橋基及橋基保護工受危害之因素

依據台灣重要河川橋梁之橋基及其保護工的災害調查及實驗分 析，國內目前常遭遇之危害因素，可大致分為:砂石開採、一般沖刷、

局部沖刷、束縮沖刷、跌水沖刷、白浪侵蝕、側向侵蝕、大尺度二次 流侵蝕、通水斷面或寬度不足、流石或流木之撞擊與磨損、位於河川 彎道處或挑水效應、軟岩之風化與沖蝕、河道匯流、橋基貫入深度相 對不足等因素（交通部，2001）。各項致災原因簡要說明如次：

1. 砂石開採：

台灣目前各項公共建設所需之砂石料數量極為龐大，在河床上 開採砂石，為主要砂石來源之一，但由於砂石濫肆開採並缺乏 管理，多數河段之河床上常存有數量不清而形狀、大小不同之 採砂坑。

由於採砂坑的深度一般比河床低 3 至 5 公尺，甚者可達 6 至 15 公尺，而採砂坑的長度與寬度一般也分別有 50 公尺至數公 里。這些人為不當採砂所造成之局部坑洞的存在，使得上游隨 洪流運動的卵礫砂石，因通過採砂坑時流速變緩，而大量沈積 於採砂坑內，此種現象，對採砂坑下游處之河床而言，因上游 大量砂石已被攔阻於坑內，砂石來源的補充相對減少，後因稍 具規模以上洪水作用，洪流通過採砂坑下游端之通水面積減 少，水深因此由大變小，產生水流加速及沖刷下游河床之效 應，繼而造成多數河段河床高程下降的情事。

這種情形若未能有效的改善，將對河道的平衡穩定與河相的改 變、河防與跨溪河構造物的安全、生態的破壞等均將造成相當 不良的後果。

就河川砂石開採之效應而言，若在橋梁上下游之主河道上進行 長期的砂石開採，則於洪流沖刷後常導致該河段之主河道河床 的逐年下降，因而形成全面沖刷的情形;若僅於橋梁下游側進 行砂石開採者，對橋址處之河床而言，則可形成向源侵蝕(head cutting)的致災機理。綜而言之，砂石開採對橋梁之影響，係為 河床的下降進而導致橋基的嚴重裸露與橋基保護工的崩毀或 受損。

2. 全面沖刷(general scour)：

係通指由於河川砂石的開採、水流之聚集或分流、河道淨寬度 的窄縮或寬化、河道中之深槽移動、底床形態之變遷、水中結 構物之不當設置造成輸砂失衡、河道截彎取直導致河床坡度的 增加、河川取水工或堰壩之設立造成輸砂來源的減少等因素作 用下，河水水流對河床沖刷所造成河段長期或短期之高程下降 的現象。

3. 部分沖刷(local scour)：

是指由於水流流經橋基、橋台、橋墩或水中結構物時，因結構 物對水流產生局部阻礙，致使水流結構形成強烈向下降水流、

馬蹄形渦流、水表面渦流、尾跡渦流，最後形成局部沖刷坑，

進而造成局部河床之沖刷侵蝕與高程下降的現象。

4. 束縮沖刷(constriction scour)：

束縮沖刷一般係指橋梁的引道與橋台延伸進入河川之洪水平 原內以致佔據部分之河寬或由於橋基(或墩)之設置形成阻水 效應，造成水流之通水斷面束縮，因而導致迴水(backwater)效 應，通過橋址處之流速增加，進而對河床所衍生之沖刷現象。

另由於目前西部各大流域多數河段之河床高程已然下降，造成

橋基的嚴重裸露，為保護橋梁之安全，各橋梁養護單位莫不於 這些橋址處或橋梁下游側興築橋基保護工。其中有些工程由於 施工範圍廣、施工期長、受限於經費申撥與發包程序、百姓抗 爭等因素的影響下，無法順利地在最易興工之枯水期間趕工，

因而常在施工期間形成保護工未合攏，又遭遇梅雨颱風所帶來 的洪水沖擊的情事。

由於已施作保護工之區域是為抵抗洪流沖刷之強勢面，而未合 攏(或缺口)段則為抵禦沖刷之弱勢面，且為宣洩大量洪流的必 經通道，此一情形近似橋梁之引道大幅延伸佔據河寬般，因而 亦具有束縮沖刷的效應存在。

整體而言，渠等可造成大尺度二次流侵蝕(erosion caused by large scalesecondary flow)、向源侵蝕、橋基裸露程度加大、未 合攏段附近已興築之保護工的傾倒沉陷或流失及新深槽的形 成等現象。

民國 85 年賀伯颱洪通過中沙大橋下游處之未合攏的柔性攔砂 堰(潛堰固床工)及民國 86 年 6 月 10 日前後一週豪雨洪水流經 中山高大甲溪橋之未能合攏的鼎塊橋基保護工時，均曾造成上 述各種現象的發生。

5. 跌水或水躍沖刷(scour caused by free overfall or hydraulic Jump)：

近年來，由於西部各大流域之多數河段的河床高程已然下降，

乃造成橋基的嚴重裸露，為保護橋基安全，各橋梁養護單位莫 不於橋址處或橋梁下游側構築橋基保護工。例如:蛇籠工、鼎 形或元鼎塊、混凝土(長)方塊、混凝土護坦、柔性或剛性攔砂 壩等工法之運用。

在目前橋址上下游之河床已刷深而橋基已裸露的情況下，管理 單位為不使橋基裸露或降低裸露的程度，遂常將橋址處所施作 之橋基保護工頂面提高至相當的程度，當橋基保護工完工後乃 形成一近似阻牆的作用，雖在上游側可發揮淤積砂石的功用，

