工程實務

預鑄節塊懸臂工法之幾何線形施工控制

摘  要

施工控制作業主要目的在於確保橋梁完工後線形能符合設計要求，同時結構系統內應力亦能維持在容許範圍內，然由於線形及內應力受設計基本參數、施工條件、施工方法及施工機具所影響，故其變異性亦視橋梁結構而定。預鑄節塊懸臂工法幾何線形施工控制作業重點即在於確認節塊生產及吊裝階段各項影響因素之正確性及合理性，並適時進行參數回饋與修正，以期橋梁線形與內應力變化能維持在管理範圍內。本文旨在說明預鑄懸臂工法施工線形控制理念及方法，並佐以南二高九如林邊段預鑄節塊懸臂工法施工實例，扼要闡述其施工控制作業重點。

一、概述

有鑑於預鑄節塊施工期間隱含許多線形變異因素，為求有效監控施工階段節塊位移變化，施工初期即規劃一套幾何線形施工監控模式，包含量測方式、誤差預測、誤差來源判讀及誤差修正等，用以監控節塊之線形發展。控制作業流程包括前置規劃階段之結構分析、計畫研擬以及施工期間各結構系統線形量測、判讀與修正等。結構分析主要在於提供相關資料作為控制作業之依據；計畫研擬與執行需能確實有效掌控施工期間結構體線形變化；而結構系統線形量測、判讀與修正則在於確保橋梁於完工時線形能符合設計原意。

本文目的主要在於說明預鑄節塊箱型梁施工控制經驗法則及相關控制作業，並爰以二高後續計畫九如至麟洛段預鑄節塊施工線形與相關監控作業為例進行說明，用以提供日後類似相關施工案例之參考。

二、工法特性

預鑄節塊懸臂吊裝工法係沿橋梁縱向將橋梁上部結構箱型梁節塊分割成許多節塊單元(約1.5公尺~3公尺)，並於預鑄場內系統化生產，再逐塊運至工地現場進行吊裝。本工法以墩柱為中心，採雙邊平衡懸臂吊裝，當兩節塊接合後，即先行施拉懸臂頂板鋼腱預力予以連結，待兩端懸臂節塊吊裝作業後，即於跨徑中央吊裝閉合節塊，並以吊模澆置混凝土，以使左右兩跨徑節塊閉合。最後，再於底板處施拉二次預力，連接跨徑內各節塊，完成整個系統化循環施工作業。

此外，預鑄節塊生產係採接合鑄造（Match cast）方式進行，亦即利用已澆置完成的節塊作為次一節塊之側模，以使兩節塊接縫處能完全密合。基於預鑄場配置及節塊系統模板設計之差異，節塊製作方法可分短線鑄造及長線鑄造兩類，兩者間之差異除了節塊生產方式外，線形量測原則亦有所不同。茲分別就節塊長、短線鑄造原理簡述如下：

長線鑄造（Long Bed Match Cast）

長線鑄造作業係以半跨徑箱型梁為預鑄場及節塊系統模板之規劃與生產依據，節塊生產雖是逐節塊完成，但線形管理是以半跨節塊整體為對象，預鑄場上定位梁（H型鋼）線形及高程將依半跨節塊拱度計算值及預鑄場現地承載狀況預先調整節塊控制點位。節塊混凝土澆置完成後，通常放置於預鑄場上，直至半跨節塊完成澆置且線形經檢測後，再逐一吊放至節塊儲存區堆置。

短線鑄造（Short Bed Match Cast）

短線鑄造主要在於考量預鑄場機具配置及作業空間限制，在進行預鑄場規劃作業時，僅考量澆置節塊與接合節塊之施作空間為預鑄場動態作業之設計依據，而次一節塊幾何線形係以相鄰完成節塊為基準，依據相關檢測結果及結構相對拱度計算值進行節塊接合鑄造作業。當節塊混凝土已達拆模強度時，接合節塊即可吊運至儲存區存放，僅留下剛澆置完成節塊作為次一節塊之施工接合節塊。短線鑄造幾何線形關係僅存於澆置節塊及接合節塊之間，因此節塊線形量測精度要求較長線鑄造高。節塊鑄造過程中，施工人員需依據已完成節塊之檢測結果進行回饋並調整次一節塊的高程與尺寸。如此一來，除可即時修正現地施工與理論設計之誤差外，亦有利於後續吊裝作業之順利進行。

