美國70號高速公路技術介紹(簡體字版)

1、公路工程技術與環(huán)境景觀之融合美國科羅拉多州環(huán)境敏感公路I-70 Glenwood Canyon 之經(jīng)驗與省思 美國科羅拉多州I-70 Glenwood Canyon段穿越峽谷，環(huán)境敏感、風光秀麗，加上怒濤洶涌的科羅拉多河貫穿其中，是美國高速公路系統(tǒng)中最后完成的一段，也是全美聞名的景觀道路。 I-70 Glenwood Canyon段采取了多項與環(huán)境、生態(tài)與景觀相融合的新技術，包括：雙階棧橋、加勁擋土墻、雙T型擋土墻、預力懸臂式橋面版、預鑄節(jié)塊橋梁、隱藏式地錨錨頭、落石防護系統(tǒng)、自然相結合的休息區(qū)、智能型隧道系統(tǒng)、假隧道、生態(tài)廊道與環(huán)境兼容的巖面染色等，對環(huán)境、景觀與生態(tài)之幫助頗大，值得吾人借鏡

2、。 二、I-70 Glenwood Canyon特殊工法簡介 科羅拉多的Glenwood Spring 位于丹佛之西部約160英哩處，是羅斯福前總統(tǒng)的夏宮，以溫泉、峽谷與滑雪勝地聞名。該峽谷長約為二十公里，雄偉與秀麗兼?zhèn)?，峽谷與河流共存，稱之為Glenwood Canyon(葛蘭姆峽谷)。 丹佛與Glenwood Canyon間的70號州際公路(I-70)因穿越落基山脈而成為地形陡峭、施工困難且環(huán)境敏感的公路。沿途經(jīng)世界級的滑雪勝地，加上怒濤洶涌的科羅拉多河貫穿其中，是全美聞名的景觀道路。 科州I-70 Glenwood Canyon段是美國高速公路系統(tǒng)最后完成的一段，于1992年完工，途經(jīng)懸

3、崖、峭壁、峽谷，風光綺麗，與中橫及蘇花公路相類似。在1970年代規(guī)劃之初，亦曾遭部份環(huán)保人士與沿線居民之質(zhì)疑與反對。由于Glenwood Canyon為兼具雄壯與秀麗的峽谷，為免草率規(guī)劃、設計可能對環(huán)境、生態(tài)與景觀造成不可彌補的損傷，故短短二十余公里的高速公路規(guī)劃、設計，就花費長達十余年的時間，且施工期間與細部設計部份重迭，亦長達十年之久。為配合規(guī)劃設計，進行多項與地工相關的研究計劃，期間更數(shù)度透過研發(fā)與實驗之結果，變更設計，精雕細琢反復研究討論，務必做到精益求精、天人合一的境界，其審慎態(tài)度可見一斑。I-70 Glenwood Canyon是美國景觀式高速道路興建之楷模，并榮獲1993年全美土

4、木工程成就獎。以下是該公路的一些特色。 1.以高架橋與半橋半墻(棧橋)通過環(huán)境敏感地區(qū) 由于狹谷地區(qū)空間有限，為避免開挖造成環(huán)境破壞及落石問題，多以高架橋及雙階棧橋(Terrace Viaduct)方式通過(圖一)。采取雙階棧橋可以減少開挖量，并增加線型的優(yōu)美。 棧橋部份以預鑄、預力式雙T型擋土墻(Twin-T Panel Walls)為主(圖二)，以取其施工快速、面版統(tǒng)一而美觀之優(yōu)點。在棧橋之上則為懸臂式預力混凝土鋪面，懸臂之寬度為2公尺(圖一)。懸臂不僅可節(jié)省空間，亦因日射之陰影(南向)而造成擋土墻較低之錯覺，可減少駕車者之壓迫感。 此外，所有的橋墩和擋土墻皆漆上與其峽谷巖石背景(多為黃褐

5、式砂、頁巖互層)相仿的顏色，以降低結構物對周遭環(huán)境的沖擊。 I-70 Glenwood Canyon因雨量稀少、植被不易，為避免高架橋之興建破壞生態(tài)，乃廣用懸臂式平衡預鑄節(jié)塊工法(照片1)，如此可避免眾多的假設工程破壞植物之生長。 2.生態(tài)與環(huán)境的保護措施 為避免橋墩施工破壞周遭環(huán)境，在規(guī)劃時特就預定路線詳細調(diào)查其植被，在設計時盡量避免將橋墩之位置座落于樹叢中。此外，懸臂式橋臺較傳統(tǒng)式垂直面墻所造成的擾動要少很多，亦可減低施工范圍對植物的損害程度(圖一)。尤有甚者，業(yè)主并將每一顆樹加以登記并予以標價，如包商因施工不當而損壞時，將依價碼賠償。例如：一顆木棉樹的價碼為美金22,000元。 雖然全線

