施工作业及其关键技术.docx
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施工作业及其关键技术
橋梁場鑄節塊懸臂工法
4.1柱頭節塊之施工作業
橋墩與上部結構的預力箱型梁橋面連結之部份稱為柱頭節塊。
由於柱頭節塊為上部結構之開端，並作為施工初期工作車之基地及組立使用，故必須利用支撐架來施工，若使用固定於墩柱上之托架作為支撐來施工，則可省卻由地面搭設支撐架之不便及較高之成本，且工期及安全性亦較佳。
當柱頭節塊完工且混凝土強度達施預力時之混凝土抗壓強度時，預力鋼腱才可施加預力，在預力鋼腱施完預力後，方可拆除柱頭節塊的支撐架。
柱頭節塊之兩側為懸臂部份，因高度甚高，高空作業費時，危險度高，作業困難，因此，如採用預先組立完成柱頭節塊後再行吊裝，即可減少於高空作業之困難度。
一個柱頭節塊平均約有400立方公尺的混凝土，即約1000噸以上的重量，在這樣大的重量下，不論是以托架或是以就地支撐的方法來支撐這個柱頭節塊，危險性都蠻高的。
若是柱頭節塊的長度能夠縮短，則柱頭節塊之支撐施作容易，施工較為快速，安全性亦提高，且支撐構件材料可減少很多，不過在架設工作車時，因為此時柱頭節塊上的工作範圍較小，故於高空吊裝作業時，應更注意施工安全。
而柱頭節塊的長度是隨著施工方式及工作車的型式不同而改變，一般而言，平衡施工法所需之柱頭節塊長度大於不平衡施工法，但是即使是採用平衡施工法，所需之柱頭節塊長度亦可小至6公尺，惟工作車初期組立操作較為複雜，且危險性較高，故採用案例較少。
就柱頭節塊接合種類來分，柱頭節塊可分為剛接及鉸接（hinge）如圖4.1所示。
圖4.1剛接右及鉸接左柱頭節塊
至於是否採用剛接、鉸接或輥接，於設計時則依橋梁長度、連續跨度、跨徑大小、橋梁高度及結構系統而定。
一般而言，可有下列數種連結方式：
（1） 中央鉸接剛構架型式。
（2） 一端固定、一端活動之合併剛架型式。
（3） 中央鉸接或不設鉸接之連續梁型式。
（4） 多孔連續剛構架型式，部份設置鉸接型式。
（5） 多孔連續剛架型式。
（6） 多孔連續剛構架活動支承合併式。
4.2工作台車之組裝作業
工作車的架設:
（1） 排設枕木、吊裝軌道
枕木在軌道吊裝前便需排設完成，一般而言枕木排設間隔以一公尺為原則。
（2） 吊設主鋼架
如圖4.2所示，在主鋼架吊設於軌道上後，由於此時前後桁架及平衡拉桿尚未組裝完成，故主鋼架可能向左或向右傾倒，所以此時需以手搖吊車（chainblack）將其穩定於軌道上。
圖4.2吊設主鋼架
（3） 吊設前後橫桁架
如圖4.3所示。
前後橫桁架組裝完成後，在平衡拉桿尚未安裝前，亦須以手搖吊車加以固定，否則橫桁架可能向前或向後傾倒。
圖4.3前後橫桁架的吊設
（4） 拉桿及斜撐按裝
如圖4.4所示，水平拉桿及斜撐是用來將主鋼架和前後橫桁架連結起來，並保持此部分之穩定。
圖4.4拉桿及斜撐按裝
（5） 按裝C型梁
圖4.5C型梁的吊設
（6） 將工作車前方之上下工作平台在平地組裝完成後再架設在工作車上
如圖4.6所示一般而言，前方之工作走道都是先在平地組裝後才一起吊設，若分開吊設，則由於必須在高空作業而易產生危險，此外，組裝速度上也較慢許多。
圖4.6前工作平台吊設
（7） 箱梁底部模板架設
在箱梁底部的模板，可在平地併裝完成後再行吊裝，或可視工作情形而先吊設底版大梁後再將模板於大梁上組立。
