(三)預鑄節塊生產施工步驟預鑄節塊工法之長、短線鑄造研討
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屏東監造專案 工 程 師 |
洪博勝 |
屏東監造專案 計 畫 經 理 |
陳正雄 |
摘 要
隨著預鑄工法的逐步發展及國內公共工程的大量引用，預鑄節塊生產之工率控管便成為施工者能否如期、如質完成該工程的不二法門。本文針對預鑄工法之鑄造方式加以說明介紹，並舉南部兩承包商所採行方法為例，分析鑄造方式優缺以供參考。
一、緒言
在1940年至1950年間，歐洲國家為修建在第二次大戰期間被破壞的橋梁，因而發展出許多開創性的橋梁工法，而法國Freyssinet公司並在1960年代中期將此預鑄節塊工法推展 到長跨距預力箱型橋梁，這種橋梁施築技術也因此逐漸推廣至世界各地。台灣地區近年來由於經濟快速發展，為因應頻繁的經濟活動所導致大量交通需求，交通基礎建設便成為經濟再次發展的關鍵因素，又考量社會環保意識提昇及既有交通維持等因素。先進橋梁施工法便因而大量引進使用於第二高速公路、東西向快速道路及西濱快速道路。本預鑄節塊工法作業模式包含系統化及半自動化，係推廣『營建自動化』最佳選擇之一，本工法成功案例如南二高高雄環線C393Z標、南二高田寮燕巢段C376標、 東西向高雄潮州段802~807標；而正施工者有南二高九如林邊段C383A、B標、 北宜高頭城蘇澳段C510~511標、 中二高西湖大甲段C310標、 中二高彰濱快官段C327標 、中二高南投路段C336標等。至於國內首宗BOT案之高速鐵路工程，也有部 分採類似的全跨預鑄工法，如台灣高鐵C250標、C280標…等，皆是希望藉由預鑄方式達到經濟性及安全性的雙重需求。
本文概分四大主題，特就預鑄節塊工法特點，長、短線節塊鑄造流程，介紹兩種鑄造工法優缺比較及承包商施工時易遭遇之困難進行研討。
二、預鑄節塊工法
(一)工法概述
預鑄節塊懸臂吊裝工法係將橋梁之縱向長（車行方向）分割成許多節塊(約1.5公尺~3公尺)，於預鑄場內統一生產，再逐塊運輸至工地現場吊裝。此工法為以墩柱為中心，雙邊平衡懸臂吊裝，每兩塊組合後，即先行施拉頂版懸臂鋼鍵預力予以連結。最後各跨中央（閉合節塊兩側，稱之溼接縫）再以吊模澆置混凝土閉合，然後於底版處施拉連續鋼鍵預力連接完成。
預鑄節塊製作方法可分短線鑄造及長線鑄造兩種，區別在於線形控制；而預鑄節塊吊裝方法可分平衡懸臂吊裝及逐跨吊裝兩種，區別在於預力配置。
(二)工法特點
優點：
1. 可上、下部結構同時施工，節省工期。
2. 施工時毋須架設地面支撐使用桁架施工，可不受地形影響。適於地形複雜如：穿越山谷、河川及橋下交通繁忙處，如：道路、鐵路、都會區等採用。且對工區附近之環境破壞及污染、噪音最小，適合環保要求較高之地區。
3. 預鑄節塊在預鑄場內統一生產，進度及品質較易控制。
4. 預鑄節塊鑄造完成後，可獲足夠之養生及材齡；於吊裝完成後，混凝土之乾縮潛變量小。
5. 施工具週期循環性，工人熟練度高，品質及工期較易控制。
6. 可適合任何幾何線形。
7. 高度機械化施工及生產，施工桁架利用油壓或其他機械設備推進，節塊模板採系統化，組拆容易，較符合營建自動化之推行。
8. 模板轉用率高，可降低直接成本；且其精度良好，較易獲得正確的構件斷面。
缺點：
1. 節塊生產及吊裝需分二次操作，增加工程風險。
2. 節塊接合處需技巧處理，否則接合縫將影響外觀。
3. 預鑄場設置及吊裝桁架設備費用昂貴，且於施工初期便需購入，易影響承商資金調度。
三、節塊生產
(三)預鑄節塊生產施工步驟
步驟一 拆模
