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1、公路工程技术与环境景观之融合美国科罗拉多州环境敏感公路I-70 Glenwood Canyon 之经验与省思 美国科罗拉多州I-70 Glenwood Canyon段穿越峡谷,环境敏感、风光秀丽,加上怒涛汹涌的科罗拉多河贯穿其中,是美国高速公路系统中最后完成的一段,也是全美闻名的景观道路。 I-70 Glenwood Canyon段采取了多项与环境、生态与景观相融合的新技术,包括:双阶栈桥、加劲挡土墙、双T型挡土墙、预力悬臂式桥面版、预铸节块桥梁、隐藏式地锚锚头、落石防护系统、自然相结合的休息区、智能型隧道系统、假隧道、生态廊道与环境兼容的岩面染色等,对环境、景观与生态之帮助颇大,值得吾人借镜
2、。 二、I-70 Glenwood Canyon特殊工法简介 科罗拉多的Glenwood Spring 位于丹佛之西部约160英哩处,是罗斯福前总统的夏宫,以温泉、峡谷与滑雪胜地闻名。该峡谷长约为二十公里,雄伟与秀丽兼备,峡谷与河流共存,称之为Glenwood Canyon(葛兰姆峡谷)。 丹佛与Glenwood Canyon间的70号州际公路(I-70)因穿越落基山脉而成为地形陡峭、施工困难且环境敏感的公路。沿途经世界级的滑雪胜地,加上怒涛汹涌的科罗拉多河贯穿其中,是全美闻名的景观道路。 科州I-70 Glenwood Canyon段是美国高速公路系统最后完成的一段,于1992年完工,途经悬
3、崖、峭壁、峡谷,风光绮丽,与中横及苏花公路相类似。在1970年代规划之初,亦曾遭部份环保人士与沿线居民之质疑与反对。由于Glenwood Canyon为兼具雄壮与秀丽的峡谷,为免草率规划、设计可能对环境、生态与景观造成不可弥补的损伤,故短短二十余公里的高速公路规划、设计,就花费长达十余年的时间,且施工期间与细部设计部份重迭,亦长达十年之久。为配合规划设计,进行多项与地工相关的研究计划,期间更数度透过研发与实验之结果,变更设计,精雕细琢反复研究讨论,务必做到精益求精、天人合一的境界,其审慎态度可见一斑。I-70 Glenwood Canyon是美国景观式高速道路兴建之楷模,并荣获1993年全美土
4、木工程成就奖。以下是该公路的一些特色。 1.以高架桥与半桥半墙(栈桥)通过环境敏感地区 由于狭谷地区空间有限,为避免开挖造成环境破坏及落石问题,多以高架桥及双阶栈桥(Terrace Viaduct)方式通过(图一)。采取双阶栈桥可以减少开挖量,并增加线型的优美。 栈桥部份以预铸、预力式双T型挡土墙(Twin-T Panel Walls)为主(图二),以取其施工快速、面版统一而美观之优点。在栈桥之上则为悬臂式预力混凝土铺面,悬臂之宽度为2公尺(图一)。悬臂不仅可节省空间,亦因日射之阴影(南向)而造成挡土墙较低之错觉,可减少驾车者之压迫感。 此外,所有的桥墩和挡土墙皆漆上与其峡谷岩石背景(多为黄褐
5、式砂、页岩互层)相仿的颜色,以降低结构物对周遭环境的冲击。 I-70 Glenwood Canyon因雨量稀少、植被不易,为避免高架桥之兴建破坏生态,乃广用悬臂式平衡预铸节块工法(照片1),如此可避免众多的假设工程破坏植物之生长。 2.生态与环境的保护措施 为避免桥墩施工破坏周遭环境,在规划时特就预定路线详细调查其植被,在设计时尽量避免将桥墩之位置座落于树丛中。此外,悬臂式桥台较传统式垂直面墙所造成的扰动要少很多,亦可减低施工范围对植物的损害程度(图一)。尤有甚者,业主并将每一颗树加以登记并予以标价,如包商因施工不当而损坏时,将依价码赔偿。例如:一颗木棉树的价码为美金22,000元。 虽然全线