如圖4.7及4.8所示
圖4.7底部模板架設
（1）
圖4.8底部模板架設
（2）
（8） 箱梁側面腹板架設，如圖4.9所示。
圖4.9箱梁側面腹板架設
（9） 吊設左右側工作平台
如圖4.10所示，由於前後4個C型梁已安裝完成，所以兩側工作走道在吊設時將有些不易，所以在安全考量允許範圍內，可先安裝前C型梁，等翼板底模架設完成後，再將後C型梁安裝完成。
圖4.10側工作平台的吊設
（10） 翼版底模架設
翼版底部的模板是懸吊在C型梁上，但需以水平拉桿固定，此外，和側工作走道相同，若是將前後C型梁皆先安裝完成，則翼版底部的模板吊裝將產生一些困難，需先斜插入一端C型梁內，再將另一端移入。
（11） 內頂版軌道架設
內頂版軌道是用來輔助內頂版模板的推進。
（12） 在鋼筋綁紮後，再架設頂版底模、腹版內模
若在鋼筋綁紮前即架設頂版底模及腹版內模，則將使鋼筋綁紮的工作加倍困難，故必須在組立鋼筋後才可組立內模。
頂版底模、腹版內模架設
4.3節塊週期性之施工作業
預力混凝土橋梁採用場鑄節塊懸臂法施工是由柱頭節塊兩側以兩部工作車逐節向兩側推進施工，每個節塊之工作項目以移動並架設工作車、組立模板、紮配鋼筋及鋼腱套管、澆注混凝土、施拉預力等為一個循環，每循環之施工通常約需時7天，工作時間分配如圖4.11所示。
項目天
1
2
3
4
5
6
7
1
第n節節塊施拉預力
2
鬆模
3
工作車推進
4
外模調整
5
頂版鋼架推進定位、內模調整
6
鋼筋綁紮、預力套管及錨座裝設
7
錨碇預留孔埋設
8
混凝土澆置
9
養生
圖4.11每一節塊施工週期
1. 於工作車懸伸段之吊架上組立第一節塊模板，並校正模板方位及調整拱度。
模板可用木模或鋼模，並配合鋼製托架進行施工。
在工作車移動前，須將模板鬆開，使與混凝土面脫離，工作車移動時，模板隨工作車而前移，工作車移至定位時須調整模板高程使達設計位置。
模板作業須注意下列事項：
（1） 尺寸需符合設計要求。
（2） 模板高程須包含預拱量
（3） 模板繫桿須確實固定。
（4） 工作車及模板吊桿需確實鎖緊固定
（5） 模板面須保持平整及清潔。
2.鋼筋紮結、埋設預力套管及其他預留物。
A.鋼筋排紮：
紮結鋼筋時，須用鐵絲確實紮緊，避免混凝土澆置或其他相關作業人員踩踏時而鬆落或移位，若有需要則亦可以點焊增加鋼筋之穩固性，此外，為求維持鋼筋足夠之保護層厚度，須於頂版、底版及腹版等處以塑膠製品或混凝土製品等鋼筋定位墊塊將鋼筋及模板隔開，如圖4.12所示。
防爆鋼筋之綁紮應確實依所採用預力系統補強於預力錨座附近或環繞於四周以達其防爆效果，節塊兩端之預留筋長度亦應符合設計需求。
B.預留孔：
除預力套管外，工作車若採用錨碇式時，錨碇鋼棒的預留孔亦為十分重要的預留構件。
為配合工作車之移動、固定及模板組立，供裝置工作車之錨碇鋼棒或組立模板之吊桿所用之預留孔，其位置均需經精準之測量。
工作車推動後，其定位點便是以預留孔之位置為準，因此，若預留孔位置錯誤，或無預留孔，則工作車將因無處錨碇而無法施工，此時需以其他如鑽孔等方法補救。
圖4.12鋼筋定位墊塊
C.套管:
套管規格須依設計圖所示，可採用鍍鋅金屬螺紋管且其厚度須大於0.3公厘。
套管製造後所殘留之油脂不能影響預力鋼腱、鋼筋及混凝土之品質。
一般預力混凝土套管之摩擦係數可參考表4.1，但仍應以各廠牌實測值為計算基準。