三、預鑄節塊線形行為

預鑄節塊線形變化與設計基本參數、施工條件、施工方法與施工機具等息息相關，如何於節塊鑄造階段進行監控並識別各項影響因素，實為線形控制作業成功與否之重要關鍵。為利於後續識別工作的進行，首先須探討線形變化發生的來源及其影響程度。橋梁節塊幾何線形變化可概分為縱向變化量、水平向變化量與垂直向變化量三類，前項變化量影響構件長度尺寸；後兩項則左右懸臂節塊閉合線形之精準度。垂直變化量影響構件之拱度表現，亦左右橋體平整度與垂直度之準確性。茲將節塊各項變形機制簡述如下：

節塊縱向與水平向變形

一般而言，節塊縱向相對位移主要來自於可逆性及不可逆性結構系統伸縮量變化。不可逆性伸縮量變化可分為?結構系統施加預力引發上部結構彈性變形；?水泥水化作用後產生乾縮變形；?結構體自重或外加載重造成結構系統潛變變形等。可逆性之伸縮量變化係由周圍環境溫差變化所引起，此部份變形將隨影響因素消除而回復。解析不可逆性之伸縮量變化與進行結構應力分析方法相同，分析時須綜合考量各施工階段結構系統之載重及應力狀態、橋梁施加預力所引起之彈性變形及施工機具等影響，並配合乾縮潛變預測式，求解結構系統之不可逆性伸縮量。另外，結構系統之可逆性伸縮量變化計算則以周圍環境溫度變化為線性控制因子，配合各單元節塊跨徑長及結構材料脹縮係數，即可求得其溫度效應之伸縮量大小。水平向相對位移則主要來自於柱頭兩側相鄰節塊吊裝時之量測誤差，若為短線鑄造，其鑄造時所產生之側向誤差亦對水平相對變位具相當程度影響。縱向變形主要影響橋梁完工後之支承及伸縮縫的位移變化，對於節塊於吊裝期間之線形控制並無影響；水平變形為節塊吊裝期間線形控制的重要因子，控制失敗則會造成節塊閉合無法順利進行，且影響橋梁長期水平線形。

節塊垂直向變形

節塊生產時除須確保水平向相鄰兩節塊緊密接合外，節塊垂直向之高程變化(亦即節塊拱度表現)亦需進行綜合考量，以確保節塊於吊裝完成後其拱度線形能符合設計原意。總括說來，影響垂直變形因素包含節塊製造精度（尤以短線鑄造最為顯著）、吊裝接合精度以及結構計算（包括節塊自重、預力量及混凝土材料乾縮潛變等）等。一般而言，自重與預力量對節塊之垂直變形量影響較大，而混凝土材料之乾縮潛變之影響則極其微小，此因大部份乾縮潛變變形量於節塊鑄造養護階段即已幾乎發展完成之故。然真正影響垂直向變形主要來自於節塊製造及接合精度，前者尤以短線鑄造影響更大，因不當的量測方法會造成誤差快速累積；後者則以柱頭兩側節塊接合精度為成敗關鍵，微小的量測誤差會嚴重影響閉合節塊接合精度，此一影響量可由接合誤差轉換之轉角誤差乘半跨長度得之。

節塊香蕉效應

短線鑄造節塊於生產過程中，結合鑄造節塊可能會因施工方法、施工程序、結構材料特性、施工誤差、翼長比（翼板寬/節塊長度）或周圍環境溫濕度影響而造成節塊斷面形狀產生不規則變形，如此勢將與已澆置完成之鄰接節塊產生接合間隙，影響施工品質及吊裝作業精度。此種節塊褶曲不規則變形現象主要肇因於新節塊澆置混凝土時，水泥水化熱經由節塊接合面傳遞至接合節塊，於是溫度梯度效應發生於接合節塊，促使接合節塊產生不均等之熱脹反應，進而導致節塊斷面接合處產生撓曲變形。殆新鑄節塊混凝土達拆模強度，兩接合鑄造節塊分離後，經由節塊接合面傳遞而存留於接合節塊內水化熱溫度梯度將因周圍環境溫度冷卻作用而散失，此時接合節塊撓曲變形將逐漸回復至原貌，然新鑄節塊接合斷面處卻將殘留此一撓曲變形。此種因預鑄節塊水化熱傳遞而產生之鑄造變形誤差，一般俗稱為香蕉效應（banana effect）。