6、尽量避免开挖,但隧道口与部份落石区之开炸仍难避免。此时,爆炸雷管之位置均经仔细规划,以避免造成岩壁凹凸不平。开挖或劈裂后之岩壁亦经染色,与背景之风化砂岩颜色相彷期与周遭环境相吻合。 为免公路之兴筑阻隔了本路段动物的行经路线,并在适当地点设置动物(如牛、鹿、羊)专用涵洞。此外,施工结束的地段,要求承商立即植生,并移种315万颗树苗及设置喷洒系统,按时洒水以利植生。由于湿地对于动植物之生态帮助甚大,复原工作尚包括新增数个湿地,以利野生动植物之栖息。 3.挡土结构 本路段之挡土系统可分填方与挖方两大类;在填方部份,多采用下列二种挡土结构: (1)双T型预铸、预力挡土墙(见图二):此种预力墙类似扶臂式
7、RC墙,唯以预力钢键穿过扶臂部份,连至基础,并施以预力,使整体结构较为稳定,而预铸面版之施工,亦达到快速、美观、干扰交通较少等优点。 (2)加劲式挡土墙,科州以加劲墙来代替传统的RC挡土墙,以避免丑陋的场铸RC面版破坏了峡谷的天然美景,并节省巨额经费。 科州是美国最早采用加劲挡土墙的数州之一。曾在七年代,兴建I-70穿越Vail Pass 时,采用了造型优美的拱形面板式加劲挡土墙(照片2)。科州公路局曾早在1980年在Glenwood Canyon进行大规模的地工合成物加劲挡土墙现场试验,经证明可行,即大量推行于该州及其它各州的公路建设中。在Glenwood Canyon采用过的加劲系统,包括
8、Geogrid、Geofabric、VSL及Reinforced Earth等不同系统,成效均佳。 在I-70 Glenwood Canyon加劲挡土墙之面版方面,则以预铸式直条纹混凝土面版为主,线条简单,适合于高速通过时之视觉焦点。此外,在次要公路边坡则采用经过处理后的原木面版,配合不织布或织布,成效卓著。 在挖方方面,以阶梯式自上而下的地锚工法(与巴西地锚工法相似)较为常见。一般本省地锚之设计,锚头突出墙面,且常因施力不足而加锚,又面墙多以喷凝土处理加上锚头零散的座落于墙面上,导致视觉污染而影响环境景观的美感(照片3)。Glenwood Canyon采用的地锚,乃经特殊设计,将锚头隐藏于预
9、铸面版中(照片4),且在阶梯段中广植白桦,与挡土墙之背景植被相符。每际秋天,形成一片金黄色灿烂的秋景(照片5),停车坐爱枫林晚,霜叶红于二月花的美景再现,其不但能与自然融合,并可软化墙面,又可降低墙高的感觉,实为一值得引进之方法。 4.落石防治 在落石的防治方面,科州公路局曾发展一套科罗拉多落石预测程序(Colorado Rockfall Simulation Program)及落石潜在灾害评估系统,就Glenwood Canyon沿线潜在落石区进行调查与灾害评估。此外,并曾进行大规模的落石试验,以验证落石的落点、路线、速度、能量仿真之正确性与防治工法之有效性。 5.休息区之设置 休息区之设计
10、,则尽量利用地形地物,上下起伏之处设置各项休闲措施于其中,并与科罗拉多河的泛舟设备相连接,以方便泛舟的游客。厕所则采公园化、地下化(照片6),若非刻意寻找,还不容易发现厕所之所在。又I-70休息区之配置,尽可能与天际线相符(照片7),以免破坏景观。 此外,为尊重自行车族之权益,并自休息区起,沿高速公路之高架桥下,设置脚踏车道,直达滑雪区Vail,以增进人与大自然更直接的接触。(照片8) 6.智能型隧道与隧道洞口处理 I-70 Glenwood Canyon段有数座隧道,其中一座洞口恰座落于科罗拉多河中,故另以桥梁相结合。科罗拉多河的月光辉映着隧道洞口的圆形,构成一幅艺术图案,夜景迷人。 新建隧
11、道在管理方面,采用各种先进之感应及信息系统,并用大型实时调制解调器(Real Time Processing Computer)来配合,以使隧道每一路段之各种交通及物理状况,均能从管制中心之计算机终端机上一览无遗,再利用事先设好之计算机程序,就各种不符合标准范围之状况,指示必要的改善处理,并做实时追踪,以确信其改善之效果。 万一隧道内发生车祸,或不幸造成火灾,紧急之应变措施对人、车及隧道之安全极为重要。若隧道内照明系统因车祸而被破坏,乘客在火光熊熊、又四处漆黑之隧道内,逃生不易时,是否能够提供一套健全的紧急应变统以为因应?科州新进的智能型隧道管理系统有应付这种紧急且恶劣情况的能力。此外,隧道内
