單柱型鋼筋混凝土 場鑄橋墩與半預鑄帽梁工法

前言

台北捷運內湖線是國內第一次採用預鑄帽梁之工程,其工法在場鑄橋墩內預埋下鋼板錨錠件,並於預鑄帽梁設置上鋼板錨錠件,利用工地銲接作為兩鋼板錨錠件間之接合,藉由內埋之上下鋼板錨錠件,作為RC橋墩帽梁間傳遞應力為其中心設計理念。

鋼結構與RC構造混用之設計構想,在建築工程方面之應用已很廣泛,如鋼骨鋼筋混凝土結構,已應用在諸多建築物上,但由於施工程序繁複,在橋梁工程上之應用並不多見。而內湖線部份橋墩帽梁會採用預鑄吊裝工法施工,係因內湖地區道路路幅狹窄、交通擁擠(尤其康寧路實際路幅僅有21m寬),帽梁若採用現場澆注施工,勢必對當地交通造成很大衝擊。故於路幅狹窄道路上施作之橋梁工程,為免嚴重影響當地交通,多採用吊裝工法施工。但若為節省工程造價,鋼筋混凝土造之橋梁將為優先選項。

開發純鋼筋混凝土造橋墩帽梁、又可減少交通衝擊之橋梁工法,是本文撰寫之初衷,發想及研發過程,歷經全預鑄工法到目前之半預鑄工法,主要考量重點在鋼筋應力傳遞及現場安裝機制之設計,現階段之成果如下文敘述。

研發構想

發想初期為減少現場混凝土澆注作業項目,均朝全預鑄工法方向研析,但於鋼筋應力傳遞及現場安裝機制課題上皆遭遇瓶頸,無法在減少鋼構構件數量上獲得突破,其細節可參考筆者另篇「單柱型鋼筋混凝土橋墩與預鑄帽梁替代工法」。為達到儘量為純鋼筋混凝土造橋墩帽梁之原始構想,經過考慮結構設計及施工之可行性,決定放棄全預鑄工法,重新構思。之前,為其他工程查詢國外案例時,曾對半預鑄工法有印象,故改從半預鑄工法研析,終於初步有解決方式;半預鑄工法發展方案,整理敘述如後:

本工法之結構配置示意圖如附圖1,所謂帽梁半預鑄方式,為帽梁段將分為預鑄及場鑄二大部分,示意圖如附圖2。考量『梁柱接頭』為鋼筋混凝土構件之重要區域,且柱筋應力傳遞亟需順暢,故規劃多數柱筋直通至接頭處、帽梁主筋二次組立、梁柱接頭採用現場灌漿等方式,以確保完工時,能符合原結構設計理念及功能。

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附圖1  半預鑄工法結構配置示意圖(圓柱例)

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附圖2  半預鑄RC或PC帽梁示意圖(圓柱例)

 

帽梁預鑄部分之作法,以減少吊裝重量及現場工作為原則。鋼筋混凝土之現場工作,包含模板組立、鋼筋綁紮、混凝土澆置等,但如前述,為貫徹結構設計理念,而需將帽梁主筋二次組立及梁柱接頭採用現場灌漿,可能減少之現場工作僅為模板組立,故以此發想,將帽梁預鑄構件規劃成無蓋之盒型構造,但需預先組立頂蓋側模,帽梁預鑄構件設計示意圖,如附圖3。

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附圖3   帽梁預鑄構件原型設計示意圖(圓柱例)

 

無論是全預鑄工法或半預鑄工法,其研析重點在於預鑄部之安裝固定與接合方式。柱頭現場灌漿已有接合功能,但灌漿前預鑄部安裝之固定方式,需能確保現場工作時之預鑄部穩定及安全,為達到此目的,參照鋼結構之鋼柱柱底板固定方式,預埋錨錠螺栓於柱頭處,利用螺帽高程調整帽梁預鑄部之位置,並以鋼棒或方管固定預鑄部,並外擴柱頭範圍,增加支承面積,提高整體安全性。另配合錨錠螺栓之預埋及柱頭灌漿需求,預留凹槽;並將四角落之柱筋延伸至柱頭部。預鑄部底版示意圖及場鑄橋墩柱頭部示意圖,分別如附圖4及附圖5。未來本工法固定設計之重點,將在於預鑄部底板柱頭處十字固定梁及錨栓之結構設計。

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附圖4   預鑄部底版示意圖(圓柱例)

 

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附圖5   場鑄橋墩柱頭部示意圖(圓柱例)

 

預鑄帽梁吊裝固定完成後,將進行帽梁主筋(主筋將與預鑄部懸臂端主筋搭接)及上箍筋(與預鑄部預埋之U形剪力筋形成具韌性的箍筋)與柱頭處柱箍筋之二次鋼筋綁紮,(預鑄部之頂蓋側模已於預鑄場先行完成)後澆注混凝土,完成帽梁施工。墩柱柱頭部施工完成示意圖及帽梁場鑄部分示意圖,分別如附圖6及附圖7。

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附圖6   墩柱柱頭部施工完成示意圖(圓柱例)

 

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附圖7  帽梁場鑄部分示意圖

 

重要機制

綜整上述研析過程,本工法施工程序概如後述:場鑄墩柱施工(柱筋綁紮、模板組立、錨錠螺栓預埋、混凝土澆注)+帽梁預鑄部施工(外模組立、鋼筋綁紮、封模、灌漿、場鑄頂蓋側模封板)→(場鑄墩柱混凝土強度達到預定強度)帽梁預鑄部吊裝固定→帽梁場鑄部梁主筋(或PC套管)及上箍筋與柱頭處柱箍筋二次鋼筋綁紮→澆注混凝土→養護。其重要機制如下說明:

1.利用預鑄部分,作為場鑄部分之外部模板,將可減少現場組模之作業及施工時間。 2.利用場鑄墩柱柱頭預埋錨錠螺栓,並以鋼棒或方管固定,工法類似鋼構安裝方式,並不複雜。

3.帽梁二次綁紮之主筋,利用預鑄段預留之搭接長度,可使帽梁鋼筋效益如全場鑄般之完備。若於搭接處進行局部現場銲接,更可增加灌漿之安全性。

結語

半預鑄帽梁工法,對於路幅狹窄道路上施作之鋼筋混凝土橋梁工程,可減少現場施工範圍,降低當地交通之衝擊,或許未來實際詳細設計檢核、或配合業主施工需求時,仍需進行局部修訂;但整體而言,本工法仍不失為狹窄道路上橋梁工程之另一選項。

参考文獻

(1) 劉嘉哲、趙振宇(2006)。「台北捷運內湖線預鑄U型梁與預鑄帽梁之設計與施工」,中華技術。

(2) 劉國光(2016)。「單柱型鋼筋混凝土橋墩與預鑄帽梁替代工法」技師報,1035期。

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】


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