上述節塊因溫度傳遞不均而產生的斷面尺寸變形現象將逐漸累積，且此一累積誤差量將可能造成後續節塊吊裝作業進行時，整跨徑節塊線形發生偏移現象，亦即各節塊接合時橋體中性軸將產生微量偏折現象，影響節塊吊裝作業之順利進行及施工品質。一般而言，短線鑄造香蕉效應較為顯著的原因在於接合節塊非接合面為自由端，利於撓曲變形的發生，而長線鑄造則因接合節塊另一側受前一節塊束制，不易發生撓曲變形。另外，由於短線接合鑄造香蕉效應將逐節塊生產而呈現疊加效果，故於節塊吊裝作業施拉臨時頂底板預力時，可能於鄰接橋墩側之前幾節塊接縫處產生開裂現象，影響橋梁整體施工品質。香蕉效應防治對策一般可採澆置與接合節塊同時進行蒸氣養護，避免兩接合節塊產生溫度梯度；或改善混凝土配合設計降低水化熱或調整澆注時間減少溫度梯度等。

四、預鑄節塊線形控制

橋梁在施工過程中，橋體會因自重、預力、乾縮潛變、溫度、施工機具、施工方法及量測誤差等因素產生撓曲變形，如此將使橋體施工線形與設計線形產生一偏移量，此一垂直向偏移變化量即為拱度，其值大小與結構勁度有關。然若橋梁採預鑄節塊吊裝工法施作時，基於梁深與跨徑具有較大比例值，外力所產生的變形並不大，並非線形控制作業重點。線形控制作業主要關鍵在於節塊生產與吊裝之施作精度，前者對短線鑄造之影響尤其明顯；而後者的重點則在於柱頭相鄰節塊之安裝精度，另一關鍵點在於橋墩柱的旋轉效應所造成的節塊高程變化，然此一效應較常發生於高橋墩橋梁，如高屏溪河川橋之第二及第三單元引橋。

總括說來，預鑄節塊懸臂工法線形控制作業包含結構分析（計算預拱量及吊裝時之拱度值）、放樣、資料蒐集、資料回饋及線形調整等，茲分述如下：

橋梁拱度及預拱值

為使橋梁在完工後結構線形能符合設計原意，預鑄節塊在混凝土澆置作業進行前，模板高程須額外預加一撓曲變形量，此一額外預加拱度值即為預拱值（Precamber value）。拱度值為節塊實際高程與設計高程之差異值，差異值於施工期間隨載重條件的差異而改變。理論上，拱度值於橋梁完工數年後將趨近於零，然實際上吊裝時，由於施工誤差的存在，拱度值將不會完全消失。預拱值為節塊於應力狀況下之最初拱度值，兩者皆與節塊受力過程有關，預拱值為節塊受力總變形之互補變形，拱度值則為預拱值加上已發生完成之變形量。預拱值與拱度值的計算常配合橋梁施工階段應力檢核一起執行，唯應力檢核常需考慮不確定假設載重的發生，拱度值的計算則以施工流程為依據，考量重要載重的發生過程。

除此之外，生產區的鑄造曲線為節塊於不受力狀態下之線形，並為吊裝節塊預拱值的連續曲線，於長線鑄造時，亦為半跨節塊間的相對幾何關係；於短線鑄造時，則為相鄰兩節塊的相對幾何關係。所謂「相對幾何關係」即幾何線形可依鑄造之需求進行平移式旋轉，以利於工作進行。對於預鑄節塊採懸臂吊裝工法進行時，預拱值與鑄造線形之計算來源雖一致，但卻不能直接引用，預拱資料須先進行節塊線形連續化處理，方能產生鑄造線形。