12、之排水、通信、紧急通信、救伤、照明、一氧化碳及二氧化碳浓度、紧急逃离措施及标志、紧急电源、交通等各种设施,均纳入隧道之管理系统,以期在计算机自动化处置下,保障人车及隧道之安全。Glenwood Canyon的隧道口,多采平面进洞,即将洞口表土清除后,即进行进洞作业。如洞口边坡有滑动之虞,则延长洞口,形成现代感十足的假隧道(照片9)。洞口之边坡设计,以自然斜坡为主,不采台湾最为常见的地锚,以免破坏景观。三、省思 传统的土木工程教育一般均以安全系数符合要求为设计的准则,而对于安全系数外的环境、景观与生态等问题则较为忽略。在学校里我们看重的是力学,而欠缺美学的训练。若非在美国科罗拉多州公路局九年实际
13、参与I-70的计划,相信笔者的工程素养仍停留在钢筋混凝土挡土墙的迷思中。在1997年的春天,笔者与中华大学吴渊洵教授考察欧洲山区工程,除赞叹其边坡工程与环境融为一体的景色外,更为其政府民间同心协力致力于景观环保的努力感佩不已。台湾经济的成长已使国民转而对自然景观与环境生态的重视,因此,土木及大地工程师在进行工程设计时,除安全与经济上的考虑外,应再对美学与生态上略下功夫。国内大学土木系所亦应考虑开设土木工程美学与生态工程等课程,或与景观、建筑系合作,鼓励土木系学生选修相关课程。部份国内外之地工新技术具有专利,以国内公共工程而言,在相关法令的限制下,新工法的专利可能成为发包与推广的阻力。此一法令问
14、题亟待有关单位予以重视,以免造成优良技术或产品反而无法使用的遗珠之憾。建议交通部或公共工程委员会对专利产品的处理进行研究,并落实至立法,以确保新技术之引进不至造成困扰。 对于新开发的技术,如何引进国内,亦需国内工程单位集思广益。笔者曾对加劲挡土结构之招标与发包策略进行研究,建议建立加劲挡土墙结构之预审制度,不但能确保加劲挡土墙结构之质量,更能加速招标与发包之流程。此外,亦建议透过价值工程方式,容许在原设计之外,由施工厂商提出替代方案,只需在相同或更佳的条件下,主办单位应尽量鼓励新工法、新技术的提出。审计单位、政风单位亦应以平常心视之,了解工程技术之推陈出新是提升国家竞争力的主要原动力,而不要以
15、怀疑的眼光看待工程师。 较诸国内电子信息业的飞速进展、日新月异,为国家争取数以亿计的外汇,国内土木工程新技术之引进与研发相对而言甚为缓慢,彷佛蜗牛学步。员工高达数千人的营建业和工程顾问公司,却甚少参与国际舞台与他国竞技,此与电子业的辉煌成绩相较,我辈土木工程师能不汗颜?其实土木工程师并非不长进,研发或引进新科技之最大障碍恐怕是法令规章之不足、承办人员的保守心态和审计、政风单位的不当干预。尝闻审计单位对于价值工程之心态是:既有更佳设计,何以原设计单位未能洞烛机先,显有失职之处。殊不知新技术之发展日新月异,在国内设计单位之作业时间与经费均被压缩之情况下,很可能无暇他顾,且亦可能信息不足,故只得抱残
16、守阙,习用旧章。因此国内工程设计多了无新意,不重环保与景观,更遑论生态保育。偶有佳作,反而需担心专利、绑标、规范等带来的困扰。故整个创新的大环境亟待制度面的通盘检讨。四、结论 1.利用地工新技术,可以对环境、景观、与生态破坏减至最低。美国科罗拉多州I-70 Glenwood Canyon采用了下列的工法:(1)双阶栈桥(2)加劲挡土墙(3)双T型挡土墙(4)预力悬臂式桥面板(5)预铸节块桥梁工法(6)隐藏式地锚锚头(7)落石防治工法及落石预测模式(8)与自然相结合的休息区(9)智能型隧道(10)假隧道(11)生态廊道(12)与环境兼容的岩面染色等等,对环境、景观及生态之帮助颇大,值得吾人借镜。2.吾辈工程师应认同一个观念,即工程本身不是目的,只是手段,其目的在改善社会环境和生活水平,故工程的设计应有景观保护和环境永续发展的观念,否则我们只是工程匠,而非工程师。