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專題報導

S P E C I A L R E P O R T

SUMMARY摘 要

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專題報導

壹、背景說明

　　拱是人類古老的力學結構，舉凡建築、橋

梁、造船均可看到它的身影，拱橋之歷史更可

追溯到數千年前古代文明之中國及羅馬，在現

代之橋梁中，拱橋更是主要的結構系統之一。

本文將介紹台灣混凝土拱橋之發展情形，從早

期以石塊堆砌，利用糯米、石灰、黑糖等做為

黏接劑黏築而成的南投縣古典式糯米橋，至近

期完成之陽明山風景區馬槽橋及同類型之瑪陵

坑風景區瑪陵坑橋、台灣第一座預力混凝土拱

橋─北二高碧潭橋、台灣目前唯一的多跨連續

預力混凝土拱橋─鯉魚潭鐵路橋、目前台灣跨

度最大及次大之混凝土拱橋─北宜高速公路冬

山河橋及西濱快速公路新豐溪橋。

　　文中將另以甫完工通車，採完全懸臂施工

法之混凝土拱橋─新豐溪橋為例，介紹結構系

　　本文將介紹台灣混凝土拱橋之發展情形，從早期南投縣古典式糯米橋，至近期完成之陽明山馬槽橋、北二高瑪陵坑橋及碧潭橋、鐵路鯉魚潭橋、北宜高速公

路冬山河橋及西濱新豐溪橋。文中另將以最近完工通車、採完全懸臂工法施工之

新豐溪外置預力拱橋為例，由結構配置、拱軸線之求得、預力配置、潛變、乾縮

及施工步驟等方面，深入淺出的介紹相關設計理念，並以現場照片介紹本工程之

施工流程。

　　

　　一般而言，混凝土拱橋之施工，如地勢平坦、地面支撐良好，且支撐高度不

高時，採用場撐支撐架即可施工，但因一般拱橋量體甚大，且多位於谷地或需跨

越河川，所以採節塊施工常屬必要，文中將介紹台灣拱橋於節塊施工使用之三種

方法：(1)鋼骨架設法(2)完全懸臂施工法(3)部分懸臂施工法。

　　

統及設計理念。此外，由於混凝土拱橋量體甚

大，且多跨越溪谷、河川等地形，故節塊施工

是最常採用的工法。節塊施工運用於台灣拱橋

之設計上，主要有三種方法：(1)鋼骨架設法(2)