圖4.12鋼筋定位墊塊
表4.1 預力混凝土套管摩擦係數參考值
3.校驗模板、鋼筋、套管及其他預留物位置，清除模板內雜物。
4.澆置混凝土
澆置混凝土前需於全橫斷面模板上標測高程，並予調整，測量時儘可能於清晨作水準測量，這是由於在台灣，清晨的溫度通常較接近一天的平均溫度，此時測量所得結果較不會因溫度過高或過低而產生太大的誤差。
澆置混凝土時，依底版、腹版、頂版之順序澆築，澆置混凝土時需用振動棒搗實，如圖４.13所示，特別是腹版和底版交接處是最不易搗實完全的部分，要特別注意;震動時亦應注意避免震動棒觸及套管而使套管產生偏移。
圖4.13以振動棒搗實混凝土
５.混凝土蒸汽養生達到規定強度後施預力。
混凝土澆置完成後，達初凝時便可開始進行蒸汽養生，蒸汽養生是於外露表面以密閉式帆布等固定於工作車上，將箱型梁頂版及封頭覆蓋，再以導管將蒸汽送入覆蓋物，以使混凝土提早達到施預力所需之早期抗壓強度。
如圖4.14所示
一般懸臂節塊蒸汽養生時，由於是高空作業且有許多預留鋼筋與鋼腱，因此作全斷面的覆蓋密閉在實際上並不容易，若只在頂版與底版表面作覆蓋，而腹版用較厚的木質模版的情況下，由於腹版厚度較厚，有巨積混凝土之效應，經量測後其混凝土強度的成長與頂底版相差不大，因此在混凝土適當配比與模版系統良好的配合下，即使腹版不施予蒸汽養生仍可達到縮短混凝土硬固時間的要求，但仍應以實際量測為參考基準。
圖4.14混凝土蒸汽養生
6.施拉預力完成並封端灌漿後，拆除模板。
A.施拉預力:
拆除錨碇模板、截角模板及內模固定單元，並將預力箱型梁上之底版模板及腹版模板稍予放鬆，但不必移開，以免施加預力後，模板被擠壓而不易拆除。
施預力作業程序如下:
（1） 以穿線機將所需鋼絞線推入預留套管內，如圖4.15及圖4.16所示。
（2） 將鋼鉸線端部修齊，以便安裝千斤頂，如圖4.17所示。
（3） 待鋼絞線穿線完成，隨即安裝錨碇鈑及錨碇夾片，如圖4.18所示。
（4） 安裝千斤頂並連接油壓機，如圖4.19所示。
（5）操作千斤頂施加預力，如圖4.20所示。
（6） 詳實記錄伸長量之變化，若施預力過程中有異常現象發生，如爆烈聲、混凝土剝落、油壓表指針大幅跳動、伸長量過小或過大，應當立即鬆弛預力並停機，經工程師認定且找出問題後，以適當的施預力異常現象處理方法處理。
（7） 施加預力作業過程中應隨時記錄伸長量與施拉預力值並計算檢查是否在允許範圍內，如圖4.21所示。
預力鋼腱之最大暫時張應力（千斤頂應力）不得大於其規定之最低極限張力強度之80%（或預力鋼鍵降伏強度之90％）。
伸長量之允許誤差為±5%以內。
（8） 錨碇、解壓、退千斤頂。
圖4.15預力鋼絞線
圖4.16穿線機
B.套管封端灌漿:
鋼腱套管內灌漿應在施拉預力後儘速完成，以防鋼腱生銹腐蝕，套管灌漿須依照與工程有關之規定確實灌滿。
7.將工作車推進至所完成節塊上，並校正其方位。
8.重複第1~7步驟向前施工，直至最後一節塊為止。
4.4工作車之推進作業
工作車的推進分為以下幾個步驟程序，敘述如下:
（感謝太平洋建設提供相關推進作業示意圖）
（1） 如圖4.21所示，施拉預力完成後，工作車主千斤頂頂升，使前輪升離軌道面，錨碇千斤頂收縮，使後輪脫離軌道面，此時荷重由主鋼架中央之主千斤頂及後方之錨碇鋼棒承擔。
（2） 如圖4.22所示，放鬆錨碇端及懸吊端之錨碇鋼棒，使頂版、翼版及底版鋼架下降