結構分析

橋梁施工線形控制所需之幾何資料一般是來自於施工階段結構分析，結構分析的重點主要在於確實模擬施工流程，並確認各項載重的重要性及影響程度，依拱度控制設定階段輸出相關計算值，以利於拱度控制作業之執行。結構分析工具為一般套裝結構計算程式軟體，模式的建立可為二維或三維元素，端視橋梁幾何線形規則性而定。分析模式常以梁、柱元素分別模擬箱型梁與橋墩，並以等值彈簧元素模擬基礎與土壤間之介面行為，爾後再依據各橋段施工步驟分別建立相對應分析流程，依順序分別考量柱頭板製作、吊裝機具安裝、節塊吊裝、閉合節塊澆置及預力施工等。預鑄節塊吊裝工法之結構分析常包含應力檢核及變形計算兩部份，應力檢核須考量節塊吊裝期間的各種載重條件，除包含自重、預力、乾縮潛變及吊裝機具等設計載重外，另須兼顧人員、機具及風力對應力之影響。相對地，拱度控制所須的變形計算資料則僅考慮前者之設計載重影響，對於短期間的載重條件則不列入資料計算之範疇。

對於節塊鑄造形狀資料，部份商用套裝軟體程式已內建於計算程式中，輸出資料會自動提供鑄造線形的連續曲線資料。但部份商用套裝軟體程式並無提供此一項功能，須經每階段變形資料疊加轉換產生，此時則須特別注意曲線之連續性。一般而言，可採用兩種方式產生鑄造線形的幾何線形資料，一是將各單獨吊裝階段之永久變形量疊加，再取其線形互補形狀。此時由於每階段分析模式不同，疊加資料將不連續，可將節塊逐一平移及旋轉以產生一連續線形資料；另一是每一吊裝階段分析時，須同時考量前一階段已產生之變形量，如此再逐節塊分析完成後，即可產生一連續線形資料。

放樣作業

放樣作業包含節塊鑄造及柱頭節塊安裝兩階段，由於節塊鑄造分為長線及短線兩類，故節塊放樣作業方式亦有所不同。長線鑄造工法之放樣作業是以半跨為一單元一起進行，以基座上之調整梁為參考基準進行模板定位調整，因點位誤差並無累積效應存在，放樣工作業主要以傳統測量儀器為主，又因節塊採整跨徑鑄造，放樣點位採整跨相對座標系統計算，亦即依結構計算資料解算跨徑內節塊各檢測點位高程及位置，再將整跨點位在橋軸向及水平向旋轉以降低橫坡及縱坡值，利於後續放樣及檢測作業。

短線鑄造放樣作業施作原理因應逐節塊接合鑄造之生產方式，其量測座標系統則採相鄰節塊相對座標系統，放樣原理係於第一吊裝節塊（相鄰節塊）生產初期，先於固定鑄模封頭端模上設置數處監控點位並預埋參考覘標，再依結構計算資料於混凝土澆置作業前放樣監控點位相對幾何線形值，當接合節塊鑄造完成後，新鑄造節塊混凝土澆置檢測放樣作業可利用前一節塊完成線形進行相對放樣，亦即節塊各監控點位原記錄高程值重新歸零計算，調整接合節塊之監控點位高程及位置，使兩接合節塊間相對關係符合計算要求。

有鑑於短線接合鑄造時節塊縱向長度相當有限，若僅採傳統測量儀器檢測節塊幾何線形時，因測量儀器量測精度所限，節塊累積誤差將快速成長，進而影響後續節塊吊裝線形。為減少誤差的累積量，放樣作業另以幾何線形量測方式輔助傳統儀器量測，經由提高節塊放樣精度，降低單一節塊之量測誤差，進而控制誤差的累積量，提高施工精度並達成線形控制之目的。採用幾何線形量測之主要原因在於利用鋼捲尺量測節塊長度之精度較高，其次是可以利用三角幾何關係放大量測尺寸。