完全懸臂施工法(3)部分懸臂施工法，本文將分

別說明，藉以增進對台灣混凝土拱橋技術發展

概況的認識[1]。

貳、台灣混凝土拱橋簡介

一、南投縣糯米橋

　　位於南投縣國姓鄉北港村的糯米橋，橋長

53m、寬約5m、高約20m，跨越北港溪，為四

孔之拱橋，其建材係以石塊堆砌，利用糯米混

合石灰、黑糖等材料做為黏接劑黏築而成，故

取名糯米橋。該橋於民國29年完工通車，用以

關鍵詞：潛變、乾縮、 拱軸線、鋼骨架設法、完全懸臂施工法、部分懸臂施工法

台灣世曦工程顧問股份有限公司／副總經理／張荻薇

台灣世曦工程顧問股份有限公司／第二結構部／協理／鄭明源

台灣世曦工程顧問股份有限公司／第二結構部／技術經理／黃炳勳

台灣世曦工程顧問股份有限公司／第二結構部／正工程師／劉珊1 2 3 4

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運輸北港溪上游仁愛鄉山區之松柏，內政部於

民國83年公告為三級古蹟，是全台唯一的橋梁

古蹟，現已成為南投縣重要觀光景點(見圖1)。

二、陽明山馬槽橋

　　位於陽明山國家公園陽金公路馬槽溫泉風

景區，主孔跨徑134m，拱高27m，採鋼骨架設

法施工(合成拱預架工法)之鋼骨鋼筋混凝土拱

橋。因地處硫磺氣旺盛的嚴重腐蝕區，故本橋

除需重視景觀、生態保護外，防蝕更是設計的

重點。下弦拱為厚度1.8~3.0m之鋼骨鋼筋混凝

土，鋼骨箱梁採熱浸鍍鋅處理，主梁為1.0m厚

中空板梁，採熱浸鍍鋅鋼筋及抗硫水泥外加塗

裝。本橋於民國83年完工通車後，成為陽明山

風景區觀光景點之一(見圖2)。

三、北二高碧潭橋

　　本橋為台灣北部第二高速公路跨越新店溪

的預力混凝土拱橋，因位處碧潭風景區內，

景觀需作特別考量，配合橋址位在曲線路段

上，採750m半徑弧形拱橋造型，跨徑配置

100+160+100=360m。主橋由變深度箱型主梁及

箱型拱肋組成，配置縱向及橫向預力。基礎採

鋼殼沉箱，拱肋施工採用鋁合金強力支撐架場

撐，跨河段中央橋拱採懸臂工法施工。本橋於

民國85年完工通車後，增添了碧潭風景區的可

看性(見圖3)。

四、鐵路鯉魚潭橋

　　位於苗栗縣三義鄉，大安溪支流景安溪

上，為台灣山線縱貫鐵路穿越峽谷盆地的高架

鐵路橋，上游有風景優美鯉魚潭水庫，南北兩

端分別銜接山岳隧道。橋梁高度30餘公尺，採

用4跨連續預力混凝土拱橋，跨徑配置70＋134

＋134＋70＝408m。拱肋施工近地面處採場撐

方式，離開地面18m後改採懸臂工法，以工作車

吊模具逐節推出，於民國87年完工通車，是台

灣唯一的鐵路預力拱橋，也是山線鐵路之新地

標(見圖4)。

五、北二高瑪陵坑橋

　　位於基隆市七堵山區谷地，跨越瑪陵坑

溪，為主孔跨徑138m、拱高33m之鋼骨鋼筋混

凝土拱橋，下弦拱為厚度2.0~3.2m之鋼骨鋼筋混

凝土，主梁為1.1m厚中空板梁，其拱座亦採鋼

骨架設法施工(合成拱預架工法)，於拱座完成

後，於其上施築直桿，主梁部分則採支撐先進

工法，以避開瑪陵坑溪河道，減少傳統場撐對

生態環境及景觀之干擾，本橋於民國89年完工

通車(見圖5)。

六、北宜高速公路冬山河橋

　　位於宜蘭縣冬山鄉，跨越冬山河，跨徑

配置94＋187＋94＝375m，拱體深變化3.0∼

19.8m，因位處宜蘭縣重視景觀及發展旅遊休

閒重鎮，適合建造一座造型優美典雅之預力混

凝土拱橋，此橋型在國內尚屬少見。本工程主

拱採場撐工法，中央閉合段則採懸臂施工法施

工，以避免於防汛期影響水流，可兼顧工期及

水利需求。本橋於民國95年完工通車，是目前

台灣預力混凝土拱橋中跨徑最大者(見圖6)。

七、西濱新豐溪橋

　　位於西部濱海公路新竹縣新豐路段，跨越

新豐溪，其南岸為極珍貴的紅樹林保護區，生

長茂密，是台灣北部唯一水筆仔及海茄苳混生

區域，為避免工程施工影響紅樹林生態，橋梁

須考量避免地面支撐之施工方式，並以大跨徑

跨越紅樹林區。本橋採預力混凝土拱橋，跨徑

配置100＋180＋100＝380m，拱體深變化2.4∼

17.58m，拱體採直桿搭配斜拉鋼腱，以懸臂工

法施工，本橋於民國97年完工通車，是台灣預