（3） 如圖4.23所示，軌道主錨碇、輔助錨碇鋼棒拆除。
（4） 如圖4.24所示，主千斤頂升使軌道導引輪接觸軌道面，同時將軌道前段帶離混凝土面。
（5） 如圖4.24所示，放鬆後滾輪腳架上之錨碇鋼棒，使軌道後段脫離混凝土面。
（6） 如圖4.24所示，放鬆錨碇千斤頂，使後輪接觸軌道面。
（7） 抽出軌道上方之枕木，排至軌道前端，每塊枕木間距約一公尺，如圖4.25所示，推進千斤頂將軌道推進至下一定位處，推進位置以軌道之錨碇鋼棒能垂直穿過錨碇預留孔來定位。
（8） 如圖4.26所示，主千斤頂下降使前輪接觸軌道面，同時將軌道前段降回混凝土面。
（9） 如圖4.26所示，錨碇千斤頂收縮使後輪脫離軌道面，並鎖緊後滾輪腳架上之錨碇鋼棒將軌道後段降回混凝土面。
（10） 如圖4.27所示，軌道主錨碇及輔助錨碇裝置鎖緊。
（11） 如圖4.28所示，拆除後滾輪腳架上之錨碇鋼棒，放鬆錨碇千頂使後輪接觸軌道面並將主千斤頂完全下降，使前輪架座於軌道上。
（12） 如圖4.所示，翼版鋼架錨碇鋼棒拆除使鋼架架座於C型梁上，同時底版及頂版鋼架錨碇端拆除。
（13） 將推進千斤頂反向裝置，推進工作車至下一定位處，同樣的，定位是以軌道之錨碇鋼棒能垂直穿過錨碇預留孔來定位。
推進工作車時，若為上坡段，則可在前輪後方墊設一楔形木塊，以防工作車後滑，如圖4.29所示，若為下坡段，則應在工作車後方以鋼鏈拉住，以防工作車向前滑落。
如圖4.30所示
（14） 如圖4.32所示，主千斤頂頂升使前輪脫離軌道面，錨碇千斤頂收縮使後輪脫離軌道面。
需注意的是，主千斤頂一般上升6~8cm即可，不可上升太多，因工作車的水平要靠左右各一的主千斤頂來調整，若主千斤頂上升太多，（極限通常是10~12cm）則千斤頂水平調整便變得不易。
（15） 調整工作車之高程、水平、方位。
（16）如圖4.32所示，裝設後滾輪腳架上之錨碇鋼棒及翼版及底版鋼架錨碇端鋼棒。
（17）如圖4.33所示，調整外部模板後組立鋼筋及相關預埋物件。
（18）如圖4.34所示，將箱型梁內的頂版鋼架推進至定位處再錨碇頂版鋼架。
4.5閉合節塊之施工作業
圖4.35閉合節塊施工示意圖
A1
B1
閉合節塊
B2
A2
1公尺平方之開孔
閉合處節塊係指兩端懸臂梁之最後一節塊，此節塊之施工係利用兩端已完成之懸臂梁做支撐架設工作平台，並如同懸臂節塊在其上之工作平台完成所有施工作業。
其中工作平台之吊桿錨碇設施應於澆置前一懸臂節塊時先予預埋。
兩端懸臂節塊之施工高程應於建造前設計妥當，以使閉合處兩端節塊之高程一致。
本節塊之施工順序與懸臂節塊稍有不同，如圖4.35所示，其施工程序如下:
1.在製作A2節塊後，於頂版開1公尺平方之開孔。
2.當B2節塊製作完畢後，工作車先行拆卸。
3.B1節塊施拉預力完畢，工作車以一般方式推進至閉合節塊。
4.將內模及頂版鋼架先行移出。
5.在閉合節塊底版先行澆置混凝土（第一次澆置）。
6.將腹版模板分成片裝組立，以利由A2節塊之開孔移出。
7.腹版進行澆置混凝土（第二次澆置）。
8.內模頂版模板由支撐架支撐。
9.頂版澆置混凝土（第三次澆置）。
若在閉合處兩端節塊之高程不一致，則應予以補救，假設閉合處左方墩柱之懸臂端較高而右方墩柱之懸臂端較低，則應於右方墩柱另一側之懸臂端配置壓重塊於頂版之上，使右方墩柱在閉合處之懸臂端高程增加，或是將配重塊置於閉合處左方墩柱之懸臂端，使此端之高程降低，直到兩端高程一致，方可閉合。
