橋梁洪水沖刷破壞模式

2.5 橋梁洪水沖刷破壞模式

2.5.1 河川型態

以整個河川流域之觀點來看，河流型態常因有人為人工結構物而 形成河型轉化；因此，來水、來砂與河床邊界條件的改變所引起的各 種河流類型間的相互轉變過程所。例如在河流上流建水壩後，流向下 游的水砂過程會有較大的改變，因而破壞了下游河床形態與水流間以 相互適應的相對平衡，下游河床必將作出相應的調整，以適應新的來 水、來砂過程，這樣就可能導致下游河型的轉化，而有埧上游淤積、

下游沖刷之情形發生。

此外，河流因汛期流量變幅大，因漫溢至高灘上，使河寬加寬；

非汛期水流匯聚主河槽，兩岸有較高的淤積高灘地，當河床下切作用 因床面出現粗化層而受到遏制時，河床沖刷可能表現為側向侵蝕，使 兩側岸灘不斷崩塌，形成新的河心砂洲和邊灘，原洪水河床範圍內灘 槽高差減小，主槽不明顯，也不穩定，河道乃出現辮狀之特性。若原 來在非辮狀河流上，由於其他原因使水流帶來大量卵礫石顆粒時，下 游原來較穩定的河槽可能淤積抬高，使水流經常漫灘，形成辮狀河道。

此種情形常使水工結構物如橋梁、橋台、丁埧等經常受到沖刷之威脅。

2.5.2 沖淤行為

對於河道中之沖淤行為，基本上是水理與輸砂之問題，單就其彼 此之相互關係即十分複雜，但若再考慮實際在河道中所建構之水工結 構物如橋梁、堰、埧、取水工等，則在水工結構物附近之水流則更為 複雜，而沈載之運移亦隨之而變化多端。以河段考量之長度，其可考 慮為一維、二維或三維性之分析，可利於歸納分析之用。

2.5.3 橋梁橋基周圍沖刷

台灣地區河川坡陡流急、地質脆弱，加上地震頻繁及颱風豪雨造 成河川豐枯流量懸殊及河道輸砂量產生極大變化，導致河道產生強烈 沖淤變化，以及深水河槽容易變遷。在河流上修建橋梁後將使河流演 變規律發生變化，橋梁兩端常需修建引堤，引堤及橋墩惡化了水流條 件，常引起河床的沖刷，河床的沖刷又危及橋梁的安全。因此，為了 改善橋梁上、下游水流條件，穩定主流方向，調整水流結構，削弱其 沖刷能力，往往需要對橋渡附近的河道進行整治。

如任其自然演變不加治導，將使淤積段河道通洪斷面不足危及河 道防洪標準及影響橋梁行車安全；如為刷深型河段水流集中沖刷將造 成橋梁基礎深度不足，影響橋梁結構安全。舉例而言，如朴子溪月眉 潭橋上下游即屬於河道普遍淤積，以致通洪斷面不足，使得水流集中 刷深沖蝕。此段河道治理河道全斷面寛 600 公尺，低水深槽卻僅 54 公 尺寬，其中低水深槽通過橋孔僅約 20 公尺寬已有多座橋墩基礎明顯祼 露，基礎刷深約 5m。且公路單位歷年置放橋基保護工蛇籠、混凝土頂 塊亦受嚴重破壞，造成橋梁上下游低水深槽有 2-3m 高程落差。此外，

高屏溪流域高美大橋上下游河段，則屬於因鄰近河床砂石長期遭盜採 濫抽，使得採砂運移所造成溯源沖刷效應，而造成高美大橋橋墩基礎 嚴重祼露，嚴重危害橋梁安全(王仲宇，2002)。

2.5.4 橋梁基礎沖刷災害

近年來，台灣經濟突飛猛進，促使河川開發利用密集，不論是水 庫新建、山坡地開發、河川採砂石等，都直接或間接改變河川之水文、

水理特性，進而影響河流之演變趨勢，使得橋梁沖刷問題日益嚴重。

國內多位土木、水利、橋梁方面學者及專家一致表示，橋基裸露是目 前最嚴重的橋梁安全問題。而橋墩沖刷造成橋基裸露是全面性的橋梁 安全問題，不只是傳統上以為的個別橋墩局部沖刷而已。

一座橋梁斷面可能遭受之總沖刷深度係為一般沖刷（ General Scour）及局部化沖刷（Localized Scour）兩大型態所組成，如圖 2-11；

一般沖刷(全面沖刷)係指河床全面的下降，其成因主要為自然或人為因 素，使河川泥砂運移喪失平衡所致。局部化沖刷可再區分成束縮沖刷 (Contraction Scour) 與橋墩及橋台之局部沖刷 (Local Scour)。其中束縮 沖刷係指因設置橋梁造成通水斷面減小增加流速而導致之河床沖刷行 為。局部沖刷則指洪水流經橋墩或橋台周圍時，橋基周圍底床受到渦 流侵蝕所導致之橋墩或橋台周圍淘刷現象(王仲宇，2002)。

總沖刷

局部化沖刷

局部沖刷 束縮沖刷

橋台沖刷 橋墩沖刷 一般沖刷

短期性 一般沖刷

長期性 一般沖刷

河道蜿蜒變遷 河槽變寬化 河床整體漸次的

下降或升高

河床形態變遷

河道深槽化、彎道、辮狀及 流路位移 匯流沖刷

圖 2-11 河川橋梁沖刷(交通部，2003)