本工程節塊採三箱室設計，拆模時由內模先拆，內模型式分兩種，即中央箱室處之內模及兩側梁腹與斜撐版間之內模。此兩者內模皆採機械及油壓系統輔助張縮，中央箱室處之內模分為五片，計分上中、上右、上左、下右、下左，縮合時順序為先將機械式螺紋千斤頂卸下，再利用油壓千斤頂將上中下降，上右、上左往下及往中央靠，下右、下左則往上縮至定位，如此拆內模工作便告完成，再以堆高機拖出即可；而梁腹與斜撐版間之內模分為三片，其作動原理與前者同。繼內模拉出後，再利用轉盤旋轉螺紋支撐將兩側外模下降。
步驟二 移開前一已完成節塊；移開前一剛完成節塊
利用底模台車下之四支支撐千斤頂撐高已完成節塊約3㎜，此作用是將此一已完成節塊與剛完成節塊之接合面脫離， 再利用底模台車下之移動千斤頂搬運已完成節塊至橫向預力施拉區。利用底模台車下之四支支撐千斤頂撐高剛完成節塊約3㎜，此作用是將此剛完成節塊與側模之接合面脫離， 再利用底模台車下之移動千斤頂搬運剛完成節塊至固定位置。
步驟三 吊放底模至澆置區；底模、兩側外模組立
利用10T門型吊車吊起底模（底模與台車是可分離的）至澆置區，調整底模與單邊固定側模接合，此調整動作係使底模四角成水平，此舉需以水準儀檢測。再將兩側外模升起，使之與底模及單邊固定側模接合，鋼模接合處若有空隙可以Silicone或膠帶填補，以防洩漿。
步驟四 鋼筋籠吊放；套管、錨座及預埋件安裝
將事先於樣架綁紮完成的鋼筋籠以10T門型吊車吊起，放置於定位完成的鋼模上，並在鋼筋籠與鋼模間以半圓形之水泥砂漿墊塊塞入，以確定鋼筋保護層厚度。（依設計圖說一般說明及預力梁說明之鋼筋保護層規定，預力橋橋面版頂版及箱型梁外側為4㎝、箱型梁內側及隔梁為2.5㎝）。鋼筋籠定位後，即將頂、底版處之縱、橫向預力套管置入。單邊固定側模以PE材質為定位接頭，中心穿孔以螺栓與鋼模鎖定，其外型呈擴座狀，在與預力套管銜接處外罩厚度約為2~3㎜之橡膠圈，其作用係因預力套管需緊密且確保固定 地與單邊固定側模銜接，也因此PE定位接頭外徑幾乎與預力套管內徑尺寸同，使得拆模時常拆不出來 。因此利用橡膠圈當彈性介面。也以同樣方式另一端銜接已澆置完成節塊之預力套管，並以彎折成馬蹄型之小號數鋼筋，間距約為50㎝來固定此套管。預留孔在功能使用完畢後需以無收縮混凝土填補，為使新、舊混凝土接合緊密，事先用以埋入混凝土之材料、形狀需詳加考量，建議使用材料有預力套管(似洗衣機之排水管)等，具螺紋形狀者較佳。
步驟五 推回剛完成節塊至固定位置；推內模安裝
短線鑄造之線形控制係調整剛完成節塊，而預備澆置之節塊鋼模則先調整成水平狀，俟剛完成節塊線形調整完畢，推回至固定位置時，吾人再利用千斤頂調整，與剛完成節塊接合面之鋼模使之密合。利用堆高機推內模安裝，內模型式有兩種，即中央箱室處之內模及兩側梁腹與斜撐版間之內模。此兩者內模皆採機械及油壓系統輔助張縮，中央箱室處之內模分為五片，計分上中、上右、上左、下右、下左，撐開時順序為上右、上左往上頂高，上中往上升至與上右、上左兩片鋼模銜接，下右、下左則下放且撐開至定位—此時會一併將上右、上左及上中撐高至定位，如此油壓千斤頂之工作便告完成，再輔以機械式之螺紋千斤頂抵住，使支撐更牢靠；梁腹斜撐版間之內模分為三片，其作動原理與前者同。
步驟六 混凝土澆置
