以藍海橋為例
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林俊榮 工程師/亞新工程顧問股份有限公司 劉榮輝 經理/亞新工程顧問股份有限公司 涂貫迪 科長/新北市政府捷運工程局 |
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為兼顧交通功能與景觀意象，近年來國內橋梁設計紛紛著重以景觀導向之特殊性橋梁，鑒於國內早行橋梁相關檢測規範未能適用於特殊性橋梁結構物，交通部於109年1月3日頒布公路橋梁檢測及補強規範修訂作業[1]，其中修正規範一般說明，對於特殊性橋梁，公路養護管理機關、公路養護單位應另訂定維護管理作業計畫。本文介紹之藍海橋為鐵路橋梁型式，除需遵照鐵路橋梁檢測及補強規範執行外，亦需遵循公路橋梁檢測及補強規範之相關規定辦理。 依過往研究顯示，早期即建立完整適當的橋梁檢測制度與系統，除可減少日後維修成本，更能延長橋梁壽齡，目前國內現行橋梁檢測已有成熟、穩定且能符合實務執行之技術，然如何依橋梁特性、現地狀況及養護條件訂定完整適當之橋梁檢測制度與系統，則為各橋梁養護管理機關單位之重要課題。 本文介紹淡海輕軌運輸系統中「藍海橋」於營運時期應用之安全監測系統及維護計畫，透過於設計施工階段時，訂定橋梁營運檢測制度，經落實檢測頻率及工作，提早了解可能存在風險，立即研擬後續解決方案，才能達成橋梁永續維護之目的。 |
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一、藍海橋簡介 淡海輕軌運輸系統藍海線為保護清法戰爭滬尾古戰場城岸遺跡，打造橫跨淡水公司田溪出海口的「藍海橋」，橋梁單側設有自行車道，串連溪旁原有自行車道，形成完整自行車道路網，夜間照明設計輔以光雕投影，使藍海橋成為淡水地區新興景點。藍海橋設計型式為雙拱單跨下路式鋼拱橋(別稱提籃式鋼拱橋) ，主梁與上方兩拱肋以吊索組成(如圖1)，橋梁全長為120.7 m，拱肋中心高度為25 m，橋面寬為14.4 m，吊索規格為15.2mm∮-19股，採拱肋往主梁傾斜佈置，兩拱面各配置有11束吊索(共計22束吊索)，以懸吊主梁及橋面載重。自行車道總寬為3.5m，以托梁型式附掛於單側主梁(如圖2)。  圖1 藍海橋  圖2 自行車道 二、營運安全監測系統 國內早行橋梁檢測規範係著重於一般性橋梁之檢測及補強，然藍海橋吊索系統屬特殊性橋梁結構物，為確保營運時期橋梁整體安全性，藍海橋透過營運安全監測系統，定期追蹤吊索索力變化及主梁變位情形，並由設計施工單位及營運管理單位共同訂定橋梁營運檢測制度，本節就藍海橋之監測標的、檢測方式、檢測頻率、安全管理值標準及異常應變處理，5大要點作逐一說明。(一)監測標的 藍海橋營運監測標的為吊索索力值及主梁變位值，吊索索力值採用微振檢測法[2][3]於每一束試驗吊索安裝振動感測器(加速度計或速度計)，以量測記錄吊索振動訊號；主梁變位值則於主梁吊索位置安裝結構物沉陷點，以水準儀量測各沉陷點之高程；藍海橋監測儀器安裝位置如圖3。  圖3 藍海橋監測儀器安裝位置 微振檢測法於營運前首次量測是以5個振動感測器(加速度計或速度計)裝設於單束試驗吊索，各感測器裝設位置起始於吊索底部防水罩口，於2m高度裝設第1個感測器，其後4個感測器依等間距0.5M安裝(如圖4)。   感測器安裝完成後，輸入量測訊號進行取樣，連續10~15分 鐘紀錄感測器的振動訊號，完成後拆除感測器，利用蒐集到之振動訊號及營運前首次量測訂定之吊索有效振動長度，即可計算吊索索力值，微振檢測法追蹤量測作業流程如圖7。 (三)檢測頻率 藍海橋位於淡水公司田溪出海口，吊索結構易受到強風及鹽分侵襲，除至少每1年進行吊索結構目視檢查外，針對吊索索力則於營運前進行首次量測，取得吊索有效振動長度，並於營運後6個月內進行索力初始值量測，後續則至少每2.5年進行索力量測追蹤，並將索力追蹤結果與營運後索力初始值進行比較，另結構沉陷點為每1.5年檢測高程，檢測結果與完工時之初始高程相較下，即可得知主梁變位情形，藍海橋檢測頻率規定如表1。   表1 藍海橋吊索檢測頻率 
