專利介紹-預鑄塊石、塊石模組及固床結構
專利介紹
| 名稱 | 預鑄塊石、塊石模組及固床結構 |
|---|---|
| 證書號數 | M609755 |
| 公告日 | 中華民國110(2021)年04月01日 |
| 新型創作人 | 簡以達、陳鍵鑫 |
| 申請人 | 行政院農業委員會水土保持局 |
摘要
一種固床結構包含二個塊石模組以及一基石，
塊石模組包含預鑄塊石以及預鑄結合塊石，
預鑄塊石之圓凸部能容置於另一預鑄塊石之第一圓凹弧部中，
且預鑄塊石之圓凸部能沿另一預鑄塊石之第一圓凹弧部的內弧面移動而與另一預鑄塊石產生相對位移，
預鑄塊石之圓凸部能容置於預鑄結合塊石之第二圓凹弧部中，
預鑄塊石之圓凸部能沿預鑄結合塊石之第二圓凹弧部的內弧面移動而與預鑄結合塊石產生相對位移，
基石之二第一抵接面能分別與各預鑄結合塊石之第二抵接面接抵，當基石與各預鑄結合塊石接抵時，
二塊石模組以及基石係呈一特定形狀排列。
[第一圖] 本創作第一較佳實施例之固床結構的示意圖
[第二圖] 預鑄塊石的俯視示意圖
[第三圖] 預鑄塊石與另一預鑄塊石結合的示意圖
[第四圖] 預鑄結合塊石的俯視示意圖
[第五圖] 預鑄塊石與預鑄結合塊石結合的示意圖
[第六圖] 預鑄塊石與另一預鑄塊石、預鑄結合塊石與另一預鑄結合塊石及基石與另一預基石相互堆疊的示意圖
[第七圖] 預鑄塊石的側視示意圖
[第八圖] 預鑄結合塊石的側視示意圖
[第九圖] 本創作第二較佳實施例之塊石模組的示意圖
一、創新研發預鑄固床工之原型
原創構思原則
簡單
預鑄構件形式需簡單流暢，使澆置時易脫模。
通用
預鑄構件需通用水土保持常見構造物，如固床工、護岸。
安全
預鑄構件承受各種外力需保持結構體完整。
經濟
以較低成本完成所需要之工程。
生態
減緩環境衝擊。
預鑄構件組合成拱型結構，可產生較穩定型式
拱型將外力轉換為軸向力，為抗壓性佳材料(如混凝土)提供了理想的結構形式。
二、預鑄塊石創新研發
外觀
- ★ 前端有凸圓頭(公)、尾端有凹圓頭(母)
- ★ 預鑄塊石前、後互相接觸，可轉動成各式拱度的結構
- ★ B型為收邊塊，無凸圓頭(公)，但尾端有凹圓頭(母)
尺寸
- ★ 長度=100cm，寬度=80cm，高度=50cm。
- ★ 一塊重量0.688噸。
混凝土
- ★ 抗壓強度應達280kgf/cm2以上。
- ★ 採用鐵模組立。
鋼筋
- ★ 竹節鋼筋(D13)，鋼筋降伏強度2800kgf/cm2。
- ★ 公、母頭兩側加設鋼筋避免剪力破壞。
- ★ A型含4種鋼筋料綁紮、B型含3種鋼筋料綁紮。
定位空心孔
- ★ 上下層堆疊時，可用於定位。
- ★ 上下層堆疊後，可視設計需求插入鋼筋，固定上下層。
弦長L與曲率半徑R之關係
- ★ L/R ≧ 1.4 (使拱型結構具有一定的拱度以有效傳遞應力)
- ★ 預鑄塊石前、後互相接觸，可轉動成各式拱度的結構
- ★ B型為收邊塊，無凸圓頭(公)，但尾端有凹圓頭(母)
堆疊高度
- ★ 預鑄塊石高度50公分，上下層堆疊、對齊排列
- ★ 常見之固床工高度150公分，則堆疊3層。
力石
- ★ 位於拱型結構頂點。
- ★ 外觀為梯型，上下邊寬依據現場河寬彈性調整(場鑄構件)。
- ★ 梯型兩斜邊與預鑄塊石緊密接觸，以有效傳遞應力。
護岸位置的施工方式
- ★ 兩岸第1塊與護岸基礎模板組立線夾40度。
- ★ 定位後，再澆置護岸基礎。(即左右岸第1塊為護岸基礎的一部分)
單拱式：由A型、B型預鑄塊石、力石等排列
工程模擬示意圖
三、預鑄固床工優勢
1.組裝快速
- 預鑄塊體宛如樂高積木，在不同區塊發揮不同的創造力，組合不同型態。
2.河床流況、調節土砂機制
- 流況變化較較緩，有利於河床調砂整流。
- 拱型預鑄固床工，在汛期時(或沖刷)可調整固床工單層高度約為1~3塊高度。
3.降低施工期程、水質汙染
- 與傳統固床工比較，減少運輸、混凝土用量減碳(59%)、生態(避免水域灌漿汙染)， 降風險縮短工期(30%)及臨水施工風險，以降低勞職災發生之機率。
4.減少混凝土用量
- 水土保持工程於施工過程中常面臨環境擾動問題， 預鑄工法減低現場施工期的優勢，對生態面起到正面加分之作用。
野溪預鑄固床工規劃原則
- 水土保持工程於施工過程中常面臨環境擾動問題， 預鑄工法減低現場施工期的優勢，對生態面起到正面加分之作用。
- 因拱形預鑄固床工增加橫斷面通水面積，使水流能量平均減緩，促使河道穩定。
- 故施作位置宜選定流心擺動或沖刷河段為原則，使河道穩定。
- 溪床沖刷之溪段，或有可能被沖刷地點之下游。
- 泥砂侵蝕地區如屬主、支流合流處，宜選定在合流點之下游處。
- 以保護構造物基礎為目的者，宜選定在構造物之下游處。
- 溪岸崩塌或地滑處，宜選定在其下游處。
茄苳寮溪基本資料分析
- 給水面積：281公頃，佔總面積359.5公頃之78.16%。
- 地質：河床多為礫石組成 。
- 年降雨量：2342 mm。
- 溪床坡度：3.5%，平時流量低，豪雨時流速較快。
- 治理前模擬50年重現期距發現，工區上游河幅較小流速稍快，下游河幅較大流速變緩，下游河幅符合施做預鑄固床工。
適用條件
- 寬度：建議單拱垮距寬度15m內，若河道太寬可做雙拱、三拱等組合。
- 設計流速：建議6.0m/s以內。
窄深型(單拱)
寬淺型(2拱、3拱)
茄苳寮整治六期工程
工程：雙拱預鑄固床工，完工110/10/13。
- 位置：茄苳寮溪中下游
- 給水面積：281公頃， 佔總面積359.5公頃之78.16%
- 坡度：六級坡佔31.7%。
- 地質：更新世頭嵙山層及中新世桂竹林層組成，河床多為礫石組成。
- 年雨量：2342 mm
- 溪床坡度：3.5%。
完工後拍攝110/10/22
完工後拍攝111/5/15
南勢溪上南勢坑段野溪整治三期工程
工程：單拱預鑄固床工，完工110/10/4。
- 位置：南勢坑溪上游
- 給水面積：48公頃， 佔總面積684.2公頃之7%
- 坡度：二級坡34.8%。
- 地質：以更新世紅土臺地及更新世頭嵙山層組成，河床多為礫石、砂、粉砂及粘土粒徑組成。
- 年雨量：1,986 mm
- 溪床坡度：1.0%
完工後拍攝110/11/19
完工後拍攝111/10/17
實例影片