節塊在澆置混凝土前，需對尺寸、預埋件及支撐牢固與否作一全面檢查，避免於澆置過程因自重及衝擊力影響鋼模接合，致使節塊變形。本工程節塊約需36M3之混凝土，其澆置順序及數量分配如下述：第一車（4M3）澆置左腹版®第二車（4M3）澆置右腹版®第三車（8M3）澆置左、右斜撐版®此時約剩2M3用於澆置左、右腹版®第四車（8M3）澆置底版（約需2M3）餘者澆置頂版®第五車（8M3）澆置頂版®第六車（4~4.5M3）澆置頂版。關於混凝土澆置順序並無一標準，準則為避免單一方向混凝土上升 速度過快，若鋼模勁度不足，則易因此造成移位。澆置混凝土之人員編組如下述：計有台籍領班一員、泰籍勞工六員，內模震動機六組，計分頂版左、右側各二組，而底版處也分左、右側各一組，負責兩側斜撐版、底版、底版處臨時及永久預力錨座。另於兩側斜撐版處各裝有兩部外模震動機，因外模震動機使用時產生極大震動，故需有一人負責看管支撐牢固 與否。另本工程所使用混凝土強度為420kg/cm2，其設計坍度為20cm，稍嫌太大，易於澆置腹版時混凝土自底版處擠壓出來，尤需注意。節塊在澆置混凝土完成後，可以『鋁尺』為抹平工具，將頂版混凝土依設計厚度抹平，需注意者為新（剛澆置完成節塊）、舊（前一澆置完成節塊）混凝土接合處之高度控制：應使剛澆置完成節塊高度略低於前一澆置完成節塊，如此於掃毛時才不至於因凹凸擠壓，造成節塊頂版厚度增加，且於每一節塊分離後，邊緣稜角、線條才會明顯。掃毛原則為與行車方向垂直，掃毛深度約3mm，寬度約2mm，線條分明。是故在抹平完成後，需等混凝土初凝時才進行掃毛工作，較為合適，但本工程混凝土設計強度為420kg/cm2，配比水泥含量較高，依據目前施工經驗，掃毛工作大約提前於混凝土初凝前10分鐘較適合。
步驟七 養護
俟掃毛工作完成，吾人將對節塊混凝土進行養護工作。本工程承包商利用化學摻料特性配合混凝土試拌，藉以找出提高混凝土早期強度之配比，依此試驗所提供資料顯示，在混凝土澆置完成後，以不織布覆蓋、澆水、再覆蓋帆布進行養護，經15小時，試體強度之平均值均大於280kg/cm2，皆已達可拆模強度，並施拉橫向預力；惟以此養護方式，缺點為所需費用較蒸氣養護高，粗估每節塊約貴3000元左右。而採此濕治法之優點為：1.不需修改節塊鋼模2.不需設置鍋爐及其附屬設備3.不需浪費人力看管鍋爐並確保安全4.不需安檢5.混凝土試體強度較穩定（不易受天候影響，如冬天氣溫低時，蒸氣養護效果較差）6.養護完成後節塊鋼模溫度適中，工作環境較舒適（蒸氣養護係高溫）。
(四)附照說明
四、長、短線鑄造優缺點比較
兩種鑄造工法各有優劣，且優缺點呈現互補狀，即『長線』之優點便是『短線』之缺點；『短線』之優點，即為『長線』之缺點。承包商在選擇鑄造工法時，可以下述之長、短線優缺特性，作為考量依據。
(一)長線鑄造
優點：
1.每一生產線上節塊鑄造完成時，恰如一假組裝動作，吾人可據此先行測量，並以此資料回饋至設計值，作為吊裝作業之參考數據。
2.鑄床上定位梁線形調整可一次完成，使測量隊規模及作業時間較具彈性，減少節塊生產工班與測量人員間之界面。
3.國內採行此工法較多，施工者較易進入狀況，減少動員準備期。
缺點：
1.每一生產線上節塊鑄造完成後，欲搬至儲存區之時間不具彈性，且影響次一作業時間。
2.預鑄場需備有較長之軌道供鋼模運行，易影響動線考量。
3.預鑄場所需規模較為龐大，影響直接成本。
(二)短線鑄造
優點：
1.節塊鑄造完成後，搬至儲存區之時間具彈性，且不影響其他作業時間。
2.預鑄場不需備有較長之軌道供鋼模運行，整體動線考量較易規劃。
3.預鑄場所需規模較小，較不影響直接成本。
缺點：
1.節塊鑄造完成後，無法如『長線鑄造』般之假組裝動作，於吊裝作業之線形控制不易掌握，若承包商技術成熟度不高，影響甚鉅，此點也是大部分採『長線鑄造』之主因。
2.節塊生產時之線形調整係以已鑄造完成之節塊為之，故需有一組測量人員隨時待命，也因此測量人員運用較不具彈性。另因無法如『長線鑄造』般之假組裝動作，所以並無法回饋至設計值以供參考，也因此每一測量作業之精度要求較高。