藍海橋吊索為橋梁整體系統重要構件，在橋體產生異常時，會直接反應在各吊索的索力分佈狀態，為確保能在吊索裂損前即時應變處理，吊索索力安全管理值是以設計靜載重及活載重等外力作用下，所計算各吊索對應之最大設計索力作為標準值(如表2)，而非以吊索斷面性質可承受之最大拉力值作為標準值；主梁變位安全管理值則是僅以設計靜載重作用下，所計算各結構沉陷點對應之最大設計變位作為標準值(如表3)。 (五)異常應變處理 根據監測結果除需確認索力值及沉陷量是否皆小於警戒值外，索力值亦需與營運後初始值進行比較，如發現索力值與營運後初始值偏差超過10%，可能意謂橋體有異常情況，除須排除為檢測氣候條件不同所造成之誤差外，此時應針對整體橋梁結構進行全面目視檢查，並檢視吊索外觀是否已有明顯鏽蝕及損傷，另配合結構沉陷點檢測結果，確認橋梁高程是否有異常變化，以研判吊索是否有進行索力調整或吊索更新之必要。 若經研判吊索有進行索力調整之必要，橋梁管理單位應委託有實例安裝吊索經驗之施工廠商，於施作前提送施工計畫、吊索監測計畫，內容需有詳細之結構分析計算，並擬定各吊索施拉之先後順序及施拉單束吊索索力預設值，以避免單束吊索力量於釋放及施加過程中，造成各吊索力量重新分配所造成之非預期性影響。索力調整方式可於吊索下端錨頭安裝鋼棒續接器及續接鋼棒，安裝完成後以千斤頂對錨頭施拉(如圖8)，直至施拉索力達預設值後將固定螺母鎖緊，即完成單束吊索索力調整作業。 若監測結果發現有吊索索力值已達警戒值，可能代表鄰近吊索因鏽蝕或其它損傷造成吊索有效截面積不足，當單束吊索有效強度降低時，力量將重新分配使其它吊索受力超出預期，為避免吊索長期承受過大拉力之情況，此時則應進行吊索更新。目前國內已有台15線關渡大橋吊索更換之實例[4]，然吊索更新不單僅靠工程技術去解決，還需經由詳細的結構分析計算，以減少更新過程中對原有構件之影響，橋梁管理單位應委託有實例安裝吊索經驗之施工廠商，於施作前提送施工計畫、吊索監測計畫、材料送審計畫等，內容需有詳細之結構分析計算，並邀請相關學者及專家審查核可後方得施工。  表3主梁變位安全管理標準   圖8 吊索索力調整示意圖 三、結論與建議 (一)橋梁應依其特性、現地狀況及養護條件訂定完整適當之橋梁檢測制度與系統，並仰賴橋梁管理單位按照營運檢測制度落實執行，才能達到橋梁永續維護之目的。(二)微振檢測法測得之振動訊號需確認為正確的吊索振動，而不是只有吊索外部套管振動；另吊索需有足夠的長度，過短的吊索分析得之索力誤差相對較大。 (三)橋梁以微振檢測法測得之營運後吊索索力初始值，並詳細記載檢測過程中各項氣候條件，盡可能於相同氣候條件下，進行營運後吊索索力追蹤，以避免因溫度、風速等氣候條件不同，造成營運後吊索索力追蹤有誤判之可能。 (四)藍海橋吊索索力安全管理標準值是以設計靜載重及活載重等外力作用下，所計算各吊索對應之最大設計索力作為標準值，警戒值係為標準值的80%，較小於吊索有效斷面可承受之極限載重，後續可視營運後吊索索力追蹤結果進行適當之調整。 致謝 亞新工程顧問股份有限公司受新北市政府捷運工程局委託，辦理「淡海輕軌運輸系統計畫第一期統包工程」監造顧問技術服務工作，本文為本工作的成果之一，承蒙新北市政府捷運工程局與亞新工程顧問股份有限公司的指導和支持，並同意將本文發表於現代營建雜誌，謹致以最大謝枕。參考文獻 1.交通部(民109年1月3日)，“公路橋梁檢測及補強規範”，交通技術標準規範公路類公路工程部。2.陳建州、吳文華(2013) ，“以微振法精確量測斜張鋼纜索力之關鍵技術”，第八屆公共工程非破壞檢測技術研討會論文集。 3.陳建州、吳文華(民98年9月1日)，“微振法應用於鋼纜索力量測之參數探討”，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。 4.鄭朝安(民103年2月)，“台15線關渡大橋吊索更換工程簡介”，臺灣公路工程第40卷第2期。 參考文獻 1.中國土木水利工程學會，混凝土工程設計規範與解說401-110，2021年4月15日 2.美國混凝土學會，耐久性混凝土指南，2016年11月23日 3.邢峰，混凝土結構耐久性設計與應用，2011年8月1日 4.劉賢淋，混凝土結構耐久性問題之探討，2021年9月 5.陳肇元，混凝土結構安全性耐久性及裂縫控制，2013年4月 |