由圖一可知，若量測儀器及讀數造成節塊具有Δy水平線形（或Δz垂直高程）鑄造誤差時，經由三角幾何關係式可解得 （或 ）。此一節塊鑄造誤差將使兩接合節塊產生一接合偏差角 ，偏差角於吊裝階段將逐漸累積進而影響閉合節塊接合精度。當短線鑄造工法節塊放樣檢核作業係利用量測精度較高之鋼捲尺實際量測節塊於兩側控點之長度，若量測長度誤差量Δx，透過三角幾何關係式可得 ，因B>>L，故 < ；解算上下節塊長度差Δ ，可得 ，雖H僅略大於L，但鋼尺精度較水準儀高，故 < ，因此幾何線形控制將可有效控制誤差的累積。幾何線形量測主要是利用節塊幾何尺寸的改變所產生之轉角效應，以達到高程或水平線形量測之目的，即當跨徑內節塊頂板縱向跨徑大於底板縱向跨徑，此時因施拉臨時預力將節塊接合，節塊將因受擠壓致使整跨徑橋梁產生縱向（垂直向）幾何線形向下偏移現象，反之則否。同理，當跨徑內節塊頂板翼版左右兩側縱向跨徑具不等長趨勢時，殆節塊吊裝接合後，跨徑橋梁將產生水平幾何線形偏移，亦即當跨徑內節塊左側跨徑長度大於右側時，此時橋梁水平線形將向右偏斜。

短線節塊鑄造即利用此一原理進行澆注節塊與接合節塊之相對幾何線形控制，當節塊接合鑄造初始，施工人員即利用節塊混凝土澆置初凝前預埋參考覘標，配合高精度量尺於節塊鑄造及吊裝施作前，定時量測、記錄並統計節塊頂、底板監控點位之斷面形狀尺寸變化。節塊鑄造階段幾何線形放樣作業主要為實際量測節塊腹板及翼版（距梁緣50cm處）左右兩側四處監控點位之兩接合節塊頂板縱向跨徑長度，用以確保橋梁水平控制。殆節塊澆置養護完成進行吊裝作業前，再針對節塊左右兩側腹板處之頂板與底板縱向跨徑長度進行量測，用以判別節塊頂底板之跨徑實際長度。由於鋼尺量測精度高，故可於節塊跨徑長度（1,900~2,000mm）內精準且有效檢核節塊之微量鑄造誤差至數公釐，並將其轉換成二度空間面狀檢測監控模式，亦即整跨徑橋梁吊裝接合線形之傾斜趨勢（微量傾角），預估橋梁縱向拱度吊裝線形表現。相對地，傳統測量儀器之量測方式僅能反應監控點位之高程變化，亦即一度空間點狀檢測監控模式，容易因儀器量測精度限制而無法進行節塊線形控制作業。

由於標準節塊係依相鄰節塊之安裝點位逐一接合吊裝，亦即相鄰節塊安裝幾何線形將掌握整跨橋梁線形變化，故其放樣作業顯得格外重要。相鄰節塊安裝放樣作業係依據結構計算與節塊斷面尺寸實際量測資料，配合柱頭節塊實際量測位置高程以及跨徑內節塊之接合幾何線形趨勢，調整並修正相鄰節塊之實際安裝位置高程後，澆置柱頭節塊與相鄰節塊間濕接縫，完成相鄰節塊安裝作業。相鄰節塊安裝時，首先需利用傳統測量方式檢測柱頭節塊之實際絕對位置座標與高程，並依據濕接縫設計縱向長度，解算相鄰節塊與柱頭節塊間相對接合高程與位置，隨後再配合幾何線形量測方式放樣相鄰節塊之安裝點位。另外，後續跨徑內各標準節塊之接合線形趨勢檢測作業則採用傳統測量方式進行檢核。

資料蒐集與回饋

資料蒐集主要包括節塊鑄造及吊裝兩部份，因節塊分為長、短線鑄造兩類，故資料蒐集與回饋作業重點亦有所不同。長線主要為整跨徑節塊之絕對高程及點位資料；短線則為個別節塊斷面性質（形狀及尺寸大小）之相對資料蒐集。長線鑄造時，節塊量測作業採傳統測量儀器進行施測，為利於後續橋梁吊裝線形能符合設計原意，施工人員於整跨徑節塊吊離澆置區前需針對整跨徑節塊進行量測、記錄並統計其線形發展趨勢，經由計算模擬整跨橋梁吊裝線形，並將此資料回饋至吊裝線形，亦即調整相鄰節塊安裝線形。短線鑄造則利用幾何線形量測方式，針對整跨徑橋梁逐節塊進行量測、記錄並統計節塊斷面性質，透過幾何線形施工監控程式模擬，並預測整跨徑橋梁之吊裝線形發展趨勢。爾後再將此資料回饋至吊裝線形，亦即調整相鄰節塊之安裝線形，以使整跨徑橋梁幾何線形符合設計所需。