力混凝土拱橋中跨徑第二大者(見圖7)。

參、西濱快速公路新豐溪橋之設計 與施工

　 　 西 濱 快 速 公 路 大 潭 至 新 豐 段 ( 即

48K+800~66K+850段)新建工程，位處桃園縣新

屋鄉與新竹縣新豐鄉境內，於跨越新豐溪(即紅

毛港遊憩區) 處，主河道寬約130m，南岸右側

至海邊整個區域為極珍貴的紅樹林保護區，北

岸緊臨寬約20m之道路及人行步道。

　圖1 南投縣糯米橋 　圖2 陽明山馬槽橋

圖3 北二高碧潭橋 圖4 鐵路鯉魚潭橋

圖5 北二高瑪陵坑橋 圖6 北宜高速公路冬山河橋

圖7 西濱新豐溪橋

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　　紅毛港附近遍生國寶級生態保育植物─水

筆仔及海茄苳，即俗稱紅樹林，生長茂密，其

枝葉甚至比人高，為台灣北部地區唯一水筆仔

及海茄苳混生區域，益顯珍貴。林間螃蟹、水

鳥活動頻繁，新竹縣政府於紅樹林間建有觀察

步道及涼亭，假日遊憩人群眾多。為考量生態

保育，避免工程施工影響紅樹林生態，橋梁施

工法應儘量避免地面支撐之施工方式。另基礎

位置應配置於紅樹林區外，並以大跨徑跨越而

過。本橋所在位置為觀光遊憩區，配合當地景

觀條件，建造特殊型式之橋梁，可成為當地地

標，提昇觀光價值[2]。

一、橋梁基本資料

　　本橋主跨徑180m，拱底至橋面淨高約

18m，橋面寬20m，拱區段上弦梁箱型梁寬度

20m，梁深自2m變化至2.4m，為雙箱室預力混

凝土箱型梁。拱區段下弦拱寬度13.1m，梁深自

3.44m變化至2.53m，為雙箱室混凝土箱型梁。

中央及邊跨懸臂段箱型梁寬度20 m，梁深自

2.4m變化至4.9m。拱區段配置直柱、直桿及斜

拉鋼腱，結構立面圖如圖8所示。

二、拱軸線之推求

　　一般拱橋拱軸線可採hyperbolic sin 求得，

如拱軸之外力非均佈載重時，以撐桿與拉桿

(Strut-and-Tie)模式求得，如圖9所示，本橋拱

軸線之計算方式，係依初估斷面求取靜力外載

重，以力平衡求得初步之拱軸線，再代入分析

程式中，加入斜拉鋼腱效應，反覆二至三次可

得較佳之拱軸線。本橋之斜拉鋼腱可有效縮減

全橋拱高，於施工階段更扮演重要角色；配置

斜拉鋼腱除可使整體拱型較為輕巧，更於古典

之拱橋造型中，增添新穎的未來感。

圖9　撐桿與拉桿模式(Strut-and-Tie Model)

三、預力配置

(一)預力鋼腱

　　本橋上部結構箱型梁配合節塊懸臂

施工，配置頂板預力鋼腱，於拱橋及懸

臂工法施工段每一節塊完成後施拉，以

平衡混凝土節塊之自重及施工載重。拱

橋懸臂施工階段，斜拉鋼腱亦為懸吊下

拱體、平衡懸臂載重之重要構件，需配

合不同施工階段，分階施拉預力，於分

析時與頂板預力鋼腱一同考量。

　　拱體及整座橋梁閉合後靜重、活載

重等力量造成之正彎矩，需配置底板及

腹板鋼腱抵抗。拱橋施工段完成後(即上

部結構箱型梁與下拱體閉合時)，於上

部結構箱型梁底板施拉部分底板預力鋼

腱，待全橋閉合後，再施拉中央跨及邊

跨之底、腹板鋼腱，和拱橋施工段之上

部結構箱型梁部分底板鋼腱，本橋預力

鋼腱平、立面配置如圖10、11所示。

(二)斜拉鋼腱

　　上部結構箱型梁配合節塊懸臂施

工，配置斜拉鋼腱，於下拱體澆注完成

後，施拉部分斜拉鋼腱預力，再於下拱

體上方架設支撐架施作上箱室。斜拉鋼

腱預力需分階段施拉，於分析時即考量

最佳之配置，並於設計圖中詳述施拉之

順序。斜拉鋼腱除於施工階段負責懸吊

下弦拱及上弦梁臨時支撐外，於完工階

段亦承載橋梁及外加載

重，在全橋之設計中，扮

演極為重要之角色，本橋

斜拉鋼腱立面配置如圖12

所示。

四、潛變與乾縮

　　本橋施工方式採懸臂節塊施工法，設計

時橋梁潛變與乾縮之考量極為重要，本橋潛

變與乾縮之模式採CEB-FIP 1990年公式，而數

值分析則配合採齡期係數法(Aging Coefficient

Method)及疊代法(Step-by-Step Method)並用，以

求超靜定之結構潛變與乾縮之力量分布[3][4]。

五、耐震設計

(一)耐震設計流程[5][6] [7]

