¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜4. 固接橋墩置換為隔震支承（1／2）
發布機關：交通部高速公路局
版本／性質：111年7月；耐震補強工程案例
原始來源：官方出版頁 ｜ 官方原始PDF
使用提醒：本件為111年7月出版的耐震補強案例資料，非通用設計或施工規範；各專題的地震需求、地質條件、材料數值及施工限制須連同原工程背景閱讀。
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-以國3 東山服務區跨越橋為例
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固接橋墩置換為隔震支承 -以國 3 東山服務區跨越橋為例
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固接橋墩置換為隔震支承 -以國 3 東山服務區跨越橋為例 摘 要 橋梁基礎補強之工程經費較高，故優先採用「系統補強」的策略，研擬隔震或減震方案， 當既有上部結構與橋墩之接合為固接時，無法直接增設隔震支承，本文以國道 3 號高速公路「東 山服務區跨越橋」為例，說明既有固接橋墩增設隔震支承之設計考量重點及方法。 關鍵字：橋梁耐震補強、隔震支承 一、前言 橋梁耐震補強工法中，「基礎補強」因需辦理開挖、擴大基礎或增樁作業，其工程經費較高 且恐影響既有交通，故於設計階段優先考量「系統補強」之可行性，評估可否透過「改變邊界 條件」、「增設阻尼」或「更換為隔震支承」等方式避免基礎補強。 一般而言，鉛心橡膠支承墊厚度較原盤式支承厚，傳統更換隔震支承者，係將既有 RC 支 承墊作一部分拆除；騰出施作鉛心橡膠支承墊空間後，將既有盤式支承更換為鉛心橡膠支承墊； 完成置換工作。惟既有與上部結構固接的橋墩，無法直接增設隔震支承。本文以國道 3 號高速 公路「東山服務區跨越橋」為例，介紹既有固接橋墩增設隔震支承之設計考量重點及方法。 二、既有固接橋墩增設隔震支承 2.1 東山服務區跨越橋結構配置及評估結果 「東山服務區跨越橋」為 3 跨連續之預力混凝土箱形梁橋，全長 27+44+27=98 公尺，橋面 寬為 16.7 公尺，上部結構由連續預力箱型梁結構單元構成，下部結構為直徑 3 公尺之空心圓型 墩柱，原設計係依交通部公路橋梁設計規範 76 年版辦理，其墩柱緊鄰既有高速公路主線，且基 礎位於高速公路下方，結構平、立面圖如圖 1 及現地照片如圖 2 所示。 4-1
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○M ○M ○R ○R 圖 1 東山服務區跨越橋平、立面圖 圖 2 東山服務區跨越橋 P1 墩柱 既有墩柱為直徑 300cm 之中空圓型墩柱，柱高約 9m，壁厚為 50cm；墩柱主筋共配置 60 支 32ψ高拉力鋼筋(fy=4200kgf/cm²)；箍筋採 19ψ高拉力鋼筋，間距為 15cm 或 30cm。橋柱基 礎配置 30 支 PC 樁，其直徑為 60cm，深度為 18m；樁帽尺寸為 7.2x7.5x1.8m，詳細配置及配筋 圖如圖 3 所示。 圖 3 東山服務區下部結構詳細配置及配筋圖 本案橋梁耐震能力評估係依據國家地震工程研究中心所研擬之「改良式結構性能耐震評估 方法」[3]內容進行分析與評估。經側推分析，東山服務區跨越橋在等級 II、III 地震下有橋軸方 向耐震能力不足之情形，其破壞模式為剪力破壞，分析成果詳表 1 及 2。 4-2
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表 1 東山服務區跨越橋強度、韌性評估結果(橋軸方向) 地表加速度(g) 耐震性能標準 C/D 耐震需求(D) 耐震容量(C) 等級 III 等級 II 等級 I SP1 0.113 0.259 2.29 等級 II SP2 0.368 0.330 0.90 等級 I 等級 III SP3 0.444 0.362 0.73 表 2 東山服務區跨越橋強度、韌性評估結果(垂直橋軸方向) 地表加速度(g) 耐震性能標準 C/D 耐震需求(D) 耐震容量(C) 等級 I SP1 0.113 0.364 3.21 等級 III 等級 II SP2 0.368 0.606 1.65 等級 II 等級 I 等級 III SP3 0.444 0.727 1.47 而基礎於等級 III 地震下，基樁 8-16ø 最大拉力約為 108tf，雖仍低於基樁 本身極限拉力強度(123tf)，但因本橋 PC 樁與樁帽間僅配置 8 支 16ψ錨定 鋼筋(fy=2800kgf/cm²)，其極限拉力 僅約 28 tf，遠低於震時拉拔力，為 圖 4 PC 樁柱頭錨定、接樁及錨定破壞示意圖 本橋基礎主要耐震課題。 若採傳統補強工法，針對橋柱韌性不足部分，可採鋼板包覆方式增加其韌性，基礎容量不 足部分則採增樁補強方式提升其耐震容量，惟本橋既有基礎位於高速公路路堤下方，基礎開挖 及增樁需封閉高速公路主線一車道、路肩及進出服務區之匝道，嚴重影響高速公路服務，故於 補強設計階段研擬採用改變結構系統以調整構件受力之概念，將柱頂由固接轉換為鉸接隔震支 承之減震方式，以避免基礎補強時引致國道過大之交通衝擊。 4-3
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2.2 固接橋墩頂切開並增設隔震支承之設計成果及施工步驟 既有墩柱邊緣距箱梁底邊緣約為 2.4m，本橋即利用此空間增設鉛心橡膠隔震支承，且為增 加施工階段結構安全，本案係以先建後拆方式施作，先將既有墩柱採 RC 包覆並增設帽梁，於 帽梁頂增設隔震支承後再行切除既有柱頭，完成增設隔震支承工作，詳細施工步驟分述如下： 步驟一：橋墩周圍局部開挖並植筋 植筋 擴柱鋼筋組立 步驟二：既有墩柱擴柱並增設鉛心橡膠支承 既有墩柱擴柱 增設鉛心橡膠支承 步驟三：設置重型支撐架避免意外落橋；切除墩頂 千斤頂支撐 既有柱頭切除 柱頭 切除 4-4
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