即使如此，當某一墩柱之一懸臂端以上述方法調整高程後，另一懸臂端之高程將隨之改變，所以在施工時，若發現某一閉合端兩側高程不一致，往往將影響所有閉合端之閉合工作，而在最後一閉合端閉合時，若高程不一致，而情形不允許以配重塊將高程較高之懸臂端降低，則尚有另一種方法可用，即在高程較低處做支撐架，再以千斤頂將此懸臂端頂高後，再行閉合。
需注意的是，若使用配重塊來調整高程，則配重塊須置於腹版垂直上方，此外，配重塊之個數、重量、放置時間亦須經仔細計算，不可草率。
閉合節塊可分為鉸接（Hinge）及固接兩種，鉸接形式之連續梁由於中間鉸接部分僅傳遞垂直力，不負擔力矩及水平力，故對於懸臂梁之混凝土受潛變及收縮之影響時，會產生相對曲率（即接合點有較大之撓度），如中山高速公路圓山橋中央鉸接處近二十年後即有35～63公分之下垂量，如圖4.36所示。
而早期建造的新生北路圓山高架橋亦有相同的情形，如圖4.37所示。
而固接形式之連續梁，不易產生相對撓度，但在施工時若發生溫度變化或產生收縮及潛變，將產生靜不定反力，故在設計中計算有關混凝土潛變乾縮的長期行為上需作整體之考量，而現今以懸臂工法建造的橋梁為避免產生相對曲率（接合點垂直撓度變化），閉合節塊皆以固接形式施築。
圖4.36中山高速公路圓山橋鉸接處之垂直變位
圖4.37新生北路高架橋鉸接處之垂直變位
4.6施工安全作業
懸臂工法屬於高空作業，所以其相關之人員、材料、設備之起吊相關作業均應符合"勞工安全衛生工作守則"之規定，以下就有關注意事項條列說明之:
1、關於工作場所及通路:
（1）工作場所的地面須具有保持不使勞工跌倒、滑倒、跌傷及其他必要之預防措施。
（2）具有墜落之危險的場所，其架設的通道應設立高度75公分以上至125公分以下的堅固扶手。
2、關於高空作業防止墜落:
（1） 凡是離地面2公尺以上而有墜落之危險的高空作業勞工，必須佩戴防護索及安全帽等防護具，並隨時監視勞工使用情形。
（2） 在高空施工架上不得使用梯子或腳凳從事作業。
（3） 懸吊式施工架不得有2人以上在同一工作台工作。
3、關於模板吊運:
（1） 使用起重機、索道、人字臂起重桿或其他機械設施吊運時，應以鋼索束縛，不得以其他代用品吊運。
（2） 吊運垂直或高處模板時，於設置支持或安放之前不得放鬆吊索。
（3） 在高處裝置或吊運模板時，應撤離於下方作業之勞工並禁止人員進入。
4、關於澆置混凝土:
（1） 在壁、柱等高處或斜面進行混凝土之修補、修整、養護等作業時，應使用工作架、救生帶或安全索等裝備。
（2） 牆柱、墩基等構造物，每次澆注高度應按模板強度加以限制。
5、防護具與手工具
（1） 高架作業應使用防護索或安全帶。
（2） 從事任何作業一律戴用安全帽。
（3） 手工具應放在安全場所，高架作業為防止工具掉落，工具應置於工具袋（箱）中，如刀子、鑿子及其他尖銳工具不宜置於口袋內，以免造成傷害事故。
4.7預拱量之計算
節塊模板應採適度之預拱度以使完成後每個節塊高程符合設計圖之高程，此項預拱度應包括混凝土和工作車重量、工作車之勁度、預力的施拉及混凝土長期潛變、乾縮等因素所引起之撓度，承包商除於施工前須依施工程序詳細計算全橋節塊施工各階段之撓度報經工地工程司核可外，在施工時於澆置每節塊前後均應校測並記錄，如有誤差，承包商除應提出原因說明外，並應負責調整拱度以校正之。