6、盡量避免開挖，但隧道口與部份落石區(qū)之開炸仍難避免。此時，爆炸雷管之位置均經(jīng)仔細規(guī)劃，以避免造成巖壁凹凸不平。開挖或劈裂后之巖壁亦經(jīng)染色，與背景之風化砂巖顏色相彷期與周遭環(huán)境相吻合。 為免公路之興筑阻隔了本路段動物的行經(jīng)路線，并在適當?shù)攸c設置動物(如牛、鹿、羊)專用涵洞。此外，施工結束的地段，要求承商立即植生，并移種315萬顆樹苗及設置噴灑系統(tǒng)，按時灑水以利植生。由于濕地對于動植物之生態(tài)幫助甚大，復原工作尚包括新增數(shù)個濕地，以利野生動植物之棲息。 3.擋土結構 本路段之擋土系統(tǒng)可分填方與挖方兩大類；在填方部份，多采用下列二種擋土結構： (1)雙T型預鑄、預力擋土墻(見圖二)：此種預力墻類似扶臂式

7、RC墻，唯以預力鋼鍵穿過扶臂部份，連至基礎，并施以預力，使整體結構較為穩(wěn)定，而預鑄面版之施工，亦達到快速、美觀、干擾交通較少等優(yōu)點。 (2)加勁式擋土墻，科州以加勁墻來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RC擋土墻，以避免丑陋的場鑄RC面版破壞了峽谷的天然美景，并節(jié)省巨額經(jīng)費。 科州是美國最早采用加勁擋土墻的數(shù)州之一。曾在七年代，興建I-70穿越Vail Pass 時，采用了造型優(yōu)美的拱形面板式加勁擋土墻(照片2）?？浦莨肪衷缭?980年在Glenwood Canyon進行大規(guī)模的地工合成物加勁擋土墻現(xiàn)場試驗，經(jīng)證明可行，即大量推行于該州及其它各州的公路建設中。在Glenwood Canyon采用過的加勁系統(tǒng)，包括

8、Geogrid、Geofabric、VSL及Reinforced Earth等不同系統(tǒng)，成效均佳。 在I-70 Glenwood Canyon加勁擋土墻之面版方面，則以預鑄式直條紋混凝土面版為主，線條簡單，適合于高速通過時之視覺焦點。此外，在次要公路邊坡則采用經(jīng)過處理后的原木面版，配合不織布或織布，成效卓著。 在挖方方面，以階梯式自上而下的地錨工法(與巴西地錨工法相似)較為常見。一般本省地錨之設計，錨頭突出墻面，且常因施力不足而加錨，又面墻多以噴凝土處理加上錨頭零散的座落于墻面上，導致視覺污染而影響環(huán)境景觀的美感(照片3)。Glenwood Canyon采用的地錨，乃經(jīng)特殊設計，將錨頭隱藏于預

9、鑄面版中(照片4)，且在階梯段中廣植白樺，與擋土墻之背景植被相符。每際秋天，形成一片金黃色燦爛的秋景(照片5)，停車坐愛楓林晚，霜葉紅于二月花的美景再現(xiàn)，其不但能與自然融合，并可軟化墻面，又可降低墻高的感覺，實為一值得引進之方法。 4.落石防治 在落石的防治方面，科州公路局曾發(fā)展一套科羅拉多落石預測程序(Colorado Rockfall Simulation Program)及落石潛在災害評估系統(tǒng)，就Glenwood Canyon沿線潛在落石區(qū)進行調(diào)查與災害評估。此外，并曾進行大規(guī)模的落石試驗，以驗證落石的落點、路線、速度、能量仿真之正確性與防治工法之有效性。 5.休息區(qū)之設置 休息區(qū)之設計

10、，則盡量利用地形地物，上下起伏之處設置各項休閑措施于其中，并與科羅拉多河的泛舟設備相連接，以方便泛舟的游客。廁所則采公園化、地下化(照片6)，若非刻意尋找，還不容易發(fā)現(xiàn)廁所之所在。又I-70休息區(qū)之配置，盡可能與天際線相符(照片7)，以免破壞景觀。 此外，為尊重自行車族之權益，并自休息區(qū)起，沿高速公路之高架橋下，設置腳踏車道，直達滑雪區(qū)Vail，以增進人與大自然更直接的接觸。(照片8) 6.智能型隧道與隧道洞口處理 I-70 Glenwood Canyon段有數(shù)座隧道，其中一座洞口恰座落于科羅拉多河中，故另以橋梁相結合。科羅拉多河的月光輝映著隧道洞口的圓形，構成一幅藝術圖案，夜景迷人。 新建隧