3.國內採行此工法較少，施工者不易進入狀況，增加動員準備期。
五、施工時易遭遇之困難
概述：
本預鑄節塊工法施工步驟係屬環環相扣，其中某一環節失誤或延遲，則後續工作便無法繼續進行，如機具故障、施工不良之修正、人為閒置、內業資料不齊全、堆置場所不夠、吊裝速度緩慢…等種種可能之狀況皆會直接或間接影響預鑄節塊生產。也因此特性，吾人將以本路段工程為一實例，旨在說明預鑄節塊工法在推行上常碰到之困難，如本路段某標計需生產預鑄節塊數為2678塊，其P3施工進度網圖排定時程為90.01.10至92.01.05止，計以725天的時間從事節塊生產工作，預估每日生產節塊數為3.7塊，也因此而規劃了八套鋼模，預計以五成之生產率，完成節塊生產工作，此規劃原意甚佳，奈因下述之種種狀況，導致節塊生產未如預期。
(一)內業優秀人員欠缺
國內營造業者規模不大，都是得標後再從事人員招募工作，而具特殊工法經驗之相關人員稀少，尤以具規劃長才者更不可得，無法建立其專業權威判斷。因此於預鑄場相關設備及數量規劃選用時，易因承包商老板『成本觀念』使然，而於決策時皆傾向過份樂觀的評估，忽略了動員階段人員之學習時間及機具故障，使工作進展未如預期，每每處於落後狀態。
(二)人員配置
該承商配置於預鑄場之人員計有：場長1員、工程師3員、台工6員、泰工49員。工作分類為鋼筋班（台工3員、泰工15員）及生產班（台工1員、泰工24員）及預力班（台工1員、泰工3員）及混凝土澆置班（台工1員、泰工7員）。預鑄場計有八套鋼模供生產用，而承商每套鋼模配置八員泰工，即約略分為3~4組從事節塊生產工作。依據施工經驗，不含鋼筋綁紮人員在內，從事於節塊生產之人員配置最佳規劃為每兩套鋼模配置一員台籍領班加八員泰工，如此應可兼顧生產工率及成本控管。
(三)鋼模利用率偏低
所謂『鋼模利用率』定義為：當日生產之節塊數÷鋼模總數。以採長線鑄造之承包商論，其預鑄場內節塊鋼模共有八套，若鋼模利用率＝50﹪，則每日可產預鑄節塊四塊；而以採短線鑄造之承包商為例，其預鑄場內節塊鋼模共有十套，若鋼模利用率＝60﹪，則每日可產預鑄節塊六塊。依據以往施工經驗，排除其他不良因素論，承包商施工人員在技術臻於成熟時，鋼模利用率平均值大約僅為4~5成，意即節塊鋼模若有八套，則平均每日最高產量約為3~4塊。
(四)不良因素
「不良因素」定義為：試體拆模強度不足、澆置機具故障或工率不佳、門吊故障或不足以供大家使用、鋼模油壓系統故障，天候不良…等。因預鑄節塊生產之每一步驟皆環環相扣，故「不良因素」也是拉低產量的主要因素。
(五)儲存區不足
預鑄節塊於生產線製造完成後，便需運至儲存區儲存，而堆放節塊時需考慮與將來之『吊裝』工作配合，以吊裝順序為首要考量，如此可能會犧牲一些空間，但勢在必行；另因儲存區大小與成本控管有關，一般規劃儲存區大小時，皆以施工網圖上『節塊生產』作業開始時間至『吊裝』作業開始時間之時間差額，乘上每日生產節塊數，以所得節塊數加上節塊與節塊間堆置所需空隙，去計算空間面積。此規劃原則在於節塊生產及吊裝兩項作業供需平衡，惟當節塊生產趨於穩定時，吊裝可謂剛起步，待克服事項良多，也因而使得儲存區不敷使用，進而使節塊無法吊離生產線，終至停止生產。
六、結論
為因應加速推動預鑄工法及降低推行本工法時之錯誤嘗試，特將吾人多年來從事有關預鑄節塊工法之心得，以野人獻曝之心態提供參考，並冀望不吝賜教，以求提升本預鑄工法之成功率。
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