¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜9. 耐洪及耐震能力提升工程(換底工法)（1／3）
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M16 標國1 中沙大橋為例
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耐洪及耐震能力提升工程(換底工法) -以 M16 標國 1 中沙大橋為例
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耐洪及耐震能力提升工程(換底工法) -以 M16 標國 1 中沙大橋為例 摘要 國道 1 號中沙大橋跨越濁水溪，北起彰化縣溪州鄉，南至雲林縣西螺鎮，自民國 67 年 10 月完工，迄今已使用逾 40 年。橋址所在之濁水溪河床早期因河川受大量盜採砂石及河道長年沖 刷之影響，河床逐年下降，造成中沙大橋橋基嚴重裸露，歷年除於橋墩基礎設置保護工外，另 於下游處設置潛堰固床工，以避免橋址處沖刷加劇，影響橋梁結構安全，惟每逢汛期洪水沖刷 過後，潛堰固床工仍發生損毀，須投入龐大經費進行維護。 考量長遠之計及極端氣候變遷，配合河川治理計畫並考量河川特性，進行中沙大橋橋墩 P11~P50 耐洪與耐震能力提升改善工程，期望以釜底抽薪方式根本解決目前中沙大橋河道區橋 墩基礎裸露問題，於改建完成後無須再進行潛堰固床工維護。綜合考量 200 年重現期洪水之短 期豪雨後基礎不裸露、施工中維持國道 1 號既有交通、未來中沙大橋上部結構改建可能性及施 工中橋梁結構安全性，本文中敘述中沙大橋改善工程規劃及設計。 關鍵字: 中沙大橋、潛堰固床工、基礎裸露 一、前言 中沙大橋為國道 1 號跨越濁水溪之橋梁，原建橋於民國 67 年 10 月完工，民國 87 ~90 年辦 理第一階段耐震補強工程，92 ~95 年配合中山高速公路員林至高雄路段拓寬工程三車道需求辦 理第二階段拓寬補強(圖 1)。中沙大橋全長 2,345 公尺，全橋共有 67 跨，跨徑配置為 34.57+65@35+34.57 公尺(圖 2)。 橋址所在河段於 78~85 年間因砂石盜採情況嚴重及河道長年受沖刷影響，河床逐年下降及 向源侵蝕，造成中沙大橋橋基嚴重裸露。於 81 年起陸續於橋墩基礎設置保護工，並於 86 年於 下游處設置潛堰固床工，以避免橋址處沖刷加劇，惟自潛堰固床工完工後，歷經 90 年桃芝颱風、 93 年敏督利颱風、96 年柯羅莎颱風、98 年莫拉克颱風(圖 3)，發生堰體潰決災害，潰決口處之 束縮沖刷再引發向源侵蝕而致中沙大橋橋基裸露，每逢汛期洪水沖刷過後，仍須投入龐大經費 辦理保護工及潛堰維修工作。 9-1
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圖 1 中沙大橋現況斷面示意圖 圖 2 國道 1 號中沙大橋現況空照圖 96年柯羅莎颱洪 98年莫拉克颱洪 90年桃芝颱洪 93年敏督利、艾利颱洪 資料來源 ：「國道 1 號中沙大橋耐洪能力提升或改建可行性研究工作 報告書」，交通部高速公路局中區 養護工程分局，2011 圖 3 中沙大橋下游潛堰固床工歷年颱洪損壞空照圖 9-2
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二、工程規劃與設計 2.1 橋梁沖刷及基礎設置高程評估 考量改善工程完成後，於短期豪雨過後，橋墩基礎樁帽頂不裸露，並避免樁帽埋設深度過 深將造成開挖深度過深施工不易，須合理評估基礎設置高程。 以 200 年重現期洪水評估中沙大橋改建後有、無下游潛堰固床工情況下橋墩之沖刷深度， 並以經驗公式及局部沖刷經驗公式與 CCHE2D 水理動床模式兩種方式評估沖刷深度，相關說明 如下： 1. 經驗公式： 橋墩沖刷深度=局部沖刷+河槽束縮沖刷深度+河床質移動層厚度+河床長期沖刷深度 2. 局部沖刷經驗公式與 CCHE2D 水理動床模式： 橋墩沖刷深度 = 局部沖刷(經驗公式)+輸砂模式+河床長期沖刷深度 以上述兩者評估所得最大沖刷深度(12.1m)作為結構設計之依據。 以 CCHE2D 水理動床模式，於 200 年重現期洪水之情況，歷時 48 小時進行模擬(圖 4)，於 歷時終了時，經沖刷及回淤後之高程及河床現況高程，評估沖刷深度約為 3m。依目前河床高程 最低點約 25m，考量深槽區河床之變動性及分析之不確定性，將基礎頂高程設置於 EL.20m(基 礎底高程 EL.17m)，於豪雨過程歷經沖刷及回淤後，基礎樁帽應不致露出(圖 5) 。 圖 4 中沙大橋 CCHE2D 二維動床輸砂模式沖淤分析 圖 5 中沙大橋沖刷及回淤高程示意圖 9-3
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2.2 規劃考量 考量國道 1 號中沙大橋橋基嚴重裸露及未來下游潛堰固床工不再進行維護，規劃提升中沙 大橋耐洪與耐震能力，以因應未來極端氣候變遷，改善工程規劃考量如下： 1. 改建時維持國道 1 號既有交通不中斷，改善工程施工期間，新建橋墩基礎開挖施作須避免原 建橋墩基樁懸空裸露長度過長，造成承載力不足，影響既有橋梁結構安全。 2. 目前中沙大橋上部結構現況良好，仍應考量未來上部結構改建可能性，於未來上部結構改建 期間，仍須維持國道 1 號既有交通，因此需考量預留足夠空間進行半半施工及交維改道。 3. 依「2.1 橋梁沖刷及基礎設置高程評估」所述，基礎頂高程設置於 EL.20m，短期豪雨過後樁 帽不致露出，既有原建及拓建橋基礎高程無法滿足需求，故無法利用既有橋墩基礎以增樁擴 基方式進行改善工程。 綜合上述考量，以先建後拆方式，於既有橋墩兩側及中間新增橋墩方式進行改建(圖 6)，可 維持施工期間既有國道 1 號交通不中斷。於開挖施作新建橋墩基礎時，於新建橋墩基礎外側打 設鋼板樁擋土，可避免造成既有橋墩基樁懸空裸露長度過長，影響既有橋梁安全。 圖 6 中沙大橋改建完成後結構配置及斷面示意圖 2.3 設計方案評估 依據前述規劃考量，以先建後拆方式，於既有橋墩兩側及中間新增橋墩進行改建，因受限 於既有原建橋間空間，無法進行新增中間橋墩基礎施作，須先行敲除原建橋橋墩與基礎後，方 可進行施工。經考量工址現況、施工限制條件及安全性，研擬「配置帽梁臨時預力，配合 200cm ψ基樁」及「配置中間樁柱，配合 150cmψ基樁」改善工程方案。 1. 方案一「配置帽梁臨時預力，配合 200cmψ基樁」： 於兩側新增橋墩完工後，以新設帽梁包覆既有帽梁，待帽梁混凝土達到規定強度後，施拉 第一階段臨時預力(圖 7)。保留拓寬橋橋墩，先敲除原建橋橋墩與基礎，提供足夠空間進行中間 橋墩基礎與基樁施作。將基樁配置於帽梁投影面外，基樁施作無淨空不足之問題。於中間新增 橋墩完成後，卸除第一階段預力，施拉第二階段帽梁永久預力後，拆除原拓寬段橋墩，完成中 9-4
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