李榮華
摘  要

   第二高速公路後續計畫燕巢九如段高屏溪河川橋工程,連接高雄、屏東兩縣孔道 
 ,橋長2617公尺,其中橋梁西端採斜張橋設計,橋長510公尺,塔高183.5公尺,相當 
 於六十層高樓建築,該橋為國內首座複合式斜張橋,而且是亞洲最長之非對稱型單橋 
 塔斜張橋,未來將成為南部最具象徵性地標。
一、高速公路首度延伸屏東縣
  高屏溪斜張橋位於高屏溪上游約二十八公里,高雄、屏東兩縣交界處,橫跨於高屏溪上,橋之
西側為高雄縣大樹鄉、東側為屏東縣九如鄉,西南方一公里餘處則為聞名中外之佛教文化重鎮佛光
山,該橋的興建最大意義,將國內高速公路首度延伸至屏東縣境內,使得未來第二高速公路全線通
車後,可從台灣最北端基隆市一直延伸至屏東縣,形成南北完整縱貫高速公路網。

二、具結構力學美學景觀實體
  該橋的地形自西端穿出丘陵後,向寬廣遼闊之高屏溪河谷平原伸展東延,平均橋面較地面高約
三十餘公尺,兩岸最高橋差達六十公尺,以百分之一點七坡度向東側傾斜,橋梁設計依經濟性、安
全性、施工性、美觀性及前瞻性之考量,並配合地形及橋面縱坡度,採超大跨徑單塔非對稱斜張橋
、大跨徑懸臂工法及中跨徑支撐先進工法,完成整個橋梁,跨徑由大至小漸具結構力學與美學特色
,完成後將為一極具視覺景觀之結構實體。
  一般來說斜張橋設計上大多跨過廣大谷地或水域,所適用跨徑在200至600公尺之間。高屏溪斜
張橋之選定,首先考量到橋梁與現地的配合,西端由山嶺區露出,跨過河川後,進入河谷平原,橋
梁因屬人造結構,為避免與自然地形有突兀感覺,故採斜張橋設計,其優點在於景觀美學特色,不
僅對周圍環境影響甚微,更有降低視覺衝擊、提高地標之效果。

三、單塔斜張橋設計跨徑世界第二
  斜張橋為本工程最大特色,採單塔非對稱型式設計,橋塔高達183.5公尺,橋主跨徑330公尺,
側跨徑180公尺,全長510公尺,若以全世
界單塔斜張橋而論,其跨徑長度排名第二
,僅次於位在歐洲德國跨越萊茵河橋,跨
徑長達 363公尺。其主梁結構材料之選定
,係考量經濟性、施工可行性、工期、結
構動力特性等因素,決定主跨以鋼梁,側
跨以預力混凝土梁來設計,而由鋼結構及
混凝土所組成者,即所謂複合式斜張橋。

高屏溪橋橋塔施築

高屏溪橋預力混凝土箱型梁施工
四、施工技術難度高   鋼構造箱型梁,每塊長20公尺、寬34.4公尺、高3.2公尺,重約370公噸,近20塊鋼梁節塊,全 部總重約達6200公噸,相當於一艘商船重量。施工方式,先於工地現場興建鋼構廠,從事鋼節塊組 裝工作,而鋼板製造,先於中鋼構工廠裁切、接鈑,再製成小組件焊接組合成大節塊,再送工地現 場鋼構廠,與前後相鄰節塊完成試拼裝,然後再進行吊裝工作,所有斷面之連結採用全焊接方式, 為國內罕見。施工方式係採節塊循環吊裝並予以焊接組合,大量的焊接工作需於空中進行,尤其對 於施工接頭之焊接及單面焊接技術,要求標準甚高,且部份鋼鈑厚度達80公分,其厚鈑焊接技術在 國內來說是一大挑戰。