線形調整與監控

線形調整與監控作業係根據節塊線形回饋分析資料，進行節塊吊裝線形調整。調整時機主要在於柱頭相鄰節塊安裝階段，此因接合吊裝施作時，標準節塊之線形發展趨勢將依相鄰節塊安裝線形而定。調整原理是利用柱頭節塊與相鄰節塊間濕接縫頂底板上下跨徑寬度不等以產生一旋轉角及相對應拱度變化，亦即縱向幾何垂直線形變化期使整跨徑節塊吊裝線形產生向下（或向上）發展修正趨勢，以符合橋梁設計線形。監控作業重點主要以吊裝作業為主，當跨徑內箱型梁逐節塊吊裝時，工程人員需於節塊吊裝及施拉臨時預力前後，分別量測並監控懸臂跨徑橋梁自由端之幾何線形表現，並因應實際吊裝線形，適時調整次一節塊之吊裝結合角度，以符設計吊裝線形。此外，標準節塊吊裝期間雖可透過填隙墊片微量調整接合節塊之線形發展趨勢，然因填隙墊片甚薄，且接合節塊間藉填隙墊片調整結合轉角修正幅度亦不宜太大，以免因接合面縫隙不等寬所造成之間隙影響吊裝作業之結構安全性及施工精度控制。再者，由於填隙墊片之線形修正幅度有限，僅能微量修正節塊結合轉角，故施作時機應設定於標準節塊吊裝初期，若殆至節塊吊裝作業末期才進行線形調整時，由於填隙墊片之轉角接合修正量僅能影響少數未吊裝節塊線形，其線形調整效應也將相當有限。

五、施工實例

現以二高後續計畫九如至長治段短線鑄造預鑄節塊懸臂吊裝工法屏東一號高架橋工程為例，說明預鑄節塊線形控制作業之放樣、結構分析（計算預拱量及吊裝時之拱度值）、資料蒐集與回饋、線形調整與監控等以及吊裝結果。

屏東一號高架橋採短跨徑（吊裝跨徑為40~56m）結構配置，全長計7,435公尺，分為26個吊裝施工單元，橋梁上部結構施工包括變斷面就地澆注逐跨工法（橋墩編號P1~P10，STA:291+400 ~291+823，橋長計423m）及等斷面預鑄節塊懸臂吊裝工法（橋墩編號P11~P167，STA:291+823~ 298+685，橋長計6,862m）兩類。橋梁結構線形分為圓曲線（曲率半徑R=2,400~2,600m）及克羅梭曲線（A=2,600~6,000m）兩類設計。懸臂吊裝工法段每一標準節塊箱型梁寬24.2m、縱向分割長度2m、梁深2.8m，梁重約為91t，採三箱室對稱結構設計。另基於考量節塊運輸距離及工期限制，吊裝作業係以橋墩編號P91為界，沿工程起點及標尾兩方向各使用一部上懸式鋼構桁架梁（承載能量120t）配合施作。節塊利用預鑄場內100t門型吊車將其吊置於搬運車上，再載運至現地進行吊裝。上懸式鋼構桁架長度採雙跨徑配置，桁架含2部自動進退吊機（承載能量100t），吊裝作業係利用兩部自動進退吊機配合兩台150t吊車進行平衡懸臂吊裝，詳圖二。

放樣作業

放樣作業係先引測導線點及高程控制點至預鑄場內，並據以為放樣基準點，再利用架設於測量塔上全測站（Total station）採相對座標方式，放樣懸臂跨徑中第一相鄰節塊固定封頭模底模及澆置面之控制高程及位置（即結構設計節塊鑄造尺寸）。相鄰節塊澆置完成後，相鄰節塊隨即移至接合位置，而與其鄰接之接合節塊則利用此一節塊為接合端模，進行接合鑄造。相鄰節塊進行相對高度放樣時，鑄造節塊永遠保持水平位置，當鑄造節塊移至接合位置時，此時測量人員需重新放樣該節塊之控制點位及高程，其方式為透過上述預鑄場內之引測導線點及高程控制點，按照相鄰兩節塊之相對高程調整節塊接合高程值，此項作業稱為歸零放樣。由於相鄰兩節塊之高差值相當小，放樣時並不考慮相對高差，而結合節塊則以澆注後之控制點高程進行還原動作。另為避免短線鑄造引起誤差累積，量測工作以儀器配合幾何線形計算進行。