　　本橋主跨徑達180m，且橋型為特

殊型式拱橋，依據耐震設計規範，除依

靜力分析法進行耐震分析與設計外，尚

應依動力分析方法進行耐震性檢核。本

橋形狀較不規則，為考量橋軸向及橫向

地震反應具有互制作用，以及高振態之

影響，應採用多振態反應譜疊加法(如

CQC法)進行動力分析，所考慮的振態數

目不少於跨度數目的三倍，且檢核軸向

與橫向之有效質量和均超過橋梁質量之

90%。

圖8　新豐溪橋立面圖

圖12　斜拉鋼腱立面配置

圖10 預力鋼腱平面配置

圖11　預力鋼腱立面配置

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　　另為確保結構物具有所需之韌性容

量，於橋墩之主筋比、剪力鋼筋、塑鉸

區圍束鋼筋及接頭附近之鋼筋續接等問

題，在設計時均已特別留意。

(二)橋梁三軸震動週期

　　本橋振動單元於橋軸向第1振態周

期為0.443秒，於橋橫向第1振態周期為

0.811秒，橋垂直向震動單元第1振態周

期為0.717秒，如圖13所示。

六、施工步驟

　　一般拱橋若採用地面支撐工法施作，於橋

梁下方必須架設支撐架，而本橋位處紅樹林保

護區，以地面支撐工法施作將影響紅樹林之生

態保育，故設計時特別規劃以懸臂方式施工。

　　本橋之施工分為拱橋施工段及懸臂工法施

工段，如圖14所示，其中拱橋施工段是由主

橋墩向兩側對稱施作，53.5m長度範圍分為五

個階段施工，第一階段將支撐架設於橋墩基礎

附近，以場撐方式施作下拱體、橋墩上方之直

柱、直桿，於下拱體上方架設支撐施作上方箱

型梁，施拉斜拉鋼腱預力，如此完成第一階段

之拱橋橋體。其後每階段以拱體支撐主梁先施

作下拱體，施拉斜拉鋼腱預力，再於拱體上方

施築混凝土直桿，架設支撐於下拱體，再施築

上方箱型梁，以此順序逐節完成拱橋施工段，

如圖15所示。

圖15 拱橋施工段施工順序

　　拱體與上方箱型梁閉合後，移除拱體模板

系統，並架設懸臂工作車，以一般場鑄懸臂施

工法施作中央跨徑及邊跨，逐節施工至全橋閉

合完成，如圖16所示。全橋之設計除於邊跨橋

墩及主橋墩附近架設臨時支撐架外，均以懸臂

方式施工，斜拉鋼腱預力亦配合施工階段分段

施拉。

橋軸向第1振態，周期0.443秒

橋垂直向第1振態，周期0.717秒

橋橫向第1振態，周期0.811秒橋橫向第1振態，周期0.811秒

圖13 三軸振態周期

圖14 新豐溪橋施工工法

圖15 拱橋施工段施工順序(續)

懸臂施工段施工順序：

圖16 懸臂工法施工段施工順序

圖17 新豐溪橋施工照片

1. 拱圈段第二節塊上弦梁施工 2. 拱圈段第三節塊下弦拱施工

7. 拱圈段第四節塊上弦梁施工 8. 拱圈段第五節塊上弦梁施工

11. 懸臂段施工 12. 橋梁閉合作業10. 拱圈段閉合，工作車改裝9. 拱圈段第五節塊上弦梁施工

4. 拱圈段第三節塊下弦拱施工

6. 拱圈段第四節塊下弦拱施工

3. 拱圈段第三節塊下弦拱施工

5. 拱圈段第三節塊上弦梁施工

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七、施工概況

　　本工程於民國94年1月開工，97年1月完

工，其中上部結構部分工期約24個月。因位處

紅毛港遊憩區，跨越紅樹林保護區，採用國內

首創之拱橋懸臂施工法，於紅樹林區不架設地

面支撐，故施工格外困難。橋梁施工之拱度控

制十分精良，施工中將監測資料回饋，以修正

下一節塊之拱度，最後精準完成全橋之閉合，

施工中照片詳圖17，本橋之設計及施工雖然

難度極高，但本於對生態環境之關心與保護，

所有努力都是應該且值得的，完工後照片詳圖

18。

肆、台灣混凝土拱橋節塊施工法介紹

　　一般混凝土拱橋之施工，如橋址位置地勢

平坦、地面可提供良好支撐、且所需支撐高度

不高時，採用現場支撐架施工即可，惟拱橋量

體甚大，且多位於跨越溪谷、河川之地形，現

場支撐之困難度增加且不經濟，此時為克服地

形之障礙，改採節塊施工實屬必要，以下將介

紹台灣常用於混凝土拱橋之節塊施工法。

一、鋼骨架設法(合成拱預架工法)