11、道在管理方面，采用各種先進之感應及信息系統(tǒng)，并用大型實時調(diào)制解調(diào)器(Real Time Processing Computer)來配合，以使隧道每一路段之各種交通及物理狀況，均能從管制中心之計算機終端機上一覽無遺，再利用事先設好之計算機程序，就各種不符合標準范圍之狀況，指示必要的改善處理，并做實時追蹤，以確信其改善之效果。 萬一隧道內(nèi)發(fā)生車禍，或不幸造成火災，緊急之應變措施對人、車及隧道之安全極為重要。若隧道內(nèi)照明系統(tǒng)因車禍而被破壞，乘客在火光熊熊、又四處漆黑之隧道內(nèi)，逃生不易時，是否能夠提供一套健全的緊急應變統(tǒng)以為因應？科州新進的智能型隧道管理系統(tǒng)有應付這種緊急且惡劣情況的能力。此外，隧道內(nèi)

12、之排水、通信、緊急通信、救傷、照明、一氧化碳及二氧化碳濃度、緊急逃離措施及標志、緊急電源、交通等各種設施，均納入隧道之管理系統(tǒng)，以期在計算機自動化處置下，保障人車及隧道之安全。Glenwood Canyon的隧道口，多采平面進洞，即將洞口表土清除后，即進行進洞作業(yè)。如洞口邊坡有滑動之虞，則延長洞口，形成現(xiàn)代感十足的假隧道(照片9)。洞口之邊坡設計，以自然斜坡為主，不采臺灣最為常見的地錨，以免破壞景觀。三、省思 傳統(tǒng)的土木工程教育一般均以安全系數(shù)符合要求為設計的準則，而對于安全系數(shù)外的環(huán)境、景觀與生態(tài)等問題則較為忽略。在學校里我們看重的是力學，而欠缺美學的訓練。若非在美國科羅拉多州公路局九年實際

13、參與I-70的計劃，相信筆者的工程素養(yǎng)仍停留在鋼筋混凝土擋土墻的迷思中。在1997年的春天，筆者與中華大學吳淵洵教授考察歐洲山區(qū)工程，除贊嘆其邊坡工程與環(huán)境融為一體的景色外，更為其政府民間同心協(xié)力致力于景觀環(huán)保的努力感佩不已。臺灣經(jīng)濟的成長已使國民轉而對自然景觀與環(huán)境生態(tài)的重視，因此，土木及大地工程師在進行工程設計時，除安全與經(jīng)濟上的考慮外，應再對美學與生態(tài)上略下功夫。國內(nèi)大學土木系所亦應考慮開設土木工程美學與生態(tài)工程等課程，或與景觀、建筑系合作，鼓勵土木系學生選修相關課程。部份國內(nèi)外之地工新技術具有專利，以國內(nèi)公共工程而言，在相關法令的限制下，新工法的專利可能成為發(fā)包與推廣的阻力。此一法令問

14、題亟待有關單位予以重視，以免造成優(yōu)良技術或產(chǎn)品反而無法使用的遺珠之憾。建議交通部或公共工程委員會對專利產(chǎn)品的處理進行研究，并落實至立法，以確保新技術之引進不至造成困擾。 對于新開發(fā)的技術，如何引進國內(nèi)，亦需國內(nèi)工程單位集思廣益。筆者曾對加勁擋土結構之招標與發(fā)包策略進行研究，建議建立加勁擋土墻結構之預審制度，不但能確保加勁擋土墻結構之質(zhì)量，更能加速招標與發(fā)包之流程。此外，亦建議透過價值工程方式，容許在原設計之外，由施工廠商提出替代方案，只需在相同或更佳的條件下，主辦單位應盡量鼓勵新工法、新技術的提出。審計單位、政風單位亦應以平常心視之，了解工程技術之推陳出新是提升國家競爭力的主要原動力，而不要以

15、懷疑的眼光看待工程師。 較諸國內(nèi)電子信息業(yè)的飛速進展、日新月異，為國家爭取數(shù)以億計的外匯，國內(nèi)土木工程新技術之引進與研發(fā)相對而言甚為緩慢，彷佛蝸牛學步。員工高達數(shù)千人的營建業(yè)和工程顧問公司，卻甚少參與國際舞臺與他國競技，此與電子業(yè)的輝煌成績相較，我輩土木工程師能不汗顏？其實土木工程師并非不長進，研發(fā)或引進新科技之最大障礙恐怕是法令規(guī)章之不足、承辦人員的保守心態(tài)和審計、政風單位的不當干預。嘗聞審計單位對于價值工程之心態(tài)是：既有更佳設計，何以原設計單位未能洞燭機先，顯有失職之處。殊不知新技術之發(fā)展日新月異，在國內(nèi)設計單位之作業(yè)時間與經(jīng)費均被壓縮之情況下，很可能無暇他顧，且亦可能信息不足，故只得抱殘守闕，習用舊章。因此國內(nèi)工程設計多了無新意，不重環(huán)保與景觀，更遑論生態(tài)保育。偶有佳作，反而需擔心專利、綁標、規(guī)范等帶來的困擾。故整個創(chuàng)新的大環(huán)境亟待制度面的通盤檢討。四、結論 1.利用地工新技術，可以對環(huán)境、景觀、與生態(tài)破壞減至最低。美國科羅拉多州I-70 Glenwood Can