第1408期- 國8 - 延壽補強 風華重現

 潘小珍/高公局第二新工處三工所 主任

林邦奎/宏義工程股份有限公司 總經理

林建志/台灣世曦高工處 計畫經理

黃永輝/台灣世曦高工處 主任

一、前言

國道建設在我國整體防災計畫中，扮演至關重要的防災運輸生命線，隨著耐震規範及施工技術與時俱進，國內橋梁耐震補強工程執行迄今已累積一定程度施工成果。本文藉由橋梁基礎耐震補強工法(鉛心橡膠支承、密排切削樁、鋼管樁)實務經驗分享，敬供後續橋梁工程參考。

二、鉛心橡膠支承更換

國道橋梁補強標準，以再服務年限50年為原則，且補強工程費，不超過同型式橋梁新建工程費的45%。依據「公路橋梁耐震規範」，以耐震性能為基準的橋梁補強，首重系統補強之隔震(鉛心橡膠)支承更換。隔震裝置需具備垂直向能完全承受結構垂直載重、提供適當水平柔性勁度以及自復位能力，利用隔震裝置水平向柔性勁度低，延長結構系統震動週期，且藉遲滯阻尼能減少因週期延長增加之位移反應，大地震時降低上構慣性力及加速度反應，進而降低下構耐震施工需求。

揆諸國內隔震橋梁，多採鉛心橡膠支承墊(Lead-Rubber Bearing, LRB)，為積層橡膠與多層鋼板加上高純度鉛心組合而成。鉛心屬低降伏性金屬，受震時降伏產生遲滯消能行為，且鉛心具有再晶化能力，受震後能自我恢復不因反覆變形而破壞，除可增加系統阻尼及延長基本震動週期之降低地震力效益外，亦可達均勻分散各橋墩地震力的功能[1]。

鉛支更換施工注意事項(圖1)

圖1 鉛心橡膠支承施工照片

1.鉛心支承在進場前須進行成品尺寸檢查及原型測式、實體測式、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.頂升規畫，橋梁分段頂升(每段頂升1.5mm，分3段)，同步垂直加壓且上升量不得大於5mm(頂昇監測)，頂升作業時間60分鐘，頂升設備(千斤頂)採偶數配置，避免產生偏心旋轉，每加壓100噸量測頂升高度，避免過度抬昇橋梁受損。

3.頂升完成後，辦理既有盤支拆除，過程中應注意粉塵對人員之危害，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±0.003rad，±0.17∘)，循序安裝支承。

5.進行鉛支調整座無收縮水泥砂漿澆注，屆齡期強度移除頂升設備。

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.地震發生時(震度4級以上)，團隊(監造、技服、廠商)共同研擬監測作為，建立地震後即時檢查機制(律定警戒值、行動值)，同步成立技師團督管巡檢，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。

三、國3 - 鹽水溪河川橋補強工法/密排切削樁

河川橋可能受天然或人為因素影響，導致橋址附近河床因沖刷或大水侵蝕下降，造成橋梁基樁或沉箱結構體裸露。同時受水流力或地震力作用之結構行為改變，且貫入土層深度減少，進而降低橋梁耐洪與耐震能力。河川沖刷之橋基補強，應檢視歷年河川航照圖、InSAR變形歷線圖、測量斷面圖及河川治理計畫等資料，解析河道特性及變遷範圍。評估河川長期變化對橋梁安全所造成的影響，本文以國3鹽水溪橋為例，提出補強策略。

國道橋梁耐震補強原則，會優先採用系統補強方式，避免施工對現況造成的衝擊。國道3號鹽水溪河川橋(359k+234)，為南下、北上線分離式橋梁，全長555公尺，上構為PC箱型梁，橋墩基礎型式為直接基礎，經耐震評估跨河橋梁基礎裸露、耐沖刷能力不足需辦理補強(圖2)。除增設混凝土止震及鋼板止震裝置外，P1及P2基礎仍需進行補強。考量如於既有直接基礎外側增設基樁，將使樁反力過於集中外側，受力行為不佳。且擴基範圍加大後，沖刷後之地震力亦隨之提高，降低補強效益。故P1、P2實務上採密排樁(80cm，RC切削樁)：於既有基礎外設置密排切削樁緊密接合，確保既有基礎下方土壤不流失。藉由切削樁與既有基礎連結後，形成一類似井基或沉箱之結構體，共同承受常時自重(沖刷後)與地震載重。給予基礎下方土壤、岩盤良好圍束保護力，避免因沖刷掏空而失去承載能力，河川橋經補強後，整體耐震性能已符合最新耐震規範要求。

圖2 國道橋梁耐震補強工法及切削樁(國3鹽水溪河川橋)示意圖

(一)、密排切削樁施工注意事項

密排切削樁之單樁施工程序與一般全套管基樁相同，惟因需密排設置以達阻水功能以及考量橋下淨空限制，施工注意事項如下：

1.套管中心位置(偏心< 7.5cm)及垂直度(< 1/200)等精度控制應加強注意，確保樁身間無空隙。

2.施工分先行樁及後行樁，先施作先行樁，完成後約3天再開始鑽掘後行樁，使樁身彼此密接。

3.切削樁主筋之續接，先行樁採工型鋼銲接，後行樁採鋼套環銲接，每節鋼筋長度以3~5公尺為原則，續接採鋼套環銲接，銲道須以超音波UT檢測。

4.施工淨空如受限，需改採降挖或以限高型機具施工。

5.施工時須登載作業紀錄(自主檢查表)，內容包括鑽機挖掘紀錄表、樁體垂直度檢測紀錄、混凝土澆置日期時間及數量、地下水位高程、混凝土強度試驗紀錄、各種障礙或故障發生經過，詳實記載。