高屏溪橋橋面鋼梁節塊組裝
  斜張橋結構不同於一般橋梁之處,主要包括橋塔、斜張鋼纜
兩大部分,而高屏溪斜張橋橋塔型式經由環境景觀、結構安全及
經濟成本等幾項因素考量後,決定採用近似A字型倒Y狀橋塔,
其型式恰如A型橋塔再加上單柱形頂柱,斜張鋼纜均設置於頂柱
上,鋼纜共十四組,一端錨碇在橋塔頂部,另一端錨碇在橋面中
央處,呈單面幅射狀。
  鋼纜為斜張橋最重要構件,必需符合安全、結構強度、耐久
性的要求,尤其在長期環境中應有充分防蝕裝置,其設計及選定
亦須考量到能調整鋼纜強度、橋梁營運階段鋼纜受損更換交通不
受到影響、對於鋼纜的微小振動或下垂變化所引發錨碇部位彎曲力矩,可予以化減或減低等,此外 為防止強風引起鋼纜振動,錨碇部位應具有些許制振(DAMPING)效果。 五、多重防蝕保護措施   本斜張鋼纜及錨碇裝置,採多重防蝕保護措施,具有高強度及振動控制功能,並且具有耐久性 、易施工、易調整之特性。隨著材料技術日新月益進步及工程經驗累積,鋼纜防蝕技術不斷更新, 高屏溪斜張橋鋼纜防護處理選定,係參考現行各國所採用防蝕方法,審慎評估以決定最佳處理模式 ,基本上可分成三層防護,一為內層防護、二為外層防護、三為表面層防護,內層防護為鋼絞索穿 入高密度聚乙烯材(HDPE)小套管,內灌油膏或石蠟填實,而另一種方式可採內包覆單根鋼絞索( MONOSTRAND)亦具相同功能。外層防護則係由數根絞索平行組成一束後再穿入(HDPE)外層護套, 其內部孔隙同樣以填充劑灌滿。至於鋼纜最外層的表面防護,乃因(HDPE)套管原材為黑色,容易 吸熱且不甚美觀,所以在兼具色彩處理要求下,採用紅色氟化乙烯(PVF)系材色帶纏繞,或於( HDPE)外套管製程中以射出保護膜製成紅色套管做為鋼纜之表面防護。   斜張橋主梁的裝配與架設,技術層次非常高,其方法是利用重型起重設備配合懸臂工法進行施 築。高屏溪斜張橋主梁的架設方式即採單向懸臂工法施工,在先完成側跨橋梁施築後,主跨以懸臂 工法架設前進,直至主跨全部完成,本法由於側跨早已完成,可以抑制懸臂之傾覆彎矩,因此施工 中橋塔不至於受到很大的不平衡力。其施工方式為側跨預力混凝土箱形梁先採地面支撐場鑄混凝土 施築,地面支撐則待斜張鋼纜錨碇後始予拆除,而主跨鋼床鈑梁約分為十七個節塊懸臂施築,施築 作業係沿斜張橋河床上設置工作平台,以提供鋼床鈑梁工地搬運與吊裝,鋼床鈑梁於施工場地組裝 成為節塊單元後,經由工作平台運送至施吊點,而於橋面上以自走式吊車揚吊並以全斷面焊接固定 。至於斜張鋼纜的錨碇作業是在主梁架設完畢後開始,其錨碇順序由橋塔向兩端對稱進行吊裝,以 循序漸進的方式完成全橋鋼纜的施拉。
  斜張橋主跨為鋼結構
,除加工及施工過程精密
度要求甚高外,完工後保
養與維護好壞更可延長鋼
橋使用年限,由於台灣夏
季多雨,防蝕措施特別重
要,塗裝前噴砂、除鏽,
塗裝過程防塵、防潮,均
有嚴格控管,橋梁鋼體採

高屏溪橋懸臂工法施工

高屏溪橋支撐先進工法施工
六層油漆塗裝,均有嚴格標準,達到防蝕效果。另外在鋼床板鋪面,兼具行車舒適性及防水性預防 鋼鈑腐蝕,其鋪面採(GUSS)瀝青混凝土系統,組成包括黏著層、防水層、底層、黏層及表層,厚 度達八公分,兼具防水、防蝕、固定、耐久、平穩、止滑等多重功能。 六、地震與風洞試驗   斜張橋因造型特殊,精密度要求相當高,因此特別注重結構安全性及橋梁壽命與低維修需求, 有鑑於台灣位處環西太平洋帶,地震頻繁,夏季又多颱風,因此為瞭解橋梁整體結構的空氣動力行 為,以達成安全及較佳的設計,高屏溪斜張橋於設計時,除考量地震可能造成影響外,並配合進行 風洞試驗來驗證其抗風性,根據本橋梁颱風危害度分析結果,若考慮橋址地區 100年之迴歸週期, 其最大風速每秒為52公尺,而風速測試結果得知,於完工後極限穩定度之相對應的風速最低為每秒 94公尺,該風洞試驗計畫係在丹麥海洋技術研究院(DANISH MARITIME INSTITUTE)進行。 七、橋梁動力及靜力監測系統   為充分瞭解斜張橋於施工中及完工後,所承受之各種力量如強風、地震影響及反應,特於橋梁 不同部位裝有多種監測儀器組成橋梁動力及靜力監測系統,主要儀器包括地震儀、傾斜儀、鋼筋計 、混凝土應變計、鋼筋應變計、鋼索錨碇應變計、錨座拉力計、風向風速計、變位計等,除對橋樑 做長期監控,以確保橋體結構安全外,並可做為未來學術單位研究之用。 八、特殊景觀設計   因高屏溪橋特殊造型設計,為方便用路人欣賞,特於河岸西側台21線旁山坡上,設置一處景觀 台,供用路人短暫佇足觀賞。另外,為增添橋梁美觀,橋塔外側凹槽漆塗紅色,配合斜張鋼纜表面 亦採紅色被覆,讓橋梁從遠處眺望更具視覺美感。原設計在橋塔頂部裝有一約五公尺高之燈塔室, 夜間放出柔和光茫,但因考量整體景觀及維修便利,目前計劃增加設計,考慮採光束由下往上投射 ,將整個橋梁線條之美在夜間綻放出來,更能增添橋梁配合現地優美造型。 九、國外技術合作   本工程在國內斜張橋興建雖非首例,但如此大跨徑橋梁,對國內工程界而言,是一相當難得的 學習機會,可大幅提昇國內工程技術水準,該工程由中華顧問工程司負責監造,國內泛亞及利德與 日本著名大成與川田等工程公司聯合承攬,特別是日本兩家大型承造廠商,承包過許多國際性大型 工程,斜張橋施工有豐富經驗,他們此次以競標方式取得該項工程,除積極打入台灣市場外,更有 建立代表作意義。 後記   C381標高屏溪河川橋工程,總工程經費新台幣二十一億三千六百萬元,工期為1280日曆天,預 定八十九年底完工通車。