　　此工法以鋼索運送鋼骨桁架，先行架設拱

型鋼骨，而後沿鋼拱立模後澆置混凝土而完成

混凝土拱肋，接著於已完成之拱肋上繼續完成

直桿及主梁（見圖19、20 鋼骨架設法），其中

主梁除與直桿同時場鑄施工外，亦可於直桿完

成後，採支撐先進工法或節塊推進工法施築主

梁。前述陽明山馬槽橋、北二高瑪陵坑橋即屬

鋼骨架設法。

圖19 鋼骨架設法施工示意圖

圖20 鋼骨架設法施工實景

二、完全懸臂施工法

　　此工法施工時除臨墩柱之拱圈利用橋墩基

礎採就地支撐外，其餘拱體及直柱則以節塊施

工方式，以大型懸臂工作車懸吊模板系統逐拱

圈平衡施工，主拱完成後，中央閉合段及側跨

之主箱梁之施工，可將懸吊模板系統換裝一般

懸臂工作箱型梁所用模板系統，以加速施工進

度（見圖21、22完全懸臂工法施工）。西濱新

豐溪預力拱橋之施工即屬完全懸臂施工法。

伍、結語

　　自60年代台灣推動十大建設開始興建高

速公路以來，台灣地區之橋梁工程建設快速的

成長、技術不斷的發展、新工法不斷的引進，

建橋技術也因此突飛猛進。但由於台灣資源有

限，人口密集，又面臨嚴苛的腐蝕環境，以及

颱風、豪雨、地震等難以預測的破壞力，橋梁

所面臨的挑戰甚於其他地區。且因地理環境與

地形條件的限制，台灣未必能建造世界級之大

跨度橋梁，然展望未來台灣橋梁的技術發展，

仍將以研發新材料、精進施工法與建立更精確

的分析設計方法為主要趨勢，但為因應時代的

潮流，強化橋梁的防災能力，融入人文鄉土的

關懷，以及尊重生態環境，更是應該加以重視

的課題，如此才能使橋梁建設朝向永續發展的

目標。

參考文獻

1. 張荻薇，"新世紀台灣橋梁的技術發展與願景"，21世紀橋梁技術發展論壇，中國杭州浙江大學，2002年9月。

2. 張荻薇、鄭明源、劉珊，" PC加肋拱橋之分析與設計"，中華民國第九屆結構工程研討會，2008年7月。

3. A.M. Neville, W. D. Dilger and J. J. Brooks, Creep of plain and structural concrete(1969)。

4. STRUCTURAL EFFECTS OF TIME-DEPENDENT BEHAVIOUR OF CONCRETE, Published by Georgi Publishing Company, 1813 Saint-Saphorin, Switzerland(1972)。

5. 「公路橋梁耐震設計規範」，幼獅文化事業公司印行，台北市 (1995、2000)。

6. Mario Paz,Structural Dynamics Theory and Computation(1985)。

7.「道路橋示方書‧同解說，Ⅴ耐震設計篇」，社團法人日本道路協會(1996)。

圖18 新豐溪橋完工照片

圖24 部分懸臂工法施工實景

三、部分懸臂施工法

　　此工法先行採就地支撐方式將主拱及其上

梁完成施工，而中央閉合段及側跨之主箱梁則

採懸臂工法逐節施工（見圖23、24部分懸臂工

法施工）。前述之北二高碧潭橋、鐵路鯉魚潭

橋、及北宜高速公路冬山河橋之施工即屬部分

懸臂施工法。

圖21 完全懸臂工法施工示意圖

圖22 完全懸臂工法施工實景

圖23 部分懸臂工法施工示意圖

步驟1：鋼骨架設

步驟2：以鋼骨作為支撐完成混凝土拱體

步驟3：以混凝土拱體作為支撐完成上箱室

步驟3：懸臂施工完成邊跨及閉合跨並拆除臨時支撐

步驟2：架設臨時穩定支撐及懸臂施工工作車

步驟1：施作場撐段主拱體及箱梁