資料蒐集與回饋

有鑑於傳統測量儀器測量精度有限，無法滿足短線鑄造放樣檢測作業之精度需求，因此於節塊鑄造階段即設計有數處監控點位，用以檢核節塊鑄造尺寸變化，節塊相關監控點位佈設詳如圖三所示。

由圖三可知，利用量測設置於鑄模上監控點1-1、2-2、3-3及4-4間距，即可檢核節塊澆置前頂板斷面跨徑長度；同理，將鑄模上該等控制點位以彈墨線方式等量放樣至節塊上時，亦可檢核節塊澆置養護完成後頂板實際跨徑長度。再者，檢核監控點1-1、2-2、3-3及4-4間距，主要目的在於進行節塊水平線形幾何監控作業。監控點5-5及6-6則是利用2-2、3-3監控點垂直引點而成，主要目的為檢核節塊底板實際跨徑長度。同時，經由比較監控點5-5、6-6（底板）及2-2、3-3（頂板）間相對關係，亦可解算節塊吊裝後高程之線形表現。另外，A.B.C.D點為高程監控點，即於節塊混凝土澆置初凝前預埋參考覘標，用以檢測節塊實際鑄造高程。

另有關節塊監測資料回饋方式，線形施工幾何誤差修正計算方式可分為水平向及垂直向兩類，前者取節塊監測點位1-1（表1 No.1欄）及4-4（表1 No.4欄）之間距偏差平均量（ 表2 H. dev.欄）進行誤差修正；後者則取2-2、3-3、5-5及6-6（表1 No.2、No.3 、No.5及 No.6欄）之間距平均偏差量（表2 V. dev.欄）進行修正，又表2 V.Φ欄為節塊垂直向高程轉角修正量。當表2 V. dev.欄之修正值為正時，即表示節塊平均頂板縱向跨徑大於底板。再者，透過橋墩柱頭節塊與相鄰節塊間濕接縫結合轉角修正量（表2 δ欄，採試誤法迭代修正值），配合節塊幾何線形施工監控程式解算跨徑內各標準節塊對應之幾何線形修正量（表2 R欄），以使跨徑節塊吊裝線形合於設計要求。結合轉角修正原則為確保最後一塊懸臂節塊接合高程值符合設計線形要求，一般而言需修正並控制此值（表2 R欄最下格數值）為零；然基於吊裝作業施作時，由於其他不確定因素（如施工機具及人員動載重）將影響節塊實際拱度表現，因此根據各懸臂跨徑結構系統應力承載特性及施工實務經驗，此值通常控制於施工管理範圍（±3mm）內。此外，表2 R1欄為87-S-01節塊因斷面鑄造誤差影響後續節塊（87-S-02~87-S-09）之吊裝線形預測調整值，表2 R2欄則為87-S-02節塊因斷面鑄造誤差影響後續節塊（87-S-03~87-S-09）之吊裝線形預測值，其餘吊裝線形預測調整值則依此類推。總括說來，跨徑橋梁吊裝作業前，各標準節塊之接合吊裝放樣作業應依表2 R欄（SUM[R1~R9]）之累積修正調整量進行修正。

吊裝拱度控制

基於節塊吊裝工法的特性，吊裝拱度控制作業前，拱度理論值須就柱頭節塊實際高程進行修正，其作業根據吊裝施工步驟建立控制作業表；依順序分別考量柱頭節塊斷面實際高程修正量（Pier segment error）、節塊斷面高程調整值（nail E.L. adjustment）、節塊頂板接合轉角修正值（Segment top rotation disp.）、填隙墊片修正量（filler -top +bottom）、轉角修正檢核量（Rotation influ. level）、節塊吊裝設計預拱值（Precamber）、吊裝前懸臂橋梁線形設計值（Before placing seg.）、施拉臨時預力後橋梁線形拱度預測值（After prestress (mm)）、施拉臨時預力後橋梁線形檢核量（After prestress level）、橋梁實際線形監測量（Monitoring level(m)）以及吊裝線形偏差量（deviation）等，各項節塊吊裝線形調整量詳表3 所示。