6.每階開挖過程，須對切削樁進行檢視，若發現排樁品質不良(歪斜)或漏水，應立即進行緊急補救。

7.當有激烈漏水時，可先以具有濾水性織料塞入湧水口，並堆置砂包圍堵湧水口，另在開挖面外側施以低壓止水灌漿；灌漿完成，無再漏水跡象後，小心移開砂包，清除破洞處包夾泥沙，再以快乾劑拌合水泥填補。

(二)、鋼管樁工法

橋梁下部結構耐震補強作業，常須配合既有結構、囿限橋下空間，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，圖3)，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，亦可提供低淨空樁機足夠迴轉空間；鋼管樁施工相較於全套管基樁，具有低噪音、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，儼然已成近年來橋梁耐震補強的新興工法。

圖3 鋼管樁施工照片

(三)、鋼管樁施工注意事項

1.鋼管樁之儲存基地須堅實而平坦，不可有沉陷現象，避免樁身變形，必要時得加裝變形防止設備；鋼管樁吊運、裝卸、堆置時，樁身不得遭受振動，以免損及樁身。

2.樁身不可塗油或漆等潤滑材料，施作時不得採預鑽孔或沖水方式(均會降低樁身摩擦力)。

3.打設過程不得中途停頓，以免因土壤與樁身密接而造成施做困難。

4.許可差：垂直度≦1/100；樁位≦樁徑1/4或10cm。

5.施工表單需嚴謹保存，內容應包括樁號、位置、設備概述、樁尺度、型式、長度(自主檢查表建議採E化儲存雲端，製作QR-Code方便工程人員查找與管理)。

四、InSAR干涉合成孔徑雷達(Interferometric Synthetic Aperture Radar)

近年來各地天災頻繁，全球氣候與環境的改變使得降雨強度、分布與過去之特性相異。而台灣正好位於板塊邊界，造成活躍的造山與斷層活動，地質相對破碎，而強降雨、地震、崩塌、地層下陷等問題，持續考驗著交通建設、國道橋梁、坡地等各項設施的安全性。本案秉持研發創新、服務卓越、永續經營、正直誠信四大施工理念，深入國8每一角落，為南科生活家園的便捷與舒適，擴大幸福文明的視野，提升社會經濟發展與整體競爭力；同時，接地氣深耕台南、服務人群，體現傾聽大自然的聲音，與大地對話，創造人與土地的和諧永續。

國8耐震補強工程，導入整備防、避、減災及復建工程技術，運用國土安全監測平台(圖4)整合國內各專業技術。自2017年起，快篩沿線50餘座橋梁之耐震性能風險分級。優先針對地震、洪水常損壞道路關鍵節點之國8橋梁，搭配LiDAR/InSAR與光學影像等遙測技術比對，掌握受損橋梁基本資訊(斷層、地質、環境、土壤液化)，協助維管單位迅速研判適當救災、復舊對策，有效回饋補強工程之專業技術支援，成功驗證橋梁與坡地等關鍵基礎設施之位移變化趨勢。

國土安全監測平台，可快速篩選橋梁與周邊地盤長期地表形變，操作者可在系統中將地圖移動到台灣的任一點位進行點選，擷取周圍地表變位歷史紀錄，無論是液化潛勢或是InSAR變形圖皆一覽無遺；此外，系統亦已整合國8的地質鑽探、地震颱風、特殊救災資源(如水下切割工、大型抽水機)等，一站式定期監測健康狀態，提供機關安全防護判斷，並榮獲2020年國家新型專利的肯定。

圖4 國土安全監測平台執行成果

五、 結語

綜上，河川橋耐震補強施工，除需考慮河道特性外，尚需評估補強後量體是否增加阻水斷面，加劇橋基沖刷深度，因此河川橋施工應秉持「河橋共治」的理念，為美好土地貢獻心力；本案之切削樁施工，體認全生命週期各階段成果之環環相扣，建議從「機具挖掘、超音波檢測、鋼筋籠吊放及特密管澆置階段」，慎選國內具相關經驗之施工廠商參與諮詢，以掌握工程關鍵因素，合理編列經費，俾利工程順利推動。

至於本案工程團隊積極導入先進遙測技術(InSAR)，結合空間大數據建置「國土安全監測平台」，透過長期性的監測及資訊整合分析，達到平時趨吉避凶、災時逢凶化吉，防範災害於未然，一同守護國人的安全，善盡社會責任，成功提升國家防災技術量能。

工程施工期間，機具操作所產生之噪音、振動，常造成附近居民不便，主辦機關及監造單位，主動結合承攬廠商設置民意反映聯繫單一窗口，定期對民眾關心之工程內容，建立暢通溝通連繫管道，敦親睦鄰，使工程順利推展，藉本文給辛苦的監造、廠商、主辦機關，讚美喝采。

本案承蒙交通部高速公路局第二新建工程處與第三工務所之指導及支持，藉文末一角謹致敬意。

參考文獻

1.台灣世曦工程顧問股份有限公司(2023)，中華技術第139期，橋梁建設蛻變。

2.台灣世曦工程顧問股份有限公司(2023)，中華技術第138期，空間技術與跨域創新。

3.交通部高速公路局（2021），橋梁耐震補強設計注意事項。

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