以懸臂式施工法所完成的橋面是否平順，拱度預留的計算是極重要的關鍵，拱度預留必須依其施工順序預為計算，而且隨時予以校正。
影響撓度的因素甚多，計算亦甚繁雜。
由懸臂梁施工中所產生之撓度的考慮因素如下:
1. 工作車本身之下垂量，包括:
（1） 工作車產生之永久變形量:
當工作車裝妥，經初次載重產生之變形，有部分撓度在荷重卸除後仍不消失，此部分稱為永久變形。
這可由工作車的載重試驗或實測可求得。
（2） 工作車受載重後因彈性變形產生之下垂量。
2. 因分節施工時，由於施築中之節塊的重量所產生之撓度。
3. 因施築中節塊之主鋼腱施預力所產生的撓度。
4. 當工作車移至施築完成之節塊時因工作車重量所產生之撓度。
5. 拆除工作車所產生之撓度。
而在懸臂箱梁連接期間及完成時所產生之撓度所需考慮的有:
1. 因連接節塊重量所產生之撓度。
2. 因底版附加鋼腱施預力所產生之撓度
3. 因欄杆及A.C面層等重量產生的撓度。
在後期撓度方面，由於此為橋梁完成後因混凝土的乾縮、潛變等所引起之變形，我們可以下列各種情況考慮之:
1. 因自重所產生之長期撓度。
2. 因施預力所產生之長期撓度。
3. 因二次力矩所產生之長期撓度。
關於附加預拱量，這是為了預防由於事先無法預料之意外潛變所引起之過大撓度而影響路面的平整，故須加設適量的預拱量。
4.8測量及拱度控制作業
在施工測量部分，可分為垂直高程的水準測量、平面線形之測量及拱度控制三個部分，以下即分別探討:
1. 水準測量:
高程之測量較為單純，先取一點為全橋的控制基準，為克服因地盤下陷所引起之施工困擾及作業之便利性。
各墩柱施工時，須先於墩柱附近尋一適當位置設置臨時水準點，並每月定期檢測以隨時修正其高程，當墩柱施工完成後，將臨時水準點移設於墩柱頂面上，當做以後橋面高程控制之依據，此外墩柱懸臂梁橋面高程測量均必須與鄰近墩柱相互檢測作閉合誤差之校正，以防止因墩柱間不均勻沉陷引起之施工誤差，使能獲完成後橋面高程之正確性及平順性。
2. 平面線形之量測:
若所施築之橋梁其線形並非直線，而為曲線，則工作車之推進便非沿著兩墩柱中心方向直線前進，而是逐次以折線推進構成一近似曲線，如圖4.36所示，其作業程序說明如下:
（1） 圖4.36所示之比例並不真切，此為示意圖。
首先以平面幾何的線形資料來計算E1E2、D2E2、C2E2、E2F2、C1C2、F1F2等之長度。
（2） 從施工節塊所屬墩柱之柱頭節塊的中心點A前視另一墩柱之柱頭節塊的中心點B，並使E2點位於A、B二點之觀測直線上，此時A、E2、B三點位在同一直線。
（3） 以測得之E2點，在工作車模板上標示所欲澆置之下一節塊的中心點D2，因已知D2C2、C1C2之長度，故可用交會法求得C2點，同樣的，由於D2F2、F1F2的長度亦為已知，故點F2亦可測得，求出C2、F2後即可確定新節塊的平面位置。
3. 由於懸臂工法以工作車作業，故當柱頭版完成後，工作車即架設於柱頭版上，分別向兩側方向推進。
在施
工中，每一節塊之高程常受混凝土本身之自重、預力量以及混凝土之收縮、潛變而使懸臂部份發生下垂現象，故施工時必須先估算其下垂量而將其預先提高，此即預拱，由於懸臂工法完成後之縱向線形是依據預拱度的測量而設計，故拱度控制均需精
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