所謂柱頭節塊斷面實際高程修正量（Pier segment error）係因考量柱頭節塊因沈陷與澆注誤差所造成高程改變的影響量，節塊斷面高程調整值（nail E.L. adjustment）則為檢核節塊鑄造完成後控制點位（A,B,C,D各點）之高程變化情形，並將其結果導入節塊線形監控作業內，進行吊裝線形調整及修正。節塊頂板接合轉角修正值（Segment top rotation disp.）係採自於表2 δ欄中所得橋墩柱頭節塊與相鄰節塊間濕接縫結合轉角修正量（δ=-7），以此修正該半跨徑節塊吊裝整體線形。

線形調整與監控

當完成相鄰節塊施作後，理論上該跨徑內各懸臂標準節塊吊裝線形將循高程預測發展趨勢逐次演進。然隨著節塊懸臂吊裝長度不斷增加，因結構物自重、活載重及其他不確定因素影響所致，後續懸臂標準節塊之線形高程將可能產生微量偏差。因此，進行懸臂標準節塊吊裝作業時，一方面除需持續監控及預測節塊線形表現外，亦可於標準節塊頂、底板結合榫槽或腹板剪力榫槽處填充薄填隙墊片（filler），微量調整並修正各懸臂標準節塊間接合轉角，亦即節塊高程幾何誤差，以使節塊高程接合線形能在施工管理範圍內。

吊裝作業結果

圖四及圖五分別為P87橋墩S側懸臂節塊完成吊裝後，懸臂兩側閉合節塊前後，各節塊斷面實際高程與設計值之比較示意圖。

六、結論

綜合監測結果得知，短線鑄造節塊香蕉效應之最大撓曲變形位於頂板接合面中央處，約為3~5mm；而長線鑄造則因接合節塊受束制不易發生撓曲變形，故其香蕉效應甚小。再者，基於節塊懸臂吊裝線形控制作業手法一致，因此不論長線或短線鑄造工法，節塊實際吊裝高程與設計值均相當接近，最大偏差量約僅為2~3cm，位於施工管理範圍內。換言之，整體節塊線形控制作業及吊裝施工品質可謂相當優良。

預鑄節塊懸臂工法之幾何線形施工控制雖不需深奧的學理背景，然嚴謹之施工管制模式卻不可或缺，任一管控作業之疏忽或錯誤都將可能造成兩側懸臂節塊無法順利閉合。施工控制作業關鍵主要在於節塊生產與吊裝精度控制，其重點在於線形資料之收集與回饋，適時配合線形預測模式進行必要的調整作業，以達成施工控制之目的，並確保橋梁完成後之應力及線形均可滿足設計需求。

七、參考文獻

(1) Carin, L. Roberts-Wollmann., John, E. Breen., Michael. E. Kreger., ”Temperature 

     Induced deformations in Match Cast Segments, ” PCI JOURNAL, V.40, No.4, 

     July-August 1995, pp. 62-72.

(2) Podolny, W. Jr., ”The Cause of Cracking in Post-Tensioned Concrete Box Girder

     Bridges And Retrofit Procedures, ” PCI JOURNAL, V.30, No.2, March-April 1985, 

     pp. 82-139.

(3) Roberts, C. L.,”Measurement Based Revisions for Segmental Bridge Design and

     Construction Criteria,” Doctoral Dissertation, University of Texas at Austin , Austin ,

     TX , December 1993.

(4) 莊輝雄、蔡同宏，“預鑄節塊懸臂工法之施工控制作業”，中華技術第五十三期

   Jan.2002.

(5) 莊輝雄、蔡同宏，“漫談預鑄節塊懸臂工法節塊生產”，中華技術第五十四期，

   Apr.2002.

< < < < < < < < < < < < < < < < < < < < < < 回目錄< < < < < < < < < < < < < < < < < < < < <