須經公家單位認證之測試合格報告，垂吊索須附原廠材質檢驗證明，垂吊索懸吊桿、垂吊索高拉力螺桿、垂吊索連接桿、垂吊索調節器等均為SUS 304#不銹鋼。以此材料規格照理來說，垂吊索應該要堅固耐用，怎麼會鏽蝕得這麼嚴重，為何才容納4名遊客走上去即發生垂吊索鋼繩斷裂。斷橋原因到底是什麼？筆者與林俊雄技師當時接受新北市政府工務局邀請赴事故現場進行初步勘查，現場檢視結果發現吊橋之垂吊索全部斷裂(見照片2)，經以刀片剖開吊橋鋼索的PVC披覆發現鋼索裡面早已嚴重銹蝕 (見照片3)內部結構從肉眼上觀察，垂吊索與下端套管間已嚴重銹蝕至近乎斷裂，所有垂吊索均有類似現象，研判可能係以PVC披覆之鍍鋅鋼索於下端與套管壓接處，須割除PVC披覆供套管壓接時，不慎損壞熱侵鍍鋅之鍍層，而套管壓接完成後又未以防水塑膠套環圍阻保護，經長期雨水浸入，三芝地區又濱臨北海岸，鹽分容易侵入導致銹蝕現象在內部發生而未能及時發現。因此只要其中1根垂吊索斷裂，便會形成「連鎖效應」，牽一髮動全身，但真正損壞原因仍需進一步後續調查鑑定。

鋼橋規劃及結構設計之防蝕考量

鋼橋防蝕方法應依腐蝕環境及防蝕目標，選擇最合適方法，且不限使用單一方法，可從結構設計、鋼材選擇、表面防蝕及陰極防蝕等方式進行之。鋼橋於規劃與結構設計時，應兼顧初期及後續防蝕維護需求成本，針對所處腐蝕環境進行整體設計，包括採用合適之防蝕方法與防蝕構造細部。以下為規劃設計時應考慮的方向。

1.防蝕考量因素

應包括橋梁使用年限、橋梁設置地點之大氣腐蝕環境分類、橋梁特性、規模與施工方式、相關防蝕技術有效性、施工性與耐久性、維護管理方法、制度及生命週期成本等。

鋼橋之防蝕設計應就橋梁之重要性、影響性、使用性、使用條件、外觀要求、橋址條件、腐蝕環境、結構型式、橋梁特性、橋梁規模、施工困難性、防蝕效果、維修難易度、防蝕耐久性、管理單位之維護制度與經費、使用年限與生命周期之成本等因素，作通盤性考量，選擇最合適、可行之防蝕方法，及辦理橋梁結構之各項防蝕構造細部設計，使在滿足橋梁之建設目的，並兼顧短期施工經費和長期維護成本之條件下，儘可能延長橋梁使用年限。

2.耐候鋼材之使用

每種耐候鋼材均有其防蝕特性及適用環境，使用時應謹慎選擇，必要時得與表面防蝕塗料或被覆共同使用。與耐候鋼材結合或接觸之構件或材料，如螺栓或銲材等，應使用與耐候鋼材之電化學電位相近之材質，以避免因電位差過大而產生加速腐蝕。

耐候性鋼材如ASTM A588、CNS 4269、JIS G3114及不銹鋼等鋼材，耐候性鋼材因其成分中含有銅、鉻、磷等元素，在濕度低、常有日曬的大氣中會形成緻密性高之穩定鐵銹層，被覆於鋼材表面，可阻止鋼材繼續氧化，而達到防蝕的功能。惟耐候性鋼材如無塗裝處理，在緻密銹層形成前，將會產生銹水或浮銹而影響外觀，故一般亦常加做塗裂或被覆。依相關研究顯示，耐候性鋼材如採用防蝕塗裝，其塗膜係壽命約為普通鋼材之二倍以上。使用不銹鋼鋼材則無此顧慮，但造價較高。

3. 鋼材之最小厚度

鋼橋中各鋼材之最小厚度應符合設計規範規定。曝露於嚴重腐蝕環境之鋼材，除採用適當防蝕方法保護外，其厚度亦應酌量增加。

依交通部頒布之「公路橋梁設計規範」第8.1.8節規定，各項鋼材之最小厚度為：

(1) 結構鋼材(包括支撐、橫構架及各種連接板等)除熱軋型鋼之腹板及鋼橋之面板之閉合肋條、填板與欄杆外，其厚度不得小於8mm。

(2) 熱軋型鋼梁或槽型鋼之腹板厚度不得小於6mm。

(3) 鋼橋面板之閉合肋條厚度不得小於5mm。

至於曝露於嚴重腐蝕環境而須增加之鋼材厚度，應依所在之腐蝕環境，考量腐蝕速率，預估使用年限及未來維修情況等決定之。

4.橋梁規劃之防蝕要點

橋梁規劃應從路線選擇、橋址位置、橋梁高度、橋梁型式、橋梁基本構造等審慎規劃，使鋼橋能降低受腐蝕環境之影響，並減少橋梁曝露在腐蝕環境下之表面積。

橋梁防蝕問題於規劃階段即須注意，應儘量降低腐蝕環境對橋梁之影響，以減少腐蝕機會。例如：在選擇路線與決定橋梁位置時，應在滿足交通運輸需求下儘量使鋼橋遠離惡劣之腐蝕環境；並藉由注意自然條件之影響情況，以減輕橋梁受腐蝕環境之影響程度，例如：注意橋梁與風向之關係、橋梁與海岸之關係等惡劣腐蝕環境之遠近關係、橋梁受地形與地物之阻隔關係等。

5.橋梁結構之防蝕設計

鋼橋應儘量減少腐蝕物質接觸到或停留在鋼材上，以降低腐蝕機會。腐蝕物質較可能長期滯留之部位，應加強防蝕塗裝保護。鋼橋之構材設置、斷面形狀與附屬設施等各項構造細部應依規定進行設計。

橋梁結構之防蝕設計須考量：(1)橋梁結構之構造細部。(2)橋面板構造。(3)螺栓接頭。(4)雨水可能滯留部位。(5)排水需求。(6)附屬設施(伸縮縫、支承構造及其附近鋼橋構造應避免水分塵土等腐蝕因子停留或堆積)。

6. 檢修設施之設置

為方便後續維護工作，對檢修較不易之橋梁，應考慮於橋梁上設置檢修步道等設施。

結語

臺灣地區鋼結構橋梁數量日益增多，橋齡亦逐年增加，後續維護管理，尤其是防蝕塗裝更成為重要課題。降低鋼橋塗裝維護頻率及成本與鋼橋興建時的防蝕規畫設計與施工有密切的關連，妥善事前調查、合理規劃、正確設計與確實施工，一直都是橋梁興建與維護管理的重點工作。

鋼橋如發生腐蝕，不僅影響觀瞻，且將造成有效受力斷面積減少，降低構材強度，進而影響橋梁之安全性與耐久性，更將增加後續維護工作與費用。因此，鋼橋在規劃與設計階段，除須就橋梁型式、結構系統、構材強度、構造斷面等詳加考量與計算外，防蝕對策亦應列為設計重點，深入探討，採用合適防蝕方法，及審慎設計防蝕構造細部，以增長橋梁使用年限。

鋼橋在規劃與結構設計時應在兼顧初期及後續防蝕維護需求之成本下，針對所處之腐蝕環境進行整體設計，包含採用合適之防蝕方法與防蝕構造細部，以避免鋼橋發生腐蝕，提升鋼橋之耐久性、安全性及美觀性。

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