然而，在下游側卻由於保護工最頂面與原河床面間存在相當的 落差，因而再促使水流加速沖擊河床引致跌水或水躍沖刷，形 成沖刷坑的現象。若是在橋址下游不遠處之主河道上曾經或刻 正進行大規模之砂石開採行為，由於採砂坑的效應及跌水或水 躍沖刷的聯合作用，將促使河床坡度大幅改變及橋址下游處之 大量砂石流失情形更為嚴重，進而向源侵蝕導致保護工的破壞 及橋基的再次裸露。同理，若是在橋址下游興築柔性或剛性攔 砂堰壩之後，亦因堰壩之阻牆效應，上游側發生砂石淤積，下 游側形成跌水或水躍沖刷現象。

總而言之，跌水或水躍沖刷除可能引致向源侵蝕外，尚會造成 下游河床局部刷深(形成沖刷坑)、保護工或消能工之受損沈陷 或流失、沖刷坑或深槽往下游方向延伸(尤其是在鬆軟的地層 上最為明顯)、河床質與橋基保護工或攔砂堰壩(含消能工)之填 縫料的流失等。

另外，在卵礫砂石質之河川上，若保護工最頂面與下游側原河 床面間存在著相當的落差時，部分隨洪水運移的卵礫石，會越 過橋基保護工頂面直接加速撞擊於較下游側所施作之保護工 (例如蛇籠工)。由民國 86 年溫妮颱風與安珀颱風之現場觀測 經驗得知，即使在不甚大的水流作用下，即可輕易造成蛇籠工 的嚴重磨損或破裂，進而向源侵蝕導致橋址處之橋基保護工的 破壞與橋基的再次裸露。

6. 向源侵蝕(head cutting or headward erosion)：

係專指河床受水流的侵蝕作用為由下游往上游方向發展之 謂。向源侵蝕並非大多是在水流沖刷下直接形成的結果，相反 的，它是在某些外在條件下才會伴隨著發生，例如：砂石開採 的效應；中下游河段因一般沖刷造成河床下降，亦造成河川上 游段的坡度調整及高程變化；束縮沖刷或保護工未合攏形成缺 口導致深槽向上游側發展延伸；跌水或水躍沖刷造成沖刷坑的 擴大延伸至橋址或橋基保護工施作處；側向高灘地弱勢面（未 施作保護工）的侵蝕形成水流繞道、向上（下）游側刷深河床;

河道通水斷面嚴重不足形成水流加快、沖刷潛能增加，導致向 上游側刷深河床;其他如河床上之軟岩風化沖蝕與河道匯流也 可能會造成向源侵蝕的現象。

經典案例如民國 85 之賀伯颱洪，造成嘉義八掌溪台 3 線吳鳳 橋下游側之仁義潭取水堰堰體的局部向源侵蝕破壞及新竹頭 前溪竹縣 48 線中正大橋由橋址上游連接至下游側之混凝土護 坦工的大區域向源侵蝕破壞。

7. 側向侵蝕(lateral erosion)：

是指水流朝岸側方向侵蝕的情形之謂。於前述（1）項中曾提 及：由於全面沖刷所造成之（縱向）河床刷深，亦常衍生出側

（橫）向侵蝕的情形，其最顯著之特徵為主河道深槽區變寬、

或主河道兩岸高灘地因沖蝕崩塌而流失的現象。另外大量砂石 開採所形成採砂坑效應，除了造成主河道河床高程的下降外，

亦常因採砂坑之順水流方向的坑壁於浸水或洪水沖蝕後，即行 崩塌流走，這也是側向侵蝕的一種特殊過程。

鑑於西部各大流域多數河段之河床高程已然下降，並危及橋基

或水中結構物的安全，近年來橋梁管理養護單位乃興築了各式 各樣凸出於原河床面之橋基保護工或固床工。惟可能受限於預 算規模或工程師較欠缺水利方面的認知，除了在溪河寬度不大 時有施作跨越全溪河寬度之保護工外，大多是僅在主河道（深 槽區）內興築。保護工施作後，施作區內相對已成為抵抗水流 沖刷的強勢面，然而保護工施作至主河道兩岸的高灘地時，若 未進行完善的護坡工程，由於保護工一般係凸出河床面，遂形 成了近似阻牆，改變上下游側水位的作用，而迫使水流更易逼 近已施作保護工及未施作護坡工之高灘地交界處，造成沖刷的 弱勢面，進而導致高灘地基部受洪流側向沖蝕崩塌而流失的情 形。

隨著洪流的持績沖刷，侵蝕崩塌而流失的範圍可能愈為擴大，

甚者導致大量的洪水經由崩塌流失地繞流通過，形成類似保護 工未合攏之束縮效應，除了造成所施作之保護工破壞及橋基再 次裸露外，亦進而引致上下游深槽區的遷移。由於河道的河相 已嚴重的改變，若不能洞察其中之機理，並適度採取一些因應 作為，則不但會增維修養護之工作負荷，而且仍舊無法有效達 到確保橋基安全的目的。

經典案例如：民國 85 年賀伯颱洪造成北二高大漢溪橋、台 3 線竹東大橋及內灣支線鐵路竹東大橋、台l 線高屏大橋、高縣 188 線里嶺大橋及民國 86 年 6 月 10 日前後一週豪雨洪水引致 中山高大安溪橋；民國 86 溫妮颱洪導致台 3 線竹東大橋等橋 基災害。

就橋基與橋基保護工而言，側向侵蝕的發生，除上述一般沖刷 及水流沖蝕施作保護工與未施作保護工之交界弱勢面外，其他